金 星, 朱清科, 聶立水, 張國全, 孫 賓, 朱嘉磊

(北京林業(yè)大學 林學院， 北京 100083)

BGB微生物菌劑對黃土高原區(qū)域土壤與油松的影響

金 星, 朱清科, 聶立水, 張國全, 孫 賓, 朱嘉磊

(北京林業(yè)大學 林學院， 北京 100083)

[目的] 研究黃土高原區(qū)域油松造林中施用BGB微生物菌劑對油松造林成活率、樹高、地徑生長的影響，以及土壤養(yǎng)分與水分的變化，為BGB微生物菌劑在黃土丘陵地區(qū)的植被恢復應用提供理論依據和技術支持。[方法] 在不同坡面處施用3種量的BGB微生物菌劑，觀察不同量的處理對油松及土壤養(yǎng)分的影響。[結果] BGB微生物菌劑能夠顯著提高苗木的成活率，促進苗木樹高、地徑的增長；可以顯著地提高土壤中各養(yǎng)分的含量，增加土壤含水量，且影響隨著土壤深度的增加而減小，隨坡度的降低而變大。其中對土壤中速效磷和有機質的影響最顯著；BGB微生物菌劑能夠明顯改善土壤的含水量，并且在土壤20—40 cm處作用較明顯。[結論] BGB微生物菌劑對油松造林成活率、生長量與土壤養(yǎng)分有顯著的影響。

油松; 黃土高原; BGB微生物菌劑; 成活率; 土壤養(yǎng)分; 土壤含水量

黃土高原地形破碎，土壤疏松，植被稀疏，是中國乃至世界著名的水土流失區(qū)[1]。植被稀少,水土流失嚴重,干旱、洪澇災害頻繁,加之強烈人為活動的影響,使本區(qū)生態(tài)環(huán)境遭到了嚴重破壞[2]，改善黃土區(qū)現有環(huán)境的主要方式是提高植被覆蓋度。森林植被可以改良土壤、涵養(yǎng)水源、防止水土流失[3]。

植被恢復在干旱地區(qū)已有大量的研究，李福華等[4]進行了不同處理的生態(tài)袋試驗研究,除了常規(guī)的抗旱措施外，出現了使用生長調節(jié)劑，施用微生物肥，添加保水劑以及接種菌根等提高林木抗旱和成活的新技術，通過改善土壤性狀或者林木抗旱性來提高該地區(qū)植被恢復的目的[5-6]。研究表明，油松(Pinustabulaeformis)是該區(qū)的主要造林樹種,它在調節(jié)洪水、涵養(yǎng)水源、保持水土及改善生態(tài)環(huán)境等方面都有重要的作用[7]，油松耐干旱，耐貧瘠，根系發(fā)達，適應性強,是黃土高原主要的鄉(xiāng)土樹種之一[8]。

BGB微生物菌劑含有放線菌、固氮菌、有機磷細菌、無機磷細菌、鉀細菌、乳酸菌、芽孢菌等多種有益微生物和多種微量元素的微生物菌劑，能夠有效促進作物對各種養(yǎng)分的均衡吸收，改善作物根部的微生態(tài)環(huán)境和微生物環(huán)境提高農產品的品質、優(yōu)化土壤環(huán)境[9]，通過施肥研究證明，BGB微生物菌劑能夠明顯改善土壤酸堿度，顯著提高土壤有機質，全氮，速效鉀和速效磷的含量。而且對土壤養(yǎng)分有較強的轉化能力，特別是速效磷，速效鉀的含量增加顯著[10]。目前在黃土高原丘陵溝壑區(qū)植被恢復造林中應用BGB微生物菌劑的研究很少。

本研究是在黃土丘陵溝壑區(qū)的吳起縣進行人工造林，并在造林過程中使用BGB微生物菌劑進行油松樹育試驗，研究其對造林成活率以及土壤全氮、速效磷、速效鉀和有機質含量及土壤含水量的影響,從而為該地區(qū)的造林工作提供相應的理論及技術支持,防止水土流失。同時為中國林業(yè)生產中大面積推廣應用BGB微生物菌劑提供依據。

1 試驗地概況

試驗設在吳起縣杏樹灣附近，位于延安市的西北部，洛河與無定河上游，在行政上劃分屬與陜西省。地理坐標為北緯36°33′33″—37°24′27″，東經107°38′57″—108°32′49″，海拔高度1 233～1 809 m，屬于典型的中溫帶大陸性季風氣候，冬、春季節(jié)寒冷干燥、干旱多風，夏、秋季節(jié)旱澇相間、溫涼濕潤全。年平均氣溫為7.8 ℃，其中1月氣溫最低，平均-7.7 ℃；7月氣溫最高，平均21.5 ℃。極端最高溫度為37.1 ℃，極端最低溫度為-28.5 ℃，≥10 ℃有效積溫為3 086 ℃。多年的平均降水量約為478.3 mm，全年蒸發(fā)量為891.2 mm，干燥度為1.86。試驗地土壤為黃綿土。該地曾種植過油松，但基本未成活，僅有少量草本覆蓋。

2 研究方法

2.1 試驗材料

試驗用于油松種植中的微生物肥料為北京嘉博文生物科技有限公司生產的BGB微生物菌劑(黑灰色，粉末狀，pH值為6.5,菌劑中含有放線菌、固氮菌、乳酸菌、鉀細菌等多種有益微生物及其代謝產物。菌劑中含碳量74%，有機質含量≥40%；有效活菌數≥2×108cfu/g)。油松為6年生樹苗，頂芽飽滿，根系完全，生長健壯，均勻一致。苗高80～100 cm，地徑10～20 mm。

2.2 試驗設計

空白對照(CK)不進行任何處理；施用BGB微生物肥料,用量為20 g/株，記為BGB1；施用BGB微生物肥料,用量為40 g/株，記為BGB2；施用BGB微生物肥料,用量為60 g/株，記為BGB3。BGB微生物制劑為穴施，先將BGB微生物制劑施到穴底部，然后攪拌與土混合，再栽植油松樹苗，以防止燒苗。采用完全隨機區(qū)組設計，每個坡面設3個區(qū)組，4個處理在每個區(qū)組內隨機排列，每個處理為1個小區(qū)，每個小區(qū)包括18棵油松。油松株行距為2.5 m×4.0 m。

2.3 土壤樣品制備與油松指標數據采集

(1) 試驗地土壤樣品的采集。在2013年3月上旬，按試驗設計，移栽好油松樹苗。在2013年5月采集土壤樣品，分3個區(qū)組，按照不同處理小區(qū)每個小區(qū)6個點，分別采集0—20，20—40和40—60 cm不同深度的土壤樣品，同層混合均勻，用四分法取1 kg左右，裝入封口袋，并進行編號，得到試驗分析所需土壤混合樣品，同時做好記錄。將土壤樣品帶回實驗室后進行風干處理，然后研磨過2和0.25 mm土壤篩，分開保存，并編號做好記錄，剩余原狀土重新放入原封口袋保存。

(2) 油松指標數據采集。分別在2013年3月15日，2013年5月29日和2013年8月8日在每個小區(qū)使用測樹胸徑尺測量全部油松樹苗樹木的最大高度、距地5 cm左右的樹木地徑；在2013年5月29日，2013年8月8日和2013年10月8日進行試驗地油松樹苗成活率的測定。

(3) 成活率計算公式為：苗木成活率=(成活苗木數/總栽種苗木數)×100%

2.4 樣品測定與計算方法

土壤全氮(N)含量、土壤速效磷(P)含量、土壤速效鉀(K)含量、土壤有機質以及土壤酸堿度(pH值)的測定方法參照《土壤農化分析》[11]。

2.5 數據處理

本研究所得數據處理均采用Microsoft Office 2007，SPSS 20.0進行數據處理、分析和圖表繪制；運用SPSS 20.0軟件，獨立樣本t檢驗、單因素方差分析不同處理對油松生長以及土壤理化性質的差異顯著性。

3 結果與分析

3.1 BGB微生物菌劑對土壤全氮、速效磷、速效鉀、有機質的影響

由表1可知，使用BGB微生物菌劑對上、中、下坡0—20，20—40和40—60 cm土壤中全氮、速效磷、速效鉀、有機質的含量均值均比空白對照處理的含量均值要高，并且在各個土壤層次，處理與空白對照之間差異顯著。

表1 BGB微生物菌劑對土壤氮、磷、鉀、有機質的影響

注：不同小寫字母表示各處理間存在顯著性差異(p<0.05)。下同。

3.1.1 施用BGB微生物菌劑對土壤全氮含量的影響 不同坡面全氮含量隨著土層深度的增加而變小。上坡20—40 cm處3個處理，中坡40—60 cm處BGB1，下坡0—20 cm BGB3處和40—60 cm BGB1處與空白對照組差異不顯著。其余處理均值均具有顯著性差異。尤其在中坡0—20 cm處，BGB2處理比空白高出0.247 g/kg，增加土壤中全氮的主要原因是施用菌劑后土壤有機質含量增加，微生物的數量增多，酶的活性增強，在與BGB微生物菌劑中固氮菌的共同作用下，促進土壤氮素的有效化?？傮w來看，BGB2處理后的全氮含量>BGB3處理>BGB1處理，下坡全氮含量>中坡全氮含量>上坡全氮含量。

3.1.2 施用BGB微生物菌劑對土壤速效磷含量的影響 不同坡面速效磷含量隨著土層深度增加總體有變小的趨勢。在不同坡面，不同土壤層面3個處理與空白對照組均具有顯著性差異。BGB2處理總體上最為顯著，土壤速效磷含量最高，其次為BGB1處理，BGB3處理最低。速效磷含量增加的原因主要為微生物菌劑可提高有機質含量，減少磷的固定，提高磷的有效性，由于磷細菌、芽孢桿菌的解磷作用，磷酸酶活性增強，促進磷素礦化作用，促進有機磷轉化為速效態(tài)磷[12]。不同坡位速效磷含量為：下坡>中坡>上坡。

3.1.3 施用BGB微生物菌肥對土壤速效鉀含量的影響 不同坡面速效鉀含量隨著土層深度的增加而變小。在上坡0—20處，BGB1和BGB3，中坡40—60 cm處，BGB1和BGB2，下坡0—20處，BGB1和BGB2，20—40處全部處理與空白對照組顯著性差異。其余處理均值均具有顯著性差異。鉀含量的增多主要原因是鉀細菌分解出鉀礦石中的鉀，有機質含量的提高，增強了保持鉀素和土壤吸附的能力。上坡處速效鉀含量BGB2>BGB3>BGB1，中坡和下坡處速效鉀含量BGB3>BGB2>BGB1.不同坡位速效鉀含量為：下坡>中坡>上坡。

3.1.4 施用BGB微生物菌肥對土壤有機質含量的影響 不同坡面有機質含量隨著土層深度的增加而變小。除了上坡20—40 BGB1和中坡40—60 BGB1處理外，其余處理均值均在p<0.05水平上均值均具有顯著性差異。除了上坡0—20處BGB2處理有機質含量大于BGB3處理外，其余處BGB3處理有機質含量均為最多，有機質含量增加的原因有待進一步研究。不同坡位有機質含量為：下坡>中坡>上坡。

3.2 BGB微生物菌劑對土壤含水量的影響

從表2中可以看出，在不同坡面不同土層厚度下，施用BGB微生物菌劑后的土壤含水量均比空白對照組要高。在3個坡面不同深度處，隨著施肥量的增加，土壤含水量逐漸增加。在不同坡面土壤含水量呈低高低的趨勢。均在20—40 cm處，施用BGB3達到最高值，分別為7.83%，9.42%和9.78%，比空白對照高出0.69%，2.27%和2.2%。施用3個不同處理的BGB微生物菌劑與空白對照大部分具有顯著性差異，因為BGB微生物菌劑的施用有助于促進土壤團聚體的形成，改善土壤理化性質，進而提高土壤含水量。

表2 BGB微生物菌劑對土壤含水量的影響

3.3 BGB微生物菌劑對油松地徑的影響

從表3中可以看出，施用BGB微生物菌劑在黃土高原丘陵溝壑區(qū)進行油松造林過程中油松地徑的變化量，在3—5月，5—8月以及總增量均高于空白對照，且有著不同的差異顯著性。下坡增量>中坡增量>上坡增量。隨著BGB微生物菌劑的增加，地徑增量也隨之變大。且5—8月的地徑增量明顯比3—5月地徑增量大。在3—5月地徑對比中，上坡BGB1處理，中坡BGB2處理，下坡BGB1和BGB2處理與對照組在p<0.05水平下差異不顯著，其余差異顯著，在5—8月地徑對比中，除了上坡BGB1處理外，其余處理的地徑增量與空白對照差異顯著，而在總增量中，所有處理與空白對照差異顯著,最高增量比空白高出2.85 mm。

3.4 BGB微生物菌劑對油松樹高的影響

通過表4可以看出，經過施用BGB微生物菌劑處理的油松樹高增量在不同的月份均比空白對照值要高，且有著不同的差異顯著性。施用BGB微生物菌劑后油松樹高增量在不同坡面為：下坡>中坡>上坡，且隨著施肥量的增加，在不同坡面BGB3>BGB2>BGB1。在下坡5—8月處理BGB3處達到最高值，增量為7 cm，比空白對照高出3.1 cm。說明施肥量越多，油松增高的越快，這與有關研究結果基本一致，其主要原因是由于活的微生物活動產生的植物激素、酸性物質以及微生物都能不同程度地刺激調節(jié)植物的生長[13]。在3—5月樹高增量對比中，除了上坡BGB1處理外，其他處理與空白對照差異顯著，在5—8和3—8月樹高增量與空白對照差異顯著。

3.5 BGB微生物菌劑對油松成活率的影響

由表5可以看出，施用BGB微生物菌劑的3個處理在不同坡位的的成活率均比空白對照的成活率要高，差異顯著。

表3 BGB微生物菌劑對油松地徑增量影響

表4 BGB微生物菌劑對油松樹高增量的影響

5，8和10月份的觀測數據顯示，在不同坡位，成活率存在BGB3>BGB2>BGB1>CK，在上坡處不同月份施用BGB3比BGB1分別高出3%，12.9%，9.2%。在中坡出分別高出5.5%，13%，11.2%。在下坡處分別高出5.6%，3.7,5.5%。說明隨著微生物菌劑施用量的增加，油松成活率增高。而在不同的坡面，成活率也存在著不同。數據顯示大多數成活率為：下坡>中坡>上坡。通過分析可以看出，施用BGB微生物菌劑后油松造林的成活率有顯著提高，并且隨著時間的延長，不同坡面3個處理的成活率變化均要小于空白對照的成活率變化。說明施用BGB微生物菌劑不僅在造林初期能明顯提高造林的成活率，對后期油松苗木的成活也有顯著影響，BGB菌劑中的有益菌在油松根際周圍形成優(yōu)勢菌群，抑制土壤中病原菌的侵害，減少病害的發(fā)生，提高成活率。

表5 BGB菌劑制劑對油松成活率的影響

4 討 論

施用BGB微生物菌劑后，與空白對照，總體上可以看出無論是對土壤養(yǎng)分含量、土壤含水量還是對油松地徑、樹高、成活率均有影響，可以幫助黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤性狀改良和油松成活率的提高，主要是因為BGB微生物菌劑是由芽孢菌、放線菌、固氮菌等十幾種功能菌復合而成，從天然土壤中培育而來，有很好的協(xié)同作用，對土壤環(huán)境具有后天適應性，進入土壤后可以迅速復活，增殖速度快，能夠改良土壤，在一定條件下，可與礦物質營養(yǎng)離子結合為有機無機復合膠體，防止土壤養(yǎng)分流失，進而促進油松的生長和保證良好的成活率。但是發(fā)現在不同層面和不同坡面的影響和顯著性不同。在不同層面處，土壤養(yǎng)分含量和油松地徑、樹高以及成活率隨著土層深度的增加而減少。微生物群落分布在森林土壤剖面調查[14]、在長期使用污水污泥堆肥[15]、都市固體廢物堆肥[16]的農林試驗地中均有相似的趨勢。這是由于土壤的表層是土壤能量、物質與植物、空氣不斷交換的區(qū)域，溫度、濕度變化劇烈，物質能量交換也快[17]。在不同坡面處，下坡面養(yǎng)分含量及油松性質高于中坡面以及上坡面，已有研究表明，坡面水土流失是導致土壤質量退化以及坡面生產力不同的重要原因[18]，并造成不同坡位土壤性質變異[19]。而海拔高，土壤溫差大，海拔低，則土壤溫差小，土壤含水量多[20]，有利于BGB微生物菌劑的活動。

本研究只是單一的研究了施用BGB微生物菌劑對黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤性狀和油松性質的研究，今后可以考慮BGB微生物菌劑與各類有機肥或者與其他的菌劑共同施用對土壤性狀及油松性質的研究。

5 結 論

在黃土高原丘陵溝壑區(qū)施用BGB微生物菌劑處理在3個坡面，3個不同土壤層面處，與空白對照相比，均能提高土壤全氮、速效磷、速效鉀、有機質、土壤含水量以及油松的成活率。尤其是可以顯著提高有機質、速效磷和土壤含水量的含量;隨著施肥量的增加，其提高土壤養(yǎng)分的作用也顯著增加。

(1) BGB微生物菌劑在上、中、下坡土層平均處理比空白對照全氮含量高0.108,0.147和0.153 g/kg，提高不太明顯。

(2) BGB微生物菌劑在上、中、下坡土層平均處理比空白對照速效磷含量高3.49,4.15和5.47 mg/kg。在各坡面和層面處，差異均顯著，能有效提高速效磷含量。在下坡處提高更明顯。

(3) BGB微生物菌劑在上、中、下坡土層平均處理比空白對照速效鉀含量高4.9，11.4和8.6 mg/kg?？傮w上對速效鉀含量影響不大，中坡處較明顯。

(4) BGB微生物菌劑在上、中、下坡土層平均處理比空白對照有機質含量高2.19,3.64和6.37 g/kg。增加含量顯著，下坡處更為明顯。

(5) BGB微生物菌劑在黃土高原區(qū)域能提高土壤含水量，在下坡處能平均提高1.87%。

(6) BGB微生物菌劑能有效提高油松的成活率，在上、中、下不同坡面處，處理成活率比空白分別高出3%～12.9%，5.5%～13%，3.7%～5.6%不等。而且對油松樹高和地徑均有顯著提高。

[1] 易揚,信忠保,覃云斌,等.生態(tài)植被建設對黃土高原農林復合流域景觀格局的影響[J].生態(tài)學報,2013,33(19):6277-6286.

[2] 趙鴻雁,吳欽孝,劉國彬.黃土高原人工油松林水文生態(tài)效應[J].生態(tài)學報,2003,23(2):376-379.

[3] 張曉明,余新曉,武思宏,等.黃土區(qū)森林植被對流域徑流和輸沙的影響[J].中國水土保持科學,2006,4(3):48-53.

[4] 李福華,王洪平,余雪峰.生態(tài)袋造林技術在高寒干旱區(qū)植被恢復中的示范及應用[J].青海農林科技,2011(3):78-80.

[5] 趙素華,肖巍,張日升,等.遼西北半干旱地區(qū)林業(yè)科技工作之我見[J].防護林科技,2010(4):103-104.

[6] 劉紅民,高英旭,張園園.固體水在我國干旱半干旱地區(qū)植被恢復中的應用研究進展[J].防護林科技,2010(3):39-41.

[7] 焦醒,劉廣全.陜西黃土高原油松生長狀況及其影響因子分析[J].西北植物學報,2009,29(5):1026-1032.

[8] 羅偉祥,劉廣全,李嘉鈺,等.西北主要樹種培育技術[M].北京:中國林業(yè)出版社,2007.

[9] 宋健榮,高杉,陳曉梅.BGB肥料在西瓜上的應用研究[J].現代農業(yè)科技,2011(23):101.

[10] 王前進,王東升,常義軍.土壤消毒配施BGB生物有機肥對草莓產量的影響[J].浙江農業(yè)科學,2012(1):48-50.

[11] 鮑士旦.土壤農化分析[M].北京:中國農業(yè)出版社,2000.

[12] 逢煥成,李玉義,嚴慧峻,等.微生物菌劑對鹽堿土理化和生物性狀影響的研究[J].農業(yè)環(huán)境科學學報,2009,28(5):951-955.

[13] 李翠蘭,楊文影.不同肥料處理對玉米苗期根系生長的影響[J].吉林農業(yè)大學學報,2001,23(3):87-89.

[14] Agnelli A, Ascher J, Corti G, et al. Distribution of microbial communities in a forest soil profile investigated by microbial biomass, soil respiration and DGGE of total and extracellular DNA[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2004,36(5): 859-868.

[15] Zaman M, Matsushima M, Chang S X, et al. Nitrogen mineralization, N2O production and soil microbiological properties as affected by long-term applications of sewage sludge composts[J]. Biology and Fertility of Soils, 2004,40(2):101-109.

[16] Crecchio C, Curci M, Pizzigallo M D R, et al. Effects of municipal solid waste compost amendments on soil enzyme activities and bacterial genetic diversity[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2004,36(10):1595-1605.

[17] 張希彪,上官周平.人為干擾對黃土高原子午嶺油松人工林土壤物理性質的影響[J].生態(tài)學報,2006,26(11):3685-3695.

[18] 史衍璽,唐克麗.人為加速侵蝕下土壤質量的生物學特性變化[J].土壤侵蝕與水土保持學報,1998,4(1):28-33.

[19] Miller M P, Singer M J, Nielsen D R. Spatial variability of wheat yield and soil properties on complex hills[J]. Soil Science Society of America Journal, 1988,52(4):1133-1141.

[20] 黃群山,葉源忠.淺析武夷山山地土壤理化性質的垂直分異[J].太原師范學院學報:自然科學版,2008,7(3):128-131.

Influence of BGB Microbial Agents on Soil andPinusTabulaeformisin Loess Plateau

JIN Xing, ZHU Qingke, NIE Lishui, ZHANG Guoquan, SUN Bin, ZHU Jialei

(AcademyofForestry,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

[Objective] We aimed to study the effects of BGB microbial agents on the survival rate ofPinustabulaeformisafforest, height of tree and growth of ground diamete, and investigate the changes in soil nutrient and water content with the utilization of BGB microbial agents, in order to provide theoretical basis and technical support for vegetation restoration in Loess Plateau. [Methods] We applied three different amounts of BGB microbial agents at different slopes to observe its influence onP.tabulaeformisand soil nutrient. [Results] The BGB microbial agents not only significantly increased the survival rate of plant and promoted the height of tree and the growth of ground diameter, but also dramatically increased soil nutrient content and water content. And this effect decreased as the soil was deeper and the slope was steeper. Moreover, BGB microbial agents influenced soil available phosphorus and organic matters significantly, and improved soil water content dramatically, especially at the depth of 20-40 cm. [Conclusion] BGB microorganism bacterium agent has a significant effect on the survival rate and amount of growth ofP.tabulaeformisafforest and soil nutrient.

Pinustabulaeformis; Loess Plateau; BGB; survival rate; soil nutrient; soil moisture content

2014-07-31

2014-08-06

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項課題“黃土丘陵嚴重侵蝕區(qū)植被恢復和重建技術研究”(201104002-2)

金星(1989—),男(蒙古族),遼寧省阜新市人,碩士,研究方向為植物營養(yǎng)資源開發(fā)與利用。 E-mail:813007736@qq.com。

聶立水(1963—),男(漢族),北京市人,博士,教授,博士生導師,主要從事植物營養(yǎng)學方面的研究。 E-mail:nielishui@sohu.com。

B

1000-288X(2015)05-0211-06

S725.5