羅 佳，劉麗珠，王 同，嚴(yán)少華，盧 信，范如芹，張振華

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014)

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有機(jī)肥與化肥配施對(duì)黃瓜產(chǎn)量及土壤微生物多樣性的影響

羅 佳，劉麗珠，王 同，嚴(yán)少華，盧 信，范如芹，張振華①

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014)

有機(jī)肥和化肥配合施用比單施化肥或有機(jī)肥具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但在配合施用時(shí)其對(duì)土壤生物多樣性的影響方面還缺乏深入探討。在等氮量條件下，將水葫蘆(Eichhorniacrassipes)有機(jī)肥(WOF處理)、豬糞有機(jī)肥(POF處理)和發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥(FOF處理)分別以1∶1的比例與化肥〔w(N)∶w(P2O5)∶w(K2O)=15∶15∶15〕配施，并以單施化肥(CF處理)和不施肥(CK處理)為對(duì)照，分析其對(duì)設(shè)施大棚黃瓜(Cucumissativus)產(chǎn)量及土壤微生物多樣性的影響。結(jié)果表明：采用不同有機(jī)肥與化肥配施可以獲得與化肥相當(dāng)或者超過(guò)化肥的產(chǎn)量，其中FOF處理產(chǎn)量最高，比CF處理提高26.77%，其次為WOF處理。有機(jī)肥與化肥配施不僅可以保持或提高黃瓜果實(shí)產(chǎn)量，同時(shí)可以提高果實(shí)品質(zhì)，WOF、POF和FOF處理維生素C含量比CF處理增加30%左右。與CF處理相比，有機(jī)肥與化肥配施能提高氮素利用效率，但是不同來(lái)源的有機(jī)肥與化肥配施在氮素利用效率上存在明顯差異。PCR-DGGE分析顯示細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)可分為3大類(lèi)，CK和CF處理群落結(jié)構(gòu)相似，WOF和POF處理群落結(jié)構(gòu)相似，F(xiàn)OF處理則單獨(dú)成一類(lèi)；不同來(lái)源的有機(jī)肥與化肥配施都能提高土壤中細(xì)菌的香農(nóng)-威爾指數(shù)和豐度，與CF處理相比最高能提高5%以上。施入外源有機(jī)物質(zhì)可以改變土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，提高土壤微生物多樣性，而施入化肥對(duì)土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)無(wú)顯著影響。

有機(jī)肥；化肥；肥料配施；黃瓜；土壤微生物多樣性

化肥的大量施用是我國(guó)面源污染的主要誘因之一,我國(guó)目前每年化肥施用量是6 000萬(wàn)t左右,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已完全依附于化肥的投入[1]。單獨(dú)施用化肥和單獨(dú)施用有機(jī)肥均難以做到產(chǎn)量和品質(zhì)兼顧,而有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合(混)肥不僅可維持當(dāng)季作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)與風(fēng)味,同時(shí)能保護(hù)生態(tài)環(huán)境[2-4]。有機(jī)肥部分替代化肥不僅可以減少化肥過(guò)量施用引起的農(nóng)業(yè)面源污染,還可改良農(nóng)田土壤質(zhì)量,提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。

我國(guó)每年產(chǎn)生幾十億t的有機(jī)固體廢棄物[5]。有機(jī)固體廢棄物中含有大量的有機(jī)質(zhì)和農(nóng)作物生產(chǎn)所需的營(yíng)養(yǎng)元素[6],合理利用有機(jī)固體廢棄物將其變成有機(jī)肥可以改善生態(tài)環(huán)境，減輕有機(jī)固體廢棄污染。因此,大力發(fā)展有機(jī)固體廢棄物肥料化對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)部推動(dòng)的“減肥減藥”行動(dòng),2020年實(shí)現(xiàn)我國(guó)化肥施用量的零增長(zhǎng)具有十分重要的意義。

有機(jī)固體廢棄物經(jīng)過(guò)高溫發(fā)酵和無(wú)害化處理后形成有機(jī)肥,但是由于其原料來(lái)源廣泛,易造成不同有機(jī)肥之間性狀和肥效差異。有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配合施用比單施化肥或有機(jī)肥具有明顯的優(yōu)勢(shì),但在配合施用對(duì)土壤生物多樣性的影響方面還缺乏深入探討[7-9]。因此,筆者選擇湖泊中污染比較嚴(yán)重的入侵植物水葫蘆(Eichhorniacrassipes)、畜牧養(yǎng)殖中最重要的養(yǎng)豬場(chǎng)廢棄物豬糞和近年興起的生態(tài)養(yǎng)豬廢棄物發(fā)酵床熟化墊料制成有機(jī)肥,試圖通過(guò)研究在設(shè)施大棚條件下不同有機(jī)肥和化肥配施對(duì)黃瓜(Cucumissativus)產(chǎn)量、氮素利用效率及土壤微生物多樣性的影響,為設(shè)施大棚栽培施肥、農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物資源化利用及有機(jī)肥和化肥配施提供理論和應(yīng)用依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 有機(jī)肥的來(lái)源和制備

水葫蘆來(lái)源于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院武進(jìn)竺山湖水污染治理科研基地,在武進(jìn)基地?cái)D壓脫水后運(yùn)至六合基地堆肥發(fā)酵;豬糞來(lái)源于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地豬場(chǎng),經(jīng)過(guò)干濕分離后堆肥發(fā)酵;發(fā)酵床熟化墊料來(lái)源于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地發(fā)酵床養(yǎng)殖場(chǎng),主要成分為菌糠和稻殼,清理出來(lái)直接運(yùn)至有機(jī)肥廠堆肥發(fā)酵。經(jīng)過(guò)發(fā)酵腐熟和無(wú)害化處理后形成的3種有機(jī)肥養(yǎng)分指標(biāo)均符合NY 525—2012《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)[10],重金屬和病原菌等均未超標(biāo),具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 3種有機(jī)肥養(yǎng)分、重金屬和病原菌含量

Table 1 Contents of nutrients, heavy metals and pathogenic bacteria in the three kinds of organic manure

有機(jī)肥種類(lèi) w(有機(jī)質(zhì))/%w(總氮)/(g·kg-1)w(總磷)/(g·kg-1)w(總鉀)/(g·kg-1)w(砷)/(mg·kg-1)w(汞)/(mg·kg-1)w(鉛)/(mg·kg-1)w(鎘)/(mg·kg-1)w(鉻)/(mg·kg-1)糞大腸桿菌含量/g-1蛔蟲(chóng)卵死亡率/%水葫蘆有機(jī)肥58.6533.8521.3712.321.580.121.940.2341.122398.75豬糞有機(jī)肥45.8235.2118.4313.860.270.027.260.2046.712797.12熟化墊料有機(jī)肥55.0428.3218.5214.883.470.045.670.5945.873397.77標(biāo)準(zhǔn)[10]≥45≥50≤15≤2≤50≤3≤150≤100≥95

有機(jī)肥養(yǎng)分和重金屬含量以烘干樣計(jì),糞大腸桿菌和蛔蟲(chóng)卵死亡率以鮮樣計(jì)。

1.2 大棚試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動(dòng)物基地設(shè)施大棚內(nèi)進(jìn)行,試驗(yàn)肥料為等氮量施用,總氮用量為112.44 kg·hm-2。設(shè)置5個(gè)處理,分別為:CK,不施用任何肥料; CF,僅施用化肥; WOF,施用50%化肥和50%水葫蘆有機(jī)肥; POF,施用50%化肥和50%豬糞有機(jī)肥;FOF,施用50%化肥和50%發(fā)酵床熟化墊料制成的有機(jī)肥。化肥和有機(jī)肥配施比例以總氮量為標(biāo)準(zhǔn)換算。供試土壤的基本理化性狀如下:w(全氮)為5.80 g·kg-1，w(全磷)為2.42 g·kg-1，w(全鉀)為9.86 g·kg-1，w(速效磷)為0.65 g·kg-1，w(速效鉀)為0.66 g·kg-1，w(有機(jī)質(zhì))為50.97 g·kg-1，pH值為 6.7?；适莣(氮)、w(磷)和w(鉀)均為15%的復(fù)合肥。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù),試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)排列,每個(gè)小區(qū)內(nèi)黃瓜行距為50 cm,株距為50 cm,共計(jì)16株,小區(qū)面積為4.5 m×1.2 m,供試黃瓜品種為京育四號(hào),所用肥料在黃瓜苗移栽前作基肥一次性施入。

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

試驗(yàn)周期為2個(gè)月,試驗(yàn)期間每天進(jìn)行日常管理和環(huán)境條件監(jiān)測(cè),果實(shí)長(zhǎng)至可食用及時(shí)采摘和計(jì)產(chǎn),在試驗(yàn)15、30、45和60 d時(shí)采集土樣進(jìn)行相關(guān)測(cè)試,土壤化學(xué)指標(biāo)測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[11],維生素C含量測(cè)定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法,可溶性糖測(cè)定采用蒽酮比色法,硝酸鹽含量測(cè)定采用水楊酸硝化法。同時(shí),采集成熟期(60 d)植株根際土壤樣品，采用PCR-DGGE方法分析其土壤微生物多樣性,根際土壤采集方法見(jiàn)文獻(xiàn)[12],土樣進(jìn)行PCR-DGGE分析測(cè)定前保存于-80 ℃的冰箱內(nèi)。

1.4 PCR-DGGE檢測(cè)

利用PCR-DGGE技術(shù)[13],通過(guò)土壤DNA試劑盒(SoilMasterTMDNA Extraction Kit)提取土壤中細(xì)菌DNA,經(jīng)過(guò)PCR擴(kuò)增后(PCR引物[14]為F984GC:5-AAC GCG AAG AAC CTT AC-3和R1378:5-CGG TGT GTA CAA GGC CCG GGA ACG-3,在F984GC的5-端添加GC夾子:5-CGC CCG GGG CGC GCC CCG GGC GGG GCG GGG GCA CGG GGG G-3),采用D-Code突變檢測(cè)系統(tǒng)(Bio-Rad)對(duì)樣品進(jìn)行DGGE分析。所用的聚丙烯酰胺凝膠w為8%,變性梯度為40%～60%,80 V、恒溫60 ℃條件下在1×TAE中電泳16 h,銀染后掃描。

所得圖像用Bio-Rad Quantity One 4.6.3 軟件進(jìn)行處理,有關(guān)泳道和條帶的技術(shù)處理都用該軟件進(jìn)行。通過(guò)Bio-Rad Quantity One 軟件系統(tǒng)將DGGE條帶轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息,采用香農(nóng)-威爾多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener index,H)、豐度(S) 、均勻度指數(shù)(EH) 比較各個(gè)樣品的多樣性[15],其中H和EH的計(jì)算公式如下：

H=-∑Pi×lnPi。

(1)

式(1)中,Pi為種群i數(shù)量在群落中的比例,%。

EH=H/lnS。

(2)

1.5 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)

采用Excel 2003和SPSS 13.0軟件分析數(shù)據(jù),采用Bio-Rad Quantity One 4.6.3軟件分析樣品DGGE電泳條帶。

氮效率計(jì)算方法[5]如下:氮素果實(shí)生產(chǎn)效率(NFPE)=單位面積黃瓜產(chǎn)量/單位面積地上部植株氮積累總量;氮肥回收率(NRR)=(施氮區(qū)地上部吸氮量-無(wú)氮空白區(qū)地上部吸氮量)/施氮量×100;氮肥農(nóng)學(xué)利用效率(ANUE)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-無(wú)氮空白區(qū)產(chǎn)量)/施氮量;氮肥生理利用效率(PNUE)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-無(wú)氮空白區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部吸氮量-無(wú)氮空白區(qū)地上部吸氮量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)肥和化肥配施對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

在等氮量施用條件下,不同的有機(jī)肥與化肥配施對(duì)黃瓜產(chǎn)量影響不同,結(jié)果見(jiàn)圖1。CF處理產(chǎn)量為54.3 t·hm-2,與CK處理(48.76 t·hm-2)間差異不顯著;而不同有機(jī)肥與化肥配施處理黃瓜產(chǎn)量均顯著高于CK處理(P<0.05)。其中FOF處理產(chǎn)量達(dá)到68.82 t·hm-2,顯著高于CF處理(P<0.05);其次為WOF和POF處理,產(chǎn)量分別為65.6和65.03 t·hm-2,但是與CF處理間差異不顯著。上述結(jié)果表明,采用不同有機(jī)肥與化肥配施可獲得與化肥相當(dāng)或者超過(guò)化肥的產(chǎn)量。

CK─不施肥對(duì)照;CF─化肥;WOF─50%化肥+50%水葫蘆有機(jī)肥;POF─50%化肥+50%豬糞有機(jī)肥;FOF─50%化肥+50%發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥。

2.2 不同有機(jī)肥和化肥配施對(duì)黃瓜品質(zhì)的影響

由表2可知,有機(jī)肥和化肥配施可以提高黃瓜果實(shí)的維生素C含量,與CK相比,WOF、POF和FOF處理黃瓜果實(shí)體內(nèi)維生素C含量分別顯著提高27.11%、30.12%和32.09%(P<0.05),而CF與CK處理黃瓜果實(shí)體內(nèi)維生素C含量無(wú)顯著差異。不同有機(jī)肥和化肥配施處理黃瓜果實(shí)體內(nèi)可溶性糖含量與CF處理間無(wú)顯著差異;各處理果實(shí)體內(nèi)w(硝酸鹽)均低于440 mg·kg-1,均未超過(guò)GB 19338—2003《蔬菜中硝酸鹽限量》[16]。由此可見(jiàn),有機(jī)肥和化肥配施不僅可以提高黃瓜果實(shí)產(chǎn)量,同時(shí)可改善黃瓜果實(shí)品質(zhì)。

2.3 不同有機(jī)肥和化肥配施對(duì)黃瓜果實(shí)氮素積累的影響

圖2表明,不同施肥處理對(duì)黃瓜果實(shí)體內(nèi)氮素積累影響存在差異,CF處理氮素積累量達(dá)到58.63 kg·hm-2,比CK提高10%以上。POF處理黃瓜果實(shí)體內(nèi)氮素積累量為59.31 kg·hm-2,與CK和CF處理差異不顯著;而FOF處理氮素積累量與CK處理差異顯著,與CF處理差異不顯著;WOF處理氮素積累量顯著高于其他處理,達(dá)74.20 kg·hm-2。上述結(jié)果表明,有機(jī)肥和化肥配施可以提高黃瓜果實(shí)體內(nèi)氮素積累量,但是不同的有機(jī)肥和化肥配施對(duì)黃瓜果實(shí)體內(nèi)氮素積累影響不同。

表2 不同施肥處理對(duì)黃瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

Table 2 Effect of fertilization on quality of cucumber relative to combination of fertilizer

處理w(維生素C)/(mg·kg-1)w(可溶性糖)/(g·kg-1)w(硝酸鹽)/(mg·kg-1)CK149.83±15.13b20.54±3.21a43.17±4.62aCF177.97±28.66ab21.75±4.14a46.25±6.37aWOF190.45±23.05a19.30±1.70a49.03±5.32aPOF194.96±12.70a23.00±1.53a45.87±2.53aFOF197.97±20.73a19.58±0.94a44.32±6.41a

CK為不施肥對(duì)照;CF為化肥;WOF為50%化肥+50%水葫蘆有機(jī)肥;POF為50%化肥+50%豬糞有機(jī)肥;FOF為50%化肥+50%發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥。 同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.4 不同有機(jī)肥和化肥配施對(duì)黃瓜氮效率的影響

由表3可知,WOF和FOF處理氮素果實(shí)生產(chǎn)效率顯著低于CK處理,CF和POF處理與CK處理間差異不顯著。CF處理氮肥回收率僅為29.03%,顯著低于有機(jī)肥和化肥配施的3個(gè)處理(P<0.05); FOF處理氮肥回收率最高,WOF處理次之,POF處理最低。CF處理氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥生理利用效率均最低,FOF處理氮肥農(nóng)學(xué)利用效率最高,POF處理氮肥生理利用效率最高。因此,有機(jī)肥和化肥配施可以提高黃瓜果實(shí)氮效率,不同的有機(jī)肥和化肥配施對(duì)黃瓜果實(shí)氮效率影響存在差異。

CK─不施肥對(duì)照;CF─化肥;WOF─50%化肥+50%水葫蘆有機(jī)肥;POF─50%化肥+50%豬糞有機(jī)肥;FOF─50%化肥+50%發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥。直方柱上方英文小寫(xiě)字母不同表示不同處理間黃瓜果實(shí)氮素積累量差異顯著(P<0.05)。

表3 不同施肥處理對(duì)黃瓜氮肥利用和生產(chǎn)效率的影響

Table 3 Effect of fertilization on nitrogen use efficiency, nitrogen recovery rate, agronomic nitrogen use efficiency and physiological nitrogen use efficiency of cucumber relative to combination of fertilizer

處理氮素果實(shí)生產(chǎn)效率NFPE/(g·g)-1氮肥回收率NRR/%氮肥農(nóng)學(xué)利用效率ANUE/(g·g-1)氮肥生理利用效率PNUE/(g·g-1)CK423.04±45.20a———CF366.99±40.55ab29.03±5.76c18.48±8.25c63.65±28.43cWOF343.10±54.00b67.53±10.39ab96.86±9.22b143.44±13.65bPOF364.76±27.32ab56.03±3.95b119.75±5.89b213.70±10.51aFOF339.23±17.57b77.90±3.05a160.66±11.34a206.22±14.55c

CK為不施肥對(duì)照;CF為化肥;WOF為50%化肥+50%水葫蘆有機(jī)肥;POF為50%化肥+50%豬糞有機(jī)肥;FOF為50%化肥+50%發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥。 同一列數(shù)據(jù)后英文小寫(xiě)字母不同表示不同處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)?！啊北硎緹o(wú)數(shù)據(jù)。

2.5 不同有機(jī)肥和化肥配施對(duì)土壤微生物區(qū)系的影響

利用PCR-DGGE技術(shù)分離黃瓜根際土壤中16S rDNA部分片段PCR產(chǎn)物,可以看到DNA片段被分離為若干條帶,DGGE圖譜見(jiàn)圖3。結(jié)果表明不同處理間樣品在DGGE圖譜中電泳條帶數(shù)量、強(qiáng)度和遷移率均存在一定差異。

表4表明,各施肥處理香農(nóng)-威爾指數(shù)和豐度均比CK處理有明顯提高,CF、WOF、POF和FOF處理香農(nóng)-威爾指數(shù)分別比CK處理提高5.80%、7.40%、11.71%和8.11%,豐度則由CK處理的38提高到44～50,施肥尤其是施用有機(jī)肥能提高土壤中細(xì)菌群落多樣性。采用鄰接法(neighbor joining)通過(guò)軟件Quantity One對(duì)DGGE圖譜進(jìn)行相似分析。圖4表明5個(gè)處理可分為3大類(lèi),CK和CF處理群落結(jié)構(gòu)相似,WOF和POF處理群落結(jié)構(gòu)相似,FOF處理單獨(dú)歸為一類(lèi)。這說(shuō)明施入外源有機(jī)物質(zhì)可能改變土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),而施入化肥對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響不大。

CK─不施肥對(duì)照;CF─化肥;WOF─50%化肥+50%水葫蘆有機(jī)肥;POF─50%化肥+50%豬糞有機(jī)肥;FOF─50%化肥+50%發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥。

表4 不同樣品細(xì)菌的香農(nóng)-威爾指數(shù)、豐度和均勻度指數(shù)

Table 4 Shannon-Wiener index, richness and evenness of the bacteria in soil samples

處理豐度S香農(nóng)-威爾指數(shù)H均勻度EHCK383.520.97CF443.720.98WOF473.780.98POF543.930.99FOF503.800.97

CK為不施肥對(duì)照;CF為化肥;WOF為50%化肥+50%水葫蘆有機(jī)肥;POF為50%化肥+50%豬糞有機(jī)肥;FOF為50%化肥+50%發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥。

CK─不施肥對(duì)照;CF─化肥;WOF─50%化肥+50%水葫蘆有機(jī)肥;POF─50%化肥+50%豬糞有機(jī)肥;FOF─50%化肥+50%發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥。

3 討論

化肥對(duì)于我國(guó)糧食豐產(chǎn)起到重要的作用,但是長(zhǎng)期施用化肥容易造成土壤理化性狀?lèi)夯?過(guò)多施用易造成農(nóng)業(yè)面源污染[17-18];有機(jī)肥盡管具有長(zhǎng)期效應(yīng),但由于分解緩慢,不能滿(mǎn)足當(dāng)季作物生長(zhǎng)養(yǎng)分需求[4]。因此,有機(jī)肥和化肥配施可以協(xié)調(diào)養(yǎng)分供應(yīng),滿(mǎn)足作物全生育期需要,改善土壤生物性狀,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì);同時(shí)也可減少化肥過(guò)量施用對(duì)土壤和環(huán)境的影響[19]。有機(jī)肥和化肥配施刺激了土壤微生物活性,與單施化肥相比更多的無(wú)機(jī)氮被固定在微生物體內(nèi),從而避免了前期過(guò)多的無(wú)機(jī)氮存在于土壤中而產(chǎn)生揮發(fā)損失;當(dāng)作物需肥量增加時(shí),土壤中沒(méi)有更多的能源物質(zhì)來(lái)維持微生物的生命活動(dòng),大量的微生物相繼死亡,被固持在這些微生物體內(nèi)的這部分氮素釋放出來(lái)供作物吸收利用[20-22]。水葫蘆有機(jī)肥、豬糞有機(jī)肥和發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥與化肥配施處理的黃瓜產(chǎn)量明顯增加,增幅在20%左右,其中發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥與化肥配施效果最好。從黃瓜品質(zhì)方面來(lái)看,3種有機(jī)肥和化肥配施處理黃瓜果實(shí)體內(nèi)維生素C含量比CF處理增加10%左右,可溶性糖和硝酸鹽含量差異不顯著,說(shuō)明有機(jī)肥和化肥配施未降低黃瓜品質(zhì),甚至可提高黃瓜的維生素C含量。

氮素利用率不僅可以反映單位施肥量對(duì)作物產(chǎn)量的影響,同時(shí)反映作物對(duì)肥料的回收利用效率,因此從提高作物產(chǎn)量、減少肥料損失、防止環(huán)境污染方面均具有重要意義[23]。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以改善土壤的供氮能力,明顯增加水稻地上部氮素積累量,加速氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn),提高水稻對(duì)氮素的吸收利用效率[3]。不同的有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)玉米的氮素吸收量、氮素?fù)p失量以及氮素利用率不同,適宜的秸稈、牛糞和雞糞還田量能明顯提高氮肥利用率[24]。水葫蘆有機(jī)肥與化肥配施在黃瓜果實(shí)氮素積累量方面高于其他2種有機(jī)肥與化肥配施,然而在氮肥回收率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率方面發(fā)酵床熟化墊料有機(jī)肥與化肥配施最高。因此,與CF處理相比,有機(jī)肥與化肥配施能提高氮素利用效率,但是不同來(lái)源的有機(jī)肥與化肥配施在氮素利用效率上存在明顯差異。

有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)可以改變土壤微生物群落碳源代謝模式,提高土壤微生物群落碳源利用能力,但是由于不同的有機(jī)肥施入后造成土壤中碳源及營(yíng)養(yǎng)元素物質(zhì)組成和含量差異，使微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化[25]。利用PCR-DGGE技術(shù)分析紅壤中細(xì)菌和真菌群落組成和多樣性的變化,發(fā)現(xiàn)不同施肥方式可以導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)顯著差異,施用有機(jī)肥和生物炭顯著增加了細(xì)菌多樣性,但施肥造成次年真菌多樣性下降[26]。長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以改變土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu),提高土壤酶活性,提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康有改善作用[27]。到目前為止,與其他分析技術(shù)相比,盡管PCR-DGGE技術(shù)存在一些不足,但仍然是一種比較常見(jiàn)的研究不同環(huán)境中微生物群落變化的工具。施入外源有機(jī)物質(zhì)可以改變土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),而施入化肥對(duì)土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響不大。因此,應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)農(nóng)民在生產(chǎn)過(guò)程中采用有機(jī)肥和化肥配施的方式,減少化學(xué)肥料的使用,降低對(duì)環(huán)境的不良影響。

[1] 趙冬,顏廷梅,喬俊,等.太湖地區(qū)綠肥還田模式下氮肥的深度減量效應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(6):1673-1678.

[2] 陶磊,褚貴新,劉濤,等.有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)長(zhǎng)期連作棉田產(chǎn)量、土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(21):6137-6146.

[3] 張小莉,孟琳,王秋君,等.不同有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥對(duì)水稻產(chǎn)量和氮素利用率的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2009,20(3):624-630.

[4] 郝小雨,高偉,王玉軍,等.有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配合施用對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤硝態(tài)氮淋失的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2012,31(3):538-547.

[5] 范如芹,羅佳,高巖,等.農(nóng)業(yè)廢棄物的基質(zhì)化利用研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,30(2):442-448.

[6] 羅佳,蔣小芳,孟琳,等.不同堆肥原料的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥對(duì)油菜生長(zhǎng)及土壤供氮特性的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2010,47(1):97-106.

[7] CULTER N A,CHAPUT D L,VAN DER GAST C J.Long-Term Changes in Soil Microbial Communities During Primary Succession[J].Soil Biology and Biochemistry,2014,69:359-370.

[8] 袁紅朝,吳昊,葛體達(dá),等.長(zhǎng)期施肥對(duì)稻田土壤細(xì)菌、古菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(6):1807-1813.

[9] 王菲,袁婷,谷守寬,等.有機(jī)無(wú)機(jī)緩釋復(fù)合肥對(duì)不同土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(4):1461-1467.

[10]NY 525—2012,有機(jī)肥料[S].

[11]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社,1999:146-195.

[12]LUO J,RAN W,HU J,etal.Application of Bio-Organic Fertilizer Significantly Affected Fungal Diversity of Soils [J].Soil Science Society of America Journal,2010,74(6):2039-2048.

[13]羅佳,蔣小芳,孟琳,等.不同堆肥原料的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥對(duì)油菜生長(zhǎng)及土壤供氮特性的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2010,47(1):97-106.

[14]DAS M，ROYER T V，LEFF L G.Diversity of Fungi,Bacteria and Actinomycetes on Leaves Decomposing in a Stream[J].Applied and Environmental Microbiology,2007,73(3):756-767.

[15]LUO H F,QI H Y,ZHANG H X.Assessment of the Bacterial Diversity in Fenvalerate-Treated Soil[J].World Journal of Microbiology and Biotechnology,2004,20(5):509-515.

[16]GB 19338—2003,蔬菜中硝酸鹽限量[S].

[17]張維理,武淑霞,冀宏杰,等.21世紀(jì)初期中國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染的形勢(shì)估計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2004,37(7):1008-1017.

[18]王德建,林靜慧,孫瑞娟,等.太湖地區(qū)稻麥高產(chǎn)的氮肥適宜量及其對(duì)地下水的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2003,40(3):426-432.

[19]黃東風(fēng),王果,李衛(wèi)華,等.施肥模式對(duì)蔬菜產(chǎn)量、硝酸鹽含量及模擬土柱氮磷淋失的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2009,25(2):68-73.

[20]徐陽(yáng)春,沈其榮,冉煒.長(zhǎng)期免耕與施用有機(jī)肥對(duì)土壤微生物生物量碳、氮、磷的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2002,39(1):89-96.

[21]SHEN Q R,XU S M,SHI R H.Effect of Incorpration of Wheat Straw and Urea Into Soil on Biomass Nitrogen and Nitrogen-Supplying Characteristics of Paddy Soil[J].Pedosphere,1993,3(3):201-205.

[22]THOMSEN I K,VIGGO K,BENDT J.Crop Uptake and Leaching of15N Applied in Ruminant a Slurry With Selectively Labeled Feces and Urine Fractions[J].Plant Soil,1997,197(2):233-239.

[23]高洪軍,朱平,彭暢,等.等氮條件下長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)春玉米的氮素吸收利用和土壤無(wú)機(jī)氮的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2015,21(2):318-325.

[24]王振華,曹?chē)?guó)軍,耿玉輝,等.不同農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)玉米氮素吸收利用及氮平衡的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2015,31(23):127-133.

[25]呂美蓉,李忠佩,劉明,等.長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用土壤中添加不同肥料養(yǎng)分后土壤微生物短期變化[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2011,27(4):69-73.

[26]陳利軍,孫波,金辰,等.等碳投入的有機(jī)肥和生物炭對(duì)紅壤微生物多樣性和土壤呼吸的影響[J].土壤,2015,47(2):340-348.

[27]陸海飛,鄭金偉,余喜初,等.長(zhǎng)期無(wú)機(jī)有機(jī)肥配施對(duì)紅壤性水稻土微生物群落多樣性及酶活性的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2015,21(3):632-643.

(責(zé)任編輯： 陳 昕)

Effect of Combined Application of Chemical Fertilizer With Organic Manure on Cucumber Yield and Soil Microbial Diversity.

LUO Jia, LIU Li-zhu, WANG Tong, YAN Shao-hua, LU Xin, FAN Ru-qin, ZHANG Zhen-hua

(Institute of Agricultural Resource and Environmental Sciences, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)

Combined application of chemical fertilizer with organic manure has obvious advantages over application of chemical fertilizer or organic manure alone in terms of crop yield, but little has been reported about effect of the combination on soil microbial diversity. A greenhouse experiment was conducted to investigate effects of the combined application of chemical fertilizer with organic manure on cucumber yield and soil microbial diversity. The experiment was designed to have 5 treatments, that is, Treatment CK (no fertilization), Treatment CF [chemical fertilizer,w(N)∶w(P2O5)∶w(K2O)=15∶15∶15], Treatment WOF (NPK +water hyacinth), Treatment POF (NPK + pig manure) and Treatment FOF (NPK + fermented bedding). All the treatments, except for Treatment CK, were the same in N input and the combination followed 1∶1 ratio. Results show that the treatments of combined application were higher than or equal to Treatment CF in cucumber yield. Treatment FOF in particular was 26.77% higher, and followed by Treatment WOF. The combined fertilization was found to be able to maintain or raise cucumber yield and improve quality of the fruit as well. The cucumbers from the treatments of combined fertilization were about 30% higher than those from Treatment CF in Vitamin C content. The combined fertilization also improved nitrogen use efficiency, but the effect varied sharply from treatment to treatment. PCR-DGGE shows that soil bacteria community structure in the five treatments could be classified into three groups. Treatments CK and CF were quite similar in soil bacterial community structure and Treatments WOF and POF were similar too, while Treatment FOF was unique. The treatments of combined fertilization, regardless of source of organic manure, all increased the Shannon-Wiener index and abundance of soil bacteria by as far as over 5% as compared with Treatment CF,which indicates that application of extraneous organic matter could alter structure of the soil microbial community and improve soil microbial diversity, but the application of chemical fertilizer (CF) has little effect on the soil microbial community structure.

organic manure;chemical fertilizer;combined fertilization;cucumber;soil microbial diversity

2015-09-06

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201203050);江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金〔CX(15)1003〕

X53;S141.2

A

1673-4831(2016)05-0774-06

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.05.013

羅佳(1982—),男,江蘇濱海人,副研究員,博士,主要從事污染物治理及資源化利用研究。E-mail: luo-jia-428@163.com

① 通信作者E-mail: zhenhuaz70@hotmail.com