王 琰, 井大煒, 付修勇， 劉富剛， 段曉塵，劉 芬， 郭艷玲, 昝林生, 張 紅, 賈?；?/p>

(1.德州學(xué)院 資源環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 山東 德州 253023; 2.德州學(xué)院 生態(tài)與園林建筑學(xué)院, 山東 德州 253023)

保水劑施用量對(duì)楊樹(shù)苗土壤物理性狀與微生物活性的影響

王 琰1, 井大煒1, 付修勇1， 劉富剛1， 段曉塵1，劉 芬1， 郭艷玲2, 昝林生2, 張 紅2, 賈?；?

(1.德州學(xué)院 資源環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 山東 德州 253023; 2.德州學(xué)院 生態(tài)與園林建筑學(xué)院, 山東 德州 253023)

[目的] 探討保水劑不同施用量對(duì)楊樹(shù)土壤物理性狀與微生物活性的作用效果,為中國(guó)楊樹(shù)人工林節(jié)水高產(chǎn)實(shí)踐模式提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。[方法] 研究CK(常規(guī)灌量)、CL(60%常規(guī)灌量配施10 g保水劑)、CM(60%常規(guī)灌量配施30 g保水劑)和CH(60%常規(guī)灌量配施50 g保水劑)4個(gè)處理對(duì)楊樹(shù)苗土壤物理性狀、水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、微生物數(shù)量、微生物呼吸和代謝熵的影響。[結(jié)果] 同CK相比，CM處理顯著降低了土壤容重，并明顯提高了非毛管孔隙度，其中土壤容重分別較CK，CL和CH處理顯著下降13.71%，5.31%和7.76%；還明顯促進(jìn)了土壤大團(tuán)聚體(>0.25 mm團(tuán)粒)的形成。同時(shí)，CM處理明顯增加了土壤微生物總量和微生物量碳、氮含量，并顯著增強(qiáng)了土壤微生物呼吸作用，其微生物呼吸速率分別比CK，CL和CH處理提高30.77%，11.84%和7.59%。此外，CM處理還降低了代謝熵，分別較CK，CL和CH處理下降4.81%，8.29%和9.74%。[結(jié)論] 適宜的節(jié)水灌溉措施(60%常規(guī)灌量與30 g保水劑組合)有助于改善楊樹(shù)苗土壤的物理環(huán)境，并增強(qiáng)微生物活性。

保水劑; 楊樹(shù)苗; 土壤團(tuán)聚體; 土壤微生物呼吸; 代謝熵

文獻(xiàn)參數(shù)： 王琰, 井大煒, 付修勇， 等.保水劑施用量對(duì)楊樹(shù)苗土壤物理性狀與微生物活性的影響[J].水土保持通報(bào)，2017,37(3)：53-58.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.009； Wang Yan, Jing Dawei, Fu Xiuyong, et al. Effects of application amount of super-absorbent polymer on soil physical characteristics and microbial activity under poplar seedlings[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：53-58.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.009

目前，全世界干旱半干旱地區(qū)的面積已超過(guò)地球陸地總表面積的1/3[1]，中國(guó)干旱半干旱區(qū)面積約占全國(guó)陸地面積的47%，隨著全球氣候變暖，這種干旱化的趨勢(shì)仍在繼續(xù)增強(qiáng)[2]。部分地區(qū)雖雨量充沛但是降水季節(jié)性波動(dòng)也比較大，經(jīng)常出現(xiàn)季節(jié)性干旱，有效地利用有限的水資源也是解決水資源短缺的方法之一[2]。楊樹(shù)是中國(guó)速生豐產(chǎn)林工程的主要造林樹(shù)種，為了確保水資源的可持續(xù)利用，采取楊樹(shù)節(jié)水灌溉技術(shù)顯得尤為重要。

新型節(jié)水保水材料——保水劑的出現(xiàn)為節(jié)水灌溉技術(shù)的實(shí)施提供了一種新途徑和新方法[3]。保水劑是一種交聯(lián)密度很低、高水膨脹性、吸水力超強(qiáng)的高分子聚合物。它是土壤的良好膠結(jié)劑，有土壤“微型水庫(kù)”之稱，能迅速吸收并保持自身質(zhì)量數(shù)百倍乃至上千倍的水分，而且所吸收水分的85%～95%以上是植物可以利用的有效水[4-5]。同時(shí)，施用保水劑可以提高水資源利用效率，調(diào)節(jié)水、肥、氣、熱狀況，改善作物生長(zhǎng)條件，在節(jié)水農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)中得到廣泛應(yīng)用[6]。已有大量關(guān)于保水劑在玉米、白菜、棉花等農(nóng)作物上的應(yīng)用研究[7-9]，但針對(duì)楊樹(shù)的研究相對(duì)較少，尤其關(guān)于保水劑對(duì)楊樹(shù)土壤物理性狀與微生物活性的研究更是鮮見(jiàn)報(bào)道。土壤微生物量既是土壤有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)的動(dòng)力,還可作為土壤中植物有效養(yǎng)分的儲(chǔ)備庫(kù)[10]。土壤微生物活性調(diào)控著土壤碳礦化過(guò)程、養(yǎng)分循環(huán)及生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，并且土壤微生物量與活性是表征土壤質(zhì)量的主要微生物學(xué)指標(biāo)，可快速地指示土壤質(zhì)量的變化趨勢(shì)[11]。此外，通過(guò)前期關(guān)于不同灌溉量與保水劑組合的研究發(fā)現(xiàn)[3]，60%常規(guī)灌溉量配施保水劑仍能顯著促進(jìn)楊樹(shù)林木的生長(zhǎng)，但關(guān)于同一灌溉量與不同保水劑用量的組合研究尚未涉及。為此，本研究擬以一年生楊樹(shù)苗為試材，以盆栽的方式，探討保水劑不同用量對(duì)楊樹(shù)苗土壤物理性狀和微生物活性的影響機(jī)制及效應(yīng)，進(jìn)一步明確保水劑對(duì)楊樹(shù)種植的節(jié)水效果，以期為中國(guó)楊樹(shù)人工林節(jié)水高產(chǎn)實(shí)踐模式提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在山東省林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)苗圃，供試土壤為潮土，土壤速效氮含量27.89 mg/kg，速效磷含量25.76 mg/kg，速效鉀含量78.52 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量6.79 g/kg，pH 8.10。所用保水劑為XL型丙烯酰胺—丙烯酸鉀交聯(lián)共聚物，粒徑為1.6～4.0 mm，其陰離子度為12.3%，含水率為9.7%，表觀密度為0.78 g/cm3，吸純水倍數(shù)為350，吸1 000 mg/kg NaCl水溶液倍數(shù)為180。所用化肥為尿素(含N 46%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)與氯化鉀(含K2O 60%)。楊樹(shù)扦插苗品種為I-107歐美楊，接穗長(zhǎng)15～16 cm，莖粗2 cm，重量為25～27 g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，每盆裝土10.0 kg，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，依據(jù)前期的研究[3]，共設(shè)4個(gè)處理： (1) CK，常規(guī)灌溉量； (2) CL，60%常規(guī)灌溉量配施0.1%保水劑(10 g/盆)； (3) CM，60%常規(guī)灌溉量配施0.3%保水劑(30 g/盆)； (4) CH，60%常規(guī)灌溉量配施0.5%保水劑(50 g/盆)。每個(gè)處理15盆，共計(jì)60盆。每個(gè)處理的肥料施用量保持一致，N，P和K含量分別為3.55，1.94，3.94 g。試驗(yàn)用盆為塑料盆，盆高20 cm，直徑30 cm。于2016年4月12日盆栽試驗(yàn)時(shí)，將保水劑、肥料與土壤充分混勻后裝盆，控制裝土容重為1.19 g/cm3。在楊樹(shù)苗整個(gè)試驗(yàn)期間，CK的常規(guī)灌水量為90 L，而CL，CM和CH處理的灌水量均為54 L。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在2016年10月18日(落葉前)，用自制土鉆分別取各盆土面至盆底的土壤，混合均勻后分成兩份：一份新鮮土樣于4 ℃冰箱避光保存，盡快測(cè)定微生物數(shù)量、微生物量碳、氮和微生物呼吸；另一份樣品自然風(fēng)干，用于測(cè)定土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。同時(shí)，采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，并計(jì)算土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。

采用濕篩法[12]獲得各級(jí)別土壤團(tuán)聚體的含量，分別通過(guò)孔徑為5，2，1，0.5和0.25 mm 5個(gè)篩級(jí)，并計(jì)算>0.25 mm的團(tuán)聚體含量。土壤微生物數(shù)量采用稀釋平板計(jì)數(shù)法，細(xì)菌采用牛肉蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基；放線菌采用改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基；真菌采用馬丁—孟加拉紅培養(yǎng)基[13]。土壤微生物量碳和氮的測(cè)定采用氯仿熏蒸K2SO4浸提法[14]。土壤微生物呼吸的測(cè)定采用室內(nèi)密閉培養(yǎng)法[3]，并以單位質(zhì)量土壤平均每小時(shí)釋放的CO2-C數(shù)量表示,單位為mg/(kg·h)。代謝熵是土壤微生物呼吸與土壤微生物量碳的比值，用mg/(g·h)表示。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)處理使用SPSS 11.5軟件，采用one-way ANOVA(單因素差異顯著性分析法)中的LSD(最小顯著法)在α=0.05水平下檢驗(yàn)不同處理對(duì)土壤物理性狀與微生物活性等指標(biāo)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤容重與孔隙度

從表1可知，同CK相比，CL，CM和CH處理均明顯降低了楊樹(shù)苗的土壤容重，其中CM處理最低，分別較CK，CL和CH處理下降13.71%，5.31%和7.76%，差異均達(dá)顯著水平。同時(shí)，CL，CM和CH處理顯著提高了土壤總孔隙度和毛管孔隙度，其中CH處理的毛管孔隙度顯著高于其他處理，而CM處理的總孔隙度最高，并明顯高于其他處理。此外，CM處理的非毛管孔隙度、非毛管孔隙度/毛管孔隙度比值均最高，其中非毛管孔隙度分別比CK，CL和CH處理顯著高出25.71%，9.98%和147.06%；而非毛管孔隙度/毛管孔隙度比值與CK，CL處理差異未達(dá)顯著水平，但均明顯高于CH處理。從表1還可見(jiàn)，CL與CH處理的土壤容重、總孔隙度均差異不顯著，而CL處理的非毛管孔隙度顯著高于CH處理。以上分析認(rèn)為，減量灌溉配施保水劑能顯著降低楊樹(shù)苗的土壤容重，明顯提高總孔隙度。但隨著保水劑用量的增加，土壤容重呈先降低后升高的變化趨勢(shì)，總孔隙度和非毛管孔隙度呈先升高后降低的趨勢(shì)。這表明減量灌溉與適量保水劑(30 g/盆)組合對(duì)楊樹(shù)苗土壤物理性狀的改善效果最佳，而并非保水劑用量越多越好。

表1 不同處理對(duì)楊樹(shù)苗土壤容重與孔隙度的影響

注：CK為常規(guī)灌溉量； CL為60%常規(guī)灌溉量配施0.1%保水劑(10 g/盆)； CM為60%常規(guī)灌溉量配施0.3%保水劑(30 g/盆)； CH為60%常規(guī)灌溉量配施0.5%保水劑(50 g/盆)； 數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。下同。

2.2 水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)

土壤結(jié)構(gòu)決定土壤的物理肥力，同時(shí)也決定有效肥料元素在土壤中的遷移運(yùn)動(dòng)和土壤生物的生存，因此土壤結(jié)構(gòu)是土壤肥力的基礎(chǔ)。通常把粒徑>0.25 mm的團(tuán)粒作為評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)[12]。從表2可見(jiàn)，減量灌溉條件下添加保水劑對(duì)楊樹(shù)苗土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成具有明顯促進(jìn)作用，尤其是對(duì)創(chuàng)建土壤中0.5～5 mm粒徑的團(tuán)粒影響顯著。而在3個(gè)保水劑處理中，以CM處理的>0.25 mm團(tuán)粒含量最高，分別較CK，CL和CH處理高出27.07，13.05，6.35個(gè)百分點(diǎn)，差異均達(dá)到顯著水平。數(shù)據(jù)表明，60%常規(guī)灌量配施一定量的保水劑能顯著提高楊樹(shù)苗表層土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這可能與保水劑促進(jìn)了楊樹(shù)苗根系的生長(zhǎng)和土壤微生物的活性有關(guān)。但當(dāng)保水劑用量增加到0.5%時(shí)，>0.25 mm團(tuán)粒含量不增加反而減小，說(shuō)明在土壤中并不是施用保水劑量越多土壤結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定，當(dāng)保水劑用量過(guò)大時(shí)會(huì)一定程度地破壞土壤結(jié)構(gòu)，可能引起土壤板結(jié)，表現(xiàn)出一定的負(fù)面影響。

2.3 土壤微生物數(shù)量

由表3可以看出，楊樹(shù)苗土壤微生物以細(xì)菌為主，放線菌次之，而真菌最少，其所占微生物總量的比例分別為82.99%～87.35%，11.25%～15.73%和1.29%～1.60%。與CK相比，施用保水劑的3個(gè)處理均顯著提高了楊樹(shù)苗土壤的細(xì)菌數(shù)和真菌數(shù)，而對(duì)放線菌數(shù)的影響較小。在施用保水劑處理中，CM處理的細(xì)菌數(shù)達(dá)最高值，并顯著高于其它處理，分別較CK，CL和CH處理提高49.59%，20.36%和14.16%；CM和CH處理的真菌數(shù)差異不顯著，但均顯著高于CL處理。同時(shí)，各處理微生物總量的變化趨勢(shì)與細(xì)菌數(shù)一致。從表3還可見(jiàn)，楊樹(shù)苗土壤的微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)含量表現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律，其大小次序?yàn)椋篊M>CH≈CL>CK。CM處理的MBC和MBN含量均顯著高于其他處理，其中MBC含量分別比CK，CL和CH處理高出36.32%，21.93%和19.19%。此外，各處理MBC/MBN比值分別為6.17，6.23，6.98，6.24。方差分析表明，CM處理的MBC/MBN比值最大，并與其他3個(gè)處理差異達(dá)顯著水平，而CK，CL和CH處理之間MBC/MBN比值無(wú)顯著性差異。由此可見(jiàn)，減量灌溉與適量的保水劑組合能顯著增加楊樹(shù)苗土壤的微生物總量，并提高微生物量碳、氮含量，這對(duì)于提高微生物活性、增強(qiáng)土壤的供肥性具有重要的促進(jìn)效應(yīng)。

表2 不同處理對(duì)楊樹(shù)苗土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)組成的影響

表3 不同處理對(duì)楊樹(shù)苗土壤微生物數(shù)量與微生物量碳、氮含量的影響

2.4 微生物呼吸與代謝熵

土壤呼吸指土壤由于代謝作用而釋放CO2的過(guò)程,包括3個(gè)生物學(xué)過(guò)程：植物的根系呼吸、土壤微生物的異氧呼吸與土壤動(dòng)物呼吸，其中最重要的部分是根系呼吸與土壤微生物異氧呼吸[15]。因?yàn)楸狙芯咳コ酥参锏母?，并采用室?nèi)培養(yǎng)法測(cè)定土壤呼吸速率，故考察的土壤呼吸主要為土壤微生物呼吸。從圖1可以看出，施用保水劑較對(duì)照顯著提高了楊樹(shù)苗土壤的微生物呼吸速率，CL，CM和CH處理分別提高16.92%，30.77%和21.54%。而在3個(gè)保水劑處理中，CM處理的土壤微生物呼吸速率最高，分別比CL和CH處理顯著提高11.84%和7.59%，而CL與CH處理間無(wú)顯著性差異。

代謝熵指土壤微生物呼吸速率與微生物量碳的比率，不但能反映土壤微生物種群利用土壤有機(jī)成分的效率，而且還可指示土壤質(zhì)量的變化趨勢(shì)與生態(tài)系統(tǒng)的成熟度[16]。從圖1可見(jiàn)，同對(duì)照相比，施用保水劑3個(gè)處理的代謝熵表現(xiàn)出明顯的差異，CL和CH處理的代謝熵顯著高于CK，且CL與CH處理之間差異不顯著，而CM處理的代謝熵則顯著低于CK，分別較CK，CL和CH處理降低4.81%，8.29%和9.74%，差異均達(dá)顯著水平。由此可知，60%常規(guī)灌量與適量的保水劑配施既可以顯著增強(qiáng)楊樹(shù)苗土壤的微生物呼吸作用，還能降低代謝熵，而保水劑用量過(guò)小或過(guò)大的作用效果則明顯減弱，表明保水劑的施用量至關(guān)重要。

圖1 不同處理對(duì)楊樹(shù)苗土壤微生物呼吸與代謝熵的影響

3 討 論

本試驗(yàn)研究中，在減量灌溉的條件下添加保水劑能顯著降低楊樹(shù)苗的土壤容重，并增加了土壤總孔隙度和毛管孔隙度。這一結(jié)論在大量的研究中均得到了證實(shí)[3,10,17]?？赡苁且?yàn)楸Ｋ畡┚哂懈叻肿尤S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且有大量羧基、羥基等親水官能團(tuán)，形成吸水動(dòng)力。當(dāng)保水劑吸水后會(huì)膨脹，而待其吸收的水分釋放時(shí)，它又收縮，再吸水又膨脹。這一過(guò)程在土壤中反復(fù)發(fā)生，因此會(huì)引起土壤中三相比例的不斷改變，從而使土壤變得疏松[5,18]。同時(shí)，本試驗(yàn)表明，CL和CM處理較CK能顯著提高楊樹(shù)苗土壤非毛管孔隙度，說(shuō)明減量灌溉配施保水劑不僅增加土壤總孔隙度，也增加非毛管孔隙度，增強(qiáng)了土壤的通氣性能；而CH處理的總孔隙度雖稍高于CK，但非毛管孔隙度僅有6.78%，表明過(guò)量施用保水劑反而降低土壤非毛管孔隙度，減弱了其通氣性，易造成土壤板結(jié)，不利于楊樹(shù)苗的生長(zhǎng)。這與侯賢清等[19]關(guān)于馬鈴薯的研究結(jié)果基本一致。

粒徑0.25～5.00 mm的土壤團(tuán)粒含量越高，土壤透氣度越大，土壤涵養(yǎng)水分和供應(yīng)植物所需水分的能力越強(qiáng)[12]。本研究得出，施用保水劑措施有利于土壤大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，這一結(jié)論與大多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果相似[6,8]。同時(shí)，隨著保水劑用量的增加，土壤容重呈現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢(shì)，而>0.25 mm團(tuán)粒含量是先升后降的趨勢(shì)，這與許紫峻等[20]的研究結(jié)論基本一致。說(shuō)明施用保水劑并非越多越好，只有適量的保水劑才能更好地改善楊樹(shù)苗土壤的物理性狀，而過(guò)高或過(guò)低的施用量均達(dá)不到最佳的作用效果。而崔英德等[21]的研究則認(rèn)為，隨保水劑用量的增加，土壤中大團(tuán)聚體仍呈遞增的趨勢(shì)，這與本研究結(jié)果不完全一致，造成這一差異可能與保水劑類型、土壤質(zhì)地及試驗(yàn)周期等因素有關(guān)，具體原因還有待于進(jìn)一步研究。

土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化循環(huán)的動(dòng)力，對(duì)土壤肥力的形成起著重要作用[22-23]。土壤微生物呼吸主要是指微生物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解過(guò)程，即土壤有機(jī)質(zhì)潛在的礦化速率。它是表征土壤肥力與質(zhì)量的主要生物學(xué)指標(biāo)之一，可以反映土壤的物質(zhì)代謝強(qiáng)度與微生物總體活性[15]。本研究中，不同處理下楊樹(shù)苗土壤中細(xì)菌數(shù)、放線菌數(shù)和真菌數(shù)所占微生物總量的比例分別為82.99%～87.35%，11.25%～15.73%和1.29%～1.60%，配施保水劑并未顯著改變土壤中3大功能微生物的總體比例。這一結(jié)論在干旱山地新植核桃園土壤的研究中也得到了驗(yàn)證[24]。與對(duì)照相比，施用保水劑能顯著提高楊樹(shù)苗土壤中細(xì)菌數(shù)、真菌數(shù)、微生物總量和微生物呼吸速率，其中CM處理的作用效果顯著優(yōu)于CL和CH處理。這可能是由于：一方面，保水劑可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，明顯改善土壤物理性狀，而CM處理對(duì)土壤物理性狀的改善效果最佳，從而能為微生物的活動(dòng)與發(fā)育創(chuàng)造更優(yōu)越的環(huán)境，有利于增強(qiáng)土壤微生物的生命活力[3]；另一方面，土壤物理性狀的改善更利于增強(qiáng)楊樹(shù)苗的根系活性，刺激根系分泌大量的無(wú)機(jī)與有機(jī)物質(zhì)，從而增加了微生物生長(zhǎng)與繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源與能量來(lái)源，也能使微生物更加活躍[14,25-26]。因此，土壤物理性狀的改善與較強(qiáng)的根系活性可能是保水劑施用條件下微生物數(shù)量增加的原因之一，而微生物數(shù)量的增加有利于提高土壤有機(jī)物的周轉(zhuǎn)利用效率，進(jìn)而增強(qiáng)供肥性[27]。同時(shí)，CM處理亦顯著增加了土壤微生物量碳、氮含量，而微生物量碳、氮是土壤中有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分的一種短暫而最有效的貯存形式，是土壤養(yǎng)分的源、庫(kù)[15]，其含量的提高也是導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量增加的原因之一。這也表明適量的施用保水劑可以促使較多的氮素通過(guò)同化作用轉(zhuǎn)入到微生物體內(nèi)被暫時(shí)固定，對(duì)于調(diào)節(jié)土壤氮素供應(yīng)、提高氮素利用率與保證林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有積極意義[5]。

代謝熵將微生物生物量的大小和微生物的功能與生物活性有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，能夠揭示微生物群落生理的特征[3]。有研究發(fā)現(xiàn)[15]，代謝熵較低意味著土壤中微生物對(duì)碳的利用效率較高，而代謝熵較高則表明用于微生物細(xì)胞合成的碳比例相對(duì)較小，即碳源的利用率低。本研究得出，CL和CH處理的代謝熵明顯高于CK，說(shuō)明CL和CH處理對(duì)碳源的利用率較低；而CH處理的代謝熵顯著低于CK，這可能是由于： (1) 盡管各處理的微生物呼吸與微生物量碳表現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律，但CM處理相比CL與CH處理能使微生物量碳含量增加的更快，所以降低了代謝熵； (2) CM處理能更顯著地促進(jìn)土壤微生物的大量繁殖與微生物活性的提高，明顯增加了微生物生物量，從而提高了對(duì)碳源的利用率，使得代謝熵降低，這與劉方春等[28]的研究結(jié)論相類似。這進(jìn)一步驗(yàn)證了保水劑的施用量具有決定性作用。

4 結(jié) 論

與CK相比，CM處理可顯著降低楊樹(shù)苗的土壤容重，并明顯提高了非毛管孔隙度，其中土壤容重分別較CK，CL和CH處理下降13.71%，5.31%和7.76%；還明顯促進(jìn)了土壤大團(tuán)聚體(>0.25 mm團(tuán)粒)的形成。同時(shí)，CM處理明顯增加了土壤微生物總量和微生物量碳、氮含量，并顯著增強(qiáng)了土壤微生物呼吸作用，其微生物呼吸速率分別比CK，CL和CH處理提高30.77%，11.84%和7.59%。此外，CM處理還降低了代謝熵，分別較CK，CL和CH處理下降4.81%，8.29%和9.74%。綜合分析認(rèn)為，適宜的節(jié)水灌溉措施(60%常規(guī)灌溉量與30 g保水劑組合)有利于改善楊樹(shù)苗土壤的物理環(huán)境，并增強(qiáng)微生物活性。

[1] Uttam K M, Sharma K L, Venkanna K, et al. Evaluating hydrogel application on soil water availability and crop productivity in semiarid tropical red soil[J]. Indian Journal of Dryland Agricultural Research and Development, 2015,30(2):1-10.

[2] 曾群,蔡述明,杜耘.全球氣候變化對(duì)水資源的潛在影響[J].資源環(huán)境與發(fā)展,2006,1(11):45-47.

[3] 井大煒,邢尚軍,劉方春,等.畦灌配施保水劑改善楊樹(shù)林下土壤物理性狀提高微生物活性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(14):116-122.

[4] 岳征文,王百田,王紅柳,等.復(fù)合營(yíng)養(yǎng)長(zhǎng)效保肥保水劑應(yīng)用及其緩釋節(jié)肥效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(8):56-62.

[5] 井大煒,邢尚軍,劉方春,等.保水劑—尿素凝膠對(duì)側(cè)柏裸根苗細(xì)根生長(zhǎng)和氮素利用率的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2016,27(4):1046-1052.

[6] Busscher W J, Bjorneberg D L, Sojka R E. Field application of PAM as an amendment in deep-tilled US southeastern coastal plain soils [J]. Soil & Tillage Research, 2009,104(2):215-220.

[7] 張麗華,閆偉平,譚國(guó)波,等.保水劑不同施用深度對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤水分利用效率的影響[J].玉米科學(xué),2016,24(1):110-113.

[8] 李希,賀紀(jì)正,鄭袁明,等.新型保水劑應(yīng)用于土壤—小白菜系統(tǒng)的環(huán)境安全評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué),2014,35(2):780-785.

[9] 白文波,王春艷,李茂松,等.不同灌溉條件下保水劑對(duì)新疆棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(10):69-76.

[10] 馬海林,劉方春,馬丙堯,等.保水劑對(duì)側(cè)柏容器苗根際土壤微生物種群結(jié)構(gòu)及干旱適應(yīng)能力的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2016,22(1):43-48.

[11] 葉桂梅,井大煒,邢尚軍,等.味精廢漿與化肥配施對(duì)楊樹(shù)幼苗土壤活性有機(jī)碳與微生物活性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2016,30(5):291-296.

[12] 陳帥,陳強(qiáng),孫濤,等.黑土坡耕地秸稈覆蓋對(duì)表層土壤結(jié)構(gòu)和導(dǎo)氣性的影響[J].水土保持通報(bào),2016,36(1):17-21.

[13] 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,1999:24-214.

[14] 井大煒,邢尚軍,劉方春,等.保水劑施用方式對(duì)側(cè)柏根際微生態(tài)環(huán)境的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016,47(5):146-154.

[15] 賈德新,李士平,王風(fēng)丹,等.蚯蚓糞對(duì)豇豆根際土壤生物學(xué)特征及微生物活性的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2016,28(2):318-323.

[16] 井大煒,王明友,張紅,等.雞糞對(duì)蕓豆土壤有機(jī)碳氧化穩(wěn)定性與碳庫(kù)管理指數(shù)的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016,47(8):192-200.

[17] Busscher W J, Bjorneberg D L, Sojka R E. Field application of PAM as an amendment in deep-tilled US southeastern coastal plain soils[J]. Soil & Tillage Research, 2009,104(2):215-220.

[18] 李中陽(yáng),呂謀超,樊向陽(yáng),等.不同類型保水劑對(duì)冬小麥水分利用效率和根系形態(tài)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(12):3753-3758.

[19] 侯賢清,李榮,何文壽,等.2種保水劑對(duì)旱作土壤物理性狀及馬鈴薯產(chǎn)量的影響比較[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2015,29(12):2410-2417.

[20] 許紫峻,韓舒,師慶東.不同保水劑對(duì)土壤物理性質(zhì)影響的探究[J].節(jié)水灌溉,2016(10):10-14.

[21] 崔英德,郭建維,閻文峰,等. SA-IP-SPS型保水劑及其對(duì)土壤物理性能的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2003,19(1):28-31.

[22] 楊寧,張榮標(biāo),張永春,等.基于微生物生態(tài)效益的土壤肥力綜合評(píng)價(jià)模型[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(5):108-112.

[23] 張明錦,陳良華,張健,等.馬尾松人工林林窗內(nèi)凋落葉微生物生物量碳和氮的動(dòng)態(tài)變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2016,27(3):672-680.

[24] 劉洋,史薪鈺,陳夢(mèng)華,等.不同保水措施對(duì)退化干旱山地新植核桃園土壤養(yǎng)分和微生物的影響[J].水土保持通報(bào),2015,35(4):218-222.

[25] 李小林,李強(qiáng),金鑫,等.采收期松茸菌塘土壤理化特性及對(duì)細(xì)菌多樣性的影響[J].微生物學(xué)通報(bào),2016,43(3):541-549.

[26] 井大煒,王明友,張紅,等.蚯蚓糞配施尿素對(duì)豇豆根系特征與根際土腐殖質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2017,48(1):212-219.

[27] 康亞龍,景峰,孫文慶,等.加工番茄連作對(duì)土壤理化性狀及微生物量的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2016,53(2):533-542.

[28] 劉方春,馬海林,杜振宇,等.根際促生細(xì)菌應(yīng)用方式下金銀花生長(zhǎng)與根際環(huán)境特征[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016,47(11):163-171.

Effects of Application Amount of Super-absorbent Polymer on Soil Physical Characteristics and Microbial Activity Under Poplar Seedlings

WANG Yan1, JING Dawei1, FU Xiuyong1, LIU Fugang1,DUAN Xiaochen1, LIU Fen1, GUO Yanling2, ZAN Linsheng2, ZHANG Hong2, JIA Haihui2

(1.CollegeofResourcesEnvironmentandPlanning,DezhouUniversity,Dezhou,Shandong253023,China; 2.CollegeofEcologyandGardenArchitecture,DezhouUniversity,Dezhou,Shandong253023,China)

[Objective] The effects of different application amounts of super-absorbent polymer(SAP) on soil physical characteristics and microbial activity under growing poplar were researched to provide theoretical basis and technical reference for high-yield and water-saving practice modes in Chinese poplar plantation. [Methods] Four treatments, including CK(conventional irrigation), CL(60% conventional irrigation quantity co-applied with 10 g SAP), CM(60% conventional irrigation quantity co-applied with 30 g SAP) and CH(60% conventional irrigation quantity co-applied with 50 g SAP) were set. Their effects on soil physical properties, water stability of crumb structure, microbial populations, microbial respiration and metabolic quotient under poplar seedlings grew in pots were determined. [Results] The CM treatment significantly reduced soil bulk density and obviously increased non-capillary porosity. The soil bulk densities decreased in 13.71%, 5.31% and 7.76% as compared with those of CK, CL and CH, respectively. The formation of soil large aggregate(>0.25 mm size) was also promoted by the CM treatment. Moreover, the CM treatment observably increased total microbial populations and the contents of microbial biomass carbon and microbial biomass nitrogen. And CM treatment significantly enhanced microbial respiration, having 30.77%, 11.84% and 7.59% increases in microbial respiration rate in comparison with the ones of CK, CL and CH, respectively. In addition, the metabolic quotient was reduced by the CM treatment, having 4.81%, 8.29% and 9.74% decreases as compared with the ones of CK, CL and CH, respectively. [Conclusion] As a result, the proper water-saving irrigation measure(60% conventional irrigation quantity co-applied with 30 g SAP) is beneficial to improve soil physical environment and enhance soil microbial activity under poplar seedlings.

super-absorbent polymer; poplar seedlings; soil aggregate; soil microbial respiration; metabolic quotient

2017-02-17

2017-03-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“斷根對(duì)楊樹(shù)切口處不同根序細(xì)根的形態(tài)特征、解剖結(jié)構(gòu)及生理代謝的調(diào)控機(jī)理研究”(31500513)； 德州學(xué)院科技人才引進(jìn)項(xiàng)目(311890)

王琰(1998—),女(漢族),山東省聊城市人,本科,研究方向?yàn)樽匀坏乩砼c資源環(huán)境。E-mail:dlxwangyan@163.com。

井大煒(1982—),男(漢族),陜西省綏德縣人,講師,博士,主要從事植物營(yíng)養(yǎng)機(jī)理與調(diào)控研究。E-mail:jingdawei009@163.com。

A

1000-288X(2017)03-0053-06

S157.4， S728.2