侯 穎，丁錦平，裴冬麗

（商丘師范學(xué)院生物與食品學(xué)院/河南省植物與微生物互作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 商丘 476000）

我國(guó)96%左右的的煤炭產(chǎn)量來(lái)自井工開(kāi)采，井工開(kāi)采造成的地面塌陷在我國(guó)區(qū)域廣、面積大。隨著煤炭工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，土地塌陷面積還在逐年增加。因此，塌陷區(qū)的合理復(fù)墾是眾多學(xué)者關(guān)注的重要課題之一[1-4]。特別是在我國(guó)中東部的高潛水位平原農(nóng)業(yè)區(qū)，土地資源有限且人口眾多，礦業(yè)和農(nóng)業(yè)用地矛盾突出。因此，復(fù)墾后短時(shí)間內(nèi)提高土壤質(zhì)量，對(duì)增加農(nóng)業(yè)用地，解決礦區(qū)土地利用矛盾具有重要意義。

提高土壤質(zhì)量有諸多措施，包括物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)[5]，但不同的方法各有利弊。因此，近年來(lái)一些研究者開(kāi)展了多種復(fù)墾措施對(duì)礦區(qū)土壤進(jìn)行修復(fù)研究[6-7]，并取得了一定的成果。其中，以無(wú)機(jī)肥、有機(jī)肥和菌肥配施來(lái)提高土壤質(zhì)量的研究最為廣泛。多數(shù)研究結(jié)果認(rèn)為，多種肥料的合理配施能顯著改善土壤質(zhì)量、提高土壤肥力和微生物的數(shù)量[8-11]。

綠肥是將植物生長(zhǎng)過(guò)程中所產(chǎn)生的全部或部分綠色體，直接或異地翻壓或者經(jīng)堆漚后施用到土地中作肥料的一種技術(shù)，能有效增加土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)[12]。但隨著化肥工業(yè)的迅猛發(fā)展，化肥過(guò)量施用、盲目施用的問(wèn)題日益突出，不僅增加了農(nóng)業(yè)投入成本，還造成耕地質(zhì)量不斷下降、地下水和空氣等環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。而合理施用綠肥，有助于用地養(yǎng)地、部分替代化肥，同時(shí)能固氮、吸碳，有利于改善生態(tài)環(huán)境、節(jié)能減耗、保障糧食安全，對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義[13]。對(duì)于采煤塌陷復(fù)墾初期的土壤，由于土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤保水保肥能力差，而綠肥能有效地改良土壤結(jié)構(gòu)、增加有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀等多種營(yíng)養(yǎng)成分，因此，使用綠肥能更好地改善土壤理化性狀[14]。但有關(guān)綠肥在采煤塌陷復(fù)墾初期土壤改良中的應(yīng)用，尤其是綠肥與其他肥料的配施，以及不同品種綠肥的應(yīng)用效果研究相對(duì)較少。

施肥可使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，而施肥模式是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要因素，不同施肥模式強(qiáng)烈影響土壤微生物的種群結(jié)構(gòu)及數(shù)量[15]。土壤微生物是土壤質(zhì)量變化的敏感指標(biāo)，也是土壤質(zhì)量的重要指示[16]，研究不同培肥處理對(duì)土壤微生物的影響，能夠更早、更及時(shí)地反映土壤質(zhì)量的變化，可以為復(fù)墾土壤的管理和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。因此，我們以河南省永城采煤塌陷復(fù)墾區(qū)為對(duì)象，研究綠肥、化肥和菌肥的配施在復(fù)墾初期土壤質(zhì)量改良中的應(yīng)用效果，分析綠肥與其他肥料配施對(duì)復(fù)墾土壤微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)的影響，以期為平原農(nóng)業(yè)區(qū)采煤塌陷地復(fù)墾土壤的修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

河南省永城煤礦區(qū)（115°58′～116°39′E，33°42′～34°18′N(xiāo)）地處豫東平原農(nóng)業(yè)區(qū)，屬于大型平原礦區(qū)，也是新興的我國(guó)六大無(wú)煙煤生產(chǎn)基地之一。屬暖溫帶季風(fēng)性半濕潤(rùn)氣候區(qū)，平均海拔高33 m，年平均氣溫14.30℃，年降水量874 mm，無(wú)霜期207 d。該區(qū)老礦區(qū)土地塌陷十分嚴(yán)重，新建煤礦開(kāi)采強(qiáng)度高、塌陷速度快，采煤沉陷已成為該區(qū)當(dāng)前最突出、最緊迫的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年在河南省永城市城郊煤礦塌陷復(fù)墾區(qū)進(jìn)行，供試土壤為復(fù)墾1年土壤。供試綠肥為紫花苜蓿和黑麥草；化學(xué)肥料為復(fù)合肥（N-P2O5-K2O∶15-15-15）；菌肥為金寶貝微生物菌劑，由北京華夏康源科技有限公司提供，有效活菌數(shù)在4億～8億個(gè)/g。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)黑麥草（T1）、紫花苜蓿（T2）、黑麥草+化肥（T3）、紫花苜蓿+化肥（T4）、黑麥草+菌肥（T5）、紫花苜蓿+菌肥（T6）、黑麥草+化肥+菌肥（T7）、紫花苜蓿+化肥+菌肥（T8）和不施肥（CK）9個(gè)處理，每個(gè)處理5次重復(fù)，小區(qū)面積40 m2，各小區(qū)之間用塑料薄膜隔開(kāi)，防止小區(qū)間串水串肥。

2015年3月初按不同的試驗(yàn)處理每667 m2施用化肥（復(fù)合肥45 kg）或菌肥（2 kg）后，撒播黑麥草（每667 m2播種量1 kg）或紫花苜蓿（每667 m2播種量0.5 kg），當(dāng)年6月份全部翻耕，把黑麥草或紫花苜蓿掩埋于土壤下，9月份取土壤樣品作為試驗(yàn)材料。

土壤樣品采集時(shí)間為2015年9月，各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按“S”形取樣，采集0～20 cm土層樣品，混勻，每個(gè)土樣5次重復(fù)，取回后貯存于4℃冰箱供測(cè)微生物數(shù)量之用。

土壤可培養(yǎng)微生物采用平板分離計(jì)數(shù)法，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、放線菌采用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基、真菌采用孟加拉紅培養(yǎng)基分別進(jìn)行分離培養(yǎng)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel 2003軟件，方差分析采用SPSS 17.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥處理對(duì)復(fù)墾土壤微生物總數(shù)的影響

由圖1可知， T1～T8處理土壤微生物總數(shù)量均比CK顯著增加，其中，T7、T8處理土壤微生物總數(shù)量最多。與CK相比， T7、T8處理微生物數(shù)量提高幅度分別為430.1%和387.9%，其次是T3、T4處理，其微生物數(shù)量提高幅度分別為342.9%和314.8%，而T1、T2、T5、T6處理增加幅度較小。因此，各種處理微生物總數(shù)量的變化為：T7、T8＞T3、T4＞T1、T2、T5、T6。

圖1 各處理微生物總數(shù)量

2.2 施肥處理對(duì)復(fù)墾土壤不同微生物類(lèi)群的影響

由表1可知，與CK相比，施肥處理均顯著提高了不同微生物類(lèi)群的數(shù)量，總體上，微生物類(lèi)群在各施肥處理的數(shù)量變化順序?yàn)椋悍啪€菌＞細(xì)菌＞真菌，其中，各施肥處理放線菌數(shù)量比CK增加2.4～5.8倍、細(xì)菌數(shù)量比CK增加2.0～4.2倍、真菌數(shù)量比CK增加1.5～3.5倍。其中，T7處理細(xì)菌和放線菌數(shù)量增加最多，分別比對(duì)照增加4.2倍和5.8倍，而T8處理真菌數(shù)量增加最多，比CK增加3.5倍。

不同施肥處理對(duì)微生物數(shù)量影響大小總體趨勢(shì)為：綠肥+化肥+菌肥＞綠肥+化肥＞綠肥+菌肥＞綠肥。但不同施肥處理對(duì)不同微生物類(lèi)群數(shù)量的影響仍有差異。其中，T7、T8處理提高了細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量，與其他各處理均有顯著差異；T1、T2處理與T3、T4處理對(duì)細(xì)菌數(shù)量影響差異顯著，但二者與T5、T6處理無(wú)顯著差異；T1、T2處理和T5、T6處理對(duì)放線菌數(shù)量影響無(wú)顯著差異，但二者均與T3、T4處理差異顯著；T3、T4、T5、T6處理真菌數(shù)量均顯著高于T1、T2處理。

表1 施肥處理對(duì)復(fù)墾土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量的影響

2.3 施肥處理對(duì)復(fù)墾土壤微生物群落組成的影響

土壤微生物是由多個(gè)種群組成的微生物群落，在土壤養(yǎng)分循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)揮著不同作用，其數(shù)量隨地上植被、土壤養(yǎng)分、水分、物理性狀的變化而變化。由表2可知，不同施肥處理后，土壤微生物各類(lèi)群占微生物總數(shù)的比例均發(fā)生了變化，但細(xì)菌所占比例變化不顯著，而放線菌和真菌所占比例在不同處理所占微生物總數(shù)的比例不同。其中，放線菌的比例在各處理下均比CK增加，表明施肥處理放線菌的增加幅度較大，且T1、T3、T5、T7處理放線菌的比例分別為11.5%、10.6%、10.8%和12.1%，均分別大于T2、T4、T6、T8處理，表明黑麥草處理比苜蓿更有利于放線菌的生長(zhǎng)；相反，真菌的比例在各處理下均比CK降低，表明施肥處理真菌的增加幅度較小，且T2、T4、T6、T8處理真菌的比例分別為3.3%、3.0%、3.8%和4.0%，均分別大于T1、T3、T5、T7處理，表明苜蓿比黑麥草更有利于真菌的生長(zhǎng)。

表2 施肥處理對(duì)復(fù)墾土壤細(xì)菌、真菌、放線菌占微生物總數(shù)比例的影響 （%）

3 結(jié)論與討論

采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤由于養(yǎng)分貧瘠、結(jié)構(gòu)性差，其土壤微生物數(shù)量少，成為制約土壤生產(chǎn)力提高的重要因素。大量研究表明，不同的施肥處理措施能有效改善土壤質(zhì)量，提高土壤中微生物的數(shù)量和活性[8，16]。其中，綠肥作為一種養(yǎng)分完全的生物肥源，分解快，肥效迅速，能增加土壤中的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀、鈣、鎂和各種微量元素，同時(shí)能改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤的保水保肥和供肥能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論是單獨(dú)綠肥處理還是綠肥與化肥或菌肥配施，均能顯著提高土壤中總的微生物數(shù)量，這與其他研究結(jié)果一致，主要是因?yàn)榫G肥改善了土壤結(jié)構(gòu)、為土壤微生物生長(zhǎng)提供了養(yǎng)分和能源[17]。但不同的施肥處理對(duì)復(fù)墾土壤微生物的影響不同。本試驗(yàn)中，綠肥+菌肥對(duì)土壤總微生物數(shù)量的改善作用不如綠肥+化肥，可能的原因是菌肥作為生物肥料，是菌而不是肥，它本身并不含有植物生長(zhǎng)發(fā)育需要的營(yíng)養(yǎng)元素，而只是含有微生物，在土壤中通過(guò)參與土壤中物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化、腐殖質(zhì)的形成和分解、養(yǎng)分的釋放等改善土壤的營(yíng)養(yǎng)條件。因此，在短期實(shí)驗(yàn)中，其為土著微生物提供營(yíng)養(yǎng)方面不如化學(xué)肥料迅速。綠肥+化肥+菌肥處理對(duì)土壤中微生物數(shù)量影響最大，該處理微生物總數(shù)顯著高于對(duì)照和其他處理，這與胡可等[18]的研究結(jié)果一致。這可能是由于一方面化肥的施入可實(shí)現(xiàn)土壤氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素含量的迅速提高，為土壤微生物和地上植物生長(zhǎng)快速地提供了無(wú)機(jī)養(yǎng)分，另一方面，隨著地上植物（綠肥）的生長(zhǎng)，植物地上部生物量和根系分泌物形成的有機(jī)物輸送進(jìn)土壤，有利于土壤微生物的繁衍，共同促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)。可見(jiàn)，綠肥+化肥+菌肥的培肥模式有助于改良土壤的微生物學(xué)特性，應(yīng)進(jìn)一步推廣和利用。

施肥處理顯著提高了微生物的數(shù)量，但不同微生物類(lèi)群數(shù)量變化不同，可能是因?yàn)橥寥澜Y(jié)構(gòu)、土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和土壤pH值均在一定程度上決定了土壤微生物組成[19]，因此，微生物類(lèi)群組成比例上的變化，可以敏感地反映土壤質(zhì)量的變化[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在各施肥處理下微生物類(lèi)群數(shù)量變化幅度的順序?yàn)椋悍啪€菌＞細(xì)菌＞真菌，且與對(duì)照相比，放線菌占微生物總數(shù)的比例提高。不同施肥處理土壤中放線菌數(shù)量大幅度增加及比例的提高，可能是因?yàn)榫G肥的施用，使植物在生長(zhǎng)過(guò)程中向土壤輸送了有機(jī)物質(zhì)，且改善了土壤結(jié)構(gòu)，因而適宜于放線菌的快速繁殖[21-22]。此外，本試驗(yàn)結(jié)果還表明，放線菌占微生物總數(shù)的比例在黑麥草、黑麥草+化肥、黑麥草+菌肥、黑麥草+化肥+菌肥處理中均高于苜蓿及其相應(yīng)組合的處理。表明在復(fù)墾初期，黑麥草作為綠肥對(duì)土壤放線菌有更為明顯的增加作用，主要是因?yàn)楹瘫究浦参镉蟹浅０l(fā)達(dá)的地下根莖，在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)將光合物質(zhì)向地下大量轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)放線菌的生長(zhǎng)[23]。因此，在復(fù)墾土壤的培肥模式選擇中，應(yīng)根據(jù)復(fù)墾土壤的性狀而選擇不同的模式。