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        長(zhǎng)期不同施肥對(duì)潮土微生物量碳、氮的影響

        2020-03-03 14:37:13魏猛唐忠厚張愛(ài)君趙鵬尚曉陽(yáng)馮騰騰
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年22期

        魏猛 唐忠厚 張愛(ài)君 趙鵬 尚曉陽(yáng) 馮騰騰

        摘要:為揭示不同施肥方式對(duì)潮土微生物量碳、氮含量的影響規(guī)律,依托潮土區(qū)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)試驗(yàn),分析長(zhǎng)期不同施肥條件下土壤微生物量碳、氮含量變化特征及其與土壤有機(jī)碳含量、全氮含量、基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度的關(guān)系。結(jié)果表明,施肥處理(NPK、M、MNPK)均能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度。施肥處理中以MNPK處理微生物量碳、氮含量較CK處理增幅最為顯著,分別達(dá)到70.65%和119.63%,顯著高于NPK處理。相關(guān)分析表明,土壤微生物量碳、氮含量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。因此,長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施是提高土壤微生物生物量的有效途徑。

        關(guān)鍵詞:長(zhǎng)期施肥;土壤微生物量;潮土;土壤有機(jī)碳;全氮;基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度

        中圖分類號(hào):S158文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號(hào):1002-1302(2020)22-0307-04

        作者簡(jiǎn)介:魏猛(1983—),男,山東濟(jì)寧人,博士,副研究員,主要從事土壤養(yǎng)分管理相關(guān)研究。E-mail:weimeng1024@163.com。

        通信作者:張愛(ài)君,副研究,主要從事土壤培肥及甘薯栽培技術(shù)相關(guān)研究。E-mail:zhangaijun608@163.com。

        土壤微生物量是指土壤中微生物活體的總量,土壤微生物不僅可以促進(jìn)土壤體系中的養(yǎng)分循環(huán),而且還是土壤有效養(yǎng)分的重要來(lái)源[1-2],影響土壤微生物量變化的主要因素有土壤溫度、pH值、水分、施肥等[3-4]。施肥是農(nóng)田高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)最重要的措施,研究施肥措施對(duì)土壤微生物的影響一直是土壤學(xué)研究的熱點(diǎn)。

        長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)?zāi)軌蚩陀^、系統(tǒng)地研究土壤肥力及肥料效益的變化規(guī)律。研究表明,長(zhǎng)期施肥能夠顯著增加土壤微生物量碳、氮含量,與CK相比單施化肥處理土壤微生物量碳、氮含量的增幅最少,高量有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施和單施有機(jī)肥處理土壤微生物量碳、氮含量的增幅最為顯著[5];施用有機(jī)肥有利于提高土壤微生物量碳、氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度[6],然而施用無(wú)機(jī)肥對(duì)土壤基礎(chǔ)呼吸沒(méi)有顯著影響[6-7];在灌溉褐潮土上施用氮磷鉀肥可顯著增加土壤微生物量碳、氮含量[8],而旱作褐土施用氮磷無(wú)機(jī)肥土壤微生物量碳、氮含量未有顯著差異[6]。施肥對(duì)土壤微生物量碳、氮含量的研究受氣候、土壤類型等因素影響存在一定差異。潮土作為我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)土壤,其面積達(dá)267萬(wàn)hm2。本試驗(yàn)以39年潮土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)為平臺(tái),研究不同施肥方式下潮土微生物量碳、氮含量的變化規(guī)律,以期為潮土區(qū)建立科學(xué)合理的施肥制度提供理論依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1試驗(yàn)點(diǎn)概況

        試驗(yàn)在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田(34°16′N,117°17′E)進(jìn)行。該試驗(yàn)地位于暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū),年蒸發(fā)量1870mm,年平均氣溫14℃,年日照時(shí)數(shù)2317h,年降水量860mm。供試土壤為沙壤質(zhì)潮土,試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)(1980年)土壤初始耕層(0~20cm)基本性質(zhì)為pH值8.01,有機(jī)碳含量6.26g/kg,全氮含量0.66g/kg,全磷含量0.74g/kg,有效磷含量12.00mg/kg,速效鉀含量63.00mg/kg。

        1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)始于1980年秋,采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)處理4次重復(fù),小區(qū)面積為33.3m2。種植輪作制為一年兩熟輪作制,其中在1981—2001年為小麥—玉米,2002—2019年為小麥—甘薯。本試驗(yàn)選用4個(gè)處理(表1):不施肥(CK)、氮磷鉀肥配施(NPK)、單施有機(jī)肥(M)、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施(MNPK)。其中,化肥中氮磷鉀肥每年分別施用尿素、磷酸二銨、硫酸鉀;有機(jī)肥年施用量:施馬糞75t/hm2(1981—1984年)、施豬糞37.5t/hm2(1985—2019年);其中1980—2019年有機(jī)肥養(yǎng)分年投入量范圍:N87.75~154.69kg/hm2、P2O584.38~175.31kg/hm2、K2O135.00~309.38kg/hm2。在小麥、玉米季,有機(jī)肥、磷鉀肥、50%氮肥作為基肥施入,其余50%氮肥進(jìn)行表施追肥;在甘薯季有機(jī)肥和氮磷鉀肥均作為基肥施入。作物收獲后移除地上部秸稈,根茬進(jìn)行還田,其他管理措施與大田一致。

        1.3樣品采集與測(cè)定

        2019年6月8日小麥成熟期時(shí),每小區(qū)選取5個(gè)點(diǎn)采集0~20cm土層土樣,去除動(dòng)、植物殘?bào)w等,混勻分成2份,1份用于有機(jī)碳含量、全氮含量、土壤基礎(chǔ)呼吸等指標(biāo)的測(cè)定,1份存于4℃冰箱,用于土壤微生物量碳氮含量的測(cè)定。

        土壤有機(jī)碳含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化法[9]測(cè)定,全氮含量采用半微量凱氏法[9]測(cè)定,微生物量碳、氮含量采用三氯甲烷熏蒸-K2SO4浸提法[10]測(cè)定,土壤基礎(chǔ)呼吸采用堿液吸收滴定法[11]測(cè)定。

        1.4數(shù)據(jù)處理

        數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

        2結(jié)果與分析

        2.1長(zhǎng)期不同施肥對(duì)土壤有機(jī)碳和全氮含量的影響

        如圖1所示,與不施肥處理(CK)相比,施肥處理(NPK、M、MNPK)均能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量,其中以MNPK處理增幅最高,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量的增幅分別為142.00%、134.25%。與NPK處理相比,施用有機(jī)肥處理(M、MNPK)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量均顯著提高,M、MNPK土壤有機(jī)質(zhì)含量增長(zhǎng)幅度分別為34.42%、56.20%;土壤全氮含量增長(zhǎng)幅度為32.17%、48.70%。

        2.2長(zhǎng)期不同施肥對(duì)土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度的影響

        土壤基礎(chǔ)呼吸主要來(lái)源于微生物的呼吸作用,可作為評(píng)價(jià)土壤微生物總活性或土壤肥力的指標(biāo)[12-13]。由圖2可知,與CK處理相比,氮磷鉀肥配施(NPK)土壤呼吸強(qiáng)度顯著提高,提高幅度為87.38%,顯著低于施用有機(jī)肥處理(M、MNPK)。與CK處理相比,施用有機(jī)肥處理(M、MNPK)均能夠顯著提高土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度,增加幅度分別為148.30%和211.33%,且MNPK處理顯著高于M處理。

        2.3長(zhǎng)期不同施肥對(duì)土壤微生物量碳、氮含量的影響

        由圖3可知,不同施肥條件下土壤微生物量碳含量(214.90~366.73mg/kg)、微生物量氮含量(37.72~82.77mg/kg)變幅較大,施肥處理均顯著高于不施肥處理,增加幅度分別為28.70%~70.65%和34.48%~119.63%,其中與CK相比,MNPK處理對(duì)土壤微生物碳、氮含量的增加效果最好,但與M處理差異不顯著。施用有機(jī)肥顯著提高了土壤微生物量碳氮含量,與氮磷鉀配施(NPK)相比,施用有機(jī)肥處理(M、MNPK)土壤微生物量碳含量增加幅度分別為32.16%、32.60%;土壤微生物氮含量增加幅度分別為48.55%、63.16%。

        2.4土壤微生物量碳氮含量與有機(jī)碳、全氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度的相關(guān)性

        表2結(jié)果表明,微生物量碳氮含量、土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度與有機(jī)碳、全氮含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,說(shuō)明土壤微生物量碳氮含量及土壤呼吸強(qiáng)度的顯著提高均與土壤有機(jī)碳、全氮含量變化相關(guān)。

        3討論與結(jié)論

        土壤微生物對(duì)土壤有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分的釋放起著調(diào)控作用,是土壤肥力不可或缺的組分,其所進(jìn)行的一系列活動(dòng)均以碳、氮循環(huán)為中心[14]。土壤微生物量碳是土壤有機(jī)碳的靈敏指示因子,土壤微生物量氮是土壤氮素礦化勢(shì)的重要組成部分,土壤微生物量是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中重要的生物肥力指標(biāo)[12]。本研究中,土壤微生物量碳氮含量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,[HJ2mm]表明土壤微生物量碳氮含量及基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度變化趨勢(shì)與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量的變化趨勢(shì)一致。不施肥處理(CK)土壤微生物量碳氮含量最低,顯著低于施肥處理,主要是由于田間管理采用秸稈不還田方式,且不施肥處理沒(méi)有外源養(yǎng)分供應(yīng),僅通過(guò)以根系及根茬的方式歸還到土壤中,造成土壤有機(jī)碳和全氮含量最低,而微生物又以碳氮為營(yíng)養(yǎng)來(lái)源,造成不施肥處理土壤微生物量碳氮含量也處在最低水平。施肥農(nóng)業(yè)管理措施可以顯著提高土壤有機(jī)碳、全氮含量,對(duì)比施肥處理的土壤微生物量碳氮含量,發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥(M、MNPK)顯著高于NPK處理,這與在黑土[15]、黃壤[4]等上的研究結(jié)果相一致。這是因?yàn)椴徽撌┯糜袡C(jī)肥還是無(wú)機(jī)肥均能夠提高植物光合作用,促進(jìn)地上和地下部生物量積累,不僅可以增加根系殘茬的還田量,而且有利于根系分泌物的釋放,為微生物創(chuàng)造有利的生存環(huán)境[16]。另外,施用有機(jī)肥還能為微生物提供外來(lái)碳源,促進(jìn)其新陳代謝,提高土壤的有效養(yǎng)分和保水能力,因此施用有機(jī)肥土壤微生物量碳氮含量較高[4-5]。這與本研究中施用有機(jī)肥土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度顯著高于氮磷鉀處理和不施肥處理的結(jié)論相吻合,表明有機(jī)肥的施用有利于維持微生物處于良好狀態(tài),促進(jìn)其儲(chǔ)存和循環(huán)更多養(yǎng)分。

        施肥處理均能顯著提高土壤有機(jī)碳、全氮、微生物量碳氮含量及土壤基礎(chǔ)呼吸強(qiáng)度,其中以有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施增幅最為顯著,單施化肥增幅最少,表明有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施是提高土壤養(yǎng)分和土壤微生物生物量的有效途徑。

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