羅 俊 林兆里 李詩(shī)燕 闕友雄 張才芳 楊仔奇 姚坤存 馮景芳 陳建峰 張 華,*

不同土壤改良措施對(duì)機(jī)械壓實(shí)酸化蔗地土壤理化性質(zhì)及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

羅 俊1林兆里1李詩(shī)燕1闕友雄1張才芳1楊仔奇1姚坤存1馮景芳1陳建峰2張 華1,*

1福建農(nóng)林大學(xué) / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部福建甘蔗生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建福州 350002;2來(lái)賓市利拓農(nóng)業(yè)服務(wù)有限公司, 廣西來(lái)賓 546100

探討不同土壤改良措施對(duì)土壤物理性質(zhì)、養(yǎng)分、微生物和甘蔗產(chǎn)量的影響, 對(duì)機(jī)械壓實(shí)后酸性土壤改良策略的制定具有較為重要的意義。本研究設(shè)置添加松土精(B2)、添加生物菌肥(B3)、添加有機(jī)肥(B4)、添加生石灰(B5) 4種土壤改良處理, 以不添加土壤改良劑作為對(duì)照(B1), 連續(xù)2個(gè)作物季對(duì)蔗地土壤物理性質(zhì)、養(yǎng)分、微生物和甘蔗產(chǎn)量構(gòu)成等指標(biāo)進(jìn)行研究。結(jié)果表明, B4處理可顯著降低土壤容重、緊實(shí)度、貫入阻力和抗剪強(qiáng)度, 提高土壤總孔隙度、通氣孔隙度和毛孔孔隙度, 其固相容積率顯著低于對(duì)照, 液相容積率顯著高于對(duì)照, 土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量得到顯著提升, B2、B3處理緊實(shí)度和總孔隙度降低, 土壤物理性狀得到一定改善, B5處理土壤pH值顯著提升, 土壤酸性得到改善, B3、B5處理土壤有效磷含量得到顯著提升。4種土壤改良措施土壤細(xì)菌和真菌Shannon指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)均高于對(duì)照, 均能提升土壤耕層細(xì)菌和真菌的物種多樣性和物種豐富度, 降低土壤細(xì)菌中Proteobacteria (變形菌門)和Acidobacteria (酸桿菌門)的相對(duì)豐度、真菌中Basidiomycota (擔(dān)子菌門)的相對(duì)豐度, 增加細(xì)菌中Actinobacteria (放線菌)和Chloroflexi (綠彎菌門)的相對(duì)豐度、真菌中Ascomycota (子囊菌門)的相對(duì)豐度, 并改變其他真菌群落組成。4種土壤改良措施均可不同程度地提高成熟期甘蔗有效莖數(shù)和單莖重, 從而增加甘蔗產(chǎn)量; 效果以添加有機(jī)肥最好, 生物菌肥其次。本研究為篩選適合改良和培肥機(jī)械壓實(shí)酸性土壤措施, 提高甘蔗產(chǎn)量提供了科學(xué)依據(jù)。

甘蔗; 蔗地; 土壤改良; 土壤物理性狀; 產(chǎn)量; 微生物群落結(jié)構(gòu)

我國(guó)是世界主要產(chǎn)糖國(guó), 甘蔗是重要制糖工業(yè)原料, 種植區(qū)域集中在桂中南、滇西南、粵西瓊北, 2018年種植面積約120萬(wàn)公頃, 蔗糖產(chǎn)量944.5萬(wàn)噸, 占食糖總產(chǎn)的88%[1-2]。我國(guó)主蔗區(qū)75%以上屬坡耕地, 地力基礎(chǔ)瘠薄, 加之長(zhǎng)期連作, 忽視地力養(yǎng)蓄, 過(guò)施偏施化肥, 反復(fù)淺層耕作以及南方季節(jié)性暴雨淋溶和高溫干旱, 使土壤結(jié)構(gòu)脆弱, 退化風(fēng)險(xiǎn)加劇, 養(yǎng)分有效利用率低下, 亟待養(yǎng)蓄和提升[3-4]。

生產(chǎn)全程機(jī)械化是我國(guó)甘蔗產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升的重大關(guān)鍵技術(shù)。機(jī)械化不僅是處理勞動(dòng)力不足的基本路徑, 也是集成現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和技術(shù), 打破甘蔗單產(chǎn)瓶頸的重要途徑[5]。以機(jī)械化為甘蔗生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的抓手, 可形成品種更新、地力改良、宿根改善、營(yíng)養(yǎng)高效的新型生產(chǎn)系統(tǒng), 降成本、提效率、增產(chǎn)量, 提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力[6]。生產(chǎn)全程機(jī)械化還是引領(lǐng)土地流轉(zhuǎn), 推動(dòng)種植業(yè)、加工業(yè)、服務(wù)業(yè)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)性改革的關(guān)鍵性紐帶, 從而整體推進(jìn)我國(guó)蔗糖產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展[7-8]。隨著規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的推進(jìn), 我國(guó)甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化作業(yè)條件日漸改善[3]。目前生產(chǎn)全程機(jī)械化機(jī)具裝備的研制、引進(jìn)和推廣應(yīng)用進(jìn)入新的發(fā)展階段。農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合技術(shù)日益成熟, 但高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的全程機(jī)械化基地所占比重仍然有待提高, 同時(shí)因產(chǎn)區(qū)類型特點(diǎn)差異、氣候不利影響、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝技術(shù)融合程度不高、技術(shù)的模式化和標(biāo)準(zhǔn)化適應(yīng)性不強(qiáng)等因素, 技術(shù)應(yīng)用推廣效果有待加強(qiáng)。

甘蔗生產(chǎn)全程機(jī)械化與傳統(tǒng)的人工栽培管理模式相比, 對(duì)土壤的最直接影響就是大型機(jī)具作業(yè)行走對(duì)土壤的壓實(shí)及其造成的土壤物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)、養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)化特征和微生物生態(tài)等的響應(yīng)和變化[10-11]。田間作業(yè)時(shí)農(nóng)機(jī)具輪胎及器械對(duì)土壤的碾壓作用, 會(huì)壓實(shí)土壤, 導(dǎo)致土壤物理結(jié)構(gòu)改變, 孔隙度降低、土壤養(yǎng)分降低、土壤退化[12]。為了緩解和改善生產(chǎn)全程機(jī)械化可能伴生的上述對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和功能的不良影響, 目前采取的主要技術(shù)策略, 一是實(shí)施保護(hù)性耕作技術(shù)模式[13], 減少農(nóng)機(jī)具下田作業(yè)次數(shù), 采用機(jī)械化耕整地、機(jī)械化種植或破壟松蔸、機(jī)械化收獲、結(jié)合一次性施肥或用藥[11]。二是采用生產(chǎn)全程機(jī)械化作業(yè)固定路徑行走技術(shù)模式。借助衛(wèi)星導(dǎo)航駕駛控制系統(tǒng), 使耕、種、管、收、運(yùn)各環(huán)節(jié)機(jī)具作業(yè)行走均在預(yù)設(shè)的全田輪胎接觸面積最小、對(duì)甘蔗地下部的機(jī)械壓實(shí)傳導(dǎo)影響最小、對(duì)土壤結(jié)構(gòu)性能影響最少的優(yōu)化路徑上進(jìn)行。三是持續(xù)不斷地將甘蔗地力維護(hù)和土壤改良作為甘蔗生產(chǎn)最重要的基礎(chǔ)性工作。如普遍實(shí)施作物輪作制, 如甘蔗與玉米間作、甘蔗與馬鈴薯間作、大豆與甘蔗輪作[14]。大豆在常用的豆科作物中地上部的生物產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)最為明顯, 可占其總生物量的87.8%, 其中蛋白含量約為2.58%, 被世界各國(guó)廣泛應(yīng)用為甘蔗的輪作作物, 甘蔗-大豆間作根際土壤細(xì)菌和固氮菌的群落結(jié)構(gòu)和群落多樣性受到顯著改變[15]。此外, 通常還可以利用生物改良措施來(lái)改良土壤, 常用的措施主要有秸稈、農(nóng)林廢棄物、農(nóng)家肥、生物菌肥以及含有機(jī)質(zhì)的加工副產(chǎn)品如發(fā)酵殘液、濾泥還田。生物改良措施可以增加土壤有機(jī)質(zhì), 結(jié)合深耕后疏松的土壤環(huán)境, 增強(qiáng)微生物活動(dòng), 將有機(jī)養(yǎng)分分解為可利用形態(tài), 通過(guò)長(zhǎng)期的效應(yīng)積累, 改善土壤結(jié)構(gòu)、功能的協(xié)調(diào)性和養(yǎng)分供給能力[16-18], 持續(xù)提高作物產(chǎn)量, 增加土壤中的有效無(wú)機(jī)氮含量[19]。大量研究表明, 土壤改良劑可以改善土壤理化性狀和養(yǎng)分狀況, 改善作物生長(zhǎng)環(huán)境, 提高作物產(chǎn)量[20-24]。

酸性土壤在我國(guó)南方分布廣、面積大, 具有酸性強(qiáng)、地力貧瘠、土壤易板結(jié)、易滲漏的特點(diǎn), 土壤酸化導(dǎo)致土壤中大量營(yíng)養(yǎng)元素淋失, 影響作物生長(zhǎng), 降低作物產(chǎn)量[25]。對(duì)酸性土壤的修復(fù), 最常用的改良劑是石灰[26], 但長(zhǎng)期使用土壤易板結(jié)。針對(duì)機(jī)械壓實(shí)甘蔗地土壤偏酸性, 缺乏速效磷、速效鉀等營(yíng)養(yǎng)元素, 微生物活性弱的問(wèn)題, 前人主要利用石灰呈堿性, 生物菌肥含有大量有益微生物, 有機(jī)肥富含有機(jī)質(zhì), 松土精可有效改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu), 緩解土壤板結(jié)等綜合改土的作用[21], 以生石灰、松土精、生物菌肥和有機(jī)肥等作為改良劑對(duì)土壤進(jìn)行改良。前人研究表明, 粵西酸性土壤增施有機(jī)土壤調(diào)理劑能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值, 提高土壤有效磷、堿解氮和速效鉀含量[27]。合理施用石灰, 可提高土壤pH值和改善土壤養(yǎng)分狀況, 提高甘蔗產(chǎn)量和蔗糖分[28], 增加微生物多樣性[29]。施用復(fù)合微生物菌肥能顯著提高甘蔗葉片氮平衡指數(shù)和葉綠素SPAD值, 增強(qiáng)根系活力, 促進(jìn)甘蔗生長(zhǎng), 提高產(chǎn)量[30]。施用有機(jī)肥和生物菌肥能改善土壤養(yǎng)分、微生物生物量和微生物群落結(jié)構(gòu)[31-32]。羅俊等[10]則認(rèn)為深松可打破犁底層, 降低土壤容重、緊實(shí)度、貫入阻力和抗剪強(qiáng)度, 實(shí)施機(jī)械化深松的作業(yè)深度應(yīng)不小于40 cm。前人有關(guān)蔗地土壤改良方式的探索都是單一因素[27-29], 關(guān)于松土精、生物菌肥、有機(jī)肥和生石灰對(duì)土壤理化性質(zhì)和微生物影響的比較研究較少, 國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)針對(duì)機(jī)械壓實(shí)酸化土壤的綜合改良措施對(duì)蔗地理化性質(zhì)及微生物群落特征影響的相關(guān)報(bào)道。本研究在明確深松作業(yè)的針對(duì)性土壤區(qū)位和障礙因子基礎(chǔ)上, 采用前期研究推薦的深松45 cm[10], 配合深層土壤的外施物料改良措施, 探討不同土壤改良劑對(duì)土壤物理性質(zhì)、土壤養(yǎng)分、土壤微生物和甘蔗生長(zhǎng)的影響, 構(gòu)建機(jī)械壓實(shí)酸化蔗地合理耕層, 實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的機(jī)具匹配、節(jié)本增效, 形成甘蔗良好耕層構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)體系, 對(duì)指導(dǎo)土壤改良策略的制定具有較為重要的意義。

1 材料與方法

1.1 概況

2017年和2018年在來(lái)賓市利拓農(nóng)業(yè)服務(wù)有限公司機(jī)械化示范基地進(jìn)行試驗(yàn), 基地地處廣西來(lái)賓市興賓區(qū), 東經(jīng)23°24￠, 北緯108°57￠, 海拔205 m左右, 屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū), 多年平均降雨量1500 mm左右, 試驗(yàn)地塊為坡度8°~10°緩坡蔗地, 土壤酸性較強(qiáng), pH (3.57±0.13), 類型為沙質(zhì)黏土[11]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 設(shè)置添加松土精(B2)、添加生物菌肥(B3)、添加有機(jī)肥(B4)、添加生石灰(B5) 4個(gè)土壤改良處理, 以不添加土壤改良劑為對(duì)照(B1); 參照產(chǎn)品說(shuō)明書推薦用量確定松土精、生物菌肥添加量, 參照敖俊華等[28]推薦的生石灰用量, 綜合考慮各處理投入水平確定有機(jī)肥添加量, 同時(shí)適當(dāng)減少?gòu)?fù)合肥的用量, 使基肥(復(fù)合肥+有機(jī)肥) N-P-K含量和對(duì)照基本一致, 具體實(shí)施方案見(jiàn)表1。分別在2017年新植季種植前和2018年宿根季破壟時(shí)施用。每個(gè)處理6次重復(fù), 5個(gè)行區(qū), 行距1.3 m, 行長(zhǎng)10.0 m, 小區(qū)面積65 m2, 試驗(yàn)周期2年。試驗(yàn)區(qū)各處理耕作措施為深松45 cm+旋耕25 cm, 深松作業(yè)和旋耕作業(yè)分別采用185馬力拖拉機(jī)懸掛Labrador可調(diào)式深松犁和120馬力拖拉機(jī)懸掛1GKN-300中高箱型旋耕機(jī)完成。甘蔗供試品種為‘桂柳05-136’, 下種量為10 t hm-2, 2017年4月下旬種植, 按表1方案進(jìn)行第1次土壤改良, 2018年3月中旬新植季收獲, 2018年4月進(jìn)行宿根季破壟施肥管理, 按表1方案進(jìn)行第2次土壤改良, 2019年3月宿根季收獲。全程采用機(jī)種、機(jī)管、機(jī)收。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤物理指標(biāo) 分別于2017年新植季和2018年宿根季甘蔗成熟期從每個(gè)小區(qū)取3個(gè)采樣點(diǎn), 按60 cm × 60 cm × 40 cm規(guī)格挖取土壤剖面, 從上到下每隔10 cm分層取樣, 共測(cè)定4個(gè)土層土壤物理性狀, 用TJSD-750-II型緊實(shí)度儀測(cè)定緊實(shí)度, 用PT型袖珍貫入儀測(cè)定貫入阻力, 用PS-VST-M型剪切儀測(cè)定抗剪強(qiáng)度, 分別用環(huán)刀取樣法、烘干法、室內(nèi)環(huán)刀法、比重瓶法測(cè)定容重、含水率、田間持水量、土壤比重, 根據(jù)容重、田間持水量、土壤比重和含水率計(jì)算毛管孔隙度、總孔隙度和三相容積率[11-12]。

1.3.2 土壤化學(xué)指標(biāo) 分別于2017年新植季和2018年宿根季甘蔗成熟期從每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)采樣點(diǎn), 在剖面縱向挖取0~40 cm耕層土壤1 kg樣品, 在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后, 用于測(cè)定土壤養(yǎng)分指標(biāo)。采用電位法測(cè)定土壤pH值, 容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì), 凱氏蒸餾法測(cè)定土壤全氮, 鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷, 原子吸收分光光度法測(cè)定土壤速效鉀[24,33]。

表1 試驗(yàn)實(shí)施方案

1.3.3 土壤微生物測(cè)序分析 分別于2017年新植季和2018年宿根季甘蔗成熟期從每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)采樣點(diǎn), 用無(wú)菌鏟于0~40 cm耕層土壤混合取樣, 置無(wú)菌袋中, 去除石子、植株殘?bào)w等雜質(zhì), 放入冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室, 貯于-80℃冰箱。取每個(gè)重復(fù)1個(gè)土壤樣品, 將同一處理的6個(gè)土壤樣品充分混合作為送檢樣品。取0.50 g新鮮土壤采用Fast DNA spin Kit (Qbiogene, Carlsbad, CA, United States)試劑盒提取土壤DNA, 每個(gè)樣品重復(fù)3次。通過(guò)Bio-Tek Synergy H1全功能酶標(biāo)儀, 基于波長(zhǎng)260/280 nm和260/230 nm的光譜測(cè)定吸光度, 測(cè)定與評(píng)估DNA濃度與質(zhì)量后送北京諾禾致源科技股份有限公司利用 IonS5TMXL平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序。細(xì)菌16S rDNA采用V3-V4通用引物341F (5￠-CCTAYGGGRBGCASCA G-3￠)和806R (5￠-GGACTACNNGGGTATCTAAT- 3￠)[34], 真菌18S rDNA采用V4 通用引物528F (5￠-GCGGTAATTCCAGCTCCAA-3￠)和706R (5￠-AA TCCRAGAATTTCACCTCT-3￠)[35]。通過(guò)barcode 區(qū)分樣品序列, 并對(duì)下機(jī)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制, 去除特異性擴(kuò)增序列及嵌合體。將多條序列聚類后, 根據(jù)序列間的相似性作為域值分成操作分類單元(OTUs)。對(duì)OTUs進(jìn)行分析, 計(jì)算群落多樣性Chao1指數(shù)、ACE指數(shù)和Shannon指數(shù)。將序列進(jìn)行物種分類, 對(duì)每個(gè)樣本和每個(gè)物種進(jìn)行序列豐度計(jì)算構(gòu)建樣本和物種分類單元序列豐度矩陣, 基于物種分類對(duì)門水平和屬水平群落繪制條形圖。

1.3.4 甘蔗產(chǎn)量性狀 分別在新植季和宿根季甘蔗伸長(zhǎng)初期(7月)調(diào)查甘蔗莖蘗數(shù), 在甘蔗成熟期(12月)調(diào)查甘蔗株高、莖徑、有效莖數(shù)和田間錘度[36-38]。單莖重= (0.785×株高×莖徑2)/1000, 蔗莖產(chǎn)量= 單莖重×單位面積有效莖數(shù)/1000, 蔗糖分= 田間錘度×1.0825-7.703。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPSv16.05高級(jí)版統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析, 用Duncan’s法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤改良措施對(duì)土壤容重和緊實(shí)度的影響

從表2可知, 不同改良措施全耕層平均土壤容重以B4處理最小, 新宿兩季分別比對(duì)照(B1)降低11.20%和6.72%, 是唯一對(duì)新宿兩季土壤容重均有顯著改善的改良措施; 分土層看, 0~10 cm和10~20 cm土層, B4處理新植季土壤容重顯著低于對(duì)照; 20~30 cm和30~40 cm土層, B4處理新宿兩季土壤容重均顯著低于對(duì)照。全耕層平均緊實(shí)度以B5處理最大, 新宿兩季分別比對(duì)照提高10.72%、21.27%, B4處理新宿兩季分別比對(duì)照降低11.55%和6.35%, B3處理新植季比對(duì)照降低14.82%, 宿根季比對(duì)照提高10.87%。分土層看, 0~10 cm和10~20 cm土層, B3、B4處理新植季緊實(shí)度顯著低于對(duì)照, B5處理宿根季緊實(shí)度顯著高于其他3個(gè)處理和對(duì)照; 20~30 cm土層, B5處理新宿兩季緊實(shí)度顯著高于對(duì)照, B4處理宿根季緊實(shí)度顯著低于對(duì)照; 在30~40 cm土層, B5處理新植季緊實(shí)度顯著高于B2、B3處理?？梢?jiàn), 添加有機(jī)肥處理顯著降低了耕層土壤容重和緊實(shí)度, 隨著深度增加、種植年限的增加, 有機(jī)質(zhì)對(duì)容重的改善效應(yīng)有下降趨勢(shì)。添加松土精處理也在一定程度上降低了土壤耕層的容重和緊實(shí)度, 具有疏松土壤的作用, 而添加石灰使土壤耕層緊實(shí)度顯著升高, 土壤有板結(jié)的趨勢(shì)。

表2 不同土壤改良措施對(duì)土壤容重和緊實(shí)度的影響

同列標(biāo)以不同小寫字母的值在同一土層不同耕作措施間差異顯著(<0.05)。*< 0.05;**< 0.01。

Value followed by different lowercase letters in the same soil layer are significantly different between different tillage measures in the same row spacing at< 0.05.*< 0.05;**< 0.01.

2.2 土壤改良措施對(duì)貫入阻力和抗剪強(qiáng)度的影響

從表3可以看出, 不同改良措施全耕層平均貫入阻力B5處理最大, 新宿兩季分別比對(duì)照提高9.57%和29.49%, B3處理新宿兩季分別比對(duì)照降低9.29%和提高16.25%; B4處理新植季比對(duì)照降低12.49%。分土層分析, 0~10 cm土層, B3、B4處理新植季貫入阻力顯著低于對(duì)照, B4處理宿根季貫入阻力顯著低于B5處理; 10~20 cm和20~30 cm土層, 均表現(xiàn)為B5處理新宿兩季貫入阻力處理顯著高于對(duì)照; 30~40 cm土層, 各處理貫入阻力與對(duì)照比無(wú)顯著差異。不同改良措施全耕層平均抗剪強(qiáng)度B5處理分別比對(duì)照提高8.82%和20.83%, 達(dá)顯著水平, B4處理分別比對(duì)照降低17.65%和8.33%, 其中新植季差異達(dá)顯著水平。0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm土層, 均表現(xiàn)為B5處理新宿兩季抗剪強(qiáng)度顯著高于對(duì)照, B4處理新植季顯著低于對(duì)照; 30~40 cm土層, 各處理抗剪強(qiáng)度與對(duì)照比無(wú)顯著差異。貫入阻力代表土壤的機(jī)械化適耕性, 抗剪強(qiáng)度反映土體抵抗剪切破壞的極限強(qiáng)度。添加有機(jī)肥處理能顯著降低貫入阻力和抗剪強(qiáng)度, 添加生物菌肥處理新植季表現(xiàn)為貫入阻力和抗剪強(qiáng)度降低, 具有疏松土壤的作用, 宿根季卻表現(xiàn)為貫入阻力和抗剪強(qiáng)度升高, 土壤結(jié)構(gòu)變劣。添加石灰處理貫入阻力和抗剪強(qiáng)度顯著升高, 土壤結(jié)構(gòu)變劣。

表3 不同土壤改良措施對(duì)土壤貫入阻力和抗剪強(qiáng)度的影響

(續(xù)表3)

同列標(biāo)以不同小寫字母的值在同一土層不同耕作措施間差異顯著(< 0.05)。*< 0.05;**< 0.01。

Value followed by different lowercase letters in the same soil layer are significantly different between different tillage measures in the same row spacing at< 0.05.*< 0.05;**< 0.01.

2.3 土壤改良措施對(duì)土壤孔隙度的影響

從表4可以看出, B4處理新宿兩季全耕層平均總孔隙度、毛管孔隙度、通氣孔隙度顯著高于對(duì)照。0~10 cm土層, B4處理新宿兩季土壤總孔隙度、毛管孔隙度顯著高于對(duì)照, B5處理新植季耕層通氣孔隙度顯著高于對(duì)照; 10~20 cm土層, B4處理新植季土壤總孔隙度、毛管孔隙度顯著高于對(duì)照; 20~30 cm土層, B4處理新植季土壤總孔隙度、宿根季毛管孔隙度顯著高于對(duì)照; 30~40 cm土層, 各處理土壤總孔隙度、毛管孔隙度、通氣孔隙度與對(duì)照比無(wú)顯著差異?？梢?jiàn)添加有機(jī)肥處理, 土壤總孔隙度及通氣孔隙度顯著增加, 改善了土壤通氣保水性能, 對(duì)土壤深層水分蓄積與運(yùn)輸具有促進(jìn)作用, 而其他3種土壤改良措施對(duì)土壤總孔隙度及通氣孔隙度的改善效果明顯不如添加有機(jī)肥處理。

表4 不同土壤改良措施對(duì)土壤孔隙度的影響

(續(xù)表4)

同列標(biāo)以不同小寫字母的值在同一土層不同耕作措施間差異顯著(< 0.05)。*< 0.05;**< 0.01。

Value followed by different lowercase letters in the same soil layer are significantly different between different tillage measures in the same row spacing at< 0.05.*< 0.05;**< 0.01.

2.4 土壤改良措施對(duì)土壤三相容積率的影響

從表5可以看出, B4處理新宿兩季全耕層平均固相容積率、氣相容積率顯著低于對(duì)照、液相容積率顯著高于對(duì)照。0~10 cm土層, B4處理新宿兩季固相容積率最低, 但僅新植季顯著低于對(duì)照, 新宿兩季液相容積率高于對(duì)照; 10~20 cm土層和20~30 cm土層, B4處理新植季固相容積率顯著低于對(duì)照, 新宿兩季液相容積率顯著高于對(duì)照; 30~40 cm土層, 新宿兩季均表現(xiàn)為B4處理固相容積率顯著低于對(duì)照?？梢?jiàn)新植季添加有機(jī)肥處理, 降低了土壤固相容積率, 提高了土壤耕層的液相容積率, 對(duì)土壤物理結(jié)構(gòu)的改善具有積極作用, 而宿根季上述指標(biāo)改善效應(yīng)不顯著。

表5 不同土壤改良措施對(duì)土壤三相容積率的影響

同列標(biāo)以不同小寫字母的值在同一土層不同耕作措施間差異顯著(< 0.05)。*< 0.05;**< 0.01。

Value followed by different lowercase letters in the same soil layer are significantly different between different tillage measures in the same row spacing at< 0.05.*< 0.05;**< 0.01.

2.5 土壤改良措施對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

從表6可以看出, B5處理新宿兩季土壤pH值分別比對(duì)照提高10.36%和49.86%, 均達(dá)顯著水平, B4處理新植季土壤pH值顯著高于比對(duì)照。新宿兩季土壤有機(jī)質(zhì)含量B4處理分別比對(duì)照提高15.43%和26.72%, 均達(dá)顯著水平, B2、B3、B5處理宿根季土壤有機(jī)質(zhì)含量比對(duì)照略有提升, 但未達(dá)顯著水平。新宿兩季土壤全氮含量B4處理分別比對(duì)照提高15.84%和5.96%, 均達(dá)顯著水平, B2、B3、B5處理新宿兩季土壤全氮含量與對(duì)照持平。新宿兩季土壤有效磷含量B3處理分別比對(duì)照提高55.37%和11.70%, 新植季達(dá)顯著水平, B5處理分別比對(duì)照提高66.28%和2.05%, 新植季達(dá)顯著水平, B4處理新宿兩季土壤有效磷含量比對(duì)照略低, 但差異不顯著。B2、B3、B4、B5處理新宿兩季土壤速效鉀含量與對(duì)照相比均無(wú)顯著差異。增施有機(jī)肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤全氮含量得到顯著提升, 有效磷含量有降低趨勢(shì); 而增施生石灰處理土壤pH值得到顯著提升, 改良酸性土壤作用顯著, 同時(shí)土壤有效磷含量得到顯著提升。

表6 不同土壤改良措施對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

同列標(biāo)以不同小寫字母的值在同一土層不同耕作措施間差異顯著(< 0.05)。

Value followed by different lowercase letters in the same soil layer are significantly different between different tillage measures in the same row spacing at< 0.05.

2.6 不同土壤改良措施處理對(duì)土壤微生物多樣性的影響

Shannon指數(shù)是微生物多樣性指標(biāo), 其值越大物種多樣性越大; Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)是微生物物種豐富度指標(biāo), 其值越大物種越豐富。由表7可見(jiàn), B2、B3、B4、B5處理新宿兩季的土壤細(xì)菌Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)均高于對(duì)照, 說(shuō)明4種土壤改良措施處理均可顯著提升土壤耕層細(xì)菌的物種豐富度, 新植季B2、B3、B4、B5處理土壤細(xì)菌Shannon指標(biāo)高于對(duì)照, 宿根季僅B3處理土壤細(xì)菌Shannon指標(biāo)高于對(duì)照。B2、B3、B4、B5處理新植季和宿根季的土壤真菌Shannon指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)均高于對(duì)照, 說(shuō)明4種土壤改良措施均能提升土壤耕層真菌的物種多樣性和物種豐富度, 其中添加有機(jī)肥處理的效果最明顯。

2.7 土壤改良措施對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

從圖1可以看出, 不同土壤改良處理細(xì)菌和真菌門水平相對(duì)豐度和群落組成發(fā)生一定改變, 且隨時(shí)間推移, 細(xì)菌群落穩(wěn)定性低于真菌。土壤中優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌群落包括Proteobacteria (變形菌門)、Acidobacteria (酸桿菌門)、Actinobacteria (放線菌)、Chloroflexi (綠彎菌門), 非優(yōu)勢(shì)細(xì)菌包括Firmicutes (厚壁菌門)、Bacteroidetes(擬桿菌門)、Gemmatimonadetes (芽單胞菌門)、Nitrospirae (硝化螺旋菌門)、Cyanobacteria (藍(lán)細(xì)菌門)等(圖1-A, C), 同時(shí)新植季和宿根季優(yōu)勢(shì)群落的相對(duì)豐度會(huì)發(fā)生調(diào)整。與對(duì)照相比, B2、B3、B4、B5處理在新植季中降低了土壤Proteobacteria和Acidobacteria的相對(duì)豐度, 增加了Actinobacteria、Chloroflexi、Firmicutes的相對(duì)豐度, 不同土壤改良處理措施可以調(diào)整微生物的相對(duì)豐度。值得注意的是, 新植季各土壤改良處理措施的土壤中Chloroflexi是第二大優(yōu)勢(shì)門, 然而宿根季第二大優(yōu)勢(shì)門是Acidobacteria, 同時(shí)與新植季相反的是宿根季添加4種土壤改良措施均提高了Proteobacteria的相對(duì)豐度, 說(shuō)明甘蔗種植不同時(shí)期土壤微生物的相對(duì)豐度是動(dòng)態(tài)變化的。Ascomycota (子囊菌門)和Basidiomycota (擔(dān)子菌門)是土壤中含量最豐富的兩大真菌群落, 其中Ascomycota、Basidiomycota、Arthropoda (節(jié)肢動(dòng)門)、Chlorophyta (綠藻門)是新植季土壤真菌門水平優(yōu)勢(shì)群落, Ascomycota、Basidiomycota 、Mucoromycota (毛霉菌門)、Arthropoda 是宿根季土壤真菌門水平優(yōu)勢(shì)群落(圖1-B, D)。與對(duì)照相比, B2、B3、B4、B5處理在新植季和宿根季中均增加了Ascomycota的相對(duì)豐度, 其相對(duì)豐度均表現(xiàn)為B1< B2< B3< B4< B5, 在新植季和宿根季均降低了Basidiomycota的相對(duì)豐度, 其相對(duì)豐度表現(xiàn)為B5< B2< B4< B3< B1。新植季和宿根季通過(guò)添加4種土壤改良措施均不同程度上改變了其他真菌群落組成。

表7 不同土壤改良措施對(duì)土壤微生物多樣性的影響

圖1 不同土壤改良處理對(duì)細(xì)菌和真菌群落組成的影響

A: 新植季不同土壤改良處理門水平細(xì)菌群落組成; B: 新植季不同土壤改良處理門水平真菌群落組成; C: 宿根季不同土壤改良處理門水平細(xì)菌群落組成; D: 宿根季不同土壤改良處理門水平真菌群落組成。B1: 對(duì)照; B2: 松土精; B3: 生物菌肥; B4: 有機(jī)肥; B5: 生石灰。

A: bacterial community composition at different levels of soil amelioration treatments in new planting season; B: fungal community composition at different levels of soil amelioration treatments in new planting season; C: bacterial community composition at different levels of soil amelioration treatments in ratoon season; D: fungal community composition at different levels of soil amelioration treatments in ratoon season. B1: control; B2: loose soil essence; B3: biological bacterial fertilizer; B4: organic fertilizer; B5: quick lime.

2.8 土壤改良措施對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響

從表8可看出, B3、B4、B5處理新宿兩季甘蔗莖蘗數(shù)均比對(duì)照有不同程度的提升, B2處理新宿兩季甘蔗莖蘗數(shù)與對(duì)照持平。B2、B3、B4、B5處理新宿兩季甘蔗株高均顯著高于對(duì)照, B2、B3、B4、B5處理新宿兩季甘蔗有效莖數(shù)均高于對(duì)照, 其中B4、B5處理新植季甘蔗有效莖數(shù)顯著高于對(duì)照, B3、B4處理宿根季甘蔗有效莖數(shù)顯著高于對(duì)照。B2、B3、B4、B5處理新宿兩季甘蔗單莖重均顯著高于對(duì)照, 其中B3、B4處理新宿兩季甘蔗單莖重提升最顯著。B2、B3、B4、B5處理新宿兩季甘蔗產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照, 其中新植季分別比對(duì)照增產(chǎn)12.56%、18.44%、22.89%和15.97%, 宿根季分別比對(duì)照增產(chǎn)38.63%、76.23%、76.84%和36.94%?？梢?jiàn), 4種土壤改良措施均可不同程度地提高成熟期甘蔗有效莖數(shù)和單莖重, 從而增加甘蔗產(chǎn)量; 從添加效果來(lái)看, 添加有機(jī)肥效果最好, 其次為生物菌肥。從投入產(chǎn)出情況分析, 按450元噸-1甘蔗收購(gòu)價(jià)計(jì), 新植季B4處理比對(duì)照增加土壤改良成本投入1935元 hm-2, 增加甘蔗產(chǎn)量18 t hm-2, 扣除成本后增加收入6165元 hm-2, 位居第一, B3處理比對(duì)照增加土壤改良成本投入1050元 hm-2, 增加甘蔗產(chǎn)量14.5 t hm-2, 扣除成本, 增加收入5475元 hm-2, 位居第二。宿根季B3處理比對(duì)照增加投入1050元 hm-2, 增加甘蔗產(chǎn)量45.29 t hm-2, 增加收入19,168.5元 hm-2, 位居第一, B4處理比對(duì)照增加投入1935元 hm-2, 增加甘蔗產(chǎn)量45.29 t hm-2, 增加收入18,445.5元 hm-2, 位居第二。可見(jiàn)B3和B4處理, 雖比B2、B5處理投入成本增加, 但由于其改良效果明顯, 甘蔗增產(chǎn)幅度大, 增加的純收入也遠(yuǎn)高于B2(新植3771元 hm-2, 宿根9571.5元 hm-2)、B5(新植5202元 hm-2, 宿根9346.5元 hm-2)。

3 討論

3.1 不同改良措施對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

地力維護(hù)和土壤改良包括化學(xué)方式如石灰調(diào)酸, 物理方式如土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑, 機(jī)械方式如采用改溝植為壟作來(lái)增厚耕層、蔗葉地表覆蓋疏解機(jī)械壓實(shí), 生物改良方式如農(nóng)家肥、生物菌肥以及含有機(jī)質(zhì)的加工副產(chǎn)品如發(fā)酵殘液、濾泥還田[18]。本研究表明, 增施有機(jī)肥處理對(duì)改良酸性蔗地效果最為理想, 該措施可以增加土壤有機(jī)質(zhì), 結(jié)合耕作后的疏松土壤環(huán)境, 促進(jìn)微生物活動(dòng)和使有機(jī)養(yǎng)分分解為便于利用的形態(tài), 并通過(guò)長(zhǎng)期的效應(yīng)積累, 改善土壤結(jié)構(gòu)、功能的協(xié)調(diào)性和養(yǎng)分供給能力[16-18]。

本研究中增施有機(jī)肥是對(duì)新宿2個(gè)生長(zhǎng)季的土壤容重均有顯著改善的唯一的改良措施, 0~20 cm土層有機(jī)肥處理僅在新植季顯著降低土壤容重, 通過(guò)20~40 cm土層表現(xiàn)可以看到隨著深度增加、種植年限的增加, 有機(jī)質(zhì)對(duì)容重的改善效應(yīng)有下降趨勢(shì)。添加有機(jī)肥處理在新植季顯著降低了土壤緊實(shí)度、貫入阻力與抗剪強(qiáng)度, 顯著增加了新植季0~30 cm土層總孔隙度、0~20 cm土層毛管孔隙度, 顯著降低了新植季0~30 cm土層固相容積率, 顯著提高了10~20 cm土層液相容積率, 但宿根季上述指標(biāo)改善效應(yīng)不顯著。增施有機(jī)肥構(gòu)建的土壤耕層土壤有機(jī)質(zhì)提升最為明顯, 且隨著施用年份的增加土壤有機(jī)質(zhì)也逐年增加, 提升土壤耕層全氮含量, 施用有機(jī)肥對(duì)酸化土壤pH值的提升不如石灰, 但可提升土壤對(duì)酸的緩沖性, 緩解土壤的酸化[39]。有機(jī)肥處理的顯著優(yōu)勢(shì)也反映出當(dāng)前蔗區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)水平低下的突出障礙, 應(yīng)作為蔗區(qū)土壤改良重點(diǎn)。值得注意的是, 如何進(jìn)一步提高有機(jī)質(zhì)對(duì)宿根季土壤孔隙度和三相容積率, 尤其是宿根季20 cm以下土層土壤液相容積率的持續(xù)改良效應(yīng), 還需進(jìn)一步開(kāi)展技術(shù)改進(jìn)。施用有機(jī)肥至宿根季表現(xiàn)出對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的顯著效果, 總體看有機(jī)肥處理土壤有效磷含量有降低趨勢(shì)。

前人研究認(rèn)為施用生物菌肥改善了黃瓜連作土壤的理化性狀, 提高了土壤酶活性、增加土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量, 降低真菌數(shù)量[40]。本研究中新植季添加生物菌肥處理改善了土壤0~20 cm耕層的土壤緊實(shí)度, 降低了土壤耕層貫入阻力和抗剪強(qiáng)度, 土壤總孔隙度也得到改善, 宿根季則表現(xiàn)為0~30 cm土層土壤緊實(shí)度顯著提高, 貫入阻力和抗剪強(qiáng)度升高, 土壤結(jié)構(gòu)變劣。由于增施生物菌肥能顯著提升土壤有效磷含量, 增加土壤細(xì)菌的Shannon指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù), 因此, 雖然添加生物菌肥處理宿根季土壤物理性質(zhì)變劣, 其甘蔗株高、單莖重, 有效莖數(shù)均顯著大于其他處理, 但依然保持良好的增產(chǎn)效應(yīng), 具有良好的投入產(chǎn)出效果。

土壤酸化是我國(guó)蔗區(qū)的普遍現(xiàn)象, 多用石灰作為改良劑修復(fù)酸性土壤, 可中和土壤酸性, 促進(jìn)作物生長(zhǎng), 是改良酸化土壤, 提高作物產(chǎn)量的有效手段[41]。改良pH值是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程, 對(duì)于強(qiáng)酸性土壤采用化學(xué)法效果較直接和明顯。本研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)添加生石灰可顯著改善土壤pH值, 同時(shí)可以提升土壤有效磷含量, 提高成熟期甘蔗有效莖數(shù)和單莖重, 從而增加甘蔗產(chǎn)量, 但施用生石灰雖然容重和孔隙度沒(méi)有明顯變化, 但土壤緊實(shí)度、貫入阻力和抗剪強(qiáng)度比對(duì)照顯著增加, 對(duì)土壤物理特性產(chǎn)生不利影響, 連續(xù)施用石灰后對(duì)產(chǎn)量的提升作用也明顯不如施用有機(jī)肥和生物菌肥處理, 這與李玉輝等在植煙酸性土壤施用石灰的研究結(jié)果一致[41]。

松土精是一種高分子、高活性、無(wú)公害、無(wú)殘留自然降解的生物聚合物, 穩(wěn)定性強(qiáng), 能有效地調(diào)理改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu), 消除土壤板結(jié), 增強(qiáng)土壤滲透能力, 提高土壤保蓄養(yǎng)分能力。本研究中, 以新植季為例, 與對(duì)照比, 添加松土精處理全耕層土壤緊實(shí)度降低6.36%, 容重降低3.20%, 固相容積率降低3.80%, 孔隙度增加3.81%, pH值增加5.32%, 有機(jī)質(zhì)含量增加2.61%, 有效磷含量提高41.91%, 產(chǎn)量增產(chǎn)9.88%, 具有一定的改善土壤物理特性的作用。本研究中添加松土精對(duì)土壤物理特性的改善不如添加有機(jī)質(zhì)明顯, 主要原因可能是, 土壤深松導(dǎo)致單位面積松土精添加量相對(duì)較少; 松土精添加量為每小區(qū)600 g, 與5 kg復(fù)合肥混合使用, 可能存在施用不均的情況; 土壤深松和松土精均可改善土壤物理特性, 可能存在松土精改善土壤物理特性效應(yīng)被深松效應(yīng)所掩蓋。因此在甘蔗地上使用松土精可以適當(dāng)增加松土精用量, 同時(shí)可用施松土精來(lái)替代深松以改善土壤物理特性。

3.2 不同改良措施對(duì)土壤微生物群體結(jié)構(gòu)的影響

Shannon指數(shù)反映群落中物種的變化度, Shannon指數(shù)高代表群落中物種豐富度高且分布均勻[42]。王桂君研究認(rèn)為有機(jī)肥的施加顯著增加土壤細(xì)菌群落多樣性, 土壤細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)組成得到改善, 土壤細(xì)菌群落的Chao1指數(shù)、Shannon指數(shù)、Richness指數(shù)顯著高于對(duì)照, 群落多樣性指數(shù)與土壤理化指標(biāo)顯著相關(guān), 推測(cè)添加改良劑可通過(guò)改善土壤理化性質(zhì)而增加土壤細(xì)菌群落的多樣性[43]。本研究4種土壤改良劑的施用均提高了土壤微生物的Shannon指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù), 其土壤耕層細(xì)菌和真菌的物種多樣性和物種豐富度均得到了顯著提升。

本研究中, 甘蔗根際土壤中細(xì)菌門水平的優(yōu)勢(shì)群落包括Proteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria和Chloroflexi, 真菌門水平的優(yōu)勢(shì)群落包括 Ascomycota和Basidiomycota, 這與張聘[44]對(duì)甘蔗根際土壤的研究結(jié)果基本一致。4種不同土壤改良方案均改變了細(xì)菌和真菌門水平相對(duì)豐度和群落組成, 新植季和宿根季群落變化中細(xì)菌群落穩(wěn)定性低于真菌,與前人研究結(jié)果一致[45], 同時(shí)也揭示甘蔗新植和宿植對(duì)土壤微生物群落組成有顯著影響。Proteobacteria是土壤中最豐富的門[46], 不同的變形菌綱在土壤中的功能差異顯著。有研究表明, Proteobacteria可參與產(chǎn)生甲烷和一氧化二氮這2種溫室氣體。因此, 4種土壤改良措施可降低新植季溫室氣體增加, 但隨著改良時(shí)間的推移, 在宿根季繼續(xù)添加土壤改良措施卻有增加溫室氣體產(chǎn)生的可能。Acidobacteria包括許多寡營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌, 在新植季和宿根季4種土壤改良劑均降低其相對(duì)豐度, 說(shuō)明4種土壤改良方案均可改善土壤養(yǎng)分狀況。Actinobacteria具有產(chǎn)生多種代謝物如抗生素及分解難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的作用[47]。Chloroflexi是一種絲狀光合細(xì)菌, 可以攝取二氧化碳[48]。本研究中, 新植季4種土壤改良劑可提高Actinobacteria和Chloroflexi的相對(duì)豐度, 說(shuō)明添加這4種土壤改良劑可促進(jìn)碳循環(huán), 增加碳儲(chǔ)存, 改善土壤環(huán)境; 而宿根季再增施松土精和生石灰降低了Actinobacteria的相對(duì)豐度, 說(shuō)明長(zhǎng)期施用松土精和生石灰可能降低土壤儲(chǔ)碳能力。同時(shí), 新植季細(xì)菌第二大優(yōu)勢(shì)門為Chloroflexi, 而宿根季為Acidobacteria, 可能由于宿根季甘蔗分泌物或當(dāng)年環(huán)境因素對(duì)土壤微生物的影響。Ascomycota是含真菌最多的門, 具有降解有機(jī)物質(zhì)作用, 在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中含量豐富[49-50]。新植季和宿根季Ascomycota相對(duì)豐度均提高, 說(shuō)明添加4種土壤改良劑提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量, 且生石灰和有機(jī)肥處理效果最為顯著。Basidiomycota是真菌中最高等的一門, 種類繁多, 既有與植物共生的有益菌, 也有致使植物病害的有害菌, 4種土壤改良措施均降低了其相對(duì)豐度, 可作進(jìn)一步研究, 以便了解土壤改良措施的改良效果?？傊? 我們的研究中, 細(xì)菌和真菌相對(duì)豐度的變化均反映出4種土壤改良劑提高了土壤碳循環(huán), 改善了土壤養(yǎng)分。新植季增施生石灰和松土精對(duì)土壤微生物群落改善更顯著, 宿根季增施生物菌肥和生石灰對(duì)土壤微生物群落更有利。

3.3 機(jī)械壓實(shí)酸化蔗地的改良措施建議

甘蔗是一種多年生深根型作物, 羅俊等[10]研究認(rèn)為, 耕作深度達(dá)40 cm以上, 配合深層土壤添加改良物料, 構(gòu)建蔗地合理耕層, 可以提升甘蔗產(chǎn)量。本研究中, 耕作措施統(tǒng)一采用深松45 cm,進(jìn)行深層土壤的外施物料改良措施, 取得良好效果。試驗(yàn)區(qū)土壤pH值達(dá)到3.57, 為強(qiáng)酸性土壤, 連續(xù)施用2年生石灰后土壤pH值提升1.87個(gè)單位, 達(dá)到5.44, 土壤酸性得到顯著改善, 土壤有效磷含量顯著提升, 但連續(xù)施用生石灰后緊實(shí)度、貫入阻力和抗剪強(qiáng)度顯著增加, 造成土壤板結(jié), 對(duì)土壤物理性質(zhì)造成不利影響。而增施有機(jī)肥處理降低了土壤容重、緊實(shí)度、貫入阻力和抗剪強(qiáng)度, 提高了土壤總孔隙度、通氣孔隙度和毛孔孔隙度, 降低了固相容積率, 提高了液相容積率, 提升了土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量, 對(duì)作物產(chǎn)量提升作用顯著, 但對(duì)土壤pH值提升作用并不明顯, 有效磷含量甚至略低于對(duì)照。生物菌肥的土壤改良效果僅次于有機(jī)肥, 具有投入水平較低, 產(chǎn)出較高的特點(diǎn)。新植蔗的分蘗能力和成莖能力受土壤酸化的影響可能甚于宿根蔗, 在新植季進(jìn)行降酸處理對(duì)促進(jìn)產(chǎn)量更為有效、合理。新植季施用生石灰降酸, 持續(xù)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、微生物種群數(shù)量和活躍度是持續(xù)豐產(chǎn)的技術(shù)策略。石灰和有機(jī)肥聯(lián)合施用可以彌補(bǔ)各自的劣勢(shì), 有效解決單施石灰對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的不良影響。因此不建議單獨(dú)用松土精或生石灰改良機(jī)械壓實(shí)酸化蔗地, 在有深松機(jī)械的蔗區(qū)建議采用深松45 cm+生石灰+有機(jī)肥(或生物菌肥)的土壤改良模式, 在沒(méi)有深松機(jī)械的蔗區(qū)可以用松土精來(lái)替代機(jī)械深松, 采用松土精+生石灰+有機(jī)肥(或生物菌肥)的土壤改良模式, 在酸性不強(qiáng)的蔗區(qū)建議采用深松45 cm+有機(jī)肥(或生物菌肥)的土壤改良模式。有機(jī)質(zhì)提升是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程, 要注意酸性紅壤有效磷含量低的問(wèn)題, 可以考慮配施磷肥或蔗葉還田。

4 結(jié)論

增施有機(jī)肥可顯著降低土壤容重、土壤緊實(shí)度、土壤貫入阻力和抗剪強(qiáng)度, 顯著改善土壤總孔隙度、通氣孔隙度和毛孔孔隙度, 顯著降低土壤固相容積率, 顯著提高土壤液相容積率, 以及土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤全氮含量。增施生石灰顯著升高土壤pH值得到, 改良土壤酸性, 顯著提升土壤有效磷含量。4種土壤改良處理土壤細(xì)菌和真菌 Shannon指數(shù)、Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)均高于對(duì)照, 提升了土壤耕層細(xì)菌和真菌的物種多樣性和物種豐富度, 降低土壤細(xì)菌中Proteobacteria和Acidobacteria的相對(duì)豐度、真菌中Basidiomycota的相對(duì)豐度, 增加細(xì)菌中Actinobacteria和Chloroflexi的相對(duì)豐度、真菌中Ascomycota的相對(duì)豐度, 并改變其他真菌群落組成。細(xì)菌中Proteobacteria為甘蔗根際土壤中含量最豐富的門, 新植季Chloroflexi和宿根季Acidobacteria均為第二大優(yōu)勢(shì)菌。4種土壤改良措施均提高了土壤細(xì)菌和真菌群落對(duì)碳循環(huán)的促進(jìn)能力, 改善土壤養(yǎng)分, 同時(shí)表現(xiàn)出真菌比細(xì)菌群落更穩(wěn)定。由真菌和細(xì)菌群落的綜合影響反映出生石灰、生物菌肥和松土精對(duì)土壤微生物改良效果最佳。4種土壤改良措施均可不同程度地提高成熟期甘蔗有效莖數(shù)和單莖重, 從而增加甘蔗產(chǎn)量; 效果以有機(jī)肥最好, 生物菌肥其次。本研究為篩選適合甘蔗機(jī)械化作業(yè)后的土壤改良措施, 改良和培肥機(jī)械壓實(shí)后酸性土壤, 提高甘蔗產(chǎn)量提供了科學(xué)依據(jù)。

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LUO Jun1, LIN Zhao-Li1, LI Shi-Yan1,QUE You-Xiong1, ZHANG Cai-Fang1, YANG Zai-Qi1, YAO Kun-Cun1, FENG Jing-Fang1, CHEN Jian-Feng2, and ZHANG Hua1,*

1Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding, Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian, China;2Lituo Agricultural Services Co. Ltd., Laibin 546100, Guangxi, China

Exploring the effects of different soil improvement measures on soil physical properties, soil nutrients, soil microorganisms and sugarcane yield is of great significance to make the improvement strategy for mechanically compacted acidic soil. In the present study, four soil improvement treatments including applications of loosening soil essence (B2), bacterial manure (B3), organic fertilizer (B4), and quicklime (B5) were set up, with no soil amendment as control (B1) to explore the physical properties, nutrients and microorganisms of soil and sugarcane yield components in two successive crop seasons. The application of organic fertilizer (B4) significantly reduced soil bulk density, soil compactness, soil penetration resistance and shear strength resistance and significantly improved total porosity, aeration porosity and pore porosity of soil. The solid-phase volume ratio of soil was significantly lower than that of control, while the liquid-phase volume ratio of soil was significantly higher than that of control, and the organic matter content and total nitrogen of soil were also significantly improved in B2treatment. The soil compactness and total porosity of B2and B3treatments were reduced, improving the soil physical properties to some extent. The soil pH of B5treatment was significantly improved. The soil available phosphorus content of B3and B5treatments was significantly increased. The Shannon index, Chao1 index, and ACE index of soil bacteria and fungi treated with B2, B3, B4, and B5were higher than those of the control. The four soil improvement measures improved the species diversity and richness of bacteria and fungi in tilled soil layer, reduced the relative abundance of Proteus, Acidobacteria, and basidiomycetes increased the relative abundance of Actinomycetes, Curvularia and ascomycetes, and changed the composition of other fungal communities. These four soil improvement measures improved the number of effective stems and single stem quality of sugarcane at maturity stage to varying degrees, resulting in increased yield of sugarcane. Among them, the effect of organic fertilizer was the best, and followed by that of bacterial manure. This study provides a scientific basis for screening suitable measures to improve the fertility of the mechanically compacted acidic soil, and increase sugarcane yield.

sugarcane; sugarcane field; soil improvement; soil physical properties; yield; microbial community structures

2019-07-19;

2019-09-26;

2019-10-11.

10.3724/SP.J.1006.2020.94102

張華, E-mail: zhanghua4553@sina.com

E-mail: sisluojun@126.com

本研究由福建農(nóng)林大學(xué)科技創(chuàng)新專項(xiàng)(CXZX2017345), 國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503119-04-01), 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-17)和國(guó)家甘蔗工程技術(shù)研究中心開(kāi)放課題基金(2016-3-1, 2017-2-1)資助。

This study was supported by the Science Foundation of Fujian Agriculture and Forestry University (CXZX2017345), the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China (201503119-04-01), the Earmarked Fund for China Agriculture Research System (CARS-17) and the National Engineering Research Center of Sugarcane Open Fund (2016-3-1, 2017-2-1).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20191011.0855.002.html