沼渣對土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)、土壤酶活及理化性狀的影響

尹淑麗， 張麗萍， 習彥花， 馬金亮， 楊繼業(yè)， 張根偉， 段普凡， 程輝彩， 劉洪偉 , 劉曉敏

(1.河北省科學院生物研究所， 石家莊 050081; 2.河北經(jīng)貿(mào)大學經(jīng)濟研究所， 石家莊 050061)

沼渣對土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)、土壤酶活及理化性狀的影響

尹淑麗1， 張麗萍1， 習彥花1， 馬金亮1， 楊繼業(yè)1， 張根偉1， 段普凡1， 程輝彩1， 劉洪偉1, 劉曉敏2

(1.河北省科學院生物研究所， 石家莊 050081; 2.河北經(jīng)貿(mào)大學經(jīng)濟研究所， 石家莊 050061)

筆者于張家口壩上露地，以娃娃菜為試驗材料研究以相同養(yǎng)分含量沼渣、雞糞和化肥連續(xù)底施對土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量、微生物菌群結(jié)構(gòu)、土壤酶活、土壤理化性狀的影響。采用傳統(tǒng)微生物分離的方法，利用PB,高氏1號和PDA培養(yǎng)基分離并統(tǒng)計可培養(yǎng)細菌、放線菌和真菌的數(shù)量；采用標準的土壤酶活和理化性狀測定方法，檢測娃娃菜根圍0～20 cm耕層土壤脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶的活性、土壤養(yǎng)分含量及土壤物理性狀。結(jié)果表明，與化肥相比，沼渣處理使土壤中可培養(yǎng)真菌數(shù)量降低34.09%，可培養(yǎng)細菌和放線菌數(shù)量分別增加102.53%和291.89%，土壤由真菌型向細菌型過渡，利于降低真菌病害的發(fā)生率；使土壤蔗糖酶、中性磷酸酶、脲酶和過氧化氫酶的活性增高，增率分別為43.11%,41.28%,35.29%和6.13%；使土壤中全氮、磷、鉀的累積含量降低，利于向速效氮、磷、鉀的轉(zhuǎn)化，提高土壤中鐵、銅、鋅微量元素的含量；改善土壤的物理結(jié)構(gòu)，持水量提高15.03%，容重降低15.20%。可見，沼渣作為優(yōu)質(zhì)有機肥連續(xù)底施，可有效改善土壤的微生態(tài)結(jié)構(gòu)、提高酶活性、減少過量養(yǎng)分的累積、改善土壤質(zhì)量，利于土壤的健康持續(xù)應(yīng)用。

沼渣；微生態(tài)結(jié)構(gòu)；土壤酶活；土壤理化性狀；娃娃菜

河北是蔬菜生產(chǎn)大省，隨著人們對錯季蔬菜的需求，冷寒地區(qū)錯季娃娃菜的種植面積日益增大，農(nóng)民為了追求高產(chǎn)、高收入，盲目注重化學肥料而忽視有機肥的施入，化肥的長時間累積施用嚴重影響了土壤微生態(tài)環(huán)境，再加上日益加劇的連作現(xiàn)象，導致土壤團粒結(jié)構(gòu)減少、質(zhì)地惡化、微生物群落變遷及化學養(yǎng)分大量流失等問題，致使產(chǎn)量下降。國家十三五發(fā)展目標提出創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的五大發(fā)展理念，農(nóng)業(yè)的協(xié)調(diào)、綠色發(fā)展成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題，因此，尋找有效降低化學肥料用量、改善土壤環(huán)境的優(yōu)質(zhì)有機肥成為可有效保障土壤協(xié)調(diào)、產(chǎn)品綠色發(fā)展的重要途徑。

沼渣是畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈經(jīng)厭氧發(fā)酵后的固體殘留物[1]，除含有豐富的氮、磷、鉀等大量元素及對作物生長起重要作用的硼、銅、鐵、錳、鋅等微量元素外，還含有氨基酸、生長素、赤霉素、單糖、腐殖酸，B族維生素等，是植物生長過程中優(yōu)良的有機肥。不僅對提高蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)有良好的作用[2-3]，而且能夠改善土壤的理化性狀[4]，增強微生物活性，具備開發(fā)成促進農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的有機肥料的潛力。隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的持續(xù)性發(fā)展，人們發(fā)展沼氣生態(tài)農(nóng)業(yè)的熱情越來越高，沼渣的用途也逐漸被開發(fā)利用。目前沼渣作為有機肥料對土壤中微生物數(shù)量、微生態(tài)結(jié)構(gòu)、土壤酶活[5]及養(yǎng)分含量[6]的影響方面均有研究，而針對露地連作娃娃菜同時監(jiān)測土壤微生物數(shù)量、菌群結(jié)構(gòu)、土壤酶活及土壤理化性狀的報道較少。文章選用張家口沽源娃娃菜的連作露地，進行與化肥、雞糞、沼渣3種肥料的對比試驗，通過測定土壤中微生物的菌群結(jié)構(gòu)、土壤酶活性及土壤理化性狀，明確沼渣作為有機肥料應(yīng)用于連作土壤的優(yōu)勢，為沼渣的廣泛高效利用提供理論基礎(chǔ)，對促進沼氣產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)的協(xié)調(diào)、綠色發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試土壤

試驗地點為張家口沽源二道渠的露地，實驗前0～20 cm土層土壤的基礎(chǔ)地力為：有機質(zhì)含量15.56 g·kg-1，全氮1.12 g·kg-1，全磷0.52 g·kg-1，全鉀23.87 g·kg-1，堿解氮96.60 mg·kg-1，有效磷46.23 mg·kg-1，有效鉀268.50 mg·kg-1。

1.2 供試沼渣來源及養(yǎng)分含量

供試沼渣來自于廊坊市某公司，以豬糞為原材料的500 m3大型厭氧沼氣工程的發(fā)酵殘留物，經(jīng)固液分離后，測得沼渣中養(yǎng)分含量為：全氮29.7 g·kg-1，全磷45.8 g·kg-1，全鉀16.5 g·kg-1，有機質(zhì)379.9 g·kg-1。

1.3 試驗材料

采用娃娃菜為試驗材料，娃娃菜品種為金皇后。

1.4 試驗方法

1.4.1 試驗設(shè)計

2013年～2014年連續(xù)2年，于張家口沽源多年重茬娃娃菜種植露地進行，試驗設(shè)置3個處理，處理1為沼渣底施處理，處理2為雞糞底施處理，處理3為化肥底施處理。發(fā)酵干雞糞的養(yǎng)分含量為：有機質(zhì)含量為255.7 g·kg-1，氮素為16.3 g·kg-1，全磷15.4 g·kg-1，全鉀8.5 g·kg-1，施入量為每677 m2400斤，沼渣和化肥的施入量均按雞糞中各養(yǎng)分含量折合量施入，以確保施入的養(yǎng)分含量相等，每個處理設(shè)置3個重復，小區(qū)隨機排列；其他管理同日常管理。

于娃娃菜的生長末期(即采收前)取不同處理植株根圍的土壤，測定土壤中可培養(yǎng)微生物的數(shù)量、微生態(tài)結(jié)構(gòu)、土壤的酶活、土壤養(yǎng)分含量及物理性狀。

1.4.2 測定內(nèi)容

1.4.2.1 可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測定

采用傳統(tǒng)的方法[7]，測定土壤中可培養(yǎng)細菌、放線菌、真菌的數(shù)量。稱取10 g不同處理娃娃菜根圍的新鮮土壤放入90 mL無菌水中，在搖床上以200 r·min-1的轉(zhuǎn)速震蕩30 min，將土壤樣品逐級稀釋涂布平板，30℃±1℃培養(yǎng)2～4 d。細菌采用PB培養(yǎng)基，放線菌采用改良髙氏1號培養(yǎng)基，真菌采用PDA培養(yǎng)基。

1.4.2.2 土壤酶活的測定[8]

將娃娃菜根圍的土壤自然蔭干，研磨過80目的篩子后，測定土壤中蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶的活性。土壤蔗糖酶活性用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，以每克土24 h產(chǎn)生的葡萄糖毫克數(shù)表示；中性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定，以每克土24 h產(chǎn)生的酚毫克數(shù)表示，脲酶活性用靛酚藍比色法測定，以每克土24 h產(chǎn)生的NH3-N毫克數(shù)表示；過氧化氫酶活性用高錳酸鉀滴定法測定，以每克土消耗0.1 mol·L-1KMnO4毫升數(shù)表示。

1.4.2.3 土壤肥力相關(guān)指標的測定

于娃娃菜收獲期，取0～20 cm耕層土壤，測定土壤的肥力相關(guān)指標。

1.4.2.4 統(tǒng)計方法

采用軟件Excel和spss 6.0進行兩年數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 娃娃菜根圍土壤中微生物的數(shù)量及菌群結(jié)構(gòu)

沼渣和雞糞肥均為有機肥，可影響土壤中可培養(yǎng)微生物的數(shù)量，有效改善土壤中微生物菌群結(jié)構(gòu)。娃娃菜根圍土壤中可培養(yǎng)細菌、放線菌和真菌數(shù)量的測定結(jié)果表明(見表1)：沼渣肥和雞糞肥均可有效降低連作土壤中可培養(yǎng)真菌的數(shù)量，降低率分別為34.09%和22.27%；增加土壤中可培養(yǎng)放線菌的數(shù)量，增率分別為291.89%和175.68%；土壤中可培養(yǎng)細菌的數(shù)量，增高率分別為102.53%和36.71%。同時有效提高土壤中細菌與真菌、放線菌與真菌的數(shù)量比，其中沼渣的影響效果最佳?？梢?，連作娃娃菜地中合理應(yīng)用沼渣可有效降低真菌數(shù)量，利于減少真菌病害的發(fā)生；同時可有效降低細菌與放線菌的比例，利于降低細菌病害發(fā)生的幾率。

表1 根圍土壤中微生物數(shù)量及菌群結(jié)構(gòu)

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p﹤0.05)下同。

2.2 根圍土壤相關(guān)酶的活性

娃娃菜根圍土壤中蔗糖酶、中性磷酸酶、脲酶和過氧化氫酶活性的測定結(jié)果表明(見表2)，沼渣、雞糞有機肥的施入與單施化肥相比，可在一定程度上改善土壤，提高土壤酶活性；可顯著提高土壤蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性，對過氧化氫酶的影響不顯著。

沼渣處理與處理化肥相比可顯著提高娃娃菜根圍土壤中蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性，其增長率分別為43.10%，41.28%、35.29%；可使過氧化氫酶的活性增加6.13%，但提高效果不顯著。雞糞與化肥相比，對土壤蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性的增長率分別為39.82%，28.04%，23.53%，可使過氧化氫酶的活性增加5.06%，可見，沼渣和雞糞相比，沼渣對土壤各酶活影響效果最佳。

表2 根圍土壤酶活性

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p﹤0.05)下同。

2.3 娃娃菜根圍耕層土壤的養(yǎng)分含量

于娃娃菜的生長末期，取根圍0～20 cm的耕層土壤，測定土壤中全氮磷鉀、速效氮磷鉀、有機質(zhì)及鐵錳銅鋅的含量。測定結(jié)果由表3可見，連續(xù)施用沼渣及雞糞處理可有效降低土壤中全氮磷鉀的含量、提高土壤中有機質(zhì)及鐵銅鋅的含量，其中沼渣施入的效果最佳。

與化學肥料相比，沼渣處理土壤中有機質(zhì)含量提高22.16%，有效鐵含量提高28.91%，有效銅含量提高2.17%，有效鋅含量提高352%，全氮含量降低14.29%，全磷含量降低40%，全鉀含量降低6.22%，堿解氮含量降低21.66%，有效磷含量降低71.83%， 有效鉀含量降低37.30%。雞糞對土壤各指標的影響趨勢與沼渣相同，但效果差于沼渣肥。

可見沼渣的連續(xù)施入可有效提高土壤中有機質(zhì)的含量，便于滿足蔬菜對微量元素的需求；同時可有效降低土壤中全氮、磷、鉀的含量及速效氮、磷、鉀的含量，促進娃娃菜對養(yǎng)分的吸收，減少多余養(yǎng)分在土壤中的累積，利于土壤健康。

表3 土壤的養(yǎng)分含量

2.4 娃娃菜耕層土壤的理化性質(zhì)

于娃娃菜的生長末期，取根圍0～20 cm的耕層土壤，測定土壤的容重、持水量、鹽分及酸堿度。測定結(jié)果由表4可見，沼渣及雞糞的施入利于娃娃菜根圍土壤容重、鹽分含量的降低，及持水量、酸堿度的提高，利于防止土壤的鹽堿化，改善土壤的結(jié)構(gòu)；同時利于增加土壤的含水量；其中沼渣的影響效果最佳。與化肥處理相比，鹽分降低58.33%，持水量提高15.03%，容重降低15.20%，pH值提高2%。

表4 土壤的物理性狀

3 討論

沼渣和雞糞肥作為優(yōu)質(zhì)的有機肥料，可有效改善娃娃菜根圍土壤中可培養(yǎng)微生物的數(shù)量及菌群結(jié)構(gòu)，提高土壤酶活，改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤肥力；其中沼渣對土壤各項指標的綜合影響效果最佳。

3.1 不同肥料底施對土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量及菌群結(jié)構(gòu)的影響

土壤微生物影響著土壤養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)化，微生物種群結(jié)構(gòu)失衡是導致土壤質(zhì)量下降、作物減產(chǎn)的主要原因[9]。沼渣連續(xù)底施，可有效改善娃娃菜根圍土壤中可培養(yǎng)微生物的數(shù)量及菌群結(jié)構(gòu)，提高土壤中可培養(yǎng)細菌和放線菌的數(shù)量，增率分別為102.53%和291.89%；降低可培養(yǎng)真菌的數(shù)量，降低率為34.09%，與黃亞麗[5,10]等沼渣底施對微生物數(shù)量的影響結(jié)果一致。可有效使娃娃菜根圍的菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使連作土壤由真菌型向細菌型過度，利于降低真菌病害的發(fā)生率；還可調(diào)節(jié)土壤中細菌與放線菌的比例，利于降低細菌病害的發(fā)生率，保持根圍土壤中微生物菌群結(jié)構(gòu)的平衡。

3.2 不同肥料底施對土壤酶活的影響

土壤酶作為土壤的組成部分，其活性大小可敏感反應(yīng)土壤中生化反應(yīng)的方向和強度。土壤中微生物數(shù)量的多少及種類也可有效影響土壤的酶活性。土壤脲酶活性與土壤的微生物數(shù)量、有機質(zhì)含量等密切相關(guān)。土壤過氧化氫酶活性與土壤呼吸強度和土壤微生物活動相關(guān)，是重要的土壤微生態(tài)環(huán)境指示因子[11-12]，能有效防止過氧化氫的毒害。蔗糖酶主要來自植物根系微生物，是一種積累酶，是表征土壤生物活性的一種重要水解酶。蔗糖酶斷裂蔗糖分子鍵后，產(chǎn)生葡萄糖、果糖。產(chǎn)物是植物和微生物的營養(yǎng)碳源。磷酸酶是一種水解性酶，能酶促土壤中有機磷化合物水解，加速有機磷的脫磷速度，生成能為植物所利用的無機態(tài)磷，提高土壤磷素的有效性。

沼理與化肥相比可顯著提高娃娃菜根圍土壤中蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性，其增長率分別為43.10%，41.28%，35.29%；可使過氧化氫酶的活性增加6.13%，可見沼渣底施應(yīng)用，可有效提高土壤相關(guān)酶的活性，促進土壤中各養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，被植物吸收。

3.3 對根圍土壤肥力及理化性質(zhì)指標的影響

沼渣肥的連續(xù)施用，可有效降低土壤中全氮、磷、鉀的累積，便于向速效氮、磷、鉀的轉(zhuǎn)化，以便植物的吸收利用；還可提高土壤中鐵、銅、鋅微量元素的含量，便于滿足蔬菜的需求。

土壤容重是衡量土壤質(zhì)量的最常用指標，影響土壤肥氣熱條件的變化與作物根系在土壤中的穿插，進而影響作物的生長[13]。土壤越疏松多孔，容重越小，土壤越緊實，容重越大。沼渣底施利于改善土壤結(jié)構(gòu)，降低容重[14]，增加土壤的持水量，使土壤變得疏松，利于土壤質(zhì)量的改善。與化肥處理相比，持水量提高15.03%，容重降低15.20%，與王福全[15]的研究結(jié)果一致，沼肥的施用可有效降低土壤的物理結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，提高持水量。

綜上所述，沼渣的底施利于娃娃菜根圍土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量、有機質(zhì)含量的提高，進而提高土壤中與有機質(zhì)含量及微生物數(shù)量相關(guān)的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶的活性，土壤酶活性的提高又進一步影響土壤中養(yǎng)分含量的分解、轉(zhuǎn)化與利用，降低土壤中全氮磷鉀的含量，減少過量肥料累積導致的土壤鹽漬化?？梢?，土壤是一個復雜的系統(tǒng)，沼渣底施影響到可培養(yǎng)微生物的數(shù)量、菌群結(jié)構(gòu)就會對相關(guān)指標產(chǎn)生系列影響，達到改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力的功效。

4 結(jié)論

沼渣底施可有效提高娃娃菜根圍土壤中可培養(yǎng)細菌、真菌、放線菌的數(shù)量，提高土壤蔗糖酶、中性磷酸酶和脲酶的活性[16]，提高土壤中全氮、磷、鉀的轉(zhuǎn)化及吸收率，利于降低過量養(yǎng)分含量在土壤中累積；同時提高土壤中微量元素的含量，提高土壤的疏松度，降低鹽分的累積，有效改善耕層土壤的質(zhì)量，可利于土壤的持續(xù)健康利用。沼渣的應(yīng)用對促進沼氣發(fā)酵殘留物肥料化利用，改善土壤質(zhì)量，提高土壤肥力，降低由化學肥料帶來的環(huán)境污染具有重要的意義；同時對農(nóng)業(yè)、沼氣產(chǎn)業(yè)的協(xié)調(diào)、綠色發(fā)展具有重要意義。

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Effect of Biogas Residue Application on Soil Micro Eco-structure, Enzyme Activity and Physicochemical Property /

YIN Shu-li1, ZHANG Li-ping1, XI Yan-hua1, MA Jin-liang1, YANG Ji-ye1, ZHANG Gen-wei1, DUAN Pu-fan1, CHENG Hui-cai1, LIU Hong-wei1, LIU Xiao-min2/

(1. Hebei Academy of Sciences Institute of Biology, Shijiazhuang 050081,China; 2. Institute of Economics Study, Hebei University of Economics & Business, Shijiazhuang 050061,China)

The experiment was conducted in open field of Zhangjiakou cold region, baby cabbage was taken as experimental material, the effect of biogas residue, chicken manure and chemical fertilizer on baby cabbage soil microorganism quantity, enzyme activity and physicochemical property, were investigated under same condition of nutrient content. The enumeration of soil bacteria, actinomycetes, and fungi were made, and soil urease, phosphatase, invertase, catalase activity, soil fertility and soil structure were detected for the 0～20cm topsoil of baby cabbage rhizosphere. The results showed that, comparing with chemical fertilizer, the application of biogas residue made the number of soil fungi reduced by 34.09%, the number of bacteria and actinomyces increased by 102.53% and 291.89% respectively; and the activity of soil urease, phosphatase, invertase increased by 43.10%, 41.28%, 35.29% respectively; the soil total nitrogen, phosphorus, potassium accumulation were reduced, the available nitrogen, phosphorus, potassium transformation increased, soil iron, copper, zinc content raised; and the soil structure improved, water holding capacity increased by 15.03%, bulk density decreased by 15.20%. All these show that the biogas residue is high-quality organic fertilizer.

biogas residue; soil micro-ecological structure; enzyme activity; physicochemical property; baby cabbage

2016-02-25

項目來源： 國家星火計劃(2015GA620005)； 河北省科學院項目(2013056008); 河北省社會科學基金項目(HB15YJ065); 市科技局項目(151490352A)

尹淑麗(1979-)，女，河北滄州人，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)的生物防治及農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用工作，E-mail:yslbaihelr@126.com

S154.3; X712

B

1000-1166(2017)01-0072-05