配施解磷菌肥對(duì)采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤磷有效性的影響

孟會(huì)生，洪堅(jiān)平，吳文麗，栗 麗

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801)

配施解磷菌肥對(duì)采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤磷有效性的影響

孟會(huì)生，洪堅(jiān)平①，吳文麗，栗 麗

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801)

選取采煤塌陷區(qū)復(fù)墾5 a的土壤為對(duì)象，采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法，研究解磷菌肥對(duì)復(fù)墾土壤無機(jī)磷形態(tài)及磷吸附-解吸特性的影響。結(jié)果表明，配施解磷菌肥可以提高復(fù)墾土壤有效磷含量，提高土壤Ca2-P、Ca8-P和閉蓄態(tài)磷(O-P)含量，降低Al-P、Fe-P和Ca10-P含量。Ca2-P含量、Ca8-P含量與有效磷含量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.997和0.926，對(duì)提高有效磷含量的貢獻(xiàn)較大。有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥(MCFB)處理可顯著降低土壤對(duì)磷的吸附常數(shù)(K)和土壤最大緩沖容量(MBC)。與不施解磷菌肥處理相比，施用解磷菌肥處理對(duì)土壤最大吸附量(Xm)的影響較小。解磷菌肥可以提高復(fù)墾土壤磷的最大解吸量和解吸率，提高土壤磷素有效性。配施解磷菌肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有一定影響，MCFB處理可以顯著提高玉米產(chǎn)量，比有機(jī)肥+化肥處理提高3.82%。

解磷菌肥；復(fù)墾土壤；無機(jī)磷形態(tài)；吸附;解吸；有效磷

山西省是我國(guó)重要的能源基地,煤炭?jī)?chǔ)藏面積為6.2萬km2,約占全國(guó)儲(chǔ)量的1/3。隨著煤礦開采導(dǎo)致大面積地面塌陷,礦區(qū)的土地資源和生態(tài)環(huán)境遭受了嚴(yán)重破壞,其中以土地破壞最為明顯[1]。礦區(qū)土地復(fù)墾是我國(guó)實(shí)現(xiàn)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡、緩解人地矛盾的重要途徑。在我國(guó)塌陷地復(fù)墾率還非常低,僅約占10%～15%,開展礦區(qū)土地復(fù)墾是十分必要的[2]。采煤塌陷區(qū)土壤復(fù)墾后,表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)不良,養(yǎng)分含量低,尤其是磷素生物有效性低,Ca-P固定強(qiáng)烈,因此保證復(fù)墾土壤磷的高效利用是礦區(qū)土壤復(fù)墾成功與否的關(guān)鍵[3]。

解磷微生物能夠?qū)⑼寥乐械碾y溶性磷轉(zhuǎn)化為植物可以吸收利用的形態(tài),在改善土壤磷素營(yíng)養(yǎng)狀況、提高磷素利用率和促進(jìn)作物增產(chǎn)等方面具有重要作用[4-5]。目前,解磷菌肥對(duì)石灰性土壤磷形態(tài)及有效性的影響已有研究[6],但在結(jié)構(gòu)不良的復(fù)墾土壤上施用解磷菌肥后,其磷素形態(tài)及有效性變化方面的報(bào)道還較少。筆者以山西潞安集團(tuán)五陽(yáng)煤礦采煤塌陷區(qū)復(fù)墾5 a的土壤為對(duì)象,旨在探索施用解磷菌肥對(duì)復(fù)墾土壤磷素形態(tài)變化及吸附解吸特性的影響,為提高采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤的磷素有效性、快速培肥熟化提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于山西省長(zhǎng)治市襄垣縣王橋鎮(zhèn)洛江溝村,屬于潞安集團(tuán)五陽(yáng)煤礦井田范圍的采煤塌陷區(qū),地理位置為北緯36°28′11.95″、東經(jīng)113°00′52.57″,屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū);年平均氣溫為9.5 ℃,年平均降水量為532.8 mm,無霜期為160 d。該試驗(yàn)在塌陷區(qū)復(fù)墾5 a土壤上進(jìn)行,土壤類型為石灰性褐土,0～20 cm土壤w(有機(jī)質(zhì))為8.20 g·kg-1,w(全氮)為0.41 g·kg-1,w(全磷)為0.45 g·kg-1,w(全鉀)為22.92 g·kg-1,w(堿解氮)為31.85 mg·kg-1,w(有效磷)為4.58 mg·kg-1,w(速效鉀)為118.29 mg·kg-1。該復(fù)墾土壤肥力水平較低。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),共設(shè)7個(gè)處理,分別為對(duì)照(CK)、化肥(CF)、化肥+解磷菌肥(CFB)、有機(jī)肥(M)、有機(jī)肥+解磷菌肥(MB)、有機(jī)肥+化肥(MCF,w=50%的有機(jī)肥氮和w=50%的化肥氮)和有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥(MCFB),每個(gè)處理重復(fù)3次,小區(qū)面積為100 m2(10 m×10 m)。除對(duì)照外,各施肥處理N、P2O5和K2O施用量分別為201.5、185.0和98.5 kg·hm-2。解磷菌肥用量為750 kg·hm-2,計(jì)算其N、P、K養(yǎng)分含量后再確定其他肥料用量。有機(jī)肥為完全腐熟的雞糞,該肥料有機(jī)質(zhì)、N、P2O5和K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為27.2%、1.68%、1.54%和0.82%?；史謩e使用尿素(N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.4%)、過磷酸鈣(P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%)和氯化鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%)。解磷菌肥所用菌種為1株拉恩菌(Rahnella)和2株熒光假單胞菌(Fluorescentpseudominas),彼此之間不存在拮抗作用,高密度發(fā)酵后,按V(菌液)∶m(腐熟的雞糞)=1∶9的比例將兩者在攪拌機(jī)中混勻,制成解磷菌肥,有效活菌數(shù)(以cfu計(jì))≥0.5×108g-1。所有肥料均在玉米種植前一次性施入。供試玉米品種為先玉335,播種密度為6萬株·hm-2,試驗(yàn)于2014年4月28日播種,9月26日收獲。

1.3 樣品采集與測(cè)定

在玉米收獲后,按照多點(diǎn)混合原則進(jìn)行采樣,用土鉆采集每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)0～20 cm土層土壤5個(gè)點(diǎn),混合后采用四分法將多余土壤棄去,除去植物根茬、石礫,風(fēng)干過篩后,以備測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。土壤pH值采用電位法測(cè)定;有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定;土壤有效磷含量采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提、鉬藍(lán)比色法測(cè)定。土壤無機(jī)磷分級(jí)采用顧益初-蔣柏藩的土壤無機(jī)磷形態(tài)分級(jí)方法[7]。

土壤磷吸附解吸的測(cè)定[8]:分別稱取2.5 g風(fēng)干土樣7份置于50 mL離心管中,分別加入50 mL 磷含量為0、10、20、40、60、100和150 μg·mL-1的CaCl2溶液,加入3滴1.0 g·L-1氯仿以抑制微生物的活動(dòng)。在(25±1) ℃條件下振蕩1 h后,靜置平衡24 h,離心(10 min,4 000 r·min-1,離心半徑為30 cm),取上清液用鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量,土壤吸磷量為加入的磷量與上清液中磷含量(平衡后溶液中磷含量)的差值。用Langmuir方程擬合,確定復(fù)墾土壤對(duì)磷的最大吸附量(Xm)。Langmuir方程為

C/X=C/Xm+1/(KXm)。

(1)

式(1)中,C為平衡溶液中磷質(zhì)量濃度,μg·mL-1;X為土壤吸磷量,mg·kg-1;K為吸附常數(shù);Xm為土壤最大吸磷量,mg·kg-1。

土壤最大緩沖容量(MBC,CMB,mg·kg-1)的計(jì)算公式為CMB=KXm。它可以作為土壤對(duì)磷吸持性的特征參數(shù),是反映土壤供磷特性的綜合指標(biāo)[9-10]。

吸附試驗(yàn)后傾倒出上清液,用25 mL飽和NaCl溶液洗滌2次并離心(10 min,4 000 r·min-1,離心半徑為30 cm),再在離心管中加入25 mL 0.01 mol·L-1CaCl2溶液,同時(shí)加入3滴甲苯,在(25±1) ℃ 恒溫?fù)u床中振蕩1 h后,靜置平衡24 h,離心,吸取上清液用鉬銻抗比色法測(cè)定,計(jì)算磷的解吸量。復(fù)墾土壤磷解吸率為土壤磷的解吸量與吸附量的百分比。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理制圖,采用SPSS 17.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)和通徑分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 解磷菌肥對(duì)采煤塌陷土壤有效磷的影響

由圖1可知,施用解磷菌肥處理有效磷含量比不施用菌肥處理均有所提高。MCFB處理有效磷含量最高;與CF處理相比,CFB處理有效磷含量增加0.96%,差異不顯著;與M處理相比,MB處理有效磷含量增加9.5%,差異顯著(P<0.05);與MCF處理相比,MCFB處理有效磷含量增加7.8%,差異顯著(P<0.05);MB與MCFB處理差異不顯著。上述結(jié)果說明在施用有機(jī)肥基礎(chǔ)上配施解磷菌肥,可以顯著提高土壤中有效磷含量。

CK—對(duì)照;CF—化肥;CFB—化肥+解磷菌肥;M—有機(jī)肥MB—有機(jī)肥+解磷菌肥;MCF—有機(jī)肥+化肥;MCFB—有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥。直方柱上方英文小寫字母不同表示處理間土壤有效磷含量差異顯著(P<0.05)

2.2 解磷菌肥對(duì)復(fù)墾土壤無機(jī)磷組分的影響

由表1可知,施用解磷菌肥處理Ca2-P和Ca8-P含量略有增加,但差異不顯著。MB、M處理Ca2-P含量顯著高于CF和CFB處理,MB與M以及MCFB與MCF處理之間差異均不顯著。與不施解磷菌肥處理相比,施用解磷菌肥處理Al-P、Fe-P含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì),降低幅度分別為6.42%～13.15%和17.84%～23.19%。MCFB、CFB處理能夠顯著提高復(fù)墾土壤閉蓄態(tài)磷(O-P)含量,分別比MCF、CF處理增加13.13%、25.09%,MB與M處理之間差異不顯著,但施用菌肥處理O-P含量也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。Ca10-P是研究區(qū)復(fù)墾土壤無機(jī)磷的主要形態(tài),占無機(jī)磷總量的40.28%～57.31%。施用解磷菌肥處理在一定程度上可以降低土壤Ca10-P含量,降低幅度為0.27%～2.45%。

2.3 土壤各無機(jī)磷形態(tài)對(duì)有效磷的影響

采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤各形態(tài)無機(jī)磷組分與有效磷的相關(guān)分析表明,有效磷含量與Ca2-P含量、Ca8-P含量之間都存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.997和0.926,說明復(fù)墾土壤Ca2-P、Ca8-P對(duì)土壤有效磷的貢獻(xiàn)較大;Al-P含量、Fe-P含量、Ca10-P含量與有效磷含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.399、0.088和0.377,均未達(dá)顯著水平,3者對(duì)有效磷貢獻(xiàn)較小。這說明配施解磷菌肥后Ca2-P、Ca8-P含量增加,從而對(duì)復(fù)墾土壤有效磷含量的提高起到積極作用。為了進(jìn)一步明確各無機(jī)磷組分對(duì)有效磷影響的相對(duì)重要性,對(duì)復(fù)墾土壤各無機(jī)磷組分與有效磷進(jìn)行通徑分析。

表1 解磷菌肥對(duì)采煤塌陷土壤無機(jī)磷組分的影響

Table 1 Effect of admendment of the biomanure on fractionation of inorganic phosphorus in soil of coal mining subsidence

處理Ca2-PCa8-PAl-Pw/(mg·kg-1)比例1)/%w/(mg·kg-1)比例1)/%w/(mg·kg-1)比例1)/%CK7.46±0.65c2.3949.30±2.98c15.7720.19±5.63c6.46CF22.76±1.77b5.1590.08±2.84b20.3837.54±4.29a8.49CFB23.91±1.03b5.4292.09±5.60b20.8735.13±4.70ab7.96M34.24±0.91a7.4299.84±1.37a21.6430.80±6.87ab6.68MB35.37±0.58a7.7099.86±0.83a21.7326.75±7.16bc5.82MCF34.82±1.96a7.5393.96±4.28ab20.3333.70±2.21ab7.29MCFB36.30±1.04a7.8495.95±5.66ab20.7429.45±0.92ab6.36處理Fe-PO-PCa10-Pw/(mg·kg-1)比例1)/%w/(mg·kg-1)比例1)/%w/(mg·kg-1)比例1)/%CK23.41±5.41cd7.4928.57±1.57f9.14179.2±6.51b57.31CF34.42±2.64a7.7941.13±2.22e9.31196.2±5.90a44.39CFB27.28±4.05bc6.1851.45±5.46cd11.66191.4±7.88a43.37M24.19±1.94cd5.2457.62±2.59ab12.49185.8±4.98ab40.28MB18.58±2.41d4.0462.18±2.51a13.53185.3±2.40ab40.32MCF31.28±3.09ab6.7747.97±3.28d10.38191.1±4.47ab41.35MCFB25.70±3.08bc5.5554.27±4.03bc11.73189.4±9.23ab40.93

CK為對(duì)照,CF為化肥處理,CFB為化肥+解磷菌肥處理,M為有機(jī)肥處理,MB為有機(jī)肥+解磷菌肥處理,MCF為有機(jī)肥+化肥處理,MCFB為有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥處理。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。1)指各組分含量占無機(jī)磷總量的比例。

由表2可知,各無機(jī)磷組分對(duì)有效磷的相對(duì)重要性依次為Ca2-P(1.002)、O-P(-0.464)、Ca8-P(0.350)、Fe-P(-0.336)、Ca10-P(0.196)和Al-P(-0.025)。復(fù)墾土壤Ca2-P對(duì)土壤有效磷的影響主要通過自身的直接影響而起作用,而Ca8-P和Ca10-P對(duì)有效磷的正效應(yīng)影響是由自身正效應(yīng)的影響和通過Ca2-P的間接影響共同體現(xiàn)。Al-P(-0.025)的直接效應(yīng)為負(fù)效應(yīng),主要通過Ca2-P(0.388)和Ca8-P (0.227)的間接影響掩蓋了其負(fù)效應(yīng),最終表現(xiàn)為正值。O-P含量與有效磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān),但它通過Ca2-P (0.893)和Ca8-P (0.314)都有一個(gè)較大的間接通徑系數(shù)?？梢?Al-P、O-P可以在不同程度上通過影響Ca2-P和Ca8-P而間接影響有效磷。

表2 土壤有效磷與各形態(tài)無機(jī)磷的通徑分析

Table 2 Path analysis of soil available phosphorus and various fractions of inorganic phosphorus

項(xiàng)目 Ca2-PCa8-PAl-PFe-PO-PCa10-P相關(guān)系數(shù)rCa2-P→1.0020.321-0.0100.029-0.4130.0700.997**Ca8-P→0.9180.350-0.016-0.025-0.4160.1150.926**Al-P→0.3880.227-0.025-0.251-0.1310.1870.396Fe-P→-0.0850.026-0.019-0.3360.1710.154-0.088O-P→0.8930.314-0.0070.124-0.4640.039-0.898**Ca10-P→0.3560.205-0.024-0.265-0.0920.1960.377

帶下劃線數(shù)據(jù)為直接通徑系數(shù),無下劃線數(shù)據(jù)為間接通徑系數(shù)。r0.05=0.754,r0.01=0.874。*和**分別表示在α=0.05和α=0.01水平上相關(guān)顯著。

2.4 配施解磷菌肥對(duì)復(fù)墾土壤磷吸附參數(shù)的影響

土壤對(duì)磷的吸附特征可以通過Langmuir等溫吸附方程來較好地描述[11]。解磷菌肥對(duì)采煤塌陷復(fù)墾土壤磷吸附參數(shù)的影響見表3。由表3可知,不同處理磷等溫吸附曲線方程的相關(guān)系數(shù)r在0.933 1～0.993 6之間,相關(guān)極顯著(P<0.01),擬合度達(dá)極顯著水平,說明用Langmuir等溫吸附方程來擬合復(fù)墾土壤磷在固相與液相之間的分配特征是完全可行的,可以更好地研究各處理土壤磷吸附特性。

表3 配施解磷菌肥對(duì)采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤磷吸附參數(shù)的影響

Table 3 Effect of admendment of the biomanure on P adsorptiom characteristics of reclaimed soil in coal mining subsidence area

處理Langmuir方程相關(guān)系數(shù)rKXm/(mg·kg-1)MBC/(mL·g-1)對(duì)照(CK)C/X=0.0104+0.0016C0.9637**0.102±0.005a596.56±24.10a60.83±1.99a化肥(CF)C/X=0.0113+0.0016C0.9768**0.098±0.002a571.70±36.28a55.72±2.89ab化肥+解磷菌肥(CFB)C/X=0.0117+0.0019C0.9696**0.093±0.003ab544.67±40.81ab50.52±2.13b有機(jī)肥(M)C/X=0.0160+0.0016C0.9608**0.083±0.003bc505.00±22.91bc41.77±3.23c有機(jī)肥+解磷菌肥(MB)C/X=0.0171+0.0014C0.9528**0.076±0.002c473.33±25.17cd35.98±2.98c有機(jī)肥+化肥(MCF)C/X=0.0151+0.0020C0.9936**0.084±0.004bc460.00±34.64cd38.76±1.24c有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥(MCFB)C/X=0.0159+0.0012C0.9331**0.061±0.001d436.67±32.15d26.79±1.70d

K為吸附常數(shù)，Xm為土壤最大吸磷量,MBC為土壤最大緩沖容量,C為平衡溶液中磷質(zhì)量濃度,X為土壤吸磷量。**表示在α=0.01水平上相關(guān)顯著。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

復(fù)墾土壤磷吸附常數(shù)K的范圍在0.061～0.102之間。各處理擬合方程中K值由大到小依次為CK、CF、CFB、MCF、M、MB和MCFB。MCFB處理K值最小,比CK降低40.20%,且與其他處理之間差異顯著。與不施解磷菌肥處理相比,施用解磷菌肥處理K值要小,這說明解磷菌肥的施用對(duì)土壤K有一定降低作用。復(fù)墾土壤不同處理Xm變化范圍為436.67～596.56 mg·kg-1,MCFB處理Xm最小,與MB、MCF處理之間差異不顯著。復(fù)墾土壤MCFB處理MBC最低,與其他處理之間差異顯著,比CK降低55.96%,比MCF處理降低30.88%,施用有機(jī)肥處理均有降低MBC的作用。

2.5 配施解磷菌肥對(duì)復(fù)墾土壤磷解吸特征的影響

土壤中磷的解吸過程被認(rèn)為是土壤吸附磷的再利用過程,它能提高土壤磷的有效性[12]。以平衡溶液磷質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),以土壤磷解吸量為縱坐標(biāo),得到不同復(fù)墾年限土壤的等溫解吸曲線(圖2)。

由圖2可知,當(dāng)平衡溶液磷質(zhì)量濃度較低時(shí),吸附曲線的斜率較大;當(dāng)溶液中磷質(zhì)量濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),隨著平衡溶液濃度的增加,磷的解吸量增加逐漸減緩。各處理磷最大解吸量大小依次為MCFB、MCF、MB、M、CFB、CF和CK。施用解磷菌肥處理磷最大解吸量均大于相應(yīng)不施解磷菌肥處理,MCFB處理土壤磷解吸量最大,與MB處理之間差異不顯著。

圖2 不同施肥處理的土壤磷等溫解吸曲線Fig.2 Isothermal curve of soil phosphorus desorption relative to treatment

由表4可知,各處理復(fù)墾土壤磷的平均解吸率(a)大小依次為MCFB、MB、MCF、M、CFB、CF和CK。MCFB處理土壤磷的a值最高,比對(duì)照增加89.71%,比MCF處理增加11.37%,比MB處理增加9.71%。這說明施用有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥對(duì)土壤磷的平均解吸率有一定的提高作用。

表4 平衡溶液磷濃度與土壤磷解吸率的回歸分析

Table 4 Regression analysis of phosphorus desorption rate and P concentration in equilibrium soil solution

處理bar對(duì)照(CK)0.01346.610.9581**化肥(CF)0.01228.840.9391**化肥+解磷菌肥(CFB)0.01349.710.9249**有機(jī)肥(M)0.025510.780.8242*有機(jī)肥+解磷菌肥(MB)0.029711.430.8782**有機(jī)肥+化肥(MCF)0.036011.260.9228**有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥(MCFB)0.040912.540.8502*

a為回歸方程的斜率,即土壤磷的平均解吸率;b為回歸方程的截距;r為相關(guān)系數(shù)。*和**分別表示在α=0.05和α=0.01水平上相關(guān)顯著。

2.6 配施解磷菌肥對(duì)復(fù)墾土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量及玉米產(chǎn)量的影響

由表5可知,施用有機(jī)肥處理(M、MB、MCF和MCFB)土壤pH值與CK相比差異不顯著,而CF、CFB處理與CK差異顯著,說明施用有機(jī)肥與解磷菌肥對(duì)土壤pH值影響較小,而施用化肥對(duì)復(fù)墾土壤pH值影響較大。

表5 配施解磷菌肥對(duì)復(fù)墾土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量及玉米產(chǎn)量的影響

Table 5 Effects of admendment of the biomanure on soil pH, organic matter and maize yield in reclaimed soil

處理pH值w(有機(jī)質(zhì))/(g·kg-1)產(chǎn)量/(kg·hm-2)對(duì)照(CK)8.04±0.03a8.43±0.61e4548.6±220.8d化肥(CF)7.91±0.02c11.44±0.69d8246.8±118.8c化肥+解磷菌肥(CFB)7.95±0.02bc11.56±0.62cd8511.3±92.0bc有機(jī)肥(M)8.02±0.02ab13.24±0.98b8692.1±139.8b有機(jī)肥+解磷菌肥(MB)7.98±0.04abc14.25±0.35ab9045.8±130.2a有機(jī)肥+化肥(MCF)8.01±0.02ab13.05±0.44bc8726.9±251.7b有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥(MCFB)7.96±0.03abc15.35±0.40a9060.2±117.7a

同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

由表5還可知,MCFB處理有機(jī)質(zhì)含量最高,與MCF處理之間差異顯著,比MCF處理提高17.62%;與MB處理之間差異不顯著。這說明在施用有機(jī)肥、化肥基礎(chǔ)上,配施解磷菌肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有一定的促進(jìn)作用,效果與有機(jī)肥+解磷菌肥處理相當(dāng)。由表5可知,MCFB處理玉米產(chǎn)量最高,比MCF處理提高3.82%,兩者差異顯著;MB處理玉米產(chǎn)量比M處理提高4.07%,兩者差異顯著(P<0.05),但CFB處理與CF處理之間差異不顯著。這說明在施用有機(jī)肥基礎(chǔ)上配施解磷菌肥可以顯著提高玉米產(chǎn)量,而化肥與解磷菌肥配施對(duì)玉米產(chǎn)量影響不大。

3 討論

施用解磷菌肥可以改變各形態(tài)無機(jī)磷含量。潘虹等[6]研究發(fā)現(xiàn)石灰性土壤澆灌解磷細(xì)菌發(fā)酵液后,Ca2-P、Ca8-P含量增加,Al-P、O-P和Ca10-P含量變化不大。梁利寶[13]也證實(shí)解磷細(xì)菌能夠提高石灰性土壤Ca2-P、Al-P含量,降低Ca8-P、Ca10-P含量。筆者研究表明施用解磷菌肥可以有效提高采煤塌陷區(qū)復(fù)墾土壤有效磷含量,提高Ca2-P、Ca8-P和O-P含量,降低Al-P、Fe-P和Ca10-P含量,主要是因?yàn)榻饬拙试诖x過程中會(huì)分泌一些有機(jī)酸和磷酸酶,可以作為Ca、Al和Fe等離子的螯合劑,從而使部分難溶性磷酸鹽溶解,有效磷含量增加[14-16]。

一般地,磷吸附常數(shù)K值越大,土壤對(duì)磷的吸附能力越強(qiáng)[17]。土壤最大吸磷量Xm常用來反映土壤中膠體對(duì)磷吸附位點(diǎn)數(shù)量的高低,一般在土壤達(dá)到最大吸磷量之后,才會(huì)向作物提供磷素。一般地，MBC較大的土壤供磷強(qiáng)度較弱[18]。筆者研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥可以提高復(fù)墾土壤有效磷含量,對(duì)K、Xm和MBC均有明顯的降低作用,可能是因?yàn)榻饬孜⑸镌谕寥乐蟹置诘挠袡C(jī)酸可以與復(fù)墾土壤中的磷酸根離子競(jìng)爭(zhēng)磷吸附位點(diǎn),減少土壤對(duì)磷的吸附[19]。

筆者研究發(fā)現(xiàn)配施解磷菌肥處理對(duì)復(fù)墾土壤pH值影響較小,對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有一定影響。土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤磷解吸率呈顯著正相關(guān)關(guān)系[20]。施用有機(jī)肥+解磷菌肥可以顯著提高復(fù)墾土壤磷的最大解磷量和平均解吸率,主要是由于解磷微生物在腐解植物殘?bào)w過程中產(chǎn)生胡敏酸和富里酸,它們可以與Ca、Al和Fe形成穩(wěn)定的可溶性復(fù)合物,能夠有效地降低土壤中無機(jī)膠體對(duì)磷的吸附能力,使吸附在土壤膠體表面的磷更容易解吸到土壤溶液中[21]。

4 結(jié)論

(1)在施用有機(jī)肥基礎(chǔ)上增施解磷菌肥可有效提高復(fù)墾土壤有效磷含量,增加幅度為7.8%～

9.5%。

(2)施用解磷菌肥可以提高土壤Ca2-P、Ca8-P和O-P含量,降低Al-P、Fe-P和Ca10-P含量。有效磷含量與Ca2-P含量、Ca8-P含量之間都存在極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.997和0.926,說明復(fù)墾土壤Ca2-P、Ca8-P對(duì)土壤有效磷的貢獻(xiàn)較大。由通徑分析結(jié)果可知復(fù)墾土壤Ca2-P對(duì)有效磷的影響主要通過自身的直接影響而起作用,Ca8-P、Ca10-P通過Ca2-P的間接作用影響有效磷含量。

(3)有機(jī)肥+化肥+解磷菌肥處理可顯著降低K值和MBC。與不施解磷菌肥處理相比,施用解磷菌肥處理對(duì)Xm的影響較小。解磷菌肥可以提高復(fù)墾土壤磷的最大解吸量和解吸率,進(jìn)而提高復(fù)墾土壤磷素有效性。

(4)配施解磷菌肥對(duì)土壤pH值影響較小,對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有一定影響,MCFB處理可以顯著提高玉米產(chǎn)量,比有機(jī)肥+化肥處理提高3.82%。

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(責(zé)任編輯： 李祥敏)

Effect of Amendment of Biomanure of Phosphate-Solubilizing Bacteria on Soil Phosphorus Availability in Reclaimed Farmland in Coal Mining Subsidence Area.

MENGHui-sheng,HONGJian-ping,WUWen-li,LILi

(College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China)

A field experiment was carried out in a tract of farmland that had been reclaimed for 5 years in a coal mining subsidence area to study effects of amendment of biomanure of phosphorus-solubilizing bacteria on forms and adsorption and desorption of soil inorganic phosphorus in reclaimed farmland. Results show that amendment of the biomanure could raise the content of soil available phosphorus and the contents of soil Ca2-P, Ca8-P and occluded phosphorus (O-P), but lower the contents of Al-P, Fe-P and Ca10-P. The contents of Ca2-P and Ca8-P were significantly and positively related to the content of available phosphorus with correlation coefficient being 0.997 and 0.926, respectively, and contributed the most to the content of soil available phosphorus. The treatment of manure+chemical fertilizer + biomanure (MCFB) significantly reduced the constant (K) of P adsorption by soil and soil maximum buffer capacity (MBC). Compared to the treatment without amendment of biomanure, it had less impact on maximum P desorption. Amendment of the biomanure may increase maximum P desorption capacity (Xm) of the soil and P desorption rate in the reclaimed soil, thus improving soil phosphorus availability. Besides, amendment of the biomanure may also raise soil organic matter content to a certain extent. Treatment MCFB in the field experiment can increase maize yield significantly or by 3.82% as compared with the treatment without amendment of biomanure.

phosphorus-solubilizing bacteria manure；reclaimed soil；inorganic phosphorus form； adsorption; desorption; available phosphorus

2016-04-01

國(guó)家自然科學(xué)基金(31272257);國(guó)家公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201103004-5);山西省青年科技基金(2013021032-2)

S154.1;S154.3

A

1673-4831(2017)04-0357-07

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.04.009

孟會(huì)生(1977—),男,山西壽陽(yáng)人,博士生,主要從事土壤復(fù)墾與生態(tài)重建方面的研究。E-mail: huishengmeng@126.com

① 通信作者E-mail: hongjpsx@163.com