作物秸稈配施生物菌肥對寧南山區(qū)新修梯田土壤理化性狀的影響

岳自慧，翟汝偉，羅世武，王 勇，劉 平，張煜明(.寧夏回族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，寧夏 銀川 7500；.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 固原分院，寧夏 固原 756000)

寧夏南部山區(qū)(簡稱“寧南山區(qū)”)處于我國北方黃土高原半干旱區(qū), 是全國有名的糧食低產(chǎn)區(qū)，也是全國生態(tài)最脆弱的地區(qū)之一，嚴(yán)重的水土流失已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的主要制約因素。為了減少水土流失，提高作物產(chǎn)量，寧南山區(qū)大力實(shí)施了坡地改梯田和配套設(shè)施的建設(shè)，截至2016年底，建設(shè)水平梯田26.47萬hm2，已發(fā)展成為寧夏糧食主產(chǎn)區(qū)。但水平梯田在修建過程中土壤理化性狀發(fā)生了改變，最初幾年土壤肥力下降，嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量，因此提高新修水平梯田耕地質(zhì)量已成為寧南山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟待解決的問題。

隨著有機(jī)農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，提倡減少施用化肥和農(nóng)藥的呼聲越來越高，通過添加有機(jī)物料培肥農(nóng)田土壤越來越受到人們的重視。寧南山區(qū)農(nóng)村有機(jī)肥源主要為農(nóng)家肥和作物秸稈。近年來，隨著進(jìn)城務(wù)工農(nóng)民數(shù)量的增多,勞動力的轉(zhuǎn)移造成了寧南山區(qū)農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模越來越小,農(nóng)家肥數(shù)量越來越緊缺，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上山區(qū)坡耕地改造的速度，大部分坡改梯農(nóng)田只能靠少量化肥來維持地力，土壤有機(jī)培肥的難度越來越大。相對于農(nóng)家肥來說，農(nóng)村秸稈資源則較為充足，但秸稈直接還田后，有機(jī)物質(zhì)分解速度較慢，短期內(nèi)看不到培肥效果，因此如何合理利用秸稈資源提高寧南山區(qū)新修水平梯田土壤肥力、增加糧食產(chǎn)量是急需解決的問題。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)西吉縣震湖鄉(xiāng)位于西吉縣西南部，距縣城32 km，西鄰甘肅會寧縣，總面積153.35 km2，轄17個行政村117個自然村，人口22 039人，其中回族人口近500人。研究區(qū)地處西北黃土高原中部，屬黃土丘陵溝壑區(qū)，以黃土梁峁侵蝕地貌為主，土壤以侵蝕黑壚土為主，其次為淺黑壚土和少量鹽化草甸土，自然植被主要有鹽蒿、鹽蓬、細(xì)葉苔草和小蘆草等，人工植被主要有楊樹、柳樹、榆樹、杏樹、紫穗槐等，植被覆蓋率為11.75%。研究區(qū)位于暖溫帶半干旱氣候區(qū)，多年平均氣溫5.5 ℃，無霜期137 d，多年平均降水量398 mm，且季節(jié)分布不均，主要集中在7—9月份，多年平均蒸發(fā)量1 497 mm，旱災(zāi)頻繁，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)薄弱，生產(chǎn)條件差。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計與材料

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積30 m2(4 m×7.5 m)。試驗(yàn)地為2014年秋季新修梯田，底肥條件一致，試驗(yàn)作物種類為馬鈴薯，供試品種為青薯168，4月中下旬播種，穴播，行距70 cm、株距40 cm，每個小區(qū)種5行，每行18株，共90株。

每個小區(qū)均施入相同量的小麥秸稈，施用量為7 500 kg/hm2，折合到小區(qū)用量為22.5 kg。試驗(yàn)共設(shè)5個處理，每個處理3個重復(fù)：①處理1，不施生物菌肥；②處理2，施生物菌肥750 kg/hm2，折合到小區(qū)施用量為2.25 kg；③處理3，施生物菌肥1 500 kg/hm2，折合到小區(qū)施用量為4.50 kg；④處理4，施生物菌肥2 250 kg/hm2，折合到小區(qū)施用量為6.75 kg；⑤處理5，施生物菌肥3 000 kg/hm2，折合到小區(qū)施用量為9.00 kg。以上5個處理均施入相同量的復(fù)合肥，施用量均為600 kg/hm2，折合到小區(qū)施用量為1.8 kg。生物菌肥成分要求：有機(jī)質(zhì)≥30%、黃腐酸≥16%、巨大芽孢桿菌+膠凍樣芽孢桿菌≥2 000萬個/g。

2.2 測定內(nèi)容與方法

2.2.1 土壤容重的測定

土壤容重采用環(huán)刀法測定。

2.2.2 土壤養(yǎng)分的測定

作物收獲后各小區(qū)采用對角線法取0～40 cm土層土壤樣品，除雜、混勻后作為土壤分析樣品進(jìn)行分析測定。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，全氮的測定采用半微量開氏法[1-2]，水解氮的測定采用堿解擴(kuò)散法，全磷的測定采用HClO4-H2SO4鉬銻抗比色法，速效磷的測定采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提鉬銻抗比色法，速效鉀的測定采用NH4OAc浸提-火焰光度法[3]。

2.2.3 土壤微生物學(xué)性狀的測定

土壤微生物量氮測定采用氯仿熏蒸浸提法(FE)[4]，土壤微生物量碳測定采用熏蒸提取-容量分析法[5]，土壤脲酶的測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，土壤堿性磷酸酶的測定采用磷酸苯二鈉比色法，土壤過氧化氫酶的測定采用高錳酸鉀滴定法。

土壤微生物結(jié)構(gòu)的測定：細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量采用平板培養(yǎng)法測定。細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，真菌用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA)，放線菌用改良高氏1號培養(yǎng)基。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel軟件和SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件處理。采用最小顯著極差法(LSD)進(jìn)行多重比較，顯著性水平設(shè)定為0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 作物秸稈配施生物菌肥對新修梯田土壤容重的影響

土壤容重的大小能夠反映土壤的結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性的優(yōu)劣及保水能力的高低,土壤容重越小，說明土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性越好[6]。

作物秸稈配施不同量生物菌肥對土壤容重的影響詳見表1。由表1可知，在0～20和20～40 cm土層，處理2、3、4、5的土壤容重均低于對照處理1(不施生物菌肥)。在0～20 cm土層，處理1與其他各處理差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，處理2、3、4、5之間差異不顯著；在20～40 cm土層，處理4、5與處理1的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。表明在施入相同作物秸稈的條件下，與不施生物菌肥相比，施入生物菌肥的各處理土壤容重呈現(xiàn)降低的趨勢，即作物秸稈配施生物菌肥有利于降低土壤容重，改善土壤品質(zhì)。

表1 作物秸稈配施不同量生物菌肥對土壤容重的影響

注：表中處理間字母相同表示在0.05水平上無顯著性差異，字母不同表示在0.05水平上有顯著性差異，下同。

3.2 作物秸稈配施生物菌肥對新修梯田土壤養(yǎng)分的影響

作物秸稈配施不同量生物菌肥對土壤養(yǎng)分的影響詳見表2。在施入相同量小麥秸稈的條件下，除處理2的全磷和速效鉀兩項指標(biāo)較對照稍有降低(差異不顯著)、全氮與對照相同外，其他各施肥處理均有利于增加土壤養(yǎng)分，提高了土壤速效磷、全磷、速效鉀、堿解氮、全氮和有機(jī)質(zhì)的含量。與處理1相比，處理2、3、4、5的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加了6.31%、12.45%、31.29%、21.38%；在施入生物菌肥的各處理中，處理4土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量最高，處理5土壤速效磷、堿解氮、全氮含量均最高，與對照及其他處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，培肥效果較好。

表2 作物秸稈配施不同量生物菌肥對土壤養(yǎng)分的影響

3.3 作物秸稈配施生物菌肥對新修梯田土壤酶活性的影響

土壤酶活性的高低能夠反映土壤生物活性與土壤生化反應(yīng)的強(qiáng)度，土壤酶通過分解復(fù)雜有機(jī)物釋放出礦質(zhì)營養(yǎng)，在保持土壤肥力等方面具有重要的作用[7-9]。作物秸稈配施不同量生物菌肥對新修梯田土壤酶活性的影響詳見表3。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，施入生物菌肥對土壤過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶活性均產(chǎn)生一定的影響。在馬鈴薯盛花期，處理2、3、4的土壤過氧化氫酶活性與對照處理1之間有顯著性差異，處理2、4、5的土壤脲酶活性與對照處理1之間有顯著性差異，處理3、4、5土壤堿性磷酸酶活性與對照處理1之間有顯著性差異，處理5脲酶和堿性磷酸酶活性均達(dá)到最高，較對照分別提高了17.39%和46.81%。在馬鈴薯成熟期，除處理3的土壤脲酶活性外，各施肥處理土壤的過氧化氫酶、脲酶和堿性磷酸酶活性均高于未施生物菌肥的處理1。

表3 作物秸稈配施不同量生物菌肥對土壤酶活性的影響

3.4 作物秸稈配施生物菌肥對新修梯田土壤微生物量碳、氮的影響

土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)的活性部分，也是土壤中最活躍的因子，土壤微生物量碳、氮含量可作為指示土壤肥力的重要指標(biāo)[10]。

作物秸稈配施不同量生物菌肥對新修梯田土壤微生物量碳、氮含量的影響如圖1、圖2所示。研究結(jié)果表明：采用作物秸稈配施生物菌肥的方式可以提高馬鈴薯盛花期和成熟期的土壤微生物量碳、氮含量，施入生物菌肥的各處理微生物量碳、氮含量均高于對照處理1，各處理的土壤微生物量碳、氮含量表現(xiàn)為盛花期較高，成熟期較盛花期下降。各施肥處理盛花期微生物量碳含量表現(xiàn)為處理5>處理4>處理3>處理2，分別較對照處理1提高了100.82%、98.28%、80.58%、61.33%；各施肥處理盛花期微生物量氮含量表現(xiàn)為處理5>處理3>處理4>處理2，分別較對照處理1提高了208.31%、205.00%、204.44%、86.69%。

圖1 馬鈴薯不同時期微生物量碳含量變化

圖2 馬鈴薯不同時期微生物量氮含量變化

3.5 作物秸稈配施生物菌肥對新修梯田土壤微生物結(jié)構(gòu)的影響

細(xì)菌、真菌和放線菌是土壤中的三大類微生物，它們對土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解，以及氮和硫營養(yǎng)元素及其化合物的轉(zhuǎn)化具有重要的作用。作物秸稈配施不同量生物菌肥對土壤微生物結(jié)構(gòu)的影響詳見表4。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在作物秸稈翻壓還田的條件下，施入生物菌肥的各處理土壤微生物結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化，微生物數(shù)量顯著增加，各施肥處理的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均高于對照處理1，這對加快作物秸稈中有機(jī)物質(zhì)的分解釋放起到了積極的促進(jìn)作用。

表4 作物秸稈配施不同量生物菌肥對土壤微生物結(jié)構(gòu)的影響

4 結(jié) 論

(1)作物秸稈配施生物菌肥能夠改善新修梯田土壤物理和化學(xué)性狀，顯著提高新修梯田土壤肥力。與不施生物菌肥相比，施入生物菌肥的各處理土壤容重呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，即作物秸稈配施生物菌肥有利于降低土壤容重、提高耕地質(zhì)量；各處理中，生物菌肥施用量為2 250 kg/hm2時土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量達(dá)到最高，施用量為3 000 kg/hm2時土壤速效磷、堿解氮、全氮含量均最高，與對照及其他處理間差異達(dá)顯著水平，培肥效果較好。

(2)作物秸稈配施生物菌肥對土壤過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶活性均產(chǎn)生一定的影響，在馬鈴薯盛花期，施用量為3 000 kg/hm2時脲酶和堿性磷酸酶活性均達(dá)到最高，較對照處理分別提高了17.39%和46.81%。采用作物秸稈配施生物菌肥的方式可以提高馬鈴薯盛花期和成熟期土壤微生物量碳、氮含量，各施肥處理微生物量碳、氮含量均高于不施生物菌肥處理，各施肥處理的土壤微生物量碳、氮含量表現(xiàn)為盛花期較高，成熟期較盛花期下降。在作物秸稈翻壓還田的條件下，施入生物菌肥的各處理土壤微生物結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化，微生物數(shù)量顯著增加，細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均高于對照處理。

(3)施入生物菌肥可有效改善新修梯田土壤理化性狀、增加土壤微生物數(shù)量，土壤脲酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶的活性也隨之增加，從而可促進(jìn)作物秸稈有機(jī)物質(zhì)的快速分解，彌補(bǔ)作物秸稈還田后有機(jī)物質(zhì)分解速度慢、長期施用化肥帶來環(huán)境污染的缺陷。生物菌肥推薦施用量為2 250～3 000 kg/hm2。

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