復合菌肥對鹽漬土土壤微生物多樣性的影響

杜 倩，李 琳,2，劉鐵男，梁素鈺

（1黑龍江省生態(tài)研究所，黑龍江省森林生態(tài)與林業(yè)生態(tài)工程重點實驗室，哈爾濱 150081；2東北林業(yè)大學鹽堿地生物資源環(huán)境研究中心，哈爾濱 150040）

0 引言

東北蘇打鹽漬土是中國主要鹽漬土類型之一，是蘇打鹽堿化土壤分布區(qū)的第一大分布區(qū)，其中以松嫩平原鹽堿地地區(qū)鹽堿化土壤面積最多，占東北蘇打鹽堿地地區(qū)總土地面積的19.4%。該地區(qū)土壤的鹽分以蘇打、小蘇打和少量的硫酸鹽和氯化物等成分組成[1-4]。針對鹽堿化土壤進行修復改良主要通過物理修復法、化學修復法及生物修復法三類方法[5-7]。物理修復法[8]如排水洗鹽技術、秸稈覆蓋鹽漬土等方法減少土壤水分的蒸發(fā)，起到抑鹽的作用。生物修復法[9]是選擇種植耐鹽植物，起到脫鹽的目的?；瘜W修復法指的是利用酸堿中和的原理，利用改良劑來降低土壤鹽堿性狀，最常見的化學改良劑是利用石膏類和酸性鹽類等中和土壤pH，降低含鹽量[10]。物理改善措施既費時又費力，生物改良選擇和培養(yǎng)措施效果緩慢，化學改良措施操作簡單，較易于公眾接受。以往研究表明，生物有機肥富含腐殖酸，可降低土壤pH和土壤含鹽量，同時增加土壤有機質的含量[11]?？啡┰ǔＴ趐H 2～3左右，具有強酸性，且有機質含量很高。王德領[12]對比了鈣制劑、糠醛渣和風化煤對中度濱海鹽堿土理化性質及對玉米株高、葉綠素和產量的影響，發(fā)現糠醛渣在3種改良劑中改良效果最好。錢曉雍等[13]研究發(fā)現，施用糠醛渣可降低19.1%的土壤鹽分，增加礦質元素的含量，油菜生物量的增加率為64.6%～118.3%?？啡┰梢愿纳仆寥缊F聚體結構，疏松土壤，增加孔隙率，保留水分和肥料，達到改善鹽堿地鹽漬化的目的。細黃鏈霉菌可產生多種抗生素，對許多植物病原菌有良好的抑制作用，將其應用于微生物肥料，具有提高土壤的肥力和刺激作物生長的作用。宋玉珍等[14]，通過使用活性生物菌肥改善鹽堿土上種植的喬木、灌木等綠化樹種的生長狀況時發(fā)現微生物菌肥不會明顯改變鹽堿土的pH，卻明顯改變了土壤中的離子組成，而且使用微生物菌肥后可促進苗木生長，且有效提高了苗木的抗鹽性。因此，本研究擬定本實驗室自主研發(fā)配比的有機改良劑、細黃鏈霉菌、糠醛渣為復合菌肥成分，通過對人工控制池內鹽漬土壤添加不同復合菌肥組合，模擬田間種植實驗，研究降低鹽漬土土壤鹽堿化程度，添加不同復合菌肥對鹽漬土土壤鹽堿化的改良效果及土壤微生物群落功能多樣性對復合菌肥的響應，通過對比土壤微生物的多樣性對復合菌肥與單一有機改良劑的響應情況，分析復合菌肥對鹽漬土土壤性狀的影響，從而確定復合菌肥最佳組合類型，以期為鹽堿地治理改良措施引起的土壤微生物性能的變化提供技術參考，并對鹽漬地合理開發(fā)和利用提供科學的基礎依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

蘇打鹽堿土，采自肇東市宋站宣化鄉(xiāng)境內黑龍江省林科院肇東實驗林場(125°40′E，46°20′N)，取 0～30 cm深混合土樣。土樣質地為輕黏壤，理化性狀差，孔隙少，植物根系殘留少。供試土壤的基本理化性質為：pH 9.05±0.09，電導率 343.00±53.30 μS/cm，全氮0.17±0.01g/kg，全磷0.08±0.01g/kg，全碳21.68±1.75g/kg，有機碳16.49±1.62 g/kg。

1.2 供試菌肥

本試驗中選擇的菌肥為有機改良劑、糠醛渣和細黃鏈霉菌為成分組成。有機改良劑為當地慣用的腐熟牛糞堆肥、蘑菇渣、珍珠巖與農作物秸稈按一定配比為原料經無害化、腐熟、混合處理而成的有機改良劑。其中組合1：有機改良劑；組合2：有機改良劑、細黃鏈霉菌；組合3：有機改良劑、糠醛渣；組合4：有機改良劑、糠醛渣、細黃鏈霉菌。

1.3 試驗設計

在室外建12個13 m×15 m×6 m水泥池，進行可控人工試驗，挖取黑龍江省肇東實驗林場的鹽漬土壤（0～30 cm土層，pH 9.05）運至人工池回填。池子建設完成后，所有樣池均施有機改良劑降低土壤鹽堿性，20天后栽植3年生枸杞苗。將復合菌肥均勻撒在供試池內，翻土20 cm，使其與土壤充分混勻，試驗分3個處理，池內土壤的處理和每個池子種植作物的情況如表1所示，施肥時間為栽種枸杞苗發(fā)芽期，其中每個處理3個重復，以只添加有機改良劑的L1池為對照。

表1 人工控制池的處理方案

1.4 測定項目及方法

土壤樣品采集于當年秋季10月，采用五點取樣法采集樣池內0～10 cm的土壤樣品，后混合土壤樣品，新鮮土樣用于土壤微生物群落功能多樣性的分析，其余土樣風干后過篩，用于土壤理化性質的測定。土壤化學性質的測定：土壤pH采用pH計測定（土:水=1:2.5）、土壤電導率分析采用電導率測定儀測定（土:水=1:5）、土壤全氮采用凱氏定氮法測定、土壤全磷采用鉬銻抗分光光度法測定、土壤總碳和土壤有機質所采用TOC分析儀測定。

土壤的微生物功能多樣性分析采用Biolog-ECO微平板法進行。稱取10 g新鮮土壤樣品后加入0.05 mol/L磷酸緩沖液，混合震蕩20 min，靜置后取上清液，按10倍稀釋法將土壤溶液稀釋至10-3，將稀釋液接種至Biolog板每個微孔中。于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)10天。培養(yǎng)24 h后，使用酶標儀(MD VersaMax)590 nm波長讀取第一次數據，此后每24 h讀取一次數據，連續(xù)10天。

1.5 數據處理

利用Excel和SPSS軟件對數據進行分析。用平均顏色變化率(AWCD)表示土壤微生物群落利用碳源的整體能力，土壤群落功能多樣性采用豐富度指數、Shannon-Winner指數、均勻度指數、Simpson指數、McIntosh均勻度指數表征。

2 結果與分析

2.1 土壤化學性質

根據表1的處理，每個池子每次蛇形0～10 cm土層內取5個點混合，重復3次，測得理化性質如表2所示。土壤未處理最高為pH 9.05，處理后土壤都有所下降，而加了復合菌肥的比單加有機改良劑下降的更多，最低可達到pH 7.71，總體表現為L4＜L3＜L2＜L1，由此可看出復合菌肥可以有效降低鹽漬土壤的鹽堿性狀。處理后土壤的全氮和全磷都比未處理的有所增加，全磷總體表現為L1＜L2＜L3、L4，全氮總體表現為L1、L2＜L3、L4。電導率值可以反應出土壤水溶性離子含量的高低，電導率值越大，土壤水溶性離子含量越高，電導率值在L3、L4有明顯增高，L1、L2與未處理相比無明顯改變。試驗測得的鹽漬土壤總碳包括土壤總碳含量以及土壤堿結晶體中碳酸根和碳酸氫根中碳含量兩部分，而土壤有機碳是經過酸化處理后的碳含量，其值遠低于總碳含量，反應了土壤有機質含量的變化。處理后土壤的總碳和有機碳都比未處理的有所增加，總體表現為L2＜L1＜L3＜L4。研究結果表明，復合菌肥的土壤中離子含量遠高于單獨添加糠醛渣和細黃連菌的土壤，是由于復合菌肥提供了有利于微生物功能的環(huán)境。

表2 土壤化學性質

2.2 土壤微生物利用碳源的動力學特征

2.2.1 土壤微生物利用全部碳源的變化特征 微生物對碳源的利用能力則是表征環(huán)境微生物生長情況的主要指標。由AWCD時間動態(tài)變化曲線可以看出，不同土壤處理土壤微生物群落的AWCD在24 h之前變化很小，24 h后，隨著培養(yǎng)時間的延長AWCD逐漸升高。AWCD值變化趨勢表現為隨著培養(yǎng)時間的增加，土壤微生物利用碳源的能力呈上升趨勢。96 h以后平均顏色變化率增長速率減小上升趨勢減緩，選取168 h的數據進行后續(xù)分析。施復合菌肥處理的樣地AWCD均高于單一施有機改良劑樣地，其中L2升的最高，但其他3個樣地AWCD值與L2差異不顯著。

圖1 土壤微生物群落AWCD隨時間的變化

2.2.2 土壤微生物對不同碳源利用強度的分析 通過測定培養(yǎng)168 h時12種土壤微生物對31種單一碳源組成的六類碳源的代謝能力（AWCD值），分別是碳水類（糖類）、氨基酸類、羧酸類、胺類、多聚物類和芳香類得到微生物對微平板上不同碳源利用率如圖2所示。土壤微生物對6種不同碳源的利用強度存在差異，池L1表現為多聚物＞氨基酸類＞羧酸類＞碳水化合物＞芳香類＞胺類；池L2表現為多聚物＞氨基酸類＞羧酸類＞碳水化合物＞胺類＞芳香類；池L3表現為氨基酸類＞多聚物＞碳水化合物＞羧酸類＞芳香類＞胺類；池L4表現為氨基酸類＞多聚物＞羧酸類＞碳水化合物＞芳香類＞胺類。總體看4個土壤處理樣地，池L2、L3、L4對氨基酸類和芳香類的兩類碳源利用率高于對照池L1，池L2、L3、L4對胺類和多聚物類兩類碳源利用率均低于對照池L1，施用復合菌肥會顯著提高氨基酸類和芳香類的利用率，降低胺類和多聚物類的利用率。

圖2 土壤微生物群落對碳源的利用

2.3 土壤微生物群落功能多樣性指數分析

本研究選取168 h時的AWCD值計算土壤微生物群落的多樣性指數（均勻度指數Shannon-Winner指數和Simpson指數）環(huán)境中物種多樣性與物種的豐富度及均勻度相關，群落內組成的物種越豐富、均勻度越大，則該群落的多樣性越高。物種豐富度表明物種的數量多，因ECO板主要是表明細菌，所以表明4塊樣地中復合菌肥(L2、L3、L4)的細菌種屬比單一有機改良劑(L1)豐富。Shannon(H')用于評估豐富度、Simpson(D)用于評估優(yōu)勢度的指數，D指數越小，H'指數越大表明樣地的土壤微生物的多樣性越高。從表3中看出，復合菌肥(L2、L3、L4)的土壤微生物的多樣性均高于單一有機改良劑(L1)。物種均勻度是指一個群落或環(huán)境中的全部物種數目個體數目的分配狀況，從表中看出，復合菌肥(L2、L3、L4)的土壤微生物的均勻度均高于單一有機改良劑(L1)。所以添加復合菌肥會豐富鹽漬土土壤微生物，是由于復合菌肥提供了有利于微生物功能的環(huán)境。

表3 土壤微生物群落功能多樣性指數

2.4 土壤微生物多樣性指數與化學性質相關性

土壤微生物群落多樣性與土壤化學性質相關性分析結果表明（表4），土壤微生物群落功能多樣性各指標與土壤pH之間存在負相關關系，與均勻度指數相關性顯著。電導率與豐富度、Shannon-Winner指數和Simpson指數呈正相關關系、與均勻度指數、McIntosh均勻度指數呈負相關關系，其中與McIntosh均勻度指數相關性顯著。全氮與土壤微生物群落功能多樣性各指標呈負相關關系，與McIntosh均勻度指數相關性顯著。全磷與土壤微生物群落功能多樣性各指標之間存在正相關關系，且相關性不顯著。總碳和有機碳與豐富度、Shannon-Winner指數、Simpson指數和McIntosh均勻度指數呈正相關，與均勻度指數呈負相關。其中總碳與均勻度指數相關性顯著，有機碳與Shannon-Winner指數和McIntosh均勻度指數相關性顯著。因此，有機碳、全氮、全磷和全碳等土壤化學性質與土壤微生物群落功能多樣性相關，使用復合菌肥改變土壤化學性質的同時，會造成土壤微生物群落多樣性產生差異。

表4 土壤化學性質與微生物群落功能多樣性相關性分析

3 結論

（1）施用有機改良劑和復合菌肥均可以明顯降低鹽漬土壤的pH、增加有機質的含量及增加土壤中微生物多樣性，對于改良土壤化學和生物性質起到良好作用。同時，在使用復合菌肥料后，土壤化學性質與微生物多樣性響應的關系顯著。

（2）通過試驗結果表明有機改良劑+糠醛渣、有機改良劑+細黃鏈霉菌和有機改良劑+糠醛渣+細黃鏈霉菌使用效果均好于加單一有機改良劑的使用效果。但在施含有糠醛渣成分的復合菌肥土壤中土壤pH有較為明顯的降低，電導率值也有明顯的提高，在施含有細黃鏈霉菌成分的復合肥土壤中微生物多樣性有明顯的增高。

（3）綜合考慮可以確定較適宜肇東地區(qū)使用的復合菌肥組合有機改良劑+細黃鏈霉菌+糠醛渣。增施復合菌肥后可以明顯降低土壤pH，提高電導率值，提高微生物多樣性。建議在今后鹽漬土改良生產中可以考慮該種肥料的實地應用，以促進肇東地區(qū)鹽漬土的健康改良發(fā)展。

4 討論

（1）本研究發(fā)現添加復合菌肥的土壤pH比單加有機改良劑下降的更多，從最高pH 9.05降至最低到pH 7.71，由此可看出施肥均會降低pH、提高電導率值。其中施含有糠醛渣復合肥比其他肥的pH降低更為顯著，電導率值顯著提高。出現這一結果的原因有多個方面，首先有機改良劑經發(fā)酵產生腐殖酸，具有一定酸性；二是有一定量的糠醛渣，糠醛渣是高溫酸催化玉米芯等制備糠醛渣余下的副產品有機物料，其酸性較強，可對鹽堿土起到調酸作用[17]。張美娟等[18]通過施用糠醛渣發(fā)現糠醛渣不僅降低鹽堿土pH和含鹽量，而且顯著提升了土壤微生物多樣性。復合菌肥中含有糠醛渣所以可以有效降低鹽堿土pH和含鹽量，同時由于復合菌肥中含有細黃鏈霉菌是鏈霉菌屬放線菌屬[19]，其代謝產物中含有生長素、抗菌素、苯乙酸、琥珀酸及細胞分裂素等作物生長所必須的生長調節(jié)劑成分，可有效轉化土壤中氮、磷、鉀，所以施用復合菌肥后土壤中有機碳、全氮、全磷、全碳等含量均高于單獨添加有機改良劑的土壤。土壤有機質、有機碳、全氮、全磷、全碳是土壤中重要的肥力指標，由此分析可知復合菌肥在參與分解的過程中釋放出可供作物利用營養(yǎng)元素，改善土壤的理化性質同時提高微生物數量。

（2）施復合菌肥處理的樣地AWCD均高于單一施有機改良劑樣地，其中含細黃鏈霉菌的復合肥升的最高。施含細黃鏈霉菌的復合肥的樣地對碳源利用率有明顯優(yōu)勢。施用復合菌肥逐漸改變了土壤微生物的代謝結構，不同程度降低了微生物對胺類碳源的相對利用能力，提高了微生物對芳香類、氨基酸類和碳水類碳源的相對利用率。孫佳駿等[16]對6大類碳源的代謝分析發(fā)現，復合菌肥可提高微生物利用碳底物的能力，尤其是顯著提高了微生物對多酚類和多胺類碳源的利用能力。

（3）復合菌肥的土壤微生物的多樣性指數、均勻度指數均高于單一有機改良劑。復合菌肥可豐富土壤中微生物的可利用營養(yǎng)，增加土壤微生物的多樣性和豐富度，提高微生物活性。添加復合菌肥會豐富鹽漬土土壤微生物，是由于復合菌肥分解土壤中的枯落物等有機物質和礦物質形成腐殖質提供了有利于微生物功能的環(huán)境。在微生物發(fā)揮作用的同時補充營養(yǎng)元素，可以提高有機改良劑的使用效率，從而能達到降低應用成本，減少對環(huán)境的污染的效果，因此有機改良劑和其他微生物肥料混合使用效果較好。