綠肥與促生菌對(duì)甘薯連作土壤的改良研究

王乾坤，劉全蘭*，盧永忠，張曉冬

(1.青島科技大學(xué)海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院，山東青島 266042；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物種質(zhì)資源研究所，山東濟(jì)南 250100)

甘薯[Ipomoeabatatas(L.)Lam.]是甘薯屬一年、多年生雙子葉植物，在糧食和工業(yè)的加工原料中均占據(jù)不可或缺的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年我國(guó)甘薯種植面積為237.93萬(wàn)hm2，占世界種植甘薯面積的29.0%[1]。甘薯在青島的常年種植面積為2萬(wàn)hm2，居于第三位，是青島地區(qū)重要的糧食作物[2]。近年來(lái)，隨著甘薯種植面積越來(lái)越大，重茬所引起的連作障礙成為制約眾多甘薯種植區(qū)域生產(chǎn)的一個(gè)重要元素[3]。連作障礙的產(chǎn)生是眾多影響因素的共同作用，其中包括種植農(nóng)作物的品種、所種植土壤本身屬性特征以及種植地區(qū)的環(huán)境狀況等。截至目前，普遍認(rèn)為形成連作障礙的主要原因是土壤養(yǎng)分的虧空或失調(diào)、土壤自身環(huán)境的失衡以及前茬農(nóng)作物的殘留物所引發(fā)的有害作用[4-6]。

甘薯連作會(huì)導(dǎo)致病蟲(chóng)害加重、產(chǎn)量下降以及質(zhì)量變差，而輪作綠肥則可以有效減緩甘薯重茬所引發(fā)的連作障礙[7]。溶磷、解鉀的促生菌菌劑可以將土壤中N、P、K等變?yōu)槿芙庑愿玫?，使其在土壤中的含量得到有效提高[8-9]。綠肥能夠增強(qiáng)土壤肥力，屬于一種能夠很好改良土壤質(zhì)量的植物，而且綠肥大多數(shù)是在本地生長(zhǎng)以及翻壓，基本上不會(huì)造成任何因運(yùn)輸而產(chǎn)生的消耗。翻壓后的綠肥可以在促生菌菌劑、土壤本身存在的微生物等的共同影響下被分解，在分解的過(guò)程中會(huì)伴隨營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)分的釋放，綠肥體內(nèi)本身的N、P、K等元素均被釋放出來(lái)，以供后茬作物的吸收利用。目前，利用綠肥和促生菌雙重改良甘薯連作種植土壤的研究較少。

為了改良甘薯土壤質(zhì)量、緩解甘薯連作現(xiàn)象，筆者以山東省青島市黃島區(qū)六旺鎮(zhèn)殷家小莊的甘薯種植地為試驗(yàn)地，通過(guò)種植箭筈豌豆、毛葉苕子和噴灑促生菌對(duì)土壤進(jìn)行改良，并比較改良土壤和對(duì)照土壤的pH、速效鉀、速效磷、堿解氮指標(biāo)，分析土壤改良后土壤特性的變化，為甘薯種植的可持續(xù)性發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)基地為山東省青島市黃島區(qū)六旺鎮(zhèn)殷家小莊(119°46′E，35°59′N)，試驗(yàn)土壤已經(jīng)連續(xù)種植3年甘薯，試驗(yàn)田出現(xiàn)了連作障礙，主要表現(xiàn)為產(chǎn)量下降。該地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，年平均氣溫12.5 ℃，降水量696.6 mm，年無(wú)霜期平均200 d。土壤為黃壤土，甘薯為一年一熟種植作物。試驗(yàn)挑選的2個(gè)綠肥品種分別是箭筈豌豆、毛葉苕子，植物促生菌為QW1、QW2、QW3、QW4，利用上述綠肥和植物促生菌對(duì)土壤進(jìn)行綜合改良。設(shè)置2個(gè)處理，一個(gè)為土壤改良土(利用上述方法)，一個(gè)為原土(不改良，CK)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1促生菌促生性質(zhì)測(cè)定。按照王新南等[10]方法測(cè)定促生性質(zhì)，溶無(wú)機(jī)磷能力用無(wú)機(jī)磷培養(yǎng)基透明圈法測(cè)定；溶有機(jī)磷能力用卵磷脂培養(yǎng)基渾濁圈法測(cè)定；解鉀能力用硅酸鹽培養(yǎng)基透明圈法測(cè)定；分泌纖維素酶能力用羥基纖維素鈉培養(yǎng)基測(cè)定。

1.2.2土壤改良。2020年10月在甘薯收獲完全后拔除田間的雜草，大棚封閉悶棚，次年2月將大棚土壤進(jìn)行深耕，深翻20～25 cm。處理①(CK)不種植任何作物。處理②土壤深耕完成后將箭筈豌豆、毛葉苕子種子進(jìn)行間播，播種量均為1 125 kg/hm2，并于4月在綠肥作物上噴灑4種混合促生菌，噴灑量為300 kg/hm2，之后通過(guò)刈割機(jī)和翻土機(jī)將綠肥作物刈割并翻壓于土壤。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.2.3土壤采集。于2021年在試驗(yàn)田中每個(gè)處理隨機(jī)進(jìn)行取樣，取樣深度為0～20 cm，平鋪在硬紙板上放置于通風(fēng)室內(nèi)進(jìn)行陰干，剔除石塊和動(dòng)植物殘?bào)w。在土壤風(fēng)干至半干時(shí)，碾碎大樣土塊，防止土樣完全干燥后難以磨碎，同時(shí)，通風(fēng)室內(nèi)需要防止其他物質(zhì)的污染，如灰塵、NH3等物質(zhì)。土樣研磨過(guò)篩后均勻混合。

1.2.4土壤理化性質(zhì)測(cè)定。參照鮑士旦[11]的方法，烘干法測(cè)定水分含量；pH計(jì)法測(cè)定(水土比為2.5∶1)pH；擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量；0.03 mol/L氟化銨-0.025 mol/L氯化氫法測(cè)定速效磷含量；乙酸銨浸提-火焰分光光度法測(cè)定速效鉀含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2019軟件整理，用GraphPad Prism 7.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、t檢驗(yàn)分析(P<0.05)并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 促生菌的生理特性由表1可知，促生菌QW1有溶無(wú)機(jī)磷、分泌纖維素酶能力，QW2有溶無(wú)機(jī)磷、解鉀、分泌纖維素酶能力，QW3有溶有機(jī)磷、分泌纖維素酶能力，QW4有解鉀、分泌纖維素酶能力，其中QW2的溶無(wú)機(jī)磷、解鉀能力最高，QW3的溶有機(jī)磷、分泌纖維素酶能力最高。4種促生菌組合擁有良好的促生特性，有助于促進(jìn)綠肥植株在刈割伏地后的分解進(jìn)程，有助于加快土壤中的N、P、K的分解進(jìn)程。

表1 促生菌的生理特性

2.2 改良對(duì)土壤pH的影響綠肥翻壓還田且噴灑菌劑可以顯著降低土壤的pH，改良后的pH顯著(P<0.001)低于改良前，此結(jié)果與鄧小華等[12]的研究結(jié)果相同。綠肥種植前土壤pH為6.89，翻壓還田后土壤pH降低為6.24，降低0.65(表2)。

2.3 改良對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響由表2可知，綠肥翻壓還田且噴灑菌劑可以顯著提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量。改良后的堿解氮含量顯著(P<0.000 1)高于改良前，此結(jié)果與鄧小華等[12]、李正等[13]的研究結(jié)果一致。改良前的堿解氮含量為45.127 mg/kg，改良后的含量為75.359 mg/kg，改良后的堿解氮含量增幅為66.99%，增幅高于鄧小華等[12]的1.50%～23.70%和李正等[13]的6.82%～21.46%。根瘤菌的固氮能力使得豆科綠肥的氮含量比其他綠肥品種更高，因此翻壓對(duì)土壤氮含量的提高效果更為優(yōu)良。

表2 綠肥還田及添加菌劑對(duì)土壤pH和速效養(yǎng)分含量的影響

改良后的速效磷含量顯著(P<0.05)高于改良前，此結(jié)果與董繪陽(yáng)等[14]的研究結(jié)果一致。改良前速效磷含量為63.036 mg/kg，改良后速效磷含量為70.725 mg/kg，改良后速效磷含量的增幅為12.20%，增幅低于董繪陽(yáng)等[14]的35.09%。綠肥翻壓還田能夠直接供給磷元素，還可以通過(guò)促生菌菌劑的解磷能力等方式使土壤中難以利用的磷元素得到良好的應(yīng)用。

改良后的速效鉀含量顯著(P<0.000 1)高于改良前，此結(jié)果與李正等[13]研究結(jié)果一致。改良前的速效鉀含量為69.067 mg/kg，改良后含量為161.382 mg/kg，改良后速效鉀含量的增幅為133.66%，高于李正等[13]的40.02%～85.44%。豆科擁有十分復(fù)雜、強(qiáng)壯的根，可以較好地活化土壤自身含有的鉀元素，而且通過(guò)促生菌菌劑的解鉀能力可以活化土壤中難以利用的鉀元素并加以利用。

3 討論

綠肥植物可以富集農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的多種養(yǎng)分，有營(yíng)養(yǎng)成分齊全、肥效穩(wěn)定且持久等優(yōu)良特性。肖繼梅[15]研究表明，在連續(xù)2年收獲后的綠肥改良試驗(yàn)中，種植綠肥處理的土壤與未種植綠肥的土壤相比，堿解氮、速效磷、速效鉀的含量有較明顯的提高。石屹等[16]研究表明，籽粒莧改良后的土壤速效磷、速效鉀含量與空白組相比均顯著提高。李紅燕等[17]研究表明，油菜改良后的土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀含量與空白組相比均有顯著增長(zhǎng)。

溶磷、解鉀的植物促生菌可以把土壤中的N、P、K等元素分解為溶解性更好的，產(chǎn)纖維素酶的植物促生菌則可以加快綠肥作物的分解腐化。涂永成[18]在研究自研的復(fù)合微生物菌劑的改良效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合菌劑處理可以較好地改良土壤的酸堿度，且土壤的速效養(yǎng)分含量也明顯增加。龐寧等[19]研究復(fù)合微生物菌劑對(duì)鹽堿土改良時(shí)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合菌肥組的土壤pH下降了0.92，生物炭基復(fù)合菌劑組的速效氮、速效磷、速效鉀含量均有明顯增加。

該試驗(yàn)結(jié)果表明，綠肥翻壓前后相比，pH下降0.65，堿解氮增長(zhǎng)幅度為66.99%，速效磷增長(zhǎng)幅度為12.20%，速效鉀增長(zhǎng)幅度為133.66%。箭筈豌豆、毛葉苕子2種綠肥 作為氮、磷、鉀的來(lái)源之一，可有效提高土壤中的氮、磷、鉀含量，4種促生菌的溶磷、解鉀能力也可以有效溶解土壤中難以利用的磷、鉀元素。綜上所述，該試驗(yàn)的改良措施可以有效改良土壤的理化性質(zhì)，從而進(jìn)一步提高甘薯產(chǎn)量。

在今后很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，我國(guó)農(nóng)業(yè)的重要任務(wù)是調(diào)整農(nóng)作物結(jié)構(gòu)，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)，加強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量及效益。綠肥與微生物菌劑在這些方面發(fā)揮其獨(dú)有的作用，因此應(yīng)努力提高理論研究水平，為農(nóng)業(yè)環(huán)境的改善作出貢獻(xiàn)[20]。