三江平原不同施肥方式對(duì)水稻土壤微生物的影響

楊秀穎 張武

(佳木斯大學(xué)理學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154000)

當(dāng)前,我國(guó)對(duì)農(nóng)田土壤質(zhì)量極其重視,無機(jī)肥大量施用不僅會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分流失,造成土壤板結(jié)和酸化、作物營(yíng)養(yǎng)失衡等問題,還會(huì)給農(nóng)民帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,為改善土壤環(huán)境,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展,亟需高效有機(jī)無機(jī)肥料配施技術(shù)模式[1]。對(duì)此,微生物菌劑有助于土壤微生物活動(dòng)、改良土壤環(huán)境,對(duì)植物生長(zhǎng)、果實(shí)品質(zhì)問題也有重大意義[2]。農(nóng)用微生物菌劑是指利用工業(yè)化方式量產(chǎn)微生物菌種,經(jīng)加工制成具有不同功能特性的活菌制劑,主要用于經(jīng)濟(jì)作物種植[3-5]。微生物菌劑富含一定數(shù)量的活性微生物,不僅可以代替農(nóng)業(yè)中化肥、農(nóng)藥的使用,還能夠?yàn)橥寥姥a(bǔ)充有效養(yǎng)分,增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,對(duì)土壤的吸收利用具有深遠(yuǎn)意義[6,7]。李晶晶等通過采用田間試驗(yàn)的方法發(fā)現(xiàn),增施微生物菌劑可以作為一種促進(jìn)植物生長(zhǎng)、增加果實(shí)品質(zhì)和提高土壤養(yǎng)分的方法[8]；吳林土等通過連年施用不同成分的微生物菌劑其結(jié)果發(fā)現(xiàn),菌劑可明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀等土壤指標(biāo),對(duì)土壤養(yǎng)分具有顯著的提升效果[9]；王紅萍采用田間定位試驗(yàn),利用生物炭配施功能菌劑提高了土壤有效氮磷養(yǎng)分含量,顯著改變了土壤細(xì)菌群落功能,可為沙化土壤肥力培育提供理論依據(jù)[10]。筆者于水稻田收割之后施加微生物菌劑,與不施用微生物菌劑土壤進(jìn)行比較,研究微生物菌劑對(duì)水稻土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量的影響,以改善優(yōu)化土壤微生態(tài)環(huán)境,進(jìn)一步明確微生物菌劑在水稻農(nóng)田土壤中的應(yīng)用效果,為修復(fù)三江平原土壤問題具有積極作用并為修復(fù)土壤營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)提供理論支持[11]。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū) 設(shè) 于 佳 木 斯 市蓮江口鎮(zhèn)(N46°55′0″,E130°18′33″)地處三江平原,主要研究農(nóng)作物是水稻。屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫3℃,年均降雨量在500mm,無霜期130d左右,年均日照時(shí)數(shù)約2319.3h,冬長(zhǎng)夏短,適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)。

1.2 材料與方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及樣品采集

試驗(yàn)于室外水稻田進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)4組處理,包括不施菌劑處理0～20cm(CK1)、不施菌劑處理20～40cm(CK2)、菌劑處理0～20cm(W1)、菌劑處理20～40cm(W2),每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。土樣于2020年秋季水稻田收割之后選取400m2施用菌劑并進(jìn)行深翻,實(shí)驗(yàn)田中其余400m2用作對(duì)照樣,于2021年4月水稻插秧之前進(jìn)行取樣,每個(gè)樣地重復(fù)取4次,分0～20cm、20～40cm 2層取樣,取回樣品一部分放置于4℃冰箱保存,用于土壤微生物的分離培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),另為一部分樣品風(fēng)干,用100目篩子過篩,用于土壤理化性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 測(cè)定方法

1.2.2 .1 土壤微生物的測(cè)定方法

采用稀釋平板培養(yǎng)法接種培養(yǎng)土壤微生物,在無菌條件下,將實(shí)驗(yàn)所需要使用的培養(yǎng)皿放進(jìn)操作臺(tái),將事先準(zhǔn)備好的無菌水及所有儀器放入操作臺(tái)進(jìn)行紫外滅菌處理同時(shí)打開滅菌和照明,計(jì)時(shí)20min。計(jì)時(shí)結(jié)束后將其關(guān)閉,打開酒精燈,消毒完畢后,打開用報(bào)紙包裹的滅過菌的培養(yǎng)皿,將準(zhǔn)備好的細(xì)菌培養(yǎng)基傾倒在培養(yǎng)皿底部,真菌同理。結(jié)束后貼標(biāo)簽做標(biāo)記,便于區(qū)分細(xì)菌和真菌。標(biāo)記結(jié)束后,打開紫外滅菌5min,稱量10g土樣并做好標(biāo)記,菌劑土樣一層0～20cm,菌劑土樣二層20～40cm,對(duì)照土樣一層0～20cm,對(duì)照土樣二層20～40cm。將稱量準(zhǔn)確的土樣放入操作臺(tái),用酒精棉擦拭手部,同種操作稀釋4倍,做好標(biāo)記,用移液槍抽取稀釋到10-4的土壤稀釋液0.1mL滴到培養(yǎng)皿中,進(jìn)行涂布接種,細(xì)菌和真菌分別涂布,全部涂布完成后,放入培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。

1.2.2 .2 土壤堿解氮測(cè)定

堿解擴(kuò)散法。

1.2.2 .3 土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定

重鉻酸鉀氧化還原滴定法。

1.2.2 .4 水含量測(cè)定

烘箱干燥法測(cè)定。

1.2.2 .5 土壤pH值測(cè)定

取風(fēng)干土樣和超純水以1∶2.5比例混合后震蕩30min后利用pH計(jì)測(cè)定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 26.0和Excel 16.0軟件進(jìn)行處理；運(yùn)用Pearson計(jì)算真菌、細(xì)菌與土壤因子的相關(guān)性并進(jìn)行單尾檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物數(shù)目分析

本次實(shí)驗(yàn)中土壤細(xì)菌、真菌具體數(shù)量,如圖1所示。

圖1 土壤細(xì)菌、真菌總數(shù)量

由圖1所得的數(shù)據(jù)可知,與對(duì)照相比,隨著菌劑的施加土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量均呈上升的態(tài)勢(shì),表現(xiàn)為土壤細(xì)菌變化幅度顯著,但真菌變化幅度不明顯,W1處理時(shí)土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量最多分別為4200cfu·g-1、120cfu·g-1,與CK1微生物數(shù)量相差較大。CK2處理時(shí)土壤細(xì)菌真菌數(shù)量最少為1500cfu·g-1、40cfu·g-1。W1相較CK1土壤細(xì)菌數(shù)量增加121.05%、真菌增加100%,W2相較CK2土壤細(xì)菌數(shù)量增加80%、真菌增加150%。說明當(dāng)耕地配施菌劑時(shí),可以適當(dāng)增加微生物的數(shù)量。CK1相較CK2土壤細(xì)菌數(shù)量增加26.67%、真菌增加50%,W1相較W2土壤細(xì)菌數(shù)量增加55.56%,真菌增加20%,以上數(shù)據(jù)說明施加微生物菌劑以及土壤深度的不同均會(huì)對(duì)微生物數(shù)量產(chǎn)生影響。

2.2 土壤基本理化性質(zhì)分析

本報(bào)告以佳木斯連江口鎮(zhèn)水稻土壤為研究對(duì)象,探究了施加菌劑及不同土壤深度對(duì)土壤含水率、pH、堿解氮、有機(jī)質(zhì)的影響,如表1所示。

表1 土壤基本理化性質(zhì)分析

由表1分析可知,W1堿解氮含量相較于CK1提高了14.48%,有機(jī)質(zhì)提高了42.47%,含水量提高了9.09%,pH值減少了7.04%。W2堿解氮含量相較于CK2提高了10.80%,有機(jī)質(zhì)提高了118.71%,含水量提高了11.52%,pH值減少了1.43%。CK1堿解氮含量相較于CK2提高了12.52%,有機(jī)質(zhì)提高了114.19%,含水量提高了22.68%,pH值減少了7.04%。W1相較于W2堿解氮含量提高了16.25%,有機(jī)質(zhì)提高了39.53%,含水量提高了20%,pH值減少了1.43%。本次實(shí)驗(yàn)中,W1處理時(shí)含水量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量最高分別為36g·cm-3、47.3g·kg-1、75.1g·kg-1,CK1處理時(shí)pH值最高為7.6。實(shí)驗(yàn)表明,與對(duì)照樣相比較合理的利用菌劑對(duì)土壤含水量?jī)H造成微量的影響,原因是影響土壤含水量的因素主要是與降水有關(guān),配施菌劑并不能改變土壤中的水分,但土壤中堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量顯著增加,說明菌劑的配施可改良土壤因子,進(jìn)而可以深入的研究向著有利于土壤質(zhì)量的方向進(jìn)行土壤質(zhì)量改善。

2.3 土壤微生物數(shù)量與土壤性狀之間的相關(guān)分析

運(yùn)用Pearson分析土壤微生物與理化性質(zhì)相關(guān)性,如表2所示。

表2 土壤微生物與土壤理化因子相關(guān)性分析

由表2可知,細(xì)菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(R＝0.900,P＜0.05),與堿解氮呈顯著正相關(guān)(R＝0.934,P＜0.05),而與含水量、pH值并無顯著相關(guān)性。土壤真菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(R＝0.900,P＜0.05),真菌與含水量、堿解氮、pH值等土壤因子并無顯著相關(guān)性。土壤微生物數(shù)目與土壤因子之間關(guān)系差異各有不同,總體來說微生物數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮之間表現(xiàn)出了較高的相關(guān)性,與含水量、pH之間卻沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。根據(jù)相關(guān)性分析可以看出水稻實(shí)驗(yàn)田中土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮等土壤養(yǎng)分的提高是土壤微生物生長(zhǎng)繁殖的重要條件,進(jìn)一步說明微生物生長(zhǎng)繁殖與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

如今不合理的農(nóng)業(yè)管理、化肥和農(nóng)藥的大量配施,造成土壤板結(jié)、土壤養(yǎng)分減少等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響糧食的產(chǎn)量、耕地面積以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)綜合評(píng)價(jià)得出,施用微生物菌劑處理下水稻土壤質(zhì)量得到一定程度改善,同時(shí),在一定程度上促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖。土壤養(yǎng)分是培肥地力的關(guān)鍵,是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要內(nèi)容,土壤養(yǎng)分的涵養(yǎng)是改善土壤質(zhì)量的重心,特別是在培育發(fā)展地力、促進(jìn)微生物生長(zhǎng)繁殖等方面意義重大。土壤微生物能分解土壤中的動(dòng)植物殘?bào)w,形成有機(jī)質(zhì),是土壤生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)固的根本,對(duì)植物生長(zhǎng)、土壤環(huán)境均有一定響應(yīng)。在長(zhǎng)期施加農(nóng)藥、化肥的環(huán)境下,土壤營(yíng)養(yǎng)流失、有機(jī)質(zhì)含量降低等,為土壤質(zhì)量安全和土壤的健康帶來很大影響[12]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),適當(dāng)施用微生物菌劑可以影響土壤微生物環(huán)境,提高土壤養(yǎng)分,使土壤理化性質(zhì)得到改善[13,14]。

具體結(jié)論:施用菌劑可促土壤微生物生長(zhǎng)繁殖,微生物數(shù)量在施加菌劑及不同土壤深度下表現(xiàn)不同,其隨著土壤深度的增加而減少,并且與對(duì)照相比較施加菌劑處理的土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量均呈上升的趨勢(shì),但真菌數(shù)量上升幅度不明顯,W1處理時(shí)土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量最多分別為4200cfu·g-1、120cfu·g-1,這與王明湖等研究結(jié)果類似[15]；與對(duì)照組相比,施用微生物菌劑后提高了堿解氮、含水量和有機(jī)質(zhì)含量,降低了水稻土壤pH值,說明水稻土壤有小幅度的酸化,然而含水量的變化趨勢(shì)相比于其他土壤因子變化幅度不明顯,這是由于影響土壤含水量的因素主要是與降水有關(guān),這與侯曉萌等研究結(jié)果類似[16]；W1處理土壤有機(jī)質(zhì)、含水量、堿解氮含量最高,分別為47.3g·kg-1、36g·cm-3、75.1g·kg-1；土壤細(xì)菌與堿解氮、有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān),土壤真菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān),其余土壤因子與土壤微生物并無顯著關(guān)系,這與沙月霞等研究結(jié)果類似[17]。綜上所述,菌劑的配施提高了土壤養(yǎng)分含量,顯著改變了土壤微生物數(shù)量,說明了微生物生長(zhǎng)繁殖與土壤養(yǎng)分密切相關(guān),因此微生物菌劑在土壤改良中有廣泛的應(yīng)用前景。