鹽堿麥田生物有機肥促生增產(chǎn)培肥效果

左筱筱,顏 安,寧松瑞,楊 利,孫 萌,盧前成

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.西安理工大學(xué)/省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室,西安 710048)

0 引 言

【研究意義】我國西北、東北及濱海地區(qū)鹽堿地總面積超過3 333.3×104hm2,我國新疆鹽堿地約占全國總面積的22.01%,鹽堿化耕地面積約占新疆耕地總面積的30.12%[1-2]。如何合理利用及培肥鹽堿化耕地受到關(guān)注[3]。在鹽堿土治理措施中,利用微生物改良鹽堿化耕地的相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速,近年來,將微生物技術(shù)與有機肥生產(chǎn)結(jié)合研制的生物有機肥已成為培肥鹽堿化耕地措施[4]?！厩叭搜芯窟M展】生物有機肥已在水稻[5]、小麥[6]、玉米[7]等多種作物上施用,有效減少了化學(xué)肥料用量和土壤養(yǎng)分流失,具有活化土壤養(yǎng)分、培肥地力和改善土壤微生態(tài)環(huán)境等效果[8]。吳曉衛(wèi)等[9]將自主試驗發(fā)酵生產(chǎn)的生物有機肥添加到鹽堿地中,降低了土壤pH和含鹽量,增加土壤養(yǎng)分含量,提高紫花苜蓿的出苗率及產(chǎn)量。Hafez等[10]發(fā)現(xiàn)在玉米盆栽中施加固氮螺旋菌與酒糟發(fā)酵生產(chǎn)的生物有機肥140 d后提高了土壤肥力,其中土壤的有機碳、總氮和速效磷含量分別提高了67.8%、85.44%和87.23%。Li等[11]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用生物有機肥對植物生長、土壤肥力和土壤微生物群落組成產(chǎn)生影響,可增加土壤有效磷、有效鉀含量,提高細菌多樣性,降低真菌多樣性?！颈狙芯壳腥朦c】生物有機肥除了滿足養(yǎng)分供應(yīng)外,還可改善土壤養(yǎng)分狀況和調(diào)節(jié)土壤微生物數(shù)量結(jié)構(gòu),達到增產(chǎn)、培肥的效果[12-13]。目前研究生物有機肥對鹽脅迫下春小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量及土壤環(huán)境影響的相關(guān)成果較少[14]。【擬解決的關(guān)鍵問題】春小麥盆栽試驗以不施肥處理CK為對照,設(shè)置4種不同菌種及配比的生物有機肥(A、B、C、D),每種生物有機肥設(shè)2個施量水平(1 125、2 250 kg/hm2),研究鹽堿麥田促生培肥效果最佳的生物有機肥及施量,對新疆鹽堿麥田土壤改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試土壤選自新疆昌吉回族自治州呼圖壁縣五工臺鎮(zhèn)十戶村2組(44°19′23″N,86°82′25″E),土壤pH值為8.7,電導(dǎo)率為1.184 mS/cm,有機質(zhì)含量15.5 g/kg,堿解氮含量93.2 mg/kg,速效磷含量15.3 mg/kg,速效鉀含量144.7 mg/kg。供試小麥品種新春29號。盆缽為0.26 m×0.22 m×0.30 m帶底花盆。供試生物有機肥A、B、C、D為研制的4種不同菌種及配比的生物有機肥(A生物有機肥,沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=2∶3∶3∶3;B生物有機肥,沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=1∶3∶2∶1;C生物有機肥,沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=3∶3∶2∶2;D生物有機肥,沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=1∶2∶2∶2;其有機質(zhì)含量≥40.0%,N含量≥1.7%,P2O5含量≥0.5%,K2O含量≥4.2%,pH=5.0,有效活菌數(shù)≥2×108cfu/mL)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗于2021年4～7月進行,以不施肥(CK)為對照,設(shè)置4種生物有機肥(A、B、C、D)和2個施量水平(1 125、2 250 kg/hm2),共計9個處理,每個處理重復(fù)4次。每盆稱取土樣13 kg,定點播入30粒春小麥種子,播種深度2～3 cm,待小麥出苗后開始定期灌水,小麥生長至3葉期定苗,每盆留苗25株。表1

表1 施肥處理設(shè)計

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量

在小麥各生育時期,采用YS-SPAD型手持葉綠素儀測定小麥旗葉中部SPAD值,采用LAI-2200C葉面積指數(shù)測量儀測定葉面積指數(shù);在小麥成熟期,每盆選5株代表植株測定穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù),每公頃春小麥穗數(shù)按照盆缽面積進行換算。理論產(chǎn)量(kg/hm2)=穗數(shù)(104/hm2)×穗粒數(shù)(粒)×千粒重(g)/100。

1.2.2.2 土壤取樣

小麥收獲時采集土壤,部分鮮土樣存于4℃冰箱,用于土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測定,部分風(fēng)干過篩,用于土壤理化性質(zhì)測定。按照土水比1∶5(質(zhì)量體積比)稀釋樣品,采用pH計測定土壤pH值;電導(dǎo)率儀測定土壤電導(dǎo)率;采用重鉻酸鉀外加熱法測定有機質(zhì);采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀;采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷;采用堿解擴散法測定堿解氮[15]。

1.2.2.3 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量

土壤細菌數(shù)量采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基進行平板計數(shù)法測定;土壤放線菌數(shù)量采用高氏一號培養(yǎng)基進行平板計數(shù)法測定;土壤真菌數(shù)量采用孟加拉紅培養(yǎng)基進行平板計數(shù)法測定[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進行試驗數(shù)據(jù)分析,采用軟件SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行主成分分析[17]和單因素方差分析,SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物有機肥對春小麥葉面積指數(shù)、SPAD值及產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同生物有機肥對春小麥葉面積指數(shù)的影響

研究表明,春小麥葉面積指數(shù)(LAI)在從拔節(jié)期至成熟期呈先增高后降低的變化趨勢,施加不同生物有機肥各處理LAI值顯著高于CK(P<0.05),施加相同生物有機肥的處理隨著施肥量的增加,其LAI值總體呈現(xiàn)上升趨勢。拔節(jié)期春小麥LAI表現(xiàn)為CK

注:不同小寫字母表示各處理間有顯著差異(P<0.05),下同

2.1.2 不同生物有機肥對春小麥SPAD值的影響

研究表明,施加生物有機肥后不同生育期內(nèi)春小麥旗葉SPAD值與LAI值變化趨勢相似,各處理SPAD值在小麥生育期內(nèi)先增加后降低,與CK相比均顯著增加(P<0.05)。在拔節(jié)期各處理春小麥旗葉SPAD值表現(xiàn)為CK

圖2 施加不同生物有機肥下春小麥葉片SPAD值變化

2.1.3 不同生物有機肥對春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

研究表明,與CK相比,施加生物有機肥顯著增加了春小麥理論產(chǎn)量、穗長、穗粒數(shù)和千粒重(P<0.05),并且隨著生物有機肥施用量增加,各構(gòu)成因素均呈現(xiàn)上升趨勢,但不同生物有機肥處理之間變化不顯著。不同生物有機肥施量條件下,D生物有機肥處理的理論產(chǎn)量最高,D1、D2分別比CK增加了60.80%、74.93%,其穗長分別比CK增加了18.43%、22.54%,穗粒數(shù)分別比CK增加了47.54%、53.01%,千粒重分別比CK增加了23.17%、28.12%,各構(gòu)成因素中穗粒數(shù)的增幅最明顯。表2

表2 春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.2 不同生物有機肥對土壤pH、電導(dǎo)率的影響

研究表明,施加生物有機肥處理后土壤pH、電導(dǎo)率均比CK顯著降低(P<0.05),并且隨著生物有機肥施量的增加,土壤pH、電導(dǎo)率呈下降趨勢,其中0～10 cm土層電導(dǎo)率普遍低于10～20 cm土層。0～10 cm土層,不同處理的土壤pH表現(xiàn)為CK>B1>C1>A1>B2>C2>D1>A2>D2;A2、D2處理的土壤pH與CK相比分別降低了0.28、0.36;不同處理的電導(dǎo)率表現(xiàn)為CK>C1>B1>B2>A1>C2>D1>A2>D2,各處理的電導(dǎo)率相較于CK降低了10.33%～40.51%。不同處理10～20 cm土層的土壤pH表現(xiàn)為CK>B1>C1>B2>A1>C2>D1>A2>D2,與CK相比,降低了1.69%～4.20%,其中D2土壤pH最低,比CK降低0.44;不同處理的電導(dǎo)率表現(xiàn)為CK>C1>B1>C2>B2>A1>A2>D1>D2,各處理的電導(dǎo)率相較于CK降低了21.32%～43.60%。圖3

圖3 施加不同生物有機肥下土壤pH及電導(dǎo)率變化

2.3 不同生物有機肥對土壤養(yǎng)分含量的影響

研究表明,施加生物有機肥后土壤有機質(zhì)的含量顯著增加(P<0.05),也隨著生物有機肥施量的增加呈上升趨勢。各處理0～10 cm土層的土壤有機質(zhì)的含量表現(xiàn)為CK

與CK相比,施加生物有機肥處理的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量顯著增加(P<0.05),且0～10 cm、10～20 cm土層的土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量均以D2處理最高。0～10 cm土層各處理土壤堿解氮表現(xiàn)為CK

2.4 不同生物有機肥下土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量變化

研究表明,施加生物有機肥處理的土壤細菌和放線菌數(shù)量顯著高于CK,土壤真菌數(shù)量顯著低于CK(P<0.05),隨著生物有機肥施量的增加,土壤中細菌和放線菌數(shù)量呈現(xiàn)增長的趨勢,土壤真菌數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢。各處理土壤中細菌數(shù)量大小表現(xiàn)為CKA1>D1>D2>A2>C1>C2>B1>B2。其中,施加A、D兩種生物有機肥后增加土壤中細菌、放線菌數(shù)量尤為顯著(P<0.05),但對土壤中真菌數(shù)量的抑制效果不如B、C兩種生物有機肥效果顯著。表3

表3 不同生物有機肥下土壤微生物數(shù)量變化

2.5 鹽堿麥田生物有機肥促生增產(chǎn)培肥效果綜合評價

研究表明,對標準化后的數(shù)據(jù)指標降維,根際特征值>1的原則,提取2個主成分,其特征值分別為15.957和1.004。表4

表4 主成分的特征值與方差貢獻率

春小麥LAI、SPAD值、產(chǎn)量及土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷、細菌、放線菌在主成分1上有較高的因子載荷值,綜合春小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量及土壤環(huán)境的變異信息,其范圍在0.894～0.985。而在主成分2中土壤真菌數(shù)量的載荷值最高,反映了土壤真菌數(shù)量的水平,0～10 cm土層的土壤電導(dǎo)率、有機質(zhì)和10～20 cm土層的速效鉀以及土壤細菌和放線菌數(shù)量的載荷值也較高。主成分1和主成分2的信息可以反映土壤肥力水平的高低。表5

表5 主成分分析的載荷值與特征向量

使用主成分分析法進行權(quán)重計算,表達式為:

Y1=0.237X1+0.237X2+0.245X3-0.247X4-0.241X5-0.242X6-0.244X7+0.235X8+0.224X9+0.246X10+0.242X11+0.246X12+0.239X13+0.246X15+0.243X16+0.236X17-0.129X18+0.239X19.

Y2=-0.133X1-0.104X2-0.126X3-0.067X4-0.160X5-0.108X6-0.069X7+0.126X8+0.077X9-0.083X10-0.144X11-0.054X12+0.122X13+0.022X15+0.023X16+0.293X17+0.831X18+0.253X19.

根際主成分函數(shù)模型:

式中,F為主成分得分,α為貢獻率(%),m為主成分個數(shù),即可計算出各處理綜合得分,施加生物有機肥處理對鹽堿地春小麥促生和土壤培肥綜合得分均高于CK,其中D2處理得分最高,即D2處理促生與培肥效果綜合最佳,A2處理次之。圖5

圖5 不同生物有機肥促生增產(chǎn)培肥效果綜合得分

3 討 論

3.1 生物有機肥對作物生長及產(chǎn)量的影響

生物有機肥可增加土壤養(yǎng)分含量,從而促進作物的營養(yǎng)生長和生殖生長,有助于作物產(chǎn)量的穩(wěn)定提高[18]。研究表明,施加1 125和2 250 kg/hm2生物有機肥處理均顯著提高春小麥的LAI、SPAD值、理論產(chǎn)量、穗長、穗粒數(shù)和千粒重,且各處理LAI、SPAD值隨著施量增加呈上升趨勢,不同生物有機肥處理之間變化不顯著。Yuan等[19]研究表明,在煙草上施用生物有機肥能夠促進植株的生長,增加煙草葉片數(shù)量。劉柳等[20]在草莓上的研究也表明,對草莓植株的生長有明顯的促進作用,其植株株高、葉面積、分枝數(shù)、植株鮮重分別增加了78.4%、129.8%、73.7%、63.4%,有效提高了草莓果實的產(chǎn)量。施加生物有機肥可以促進作物生長發(fā)育和提高作物產(chǎn)量。

3.2 生物有機肥對土壤養(yǎng)分及微生物數(shù)量的影響

研究表明,研制出的生物有機肥能夠降低土壤pH值、電導(dǎo)率,提高土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量,與陳智坤[21]研究結(jié)果相似,生物有機肥可以顯著降低土壤pH值,還能夠緩解因植株生長所造成的土壤中各種營養(yǎng)物質(zhì)含量的降低,顯著提高鹽堿化土壤養(yǎng)分和肥力,使0～20cm的土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀和土壤肥力綜合指數(shù)分別增加35.9%、262.4%、596.8%、91.9%和71.5%。

研究中還發(fā)現(xiàn)生物有機肥能夠增加根際土壤中細菌和放線菌的數(shù)量,抑制土壤真菌的生長,與宋以玲等[22]的研究結(jié)果相似,可能是生物有機肥增加了土壤中有益微生物的數(shù)量,促進了有益微生物的繁殖,從而抑制了土壤真菌的繁殖。Zhao等[23]認為施用生物有機肥能夠改善根際微生物群落結(jié)構(gòu),提高土壤細菌多樣性,降低土壤真菌多樣性。生物有機肥本身除了含有大量營養(yǎng)成分外,其含有的有益微生物還會促進土壤有機質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,改善耕地土壤質(zhì)量,調(diào)節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 論

各生物有機肥均促進了春小麥生長發(fā)育,降低了土壤pH、電導(dǎo)率,提高了土壤養(yǎng)分含量,調(diào)節(jié)土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量結(jié)構(gòu),其中D生物有機肥(沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=1∶2∶2∶2)施加2 250 kg/hm2時的效果最佳。