园林废弃物地表覆盖处理对植物生长及土壤细菌群落的影响_史正军.pdf

第 32 卷第 4 期Vol.32，No.4153-1602023 年 4 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA史正军，潘松，冯世秀，等.园林废弃物地表覆盖处理对植物生长及土壤细菌群落的影响.草业学报，2023，32（4）：153160.SHI Zheng-jun，PAN Song，FENG Shi-xiu，et al.Effects of green-waste mulching treatments on plant growth and the soil bacterial community.ActaPrataculturae Sinica，2023，32（4）：153160.园林废弃物地表覆盖处理对植物生长及土壤细菌群落的影响史正军，潘松，冯世秀，袁峰均（深圳市中国科学院仙湖植物园，深圳市南亚热带植物多样性重点实验室，广东 深圳 518004）摘要：以园林废弃物（枝叶）为研究对象，以裸土无覆盖（CK）为对照，设置单覆盖（T1）、喷施尿素（T2）、喷施阿维菌素（T3）、预干化（T4）和预半堆肥化（T5）共 5个处理，探究园林废弃物用于地表覆盖的不同处理方式对植物生长和土壤细菌群落的影响。结果显示：与 CK 相比，园林废弃物覆盖处理的植物株高、茎粗、生物量和氮含量均有所增加，其中 T3和 T4处理的增幅达到显著水平（PT1CKT3T5T2。土壤优势菌门为变形菌门和酸杆菌门，优势菌科为科里氏菌科和鞘脂单胞菌科。冗余分析表明，AN 和AP是土壤细菌群落的关键影响因子。综上所述，园林废弃物地表覆盖处理可有效促进植物生长和调节土壤理化性质，并在一定程度上对土壤细菌群落产生影响。同时，本研究证实喷施阿维菌素、预干化、预半堆肥化能够不同程度强化园林废弃物地表覆盖功效。关键词：园林废弃物；覆盖物；植物生长；土壤养分；土壤细菌群落Effects of green-waste mulching treatments on plant growth and the soil bacterialcommunitySHI Zheng-jun，PAN Song，FENG Shi-xiu，YUAN Feng-junFairylake Botanical Garden，Shenzhen&Chinese Academy of Sciences，Key Laboratory of Southern Subtropical Plant Diversity，Shenzhen 518004，ChinaAbstract：In this study，we determined the effects of green-waste mulching treatments on plant growth and the soilbacterial community.The experiment consisted of five treatmentssingle cover（T1），spraying with urea（T2），spraying with avermectin（T3），drying（T4）and semi-composting（T5）and a control（CK），consisting of bare soilwithout mulch.It was found that compared with CK，the treatments resulted in increased plant height，stemdiameter，biomass，and nitrogen content，and these increases were significant in the T3and T4treatments（PT1CKT3T5T2.The dominant bacterial phyla in soil were Proteobacteria andAcidobacteria，and the dominant families were Koribacteraceae and Sphingomonadaceae.The results of aredundancy analysis showed that AN and AP were the key factors affecting the soil bacterial community.Inconclusion，green waste mulching treatments can effectively promote plant growth and regulate soil physical andchemical properties，and affect the soil bacterial community to some extent.The results of this study also confirmedthat the application of avermectin，drying，and semi-composting can enhance the efficacy of mulching with green-waste to varying degrees.Key words：green waste；mulch；plant growth；soil nutrient；soil bacterial community园林废弃物主要包括城市园林维护和灾害天气过程中产生的绿化修剪物、枯死木、枯枝落叶1。园林废弃物含有大量的木质纤维素和其他有机组分，可增加土壤有机质和养分含量，改善土壤质量2-3。但传统的园林废弃物处理方法主要包括焚烧和垃圾填埋场沉积，这可能导致空气污染，土地占用和水污染等环境问题1，3。园林废弃物用于城市绿地地表覆盖是继堆肥化回用外，近年来关注的焦点和最主要的研究应用方向4-5。目前在园林废弃物覆盖研究和应用方面主要侧重于染色后覆盖和堆肥化后覆盖6，而鲜有对园林废弃物原生材料简单利用的报道。Brandsttter等7研究证实植物凋落物地表覆盖可促进土壤生态系统健康，其中土壤微生物通过调节营养元素的循环和有机质的分解在土壤生态系统功能中发挥关键作用8。本研究选用园林废弃物中的枝叶为材料，以裸土无覆盖为对照，通过喷施尿素、喷施阿维菌素、预干化和预半堆肥化处理等 4种相对简单的人为干预方式，研究不同园林废弃物原生材料用于地表覆盖的处理方法及对植物生长和土壤细菌群落结构的影响，为园林废弃物再利用提供技术参考。1材料与方法1.1供试材料供试土壤为赤红壤，采自试验基地附近人工山林地土壤表层（030 cm），其基本理化性质为 pH 6.12，有机质4.23 g kg-1，全氮 0.26 g kg-1，全磷 0.22 g kg-1，全钾 5.1 g kg-1，砂壤，肥力贫瘠。供试植物为华南地区城市绿地常用景观植物龙船花（Lxora chinensis）。供试肥料为复合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15）。供试覆盖物选用园 林 日 常 养 护 过 程 中 修 剪 的 多 种 植 物 侧 枝 混 合 物，其 中 包 括 马 占 相 思（Acacia mangium）、大 叶 榕（Ficusaltissima）、小叶榕（Ficus microcarpa）和水蒲桃（Syzygium jambos）等华南阔叶植物，以马占相思和大叶榕为主。枝叶混合物用小型树枝粉碎机粉碎至粒径约 38 cm。粉碎后根据试验处理需要，对部分枝叶粉碎物分别进行简单预处理，包括：1）预干化。即将枝叶粉碎物放入电热鼓风恒温干燥箱，在 5560 条件下烘干 48 h。2）预半堆肥化。即将枝叶粉碎物添加堆肥菌剂进行 15 d的好氧发酵，获得半腐熟物料（半堆肥化）。一般当地气候条件下物料完全堆肥腐熟需要约 30 d。1.2试验设计及实施本试验在深圳市仙湖植物园试验基地（2234 5.97 N，1149 45.30 E）进行。种植容器为用 PVC材质阻根板卷材围合加工的圆柱形种植槽，高度和直径分别为 50和 80 cm。试验共设置 6种覆盖及过程调控处理，包括裸土无覆盖（CK）、单覆盖（T1）、喷施尿素（T2）、喷施阿维菌素（T3）、预干化（T4）和预半堆肥化（T5），其中 T1为只覆盖枝叶粉碎物原生材料，无其他处理措施；T2为覆盖枝叶粉碎物原生材料后，每月向覆盖物材料喷透 1次 1%尿素溶液；T3为覆盖枝叶粉碎物原生材料后，每月向覆盖物材料喷透 1次 0.5%阿维菌素溶液；T4为只覆盖枝叶粉碎物干化材料，无其他处理措施；T5为只覆盖枝叶粉碎物半堆肥化材料，无其他处理措施；T1T5处理地表覆盖材料厚度均为 6 cm。种植前在种植槽底部填入 10 cm 陶粒以促进排水，之后在陶粒上部填土、适度压实及灌水后，154第 32 卷第 4 期草业学报 2023 年将龙船花苗带土球均匀植入，每个种植槽种植 8株，记为 1次重复，每个处理重复 3次。龙船花为扦插繁殖袋苗，株高为 2530 cm。种植后根据处理在土表添加覆盖物。试验于 2019年 11月种植完成，于试验后第 1、6、12和 18个月分别表施复合肥 1次，每次 10 g 槽-1。同时，每 6个月检查并补充分解消耗的覆盖物至 6 cm，共补充 3次。植物生长期历时 21个月。期间除 T2、T3根据试验设计定期喷施尿素及阿维菌素溶液外，其他按常规养护方法进行植物生长维护。1.3土壤样品采集于 2021年 8月收获植物，先用卷尺和游标卡尺测量株高和茎围，之后采集整株样品，在自来水下冲洗干净后称鲜重。最后将植株地上部装入纸袋杀青（105，30 min），75 烘干至恒重后用粉碎机磨细，过筛（0.25 mm）用于养分测定。此外，在每个种植槽内用土钻在植株间隙均匀采集 5个点并混合，取样深度为 20 cm。样品带回实验室，去除石砾及动、植物残渣，一部分置于-80 C 冰箱保存，用于细菌群落特征的测定；剩余土样风干磨细，分别过 1.00和 0.149 mm 筛，混匀保存备用。1.4测定项目及方法1.4.1植物指标测定植物氮、磷、钾养分测定参照鲍士旦9的方法。采用凯氏定氮仪测定植物氮含量，用钼锑抗比色法测定植物磷含量，用火焰光度计测定植物钾含量。1.4.2土壤理化指标测定土壤理化性质参照鲍士旦9的方法测定。采用电位法（m土m水=1 2.5）测定土壤 pH；采用外加热重铬酸钾氧化-容量法测定有机质（soil organic matter，SOM）含量；采用凯氏定氮法测定全氮（total nitrogen，TN）含量；采用有效扩散法测定碱解氮（alkali-hydrolyzable nitrogen，AN）含量；采用 0.03 mol L-1NH4F-0.025 mol L-1HCl浸提-钼锑钪比色法测定有效磷（available phosphorous，AP）含量；采用火焰光度计法测定速效钾（available potassium，AK）含量。1.4.3土壤 DNA 提取使用 E.Z.N.A.提取试剂盒（D4015，Omega，Inc.，美国）按照说明书提取微生物基因组 DNA 样品，并使用 NanoDrop ND-1000 分光光度计（Thermo Fisher Scientific，Waltham，MA，美国）和 0.8%琼脂糖凝胶电泳分别测定 DNA的数量和质量。将制备好的样品储存在-80 中。1.4.4基因扩增与测序聚合酶链式反应（PCR）引物序列为 341F（5-CCTACGGGNGGCWGCAG-3）；805R（5-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3），扩增区段为 V3/V4区。PCR 反应体系：模板 DNA 50 ng，PCR预混物 12.5 L，正反向引物各 2.5 L 和 ddH2O 25 L。扩增程序：98 预变性 30 s；98 变性 10 s，54 退火 30s，72 延伸 45 s，