地膜覆盖及不同施肥处理对根...壤微生物数量和酶活性的影响_胡庆兰.pdf

西 北 农 业 学 报 2 0 2 3,3 2(3):4 2 9-4 3 9A c t aA g r i c u l t u r a eB o r e a l i-o c c i d e n t a l i sS i n i c ad o i:1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 3.0 1 1h t t p s:/d o i.o r g/1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 3.0 1 1地膜覆盖及不同施肥处理对根际土壤微生物数量和酶活性的影响收稿日期:2 0 2 2-0 3-1 1 修回日期:2 0 2 2-0 4-1 1基金项目:青海省重大科技专项(2 0 1 9-NK-A 1 1)。第一作者:胡庆兰,女,在读硕士研究生,研究方向为农田土壤微生物。E-m a i l:h 1 5 0 8 4 7 1 3 3 8 51 6 3.c o m通信作者:王金贵,男,副教授,硕士生导师,主要从事土壤生态与资源环境方面的研究。E-m a i l:3 4 8 5 3 3 2 5 9q q.c o m胡庆兰1,杨 凯1,王金贵1,2(1.青海大学 农牧学院,西宁 8 1 0 0 1 6;2.省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室,西宁 8 1 0 0 1 6)摘 要 通过室内分析和田间裂区试验相结合的方法,研究地膜覆盖和不同施肥处理对玉米不同生育期土壤微生物数量和土壤酶活性的影响。结果表明:(1)对于根际土壤而言,覆膜条件下各施肥处理的脲酶活性、蔗糖酶活性均高于不施肥处理;无膜条件下各施肥处理的碱性磷酸酶活性均高于不施肥处理。其中脲酶活性在大喇叭口期最高,N P K-C(氮磷钾配施-覆膜)、N P KO-C(氮磷钾配施有机肥-覆膜)、N P K B-C(氮磷钾配施生物炭-覆膜)分别较C K-C(对照-覆膜)高3 1.0 3%、6 6.0 1%、4 9.2 6%;蔗糖酶活性也是大喇叭口期最高,N P K-C、N P KO-C、N P K B-C分别较C K-C高3 8.4 3%、1 1 7.5 3%、6 4.9 4%;碱性磷酸酶活性在乳熟期最高,N P K(氮磷钾配施)、N P KO(氮磷钾配施有机肥)、N P K B(氮磷钾配施生物炭)分别较C K(对照)高4 3.8 4%、3 0.3 8%、3 1.5 3%。(2)覆膜条件下各施肥处理细菌、真菌、放线菌数量均高于不施肥处理。其中乳熟期细菌数量最大,N P K-C、N P KO-C分别较C K-C高1 9.7 4%、2 6.2 6%;放线菌数量也是乳熟期最大,N P K-C、N P KO-C、N P K B-C分别较C K-C增加了2 3.4 9%、6 2.9 4%、4 6.9 7%;真菌数量在大喇叭口期最大,N P K-C、N P KO-C分别较C K-C高1 2 0.3 0%、6 0.8 9%。综合比较,覆膜条件下化肥配施有机肥(N P KO-C)对于增加土壤酶活性和微生物数量效果最佳。关键词 地膜覆盖;施肥处理;根际土壤;酶活性;土壤微生物 土壤微生物与土壤酶共同参与土壤的能量流动和物质循环1,是评价土壤肥力的重要指标之一2。土壤酶活性与土壤微生物生命代谢活动是相互关联的3。研究表明,根际细菌和放线菌数量增加,有利于改善根际土壤的微生态环境,进而提高 土壤肥力和 促进植物根 系发育及养 分吸收4。地膜覆盖可以降低由于降雨造成的土壤养分流失,改 善 土 壤 水 热 状 况,显 著 提 高 土 壤 养分5,国内外研究表明覆膜还可以改善土壤酸碱度6-7,为微生物生存提供良好的环境8,从而促进作物的生长发育。土壤酶来自微生物、植物和动物的活体或残体,通过催化土壤中的生化反应发挥重要作用2;且土壤微生物数量的改变也会使土壤酶活性发生改变9。相关研究表明植物在不同的生育期会对土壤中的主要微生物群落构成产生明显的影响,而不同施肥处理则在一定程度上加 剧了土壤三 大微生物群 落结构的变 化幅度1 0。不同施肥处理对土壤微生物多样性的影响存在差异1 1,L i等1 2和王宁等1 3的研究表明长期单施化肥导致土壤细菌多样降低,而有机肥部分替代化肥对恢复土壤细菌多样性最优,细菌和放线菌的数量较单施化肥处理增加2 8.2%8 4.6%;X i a等1 4和顾美英等1 5的研究表明生物炭配施化肥能减少速态氮的损失,提高微生物活性。许跃齐等1 6的研究结果表明,生物炭的施加较单施化肥增加了细菌和放线菌数量4 5.7 7%1 9 2.4 5%,降低了真菌数量;而屈忠义等1 7的研究结果表明生物炭的施加使细菌、真菌和放线菌的数量较单施化肥处理均有明显增加。因此,比较分析地膜覆盖下不同施肥处理对不同生育期土壤中细菌、真菌、放线菌数量的影响,在提高肥料利用效率以及评价土壤质量上具有一定的理论和现实意义。目前,对于土壤微生物数量及土壤酶活性的影响研究较多1 8-1 9,但通过结合采集作物不同生育期根际土壤和非根际土壤研究土壤酶活性和微生物数量的研究报道较少。因此,本试验以青海省最大的覆膜玉米种植区民和县为研究区域,采用室内分析和田间试验相结合的方法,研究了地膜覆盖和不同施肥处理对玉米不同生育期土壤微生物数量和土壤酶活性的影响,为当地玉米高效生产提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验地概况研究区域地位于青海省海东市民和回族土族自治县(1 0 2 2 6 1 0 3 0 4 E,3 5 4 5 3 6 2 6 N),属高原大陆性干旱气候,年均气温9,年降雨量约3 6 0mm,无霜期约1 9 8d,土壤类型以栗钙土、黑钙土和灰钙土为主。海拔最高42 2 0m,最低16 5 0m,平均海拔22 0 0m。全县农作物播种面积4.4 5万h m2,其中覆膜玉米种植面积2 0 2 0年超过2.6 7万h m2,为青海省最大覆膜玉米种植区。前茬作物为玉米。试验地耕层(02 0c m)土壤基本理化性质:有机质1 9.8 4g/k g,速效磷4 8.7 1 m g/k g,速 效 钾5 9.4 3 m g/k g,碱 解 氮1 1 6.6 3m g/k g,p H8.2 9。1.2 试验设计本研究采用裂区试验设计,主区2水平为覆膜和无膜,副区4水平分别为对照(C K)、氮磷钾配施(N P K)、氮磷钾配施有机肥(N P KO)和氮磷钾配施生物炭(N P K B),共计8个处理,每个处理重复3次,小区面积为2 0 m2(长宽=5 m4m)。具体试验处理见表1。供试氮肥为尿素(N4 6%),磷肥为磷酸二铵(P2O54 6%),钾肥为硫酸钾(K2O5 0%),有机肥为商品有机肥 有机质4 5%,总养分(N-P2O5-K2O)5%;生物炭以玉米 秸 秆 为 原 料,养 分 含 量 分 别 为 有 机 质4 0 4.7 7g/k g、全氮8.4 5g/k g、全磷2.3 1g/k g、全钾1 5.5 5g/k g;地膜为聚乙烯农用地膜,厚度为0.0 1mm。化肥、有机肥和生物炭在播种时一次全部施入。供试玉米品种为 玉源7 8 7 9(杂交种),播种量为6 00 0 0株/h m2。该试验于2 0 2 0年和2 0 2 1年进行,所用数据为2 0 2 1年试验数据。表1 试验处理组合及肥料用量T a b l e1 T e s t t r e a t m e n t sa n df e r t i l i z e rr a t e处理T r e a t m e n t尿素/(k g/h m2)U r e a磷酸二铵/(k g/h m2)D i a mm o n i u mp h o s p h a t e硫酸钾/(k g/h m2)P o t a s s i u ms u l p h a t e有机肥/(k g/h m2)O r g a n i cf e r t i l i z e r生物炭/(k g/h m2)B i o c h a rC K00000C K-C00000N P K4 5 07 5 01 5 000N P K-C4 5 07 5 01 5 000N P KO4 5 07 5 01 5 045 0 00N P KO-C4 5 07 5 01 5 045 0 00N P K B4 5 07 5 01 5 0022 5 0N P K B-C4 5 07 5 01 5 0022 5 0注:“-C”为地膜覆盖处理。N o t e:“-C”p l a s t i c f i l m m u l c h i n g.1.3 样品采集和测定播种后于苗期、大喇叭口期、乳熟期和完熟期,按照五点采样法采集玉米根际土和非根际土,其中根际土壤样品采用抖根法2 0采集。由于苗期玉米根系较小,比较脆弱,因此未采集苗期的根际土壤。将各点土壤样品混合均匀,除去根系、残膜和石子等杂物后带回实验室,一部分土壤在室内风干,过1mm筛后用于土壤酶活性的测定;另一部分土壤4保存,用于土壤微生物数量的测定。土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定,脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定,土 壤 磷 酸 酶 采 用 磷 酸 苯 二 钠 比 色 法 测定2 1。土壤微生物数量采用平板菌落计数法测定2 2。细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,真菌采用马丁培养基,放线菌用改良高氏号培养基。1.4 数据分析用S P S S1 8.0软件进行方差分析,采用D u n-c a ns法进行多重比较。034西 北 农 业 学 报3 2卷2 结果与分析2.1 不同处理对土壤脲酶活性的影响大多数细菌、真菌都具有脲酶,其能促进有机质分子中肽键的水解,且脲酶活性与土壤中微生物数量以及有机质含量等呈正相关2 2。对于同一处理下的非根际土壤而言,土壤脲酶活性在整个生育期主要呈升-降-升的趋势(表2)。覆膜条件下同一处理的根际土壤的脲酶活性在3个生育期中主要呈下降趋势(表3)。由表2、表3可以观察到,在玉米的各生育期中,覆膜处理的土壤脲酶活性基本都高于无膜处理。从表2可以看出,对于非根际土壤,苗期C K-C处理的脲酶活性显著高于N P KO-C及N P K B-C处理(P0.0 5);大喇叭口期和乳熟期C K-C处理的脲酶活性显著高于N P K-C、N P KO-C及N P K B-C(P0.0 5);完熟期N P K-C处理显著高于C K。总体而言,施肥降低了非根际土壤的脲酶活性。但对于根际土壤而言,覆膜条件下施肥可使脲酶活性增加,其中脲酶活性在大喇叭口期最高,N P K-C、N P KO-C、N P K B-C分别较C K-C增加了3 1.0 3%、6 6.0 1%、4 9.2 6%。由表3可知,对于根际土壤,大喇叭口期N P KO-C处理的脲酶活性与C K-C具有显著性差异(P0.0 5),脲酶 活 性 提 高 了6 6.0 1%;乳 熟 期N P K B-C、N P K B处 理 与C K-C具 有 显 著 性 差 异(P0.0 5),脲酶活性提高了6 1.5 7%、1 0 0.0 0%;完熟期N P KO-C、N P K B-C处理均与C K-C具有显著性差 异(P0.0 5),脲 酶 活 性 分 别 提 高 了4 7.1 1%、7 5.2 1%。表2 不同施肥处理和覆膜下非根际土壤脲酶活性变化T a b l e2 C h a n g e so fn o n-r h i z o s p h e r eu r e a s ea c t i v i t yu n d e rd i f f e r e n t f e r t i l i z a t i o na n dm u l c h i n g处理T r e a t m e n t土壤脲酶活性/m g/(gd)S o i l u r e a s ea c t i v i t y苗期S e e d l i n gs t a g e大喇叭口期F l a r eo p e n i n gs t a g e乳熟期M i