菌剂配施有机肥下植物-土壤-微生物生态化学计量特征及内稳性——以内蒙矿区排土场中药复垦模式为例.pdf

第3 7卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持学报J o u r n a l o fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 7N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 3 资助项目:内蒙古自治区科技计划项目(2 0 1 7 0 1 0 2 4);辽宁工程技术大学学科创新团队项目(L NTU 2 0 T D-0 1)第一作者:郑笑影(1 9 9 8),女,硕士研究生,主要从事生态恢复研究。E-m a i l:a 1 2 6 9 3 8 0 3 8 41 6 3.c o m 通信作者:王东丽(1 9 8 6),女,博士,副教授,主要从事植被恢复与生态修复研究。E-m a i l:s t a r h o m e 0 5 2 21 6 3.c o m菌剂配施有机肥下植物-土壤-微生物生态化学计量特征及内稳性 以内蒙矿区排土场中药复垦模式为例郑笑影1,王东丽1,赵晓亮1,连 昭1,王 东2,邰姗姗1,谢 伟3,郭建军3(1.辽宁工程技术大学环境科学与工程学院,辽宁 阜新1 2 3 0 0 0;2.辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁 阜新1 2 3 0 0 0;3.内蒙古神东天隆集团有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯0 1 7 0 0 0)摘要:生态化学计量学是研究生态系统与多重化学元素平衡的有效方法,明确不同施肥制度对植物土壤微生物连续体碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的影响,可为揭示生态系统养分循环、实现矿山复垦农业系统元素平衡及可持续发展提供参考依据。以武家塔露天煤矿排土场复垦地为研究对象,设置微生物菌剂配施不同有机肥(A 1 B 0、A 2 B 0、A 3 B 0、A 1 B 1、A 2 B 1、A 3 B 1)6个施肥处理,结合苦参的种植,研究其植物土壤微生物碳氮磷特征及内稳性。结果表明:(1)与单施有机肥相比,有机肥配施微生物菌剂对茎叶磷、土壤碳氮磷和微生物量氮影响显著(p0.0 5),但对根系养分影响不显著。其中,微生物菌剂与A 1有机肥配施下对土壤全磷影响最大,增加9 0.0 6%;与A 2有机肥配施下,对土壤有机碳和生物量氮影响最大,分别增加1 0 4.6 0%和7 1.9 5%;与A 3有机肥配施下,对茎叶全磷和土壤全氮影响显著,茎叶全磷减少1 8 3.9 6%,土壤全氮增加2 9.1 4%。(2)施肥处理下,相比于茎叶和微生物,苦参根系内稳性较弱,对于外源养分的输入比较敏感。(3)施肥处理下,植物根系养分与土壤及土壤微生物之间相关性较强,因此可通过根系敏感协调各组分的养分平衡,以维持植物体的稳定。研究结果可为矿山复垦农业系统的养分管理提供科学依据和技术支撑。关键词:矿区土地复垦;微生物菌剂;有机肥;化学计量学;内稳态;养分循环中图分类号:S 1 5 4.4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 2 4 2(2 0 2 3)0 5-0 3 5 2-1 1D O I:1 0.1 3 8 7 0/j.c n k i.s t b c x b.2 0 2 3.0 5.0 4 3E c o s t o i c h i o m e t r i cC h a r a c t e r i s t i c sa n dI n t e r n a l S t a b i l i t yo fP l a n t-S o i l-M i c r o b i a lE c o s y s t e mU n d e rO r g a n i cF e r t i l i z e rA p p l i c a t i o nw i t hF u n g i c i d e s-A nE x a m p l eo fT r a d i t i o n a lC h i n e s eM e d i c i n eR e c l a m a t i o nM o d e l i nA M i n i n gS i t e i nI n n e rM o n g o l i aZ HE NGX i a o y i n g1,WANGD o n g l i1,Z HAOX i a o l i a n g1,L I ANZ h a o1,WANGD o n g2,T A IS h a n s h a n1,X I E W e i3,GUOJ i a n j u n3(1.C o l l e g eo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y,F u x i n,L i a o n i n g1 2 3 0 0 0;2.S c h o o l o fM i n e sE n g i n e e r i n g,L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y,F u x i n,L i a o n i n g1 2 3 0 0 0;3.S h e n d o n g t i a n l o n gG r o u pC o r p o r a t i o nL t d.,O r d o s,I n n e rM o n g o l i a0 1 7 0 0 0)A b s t r a c t:E c o c h e m o m e t r i c s i sa ne f f e c t i v em e t h o dt os t u d yt h eb a l a n c eo fe c o s y s t e ma n dm u l t i p l ec h e m i c a le l e m e n t s,a n dt oc l a r i f yt h ei m p a c to fd i f f e r e n tf e r t i l i z a t i o ns y s t e m so nt h ec a r b o n,n i t r o g e n,p h o s p h o r u sc o n t e n ta n dt h e i r e c o s t o i c h i o m e t r i c r a t i oo f p l a n t-s o i l-m i c r o b i a l c o n t i n u u m,w h i c hc a np r o v i d e a f e a s i b l eb a s i sf o r r e v e a l i n g t h en u t r i e n t c y c l eo f e c o s y s t e ma n d r e a l i z i n g t h e e l e m e n t b a l a n c e a n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o fm i n i n gr e c l a m a t i o na g r i c u l t u r a ls y s t e m.I nt h i ss t u d y,t h er e c l a i m e dl a n do ft h ew a s t ed u m po f Wu j i a t ao p e n-p i t c o a lm i n ew a st a k e na st h er e s e a r c ho b j e c t,a n ds i xf e r t i l i z a t i o nt r e a t m e n t sw e r es e tu p,i n c l u d i n gs i n g l ea p p l i c a t i o no fo r g a n i cf e r t i l i z e rw i t ht h r e eg r e e nm a n u r er a t i o s(A 1 B 0,A 2 B 0,A 3 B 0)a n dm i c r o b i a li n o c u l u m w i t hd i f f e r e n t o r g a n i c f e r t i l i z e r s(A 1 B 1,A 2 B 1,A 3 B 1).T h e c h a r a c t e r i s t i c so f c a r b o n,n i t r o g e na n dp h o s p h o r u so fp l a n t-s o i l-m i c r o b i a le c o s y s t e m w e r es t u d i e di nc o m b i n a t i o n w i t ht h ep l a n t i n go fS o p h o r af l a v e s c e n s.T h er e s u l t ss h o w e dt h a t:(1)C o m p a r e d w i t ht h es i n g l ea p p l i c a t i o no fo r g a n i cf e r t i l i z e r,t h ec o m b i n a t i o no f o r g a n i c f e r t i l i z e r a n dm i c r o b i a l i n o c u l u mh a da s i g n i f i c a n t e f f e c t o ns t e ma n d l e a f p h o s p h o r u s,s o i l c a r b o n,n i t r o g e n,p h o s p h o r u sa n dm i c r o b i a lb i o m a s sn i t r o g e n(p0.0 5),b u th a dn os i g n i f i c a n te f f e c to nr o o tn u t r i e n t.Am o n gt h e m,t h ec o m b i n a t i o no fm i c r o b i a li n o c u l u ma n dA 1o r g a n i cf e r t i l i z e rh a dt h eg r e a t e s t i m p a c to ns o i l t o t a lp h o s p h o r u s,i n c r e a s i n gb y9 0.0 6%.U n d e rt h ec o m b i n a t i o na p p l i c a t i o no fA 2o r g a n i c f e r t i l i z e r,t h es o i lo r g a n i cc a r b o na n db i o m a s sn i t r o g e nw e r ea f f e c t e dm o s to b v i o u s l y,i n c r e a s i n gb y1 0 4.6 0%a n d7 1.9 5%,r e s p e c t i v e l y.U n d e rt h ec o m b i n a t i o na p p l i c a t i o no fA 3o r g a n i cf e r t i l i z e r,t h et o t a lp h o s p h o r u s i ns t e ma n d l e a f a n ds o i l t o t a l n i t r o g e nw e r es i g n i f i c a n t l ya f f e c t e d.T h e t o t a l p h o s p h o r u s i ns t e ma n d l e a fd e c r e a s e db y1 8 3.9 6%,w h i l es o i l t o t a ln i t r o g e ni n c r e a s e db y2 9.1 4%.(2)U n d e rt h ef e r t i l i z a t i o nt r e a t m e n t,c o m p a r e dt ot h es t e ma n dl e a fa n dm i c r o o r g a n i s m s,t h ei n t e r n a ls t a b i l i t yo fS.f l a v e s c e n sr o o tw a sw e a k e ra n dm o r es e n s i t i v e t oe x o g e n o u sn u t r i e n t i n p u t s.(3)U n d e r f e r t i l i z a t i o nt r e a t m e n t,t h e r ew a sas t r o n gc o u p l i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e np l a n tr o o tn u t r i e n t sa n ds o i la n ds o i lm i c r o o r g a n i s m s,s ot h en u t r i e n tb a l a n c eo f e a c hc o m p o n e n t c o u l db ec o o r d i n a t e dt h r o u g hr o o t s e n s i t i v i t yt om a i n t a i np l a n t s t a b i l i t y.K e y w o r d s:l a n dr e c l a m a t i o n i nm i n i n ga r e a;m i c r o b i a la g e n t s;o r g a n i cf e r t i l i z e r;e c o s t o i c h i o m e t r i c;i n t e r n a ls t a b i l i t y;n u t r i e n t c y c l i n g 生态化学计量学是结合生物学、化学以及其他多门学科的一种新兴科学,研究主要集中于生态系统过程中能量和多种化学元素的平衡关系,并为研究植物的养分平衡状况提供一种重要的技术手段1-2。生态化学计量学理论认为,在一定的承受范围内,生物体可通过调节自身的元素平衡来保证其内部环境的相对稳定,使其在外部环境因子影响下也能够正常生长发育,这种内稳性是生物体在发展演变过程中逐渐完善的一种保护机制,是生态化学计量学存在的前提和基础3。碳、氮、磷的化学计量特征常被用于研究生态系统不同组成部分之间的反馈和相互关系,探索生物过程中各个元素之间的相互作用和平衡4。植物、土壤和微生物具有不同的碳、氮、磷化学计量特征,这些计量特征共同参与养分的循环过程。在植物土壤系统中,土壤为植物及微生物的生命活动提供生长场所和营养元素,相应地,植物凋落物和微生物的分解过程也为土壤提供养分来源5。土壤养分状况一方面取决于研究区的土壤性质;另一方面,又受到外界环境的影响,尤其易受到人类活动(如施肥)的影响。施肥可提高植物生物量,调节土壤养分以及影响土壤微生物的活性,从而对植物土壤微生物系统养分循环途径产生影响6。有机肥和微生物菌剂是2种重要的土壤改良肥料。内蒙古地区牧业发达,每年能产生大量牛粪,将其发酵成有机肥料,不仅可以减少粪污对环境的破坏,还可代替化肥改善土壤的理化性质,提高作物的产量7。微生物菌剂可通过扩大植物根系和土壤的接触面积,释放煤矸石中难溶性养分,提高基质肥力,进而促进矿区废弃地植物的生长发育8。此外,有研究9表明,微生物可以把矿山污染区域污染物吸纳进细胞内,再通过自身分泌的胞外酶代谢降解。目前,微生物菌剂因其价格低廉、不产生二次污染且效果好已成为矿区环境修复的研究热点1 0,但多数研究1 1都集中在植物生长和土壤改良方面,而忽略菌剂对植物土壤养分循环机制的研究,有机肥与微生物菌剂的协同作用及机制研究更为罕见。黄土区排土场由于其特殊的地理位置和过度的人为扰动,造成排土场稳定性差、土质结构松散、植被生长困难、易发生滑坡、泥石流等地质灾害的现象,严重制约该地区的可持续发展1 2。近年来,随着我国矿区经济转型及可持续发展的需求日益增大,基于生态重建并进行多元化土地复垦的探索对于区域生态环境、经济发展及社会稳定具有重要的现实意义1 3。生态学理论为该地区的土地复垦过程提供了新思路。白一茹等1 4研究黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤碳氮磷及其生态 化学计量特 征 的 影 响;高 德 新等1 5探究黄土高原地区植被恢复过程中土壤与叶片的生态化学计量特征;温晨等1 6研究半干旱黄土小流域不同植被类型下植物与土壤的生态化学计量特征。这些研究表明,植物生长过程可能受到氮或磷元素的限制,但多数研究只关注于黄土区自然生态系统,对于黄土区矿区复垦地的研究较少。同时,很多研究忽略对于植物和微生物内稳性的研究。植物和微生物的内稳性反映了其对环境变化的响应策略,而菌剂和有机肥的施用是否会改变土壤养分含量,从而353第5期 郑笑影等:菌剂配施有机肥下植物土壤微生物生态化学计量特征及内稳性导致植物和微生物内稳态发生改变,现如今尚未有明确的结论。因此,为了进一步明确施肥处理对黄土区排土场植物土壤微生物生态化学计量学特征的影响,本研究以内蒙古鄂尔多斯市露天煤矿排土场为试验地,并采用微生物菌剂与有机肥配施处理,结合中药材苦参种植,通过研究植物土壤微生物系统生态化学计量变化特征、相互关系及内稳性特征,从而为研究有机肥配施微生物菌剂对排土场土地复垦的影响及合理施用肥料提供科学依据。1 材料与方法1.1 研究区概况研究区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市武家塔露天煤矿排土场(3 9 1 5 1 6 3 9 1 7 5 0 N,1 1 0 0 5 5 5 1 1 0 1 0 4 8 E),属半干旱半沙漠的高原大陆性气候,年平均气温5.58.1,年平均降水量3 7 04 1 0mm,多以暴雨的形式出现在69月,全年无霜期约1 5 21 6 9天。研究区土壤类型主要为低肥力、结构松散的黄土和风沙土,零星分布着草甸土和栗钙土型沙土。研究区主要有沙柳(S a l i xc h e i l o p h i l a)、沙蒿(A r t e m i s i ad e s e r t o r u m)、针茅(S t i p ag l a r e o s a)、百里香(C a r a g a n ak o r s h i n s k i i)、紫 花 苜 蓿(M e d i c a g os a t i v a)等 多 种 植被1 4。武家塔外排土场已停止使用,剥离物全部内排,内排土场从东向西发展,排土台阶形成东高西低的形状,现有4个排土台阶。研究区4#排土场复垦地复垦面积约1 3 0h m2,包含生态林、牧草和经济植物种植区等多种土地复垦模式。排土场复垦地土层深度约1m,均为人为覆盖的生黄土,其p H为7.7 1,有机碳含量3.6 5g/k g,全氮含量为0.1 6g/k g,全磷含量0.1 4g/k g,速效磷含量3.3 3m g/k g,速效钾含量3 6.6 1m g/k g,碱解氮含量8.2 1m g/k g。1.2 供试材料本研究选择经济价值高且具有药用价值和林地培肥作用的固氮植物苦参作为矿区复垦的经济植物种。苦参属于豆科槐属植物,广泛分布于森林、草原和山地中,甚至还出现在一些沙漠地区,具有较强的生长适应性;同时,苦参作为生态恢复物种,具有多种优良特性,包括抗性强、耐贫瘠、耐干旱,在矿区植被复垦领域具有较高的应用价值和开发前景1 7。有机肥原料采用牛粪和苜蓿。本研究的混合菌剂选用哈茨木霉菌、胶质芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌3种微生物菌剂,其中哈茨木霉菌、胶质芽孢杆菌产自山东绿陇生物科技有限公司,有效活菌数分别为0.11 01 0,0.5 1 01 0C F U/g。枯草芽孢杆菌产自山东蓝宝石生物技术有限公司,有效活菌数为2 1 01 0C F U/g。1.3 试验设计在排土场选取新排土沉降1年后的地块作为试验区,在试验区布设为1 8个大小为3m3m的试验小区,小区中间设置1m的缓冲带。采用随机区组设计,共设6个不同处理,每个处理3次重复。具体施肥用量信息见表1。表1 试验处理信息处理有机肥/(th m-2)牛粪苜蓿混合菌剂/(gm-2)哈茨木霉菌枯草芽孢杆菌胶质芽孢杆菌A 1 B 051 0000A 2 B 01 05000A 3 B 01 50000A 1 B 151 01.84.54.5A 2 B 11 051.84.54.5A 3 B 11 501.84.54.51.4 样品采集与测定样品采集时间为2 0 1 9年1 0月。每个土壤样品充分混匀后按四分法分成2份:一部分带回实验室冷藏用于测量土壤微生物指标,另一部分带回实验室风干,风干之后除去根系和石块,过1mm筛得到土壤样品后再过0.1 4 9mm筛,用于测量土壤化学指标。收集到的植物样本带回实验室剪碎烘干,用于测定植物化学指标。土壤有机碳采用重铬酸钾容量法外加热法测定;土壤全氮采用半微量开氏法测定;土壤全磷采用N a OH熔融钼锑抗比色法测定;植物有机碳采用H2S O4H2O2消煮重铬酸钾容量法测定;植物全氮采用H2S O4H2O2消煮半微量开氏法测定;植物全磷采用H2S O4H2O2消煮钒钼黄比色法测定;土壤微 生物量碳采 用氯仿熏蒸0.5m o l/LK2S O4提取法测定;土壤微生物量氮采用氯仿熏蒸开氏定氮法测定。1.5 数据处理与分析试验数据采用E x c e l 2 0 1 9与S P S S2 0.0进行数据处理与统计分析,利用O r i g i n2 0 2 1软件进行作图。不同处理间的差异性及显著性(p0.0 5)采用成对样本T检验进行分析。采用P e a r s o n相关性分析对土壤、植物和微生物量3个化学计量指标之间的关系进行分析。(1)菌剂作用系数(c o e f f i c i e n to fa c t i o no ft h ef u n g i,C)表示菌剂添加后对生态化学计量特征的影响效果,具体公式为:C=XB1-XB0XB01 0 0%(1)式中:XB 1为菌剂处理下的指标数据;XB 0为未加菌剂453水土保持学报 第3 7卷处理下的指标数据。C0表示菌剂的添加对某个指标有促进作用;C=0表示菌剂的添加对某个指标无影响。(2)内稳态反映物种随着环境变化保持自身化学组成稳定的能力,内稳性的高低用内稳态指数(h o-m e o s t a s i s i n d e x,H)表示:H=l gxl gy-l gc(2)式中:自变量x为土壤C、N、P含量或计量比;因变量y为对应植物或微生物生物量C、N、P含量或计量比;c为拟合常数。1/H表示l gx和l gy回归斜率,其绝对值范围为01,生物体内稳态等级越高,H值越大。对内稳态按照稳定性进行分类与级别划分1 8,若方程拟合显著时(p0.0 5):01/H0.2 5为“稳态”;0.2 5 1/H 0.5为“弱稳态”;0.5 1/H0.7 5为“敏感态”;若方程拟合不显著(p0.0 5):1/H为“绝对稳态”。2 结果与分析2.1 植物碳、氮、磷含量及生态化学计量比不同处理对植物养分含量及化学计量比的影响见图1和图2。在有机肥基施条件下,微生物菌剂添加(B 1)对茎叶全磷、C/P和N/P影响显著(p 0.0 5),而对茎叶有机碳、全氮、C/N和根系生态化学计量值无显著影响。同时,菌剂的作用系数表现为在A 2处理下,微生物菌剂添加(B 1)提高茎叶全磷含量,降低茎叶C/P和N/P,与B 0相比,分别变化5 2.0 0%,2 8.3 1%,3 7.2 6%;在A 1和A 3有机肥处理下,微生物菌剂添加(B 1)降低茎叶全磷含量,而提高茎叶C/P和N/P。由表2和表3可知,茎叶全磷、C/P和N/P对机肥、微生物菌剂、有机肥微生物菌剂有显著响应;根系全氮、全磷、C/N和N/P对有机肥有显著响应,表明有机肥和微生物菌剂对茎叶全磷、C/P和N/P有明显的交互作用,而对根系不存在交互作用,根系全氮、全磷、C/N和N/P主要受有机肥的主效应影响。注:*表示处理间差异显著(p0.0 5)。下同。图1 不同处理下植物茎叶C、N、P含量及化学计量比特征553第5期 郑笑影等:菌剂配施有机肥下植物土壤微生物生态化学计量特征及内稳性2.2 土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量比不同处理对土壤养分含量及化学计量比的影响见图3。除A 1处理下的土壤有机碳和A 2、A 3处理下的土壤N/P外,微生物菌剂添加对土壤生态化学计量特征影响显著(p0.0 5)。与单施有机肥相比,微生物菌剂的添加显著提高土壤全氮和全磷含量(p0.0 5),其中土壤全氮在配施A 3处理下效果最为显著,土壤全磷在A 1处理下效果最显著,菌剂作用系数分别为2 9.1 4%,9 0.0 6%。土壤C/N和土壤C/P的变化趋势基本一致,在A 1和A 3处理下均表现为B 0显著高于B 1(p0.0 5),而在A 2处理下却表现为B 1显著高于B 0(p0.0 5)。图2 不同处理下植物根系C、N、P含量及化学计量比特征表2 有机肥和混合菌剂对植物茎叶化学计量特征影响的双因素方差分析因素d f有机碳Fp全氮Fp全磷FpC/NFpC/PFpN/PFpA10.2 3 60.6 3 61.7 6 90.2 0 88 2.4 7 00.0 5*0.5 4 20.4 7 64 4.9 8 40.0 5*3 7.2 8 20.0 5*B20.0 8 30.9 2 12.6 6 50.1 1 05 4.7 7 60.0 5*2.1 3 80.1 6 11 5.9 9 40.0 5*2 1.4 9 50.0 5*AB20.5 6 30.5 8 40.6 9 80.5 1 61 2 2.4 1 00.0 5*1.0 9 70.3 6 54 2.5 3 20.0 5*3 5.6 9 90.0 5*注:A为微生物菌剂;B为有机肥;AB为微生物菌剂有机肥。下同。表3 有机肥和混合菌剂对植物根系化学计量特征影响的双因素方差分析因素d f有机碳Fp全氮Fp全磷FpC/NFpC/PFpN/PFpA10.0 5 80.8 1 70.4 6 20.5 1 00.0 1 60.9 0 20.8 6 80.3 8 70.0 3 90.8 4 90.3 0 00.5 9 4B21.3 0 20.3 3 97.6 2 80.0 5*2.9 0 70.0 5*1 2.2 3 10.0 5*1.6 7 70.2 6 44.3 3 20.0 5*AB20.5 1 70.6 2 11.6 7 10.2 2 90.0 0 90.9 9 12.2 1 70.1 9 00.4 8 20.6 4 01.3 4 10.2 9 8653水土保持学报 第3 7卷图3 不同处理下土壤C、N、P含量及化学计量比特征 由表4可知,有机肥、微生物菌剂对土壤养分含量及化学计量比有显著性影响,存在主效应。除土壤全氮外,其余指标对有机肥微生物菌剂有显著响应,表明多数指标都受到有机肥和微生物菌剂的交互影响。表4 有机肥和混合菌剂对土壤化学计量特征影响的双因素方差分析因素d f有机碳FP全氮FP全磷FPC/NFPC/PFPN/PFPA16.1 9 60.0 5*9 8.7 2 70.0 5*1 9 2.1 3 60.0 5*1 6.6 9 20.0 5*8 5.7 6 30.0 5*3 1.1 3 50.0 5*B22 8 2.2 9 90.0 5*1 3 7.4 2 10.0 5*1 6.3 5 60.0 5*6 4.0 8 20.0 5*1 2 5.8 1 30.0 5*2 0.7 2 30.0 5*AB27 5.6 4 40.0 5*0.9 8 70.4 0 11 2.8 7 20.0 5*8 3.8 8 40.0 5*6 3.8 0 30.0 5*9.8 8 00.0 5*2.3 土壤微生物量碳、氮含量及生态化学计量比不同处理下,土壤微生物碳氮含量及其化学计量比表现出较大的差异性(图4)。在有机肥基施条件下,微生物菌剂添加(B 1)对微生物量氮影响显著(p 0.0 5),而对微生物量碳和C/N无显著影响。微生物氮含量在A 1和A 2有机肥处理下,均表现为B 1显著高于B 0(p0.0 5),菌剂的作用系数分别为2 4.7 5%,7 1.9 5%。从双因素检验的结果分析(表5)可以看出,微生物菌剂和有机肥微生物菌剂对土壤微生物量氮有显著性影响。而土壤微生物量碳和C/N对不同处理均没有明显的响应。2.4 植物及土壤微生物量养分含量及生态化学计量比的内稳性特征除了根系C/N、根系C/P,根系N/P和茎叶N/P之外,植物和微生物的其余指标的内稳性模型方程拟合结果均不显著(表6)。根据内稳性平衡系数界定,表现为绝对稳态;菌剂的添加改变根系C/N和根系C/P的内稳态,使其由绝对稳态转变为弱敏感态;同时,根系N/P和茎叶N/P的内稳态也发生改变,由敏感态和弱稳态均转变为绝对稳态。总体来看,苦参753第5期 郑笑影等:菌剂配施有机肥下植物土壤微生物生态化学计量特征及内稳性根系对于外源养分的输入比较敏感,菌剂的添加影响根系的内稳态。2.5 施肥处理下植物、土壤、微生物养分含量及生态化学计量比的相关关系由表7和表8可知,施肥处理下植物、土壤、微生物养分含量及生态化学计量比之间的相关关系表现出不同的差异性。L P与R C、B C和B N之间呈显著正相关关系;R C与B C和B N呈显著正相关关系,与R P呈显著负相关关系;R N与S C、S N和B C之间呈显著负相关关系;R P与B N呈显著负相关关系;S C与S N呈显著正相关关系;S N与S P呈显著正相关关系;B C与B N呈显著正相关关系;L C/L P、L N/L P、R C/R N、R C/R P、B C/B N之间互为显著正相关关系;R C/R N与R N/R P呈显 著 负 相 关 关 系;R N/R P与S C/S N、S C/S P和S N/S P呈显著负相关关系;S C/S N、S C/S N和S N/S P三者之间互为显著正相关关系。图4 不同处理下土壤微生物量C、N含量及化学计量比特征表5 有机肥和混合菌剂对土壤微生物量化学计量特征影响的双因素方差分析因素d f土壤微生物量碳Fp土壤微生物量氮Fp土壤微生物量C/NFpA10.0 0 60.9 3 82 9.6 5 60.0 5*3.4 5 40.1 1 2B21.8 0 20.2 1 00.1 9 60.8 2 73.1 0 20.1 1 9AB20.9 4 50.4 1 86.9 3 80.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态S NL N0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态茎叶S PL P0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态S C/S NL C/L N0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态S C/S PL C/L P0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态S N/S PL N/L P0.4 0 30.0 3 10.0 5弱稳态绝对稳态S CR C0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态S NR N0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态根系S PR P0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态S C/S NR C/R N0.5 2 70.0 50.0 4 7绝对稳态弱敏感态S C/S PR C/R P0.6 6 20.0 50.0 4 9绝对稳态弱敏感态S N/S PR N/R P0.8 8 00.0 4 00.0 5敏感态绝对稳态微生物S CB C0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态S NB N0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态S C/S NB C/B N0.0 50.0 5绝对稳态绝对稳态 注:L C为叶C含量;L N为叶N含量;L P为叶P含量;S C为土壤C含量;S N为土壤N含量;S P为土壤P含量;R C为根C含量;R N为根N含量;R P为根P含量;B C为土壤微生物量C含量;B N为土壤微生物量N含量。下同。表7 植物、土壤、微生物的养分含量相关性分析指标L CL NL PR CRNR PS CS NS PB CL N-0.1 7 3L P0.3 3 5-0.1 6 8R C0.4 4 4-0.2 1 60.7 7 4*RN-0.1 9 70.2 4 8-0.0 0 1-0.3 2 5R P-0.2 2 60.3 1 7-0.4 6 4-0.6 4 0*0.2 8 5S C0.1 3 3-0.2 1 4-0.0 7 20.1 2 4-0.6 5 1*-0.3 2 0S N0.0 2 2-0.0 6 5-0.3 6 60.0 6 2-0.4 9 3*-0.3 3 20.7 5 9*S P-0.0 2 70.1 7 5-0.2 4 0-0.0 0 4-0.0 1 8-0.1 0 20.2 7 90.6 7 1*B C0.3 8 3-0.1 4 00.6 5 9*0.7 6 4*-0.5 5 2*-0.4 5 60.4 6 30.1 2 0-0.0 6 6B N0.3 7 3-0.2 1 90.7 4 9*0.9 3 2*-0.2 3 0-0.6 2 8*0.1 0 30.0 7 50.1 3 30.7 1 3*注:*表示p0.0 5;*表示p0.0 1;*表示p0.0 0 1。下同。表8 植物、土壤、微生物的生态化学计量比相关性分析指标L C/L NL C/L PL N/L PR C/RNR C/R PRN/R PS C/S NS C/S PS N/S PL C/L P0.1 1 8L N/L P-0.0 8 40.9 5 0*R C/RN0.1 4 20.7 5 8*0.6 8 8*R C/R P0.1 9 50.8 4 8*0.7 6 6*0.8 9 3*RN/R P-0.1 0 6-0.1 0 2-0.0 6 6-0.5 2 9*-0.1 3 7S C/S N0.3 1 1-0.1 1 1-0.1 6 90.3 2 60.1 3 8-0.5 1 7*S C/S P0.3 6 9-0.0 6 1-0.0 8 40.3 4 10.0 7 7-0.6 1 5*0.8 6 8*S N/S P0.3 6 40.0 4 90.0 5 10.2 9 00.0 3 4-0.5 2 0*0.5 1 0*0.8 6 4*B C/B N0.0 8 40.6 6 3*0.6 1 3*0.9 0 6*0.8 8 6*-0.3 4 20.2 9 90.2 7 30.1 8 7 植物的C/N和C/P不仅反映植物对于氮磷元素的利用情况,而且在一定 情况 下 反 映 植 物 碳 的同化能力强弱。本研究中,植物茎叶C/N(1 9.1 0)和C/P(7 0 2.4 0)的平均值分别高于全球植物叶片C/N(1 6.0 0)和C/P(1 6 0.0 0)的平均值2 2。这可能与研究区本身的气候和土壤条件有关,黄土地区植被稀疏,953第5期 郑笑影等:菌剂配施有机肥下植物土壤微生物生态化学计量特征及内稳性土壤结构疏散,导致植物从土壤中吸收N、P元素能力减弱2 3。同时,在A 1和A 3处理下,茎叶C/N表现为施加菌剂(B 1)小于未施加菌剂(B 0),可能是菌剂的增加使得植物生长过程中更加渴求对土壤水分的获