三江平原不同施肥方式对水稻土壤微生物的影响

杨秀颖 张武

(佳木斯大学理学院，黑龙江 佳木斯 154000)

当前,我国对农田土壤质量极其重视,无机肥大量施用不仅会导致土壤养分流失,造成土壤板结和酸化、作物营养失衡等问题,还会给农民带来巨大的经济损失,为改善土壤环境,实现农业可持续性发展,亟需高效有机无机肥料配施技术模式[1]。对此,微生物菌剂有助于土壤微生物活动、改良土壤环境,对植物生长、果实品质问题也有重大意义[2]。农用微生物菌剂是指利用工业化方式量产微生物菌种,经加工制成具有不同功能特性的活菌制剂,主要用于经济作物种植[3-5]。微生物菌剂富含一定数量的活性微生物,不仅可以代替农业中化肥、农药的使用,还能够为土壤补充有效养分,增加土壤有机质含量,对土壤的吸收利用具有深远意义[6,7]。李晶晶等通过采用田间试验的方法发现,增施微生物菌剂可以作为一种促进植物生长、增加果实品质和提高土壤养分的方法[8]；吴林土等通过连年施用不同成分的微生物菌剂其结果发现,菌剂可明显提高土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾等土壤指标,对土壤养分具有显著的提升效果[9]；王红萍采用田间定位试验,利用生物炭配施功能菌剂提高了土壤有效氮磷养分含量,显著改变了土壤细菌群落功能,可为沙化土壤肥力培育提供理论依据[10]。笔者于水稻田收割之后施加微生物菌剂,与不施用微生物菌剂土壤进行比较,研究微生物菌剂对水稻土壤理化性质、微生物数量的影响,以改善优化土壤微生态环境,进一步明确微生物菌剂在水稻农田土壤中的应用效果,为修复三江平原土壤问题具有积极作用并为修复土壤营养结构提供理论支持[11]。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

试验区 设 于 佳 木 斯 市莲江口镇(N46°55′0″,E130°18′33″)地处三江平原,主要研究农作物是水稻。属于温带大陆性季风气候,年均气温3℃,年均降雨量在500mm,无霜期130d左右,年均日照时数约2319.3h,冬长夏短,适宜农作物生长。

1.2 材料与方法

1.2.1 实验设计及样品采集

试验于室外水稻田进行。试验设4组处理,包括不施菌剂处理0～20cm(CK1)、不施菌剂处理20～40cm(CK2)、菌剂处理0～20cm(W1)、菌剂处理20～40cm(W2),每个处理设3个重复。土样于2020年秋季水稻田收割之后选取400m2施用菌剂并进行深翻,实验田中其余400m2用作对照样,于2021年4月水稻插秧之前进行取样,每个样地重复取4次,分0～20cm、20～40cm 2层取样,取回样品一部分放置于4℃冰箱保存,用于土壤微生物的分离培养实验,另为一部分样品风干,用100目筛子过筛,用于土壤理化性质的实验。

1.2.2 测定方法

1.2.2 .1 土壤微生物的测定方法

采用稀释平板培养法接种培养土壤微生物,在无菌条件下,将实验所需要使用的培养皿放进操作台,将事先准备好的无菌水及所有仪器放入操作台进行紫外灭菌处理同时打开灭菌和照明,计时20min。计时结束后将其关闭,打开酒精灯,消毒完毕后,打开用报纸包裹的灭过菌的培养皿,将准备好的细菌培养基倾倒在培养皿底部,真菌同理。结束后贴标签做标记,便于区分细菌和真菌。标记结束后,打开紫外灭菌5min,称量10g土样并做好标记,菌剂土样一层0～20cm,菌剂土样二层20～40cm,对照土样一层0～20cm,对照土样二层20～40cm。将称量准确的土样放入操作台,用酒精棉擦拭手部,同种操作稀释4倍,做好标记,用移液枪抽取稀释到10-4的土壤稀释液0.1mL滴到培养皿中,进行涂布接种,细菌和真菌分别涂布,全部涂布完成后,放入培养箱中进行培养。

1.2.2 .2 土壤碱解氮测定

碱解扩散法。

1.2.2 .3 土壤有机质测定

重铬酸钾氧化还原滴定法。

1.2.2 .4 水含量测定

烘箱干燥法测定。

1.2.2 .5 土壤pH值测定

取风干土样和超纯水以1∶2.5比例混合后震荡30min后利用pH计测定。

1.2.3 数据处理

实验数据用SPSS 26.0和Excel 16.0软件进行处理；运用Pearson计算真菌、细菌与土壤因子的相关性并进行单尾检验。

2 结果与分析

2.1 土壤微生物数目分析

本次实验中土壤细菌、真菌具体数量,如图1所示。

图1 土壤细菌、真菌总数量

由图1所得的数据可知,与对照相比,随着菌剂的施加土壤细菌、真菌数量均呈上升的态势,表现为土壤细菌变化幅度显著,但真菌变化幅度不明显,W1处理时土壤细菌、真菌数量最多分别为4200cfu·g-1、120cfu·g-1,与CK1微生物数量相差较大。CK2处理时土壤细菌真菌数量最少为1500cfu·g-1、40cfu·g-1。W1相较CK1土壤细菌数量增加121.05%、真菌增加100%,W2相较CK2土壤细菌数量增加80%、真菌增加150%。说明当耕地配施菌剂时,可以适当增加微生物的数量。CK1相较CK2土壤细菌数量增加26.67%、真菌增加50%,W1相较W2土壤细菌数量增加55.56%,真菌增加20%,以上数据说明施加微生物菌剂以及土壤深度的不同均会对微生物数量产生影响。

2.2 土壤基本理化性质分析

本报告以佳木斯连江口镇水稻土壤为研究对象,探究了施加菌剂及不同土壤深度对土壤含水率、pH、碱解氮、有机质的影响,如表1所示。

表1 土壤基本理化性质分析

由表1分析可知,W1碱解氮含量相较于CK1提高了14.48%,有机质提高了42.47%,含水量提高了9.09%,pH值减少了7.04%。W2碱解氮含量相较于CK2提高了10.80%,有机质提高了118.71%,含水量提高了11.52%,pH值减少了1.43%。CK1碱解氮含量相较于CK2提高了12.52%,有机质提高了114.19%,含水量提高了22.68%,pH值减少了7.04%。W1相较于W2碱解氮含量提高了16.25%,有机质提高了39.53%,含水量提高了20%,pH值减少了1.43%。本次实验中,W1处理时含水量、有机质、碱解氮含量最高分别为36g·cm-3、47.3g·kg-1、75.1g·kg-1,CK1处理时pH值最高为7.6。实验表明,与对照样相比较合理的利用菌剂对土壤含水量仅造成微量的影响,原因是影响土壤含水量的因素主要是与降水有关,配施菌剂并不能改变土壤中的水分,但土壤中碱解氮、有机质含量显著增加,说明菌剂的配施可改良土壤因子,进而可以深入的研究向着有利于土壤质量的方向进行土壤质量改善。

2.3 土壤微生物数量与土壤性状之间的相关分析

运用Pearson分析土壤微生物与理化性质相关性,如表2所示。

表2 土壤微生物与土壤理化因子相关性分析

由表2可知,细菌数量与有机质呈显著正相关(R＝0.900,P＜0.05),与碱解氮呈显著正相关(R＝0.934,P＜0.05),而与含水量、pH值并无显著相关性。土壤真菌数量与有机质呈显著正相关(R＝0.900,P＜0.05),真菌与含水量、碱解氮、pH值等土壤因子并无显著相关性。土壤微生物数目与土壤因子之间关系差异各有不同,总体来说微生物数量与土壤有机质、碱解氮之间表现出了较高的相关性,与含水量、pH之间却没有表现出明显的相关性。根据相关性分析可以看出水稻实验田中土壤有机质、碱解氮等土壤养分的提高是土壤微生物生长繁殖的重要条件,进一步说明微生物生长繁殖与土壤养分密切相关。

3 结论与讨论

如今不合理的农业管理、化肥和农药的大量配施,造成土壤板结、土壤养分减少等现象,严重影响粮食的产量、耕地面积以及农业的可持续发展。经综合评价得出,施用微生物菌剂处理下水稻土壤质量得到一定程度改善,同时,在一定程度上促进土壤微生物的生长繁殖。土壤养分是培肥地力的关键,是农业生态系统的重要内容,土壤养分的涵养是改善土壤质量的重心,特别是在培育发展地力、促进微生物生长繁殖等方面意义重大。土壤微生物能分解土壤中的动植物残体,形成有机质,是土壤生态系统健康稳固的根本,对植物生长、土壤环境均有一定响应。在长期施加农药、化肥的环境下,土壤营养流失、有机质含量降低等,为土壤质量安全和土壤的健康带来很大影响[12]。实验发现,适当施用微生物菌剂可以影响土壤微生物环境,提高土壤养分,使土壤理化性质得到改善[13,14]。

具体结论:施用菌剂可促土壤微生物生长繁殖,微生物数量在施加菌剂及不同土壤深度下表现不同,其随着土壤深度的增加而减少,并且与对照相比较施加菌剂处理的土壤细菌、真菌数量均呈上升的趋势,但真菌数量上升幅度不明显,W1处理时土壤细菌、真菌数量最多分别为4200cfu·g-1、120cfu·g-1,这与王明湖等研究结果类似[15]；与对照组相比,施用微生物菌剂后提高了碱解氮、含水量和有机质含量,降低了水稻土壤pH值,说明水稻土壤有小幅度的酸化,然而含水量的变化趋势相比于其他土壤因子变化幅度不明显,这是由于影响土壤含水量的因素主要是与降水有关,这与侯晓萌等研究结果类似[16]；W1处理土壤有机质、含水量、碱解氮含量最高,分别为47.3g·kg-1、36g·cm-3、75.1g·kg-1；土壤细菌与碱解氮、有机质呈显著正相关,土壤真菌数量与有机质呈显著正相关,其余土壤因子与土壤微生物并无显著关系,这与沙月霞等研究结果类似[17]。综上所述,菌剂的配施提高了土壤养分含量,显著改变了土壤微生物数量,说明了微生物生长繁殖与土壤养分密切相关,因此微生物菌剂在土壤改良中有广泛的应用前景。