不同肥料對花崗片麻巖山地土壤微生物與有機質的影響

宋慶豐，楊新兵，王曉燕，畢可嬌，魯紹偉，張志杰

（1.河北農業大學 國家北方山區農業工程技術研究中心，河北 保定071000；2.北京林業大學，北京100083；3.內蒙古自治區氣象局，呼和浩特010051）

水、肥的嚴重匱乏是該地區植被恢復的限制性因子。水是干旱半干旱地區進行森林植被建設的第一個關鍵性限制因素，則土壤狀況同時也成為干旱半干旱地區進行森林植被恢復的關鍵限制性因素。土壤微生物對植物有效養分起著儲備庫和源的作用，對土壤碳、氮、硫的植物有效性產生深刻的影響。隨著土層的加深，其有機質含量遞減，供給土壤微生物養分的能力下降，土壤的微生物活性逐漸減少，其表現為A層土壤大于B層土壤［1］。不同肥料處理對土壤中微生物種類和數量影響不同，有機肥和無機肥配施能有效提高土壤微生物數量，改善土壤環境。施廄肥、綠肥等有機肥有利于維持土壤微生物的多樣性及活性。與單施有機肥和尿素相比，兩種肥料混合施用可提高土壤全氮含量。在有機肥處理、尿素處理和配施3種處理間的比較，微生物數量均表現為配施最大，有機肥次之，尿素最小［2］。有研究表明土壤微生物數量與土壤理化性質、土壤肥力呈正相關［3］。許多研究同時也證明了土壤微生物與土壤有機質、全氮等具有顯著的相關性［4］。本研究從提高土壤肥力來探討不同材料對土壤性狀的影響，獲取對土壤性狀改良最佳的措施，為加快華北土石山區植被恢復提供技術支持。

1 研究區概況

試驗設在河北平山縣崗南鎮石盆峪村，位于太行山中斷東麓滹沱河沿岸山西臺地與華北平原的過渡地帶［5］，河北省平山縣是石家莊市山區農業大縣，是國家批準的環京津、環渤海開放縣之一。自古以來，平山的自然地貌素有“八山一水一分田”之說，其環境復雜，地貌類型多樣，亞高山、中山、低山、丘陵地占全縣總面積的80%［6］。該地貌類型屬于低山丘陵區，海拔小于300m。中間有階地、谷地等地貌類型。土壤類型屬于褐土性亞類，主要有以下幾種土壤類型。一是非耕種花崗片麻巖褐土性土屬。分布于海拔1 300m以下的中山、低山、丘陵、陽坡，表層有機質0.36～1.61%，全氮含 量 0.023%～0.105%，全 磷 含 量0.01% ～0.031%，碳酸鈣0.28%～1.92%，砂礫量24.4%～51.23%，pH值6.4～7.9。土層薄，不足30cm，侵蝕嚴重，肥力低下。代表土種為花崗片麻巖薄層多礫砂壤質性褐土。二是非耕種頁巖褐土性土屬。分布于石灰巖區，僅頁巖薄層多礫輕壤質褐土性土種，土層少于25cm，石灰反應不明顯，pH值7.3～7.4，表層有機質1.67%，全氮含量0.098%，全磷含量0.023%。三是花崗片麻巖褐土性土屬。只有花崗巖片麻巖薄層壤質褐土性土種，表層有機質0.38%，全氮含量0.031%，全磷含量0.016%，pH8.5，石灰量1.5%，礫石41.1%。

2 研究內容與方法

2.1 研究內容

本研究主要是系統研究施肥對平山土石山區貧瘠土壤狀況的改良效果，在此基礎上揭示土壤性狀改良的因素，進而對實驗區土壤管理措施進行指導，為當地的土壤利用提供理論依據。本研究是用新型肥料（緩釋復混肥、生物有機肥和微生物菌劑）對土壤微生物影響比較。

2.2 研究方法

肥料于2008年4月初作為基肥與土壤混勻施入坑穴，穴的半徑為25cm，每穴栽植1棵1年生山杏幼苗，每個處理栽植10棵山杏幼苗，以不施用任何材料作為對照（CK）。以魚鱗坑整地方式進行3種新型肥料試驗。

2.2.1 實驗方案設計 緩釋復混肥（簡稱SF）采用單因子隨機區組試驗設計，5個處理的施肥量分別為50，100，150，200，300g／穴，其分別用 SF1、SF2、SF3、SF4、SF5表示。生物有機肥（簡稱BF）采用單因子隨機區組試驗設計，5個處理的施肥量分別為500，1 000，1 500，2 000，2 500g／穴，其分別用BF1、BF2、BF3、BF4、BF5表示。微生物菌肥（簡稱 MA）采用單因子隨機區組試驗設計，5個處理的施肥量分別為 50，100，150，200，300g／穴，分 別 用 MA1、MA2、MA3、MA4、MA5表示。

2.2.2 土壤分析方法 土壤微生物測定于2008年9月下旬取樣，0－20cm為表層，20－40cm為深層，用布袋取樣，每個處理分別取表層和深層土樣各3個，取回的新鮮土樣在0～4℃冰箱保存，以備分析。土壤微生物數量采用稀釋平板計數法測定；土壤有機質采用磷酸浴消煮重鉻酸鉀－濃硫酸消化滴定方法。

3 結果與分析

3.1 土壤微生物分析

3.1.1 緩釋復混肥對土壤微生物的影響 在森林生態系統中，土壤微生物是生態系統的重要成員之一，它參與了生態系統的物質和能量的循環，是土壤中最活躍的部分，對林木營養有著重要的意義。土壤具備微生物生活所需的各種條件，是微生物生活和繁殖的良好場所。土壤中廣泛分布著數量眾多的微生物，重要的類群有細菌、放線菌、真菌、藻類和原生生物［6］。本研究主要觀察不同肥料對土壤中真菌、細菌和放線菌的數量影響。

由表1可以看出在表層土壤中，緩釋復混肥處理可增加細菌數量，不同程度的降低真菌數量，而對放線菌數量的影響成一種波動狀態。綜合比較，在SF2處理后土壤中微生物總數達到最大值。

表1 緩釋復混肥不同處理微生物數量

在深層土壤中，各處理中細菌數量均與對照組有不同程度的顯著性差異，真菌數量除SF2、SF5處理中受到抑制外其他各處理與對照組差異均不顯著，而放線菌的數量在各處理中呈上下波動狀態，與對照組相比各處理差異性都不顯著。綜合來看，在SF2處理后微生物數量達到最大。

3.1.2 生物有機肥對土壤微生物的影響 由表2可以看出，在表層土壤中生物有機肥處理會顯著增加細菌數量，顯著降低真菌數量，放線菌數量在各處理間呈波動狀態。綜合比較，BF4處理使土壤中微生物總量達到最大值，它是生物有機肥處理土壤中最優使用量。

在深層土壤中，生物有機肥處理對細菌數量有明顯的促進作用，對真菌數量有抑制作用但只有BF4、BF5處理與對照組差異顯著，對放線菌數量有抑制作用，但與對照相比差異性并不顯著。綜合比較，BF1處理時深層土壤微生物數量最高。

表2 生物有機肥不同處理微生物數量

3.1.3 微生物菌劑對土壤微生物的影響 微生物菌劑處理土壤后與前兩者規律相似（如表3），與對照相比。在表層土壤中，細菌數量都有增加，真菌數量都不同程度的減少且與對照組都具有顯著性差異，放線菌數量都有不同程度的降低。在微生物菌劑的處理中，MA2對土壤的處理使土壤中微生物的總量大到最大，MA1最小。

在深層土壤中，微生物菌劑不同處理會促進土壤中細菌的生長和發育，增加細菌數量；對真菌數量的影響呈波動狀態，但與對照組相比差異性并不顯著；而不同處理會不同程度的抑制放線菌的生長發育，而各處理與對照組之間的差異性亦不顯著。綜合而言，在MA3處理時，深層土壤中微生物總數量最大。

3.2 土壤有機質分析

3.2.1 緩釋復混肥對土壤有機質的影響 緩釋復合肥系以快速有效化處理的優質有機肥為基礎，與經緩釋技術處理的化學肥料復合而制得的養分結構型非包膜緩釋肥料［7］。它是一類養分資源利用率高、環境污染小的新型肥料。如圖1所示，與CK處理相比，土壤有機質含量顯著受緩釋復混肥各處理的促進，隨著施肥量的增加，有機質含量不斷增加，在SF3處理達最大值，較CK增加了104%，但隨后又急劇下降，SF5處理和SF2處理叫SF3處理次之。

表3 微生物菌劑不同處理微生物數量

圖1 不同施肥對土壤有機質影響注：SF代表緩釋復混肥；BF代表生物有機肥；MA代表微生物菌劑

3.2.2 生物有機肥對土壤養分的影響 生物有機肥是有機固體廢物（包括有機垃圾、秸稈、畜禽糞便、餅粕、農副產品和食品加工產生的固體廢物）經微生物發酵、除臭和完全腐熟后加工而成的有機肥料。長期施用生物有機肥可顯著提高土壤有機質、全氮、堿解氮的含量，提高土壤肥力［8］。從圖1可以看出，與CK處理相比，施用生物有機肥能顯著提高土壤有機質含量，土壤有機質在BF4處理達最大，較CK分別提高了906%，這主要是因為生物有機肥中含有大量的有機質，所以在此處土壤有機質含量是所有施肥處理中最高的。在BF3和BF5出，均出現了降低的趨勢，可能繼續增加生物有機肥施用量，會再次出現一個土壤有機質含量的高峰。但本次5個梯度處理，BF4處理對土壤養分的改善效果最理想。

3.2.3 微生物菌肥對土壤養分的影響 微生物菌劑俗稱菌肥，是從土壤中分離出的有益微生物，經過人工選育與繁殖后制成的菌肥，是一種輔助性肥料。施用后通過菌肥中微生物的生命活動，借助其代謝過程或代謝產物，以改善土壤化學性狀，提高土壤肥力。從圖1可以看出，施用微生物菌肥后土壤有機質顯著高于CK處理，隨著施入量的增加，土壤有機質含量緩慢的升高，在MA3處達最大值，隨后又緩慢的下降。表明施用微生物菌肥對各處理土壤有機質含量增加有促進作用。

3.3 促成片麻巖風化中土壤微生物與有機質關系

土壤微生物數量與土壤養分含量之間呈顯著相關關系［9］。有機質含量高的土壤，微生物數量大，生物活性強，生化反應強烈，土壤中的速效養分含量高［10］。通過圖2可以看出，隨著有機質的增加，微生物數量呈上升趨勢。但是在土壤有機質增加緩慢時，微生物數量不穩定，沒有明顯的規律可循，但總體呈現波動上升趨勢，YJ1與YJ3土壤有機質含量差別很大，在此處可以明顯的看出微生物數量陡然升高，在YJ3之后各個處理上，有機質變化差均比YJ1之前的幾個處理之間的變化差大，所以在YJ3之后可以明顯的看出土壤微生物數量呈上升趨勢。綜上所述，利用不同施肥方式對片麻巖促成風化過程中，伴隨著風化土壤中有機質含量的增高，土壤中微生物數量也隨之上升，土壤微生物對土壤的改善具有重大的作用。土壤微生物的代謝產物以及真菌的菌絲等可以粘結土體，促進土壤團粒結構的形成，從而改善土壤的結構性，提高土壤保水保肥能力。

圖2 不同處理土壤有機質和微生物的變化

4 結論

土壤細菌數量與土壤養分含量、速效氮和速效磷含量呈正相關，且基本達到顯著或極顯著水平；土壤細菌數量與土壤速效鉀含量呈負相關，表明土壤細菌對土壤結構和作物N、P營養有較大的貢獻，體現出細菌對土壤生物過程和土壤肥力形成中占據著重要或突出的地位［11］。透視土壤微生物直接參與土壤有機質和無機物轉化的重要活動，其數量的多少直接或間接地影響土壤養分循環的速率。3種新型肥料均能不同程度上增加風化土壤中微生物數量和風化土壤中有機質含量，伴隨著土壤有機質的增加，土壤微生物呈現上升趨勢，土壤微生物對土壤的改善具有重大的作用。土壤微生物的代謝產物以及真菌的菌絲等可以粘結土體，促進土壤團粒結構的形成，從而改善土壤的結構性，提高土壤保水保肥能力。根據熊英的報道，真菌與多數土壤養分呈負相關關系，其數量的減少并沒有說明土壤養分和肥力的降低，而是表明土壤理化性質和土壤養分供應得到了改善［12］。

［1］ 向仕敏，陸梅，徐柳斌，等.5種林分類型林地土壤氮含量與其土壤微生物學性質的研究［J］.西部林業科學，2008，37（1）：41－45.

［2］ 姬興杰，楊穎穎，熊淑萍，等.不同肥料對土壤微生物數量及全氮時空變化的影響［J］.中國生態農業學報，2008，16（3）：576－582.

［3］ 胡海波，張金池，高智慧，等.巖質海岸防護林土壤微生物數量及其與酶活性和理化性質的關系［J］.林業科學研究，2001，15（1）：88－95.

［4］ 柯明哲.廈門市坂頭林場森林土壤微生物生態分布研究［J］.福建林業科技，2000，27（1）：5－9.

［5］ 孫硯峰.河北平山濕地水鳥群落結構及黑鸛的覓食生境選擇［D］.石家莊：河北科技大學，2006.

［6］ 關松蔭.土壤酶活性及其研究法［M］.北京：農業出版社，1986.

［7］ 王正銀，葉學見，葉進，等.綠色控釋多養分肥料生產方法［P］.中華人民共和國國家知識產權局發明專利公報，2005，21（1）：162.

［8］ 王立剛，李維炯，邱建軍，等.生物有機肥對作物生長、土壤肥力及產量的效應研究［J］.土壤肥料，2004（5）：12－16.

［9］ 許景偉，王衛東，李成.不同類型黑松混交林土壤微生物、酶及其土壤養分關系的研究［J］.北京林業大學學報，2000，22（1）：51－55.

［10］ 薛立，陳紅躍，畢鴻雁.馬占相思純林及柚木純林土壤養分、微生物和酶活性的研究［J］.華南農業大學學報：自然科學版，2002，23（2）：93.

［11］ 蔡曉布，彭岳林，薛會英，等.不同培肥方式對西藏中部退化土壤微生物的影響研究［J］.中國生態農業學報，2004，12（1）；108－110.

［12］ 熊英，鄧福英，唐慶蘭，等.萬鶴山鷺鳥保護區土壤微生物優勢類群生態分布的研究［J］.廣西農業生物科學，2005，24（1）：58－62.