不同保水措施對退化干旱山地新植核桃園土壤養分和微生物的影響

劉 洋, 史薪鈺, 陳夢華, 李保國, 齊國輝, 張雪梅

(1.河北農業大學 林學院, 河北 保定 071000; 2.河北省核桃工程技術研究中心, 河北 臨城 053400)

不同保水措施對退化干旱山地新植核桃園土壤養分和微生物的影響

劉 洋1,2, 史薪鈺1,2, 陳夢華1,2, 李保國1,2, 齊國輝1,2, 張雪梅1,2

(1.河北農業大學 林學院, 河北 保定 071000; 2.河北省核桃工程技術研究中心, 河北 臨城 053400)

摘要：[目的] 探索退化干旱山地不同保水措施對土壤理化特征的影響，為北方干旱退化山區土壤環境改良提供科學依據。 [方法] 以太行山新墾片麻巖山地新植核桃園為試材，進行保水劑、玉米秸稈覆蓋和地膜覆蓋等保水措施的不同組合處理，研究土壤養分和微生物數量的變化。 [結果] 秸稈覆蓋能顯著提高土壤養分含量和微生物數量。細菌、放線菌數量和有機質、全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀含量較對照分別提高了14.04%，17.42%，25.53%，60.29%，25.90%，15.31%，143.67%和51.44%。保水劑使得土壤養分含量和微生物數量略有下降。地膜覆蓋降低了土壤細菌、真菌、放線菌、纖維素分解菌數量和有機質、全氮、全磷含量，較對照分別降低了27.19%，21.0%，10.11%，31.07%，1.11%，22.06%和6.06%，卻提高了土壤全鉀、有效磷、速效鉀含量，較對照分別提高了12.6%，9.65%，8.09%。多元組合處理對土壤養分含量和微生物數量的影響相互之間差異較大；而保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋的組合并沒有達到最佳效果；在所有處理中，保水劑+秸稈覆蓋的組合對土壤的改良效果最好，與對照相比，提高土壤細菌、放線菌數量和有機質、全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀含量分別達16.67%，3.37%，6.64%，92.65%，12.67%，1.8%，94.25%和105.76%。 [結論] 土壤養分、微生物數量與土壤水熱氣狀況密切相關；保水措施在改變土壤水熱氣狀況的同時，也改變了土壤養分和微生物數量。

關鍵詞：干旱山地; 土壤保水措施; 土壤養分; 土壤微生物

中國是一個嚴重干旱缺水的國家，人均水資源量僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源非常貧乏的國家之一[1-2]。這種狀況在北方山區更為嚴峻。水資源嚴重不足是制約北方干旱退化山區綜合治理的主要因素。減少土壤水分散失是緩解水資源短缺矛盾的有效途徑。核桃是近年北方干旱山區發展速度非常快的重要經濟林樹種，是山區農民脫貧致富的主要農業支柱產業。土壤水分是核桃幼樹栽植成活的限制因素。在北方干旱山地栽植果樹或農作物時使用保水劑[3-6]，采取地面覆蓋措施等[7-9]可以減少土壤水分蒸發，還具有調節地表溫度[10]，改善土壤理化性狀[11]，防止水土流失和顯著提高栽植成活率的作用。但是，對保水劑和覆蓋措施綜合作用效果的研究還鮮見報道。為此，本研究以太行山東麓退化干旱山地的平山縣葫蘆峪農業科技有限公司的新植核桃園為試材，研究不同保水措施對土壤養分和微生物數量的影響，為探索北方山地果園的最佳土壤保水模式以及北方干旱退化山區土壤環境改良提供科學依據。

1材料與方法

1.1　試驗地概況

試驗地設在河北省中部太行山東麓、滹沱河上游的平山縣葫蘆峪農業科技有限公司的核桃基地。地理位置為東經114°5′38″—114°7′33″，北緯38°26′5″—38°27′47″。該地區屬暖溫帶半干旱季風大陸性氣候，四季分明，季節性強，光照充足，降水量偏少，夏暑冬寒，溫差較大。年平均氣溫12.7 ℃。年最熱月份是7月，平均氣溫26.3 ℃；最冷月份是1月，平均氣溫-8.2 ℃。年較差29.5 ℃。無霜期平均180 d。

1.2　試驗設計與試驗方法

試驗設常規栽植(CK)、栽植坑內施用保水劑(B)、秸稈覆蓋(J)、地膜覆蓋(D)、栽植坑內施用保水劑+秸稈覆蓋(B+J)、栽植坑內施用保水劑+地膜覆蓋(B+D)、秸稈覆蓋+地膜覆蓋(J+D)、栽植坑內施用保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋(B+J+D)共8個處理。每處理每個小區10株樹，隨機區組排列，3次重復。保水劑為2013年4月由北京漢力淼新技術有限公司購進的XL(粒徑4～6 mm)型保水劑；秸稈為粉碎的3 cm長玉米秸稈；地膜為普通農用地膜。于2014年4月10日栽植嫁接核桃苗，品種為綠嶺，苗木規格為一級大苗。栽種時開挖深和寬為40 cm×40 cm的栽植坑，先將保水劑(用量為50 g/株，使用前1 d加入80～100倍的水使其吸漲)施入栽植坑內，再栽種核桃苗，栽好后充分灌水，之后覆蓋秸稈(覆蓋厚度為10 cm左右)、地膜，地膜覆于秸稈之上。小管出流的出水管置于地膜下，便于灌水。各處理試驗期間采用相同的管理措施,不施肥。2014年8月5日每個小區每處理設3個取樣點，采取0—20 cm土層土樣，將每個小區內的3個土樣均勻混合，剔除石礫及植物殘茬等雜物，一部分新鮮土樣用于測定土壤微生物數量，另一部分土壤風干、過篩,用于測定土壤理化性質。

1.3　測定內容及方法

(1) 土壤理化性質測定。土壤水分采用烘干法；土壤pH值采用電位計法測定[12]。土壤養分含量測定：土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法[13]；全氮采用凱氏定氮法；全磷采用鉬銻抗比色法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；全鉀和速效鉀采用火焰光度法[14]。

(2) 土壤微生物數量測定。土壤微生物采用平板計數法，細菌、真菌、放線菌、纖維素分解菌所用培養基分別為牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基、馬丁氏培養基、高氏1號培養基、CMC-Na瓊脂培養基[14]。

2結果與分析

2.1　不同保水措施對土壤有機質和礦質元素的影響

不同土壤保水措施處理的土壤有機質和大量礦質元素狀況詳見表1。從表1可見，除保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋的處理外，有秸稈覆蓋的處理均顯著增加了0—20 cm土層的土壤有機質含量；保水劑處理和地膜覆蓋處理則相反，均減少了0—20 cm土層的土壤有機質含量；保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋的處理突出強化了保水劑、地膜覆蓋的疊加作用，極顯著減少了0—20 cm土層的土壤有機質含量。有秸稈覆蓋的處理0—20 cm土層的土壤全氮含量均極顯著高于對照，保水劑處理和地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤全氮含量均低于對照，但差異不顯著。有秸稈覆蓋的處理0—20 cm土層的土壤全磷含量均極顯著或顯著高于對照；保水劑處理和地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤全磷含量均低于對照。除保水劑+地膜覆蓋、保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋處理外，其他處理0—20 cm土層的土壤全鉀含量均極顯著或顯著高于對照。保水劑處理0—20 cm土層的土壤全鉀含量極顯著高于對照，秸稈覆蓋和地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤全鉀含量均顯著高于對照；保水劑+地膜覆蓋和保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤全鉀含量均低于對照，保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋處理與對照差異顯著。有秸稈覆蓋的處理0—20 cm土層的土壤有效磷含量均極顯著高于對照，其中秸稈+地膜處理0—20 cm土層的土壤有效磷含量最高；地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤有效磷含量也高于對照，但差異不顯著；保水劑和保水劑+地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤有效磷含量均低于對照，差異不顯著。有秸稈覆蓋的處理0—20 cm土層的土壤速效鉀含量均極顯著高于對照；地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤速效鉀含量也高于對照，但差異不顯著；保水劑+地膜覆蓋處理極顯著低于對照，保水劑處理土壤速效鉀含量也低于對照，但差異不顯著。

表1　不同土壤保水措施處理后0-20 cm土層的土壤有機質與N，P，K含量　mg/kg

注：表中數值為平均值+標準差；不同大寫字母表示在0.01水平上差異極顯著，不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

2.2　不同土壤保水措施對土壤微生物數量的影響

不同土壤保水措施處理的土壤微生物數量詳見表2。從表2可見，有秸稈覆蓋的處理0—20 cm土層的土壤細菌數量均極顯著高于對照，其中保水劑+秸稈覆蓋處理0—20 cm土層的土壤細菌數量最多。各處理0—20 cm土層土壤真菌數量均極顯著低于對照，其中秸稈覆蓋+地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤真菌數量最少。

除保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋處理外，其他有秸稈覆蓋的處理0—20 cm土層的土壤放線菌數量均高于對照，沒有秸稈覆蓋的處理均低于對照。秸稈覆蓋+地膜覆蓋和保水劑+秸稈覆蓋+地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤纖維素分解菌數量均高于對照，但差異不顯著；其他處理均低于對照，其中保水劑+地膜覆蓋處理0—20 cm土層的土壤纖維素分解菌數量最少。

表2　不同土壤保水措施處理后0-20 cm土層的土壤微生物數量

2.3　土壤微生物、養分之間相關性分析

土壤微生物、養分之間相關性分析結果如表3所示。

從表3可知，放線菌數量與有機質、有機質與全磷、全磷與有效磷、有效磷與速效鉀均呈極顯著相關關系；細菌與纖維素分解菌、細菌與全磷、細菌與速效鉀、真菌與全氮、放線菌與全磷、放線菌與有效磷、有機質與有效磷、全磷與速效鉀均呈顯著相關關系。

表3　土壤微生物和養分相互之間相關性分析

注：**表示在0.01水平上顯著相關； *表示在0.05水平上顯著相關。

3討論與結論

(1) 早在2000年前的西漢時期就有關于秸稈覆蓋使莊稼增收的記載[15]。秸稈覆蓋所需的生物材料取材方便，操作簡單，省時省工，對土壤有較好的培肥改良作用，有利于改善土壤的生態環境從而促進植物的生長。王中堂等[11],Nie[16]，謝文等[17]研究也表明，有機物覆蓋可提高土壤養分含量。本試驗中，有秸稈覆蓋的處理土壤養分含量均有不同程度的增高。秸稈分解可以增加土壤有機質和腐殖質含量，有機質和腐殖質的分解又可以增加其它養分含量，這是一個連續的過程。施加保水劑的處理，各養分含量均有所下降，原因可能是保水劑促進植物生長，加快了養分從土壤到植物的轉移速率，從而降低了土壤養分；也可能是保水劑有吸肥、保肥的功效，保水劑將土壤中的養分吸收到自己體內，從而降低了土壤中的養分含量。本試驗首次將保水劑、秸稈和地膜進行組合，其對土壤養分的影響是復雜的、連續的。土壤養分含量變化差異可能與不同土壤保水措施處理后造成的土壤水分、溫度、微生物數量、土壤酶活性和根系生長等具體狀況不同有關。保水劑、秸稈覆蓋和地膜覆蓋的各種組合處理對土壤養分的影響不僅僅是單一處理的累加效果，而是相互疊加后所起的綜合效果，是復雜的、連續的和相互的。

(2) 土壤微生物是土壤生態系統中極其重要和最為活躍的部分，能夠參與有機質分解、腐殖質形成、養分轉化和循環等各個生化過程，對土壤結構尤其是團聚體形成及其穩定性起著決定作用[14,18]。土壤微生物的種類、數量及變化在一定程度上影響土壤養分供給狀態和有效性；反過來，土壤養分狀況也會影響土壤微生物的變化，二者存在一定的聯系，有機質含量高，其土壤中微生物數量也多。本試驗中放線菌數量與有機質含量呈極顯著相關關系，這與上述研究結果一致。一些研究[19-20]結果表明，秸稈覆蓋可以提高土壤表層0—20 cm的微生物數量，尤其是氨化細菌、真菌和放線菌的數量。本試驗中，有秸稈覆蓋的各處理在不同程度上提高了細菌和放線菌的數量，這與前人的研究結果相一致。地膜覆蓋處理的土壤細菌、真菌、放線菌和纖維素分解菌數量均低于對照，這可能是該地區絕大多數微生物屬于中溫型微生物，其繁殖最適宜溫度在20～40 ℃，在夏季，無任何處理的土壤表層溫度就在40 ℃以上，地膜覆蓋使得土壤表層溫度高于對照，高溫降低了微生物繁殖速率；如果是在春秋季節，結果可能就會相反。

(3) 土壤保水措施對土壤的改良作用是一個長期和連續的過程。特別是一年中不同時期不同保水措施處理的土壤有機質、微生物多樣性及土壤理化性狀等指標變化的機理及相互關系，應需進一步研究和探討。

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Effects of Different Water Conversation Measures on Soil Nutrients and Microorganisms in Newly Planted Walnut Orchard in Degraded Drought Mountain Land

LIU Yang1,2， SHI Xinyu1,2， CHEN Menghua1,2， LI Baoguo1,2， QI Guohui1,2， ZHANG Xuemei1,2

(1.CollegeofForestry,AgriculturalUniversityofHeibei,Baoding,Heibei071000，China; 2.ResearchCenterforWalnutEngineeringandTechnologyofHebei,Lincheng,Heibei053400，China)

Abstract：[Objective] For the purpose of finding a well-behaved soil improvement method in degraded drought mountain lands, the influences of different soil and water conversation measures on soil physical and chemical properties were illustrated. [Methods] Coneventional planting(contrast) and combined mulching treatments of water retention agent, maize straw and plastic film were designed in a newly planted walnut orchard in the drought gneiss area in Hebei Taihang Mountain in order to research their effects on soil nutrients and microorganisms. [Results] Soil nutrient content and microorganism population increased significantly under straw mulch as compared with the contrast. Amounts of soil bacteria and actinomycetes, soil organic matter content, soil total N, total P, total K, effective P and available K increased by 14.04%，17.42%，25.53%，60.29%，25.90%，15.31%，143.67% and 51.44% respectively. Soil nutrient content and microorganism population declined slightly under water retention agent treatment. As compared with the contrast, the quantities of soil bacteria, fungi, actinomycetes, cellulose decomposing bacteria and the contents of soil organic matter, total N, total P decreased under plastic film mulching decreased by 27.19%, 21.0%, 10.11%, 31.07%, 1.11%, 22.06% and 6.06%; the contents of total K, effective P and available K, increased by 12.6%, 9.65% and 8.09%, respectively. The effects of combined treatments on soil nutrient contents and microorganism population were differently greatly. The most effective treatment on soil nutrients and soil microorganism amounts was not the combined treatment of water retention agent, straw and plastic film were as expected. The best measure was the combined mulching of water retention agent and maize straw. As compared with the contrast, the quantities of soil bacteria and actinomycetes, and the contents of soil organic matter, total N, total P, total K, effective P and available K, increased by 16.67%, 3.37%, 6.63%, 92.64%, 12.67%, 1.8%,94.25%, and 105.76%, respectively. [Conclusion] Soil nutrient and microorganism population closely interacted with soil moisture, heat, air condition. Soil and water conversation measures can change moisture, heat, and air condition of soil. Through this, mulching can indirectly change soil nutrient and microorganism population.

Keywords:drought mountain; soil and water conversation; soil nutrient; soil microorganism

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)04-0218-05

中圖分類號：S664.1

通信作者：李保國(1958—),男(漢族),河北省武邑縣人,教授,博士生導師,主要從事經濟林栽培生理、山區開發技術研究及經濟林栽培教學工作。E-mail:lbg888@163.com。

收稿日期：2014-10-30修回日期：2014-11-23

資助項目：國家“十二五”科技計劃項目“西北區核桃高效生產關鍵技術研究與示范”(2013BAD14B0103); 河北省科技計劃項目(14236811D)； 林業公益行業科研專項(201504408)

第一作者：劉洋(1991—),男(漢族),河北省高陽縣人,碩士研究生,研究方向為經濟林栽培生理。E-mail:1203110893@qq.com。