不同減氮施肥模式對水稻土壤養(yǎng)分及可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

張慧 余端 盧文才 馬連杰 廖敦秀

摘要：為了研究不同減氮施肥對水稻土壤養(yǎng)分及可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響，設(shè)置4個處理，對不同處理土壤養(yǎng)分和可培養(yǎng)微生物數(shù)量進(jìn)行分析，比較不同施肥處理對土壤養(yǎng)分及可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響。結(jié)果表明：與不施肥（CK）相比，施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀含量都有顯著性提高。20%氮肥減施（T2）后有機(jī)質(zhì)、pH、全鉀、有效磷、速效鉀含量都有所上升，30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3）施肥土壤中全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀含量都顯著性升高，各處理間土壤全鉀含量無顯著性差異。在水稻苗期，30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3）施肥土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌、放線菌，芽孢桿菌數(shù)量明顯提升。在水稻分蘗期，100%氮肥施肥（T1）土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量顯著性升高。在水稻成熟期，各處理間差異不明顯，水稻生長期間可培養(yǎng)木霉菌數(shù)量差異都不顯著。說明在稻菜輪作土壤中實施合理減氮施肥是減少養(yǎng)分累積、保持土壤養(yǎng)分穩(wěn)定的重要措施。

關(guān)鍵詞：水稻；減氮施肥；土壤；養(yǎng)分含量；土壤微生物

中圖分類號：S3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號：cjas2021-0036

Effects of Different Nitrogen Reduction Fertilization Models on Rice Soil Nutrients and the Number of Cultivable Microorganism

Zhang Hui， Yu Duan， Lu Wencai， Ma Lianjie， Liao Dunxiu

（Institute of Agricultural Resources and Environment Chongqing Academy of Agricultural Sciences， Chongqing 401329， China）

Abstract： To study the effects of different nitrogen reduction fertilization models on rice soil nutrients and cultivable microorganism quantity， four treatments were set up to analyze soil nutrients and cultivable microorganism quantity and compare the effects of different fertilization models. The results showed that compared with CK， the contents of soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， alkali-hydrolyzable nitrogen， available phosphorus and available potassium were significantly increased. The content of organic matter， pH， total potassium， available phosphorus and available potassium all increased after 20% nitrogen fertilizer reduction （T2）. 30% nitrogen fertilizer + 50% organic nitrogen （T3） fertilization could significantly increase the content of total nitrogen， total phosphorus， alkali hydrolyzable nitrogen， available phosphorus and available potassium in soil， but there was no significant difference among the treatments. In the rice seedling stage， the number of cultivable bacteria， fungi， actinomycetes and bacillus in the soil fertilized with 30% nitrogen + 50% organic nitrogen （T3） significantly increased. During the tillering stage of rice， the number of fungi that could be cultivated in soil increased significantly under 100% nitrogen fertilizer treatment （T1）. In the rice maturity period， the difference between the treatments was not obvious. There was no significant difference in the number of cultivable Trichoderma during rice growth. Therefore， it is an important measure to reduce the accumulation of soil nutrients and maintain their stable content by implementing reasonable nitrogen reduction fertilization in rice vegetable rotation soil.

Keywords： Rice； Nitrogen Reduction Fertilization； Soil； Soil Nutrient Content； Soil Microorganisms

0引言

稻菜輪作是西南丘陵區(qū)重要農(nóng)業(yè)種植方式之一，而施肥技術(shù)是稻菜輪作制作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要保障措施。氮肥是影響作物生長的三要素之一，科學(xué)合理施用氮肥不僅對保障水稻產(chǎn)量、而且對提高稻米品質(zhì)并減少氮素向環(huán)境排放等均具有十分重要的意義[1-2]。目前，稻菜輪作制比較突出的問題是氮肥用量過多，施用方式不合理，會引發(fā)N2O氣體增加[3]、秸稈含氮量增加[4]、含氮次生代謝物含量增加[5]、降低土壤pH[6]、土壤鹽漬化[7]、環(huán)境污染[8-9]、增加土壤可溶性有機(jī)氮含量[10]等一系列環(huán)境問題。因此，研究不同減氮施肥模式對西南丘陵區(qū)稻菜輪作制對于提高農(nóng)田生產(chǎn)力、保護(hù)環(huán)境等方面具有重要意義。

為探究不同減氮施肥模式在稻菜輪作制周年生產(chǎn)中的效果，本研究在重慶市農(nóng)業(yè)高科技園區(qū)內(nèi)開展大田試驗，研究不同減氮施肥模式（不施氮肥、農(nóng)民傳統(tǒng)施肥模式、20%氮肥減施模式，20%氮肥減施加有機(jī)肥替代模式）對稻田土壤養(yǎng)分及可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響，以期為西南丘陵區(qū)稻菜輪作制的低耗、增效提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

水稻品種為‘渝香203’，榨菜品種為‘涪榨5號’。化肥包括尿素（N）、過磷酸鈣（P2O5）和鉀肥（K2O），有效養(yǎng)分含量分別為46%、12%和60%，購自廣東天禾農(nóng)資股份有限公司。土壤為水稻土，連續(xù)4年種植水稻，土壤容重為1.41 g/cm3，有機(jī)質(zhì)為20.1 g/kg，全氮0.859 g/kg，全磷0.342 g/kg，全鉀11.6 g/kg，有效磷83.6 g/kg，有效磷21.2 g/kg，有效鉀50 g/kg。

1.2試驗設(shè)計

試驗地點位于重慶市高科技園區(qū)（東經(jīng)106°21′，北緯29°27′），試驗地進(jìn)行試驗，種植模式以稻菜輪作為主。試驗設(shè)置4種施肥模式，即對照（CK）、100%氮肥（T1）、20%氮肥減施（T2）、30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3），每處理重復(fù)3次，每小區(qū)面積12 m×7 m=84 m2，每一處理間設(shè)置0.5 m寬的田埂作為隔離帶。其中，榨菜是一次性施基肥，水稻分3次施肥，分別施基肥、分蘗肥、穗肥，其中對照（CK）不施肥，100%氮肥施肥量分別為（T1） 75、60、15 kg/hm2，20%氮肥減施（T2）施肥量分別為60、45、15 kg/hm2，30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3）施肥量分別為60、45、15 kg/hm2、有機(jī)肥200 kg/hm2。P2O5使用量為90 kg/hm2，K2O使用量為120 kg/hm2，其他日常管理均一致。

1.3樣品采集

在水稻苗期、分蘗期以及成熟期采集土樣測定土壤微生物，采用五點取樣法，用采集水稻植株周圍0～ 20 cm深度土壤，混勻，剔除活體根系、石塊等雜質(zhì)，運回實驗室用于測定可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌、放線菌、木霉和芽孢桿菌。在水稻收獲期采集土壤，測定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH。

1.4測定方法

土壤有機(jī)質(zhì)測定參照LY/T 1121.6—2006，全氮含量測定參照LY/T 1228—1999，全磷含量測定參照GB 9837—88，全鉀、速效鉀采用火焰光度法測定測定，堿解氮參照DB22/T 2270—2015，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法，pH測定參照NY/T 1377—2007。

土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量采用固體平板梯度稀釋涂布培養(yǎng)計數(shù)法測定[11]，吸取土壤稀釋液100μL至相應(yīng)平板，均勻涂布。總細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨（NA）培養(yǎng)基，放線菌采用高氏1號培養(yǎng)基，真菌采用孟加拉紅培養(yǎng)基，芽孢桿菌采用（LB）培養(yǎng)基，木霉采用木霉選擇性培養(yǎng)基[12]。

1.5數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excle 2010和SPSS 20.0軟件處理，差異顯著性采用Duncun’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較分析。

2結(jié)果與分析

2.1對土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤特征的穩(wěn)定因素之一，直接影響土壤有機(jī)氮的礦化和碳循環(huán)少[13]。與CK相比，不同施肥模式處理均明顯增加了稻田耕層（0～20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)含量（圖1），在各施肥處理中，T1、T2、T3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量都有明顯的增加，其中T3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，T1、T2、T3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比對照增加了14.78%、20.13%、39.00%。

不同減氮施肥下，土壤pH均呈現(xiàn)不同程度的酸化，土壤pH隨著氮肥用量的增加而降低，而有機(jī)肥的施用可使土壤pH有一定提升。不同減氮施肥處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀含量與對照（CK）有顯著性差異。不同處理間土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均以30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3）處理最高，分別為2.37 g/kg、1.76 g/kg。、230.4 mg/kg、54.6 mg/kg和34.5 mg/kg，其次是T2和T1。可見，不同減氮施肥下可在短期內(nèi)改變土壤理化性質(zhì)。

2.2對土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

不同減氮施肥下，土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量在水稻苗期、分蘗期和成熟期存在一定差異。在水稻苗期，T3處理的可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量明顯提升；在水稻分蘗期，CK處理的可培養(yǎng)細(xì)菌較其他處理差異顯著。CK、T1處理可培養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量呈先升后降的趨勢，而T2、T3處理呈現(xiàn)先降后升的趨勢，可見隨著水稻的生長T2和T3處理中可培養(yǎng)的細(xì)菌數(shù)量隨之增加，其中CK處理漲幅最大，由苗期1.83×106cfu/g到分蘗期的13.91×106cfu/g，其次T2處理的數(shù)量由苗期2.66×106cfu/g到分蘗期的6.61×106cfu/g。

不同減氮施肥下，在水稻苗期，T3處理土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量較其他處理差異顯著；在水稻分蘗期，T1處理的可培養(yǎng)真菌數(shù)量差異顯著。CK、T3處理可培養(yǎng)真菌的數(shù)量整體呈下降的趨勢，而T2處理呈現(xiàn)上升的趨勢，其中T3處理土壤中可培養(yǎng)真菌的數(shù)量下降最大，由苗期6.98×104cfu/g下降到成熟期的1.04×104cfu/g，其次是CK處理由苗期5.08×104cfu/g到成熟期的1.35×104cfu/g，而T2處理的數(shù)量由苗期3.53×104cfu/g上升到到成熟的4.86×104cfu/g。可見隨著水稻的生長T2處理增加了可培養(yǎng)的真菌數(shù)量。

不同減氮施肥下，在水稻苗期，與CK相比T3處理的可培養(yǎng)放線菌差異顯著。CK、T1處理可培養(yǎng)放線菌的數(shù)量整體呈上升的趨勢，T2、T3處理呈現(xiàn)先升后降的趨勢。其中T2處理土壤中可培養(yǎng)放線菌的數(shù)量由苗期1.28×105cfu/g上升到分蘗的9.65×105cfu/g，其次是T3處理由苗期3.25×105cfu/g上升到分蘗的9.51×105cfu/g。表明T2、T3處理在分蘗期時放線菌的數(shù)量有一定的增加作用。

不同減氮施肥下，可培養(yǎng)芽孢桿菌數(shù)量在水稻苗期和分蘗期存在顯著差異。CK、T1、T2、T3呈下降趨勢，其中T3處理下降幅度最大，由苗期17.63×105cfu/g到成熟期的1.25×105cfu/g；其次是T1處理由苗期7.79×105cfu/g到成熟期的0.57×105cfu/g。

各處理可培養(yǎng)木霉菌數(shù)量沒有差異。CK、T1、T2、T3呈先降后升趨勢，在苗期和分蘗期T1、T2、T3可培養(yǎng)木霉較CK均有所增長，其中T3較CK可培養(yǎng)木霉增長較多。

3結(jié)論

在稻菜輪作中，合理施用氮肥是保持土壤供肥能力的一個重要手段，長期不施氮肥會造成耕地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀含量的下降，而20%氮肥減施在一定范圍內(nèi)增加有機(jī)質(zhì)、pH、全鉀、有效磷、速效鉀含量，而30%氮肥+50%有機(jī)氮施肥土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀含量都顯著性升高。在水稻苗期，30%氮肥+50%有機(jī)氮施肥土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌、放線菌，芽孢桿菌數(shù)量明顯提升。在水稻分蘗期，對照可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量明顯上升，100%氮肥施肥量可培養(yǎng)真菌數(shù)量顯著性升高。在水稻成熟期，各處理間差異不明顯，水稻生長期間可培養(yǎng)木霉菌數(shù)量差異都不顯著。在稻菜輪作土壤中實施合理減氮施肥是減少養(yǎng)分累積、維持土壤養(yǎng)分穩(wěn)定的重要措施。

4討論

4.1不同減氮施肥模式對水稻土壤養(yǎng)分含量的影響

譚海燕等[14]表明不施肥可明顯的降低土壤有機(jī)質(zhì)、土壤有效磷和土壤堿解氮，而減量施肥與常規(guī)施肥土壤堿解氮和有效磷養(yǎng)分含量之間無顯著差異，但堿解氮隨著減肥幅度增加，土壤養(yǎng)分含量逐漸減少。姜麗偉等[15]研究了農(nóng)戶模式、減氮測控施肥、減氮測控施肥+壟膜溝播對旱地冬小麥土壤中硝態(tài)氮殘留、有效磷和速效鉀含量的影響，結(jié)果表明，減氮測控施肥和減氮測控施肥+壟膜溝播處理均可有效降低0～20 cm土壤中硝態(tài)氮殘留，且0～40 cm土壤中有效磷和速效鉀含量有明顯提高。朱倩倩等[16]采用田間小區(qū)滴灌栽培試驗，研究化肥減量微生物菌劑替代對新疆滴灌棉花對土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明與習(xí)慣施肥（CF）相比，施肥減氮30%增施微生物菌劑處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮及堿解氮含量均高于其余施肥處理。李躍飛等[17]以‘蘇甘25’為試驗材料，在常規(guī)基肥的基礎(chǔ)上，設(shè)氮肥不同減量追施處理，研究減量施用氮肥對土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明：隨著氮肥減施比例的增加，土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀呈先升后降趨勢，當(dāng)減施氮肥20%時，除葉球硝酸鹽含量呈降低趨勢外，其余各指標(biāo)均達(dá)最大。本研究顯示，不同減氮施肥下，與對照（CK）相比，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀含量都有顯著性提高。與100%氮肥施肥量（T1）相比，20%氮肥減施（T2）試驗后有機(jī)質(zhì)、pH、全鉀、有效磷、速效鉀含量都有所升高，而全氮、全磷、堿解氮有所下降，有效磷、速效鉀差異性顯著。100%氮肥施肥量（T1）與30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3）處理存在顯著性差異，30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3）處理全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀含量都顯著性升高。另外，土壤pH和土壤全鉀，試驗前后和各施肥處理之間的差異都不顯著，說明土壤全鉀的含量，不僅受施肥影響，更與作物吸收及土壤內(nèi)部的鉀素儲備有關(guān)，土壤全鉀處在一個動態(tài)平衡的狀態(tài)。

4.2不同減氮施肥模式對水稻土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

土壤微生物是土壤中具有生命活力的重要有機(jī)物質(zhì)，土壤微生物量明顯提高有利于土壤有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，進(jìn)而推進(jìn)土壤肥力的不斷改善[18]。向芬等[19]設(shè)置減氮55.6%處理，減氮27.8%，常規(guī)施肥，不施氮四個施氮水平，研究不同減氮模式對茶樹地下部分細(xì)菌菌落結(jié)構(gòu)的影響，利用高通量測序平臺對不同減氮處理的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，表明特異OTUs隨著施氮量逐漸增加而降低，減氮27.8%茶園土壤中細(xì)菌菌落多樣性較多，豐度較高。王興龍等[20]通過田間減施氮肥試驗，研究配施有機(jī)肥減氮對川中丘區(qū)玉米土壤微生物量碳的影響，結(jié)果表明配施生物有機(jī)肥減氮20%，可以提高玉米生育期土壤微生物量碳，改善植株根系生長環(huán)境，促進(jìn)玉米增產(chǎn)量。桂娟等[21]比較了灌溉方式（常規(guī)灌溉和節(jié)水25%）和施氮水平（常規(guī)高氮和減氮40%）對稻田土壤微生物的影響。結(jié)果表明：與常規(guī)灌溉相比，在水稻分蘗期，節(jié)水處理下土壤細(xì)菌、真菌、放線菌的生物量高于常規(guī)灌溉，而在水稻成熟期，相對應(yīng)的變化趨勢則相反。本研究顯示，不同施肥處理下可培養(yǎng)微生物數(shù)量在水稻苗期、分蘗期和成熟期存在一定差異。不同減氮施肥下，在水稻苗期，各處理可培養(yǎng)木霉菌數(shù)量沒有差異，30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3）處理可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌、放線菌，芽孢桿菌數(shù)量明顯提升，與其他處理相比顯著性差異。在水稻分蘗期，對照（CK）處理可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量明顯提升，與其他處理相比差異性顯著，與對照（CK）相比100%氮肥施肥量（T1）可培養(yǎng)真菌數(shù)量顯著性升高，而放線菌、芽孢桿菌則相反，各處理可培養(yǎng)木霉菌數(shù)量沒有差異。在水稻成熟期，各處理間差異不明顯，其中100%氮肥施肥量（T1）可培養(yǎng)細(xì)菌、芽孢桿菌數(shù)量最低，30%氮肥+50%有機(jī)氮（T3）可培養(yǎng)真菌、放線菌數(shù)量最低，各處理可培養(yǎng)木霉菌數(shù)量沒有差異。另外，水稻生長期間可培養(yǎng)木霉菌數(shù)量差異都不顯著，說明可培養(yǎng)木霉菌數(shù)量，不受施肥影響。

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