不同減氮施肥模式對水稻土壤養分及可培養微生物數量的影響

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分及可培養微生物數量的影響，設置4個處理，對不同處理土壤養分和可培養微生物數量進行分析，比較不同施肥處理對土壤養分及可培養微生物數量的影響。結果表明：與不施肥（CK）相比，施肥處理土壤有機質、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）后有機質、pH、全鉀、有效磷、速效鉀含量都有所上升，30%氮肥+50%有機氮（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%有機氮（T3）施肥土壤中可培養細菌、真菌、放線菌，芽孢桿菌數量明顯提升。在水稻分蘗期，100%氮肥施肥（T1）土壤可培養真菌數量顯著性升高。在水稻成熟期，各處理間差異不明顯，水稻生長期間可培養木霉菌數量差異都不顯著。說明在稻菜輪作土壤中實施合理減氮施肥是減少養分累積、保持土壤養分穩定的重要措施。

關鍵詞：水稻；減氮施肥；土壤；養分含量；土壤微生物

中圖分類號：S3文獻標志碼：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重要農業種植方式之一，而施肥技術是稻菜輪作制作物產量和品質的重要保障措施。氮肥是影響作物生長的三要素之一，科學合理施用氮肥不僅對保障水稻產量、而且對提高稻米品質并減少氮素向環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]、環境污染[8-9]、增加土壤可溶性有機氮含量[10]等一系列環境問題。因此，研究不同減氮施肥模式對西南丘陵區稻菜輪作制對于提高農田生產力、保護環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中的效果，本研究在重慶市農業高科技園區內開展大田試驗，研究不同減氮施肥模式（不施氮肥、農民傳統施肥模式、20%氮肥減施模式，20%氮肥減施加有機肥替代模式）對稻田土壤養分及可培養微生物數量的影響，以期為西南丘陵區稻菜輪作制的低耗、增效提供理論和技術依據。

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），有效養分含量分別為46%、12%和60%，購自廣東天禾農資股份有限公司。土壤為水稻土，連續4年種植水稻，土壤容重為1.41 g/cm3，有機質為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試驗設計

試驗地點位于重慶市高科技園區（東經106°21′，北緯29°27′），試驗地進行試驗，種植模式以稻菜輪作為主。試驗設置4種施肥模式，即對照（CK）、100%氮肥（T1）、20%氮肥減施（T2）、30%氮肥+50%有機氮（T3），每處理重復3次，每小區面積12 m×7 m=84 m2，每一處理間設置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%有機氮（T3）施肥量分別為60、45、15 kg/hm2、有機肥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，運回實驗室用于測定可培養細菌、真菌、放線菌、木霉和芽孢桿菌。在水稻收獲期采集土壤，測定土壤有機質、全氮、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH。

1.4測定方法

土壤有機質測定參照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。

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

1.5數據分析

數據用Excle 2010和SPSS 20.0軟件處理，差異顯著性采用Duncun’s新復極差法進行多重比較分析。

2結果與分析

2.1對土壤養分含量的影響

土壤有機質含量是土壤特征的穩定因素之一，直接影響土壤有機氮的礦化和碳循環少[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）土壤有機質含量（圖1），在各施肥處理中，T1、T2、T3處理土壤有機質含量都有明顯的增加，其中T3處理土壤有機質含量最高，T1、T2、T3處理土壤有機質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質、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改變土壤理化性質。

2.2對土壤可培養微生物數量的影響

不同減氮施肥下，土壤可培養細菌數量在水稻苗期、分蘗期和成熟期存在一定差異。在水稻苗期，T3處理的可培養細菌數量明顯提升；在水稻分蘗期，CK處理的可培養細菌較其他處理差異顯著。CK、T1處理可培養細菌的數量呈先升后降的趨勢，而T2、T3處理呈現先降后升的趨勢，可見隨著水稻的生長T2和T3處理中可培養的細菌數量隨之增加，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處理土壤可培養真菌數量較其他處理差異顯著；在水稻分蘗期，T1處理的可培養真菌數量差異顯著。CK、T3處理可培養真菌的數量整體呈下降的趨勢，而T2處理呈現上升的趨勢，其中T3處理土壤中可培養真菌的數量下降最大，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處理增加了可培養的真菌數量。

不同減氮施肥下，在水稻苗期，與CK相比T3處理的可培養放線菌差異顯著。CK、T1處理可培養放線菌的數量整體呈上升的趨勢，T2、T3處理呈現先升后降的趨勢。其中T2處理土壤中可培養放線菌的數量由苗期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量有一定的增加作用。

不同減氮施肥下，可培養芽孢桿菌數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。

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

3結論

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質、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增加有機質、pH、全鉀、有效磷、速效鉀含量，而30%氮肥+50%有機氮施肥土壤全氮、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%有機氮施肥土壤中可培養細菌、真菌、放線菌，芽孢桿菌數量明顯提升。在水稻分蘗期，對照可培養細菌數量明顯上升，100%氮肥施肥量可培養真菌數量顯著性升高。在水稻成熟期，各處理間差異不明顯，水稻生長期間可培養木霉菌數量差異都不顯著。在稻菜輪作土壤中實施合理減氮施肥是減少養分累積、維持土壤養分穩定的重要措施。

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質、土壤有效磷和土壤堿解氮，而減量施肥與常規施肥土壤堿解氮和有效磷養分含量之間無顯著差異，但堿解氮隨著減肥幅度增加，土壤養分含量逐漸減少。姜麗偉等[15]研究了農戶模式、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氮殘留、有效磷和速效鉀含量的影響，結果表明，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分的影響。結果表明與習慣施肥（CF）相比，施肥減氮30%增施微生物菌劑處理的土壤有機質、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，在常規基肥的基礎上，設氮肥不同減量追施處理，研究減量施用氮肥對土壤養分的影響。結果表明：隨著氮肥減施比例的增加，土壤堿解氮、有機質、有效磷和速效鉀呈先升后降趨勢，當減施氮肥20%時，除葉球硝酸鹽含量呈降低趨勢外，其余各指標均達最大。本研究顯示，不同減氮施肥下，與對照（CK）相比，土壤有機質、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）試驗后有機質、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%有機氮（T3）處理存在顯著性差異，30%氮肥+50%有機氮（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部的鉀素儲備有關，土壤全鉀處在一個動態平衡的狀態。

4.2不同減氮施肥模式對水稻土壤可培養微生物數量的影響

土壤微生物是土壤中具有生命活力的重要有機物質，土壤微生物量明顯提高有利于土壤有機質分解、腐殖質形成、土壤養分轉化，進而推進土壤肥力的不斷改善[18]。向芬等[19]設置減氮55.6%處理，減氮27.8%，常規施肥，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菌菌落結構的影響，利用高通量測序平臺對不同減氮處理的土壤細菌群落結構進行分析，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，研究配施有機肥減氮對川中丘區玉米土壤微生物量碳的影響，結果表明配施生物有機肥減氮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境，促進玉米增產量。桂娟等[21]比較了灌溉方式（常規灌溉和節水25%）和施氮水平（常規高氮和減氮40%）對稻田土壤微生物的影響。結果表明：與常規灌溉相比，在水稻分蘗期，節水處理下土壤細菌、真菌、放線菌的生物量高于常規灌溉，而在水稻成熟期，相對應的變化趨勢則相反。本研究顯示，不同施肥處理下可培養微生物數量在水稻苗期、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，各處理可培養木霉菌數量沒有差異，30%氮肥+50%有機氮（T3）處理可培養細菌、真菌、放線菌，芽孢桿菌數量明顯提升，與其他處理相比顯著性差異。在水稻分蘗期，對照（CK）處理可培養細菌數量明顯提升，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）可培養真菌數量顯著性升高，而放線菌、芽孢桿菌則相反，各處理可培養木霉菌數量沒有差異。在水稻成熟期，各處理間差異不明顯，其中100%氮肥施肥量（T1）可培養細菌、芽孢桿菌數量最低，30%氮肥+50%有機氮（T3）可培養真菌、放線菌數量最低，各處理可培養木霉菌數量沒有差異。另外，水稻生長期間可培養木霉菌數量差異都不顯著，說明可培養木霉菌數量，不受施肥影響。

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