施肥對(duì)黑土自身轉(zhuǎn)化的影響

阿勒泰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境工程技術(shù)教研室 于洪艷

黑土是世界寶貴的土壤,在100-300年前，聰明的中國(guó)人就發(fā)現(xiàn)了黑土資源的寶貴，但隨著開(kāi)墾年限的增加，黑土自身的優(yōu)勢(shì)大幅下降[1-9]。土壤自身氮素的轉(zhuǎn)化包括固氮、氨化、硝化及反硝化作用，這些過(guò)程都是由相關(guān)的微生物來(lái)完成的。不同的培肥方式能夠影響到土壤中微生物的組成和活性，從而影響土壤中氮素的轉(zhuǎn)化。本試驗(yàn)通過(guò)不同的培肥方式研究黑土自身的氮素轉(zhuǎn)化強(qiáng)度和微生物活性，探討黑土氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律，為我國(guó)黑土資源保護(hù)性開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)參考。

一、試驗(yàn)材料及方法

（一）試驗(yàn)地概況

哈爾濱市香坊區(qū)試驗(yàn)基地作為本次試驗(yàn)的土壤取樣地點(diǎn)，能夠代表松嫩平原黑土當(dāng)前狀況。試驗(yàn)地基礎(chǔ)土壤情況如下：有機(jī)質(zhì) 28.97g·kg-1，全氮 0.32 g·kg-1，堿解氮168.60mg·kg-1，全磷 4.42 g·kg-1，速效磷 37.75 mg·kg-1，緩效鉀 88.19mg·kg-1，pH值為 6.39，質(zhì)地為壤土。

（二）處理與取樣

本試驗(yàn)設(shè)空白（不適用任何肥料）、低量農(nóng)肥（堆肥、腐熟）、高量農(nóng)肥、低量化肥、高量化肥和農(nóng)肥+化肥共6個(gè)處理，所有肥料在播種時(shí)一次性施入，具體用量見(jiàn)表1。試驗(yàn)在大豆的出苗、開(kāi)花、結(jié)莢、鼓粒、成熟5個(gè)時(shí)期、四個(gè)時(shí)段進(jìn)行取樣檢測(cè)。

試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)12m×4.2m，每個(gè)施肥處理重復(fù)4次，隨機(jī)排列（見(jiàn)表1）。

表1 不同施肥方式及肥料用量

（三）測(cè)定方法

固氮強(qiáng)度——?jiǎng)P氏定氮法；氨化強(qiáng)度——擴(kuò)散吸收法；硝化強(qiáng)度——培養(yǎng)基接種土壤懸液法；反硝化強(qiáng)度——硝酸鹽消失法；微生物測(cè)定——稀釋培養(yǎng)法，計(jì)數(shù)采用MPN法；脲酶活性測(cè)定——靛酚比色法。

（四）數(shù)據(jù)處理

采用SPSS11.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析。

二、結(jié)果與分析

（一）對(duì)自生固氮作用強(qiáng)度的影響

在大豆生長(zhǎng)的不同發(fā)育期，不同的施肥方式對(duì)固氮作用的影響不同（P=0.001），但明顯的是只要人工施用了肥料，均會(huì)使固氮作用大幅度下降，施用的農(nóng)肥越多下降越嚴(yán)重的是施用農(nóng)肥最多的處理，高達(dá)87.1%，這一系列數(shù)據(jù)表明，肥料的施用對(duì)土壤自生固氮能力有嚴(yán)重的抑制作用，農(nóng)肥的施用量越大，抑制作用越強(qiáng)。具體對(duì)比見(jiàn)圖1A。

圖1 不同施肥方式對(duì)固氮作用強(qiáng)度的影響

在大豆的生長(zhǎng)發(fā)育期中，除出苗開(kāi)花期以外，其他時(shí)間不施用任何肥料的土壤，其固氮作用要高于施用肥料處理后的土壤，其中以結(jié)莢-鼓粒期(P<0.001)差距最大（圖1B）。

不同的施肥方式對(duì)土壤好氣性自生固氮菌的影響見(jiàn)圖2，差異并不顯著（P=0.074）。

圖2 好氣性自生固氮菌的影響

（二）對(duì)氨化作用強(qiáng)度的影響

在大豆生長(zhǎng)的不同發(fā)育期，不同的施肥方式對(duì)氨化作用的影響不同（P=0.004）。特別是在大豆成熟的結(jié)莢、鼓粒期（P<0.001）氨化強(qiáng)度均為最高。在整個(gè)大豆的生育期，不同處理方式土壤氨化強(qiáng)度排序?yàn)椋焊吡哭r(nóng)肥處理≥低量農(nóng)肥處理≥農(nóng)肥和化肥等量配比處理，分別為NH4+-N為0.177mg·g-1、NH4+-N為0.170 mg·g-1、NH4+-N 為 0.1622mg·g-1。化肥的單獨(dú)施用抑制土壤的氨化強(qiáng)度，施用量越大，抑制作用越明顯，具體對(duì)比見(jiàn)圖3。

圖3 不同施肥方式對(duì)氨化作用強(qiáng)度的影響

不同的施肥方式對(duì)土壤中的氨化細(xì)菌數(shù)量的影響非常明顯，P=0.042），只要是施用農(nóng)肥，無(wú)論量的大小，氨化細(xì)菌的數(shù)量于空白相比均有顯著的提高，提高幅度產(chǎn)過(guò)了50%，具體見(jiàn)圖4。

圖4 不同處理對(duì)氨化細(xì)菌的影響

（三）不同培肥方式對(duì)硝化作用強(qiáng)度、亞硝酸鹽細(xì)菌的影響

農(nóng)肥、化肥的單獨(dú)施用及不同配比施用對(duì)土壤自身氮素轉(zhuǎn)化強(qiáng)度中的硝化強(qiáng)度影響顯著(P=0.004、0.021)。由圖5可以看出，農(nóng)肥的施用可以使土壤的硝化強(qiáng)度提高50%-60%，即使在有化肥的影響下，作用仍然存在，并不受其影響。

通過(guò)圖6明顯可以看出，肥料的施用明顯提高了土壤中亞硝酸鹽細(xì)菌的數(shù)量（P=0.021）。其中提高幅度最大的是農(nóng)肥高量處理，與空白相比提高了5.7倍。

圖6 不同施肥方式對(duì)亞硝酸鹽細(xì)菌的影響

（四）不同培肥方式對(duì)脲酶活性的影響

脲酶的最大作用是能促進(jìn)土壤中尿素水解成氨，這對(duì)植物生長(zhǎng)意義重大。圖7顯示，施用肥料可以提高土壤脲酶的活性（P=0.003）。但提高的幅度不同，排在前兩位的分別是化肥高量處理和農(nóng)肥化肥等量配比處理，提高幅度分別為44.5%和36.6%。

圖7 不同施肥方式對(duì)脲酶活性的影響

三、討論

隨著人口的增長(zhǎng)，擺在人類面前最緊迫的問(wèn)題是如何利用有限的耕地生產(chǎn)出更多的糧食，同時(shí)要最大限度降低對(duì)環(huán)境的污染。影響作物產(chǎn)量和作物生長(zhǎng)的最重要元素之一便是氮元素，因此，如何利用生物固氮技術(shù)已成為當(dāng)代學(xué)者研究的首要任務(wù)。

與共生固氮相比，自生固氮研究較少。雖然兩者相比較，后者能力較低，但是由于自生固氮不需要與植物配合，具有分布廣、適應(yīng)強(qiáng)的特點(diǎn)，因此，在生態(tài)系統(tǒng)中自生固氮可能具有更重要的作用。

施用農(nóng)肥能夠提高土壤中好氣性自生固氮菌、氨化細(xì)菌、亞硝酸鹽細(xì)菌的數(shù)量，隨施用量的不同和是否同時(shí)施用化肥，提高的程度不同。

四、結(jié)論

在大豆生長(zhǎng)的不同發(fā)育期，人工施用肥料使固氮作用大幅度下降，但提高了氨化強(qiáng)度和硝化強(qiáng)度，特別是農(nóng)肥的施用可以使土壤的硝化強(qiáng)度提高50%-60%。因此，可以表明肥料的施用嚴(yán)重改變了土壤氮素的自身轉(zhuǎn)化。