三江平原不同施肥方式對水稻土壤微生物的影響

楊秀穎 張武

(佳木斯大學理學院，黑龍江 佳木斯 154000)

當前,我國對農田土壤質量極其重視,無機肥大量施用不僅會導致土壤養分流失,造成土壤板結和酸化、作物營養失衡等問題,還會給農民帶來巨大的經濟損失,為改善土壤環境,實現農業可持續性發展,亟需高效有機無機肥料配施技術模式[1]。對此,微生物菌劑有助于土壤微生物活動、改良土壤環境,對植物生長、果實品質問題也有重大意義[2]。農用微生物菌劑是指利用工業化方式量產微生物菌種,經加工制成具有不同功能特性的活菌制劑,主要用于經濟作物種植[3-5]。微生物菌劑富含一定數量的活性微生物,不僅可以代替農業中化肥、農藥的使用,還能夠為土壤補充有效養分,增加土壤有機質含量,對土壤的吸收利用具有深遠意義[6,7]。李晶晶等通過采用田間試驗的方法發現,增施微生物菌劑可以作為一種促進植物生長、增加果實品質和提高土壤養分的方法[8]；吳林土等通過連年施用不同成分的微生物菌劑其結果發現,菌劑可明顯提高土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀等土壤指標,對土壤養分具有顯著的提升效果[9]；王紅萍采用田間定位試驗,利用生物炭配施功能菌劑提高了土壤有效氮磷養分含量,顯著改變了土壤細菌群落功能,可為沙化土壤肥力培育提供理論依據[10]。筆者于水稻田收割之后施加微生物菌劑,與不施用微生物菌劑土壤進行比較,研究微生物菌劑對水稻土壤理化性質、微生物數量的影響,以改善優化土壤微生態環境,進一步明確微生物菌劑在水稻農田土壤中的應用效果,為修復三江平原土壤問題具有積極作用并為修復土壤營養結構提供理論支持[11]。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

試驗區 設 于 佳 木 斯 市蓮江口鎮(N46°55′0″,E130°18′33″)地處三江平原,主要研究農作物是水稻。屬于溫帶大陸性季風氣候,年均氣溫3℃,年均降雨量在500mm,無霜期130d左右,年均日照時數約2319.3h,冬長夏短,適宜農作物生長。

1.2 材料與方法

1.2.1 實驗設計及樣品采集

試驗于室外水稻田進行。試驗設4組處理,包括不施菌劑處理0～20cm(CK1)、不施菌劑處理20～40cm(CK2)、菌劑處理0～20cm(W1)、菌劑處理20～40cm(W2),每個處理設3個重復。土樣于2020年秋季水稻田收割之后選取400m2施用菌劑并進行深翻,實驗田中其余400m2用作對照樣,于2021年4月水稻插秧之前進行取樣,每個樣地重復取4次,分0～20cm、20～40cm 2層取樣,取回樣品一部分放置于4℃冰箱保存,用于土壤微生物的分離培養實驗,另為一部分樣品風干,用100目篩子過篩,用于土壤理化性質的實驗。

1.2.2 測定方法

1.2.2 .1 土壤微生物的測定方法

采用稀釋平板培養法接種培養土壤微生物,在無菌條件下,將實驗所需要使用的培養皿放進操作臺,將事先準備好的無菌水及所有儀器放入操作臺進行紫外滅菌處理同時打開滅菌和照明,計時20min。計時結束后將其關閉,打開酒精燈,消毒完畢后,打開用報紙包裹的滅過菌的培養皿,將準備好的細菌培養基傾倒在培養皿底部,真菌同理。結束后貼標簽做標記,便于區分細菌和真菌。標記結束后,打開紫外滅菌5min,稱量10g土樣并做好標記,菌劑土樣一層0～20cm,菌劑土樣二層20～40cm,對照土樣一層0～20cm,對照土樣二層20～40cm。將稱量準確的土樣放入操作臺,用酒精棉擦拭手部,同種操作稀釋4倍,做好標記,用移液槍抽取稀釋到10-4的土壤稀釋液0.1mL滴到培養皿中,進行涂布接種,細菌和真菌分別涂布,全部涂布完成后,放入培養箱中進行培養。

1.2.2 .2 土壤堿解氮測定

堿解擴散法。

1.2.2 .3 土壤有機質測定

重鉻酸鉀氧化還原滴定法。

1.2.2 .4 水含量測定

烘箱干燥法測定。

1.2.2 .5 土壤pH值測定

取風干土樣和超純水以1∶2.5比例混合后震蕩30min后利用pH計測定。

1.2.3 數據處理

實驗數據用SPSS 26.0和Excel 16.0軟件進行處理；運用Pearson計算真菌、細菌與土壤因子的相關性并進行單尾檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤微生物數目分析

本次實驗中土壤細菌、真菌具體數量,如圖1所示。

圖1 土壤細菌、真菌總數量

由圖1所得的數據可知,與對照相比,隨著菌劑的施加土壤細菌、真菌數量均呈上升的態勢,表現為土壤細菌變化幅度顯著,但真菌變化幅度不明顯,W1處理時土壤細菌、真菌數量最多分別為4200cfu·g-1、120cfu·g-1,與CK1微生物數量相差較大。CK2處理時土壤細菌真菌數量最少為1500cfu·g-1、40cfu·g-1。W1相較CK1土壤細菌數量增加121.05%、真菌增加100%,W2相較CK2土壤細菌數量增加80%、真菌增加150%。說明當耕地配施菌劑時,可以適當增加微生物的數量。CK1相較CK2土壤細菌數量增加26.67%、真菌增加50%,W1相較W2土壤細菌數量增加55.56%,真菌增加20%,以上數據說明施加微生物菌劑以及土壤深度的不同均會對微生物數量產生影響。

2.2 土壤基本理化性質分析

本報告以佳木斯連江口鎮水稻土壤為研究對象,探究了施加菌劑及不同土壤深度對土壤含水率、pH、堿解氮、有機質的影響,如表1所示。

表1 土壤基本理化性質分析

由表1分析可知,W1堿解氮含量相較于CK1提高了14.48%,有機質提高了42.47%,含水量提高了9.09%,pH值減少了7.04%。W2堿解氮含量相較于CK2提高了10.80%,有機質提高了118.71%,含水量提高了11.52%,pH值減少了1.43%。CK1堿解氮含量相較于CK2提高了12.52%,有機質提高了114.19%,含水量提高了22.68%,pH值減少了7.04%。W1相較于W2堿解氮含量提高了16.25%,有機質提高了39.53%,含水量提高了20%,pH值減少了1.43%。本次實驗中,W1處理時含水量、有機質、堿解氮含量最高分別為36g·cm-3、47.3g·kg-1、75.1g·kg-1,CK1處理時pH值最高為7.6。實驗表明,與對照樣相比較合理的利用菌劑對土壤含水量僅造成微量的影響,原因是影響土壤含水量的因素主要是與降水有關,配施菌劑并不能改變土壤中的水分,但土壤中堿解氮、有機質含量顯著增加,說明菌劑的配施可改良土壤因子,進而可以深入的研究向著有利于土壤質量的方向進行土壤質量改善。

2.3 土壤微生物數量與土壤性狀之間的相關分析

運用Pearson分析土壤微生物與理化性質相關性,如表2所示。

表2 土壤微生物與土壤理化因子相關性分析

由表2可知,細菌數量與有機質呈顯著正相關(R＝0.900,P＜0.05),與堿解氮呈顯著正相關(R＝0.934,P＜0.05),而與含水量、pH值并無顯著相關性。土壤真菌數量與有機質呈顯著正相關(R＝0.900,P＜0.05),真菌與含水量、堿解氮、pH值等土壤因子并無顯著相關性。土壤微生物數目與土壤因子之間關系差異各有不同,總體來說微生物數量與土壤有機質、堿解氮之間表現出了較高的相關性,與含水量、pH之間卻沒有表現出明顯的相關性。根據相關性分析可以看出水稻實驗田中土壤有機質、堿解氮等土壤養分的提高是土壤微生物生長繁殖的重要條件,進一步說明微生物生長繁殖與土壤養分密切相關。

3 結論與討論

如今不合理的農業管理、化肥和農藥的大量配施,造成土壤板結、土壤養分減少等現象,嚴重影響糧食的產量、耕地面積以及農業的可持續發展。經綜合評價得出,施用微生物菌劑處理下水稻土壤質量得到一定程度改善,同時,在一定程度上促進土壤微生物的生長繁殖。土壤養分是培肥地力的關鍵,是農業生態系統的重要內容,土壤養分的涵養是改善土壤質量的重心,特別是在培育發展地力、促進微生物生長繁殖等方面意義重大。土壤微生物能分解土壤中的動植物殘體,形成有機質,是土壤生態系統健康穩固的根本,對植物生長、土壤環境均有一定響應。在長期施加農藥、化肥的環境下,土壤營養流失、有機質含量降低等,為土壤質量安全和土壤的健康帶來很大影響[12]。實驗發現,適當施用微生物菌劑可以影響土壤微生物環境,提高土壤養分,使土壤理化性質得到改善[13,14]。

具體結論:施用菌劑可促土壤微生物生長繁殖,微生物數量在施加菌劑及不同土壤深度下表現不同,其隨著土壤深度的增加而減少,并且與對照相比較施加菌劑處理的土壤細菌、真菌數量均呈上升的趨勢,但真菌數量上升幅度不明顯,W1處理時土壤細菌、真菌數量最多分別為4200cfu·g-1、120cfu·g-1,這與王明湖等研究結果類似[15]；與對照組相比,施用微生物菌劑后提高了堿解氮、含水量和有機質含量,降低了水稻土壤pH值,說明水稻土壤有小幅度的酸化,然而含水量的變化趨勢相比于其他土壤因子變化幅度不明顯,這是由于影響土壤含水量的因素主要是與降水有關,這與侯曉萌等研究結果類似[16]；W1處理土壤有機質、含水量、堿解氮含量最高,分別為47.3g·kg-1、36g·cm-3、75.1g·kg-1；土壤細菌與堿解氮、有機質呈顯著正相關,土壤真菌數量與有機質呈顯著正相關,其余土壤因子與土壤微生物并無顯著關系,這與沙月霞等研究結果類似[17]。綜上所述,菌劑的配施提高了土壤養分含量,顯著改變了土壤微生物數量,說明了微生物生長繁殖與土壤養分密切相關,因此微生物菌劑在土壤改良中有廣泛的應用前景。