不同培肥措施對(duì)宅基地土壤化學(xué)性質(zhì)、酶、微生物特性的影響

不同培肥措施對(duì)宅基地土壤化學(xué)性質(zhì)、酶、微生物特性的影響

隨著社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活條件的不斷改善，大量廢棄和閑置的原有住房導(dǎo)致了巨大的土地利用浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2006年底,陜西省農(nóng)村宅基地約52萬hm2,占全省建設(shè)用地總面積的64.4%。目前我國(guó)的耕地面積日益萎縮,且在用世界7%土地養(yǎng)活世界21%人口的情況下,如果耕地面積繼續(xù)下滑,后果將不堪設(shè)想。為切實(shí)保護(hù)耕地,按照集約用地和城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的土地利用方針,推進(jìn)農(nóng)村宅基地復(fù)墾已成當(dāng)務(wù)之急。宅基地存在土壤板結(jié)、通氣性差及摻雜大量灰土、磚雜質(zhì)等不利于作物生長(zhǎng)的因素。因此,有必要對(duì)廢棄的宅基地進(jìn)行快速培育,使之成為新的農(nóng)田,以緩解耕地緊張的局面。目前對(duì)復(fù)墾技術(shù)的研究比較深入,基本已形成了一定的技術(shù)體系和評(píng)價(jià)方法,但這些研究主要集中在礦區(qū)土壤復(fù)墾技術(shù)和復(fù)墾后土壤理化性質(zhì)、酶及微生物群落等方面,鮮見關(guān)于宅基地復(fù)墾措施的報(bào)道及從生物學(xué)角度對(duì)復(fù)墾效益的評(píng)價(jià)。為此,本試驗(yàn)研究不同培肥措施對(duì)復(fù)墾宅基地土壤酶和微生物的影響,從生物學(xué)角度探索廢棄宅基土壤的快速培育技術(shù),旨在為農(nóng)村閑置廢棄宅基地的復(fù)墾、利用、開發(fā)提供示范作用和理論依據(jù)。1材料和方法1.1適應(yīng)半濕潤(rùn)地域性氣候試驗(yàn)區(qū)位于黃土高原的長(zhǎng)武縣洪家鎮(zhèn)王東村。該地海拔1200m,屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫9.1℃,年降水584mm,無霜期171d,為典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū);試區(qū)土壤為中壤質(zhì),形成于黃土母質(zhì)上(堆墊干潤(rùn)均腐土,Cumuli-UsticIsohumosols)。1.2玉米肥的種植與除草試驗(yàn)布置在農(nóng)戶廢棄近10年的宅基地上,2009-03布置小區(qū),隨機(jī)區(qū)組排列,重復(fù)2次,小區(qū)面積60m2(15m×4m),培肥方案見表1。施入小區(qū)的總氮量控制在180kg/hm2。當(dāng)季種植作物為玉米,肥料全部作為底肥于播種時(shí)一次施入。作物生長(zhǎng)季節(jié)人工除草,不使用農(nóng)藥。所用化肥為陜西豐達(dá)凱萊農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的“好年華”玉米專用肥(加鋅),N∶P∶K為≥15%∶5%∶5%;復(fù)合肥為楊凌博迪森生物科技發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)的“博帝森”有機(jī)復(fù)合肥,N∶P∶K為≥12%∶4%∶4%,有機(jī)質(zhì)≥20%;菌肥為陜西陽(yáng)光高科技事業(yè)有限公司生產(chǎn)的“可利豐”復(fù)合微生物肥料,其中有效活菌數(shù)≥2.0×108g-1、雜菌率≤15%,含水率為20%～35%,pH為6.0～7.5。1.3土壤酶活性測(cè)定肥料均以底肥施入土壤,然后于2009-05播種玉米,于玉米收獲后(10月)采集土樣。去除0～5cm表層土壤,采集5～20cm土層土樣,混勻,風(fēng)干,過孔徑1mm篩后備用。用常規(guī)方法測(cè)定土壤理化性質(zhì)。土壤轉(zhuǎn)化酶(Invertase,INA)活性采用3,5-二硝基水楊酸法測(cè)定,土壤酶脲酶(Urease,URE)活性采用靛酚藍(lán)法測(cè)定,土壤磷酸酶(Phosphatase,PHA)活性采用磷酸苯二鈉法測(cè)定,土壤脫氫酶(Dehydrogenase,DHA)活性采用TTC法測(cè)定,土壤芳基硫酸酯酶(Arylslphatase,ARS)活性采用硝基酚硫酸酯法測(cè)定,土壤過氧化氫酶(Catalase,CAT)活性和土壤呼吸強(qiáng)度(Respirationintensity,RE)用高錳酸鉀和鹽酸滴定法測(cè)定。各土壤酶活性分別以每g干土每h生成葡萄糖、麥芽糖、葡萄糖、NH2-N、NH3-N、酚、三苯基甲替、對(duì)硝基苯酚的量及消耗0.02mol/L高錳酸鉀的體積表示。土壤呼吸強(qiáng)度用每g干土每24h生成CO2的量表示。1.4tei計(jì)算土壤酶總體活性指標(biāo)(Totalenzymaticactivityindex,TEI)計(jì)算:TEI=∑Xi/XˉˉˉΤEΙ=∑Xi/Xˉ,其中Xi為供試樣品第i種酶活性的實(shí)測(cè)值,XˉˉˉXˉ為同種酶活性的平均值。采用EXCEL和DPS7.05軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)系數(shù)和多重比較等計(jì)算。2結(jié)果與分析2.1不同施肥處理對(duì)宅基地n、p、k含量影響土壤化學(xué)性質(zhì)是土壤肥力的重要指標(biāo)之一。由表2可知,有機(jī)肥、有機(jī)肥+菌肥處理宅基地土壤的有機(jī)質(zhì)含量分別較試驗(yàn)前增加了25.22%和25.27%,且差異均達(dá)到了極顯著水平,同時(shí)也極顯著高于其他施肥處理?；省⒂袡C(jī)復(fù)合肥和有機(jī)復(fù)合肥+菌肥處理宅基地土壤的有機(jī)質(zhì)含量均顯著低于試驗(yàn)前。不同施肥處理對(duì)宅基地土壤的N、P、K含量均產(chǎn)生了很大影響。有機(jī)肥、有機(jī)肥+菌肥處理土壤的全氮含量均極顯著高于試驗(yàn)前,分別是試驗(yàn)前的1.69和1.50倍,施用化肥和有機(jī)復(fù)合肥對(duì)土壤全氮含量的提高無明顯作用;有機(jī)肥+菌肥和化肥處理顯著增加了土壤全磷含量,對(duì)照處理土壤的全磷含量與試驗(yàn)前相比顯著減少,而其他施肥處理土壤的全磷含量維持在試驗(yàn)前的水平;有機(jī)肥+菌肥處理顯著增加了土壤堿解氮含量,而施用有機(jī)肥和有機(jī)肥+菌肥處理均可極顯著提高土壤速效磷含量;除有機(jī)復(fù)合肥處理外,其他培肥處理均能顯著提高土壤速效鉀含量,增幅為13.50%～87.78%。這與北方土壤富含鉀素有關(guān),且在作物根系和微生物的作用下,土壤緩效鉀逐步轉(zhuǎn)變成速效態(tài)。上述研究結(jié)果表明,如果宅基地不進(jìn)行培肥處理而直接種植農(nóng)作物,只會(huì)加速原有土壤養(yǎng)分的消耗,導(dǎo)致土壤更加貧瘠。2.2不同的施肥處理對(duì)廢棄土地的土壤酶活性的影響2.2.1不同施肥處理對(duì)宅基地土壤芳基硫酸酯酶活性的影響表3表明,與試驗(yàn)前相比,有機(jī)肥處理宅基地土壤的土壤轉(zhuǎn)化酶活性顯著增加,施用有機(jī)肥+菌肥雖提高了土壤轉(zhuǎn)化酶活性,但與試驗(yàn)前相比差異不顯著,而化肥、有機(jī)復(fù)合肥、有機(jī)復(fù)合肥+菌肥和對(duì)照處理均極顯著降低了土壤的轉(zhuǎn)化酶活性。不同施肥處理土壤轉(zhuǎn)化酶活性大小表現(xiàn)為有機(jī)肥>有機(jī)肥+菌肥>化肥>有機(jī)復(fù)合肥>CK>有機(jī)復(fù)合肥+菌肥,且各處理間差異均達(dá)到了極顯著水平。表3顯示,培肥方式不同時(shí)宅基地土壤的脲酶活性變化也有明顯差異。有機(jī)肥和有機(jī)肥+菌肥處理土壤的脲酶活性均極顯著大于試驗(yàn)前,分別較試驗(yàn)前增加了1.96和0.57倍。而化肥、有機(jī)復(fù)合肥、有機(jī)復(fù)合肥+菌肥和對(duì)照處理均極顯著降低了土壤脲酶活性,其中有機(jī)復(fù)合肥處理土壤的脲酶活性最低,僅為試驗(yàn)前的39.71%。各施肥處理脲酶活性均呈極顯著差異,其大小順序?yàn)橛袡C(jī)肥>有機(jī)肥+菌肥>有機(jī)復(fù)合肥+菌肥>CK>化肥>有機(jī)復(fù)合肥。由表3可見,宅基地土壤的磷酸酶活性仍以有機(jī)肥和有機(jī)肥+菌肥處理最高,且均極顯著大于試驗(yàn)前,分別較試驗(yàn)前高出1.64和0.91倍。其他4個(gè)施肥處理土壤的磷酸酶活性均顯著低于試驗(yàn)前,且這4個(gè)處理間差異不顯著。芳基硫酸酯酶能促進(jìn)土壤有機(jī)硫的礦化,在硫素的轉(zhuǎn)化、循環(huán)中具有重要的作用,是反映土壤質(zhì)量的一個(gè)重要生物學(xué)指標(biāo)。表3表明,與試驗(yàn)前相比,除有機(jī)復(fù)合肥+菌肥處理外,對(duì)照和其余施肥處理均能極顯著增加宅基地土壤的芳基硫酸酯酶活性,其中以有機(jī)肥、有機(jī)肥+菌肥處理的增幅最大,分別為試驗(yàn)前的2.23和2.06倍。不同施肥處理間芳基硫酸酯酶的活性大小依次表現(xiàn)為有機(jī)肥>有機(jī)肥+菌肥>CK>復(fù)合肥>化肥>復(fù)合肥+菌肥。以上研究表明,施用有機(jī)肥能明顯增強(qiáng)宅基地土壤中與C、N、P循環(huán)有關(guān)的水解酶活性,施用化肥、有機(jī)復(fù)合肥反而使其活性有所降低,這與前人的研究結(jié)論相同。與試驗(yàn)前相比,除有機(jī)復(fù)合肥+菌肥處理外,其余施肥處理宅基地土壤的芳基硫酸酯酶活性均有升高。已有研究表明,在農(nóng)田中施用化肥、有機(jī)肥或秸稈還田,均能增強(qiáng)芳基硫酸酯酶活性。2.2.2不同因素對(duì)水解酶的影響過氧化氫酶作為土壤中的氧化還原酶類,在有機(jī)質(zhì)氧化和腐殖質(zhì)形成過程中發(fā)揮著重要作用。不同培肥措施對(duì)過氧化氫酶活性的影響與其對(duì)水解酶的影響有很大差別。表3表明,與試驗(yàn)前相比,培肥能提高宅基地土壤的過氧化氫酶活性,但差異不顯著,說明短期內(nèi)的培肥措施對(duì)土壤過氧化氫酶的影響不明顯。不同施肥處理土壤脫氫酶活性變化與水解酶類似,施用有機(jī)肥、化肥和單施有機(jī)復(fù)合肥均可以顯著增加宅基地土壤的脫氫酶活性,不施肥或施用有機(jī)復(fù)合肥+菌肥對(duì)脫氫酶活性影響不大。2.3呼吸能力分析土壤呼吸強(qiáng)度是土壤碳庫(kù)變化的主要途徑之一,是表征土壤質(zhì)量變化的有效指標(biāo)。同時(shí),土壤呼吸能力也是衡量土壤微生物總體活性的重要指標(biāo)。表3表明,各施肥處理對(duì)宅基地土壤呼吸強(qiáng)度的影響并不相同。經(jīng)過培肥后,單施有機(jī)肥可以極顯著提高復(fù)墾土壤的呼吸強(qiáng)度,有機(jī)肥+菌肥和化肥處理土壤呼吸強(qiáng)度變化不大,而施用復(fù)合肥和不施肥則顯著降低了土壤呼吸強(qiáng)度。2.4不同處理對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響由表4可知,與試驗(yàn)前相比,所有施肥處理均未顯著提高宅基地土壤中的細(xì)菌數(shù)量,且各處理間差異也不明顯。所有施肥處理中,以化肥處理土壤的真菌數(shù)量最多,且極顯著高于其他處理;有機(jī)肥、有機(jī)肥+菌肥處理土壤的真菌數(shù)量極顯著高于對(duì)照和有機(jī)復(fù)合肥、有機(jī)復(fù)合肥+菌肥處理,但與試驗(yàn)前相比無顯著差異;而對(duì)照、有機(jī)復(fù)合肥和有機(jī)復(fù)合肥+菌肥處理均顯著降低了土壤真菌的數(shù)量。不同培肥措施對(duì)土壤放線菌數(shù)量影響較大,施用有機(jī)肥和有機(jī)復(fù)合肥均顯著提高了土壤的放線菌數(shù)量,其中有機(jī)肥和有機(jī)肥+菌肥處理土壤的放線菌數(shù)量大量增加,與試驗(yàn)前及其他施肥處理間的差異均達(dá)到了極顯著水平,而施用化肥和不施肥處理對(duì)土壤放線菌數(shù)量影響不明顯。2.5有關(guān)土壤酶、微生物和化學(xué)性質(zhì)的恢復(fù)分析2.5.1其他指標(biāo)間的相關(guān)性土壤酶及微生物間的相關(guān)分析結(jié)果(表5)表明,除轉(zhuǎn)化酶與脲酶、芳基硫酸酯酶與脫氫酶沒有達(dá)到顯著相關(guān)外,轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶、呼吸強(qiáng)度間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。細(xì)菌總數(shù)僅與磷酸酶、放線菌總數(shù)呈顯著正相關(guān);放線菌總數(shù)與轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶和呼吸強(qiáng)度間分別呈顯著或極顯著正相關(guān);過氧化氫酶、真菌總數(shù)與其他指標(biāo)間均沒有很好的相關(guān)性。表明土壤酶較易受到細(xì)菌和放線菌的直接影響,且不同土壤酶之間具有很好的相關(guān)性,說明土壤酶共同促進(jìn)土壤中C、N、P等物質(zhì)的循環(huán)。2.5.2各微生物數(shù)量與理化指標(biāo)的關(guān)系土壤酶、微生物數(shù)量與土壤理化性質(zhì)之間存在著十分密切的關(guān)系。表6表明,土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、呼吸強(qiáng)度和放線菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量之間呈顯著或極顯著正相關(guān);磷酸酶和放線菌數(shù)量與堿解氮含量間分別呈顯著、極顯著正相關(guān);脫氫酶只與全氮、速效磷間到達(dá)顯著正相關(guān);細(xì)菌數(shù)量?jī)H與有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系;土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶及呼吸強(qiáng)度與pH之間呈現(xiàn)顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。而過氧化氫酶和真菌數(shù)量與土壤化學(xué)性質(zhì)間均無很好的相關(guān)性。2.6不同施肥方案對(duì)土壤酶活性的影響土壤酶作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分之一,在土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化、肥力水平培育、污染物清除等方面發(fā)揮著重要作用,但是憑借單一的土壤酶活性指標(biāo)評(píng)價(jià)土壤肥力尚較為片面。為此,可以利用總體酶活性指標(biāo)(TEI)定量指示不同培肥措施對(duì)供試土壤總體酶活性影響的大小,從而反推各培肥措施的優(yōu)劣。經(jīng)計(jì)算可知,試驗(yàn)前及處理1～6供試宅基地土壤的TEI分別為6.71,5.27,5.71,5.24,5.04,11.90,9.12,對(duì)各處理土壤的TEI值進(jìn)行排序,依次表現(xiàn)為有機(jī)肥>有機(jī)肥+菌肥>化肥>CK>有機(jī)復(fù)合肥>有機(jī)復(fù)合肥+菌肥。由表7可見,TEI除與全磷、堿解氮、過氧化氫酶、細(xì)菌和真菌總數(shù)的相關(guān)性不顯著外,與其他指標(biāo)之間呈顯著或極顯著相關(guān)。由前面分析可知,不同施肥措施下,各種土壤酶活性大小順序并不一致,因此很難從生物學(xué)角度去篩選施肥制度的優(yōu)劣。而TEI不僅與絕大部分生物指標(biāo)間有很好的相關(guān)性,并且與土壤化學(xué)指標(biāo)也很好地相關(guān),故可以用TEI較為全面地評(píng)判外界條件對(duì)土壤生化過程的影響。由TEI值大小可知,在進(jìn)行1年的培肥后,有機(jī)肥+菌肥和單施有機(jī)肥能夠提高土壤酶活性;而施用化肥、有機(jī)復(fù)合肥或者不施肥,均會(huì)對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生副作用。表明添加有機(jī)肥可作為廢棄宅基地復(fù)墾的有效培肥措施,該措施能夠改善土壤養(yǎng)分狀況,提高土壤生化活性。3不同處理對(duì)宅基地土壤生化活性和肥力學(xué)活性的影響本研究結(jié)果表明,經(jīng)過1年的培肥后,施用有機(jī)肥+菌肥或單施有機(jī)肥均能夠增加宅基地復(fù)墾土壤的養(yǎng)分含量,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量均有顯著增加;而施用有機(jī)復(fù)合肥、化肥處理對(duì)上述各項(xiàng)指標(biāo)的影響較小。參考黃土高原土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)可以看出,采用不同施肥措施對(duì)宅基地土壤進(jìn)行復(fù)墾后,土壤的有機(jī)質(zhì)含量仍處于中低水平(6～10g/kg),只有有機(jī)肥配施菌肥以及單施有機(jī)肥處理土壤的有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到了中等水平(10～12g/kg);在本研究的所有施肥處理?xiàng)l件下,宅基地土壤的全氮含量均處于中等(0.5～0.75g/kg)及以上水平;土壤速效磷與速效鉀的含量也較高,但這也可能北方地區(qū)土壤一般富鉀有關(guān)。因此,在宅基地土壤快速培育過程中,要注重土壤有機(jī)質(zhì)的提高,應(yīng)以施用糞肥為主,施氮磷鉀肥為輔。本研究中,與化肥、有機(jī)復(fù)合肥處理相比,有機(jī)肥和有機(jī)肥+菌肥處理可以增強(qiáng)宅基地復(fù)墾土壤的轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶活性;有機(jī)復(fù)合肥+菌肥處理對(duì)土壤水解酶影響不大,說明在土壤較為貧瘠的條件下,菌肥與腐殖質(zhì)肥料一起施用在較短時(shí)間內(nèi)很難發(fā)揮出菌肥的作用和功能;過氧化氫酶對(duì)不同施肥制度反應(yīng)不敏感,佐證了和文祥等的結(jié)論。土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶、脫氫酶及呼吸強(qiáng)度與大多數(shù)理化性質(zhì)均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān),說明此5種酶活性和土壤呼吸強(qiáng)度在一定程度上可作為土壤的肥力指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn),宅基地土壤經(jīng)過一輪培肥后,只有放線菌的數(shù)量有所提高,而細(xì)菌和真菌數(shù)量變化不大。所有施肥處理中,有機(jī)肥+菌肥處理土壤的細(xì)菌和放線