施用不同種類溶磷混合菌肥對石灰性土壤磷素分及解析特性的影響

施用不同種類溶磷混合菌肥對石灰性土壤磷素分及解析特性的影響

在北方的石灰土壤中，植物吸收的磷（p）僅占總磷量的1%。這主要是因為當磷酸進入土壤時，土壤中的結(jié)合體對有機磷具有強烈的吸附和固定作用，肥磷的利用率低。溶解磷微生物可以將難溶解的土壤磷轉(zhuǎn)化為有效磷。結(jié)果表明，溶磷微生物對提高磷的利用、土壤本身磷素的有效性以及作物的產(chǎn)量發(fā)揮著重要作用。目前，關(guān)于溶磷微生物對土壤磷的吸附和分解影響的研究較少。李金榮研究表明，與其他肥料配合，可以降低煤礦沉降和恢復土壤中最大的磷吸收和吸附常數(shù)。然而，關(guān)于不同類型的混合體氮肥料對土壤磷的吸附和分解性能的研究很少。因此，從石灰土壤中挑選出來的不同類型的溶磷細菌和溶磷細菌。經(jīng)過高密度分解，將成熟雞糞混合均勻，形成完整的溶磷肥，并進行了各種蔬菜栽培試驗。結(jié)果表明，對各種作物的磷素栽培和分析功能有重要影響。通過合理利用磷、減少浪費和污染，提高了石灰土壤中磷素栽培的有效性和磷利用率。1材料和方法1.1試驗土壤供試土壤取自山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院實驗站0-20cm耕層土壤,屬于石灰性褐土.土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分見表1.1.2試驗品種供試作物為油菜,品種為四月蔓(Blassikakapestris).1.3含有機質(zhì)的污染物(1)尿素:含氮量為46%;(2)磷酸三鈣:含五氧化二磷46%;(3)硫酸鉀(K2SO4):含氧化鉀54%;(4)有機肥:含氮量為2.15%,含五氧化二磷2.0%,含氧化鉀1.31%,含有機質(zhì)38.9%;(5)溶磷混合菌肥:組合溶磷細菌肥為3株溶磷細菌,即假單胞菌1、假單胞菌2和拉恩氏菌,經(jīng)驗證它們無拮抗反應,將這3株溶磷細菌混合培養(yǎng)后經(jīng)高密度發(fā)酵后與腐熟的雞糞以1:9的比例混合均勻即可(菌數(shù)為0.5×107CFU/g);組合溶磷真菌肥為兩株溶磷真菌,即黑曲霉和青霉,經(jīng)驗證它們無拮抗反應,將這兩株溶磷真菌混合培養(yǎng)后經(jīng)高密度發(fā)酵后與腐熟的雞糞以1:9的比例混合均勻即可(真菌濃度為0.2×105CFU/g);組合溶磷混合菌肥:以上3株溶磷細菌與兩株溶磷真菌菌液1:1混合均勻后經(jīng)高密度發(fā)酵后與腐熟的雞糞以1:9的比例混合均勻即可(混合菌肥濃度為0.3×107CFU/g).1.4試驗設(shè)備方案盆栽試驗于2014年4-6月在山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院實驗站溫室內(nèi)進行.試驗用盆缽為30cm×27cm的聚乙烯塑料盆,土壤過2mm篩后,裝盆,每盆裝風干土5kg.土樣處理為施加無機肥、有機肥、組合溶磷細菌肥、組合溶磷真菌肥及組合溶磷細菌真菌復混肥,以及不施加任何肥料的空白對照6個處理,具體的試驗設(shè)計方案見表2所示,每個處理3個重復,共裝盆18盆.1.5土壤等溫曲線法(1)采集土壤樣品自然風干,研磨,過1mm土壤篩,測定以下指標:有效磷含量采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法;酸、堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法;磷的吸附與解析.稱取過1mm篩的風干土樣7份,每份2.5g于50mL離心管中,用0.01mol/L的CaCl2溶液配制含磷量為0、10、20、40、60、100、150μg/mL的不同濃度的磷標準溶液,分別加入上述7份土中,加入3-5滴甲苯以抑制微生物的活動,將加入不同濃度磷溶液的離心管在28℃恒溫振蕩1h后靜置24h離心(10min,3500r/min),吸取離心后的上清液用鉬銻抗比色法測定平衡溶液中磷的含量,加入磷的量與平衡后溶液中磷含量的差值即為土壤吸附磷的量.以土壤吸附的磷量為縱坐標,平衡溶液磷濃度為橫坐標做土壤磷等溫曲線圖,磷吸附率=(土壤吸附磷的量/土壤中加入磷的量)×100%,并通過Langmuir方程進行擬合,得出土壤最大吸磷量(Xm)和吸附相關(guān)常數(shù)(k),土壤最大緩沖容量MBC(Xm×k).最大吸附磷量(Xm)用來反映土壤膠體中對磷吸附位點的多少,是土壤中磷庫容量的一個重要指標;吸附常數(shù)k是土壤吸附磷的一個強度因素,反映土壤膠體與磷酸根結(jié)合能力大小的標志,是磷吸附特性的又一個重要指標;土壤最大緩沖容量(MBC)是Langmuir等溫吸附方程式中兩個吸附參數(shù)Xm與k的乘積,可以作為土壤供磷的一個綜合指標.將離心管液體倒掉,用飽和氯化鈉溶液25mL洗滌兩次并離心,每次離心之前要確保將離心管底部的土搖起,洗滌后再在每根離心管中加入0.01mol/L的CaCl225mL,同時加入3-5滴甲苯,在28℃恒溫振蕩1h后靜置24h離心(10min,3500r/min),吸取離心后的上清液用鉬銻抗比色法測定,計算出解吸磷的量,解吸磷的量與土壤吸附磷量的比值即為土壤磷解吸率.(2)收獲油菜,測定:油菜產(chǎn)量采用電子稱直接稱重;植物吸磷量采用H2SO4-H2O2消煮;葉綠素采用乙醇丙酮比色法.1.6數(shù)據(jù)分析通過對實驗數(shù)據(jù)的采集整理,結(jié)合Excel、SASV8.1軟件等工具對實驗數(shù)據(jù)進行處理與統(tǒng)計分析.2結(jié)果與分析2.1各施入組合溶磷細菌肥間的土壤有效磷的變化不同處理土壤有效磷、酸堿磷酸酶和pH含量如表3.由表3可以看出,各處理油菜土壤有效磷含量均比空白高,與施入有機肥相比,加入溶磷混合菌肥土壤有效磷含量均增加,其中增加最顯著的是施入組合溶磷細菌肥,增加了15.44%,其次為組合溶磷真菌肥,增加了6.87%,組合溶磷細菌真菌復混肥的增加不顯著,為1.84%.不同溶磷混合菌肥間比較可知,施入組合溶磷細菌肥比施入組合溶磷真菌肥土壤有效磷提高了8.57個百分點,比施入組合溶磷細菌真菌復混肥土壤有效磷顯著提高了13.6個百分點.處理油菜土壤酸堿磷酸酶活性均顯著高于空白,與施入有機肥相比,加入溶磷混合菌肥土壤酸堿磷酸酶活性均增加,其中增加最顯著的是施入組合溶磷細菌肥,分別增加了10.49%、14.25%,其次為組合溶磷真菌肥,增加了7.39%、10.35%,組合溶磷細菌真菌復混肥的增加不顯著,為6.57%、4.01%.不同溶磷混合菌肥間比較可知,施入溶磷細菌肥比施入溶磷真菌肥酸堿磷酸酶活性分別提高了3.10個百分點、3.90個百分點,比施入溶磷細菌真菌復混肥顯著提高了3.92個百分點、10.24個百分點.不同處理土壤pH大小依次為空白>無機肥>有機肥>組合溶磷細菌真菌復混肥>組合溶磷真菌肥>組合溶磷細菌肥,變化范圍8.10-8.14,變化很小.2.2不同溶磷細菌和添加組合溶磷真菌肥后各保鮮液的含量不同處理油菜產(chǎn)量、葉綠素、吸磷量如表4.本研究中各處理與空白相比,油菜產(chǎn)量、吸磷量均顯著增加.與施入有機肥相比,加入溶磷混合菌肥油菜產(chǎn)量、吸磷量均增加,其中增加最顯著的是施入組合溶磷細菌肥,鮮重、干重、吸磷量分別增加了27.80%、34.45%、67.18%,其次為組合溶磷真菌肥,增加了14.73%、21.57%、18.25%,組合溶磷細菌真菌復混肥的增加不顯著,為9.75%、12.04%、15.62%.不同溶磷混合菌肥間比較可知,施入組合溶磷細菌肥比施入組合溶磷真菌肥鮮重、干重、吸磷量分別顯著提高了13.07、12.88、38.93個百分點,比施入組合溶磷細菌真菌復混肥分別顯著提高了18.0、22.41、51.56個百分點,而組合溶磷真菌處理與組合溶磷細菌真菌復混處理差異不顯著,鮮重、干重、吸磷量分別提高4.98、9.53、2.63個百分點.植物葉片中葉綠素含量多少是反映葉片生理變化的重要指標之一,與植物的產(chǎn)量有著直接的關(guān)系.葉綠素含量受到植物所處環(huán)境中磷含量的影響,進而影響光合作用.不同溶磷混合菌肥處理下的油菜葉片中葉綠素的含量也不同,其大小順序依次為組合溶磷細菌肥>組合溶磷真菌肥>組合溶磷細菌真菌復混肥>有機肥>無機肥>空白,其中,施用組合溶磷細菌肥的油菜葉綠素含量比施用無機肥提高了6.40%,比空白對照提高了8.60%,比施用組合溶磷真菌肥提高了1.92%,比施用組合溶磷細菌真菌復混肥提高了2.30%,比有機肥處理提高了3.50%.2.3不同處理的油菜地區(qū)磷吸附、解吸特性2.3.1加重磷濃度對土壤中磷的等溫吸附特征不同處理油菜土壤在不同濃度的外加磷條件下吸磷量不同,以土壤溶液平衡濃度為橫坐標,土壤吸磷量為縱坐標,作出各處理土壤磷的等溫吸附曲線圖,同時作出各處理土壤磷的吸附率圖,如圖1、圖2所示.由圖1可見,不同處理的土壤在外加磷濃度0-150μg/mL的范圍內(nèi),隨著外加磷濃度的增加,不同處理土壤對磷的吸附量逐漸增加,隨著外加磷濃度的增加土壤對磷的吸附首先是急劇增加,然后逐漸變?yōu)槠骄?最終有向平衡的趨勢發(fā)展;由圖2可見土壤對磷素的吸附率是隨著外加磷濃度的增加而下降.2.3.2土壤磷吸附特性的等溫、規(guī)劃設(shè)計常用的研究反映土壤磷吸附的有Freundlich、Temkin和Langmuir等溫吸附方程.本研究就通過Freundlich、Temkin和Langmuir等溫吸附方程來擬合各處理土壤磷的吸附特性,由試驗已知土壤吸磷量與平衡溶液濃度,3個方程中,C為平衡溶液濃度,X為土壤的吸磷量,不同處理油菜土壤磷等溫吸附方程參數(shù)見表5.不同處理土壤磷的吸附用3個方程來擬合,相關(guān)系數(shù)r都大于0.917,相關(guān)性極顯著(P<0.01).Langumir等溫吸附方程擬合相關(guān)系數(shù)都大于或等于0.990,擬合度更高,說明用Langumir等溫吸附方程來擬合各處理土壤磷吸附過程更好,為研究各處理土壤磷吸附特性的最佳方程.2.3.3不同處理的土壤磷最大吸磷量不同處理油菜土壤磷吸附相關(guān)參數(shù)值見表6.由表6可知,各處理土壤最大吸磷量在370.88-502.45mg/kg,不同處理土壤最大吸磷量依次為空白>無機肥>有機肥>組合溶磷細菌真菌復混肥>組合溶磷真菌肥>組合溶磷細菌肥.施入組合溶磷細菌肥、組合溶磷真菌肥以及組合溶磷細菌真菌復混肥油菜土壤最大吸磷量分別為370.88、423.74、442.55mg/kg,與空白處理相比最大吸磷量分別減少了131.57、78.71、59.90mg/kg,溶磷混合菌肥能顯著降低土壤最大吸磷量,各溶磷混合菌肥肥料處理中,組合溶磷細菌肥處理的土壤磷最大吸附量顯著小于其它溶磷混合菌肥處理(P<0.05),比組合溶磷真菌肥、組合溶磷細菌真菌復混肥分別減少52.86、71.67mg/kg;施用有機肥處理土壤磷最大吸附量也顯著降低,比空白處理減少了47.90mg/kg.不同處理油菜土壤磷吸附常數(shù)k的范圍在0.073-0.081之間,大小依次為無機肥>有機肥=空白>組合溶磷真菌肥=組合溶磷細菌肥>組合溶磷細菌真菌復混肥.溶磷菌肥處理土壤磷吸附常數(shù)值與無機肥處理相比降低了0.006-0.008,變化不顯著.由表可知,不同處理土壤最大緩沖容量在27.65-39.28mL/g,組合溶磷細菌肥處理土壤最大吸磷量最低,吸附常數(shù)k較小,土壤最大緩沖容量最小,為27.65mL/g,與其它組合溶磷混合菌肥處理相比差異顯著,各處理土壤最大緩沖容量大小依次為空白>無機肥>有機肥>組合溶磷細菌真菌復混肥>組合溶磷真菌肥>組合溶磷細菌肥.2.4土壤磷的解吸率不同處理油菜土壤在不同外加磷濃度下的解吸量如圖3,可以看出隨著外加磷濃度的增加,不同處理土壤磷的解吸量也逐漸增加,處理間比較,解吸量大小順序依次為組合溶磷細菌肥>組合溶磷真菌肥>組合溶磷細菌真菌復混肥>有機肥>無機肥>空白.可見,溶磷混合菌肥對土壤磷的解吸具有積極的作用,可以增加土壤磷的解吸.土壤磷的解吸率是解吸出來的磷占吸附磷量的百分比,各處理油菜土壤磷的平均解吸率見表7,由表可以看出,各處理土壤磷的解吸率與解吸量的變化趨勢相似,均隨外源磷量增加而增大,這一結(jié)果與王斌等、陳波浪等、郭勝利等的研究結(jié)果一致.解吸率大小依次為組合溶磷細菌肥>組合溶磷真菌肥>組合溶磷細菌真菌復混肥>有機肥>無機肥>空白;接種溶磷混合菌肥后各處理土壤磷的平均解析率增加,組合溶磷細菌肥、組合溶磷真菌肥、組合溶磷細菌真菌復混肥處理土壤的平均解吸率比空白處理增加34.37%、29.17%、27.08%,比有機肥處理增加9.32%、5.08%、3.39%.因此,溶磷混合菌肥不僅有助于增加土壤磷的解吸量,同時可以增加土壤磷的解吸率.3結(jié)論和討論3.1生物有機肥對作物磷素的影響大量的實驗研究結(jié)果表明,溶磷微生物具有產(chǎn)酸的能力,通過產(chǎn)生有機酸將難溶態(tài)磷溶解轉(zhuǎn)化,產(chǎn)酸機理是溶磷微生物溶磷機理中最重要的一個方面.溶磷微生物分泌的有機酸主要是在溶解難溶態(tài)無機磷酸鹽的過程中起作用,對有機磷的轉(zhuǎn)化主要依靠酶解作用來完成.微生物在代謝過程中產(chǎn)生各種磷酸酶,加速有機磷的礦化作用,一些溶磷細菌在缺磷土壤條件下可分泌核酸、植酸以及磷脂酶類物質(zhì),通過酶解作用使有機磷轉(zhuǎn)化成可供植物吸收利用的有效磷.溶磷菌施入土壤后,可以通過分泌有機酸和磷酸酶等將土壤難溶態(tài)磷轉(zhuǎn)化為有效磷,對土壤和作物磷素相關(guān)指標會有較大影響,胡曉峰等的實驗結(jié)果表明溶磷菌生物有機肥可以促進作物生長和土壤磷素養(yǎng)分的吸收;郜春花等在山西不同地方的土壤中接種溶磷細菌,研究結(jié)果表明土壤磷酸酶含量與不接種相比增加19.9%-50.3%,組合溶磷細菌肥處理土壤中磷酸酶含量與空白處理相比,增加了34.7%-41.9%,增加顯著.余旋等在美國山核桃苗上接種磷細菌,植株的生物量、全磷含量及凈光合速率與不接種相比顯著增加,本研究結(jié)果也表明加入溶磷混合菌肥,提高了土壤中磷素的利用率,增加了土壤有效磷含量和酸堿磷酸酶活性,改善了植物生長情況,使其產(chǎn)量、吸磷量和葉綠素含量增加,其中組合溶磷細菌肥的處理效果最好,與空白處理相比增加顯著,土壤有效磷、酸堿磷酸酶、油菜鮮重和干重、吸磷量、葉綠素含量分別增加了15.44%、10.49%、14.25%、27.80%、34.45%、67.18%、8.60%.3.2對土壤中磷的等溫吸附特性的影響趙慶雷等、章永松等、張迪等研究表明,土壤中施入有機肥,可以活化土壤中的磷,減少磷的吸附,這是因為有機肥腐解后,產(chǎn)生的碳水化合物和有機質(zhì)會與磷競爭吸附,掩蔽了吸附位,降低磷