氰胺化钙对温室土壤生物的影响
2012-04-29陈云峰王秀徽曹志平
陈云峰 王秀徽 曹志平
摘要:为了探讨氰胺化钙对土壤生物的影响,2005~2007年,在山东省寿光市研究了温室条件下施用氰胺化钙对番茄土壤微生物量C、微生物量N、原生动物和线虫丰度的影响。结果表明,施用氰胺化钙后,番茄生长早期和中期微生物量C显著提高,平均较对照处理高50.8%;除个别月份外,微生物量N在整个番茄生育期均高于对照处理,平均高13.7%;原生动物中,优势类群鞭毛虫在番茄后期得到促进,其丰度高于对照处理8.7倍,稀有类群肉足虫在整个生育期也得到一定的促进;线虫总数下降88.5%,其中食细菌线虫下降87.6%,植食性线虫下降99.3%。总之,氰胺化钙消毒对土壤生物具有促进和抑制双重作用,对微生物和原生动物表现为促进作用,对线虫则为抑制作用。
关键词:氰胺化钙;温室土壤;微生物量C;微生物量N;微型动物丰度
中图分类号:S154.1 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2012)24-5633-05
氰胺化钙(CaCN2)又名石灰氮,兼具肥料和土壤消毒作用,一般用来防治土传病害、改良土壤、调节植物生长[1]。氰胺化钙对土壤生物的影响,主要集中在对病原微生物和根结线虫的防治上,如Bourbos等[2]发现氰胺化钙消毒能降低茄病镰刀菌瓜类专化型99%以上,Shi等[3]发现氰胺化钙消毒15d后能降低尖孢镰刀菌黄瓜专化型92.2%,刘志明等[4]、崔国庆等[5]认为氰胺化钙消毒对控制温室番茄根结线虫有较好的效果。氰胺化钙对土壤微生物、原生动物、线虫群落的影响仅有少量报道,如Shi等[3]、Tian等[6]报道了氰胺化钙对土壤微生物量和群落结构的影响。在土壤中,微生物直接调节和控制着土壤养分的转化、供给以及植物对养分的吸收[7],原生动物和线虫统称为微型土壤动物,在改变微生物群落结构、加速微生物周转、驱动微生物多样性和功能稳定性、促进养分和激素释放、调控有机碳积累和稳定性以及通过食物网最终影响植物群落及地上部的更高营养级生物方面起着重要作用[8,9]。氰胺化钙的施用如果影响到这些土壤生物的丰度,将会影响到它们的生态功能,进而影响土壤养分矿化等过程。为此,2005~2007年,在山东省寿光市研究了番茄温室施用氰胺化钙对土壤微生物量C、微生物量N、原生动物、线虫动态的影响,以期为氰胺化钙的施用提供土壤生态学上的支持。
1 材料与方法
1.1 试验点概况
试验地点选在山东省寿光市,当地年平均气温12.4℃,年均降雨量608mm,年均无霜期195d。大棚土壤理化性质为含水量11.3%,pH7.1,有机质13.6g/kg,全氮1.3g/kg,碱解氮109.3mg/kg,有效磷222.4mg/kg,有效钾435.0mg/kg。
1.2 试验设计
试验在2005~2006年和2006~2007年番茄生长季中进行,2005~2006年调查施用氰胺化钙对土壤微生物量C、N及原生动物的影响,2006~2007年调查施用氰胺化钙对线虫群落的影响。
1.2.1 2005~2006年试验 设不施氰胺化钙(CK)和施氰胺化钙(CaCN2)2个处理,3次重复。小区面积为34m2,供试作物为番茄(LycopersicumesculentumMill),品种为FA189,每小区种植114株番茄。2005年8月13日施入稻壳10.5t/hm2,施入氰胺化钙750kg/hm2。将稻壳和氰胺化钙均匀施入土壤表层,旋耕土壤,起垄,覆膜,膜下灌足量的水,等待20~25d,揭去地膜,疏松土壤,待土壤晾透后再播种定植。
分别于2005年9月25日、11月6日、12月18日、2006年2月7日、3月14日、4月23日、6月6日取样。每小区取15钻土,土钻直径3cm,深度为20cm,混合均匀作为1个土样,带回实验室在4℃冰箱保存,进行微生物量C、N及原生动物测定。
土壤微生物量C采用熏蒸提取-容量分析法测定,微生物量N采用熏蒸提取-茚三酮比色法测定[10]。采用0.5mol/LK2SO4浸提经氯仿和未经氯仿熏蒸的土壤,浸提液中有机碳的测定采用重铬酸钾容量法,氮的测定采用水合茚三酮比色法。微生物量C=2.64×(熏蒸后的有机碳-熏蒸前的有机碳),微生物量N=5×(熏蒸后的氮-熏蒸前的氮)。
土壤原生动物测定采用最大或然数(Mostprobablenumber,MPN)法测定[11]。试验中,稀释梯度为10-2~10-4,个别样品为10-3~10-5。培养后第4、7和11天在100×显微镜下根据观察到的形态及运动状态将原生动物鉴定至鞭毛虫、纤毛虫及肉足虫,根据每个样品中空环数查最大或然数表得出各类群丰度(以每克干土中原生动物数量表示)。
1.2.2 2006~2007年试验 2006~2007年试验也设不施氰胺化钙(CK)和施氰胺化钙(CaCN2)2个处理,4次重复,小区面积为38m2,供试作物为番茄,品种为FA189。2006年7月18日施入稻壳11.1t/hm2,施入氰胺化钙1111kg/hm2。由于该试验温室病虫害情况与2005~2006年有所不同,因此氰胺化钙用量有所增加,但都在氰胺化钙施用量范围以内,相应地稻壳的用量也有所增加。稻壳和氰胺化钙施用方法与2005~2006年试验相同。分别于2006年9月2日、11月3日,2007年1月3日、3月3日取样。取样方法同上。采用淘洗-离心-漂浮法[12]分离线虫。在解剖镜下统计线虫数量,线虫总数用每100g干土线虫的数量表示。将线虫按食性分为4个营养类群:食细菌线虫、食真菌线虫、植食性线虫、杂食-捕食性线虫[13,14]。
1.3 数据处理
采用t检验法检验处理间微生物量C、微生物量N、鞭毛虫、纤毛虫、肉足虫、原生动物总和、食细菌线虫、植食性线虫及线虫总数之间差异。若统计数据不满足齐次性假设,则在分析之前采用平方根、倒数、ln(x+1)或lg(x+1)等方式进行转换,如若转换后仍不满足齐次性要求,采用Mann-Whitney非参数检验。采用双因素方差分析(取样日期×处理)比较处理效应和时间效应及两者的交互作用。所有统计均采用SPSS11.5完成。
2 结果与分析
2.1 氰胺化钙对土壤微生物量C、N的影响
2.2 氰胺化钙对土壤原生动物的影响
2.3 氰胺化钙对土壤线虫群落的影响
3 小结与讨论
氰胺化钙作为一种药肥性土壤处理剂,主要成分为氰胺基化钙、氧化钙和碳素等,pH12[5]。在土壤中与水反应生成氢氧化钙和氰胺,氰胺可进一步聚合形成双氰胺,氰胺和双氰胺都具有抑制硝化、消毒和灭虫防病的作用,同时氰胺化钙提供的氮源促进土壤微生物的生长[1]。因此,氰胺化钙对土壤生物既有抑制又有促进作用。Shi等[3]的盆栽试验表明,氰胺化钙对微生物群落的影响主要是短期效应,施用氰胺化钙3d后,微生物数量显著下降,但15d后即恢复到对照水平。此次大田试验中,施用氰胺化钙总体增加了土壤微生物量C、微生物量N,这表明在土壤中氰胺化钙对土壤微生物的促进作用占据主要地位。陈云峰[15]研究表明,施用氰胺化钙后土壤中的矿化氮含量显著降低,这从另一方面印证了施用氰胺化钙能促进土壤微生物对氮素的吸收。Tian等[6]研究结果也表明,在两茬番茄间隙施用氰胺化钙后,第二季番茄收获后微生物量C、微生物量N、细菌、真菌及放线菌均有显著提高,这也表明氰胺化钙对土壤微生物以促进作用为主。
试验中,原生动物丰度为412~129295ind/g,鞭毛虫、肉足虫、纤毛虫的丰度分别占总丰度的93.6%、3.8%、2.6%,这种群落结构模式与冯伟松等[16]测定的广东省韶关市凡口铅锌矿湿地处理系统中原生动物群落结构类似,也与Finlay等[17]在苏格兰高山草地的研究结果类似,但与曹志平等[18]测定的华北平原高产农田的原生动物群落结构显著不同,其鞭毛虫、纤毛虫和肉足虫丰度分别占原生动物总丰度的39.5%、1.3%和59.2%。氰胺化钙对原生动物的影响与对微生物的影响类似,尤其是对肉足虫的促进作用与微生物量N几乎是同步的。由于鞭毛虫与肉足虫主要取食细菌[19],推测微生物量的增加主要是细菌生物量的增加。在氰胺化钙使用过程中,秸秆等有机物的施用、灌水及高温等条件均能促进细菌的繁殖,进而促进了原生动物的丰度。
氰胺化钙对根结线虫有良好的防效[4,20,21],此次研究最初目的也是探讨氰胺化钙对根结线虫病的控制效果。结果表明,氰胺化钙较好地抑制了以根结线虫二龄幼虫为主的植食性线虫数量,这与刘志明[4]研究的结果相同。但氰胺化钙的消毒作用是没有选择性的,有益的食细菌线虫[22]也被抑制,这主要是因为氰胺化钙分解产生的氰胺和双氰胺对土壤生物的抑制是没有选择性的。此外,氰胺化钙消毒过程中,需要覆膜闷棚,相当于太阳能消毒,棚内温度较高,最高可达47℃[23],这对根结线虫二龄幼虫也有一定的抑制作用。与自然生态系统线虫丰度[24]相比,试验对照处理的线虫丰度较低,与Cao等[25]的研究结果类似。施用氰胺化钙抑制线虫丰度,这与氰胺化钙对微生物和原生动物以促进作用为主的影响不同,可能是微生物、原生动物和线虫对氰胺化钙的响应时间不同。微生物个体小,群落的恢复极快,并很快就超过了原来的生物量,原生动物群落在6个月以后才恢复,线虫由于个体远较微生物和原生动物大[26],群落恢复更慢。Bloem等[27]的研究结果也证实了这一点。
综上所述,氰胺化钙消毒时表现出对土壤生物既有促进又有抑制的双重作用,对微生物和原生动物的影响主要是促进作用占优势,对线虫的影响则是抑制作用占优势。
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