施用味精废液对西瓜根际土壤微生物量碳、氮含量的影响

臧 传 聪

土壤微生物是土壤中各种生物化学过程的主要调节者，微生物量碳、氮被认为是土壤活性养分的储存库，是植物生长可利用养分的重要来源［1］。有研究［2］认为，农田微生物对氮肥的生物固定减少了氮肥的损失，尽管土壤微生物生物量只为土壤有机质的1%～5%，但支配养分供应中，土壤微生物量不仅充当许多基础反应的生物催化剂，还相当于土壤N和P元素的快速周转库，土壤微生物量氮的活性与消长被认为是土壤氮素内循环的本质性内容。目前，许多研究者对施用化肥［3］、猪圈肥［4］和秸秆还田［5］等措施下微生物生物量的变化进行了深入的探讨，而且主要集中在小麦、玉米等作物，而对味精废液及西瓜根际土壤微生物等方面的研究较少。有研究表明［6］，味精废液中核酸水解物用作植物生长素对水稻、食用菌、茶叶等均有明显的增产效果，并有促进果实早熟的作用，同时还能减少土壤致病菌及改善土壤环境。还有研究发现［7－8］，施用味精废液能促进白菜、番茄的生长，且能改善其品质。关于味精废液对西瓜根际土壤微生物量碳、氮的影响，尤其对西瓜在整个生育期内系统的动态变化研究尚未见报道。为此，本研究以丰乐一号西瓜为试材，开展了味精废液与化肥的不同配施比例对西瓜在不同生育期根际土壤微生物量碳和氮含量动态变化的研究，以期揭示配施味精废液处理根际土壤的生物化学过程的变化规律，为探讨施用味精废液对西瓜根际土壤的作用机理提供理论依据，并为进一步研发味精废液有机肥提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验地点设在山东省泰安市岱岳区马庄镇夏马村，供试土壤为轻壤土，土壤速效氮、磷和钾的含量分别为96.52，38.76，112.37mg／kg，有机质含量为15.29g／kg。供试化肥品种为尿素（含 N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）和硫酸钾（含K2O 50%），有机肥为利用味精行业所产生废液制成的颗粒肥料（有机质含 量 23.23%，N 7.55%，P2O51.02%，K2O 0.08%）。西瓜品种为“丰乐一号”，拱棚栽培，密度为7 500株／hm2。

1.2 试验设计

西瓜种子经过40d的育苗后，在2013年3月26日移栽到拱棚里，随机区组设计，设5个处理：CK，不施肥；N100，100%的氮由尿素提供；M10N90，10%的氮由味精废液提供，90%的氮由尿素提供；M30N70，30%的氮由味精废液提供，70%的氮由尿素提供；M50N50，50%的氮由味精废液提供，50%的氮由尿素提供。每个处理重复3次，每小区规格为3.5m×10m＝35m2，共计15个小区。除CK外，各处理均为等养分量，N，P和K含量相当于315，75和240 kg／hm2，各处理P和K不足部分分别用过磷酸钙、硫酸钾补足。各处理的肥料均在移苗前，一次性施入土壤。

1.3 土壤采样与分析

分别在移栽后的10，20，30，40，60和70d采集土壤样品，每次每个处理采6株。在土壤水分含量适中时采用剥落分离法［9］取样，将带土植株取出，先抖落大块不含根系的土壤，然后用力将根表面附着的土壤全部抖落下来，迅速装入塑料袋内作为根际土。然后立即采用氯仿熏蒸法测定土壤微生物量碳、氮［10］，每个处理6株土样分别进行测定。

1.4 统计方法

采用Excel软件处理数据，采用SAS软件进行方差分析和多重比较（LSD法，p＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对根际土壤微生物量碳的影响

土壤微生物碳（MBC）一般为土壤有机碳的1%～4%，由于土壤微生物C／N比值较低，在土壤中分解速度比土壤有机质快，对土壤有机质的分解及养分的转化循环等都有重要的作用［11］。由表1可见，各施肥处理的MBC含量均明显高于CK。移栽后20d，CK达到了最大值，在30d时就出现了缺肥症状，叶子发黄，根系活性降低，导致土壤微生物活性也降低。而N100，M10N90，M30N70和 M50N50处理随着西瓜的快速生长发育、根系分泌量的增加及气温的不断升高，MBC含量在增加，到40d时达到最大值，之后开始迅速的下降。与N100相比，M10N90，M30N70和M50N50处理的MBC含量下降更快。这是由于味精废液是一种含N较高，C／N较小的有机肥料，在土壤中较易矿化分解。随着西瓜生育期的推进，味精废液有机肥在不断地分解，在生长后期微生物能利用的易分解有机C源已矿化，剩余为较难分解的有机C，所以使后期 MBC含量显著降低。移栽后70d（收获期），各处理MBC含量稍有所回升，分别增加21.17，20.92，33.36，31.28和25.93mg／kg。从西瓜整个生育期来看，配施味精废液的3个处理MBC含量明显高于CK和N100；M10N90，M30N70和 M50N50处理分别比N100处理提高了31.97%～48.87%，46.00%～62.14%和37.80%～53.11%。

可见，随着味精废液所占比例的增加，MBC含量呈先增后减的趋势。在味精废液有机肥与化肥的不同配施中，M30N70处理的 MBC含量最大。数据表明，配施味精废液对MBC含量具有显著的影响，其作用效果取决于味精废液与化肥的配施比例。

表1 不同处理对西瓜根际土壤微生物量碳含量的影响

2.2 不同处理对根际土壤微生物量氮的影响

氮素是作物生长的大量元素，不仅受到氮肥种类、投入量及土壤肥力水平高低的影响，还要受到地上部作物需求量的影响，因此，土壤微生物量氮的变化比土壤微生物量碳的波动幅度大且复杂的多［12］。从表2可知，在西瓜整个生育期内，总的变化规律表现为：移栽后10d各处理土壤微生物量氮（MBN）含量达到高峰，随生育进程明显下降，收获期呈回升趋势。移栽后10d，各施肥处理的MBN含量均明显高于CK。

与N100处理相比，配施味精废液处理均显著提高了土壤中MBN含量。M30N70处理的MBN含量显著高于CK，N100，M10N90和 M50N50，分别提高了120.17%，74.71%，15.01%和20.06%。移栽后20d，各处理的MBN含量均出现不同程度的下降，其中CK在移栽后30d最早降为最低值，这可能是由于土壤氮素营养不能满足西瓜生长需求，土壤微生物不得不加速自身矿化来提供养分，表明在没有氮肥施入的情况下，土壤微生物量氮也能为作物生长提供一定量的氮素养分。而各施肥处理的MBN含量继续下降，在移栽后60d达到最低值；收获期（70d）各处理的MBN含量均有小幅的回升。

在西瓜的全生育期内，配施味精废液处理均明显高于单施化肥处理，其中M30N70处理的MBN含量始终处于最高，比N100提高35.31%～81.30%。可见，在配施味精废液处理中，随着味精废液比例的增加，MBN含量呈先升后降的趋势。因此，并非味精废液所占的比例越大，土壤中MBN含量就越高。

表2 不同处理对西瓜根际土壤微生物量氮含量的影响

2.3 微生物量碳、氮占有机碳、全氮的百分比

微生物量碳／有机碳称为微生物熵（MBC／TOC），它是衡量一个生态系统土壤有机碳积累或损失的一个重要指标，该值高则表示土壤碳的积累。微生物熵是一个比值，它能够避免在使用绝对量或对不同有机质含量的土壤进行比较时出现的一些问题，因而土壤微生物熵能够较为准确地反映土地利用和管理措施对土壤的影响［13］。由表3可见，在西瓜的全生育期内，土壤微生物熵在2.35%～6.71%之间波动。各施肥处理的微生物熵均显著高于CK。移栽后20d，CK的微生物熵达到最大值，而 N100，M10N90，M30N70和M50N50处理在移栽后40d达到高峰，之后呈下降趋势，在收获期（70d）略有上升。在各施肥处理中，味精废液与化肥的配施处理均显著高于N100，表明有机肥的投入能明显提高有机碳在微生物中的固定。而在配施的3个处理中，M30N70处理的微生物熵均高于M10N90和M50N50处理。在西瓜的整个生育期内，M30N70处理的微生物熵比N100提高27.59%～51.53%。

表3 不同处理对西瓜根际土壤微生物熵的影响

从表4可知，在移栽后10d，各处理的MBN／TN达到最大值，随着西瓜的生长，根系吸收土壤氮素养分的能力增强，土壤微生物量氮逐渐降低，导致其占土壤全氮的百分比也逐渐下降，但各处理的下降程度不一。CK最早降至最低，移栽后30d时就已降至1.78%，表明对照土壤的氮素处于缺乏状态。各施肥处理均在移栽后60d降至最低，在收获期（70d）呈回升趋势。在西瓜全生育期内，配施味精废液处理的MBN／TN均明显高于CK和N100处理，其中M10N90处理的MBN／TN最高，比N100处理提高了44.77%～89.33%；各处理的MBN／TN平均值大小次序为：M30N70＞M10N90≈M50N50＞N100＞CK。分析数据表明，施肥能显著增加土壤微生物量氮占全氮的百分比，而配施味精废液有机肥的效果明显优于单施化肥；在味精废液有机肥与化肥的不同配比中，以3∶7比例配施的效果最显著。

表4 不同处理对西瓜根际土壤MBN／TN的影响

2.4 不同处理对根际土壤微生物量碳氮比的影响

微生物量碳／土壤微生物量氮比（MBC／MBN）通常用来表征土壤微生物群落结构特征，可用作土壤氮素供应能力和有效性的评价指示［14］。从表5可以看出，西瓜各生育期内土壤 MBC／MBN比在6.58～23.85之间变化，其比值高于李贵桐等［15］的研究报道，可能与植物根系活动和土壤有效养分的差异等因素有关。移栽后10～30d，各施肥处理 MBC／MBN比明显低于对照，这表明施肥处理土壤氮素的有效性较高。随着生育进程的推进，西瓜吸氮量不断增加，土壤有效氮含量逐渐降低，土壤微生物量氮逐渐转化为有效氮供西瓜吸收利用，使各处理MBC／MBN比增大，除CK外，各施肥处理MBC／MBN比均在移栽后60d升至最高。在收获期（70d）时，各处理 MBC／MBN比均有下降。西瓜植株根系周围的微生物种群以细菌为主，其次是放线菌，而真菌最少，不同种群的C／N比不一样，微生物区系中细菌和真菌的比例不同，必然会导致MBC／MBN比的不同。

表5 不同处理对西瓜根际土壤MBC／MBN比的影响

3 结果讨论

土壤微生物量是土壤肥力的重要生物学指标。MBC可反映微生物的活动状况，是土壤有机碳的灵敏指示因子；MBN是土壤微生物对氮素矿化与固持作用的综合反映，凡是影响氮素矿化与固持过程的因素都会影响 MBN的含量［16］。Albiach等［17］研究认为，合理的施肥措施有利于改善土壤理化性状和微生物区系，使土壤微生物量碳、氮含量增加，并能提高土壤肥力。本试验得出，在西瓜的整个生育时期内，配施味精废液处理的MBC和MBN含量均明显高于对照和单施化肥处理，这与徐永刚等［4］在潮棕壤上的报道一致。这是因为配施有机肥不仅补充输入了有机碳源，提高了养分的有效性和保水能力，且改善了土壤物理性状，必将刺激土壤微生物繁殖［18］，从而使微生物量呈较高值。这也说明味精废液与化肥配施下能有较多的氮素通过同化作用转入到微生物体内被暂时固定，相应地减少了通过氨挥发和硝态氮淋失等途径造成的氮素损失。这对调节土壤氮素供应、提高氮素利用率、防止水资源污染及保证农业可持续发展都具有一定的积极意义［19］。

本试验还得出，各处理MBN含量在西瓜的生育过程中表现为移栽初期升高，随生育进程推进逐渐下降，收获期有小幅回升的趋势。这与罗兰芳等［12］在水稻上的研究结果一致，这一变化趋势与土壤微生物活动、外界气温变化及西瓜对养分的吸收特性有关。移栽初期（10d），各处理MBN达到最大值。这可能是由于施入土壤的氮肥释放迅速，土壤矿质氮含量达到最高；同时随土壤温度的升高，根系周围土壤微生物活性迅速增强，土壤微生物开始固持土壤中的氮素，使土壤微生物量增加。随生育进程的推进，西瓜对土壤氮素的需求量增加，而各处理的MBN含量逐渐降低，说明一部分微生物氮又被释放出来，以供西瓜生长需要，这反映出土壤微生物氮是植物有效氮的重要储备以及在土壤氮素供应方面的协调作用［20］。收获期（70d），各处理土壤微生物量稍有回升。主要原因是西瓜停止生长后，地下根系逐渐衰老死亡，植株通过根系分泌物和残体向土壤提供有机碳、氮，促进微生物生长，从而增加了MBC和MBN含量［21］。

作为土壤微生物量碳与有机碳的比值，微生物熵在对不同有机质含量的土壤进行比较时与总量有机碳或微生物量碳相比，均具有一定的优势；它更能反映出土壤碳库的容量和活性特征，体现土壤质量的高低。土地利用和施肥对土壤微生物熵的影响可能来源于其改变了土壤有机物的投入量和其它土壤环境条件，从而使微生物量碳迅速发生变化［13］。本研究认为，配施味精废液的3个处理均显著高于单施化肥处理，这与徐阳春等［22］的研究结果相似。可能是由于有机肥的施用为土壤微生物生长提供了丰富的碳源和氮源，使其吸收合成其机体的一部分。这样不仅提高了土壤有机碳的积累，而且更大的提高了土壤的微生物生物量，从而使微生物熵明显提高。本试验还得出，不同处理的 MBN／TN为1.78%～5.79%，这与Anderson和Domsch［23］的报道一致，同时配施味精废液处理的MBN／TN显著高于单施化肥处理，进一步证明了味精废液与化肥配施能明显增加土壤微生物量氮占全氮的百分比，有利于提高氮的有效性。

4 结论

（1）施用味精废液使土壤生物过程活跃，有利于土壤有机物质的转化和西瓜正常生长所需的营养供应。在西瓜不同生育期，根际土壤MBC和MBN含量动态变化规律不同。与M30N70处理相比，M10N90和M50N50处理对西瓜根际土壤微生物量碳、氮的影响较小。

（2）在味精废液与化肥的不同搭配比例中，3∶7比例配施的MBC，MBN，MBC／TOC和MBN／TN均明显高于1∶9和5∶5比例配施处理。可能是由于3∶7比例配施更好地调节了土壤C／N比，有利于土壤微生物活性的提高及微生物的大量繁殖，从而导致土壤微生物量的增加。同时3∶7比例配施的MBC／MBN比值小于1∶9和5∶5比例配施，也说明了该处理下土壤氮素的生物有效性较高。综合分析可知，味精废液与化肥以3︰7比例配施对西瓜根际土壤微生态环境的作用效果最佳，更有利于平衡西瓜氮素营养。

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