有机无机营养物料对莠去津污染土壤微生物量磷和可溶性无机磷的影响

陈月芳　张超兰 黄河　姚胜勋　李方圆　吴海霞

摘要 [目的]为了评估外源有机无机营养物质在莠去津污染土壤修复中的作用。[方法] 采用实验室培养试验，研究添加不同有机无机物料对莠去津污染土壤微生物量磷和可溶性无机磷的影响。[结果] 外源有机、无机营养物质均显著提高了莠去津污染土壤的微生物量磷的含量，其中单施腐熟猪粪处理的土壤微生物量磷增加最明显，比对照增加了98.4%，其次是NP肥配施、单施紫云英、单施N肥，分别比对照增加了28.6%、23.7%、16.4%，增加较少的是单施P肥和单施水稻秸秆的处理，仅仅分别比对照增加了7.5%和4.3%。与土壤微生物量磷不同的是，单施腐熟猪粪、单施磷肥以及NP配施的处理土壤可溶性无机磷明显增加，分别比对照增加了35.0%、42.3%和40.2%；而莠去津单施氮肥、紫云英和水稻秸秆的处理土壤可溶性无机磷则显著降低，分别减少了29.1%、13.2%和13.7%。[结论] 施用有机无机营养物料可加快土著微生物的生长，促进了莠去津的消解，有利于莠去津污染土壤的修复。

关键词 土壤微生物生物量；莠去津；有机物料；无机物料

中图分类号 S154.3 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2015）11-081-04

土壤微生物在土壤有机物质的转化过程及土壤肥力的维持方面起着不可低估的作用[1-2]。土壤微生物量常被用于评价土壤的微生物学性状，因它能反映参与调控土壤中能量、养分循环以及有机物质转化的对应微生物的数量[3]。作为占耕作土壤中有机磷3%的微生物量磷是土壤有机磷中最为活跃的部分，是土壤磷养分的重要源和库[4]。土壤微生物易受到土壤环境因子的影响，比如干湿交替、施肥制度、根系分泌物、环境污染物等都会影响它们的活性。施肥对土壤微生物生物量的影响研究较多[5]。土壤中残留的除草剂对土壤微生物活性、微生物生物量的影响也有较多研究[6-7]，但施用有机、无机物料对莠去津污染土壤微生物量磷、土壤水溶性无机磷的影响研究鲜见报道。因此，笔者研究了在莠去津污染土壤中施用不同有机肥料、无机肥料对土壤微生物量磷以及可溶性无机磷的影响，阐明施用有机肥料、无机肥料等农业措施对维持土壤质量的作用。

1 材料与方法

1.1 材料

供试土壤为0～20 cm的淡涂泥田水稻土，采集于浙江省杭州市袁浦镇。在新鲜土壤采回后，去除作物残体、砾石等，然后过2 mm筛，混合均匀，一部分保存于4 ℃冰箱中，供培养试验用，另一部分在风干后测定土壤理化性质。

莠去津有机物料为风干粉碎过1 mm筛的腐熟猪粪、水稻秸秆和紫云英。无机肥料分别为分析纯尿素和磷酸二氢钾。土壤和有机物料的基本性质见表1。供试莠去津的纯度为98.4%，由国家农药检测中心提供。

1.2 培养试验

土壤从4 ℃冰箱中取出后放置在（25±1）℃恒温生化培养箱中暗培养7 d。称取土壤60 g（烘干土重）于250 ml三角瓶中，加入0.6 ml 1 000 mg/kg莠去津除草剂甲醇溶液，使得土壤中莠去津浓度为10 mg/kg；在通风橱中抽风，使得甲醇挥发后混合均匀，然后按Ⅰ原土（CK）、Ⅱ莠去津污染土壤（AT）、Ⅲ莠去津污染土壤+腐熟猪粪（AT+PM）、Ⅳ莠去津污染土壤+稻秸秆（AT+RS）、Ⅴ莠去津污染土壤+紫云英（AT+L）、Ⅵ莠去津污染土壤+氮肥（AT+N）、Ⅶ莠去津污染土壤+磷肥（AT+P）、Ⅷ莠去津污染土壤+氮肥+磷肥（AT+N+P）等试验设置加入不同的有机和无机营养物质，每个处理重复3次。其中，有机物料的施用量均为10 g/kg；氮肥用尿素，施用量为150.0 kg/hm2；磷肥用磷酸二氢钾，施用量为150 kg/hm2。加有机无机物料，混匀，并将土壤含水量调节至田间持水量的50%，置于（25±1）℃恒温生化培养箱中进行暗培养，分别于第0、3、7、14、28、42、70、98天采集土样，分析、测定土壤微生物量磷和可溶性无机磷的含量。

1.3 分析方法

土壤微生物量磷参照Brookes等[8]方法，即提取液为0.5 mol/L NaHCO3（pH=8.5）溶液，提取液中的磷含量采用钼酸铵-抗坏血酸比色法测定。熏蒸土壤和未熏蒸土壤提取的磷含量之差（FP）除以转换系数KP（0.40），得土壤微生物量磷（Pmic，mg/kg），即Pmic=FP/KP=FP/0.40。其他均采用常规方法测定[9]。土壤可溶性无机磷是指用NaHCO3溶液浸提所得到的磷量，也就是未熏蒸土壤所测定的磷量[10]。

2 结果与分析

2.1 外源有机物料对莠去津污染土壤微生物量磷的影响

表2表明，外源有机物料均能在0.01水平显著地增加土壤微生物量磷含量，但增加程度与有机物料种类有关。其中，添加腐熟猪粪的土壤微生物量磷含量增加最明显，其次是添加紫云英的处理，添加水稻秸秆的处理土壤微生物量磷含量增加相对较低，但仍在0.05水平显著高于CK。外源腐熟猪粪、水稻秸秆和紫云英处理微生物量磷含量分别比CK增加了98.4%、4.3%和23.7%，而AT处理则比空白对照降低约20.0%。从表2还可以看出，不同处理土壤微生物量磷含量随时间变化的趋势基本一致，土壤微生物量磷含量均呈降低趋势， 微生物量磷含量呈上升趋势，培养第14天达最大值，培养14～28 d微生物生物量磷含量又呈下降趋势，培养28 d后变化不大。在培养结束时（98 d），添加有机物料的所有处理中土壤微生物量磷含量仍高于CK和AT处理。

2.2 外源无机肥料对莠去津污染土壤微生物量磷的影响

表3表明，施用无机肥料同样在0.05水平显著增加土壤微生物量磷的含量。增加程度依施用的无机肥不同而异。与CK和AT处理相比，氮磷肥配合施用土壤微生物生物量磷含量增加最显著，分别增加磷含量28.6%和60%，其次是单施氮肥处理，土壤微生物生物量磷含量分别增加了16.4%和45.4%，单施磷肥的处理土壤微生物生物量磷含量增加相对较少，分别增加了7.5%和34.3%。从表3还可以看出，土壤微生物量磷含量的增加程度及其随时间的变化趋势与施用有机物料有所不同。不同处理微生物量磷含量随时间变化的动态规律为：在培养最初3 d内，所有处理的土壤微生物量磷含量呈降低趋势，培养3～7 d土壤微生物量磷含量呈上升趋势，培养第7天达到最大值，比施用有机物料的处理提前约7 d， 培养7～28 d又下降，培养28 d后变化不大。

2.3 不同处理土壤可溶性无机磷的变化

表4、5表明，外源不同有机肥料和无机肥料对土壤可溶性无机磷含量的影响程度不一。其中，腐熟猪粪、单施磷肥以及氮肥和磷肥配施的处理土壤可溶性无机磷含量明显增加，分别平均增加了35.0%、42.3%和40.2%。莠去津处理、单施氮肥、紫云英和水稻秸秆处理土壤可溶性无机磷含量显著降低，分别平均减少了9.6%、29.15、13.2%和13.7%。不同处理土壤可溶性无机磷含量随时间的变化趋势与微生物量磷含量的变化趋势亦不同，添加腐熟猪粪的处理土壤可溶性无机磷最初的含量为12.4 mg/kg，培养第7天增加到23.1 mg/kg，培养7～14 d降低，培养14 d直至培养结束土壤可溶性无机磷变化不大；单施磷肥以及氮肥、磷肥混施的处理开始时土壤可溶性无机磷含量均较高，均为24.6 mg/kg，培养0～7 d降低，培养7 d后变化不大。单施氮肥处理土壤可溶性无机磷在第7天降到最低，为6.6 mg/kg；紫云英处理土壤可溶性无机磷在最初7 d有所增加，随后迅速降低，从培养第7天的13.4 mg/kg降到培养第14天的9.3 mg/kg，培养14 d后仍有所降低，但变化不大；水稻秸秆处理在培养0～14 d逐渐下降，培养14 d后变化不大。

3 结论与讨论

该研究发现莠去津的污染降低了土壤微生物量磷的含量。这是由莠去津对土壤微生物的毒害所致，较高浓度的莠去津降低了土壤微生物的活性。无论添加有机物料还是施用无机肥料，土壤微生物量磷均在0.05水平显著高于对照，但不同有机物质、无机物质增加的幅度不同。与空白对照相比，各处理土壤微生物量磷的增加顺序依次为Ⅲ（AT+PM）、Ⅷ（AT+N+P）、Ⅴ（AT+L）、Ⅵ（AT+N）、Ⅳ（AT+RS）和Ⅶ（AT+P），各处理土壤微生物量磷依次增加了98.4%、28.6%、23.7%、16.4%、7.5%和4.3%。莠去津污染土壤中AT微生物量磷则比CK降低了20.0%，表明有机肥料、无机肥料能减缓甚至消除莠去津对土壤微生物的毒害作用。加入有机物质可以激活微生物活性，使微生物代谢作用加强，加速莠去津的降解，莠去津降解后其生物毒性也随之降低[11]。同时，土壤中添加有机物料可以加速莠去津的降解作用[12]。施肥对农田土壤微生物活性的影响为有机肥配施无机肥处理>单施有机肥处理>单施无机肥处理[13]。即使单施化肥，土壤微生物量磷也有较大幅度的增加，可能是因为施用化肥增加了微生物对磷的同化固定。此外，研究中施用无机肥料处理土壤微生物磷比施用有机物料处理微生物磷提前7 d左右达到最大值，即施用无机肥料处理的土壤微生物量磷在培养第7天就达到最大值，而添加有机物料处理的在培养第14天才达到最大值。这也许是由于无机肥料施入土壤后以生物可利用性形态为主，更易被土壤微生物利用，而有机物料必须矿化为无机成分后才能被生物利用。土壤微生物磷在培养第0～5天都增加，其中AT+PM>AT+N+P>AT+RS。加入腐熟猪粪（AT+PM）的处理中微生物量磷最高，主要是因为腐熟猪粪中分解的有机磷含量高，腐熟猪粪含磷量高且易于分解[14]。

作为土壤有机磷中活性较高的微生物量磷，不仅是土壤可溶性无机磷的重要给源，而且与土壤可溶性无机磷直接平衡。研究表明，AT+PM、AT+P以及AT+N+P处理土壤可溶性无机磷含量明显增加，分别增加了5.1、5.2和5.0 mg/kg；而AT+N、AT+L和AT+RS处理土壤可溶性无机磷含量不仅没有增加，反而有所降低，分别减少3.6、1.9和2.0 mg/kg。其中，腐熟猪粪处理微生物磷含量在培养第7天增加到最大值，为23.1 mg/kg。这是由于猪粪中全磷含量较高，磷素中以无机态磷为主，有机磷组分中也以活性和中等活性有机磷为主，C/P比小，施入土壤后土壤可溶性无机磷含量明显提高，而此时生物固定还没有达到高峰；在培养第7～14天，土壤可溶性无机磷含量迅速降低，约在培养第14天降至最低，此时正好微生物磷含量达到最大值，也就是说微生物对磷的生物固持作用增强，可暂时降低土壤中的土壤可溶性无机磷。水稻秸秆则相反，因其全磷含量低，其中大部分为有机态磷。在有机磷组分中，以中等活性与中稳性有机磷为主，C/N比和C/P比高，施入土壤后较难分解，不仅不能改善当季作物的磷素营养，而且由于磷的生物固定，土壤可溶性无机磷含量降低。由于紫云英处理可刺激土壤微生物磷含量的增加，需要更多的磷构建微生物细胞。它可能暂时把介质中的无机磷固定在其细胞内，而使土壤可溶性无机磷降低。从不同时期、不同处理土壤可溶性无机磷的变化可以看出，土壤微生物对磷的生物固定及磷有效性的变化不仅取决于有机物的种类及其本身的C/P比，而且与有机物料分解的速度和强度有关。张宝贵等[15]研究表明，当含磷量小于0.2%～0.3%的秸秆等植物残体分解时，出现有效磷的净固持，使得有效磷含量减少。绿肥和农家肥等在分解初期既有无机磷的释放，又有微生物对无机磷的固持。磷肥和N、P混施的处理也增加了土壤可溶性无机磷的含量，但单施氮肥处理土壤可溶性无机磷含量则降低。这是由于氮肥施用刺激了土壤微生物对土壤可溶性无机磷固定，使得微生物量磷增加，而降低了土壤可溶性无机磷含量。施用磷肥明显提高了表层土壤可溶性无机磷的含量。施用磷肥后，土壤有效磷含量增加，也会有更多的无机磷被同化结合到微生物体内。

无论是施用有机物料还是无机肥料，土壤微生物磷含量均明显增加，但施肥对土壤微生物量磷含量的影响因肥料的种类而异，其中单施化肥的效果不及氮肥配施磷肥和单施有机肥的明显。这也许因为猪粪的含磷量最高。加入土壤后，对土壤微生物量磷含量和土壤可溶性无机磷含量的影响最显著。与水稻秸秆相比，紫云英含磷量较高，C/N比也小于稻秸秆，比较容易分解，矿化速度较高。此外，微生物分解碳源，需要一定的磷，因此土壤可溶性无机磷含量降低，而微生物量磷的含量保持较高水平。对于含磷量较低的水稻秸秆和单施氮肥的处理，微生物可以固定土壤中的可溶性无机磷，从而提高土壤微生物量磷含量。因此，在生产实践中，可以通过施用有机、无机肥料来提高污染土壤中土著微生物活性，从而加速有机污染物的生物降解。在施用含磷量低的有机肥料、化肥时，应适当补充速效磷源，以便维持土壤可溶性无机磷相对稳定，满足土壤微生物和农作物生长的需要。

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