作物秸秆配施生物菌肥对宁南山区新修梯田土壤理化性状的影响

岳自慧，翟汝伟，罗世武，王 勇，刘 平，张煜明(.宁夏回族自治区水利科学研究院，宁夏 银川 7500；.宁夏农林科学院 固原分院，宁夏 固原 756000)

宁夏南部山区(简称“宁南山区”)处于我国北方黄土高原半干旱区, 是全国有名的粮食低产区，也是全国生态最脆弱的地区之一，严重的水土流失已成为当地农业发展的主要制约因素。为了减少水土流失，提高作物产量，宁南山区大力实施了坡地改梯田和配套设施的建设，截至2016年底，建设水平梯田26.47万hm2，已发展成为宁夏粮食主产区。但水平梯田在修建过程中土壤理化性状发生了改变，最初几年土壤肥力下降，严重影响作物产量，因此提高新修水平梯田耕地质量已成为宁南山区农业生产亟待解决的问题。

随着有机农业的蓬勃发展，提倡减少施用化肥和农药的呼声越来越高，通过添加有机物料培肥农田土壤越来越受到人们的重视。宁南山区农村有机肥源主要为农家肥和作物秸秆。近年来，随着进城务工农民数量的增多,劳动力的转移造成了宁南山区农村养殖业规模越来越小,农家肥数量越来越紧缺，远远跟不上山区坡耕地改造的速度，大部分坡改梯农田只能靠少量化肥来维持地力，土壤有机培肥的难度越来越大。相对于农家肥来说，农村秸秆资源则较为充足，但秸秆直接还田后，有机物质分解速度较慢，短期内看不到培肥效果，因此如何合理利用秸秆资源提高宁南山区新修水平梯田土壤肥力、增加粮食产量是急需解决的问题。

1 研究区概况

研究区西吉县震湖乡位于西吉县西南部，距县城32 km，西邻甘肃会宁县，总面积153.35 km2，辖17个行政村117个自然村，人口22 039人，其中回族人口近500人。研究区地处西北黄土高原中部，属黄土丘陵沟壑区，以黄土梁峁侵蚀地貌为主，土壤以侵蚀黑垆土为主，其次为浅黑垆土和少量盐化草甸土，自然植被主要有盐蒿、盐蓬、细叶苔草和小芦草等，人工植被主要有杨树、柳树、榆树、杏树、紫穗槐等，植被覆盖率为11.75%。研究区位于暖温带半干旱气候区，多年平均气温5.5 ℃，无霜期137 d，多年平均降水量398 mm，且季节分布不均，主要集中在7—9月份，多年平均蒸发量1 497 mm，旱灾频繁，农业生产基础薄弱，生产条件差。

2 试验材料与方法

2.1 试验设计与材料

试验采用单因素随机区组设计，小区面积30 m2(4 m×7.5 m)。试验地为2014年秋季新修梯田，底肥条件一致，试验作物种类为马铃薯，供试品种为青薯168，4月中下旬播种，穴播，行距70 cm、株距40 cm，每个小区种5行，每行18株，共90株。

每个小区均施入相同量的小麦秸秆，施用量为7 500 kg/hm2，折合到小区用量为22.5 kg。试验共设5个处理，每个处理3个重复：①处理1，不施生物菌肥；②处理2，施生物菌肥750 kg/hm2，折合到小区施用量为2.25 kg；③处理3，施生物菌肥1 500 kg/hm2，折合到小区施用量为4.50 kg；④处理4，施生物菌肥2 250 kg/hm2，折合到小区施用量为6.75 kg；⑤处理5，施生物菌肥3 000 kg/hm2，折合到小区施用量为9.00 kg。以上5个处理均施入相同量的复合肥，施用量均为600 kg/hm2，折合到小区施用量为1.8 kg。生物菌肥成分要求：有机质≥30%、黄腐酸≥16%、巨大芽孢杆菌+胶冻样芽孢杆菌≥2 000万个/g。

2.2 测定内容与方法

2.2.1 土壤容重的测定

土壤容重采用环刀法测定。

2.2.2 土壤养分的测定

作物收获后各小区采用对角线法取0～40 cm土层土壤样品，除杂、混匀后作为土壤分析样品进行分析测定。土壤有机质采用重铬酸钾容量法，全氮的测定采用半微量开氏法[1-2]，水解氮的测定采用碱解扩散法，全磷的测定采用HClO4-H2SO4钼锑抗比色法，速效磷的测定采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提钼锑抗比色法，速效钾的测定采用NH4OAc浸提-火焰光度法[3]。

2.2.3 土壤微生物学性状的测定

土壤微生物量氮测定采用氯仿熏蒸浸提法(FE)[4]，土壤微生物量碳测定采用熏蒸提取-容量分析法[5]，土壤脲酶的测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法，土壤碱性磷酸酶的测定采用磷酸苯二钠比色法，土壤过氧化氢酶的测定采用高锰酸钾滴定法。

土壤微生物结构的测定：细菌、真菌、放线菌数量采用平板培养法测定。细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基，真菌用马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)，放线菌用改良高氏1号培养基。

2.3 数据统计分析方法

试验数据用Excel软件和SPSS数据统计分析软件处理。采用最小显著极差法(LSD)进行多重比较，显著性水平设定为0.05。

3 结果与分析

3.1 作物秸秆配施生物菌肥对新修梯田土壤容重的影响

土壤容重的大小能够反映土壤的结构、透气性、透水性的优劣及保水能力的高低,土壤容重越小，说明土壤结构、透气性、透水性越好[6]。

作物秸秆配施不同量生物菌肥对土壤容重的影响详见表1。由表1可知，在0～20和20～40 cm土层，处理2、3、4、5的土壤容重均低于对照处理1(不施生物菌肥)。在0～20 cm土层，处理1与其他各处理差异达显著水平(P<0.05)，处理2、3、4、5之间差异不显著；在20～40 cm土层，处理4、5与处理1的差异达显著水平(P<0.05)。表明在施入相同作物秸秆的条件下，与不施生物菌肥相比，施入生物菌肥的各处理土壤容重呈现降低的趋势，即作物秸秆配施生物菌肥有利于降低土壤容重，改善土壤品质。

表1 作物秸秆配施不同量生物菌肥对土壤容重的影响

注：表中处理间字母相同表示在0.05水平上无显著性差异，字母不同表示在0.05水平上有显著性差异，下同。

3.2 作物秸秆配施生物菌肥对新修梯田土壤养分的影响

作物秸秆配施不同量生物菌肥对土壤养分的影响详见表2。在施入相同量小麦秸秆的条件下，除处理2的全磷和速效钾两项指标较对照稍有降低(差异不显著)、全氮与对照相同外，其他各施肥处理均有利于增加土壤养分，提高了土壤速效磷、全磷、速效钾、碱解氮、全氮和有机质的含量。与处理1相比，处理2、3、4、5的土壤有机质含量分别增加了6.31%、12.45%、31.29%、21.38%；在施入生物菌肥的各处理中，处理4土壤有机质、速效钾含量最高，处理5土壤速效磷、碱解氮、全氮含量均最高，与对照及其他处理间差异达显著水平(P<0.05)，培肥效果较好。

表2 作物秸秆配施不同量生物菌肥对土壤养分的影响

3.3 作物秸秆配施生物菌肥对新修梯田土壤酶活性的影响

土壤酶活性的高低能够反映土壤生物活性与土壤生化反应的强度，土壤酶通过分解复杂有机物释放出矿质营养，在保持土壤肥力等方面具有重要的作用[7-9]。作物秸秆配施不同量生物菌肥对新修梯田土壤酶活性的影响详见表3。由试验结果可以看出，施入生物菌肥对土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均产生一定的影响。在马铃薯盛花期，处理2、3、4的土壤过氧化氢酶活性与对照处理1之间有显著性差异，处理2、4、5的土壤脲酶活性与对照处理1之间有显著性差异，处理3、4、5土壤碱性磷酸酶活性与对照处理1之间有显著性差异，处理5脲酶和碱性磷酸酶活性均达到最高，较对照分别提高了17.39%和46.81%。在马铃薯成熟期，除处理3的土壤脲酶活性外，各施肥处理土壤的过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均高于未施生物菌肥的处理1。

表3 作物秸秆配施不同量生物菌肥对土壤酶活性的影响

3.4 作物秸秆配施生物菌肥对新修梯田土壤微生物量碳、氮的影响

土壤微生物是土壤有机质的活性部分，也是土壤中最活跃的因子，土壤微生物量碳、氮含量可作为指示土壤肥力的重要指标[10]。

作物秸秆配施不同量生物菌肥对新修梯田土壤微生物量碳、氮含量的影响如图1、图2所示。研究结果表明：采用作物秸秆配施生物菌肥的方式可以提高马铃薯盛花期和成熟期的土壤微生物量碳、氮含量，施入生物菌肥的各处理微生物量碳、氮含量均高于对照处理1，各处理的土壤微生物量碳、氮含量表现为盛花期较高，成熟期较盛花期下降。各施肥处理盛花期微生物量碳含量表现为处理5>处理4>处理3>处理2，分别较对照处理1提高了100.82%、98.28%、80.58%、61.33%；各施肥处理盛花期微生物量氮含量表现为处理5>处理3>处理4>处理2，分别较对照处理1提高了208.31%、205.00%、204.44%、86.69%。

图1 马铃薯不同时期微生物量碳含量变化

图2 马铃薯不同时期微生物量氮含量变化

3.5 作物秸秆配施生物菌肥对新修梯田土壤微生物结构的影响

细菌、真菌和放线菌是土壤中的三大类微生物，它们对土壤中有机物质的分解，以及氮和硫营养元素及其化合物的转化具有重要的作用。作物秸秆配施不同量生物菌肥对土壤微生物结构的影响详见表4。由试验结果可以看出：在作物秸秆翻压还田的条件下，施入生物菌肥的各处理土壤微生物结构发生了一定的变化，微生物数量显著增加，各施肥处理的细菌、真菌和放线菌数量均高于对照处理1，这对加快作物秸秆中有机物质的分解释放起到了积极的促进作用。

表4 作物秸秆配施不同量生物菌肥对土壤微生物结构的影响

4 结 论

(1)作物秸秆配施生物菌肥能够改善新修梯田土壤物理和化学性状，显著提高新修梯田土壤肥力。与不施生物菌肥相比，施入生物菌肥的各处理土壤容重呈现逐渐降低的趋势，即作物秸秆配施生物菌肥有利于降低土壤容重、提高耕地质量；各处理中，生物菌肥施用量为2 250 kg/hm2时土壤有机质、速效钾含量达到最高，施用量为3 000 kg/hm2时土壤速效磷、碱解氮、全氮含量均最高，与对照及其他处理间差异达显著水平，培肥效果较好。

(2)作物秸秆配施生物菌肥对土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均产生一定的影响，在马铃薯盛花期，施用量为3 000 kg/hm2时脲酶和碱性磷酸酶活性均达到最高，较对照处理分别提高了17.39%和46.81%。采用作物秸秆配施生物菌肥的方式可以提高马铃薯盛花期和成熟期土壤微生物量碳、氮含量，各施肥处理微生物量碳、氮含量均高于不施生物菌肥处理，各施肥处理的土壤微生物量碳、氮含量表现为盛花期较高，成熟期较盛花期下降。在作物秸秆翻压还田的条件下，施入生物菌肥的各处理土壤微生物结构发生了一定的变化，微生物数量显著增加，细菌、真菌和放线菌数量均高于对照处理。

(3)施入生物菌肥可有效改善新修梯田土壤理化性状、增加土壤微生物数量，土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶的活性也随之增加，从而可促进作物秸秆有机物质的快速分解，弥补作物秸秆还田后有机物质分解速度慢、长期施用化肥带来环境污染的缺陷。生物菌肥推荐施用量为2 250～3 000 kg/hm2。

[1] 南京农业大学.土壤农化分析[M].2版.北京:农业出版社,1986:40-64.

[2] 布伦纳.土壤氮素分析法[M].曹亚澄,译.北京:农业出版社,1981:208-230.

[3] 刘克礼,高聚林,任珂,等.旱作马铃薯氮素的吸收、积累和分配规律[J].中国马铃薯,2003,17(6):321-325.

[4] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技出版社,1999:231-233.

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[10] 薛菁芳,高艳梅,汪景宽,等.土壤微生物量碳氮作为土壤肥力指标的探讨[J].土壤通报,2007,38(2):247-250.