添加微生物菌剂对土壤中氮磷形态及含量的影响

邓天天　周士波　胡烨　黄坦　梁耀洪

摘要：通过批次试验研究微生物菌剂与化学肥料混用条件下对土壤中氮磷形态及含量变化的影响。结果表明，微生物菌剂单一或与肥料混用时均对土壤中有效磷含量的影响较小。微生物菌剂与磷肥混用时会抑制氮素的形态转化，造成土壤中的硝态氮含量降低;与氮磷肥混用时，该抑制过程被抵消，土壤中硝态氮含量明显增加。微生物菌剂与氮肥、磷肥三者共用时能有效增加土壤铵态氮含量，且在氮肥、磷肥与微生物菌剂质量比为1 ∶1 ∶30时，铵态氮含量的增加效果最好，氮肥、磷肥与微生物菌剂质量比为1 ∶1 ∶20 时，硝态氮含量的增加效果最好。研究结果为微生物菌剂在农业生产过程中的有效使用和微生物菌剂与化肥混用的最佳配比研究提供了一定的数据和理论支持。

关键词：微生物菌剂;氮肥;磷肥;含量;形态

中图分类号： S182;S153.6+1文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）09-0276-04

尽管近年来农业种植发展迅猛，但是我国耕地基础地力低的现状使得种植农作物的产量并不能满足基本的粮食需求。化肥的增产效果使其成为现代农业中不可或缺的主角。虽然化学肥料的使用带来了农作物产量的明显提高，但不合理的过量使用化肥也引發了土壤板结、微生态失衡、土地生产能力下降等一系列问题[1-2]。在解决农业面源污染的问题上，传统的物理化学处理方法由于其二次污染或成本原因而使其大范围的使用受到限制，而微生物菌剂的出现则在一定程度上弥补了以往处理方法中的不足，其具有预防病害、提高地力、改良土壤、中和土壤酸碱度、降低土壤重金属和盐碱毒害等优点，微生物菌剂主要通过培育特定的微生物，利用微生物以有机物为营养物进行生长繁殖的特性，达到高效处理土壤污染的目的[3]。因此，有关微生物菌剂的研究也逐渐成为环境领域新的研究方向。

微生物菌剂是一种由人为培育的多种微生物，通过分离、纯化等一系列方法获得优势菌，采用固定化技术将其与载体制备而成的[4]。微生物菌剂是一类以微生物的生命活动及其产物修复土壤的生物活体制品，由于微生物种类繁多、作用机制多样，研发与应用的潜力巨大[5-6]。

目前国外报道较多的为EM（有效微生物）菌，是由日本琉球大学的比嘉照夫教授于20世纪80年代初期研究发明的微生物菌剂，该菌群具有组成复杂、结构稳定、功能广泛等特点[7-8]。而我国的微生物菌剂研究始于20世纪50年代。近年来，在复合微生物菌剂上的研究也逐渐增多，如李鸣雷等使用平板法从土壤样品中分离培养得到微生物菌剂[9];席北斗等使用筛选法培育了复合微生物菌剂V[10];张陇利等自制了VT复合微生物菌剂[11]，都显示了国内在微生物菌剂研究上的成就和进展。此外有研究表明，微生物菌剂与化肥混用后，可提高农作物的产量和品质，比传统单施化肥增产5%～10%[12-15]，可使小麦、玉米等作物的化肥使用量降低 25%～30%[16-18]。

近年来，已有研究者在微生物菌剂与化肥配施对番茄、水稻、菠菜、大蒜等作物的产量和品质的影响以及对秸秆还田后土壤酶活性、土壤微生物数量的影响等方面进行了一系列的研究[19-22]。但利用微生物菌剂与化肥的不同配比对土壤中氮磷的形态及含量影响的相关研究较少。微生物菌剂和化肥混合使用，不仅可以保证农作物产量和品质，还可以在一定程度上减少化肥的使用量，恢复土壤功能。本研究主要分析微生物菌剂添加条件下对土壤中氮磷形态及含量的影响，以期找到微生物菌剂与氮磷肥共同作用的最佳配比，以及微生物菌剂与氮磷肥共同作用对土壤中氮磷形态及含量产生的影响，为微生物菌剂在农业生产过程中的有效使用提供一定的数据和理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤 本研究所用土壤来自河南省新郑市郭店乡刘庄（113.7° E，34.4° N）的农田，采样时农田种植物为小麦。经测定，采样土壤为碱性土壤，风干土样含水率为 2.3%，新鲜土样含水率为13.1%。属黄墒土，适宜耕种，但有效含水量较少，播种出苗不齐，需要灌溉。土壤的基本理化性质如下：有机碳含量为10.28 g/kg，全磷含量为4.10 g/kg，有效磷含量为17.05 mg/kg，NO-3-N含量为10.03 mg/kg，NH+4-N含量为16.58 mg/kg，pH值为8.06。

1.1.2 试验装置及仪器 试验所用装置为普通塑料花盆，盆上口直径9 cm，高8.5 cm，盆口面积为0.006 4 m2。所用仪器主要有UV-6300紫外可见分光光度计、ZD-85恒温往复振荡器、HH-4数显恒温水浴锅、L-530离心机、DHG-9070电热恒温鼓风干燥箱等。

试验所用微生物菌剂购于湖北灵光生物有限公司，含有固氮菌、解磷菌等。与化肥或有机肥配合使用可提高肥料利用率。所用外加氮肥为硝酸铵（NH4NO3），属于硝铵态氮肥，氮肥中含有铵离子和硝酸根2种形态的氮，含氮量为33%～35%，分为白色粉状结晶和白色或浅黄色颗粒2种，易溶于水，是一种速效氮肥，其中的铵离子和硝酸根离子占1/2，属于化学酸性、生理中性的肥料。所用磷肥为过磷酸钙，是我国的主要磷肥品种，通常称为普通过磷酸钙，简称普钙，是用硫酸直接分解磷矿制得的磷肥，主要有用组分是磷酸二氢钙的水合物Ca（H2PO4）2H2O和少量游离的磷酸，还含有无水硫酸钙组分（对缺硫土壤有用）。过磷酸钙含有效磷14%～20%，属于水溶性速效磷肥，分为灰色或灰白色粉末或颗粒，可直接作为磷肥，也可作复合肥料的配料。

1.2 试验时间及地点

试验于2017年7月19日至8月15日在河南工程学院农田土壤污染控制修复实验室进行。

1.3 试验方法

为研究微生物菌剂与氮磷肥混用对土壤中氮磷形态及含量的影响，共设计4组试验，每组试验的微生物菌剂添加量分为4个梯度（表1）。试验所用氮磷肥分别为硝酸铵和过磷酸钙，设置硝酸铵浓度为2 g/L，添加量为50 mL，设置过磷酸钙浓度为5 g/L，添加量为20 mL。

1.4 分析和测试方法

从培养当天开始计算，定时检测土壤中的氮磷含量，每天定时浇水，保持田间水量。通过氮磷含量的变化，研究微生物菌剂与氮磷肥混用对土壤中氮磷形态及含量的影响。本试验采用紫外分光光度法测定土壤硝态氮含量，用氯化钾浸提法测定土壤铵态氮含量，用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法测定土壤有效磷含量。

1.5 数据处理与分析

利用Origin 8.0和Excel 2007对本研究数据进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 微生物菌剂与氮磷肥混用对有效磷含量的影响

通过对1个月内有效磷含量的测定，得到有效磷含量随时间的变化曲线。由图1可以看出，A组与B组呈现出相似的变化趋势，而C组与D组的变化趋势较为接近。由结果可见，2种模式下微生物菌剂的不同添加量对有效磷含量的变化作用并不明显，这主要是因为该微生物菌剂并无解磷功能，在无外加磷肥的条件下无法影响土壤中的有效磷含量。

C组和D组呈现基本相同的曲线趋势则表明，微生物菌剂的不同添加梯度对有效磷含量的变化几乎不起作用，但磷肥的添加使有效磷含量达到平衡的时间有所向后推移，且在最后1次测量时含量呈上升趋势，提高了平衡状态时土壤中的有效磷浓度。这是由于在添加磷肥的条件下，土壤中的有效磷含量增加，而土壤中并无可吸收有效磷的植物。由此可见，添加磷肥对推迟平衡时间、增加有效磷浓度有明显效果，但微生物菌剂的添加对土壤中有效磷浓度的作用效果较差。

2.2 微生物菌剂与氮磷肥混用对铵态氮含量的影响

土壤中肥料的不同添加方式对铵态氮含量的影响直接表现为1个月内所测量的铵态氮含量变化。如图2所示，总体来看，铵态氮含量先降低最后趋于平稳，这一方面是因为铵态氮会以挥发的形式流失[23]，另一方面是因为其会通过硝化作用转化为硝态氮[24]。由图2可以明显看出，当微生物菌剂添加量为3 g/盆时，铵态氮含量较其他组高，说明此时微生物菌剂的固氮效果最好。而微生物菌剂添加量为0、1 g/盆时，固氮效果较差，可见微生物菌剂的固氮效果随添加量的增加而增强，由此可推断，3 g/盆并不一定是最适添加量，还需用更高梯度的试验找到微生物菌剂与化肥配施的最佳配比。C、D 2组曲线中微生物菌剂添加量为2或3 g/盆时，铵态氮降低速度整体较A、B组减缓且最后的平衡浓度比A、B 2组高，说明磷肥的添加抑制了土壤中的硝化作用。

2.3 微生物菌剂与氮磷肥混用对硝态氮含量的影响

肥料的不同添加方式对硝态氮的影响如图3所示。总体来看，土壤中硝态氮含量先升高，最后趋于平稳，这一方面是由于微生物菌剂具有固氮效果，另一方面是由于铵态氮通过硝化作用转化为硝态氮[25]。当微生物菌剂的添加量为 0 g/盆时效果明显较差，其他3组曲线有明显的升高。但B组与A组相比，整体含量都有所提高，说明氮肥的添加提高了土壤中硝态氮的含量。由C组曲线可以看出，硝态氮的整体含量降低，说明添加磷肥对硝态氮含量有抑制作用，添加量为 1 g/盆时的抑制效果明显，这可能是由于磷肥的添加抑制了硝化作用，从而使硝态氮含量整体偏低[26]。D组中曲线的整体趋势呈上升状态，说明当微生物菌剂与氮磷肥混用时，对硝态氮含量的增加起促进作用，且消除了磷肥对硝化作用的抑制。由此可见，当单独使用微生物菌剂与磷肥时，对土壤中的硝态氮含量有抑制效果，当添加微生物菌剂与氮肥或微生物菌剂与氮磷肥时，对硝态氮含量增加的促进效果明显，且微生物菌剂与氮磷肥混用可抵消磷肥对硝化作用的抑制。其中，最适微生物菌剂添加量为 2 g/盆。

2.4 微生物菌剂添加量为3 g/盆时对铵态氮含量的影响

当微生物菌剂添加量为3 g/盆时，固氮效果最好，由图4可以看出，当微生物菌剂与氮磷肥混用时，铵态氮含量比其他组高，微生物菌剂与氮肥混用的效果次之。各组曲线变化趋势大致相同，在23 d后达到平衡状态。由此可知，当微生物菌剂与氮磷肥质量比为1 ∶1 ∶30时，固氮效果最好。

2.5 微生物菌剂添加量为2 g/盆时对硝态氮含量的影响

当微生物菌剂添加量为2 g/盆时，土壤中硝态氮含量增加得最为明显，由图5可知，B组由于添加了氮肥，导致前期硝态氮含量较高，但后期含量略低于D组，说明当添加物为微生物菌剂与氮磷肥时，土壤中硝态氮含量增加的效果最好，微生物菌剂与氮肥的混用效果次之。当添加物为微生物菌剂与磷肥时，硝化作用被抑制，但若再添加氮肥，硝态氮前期的高含量将与磷肥的抑制效果抵消，使硝态氮含量增加正常。此次测量时间为27 d，最后1次测量时除C组外，其余各组尚未达到平衡状态，平衡时间被推迟。由此可知，当微生物菌剂添加量为 2 g/盆 时，与氮磷肥混用的效果最好，即微生物菌剂与氮磷肥质量比为1 ∶1 ∶20时对硝态氮含量增加的效果最好。

3 讨论与结论

本研究表明，添加磷肥对推迟有效磷含量平衡时间、增加有效磷浓度有明显效果，但微生物菌剂的添加梯度对磷含量的增加效果不明显。在添加微生物菌剂与氮磷肥后对土壤中铵态氮和硝态氮含量变化的研究过程中发现，磷肥的添加对硝化作用有抑制效果;在铵态氮含量的研究中發现，当微生物菌剂与氮磷肥混用时固氮效果最好;在硝态氮含量的研究中发现，当使用微生物菌剂与磷肥时，会抑制土壤中的硝化作用，当添加微生物菌剂与氮肥或微生物菌剂与氮磷肥时，对硝态氮含量增加的促进效果明显，且微生物菌剂与氮磷肥混用可抵消磷肥的抑制作用。当氮磷肥与微生物菌剂质量比为 1 ∶1 ∶30 时固氮效果最好，质量比为1 ∶1 ∶20时硝态氮增加效果最好。

从微生物菌剂的不同添加量对氮磷含量的作用来看，对磷含量变化的效果较差，但对铵态氮与硝态氮含量变化的效果明显且有最适添加量，说明施用微生物菌剂能增强土壤的供氮能力[27]。从微生物菌剂与氮磷肥混合使用对氮磷含量的作用来看，氮磷肥的利用率得到了提高，并且找到了在固定氮磷肥添加量的条件下微生物菌剂与氮磷肥的最适配比。本试验所用氮肥与磷肥单一，因此结论并不能被广泛使用，只是相对于过磷酸钙和硝酸铵而言会有一定的作用。

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