不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮与土壤和植株养分的关系

宋伞伞,郑强卿，姚永生，陈奇凌，王晶晶，王 远,郑森宇,唐 梦,支金虎

(1.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300;2.南疆绿洲农业资源与环境研究中心，新疆阿拉尔 843300;3.新疆农垦科学院林园所，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意义】土壤微生物生物量是土壤有效养分的源与库[1],土壤微生物量碳、氮是土壤微生物生物量的主要组成部分。土壤微生物量碳、氮与土壤中各种营养物质的循环息息相关，其在土壤肥力和植物各种养分中具有重要的作用，且被视为土壤肥力变化的重要指标之一[2-4]。研究土壤微生物量碳、氮可有助于更好的认识和分析各种养分之间的关系，并应用于实际生产。【前人研究进展】浅层土壤微生物量碳和微生物量氮较高，而随深度增加其含量会降低[5]。刘宝等[6]也得到了类似的结果，而且不同土层微生物量碳、氮还具有明显的季节变化特点，即使在全球大尺度来看，微生物量碳、氮也会随纬度增加而增加[7]。这与土壤有机碳、全氮含量及土壤温度都具有密切关系，微生物量也会随土壤温度、水分含量和基质有效性的季节性模式而变化[8,9]，秸秆还田能够增加土壤活性有机碳、氮含量，而过量施用氮肥却能够使土壤活性有机碳、氮含量降低，配施氮肥后，土壤有机碳、全氮含量及碳氮比都会发生显著变化[10,11,12]。在还田的过程中，覆盖材料会影响土壤微生物量碳、氮的含量，秸秆覆盖后的影响度要显著高于地膜覆盖，均比裸地时要高[13]，高寒退化土地比温热易耕土地来讲，氮对微生物量碳、氮的影响就小的多[14]。有机肥施用和土地利用方式也是显著影响土壤微生物特性的重要因素。NPK化肥配施猪粪及秸秆还田后都能显著增加土壤全氮、有机质含量、C/N值及微生物量碳、氮含量[15]。安世花等[16]通过长期定位试验，提出不论有机无机肥配施还是单施有机肥，对土壤对微生物量碳、氮含量均有提高作用，而且在水田上的效果更为显著。郭振等[17]在黄壤稻田土上的试验也得到了相同的结论。【本研究切入点】长期施肥对土壤微生物量碳、氮含量的研究较多，但在极端干旱区的塔里木盆地，尤其是枣园土壤微生物量碳、氮及其与养分变化之间的关系方面的研究，目前还鲜见报道。研究不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮与土壤和植株养分的关系。【拟解决的关键问题】田间试验，研究微生物量碳、氮对土壤养分和植株产量的影响，为新疆南疆红枣高产、高效栽培提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018～2019年在新疆生产建设兵团第一师12团8连进行，试验区地处塔里木河南岸，是新疆红枣发展特色林果产业的策源地。该地日照时间长，平均年降水量50～80 mm，年蒸发量2 000～3 000 mm，地下水位平均为2.5 m。土壤为沙质壤土，试验果园土壤条件相对一致。表1

表1 不同产量水平下枣园土壤基础养分含量

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

选择相邻3块6年生的枣园进行试验。共设置3个处理：低产骏枣(T1)、中产骏枣(T2)、高产骏枣(T3)。每个试验地划分3个区组。严格控制人为可控的条件以减少误差。在2018年4月中下旬和6月上旬进行施肥，其中尿素、钾肥和有机肥一次性施入，复混肥分2次施入，叶面施肥和田间管理方式相同。3种产量水平的枣园施肥方案。表2

表2 不同产量水平下枣园施肥方案

换算后T1施肥方案为N 514.35 kg/hm2，P2O5917.7 kg/hm2，K2O 220.5 kg/hm2；T2施肥方案为N 757.5 kg/hm2，P2O51 470 kg/hm2，农家肥6 000 kg/hm2；T3施肥方案为N 712.5 kg/hm2，P2O51 380 kg/hm2，油渣1 125 kg/hm2。2016～2018年3块试验地平均产量分别为低产骏枣(T1)5 449.35 kg/hm2、中产骏枣(T2)6 581.25 kg/hm2、高产骏枣(T3)8 100.6 kg/hm2。

1.2.2 土壤样品采集与养分测定

在骏枣展叶期(4月22日)、花期(6月3日)、果实膨大期(7月6日，8月23日)、成熟期(10月3日)4个时期采样5次。随机采样法选取5个采样点，分别采集0～20、20～40和40～60 cm 3个深度的土样(共计3层×3区组×5次×3处理=135个土样)。样品采回后进行风干、过筛，之后测定土壤氮、磷、钾含量(碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用碳酸氢钠(NaHCO3)浸提-钼锑抗比色法；速效钾采用中性醋酸铵(NH4OAC)浸提-火焰光度法测定[18])。土壤微生物量碳、氮样品的采集：在枣树坐果期采取枣树根际土壤，采样点及采样地选择与上述土壤样品采集相同，以便后期进行统计分析。且样品需要低温保存，采用氯仿熏蒸浸提法(FE)测定[19]。

1.2.3 植株样品采集与养分测定

在骏枣盛花期(6月27日)、果实膨大期(7月28日)使用随机采样法采取3个枣园的枣吊、叶片各30株，每10株为1个重复。分别测定枣吊、叶片氮、磷、钾含量(全氮采用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法；全磷采用H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法；全钾采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度计法[18])。

1.3 数据处理

运用Excel 2010对数据进行整理、计算及制作相关图表，应用DPS软件对试验所得数据进行单因素方差分析及相关性分析，并利用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同时期不同产量水平下枣园土壤养分的变化

研究表明，在骏枣展叶期，3种产量水平下不同土壤深度的养分含量存在一定差异。在0～20、20～40和40～60 cm深度下中产田(T2)的土壤速效磷含量均极显著高于低产田(T1)，分别高达126.2%、150.6%和200.7%,在40～60 cm深度下,T2水平的土壤速效磷含量显著高于T3(高产)水平，高达75.9%。在0～20 cm土层下，T3水平的土壤速效钾含量显著高于T1、T2水平，分别达28.5%、24.0%。3种土层深度下的碱解氮含量及20～40、40～60 cm深度下的土壤速效钾含量差异均不显著。图1

注：a:0～2 cm；b:20～40 cm；c:40～60 cm

在花期，0～20 cm深度下，高产田的土壤速效钾含量显著高于中、低产田，分别为21.4%和28.8%。除此之外，其余土层的土壤养分含量差异均未达显著水平。图2

注：a:0～2 cm；b:20～40 cm；c:40～60 cm

在果实膨大期，3种产量水平下不同土层的养分含量有所差异。在20～40 cm土层下，T3(高产)水平的土壤速效钾含量显著高于T1(低产)水平，高达12.1%。在40～60 cm深度下，T3水平的土壤速效磷含量与T1水平呈极显著差异，T3比T1高201.6%,且T3水平的速效钾含量显著高于T1、T2水平，分别高达31.2%、28.0%。3种产量水平下，0～20 cm土壤有效养分含量、20～40 cm土壤碱解氮及速效磷含量、40～60 cm土壤碱解氮含量差异均不显著。图3

注：a:0～2 cm；b:20～40 cm；c:40～60 cm

研究表明，在成熟期，3种产量水平下各土壤深度的养分含量存在一定差异。在0～20 cm深度下，T3水平的速效钾含量显著高于T1水平，高达34.9%。在40～60 cm深度下，中产田的碱解氮含量显著高于高产田，高达33.3%，且同一深度下，高产田的速效钾含量与中产田呈显著差异、与低产田的速效钾含量呈极显著差异，T3比T2高33.5%，比T1高43.5%。0～20 cm深度下3种产量水平的土壤碱解氮、速效磷含量、20～40 cm深度下土壤各养分含量、40～60 cm深度下土壤速效磷含量差异均不显著。图4

注：a:0～2 cm；b:20～40 cm；c:40～60 cm

磷肥混合施较磷酸二铵能够显著提高土壤速效磷含量，施入油渣较施普通有机肥、不施有机肥对土壤速效钾含量提高更加显著。

2.2 不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮含量的差异

研究表明，高产田的微生物量碳(MBC)含量显著高于中产田和低产田，分别高达63.3%和79.3%。而各产量水平间土壤微生物量氮含量差异均不显著。施用有机肥对土壤微生物碳量、微生物氮量均有显著促进作用，而化肥则不具有这种功能，相对于普通农家肥而言，油渣更能促进微生物量碳的增加。图5

图5 不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮含量比较

2.3 不同时期不同产量水平下红枣叶片、枣吊养分含量的差异

研究表明，在盛花期、果实膨大期3种产量水平下，红枣叶片及枣吊各养分含量有所差异。

在盛花期，高产田的红枣叶片全氮含量极显著高于中、低产田，分别高达17.3%和30.3%，而全磷、全钾含量差异未达显著水平，且各地块间枣吊养分含量差异均不显著。

在果实膨大期，3个地块间的红枣叶片全氮、枣吊全氮含量差异均不显著。而T2(中产)与T1(低产)、T3(高产)水平的红枣叶片全磷含量差异达显著水平，T2处理下的红枣叶片全磷含量比T1高46.4%，比T3高64.3%。T2、T3水平下红枣叶片全钾含量与T1水平呈显著差异，T2、T3处理下的红枣叶片全钾含量分别比T1高12.2%和9.8%。T1水平的枣吊全磷含量显著高于T3水平，且T2水平的枣吊全磷含量极显著高于T3水平，分别高达14.6%和23.4%。T3水平的枣吊全钾含量极显著高于T1、T2水平，分别为19.0%和10.3%，且T2与T1水平呈显著差异，T2比T1高7.8%。图6

注：a：盛花期(枣树叶片)；b：果实膨大期(枣树叶片)；c：盛花期(枣吊)；d：果实膨大期(枣吊)

不同时期不同产量水平下红枣叶片全氮、全钾含量均极显著高于全磷含量，且果实膨大期红枣叶片养分含量略高于盛花期；不同时期不同产量水平下枣吊全钾含量相对较高，其次为全氮，全磷含量，且盛花期枣吊养分含量高于果实膨大期。

2.4 不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮含量与4个时期土壤速效养分之间的关系

研究表明，土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、与不同深度下土壤各养分含量之间具有相关关系，但相关性有所不同。MBC与MBN呈极显著正相关，相关方程为y= 0.208 4x-5.162 6(r= 0.83 7**)，且MBC与0～20 cm深度下土壤速效钾含量呈显著正相关，相关方程为y= 0.389 9x+ 59.84 8(r= 0.691*)；MBN与各土层养分含量相关性虽不显著但基本呈一定的正相关关系；0～20 cm土层速效磷含量与20～40 cm土层碱解氮、速效磷含量均呈极显著正相关，相关方程为y= 0.429 6x+ 6.118 6(r= 0.844**)和y= 0.658 6x+ 0.301(r= 0.911**)；20～40 cm深度下的碱解氮与速效磷含量呈极显著正相关，相关方程为y= 1.149 5x-4.679 1(r= 0.810**)。表3

表3 土壤微生物量碳、氮含量与骏枣展叶期土壤各层次速效养分相关系数

研究表明，20～40 cm与40～60 cm深度下的速效磷含量呈极显著正相关关系，相关方程为y= 0.832 3x-0.789 5(r= 0.881**)；20～40 cm土壤速效钾含量与40～60 cm土壤碱解氮含量呈显著正相关，相关方程为y= 0.179 1x-3.264 3(r= 0.693*)。表4

表4 土壤微生物量碳、氮含量与花期土壤各层次速效养分相关系数

研究表明，土壤微生物量碳(MBC)与20～40 cm深度下的土壤速效钾含量呈显著正相关关系，相关方程为y= 0.101 1x+ 66.459(r= 0.680*)；0～20 cm土层碱解氮含量分别与0～20 cm速效磷含量呈显著正相关，相关方程为y= 0.234x+ 3.237 6(r= 0.670*)；0～20 cm深度下的速效钾含量与20～40 cm速效磷含量达显著正相关，相关方程为y= 0.199 8x-8.037 4(r= 0.670*)；0～20 cm深度下的速效钾与20～40和40～60 cm速效钾含量呈极显著正相关，相关方程分别为y= 0.610 5x+ 25.363(r= 0.801**)和y= 1.915x-56.854(r= 0.876**)；20～40 cm土层碱解氮与40～60 cm土层速效钾含量呈显著正相关，相关方程为y= 3.215 5x+ 42.911(r= 0.673*)。表5

表5 土壤微生物量碳、氮含量与果实膨大期土壤各层次速效养分相关系数

MBC、MBN与各土层养分含量呈一定正相关关系；0～20 cm土层速效磷与20～40 cm土层速效磷含量呈极显著正相关，相关方程分别为y= 0.854 8x+ 0.654 3(r= 0.946**)；0～20 cm土层与20～40 cm深度下的速效钾含量呈极显著正相关，相关方程为y= 1.255 6x-17.268(r= 0.925**)，与40～60 cm深度下的速效磷、速效钾含量呈极显著正相关，相关方程分别为y= 0.224 7x-9.369 6(r= 0.891**)和y= 1.148 2x+ 0.806(r= 0.898**)；20～40 cm与40～60 cm深度下的碱解氮含量呈显著正相关，相关方程为y= 0.282 2x+ 6.021(r= 0.669*)；20～40 cm土层下速效磷与40～60 cm土层下速效磷含量呈极显著正相关，相关方程为y= 0.790 9x+ 0.589 4(r= 0.864**)；20～40 cm速效钾含量与40～60 cm土层的速效磷、速效钾含量呈极显著正相关，相关方程分别为y= 0.157 7x-4.544 3(r= 0.848**)和y= 0.816 9x+ 24.54(r= 0.867**)。表6

表6 土壤微生物量碳、氮含量与成熟期土壤各层次速效养分相关系数

2.5 不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮含量与红枣叶片、枣吊养分之间的相关系数

研究表明，在盛花期，土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)量与红枣叶片、枣吊各养分含量未达显著水平，且大致呈负相关关系。红枣叶片全磷与枣吊全磷含量间呈显著正相关关系，相关方程为y= 0.483 2x+ 0.529 6(r= 0.673*)。表7

表7 土壤微生物量碳、氮含量与盛花期红枣叶片、枣吊养分之间的相关系数

在果实膨大期，枣树叶片全氮含量与枣吊全钾含量呈极显著正相关，相关方程为y= 0.248 6x+ 6.219 2(r= 0.851**)。表8

表8 土壤微生物量碳、氮含量与果实膨大期红枣叶片、枣吊养分之间的相关系数

3 讨 论

虽然土壤微生物量碳、氮在土壤中含量低，但其在生态系统中却具有重要地位。马志良[20]在窄叶鲜卑花高寒灌丛根际和非根际土壤中研究发现，生长季节、增温均对土壤微生物生物量碳、氮的根际效应有一定的影响。同时，土壤微生物量受土壤温度、湿度及土壤有效养分综合作用的影响[21]。MBC、MBN、MBP的环境影响因素主要有年均温、年均降水量、干燥度、母质、海拔[22]。外源磷添加有利于缺磷土壤速效磷含量的增加,并且可以增加茶园土壤微生物生物量碳、氮含量。外源添加物质会影响土壤有机质含量和微生物种群结构，从而影响微生物碳、氮含量[2]。此外，秸秆还田可改善土壤微生物多样性[23]。

生物炭和有机质对MBC、MBN含量和土壤肥力具有一定的促进效果[24-26]。微生物肥料对作物生长和土壤养分含量积累有一定的促进作用[27]，同时有机肥的施用会显著改善土壤物理环境，比如可以降低土壤容重、促进团粒结构生成，在提高有机质含量的同时也可以提高土壤微生物量碳、氮含量[28]，曲成闯[29]在潮土上试验发现，施用生物有机肥可以使土壤微生物量碳、氮分别增加33.66%～52.67%和11.52%～22.64%，同时发现土壤容重与有机质含量与微生物量碳、氮具有显著相关关系。微生物量碳、氮在某种意义上代表了土壤肥力状况[30]，与土壤有机质含量、土壤氮含量都有一定的关系。

4 结 论

4.1 从土壤养分总体状况来看，土壤碱解氮、速效磷含量随着土壤深度的增加呈逐渐降低的趋势，速效钾含量呈上升趋势。土壤微生物量碳与骏枣展叶期0～20 cm土层速效钾含量、果实膨大期20～40 cm土层速效钾含量呈显著正相关。不同深度下土壤各养分中速效钾含量相对较高，其次为碱解氮，速效磷含量相对偏低。土壤微生物量碳与土壤微生物量氮呈极显著正相关。高产田的MBC显著的高于中、低产田。

4.2 在其他管理措施一致的情况下，作为土壤肥力重要指标的土壤微生物量碳、氮自然与产量密切相关，当然也与其他土壤环境条件(如养分状况)及植株功能部位养分含量有一定关系。试验发现，化肥施用量相近时，有机肥施用对红枣产量有重要影响，高产和中产枣园施用有机肥较低产(不施有机肥)更能有效提高微生物量碳、氮含量，施棉籽油渣相对于粪肥而言，也能够促进微生物量碳氮的提高。