不同减氮施肥模式对水稻土壤养分及可培养微生物数量的影响

2021-01-18张慧余端卢文才马连杰廖敦秀

农学学报 2021年9期

张慧余端卢文才马连杰廖敦秀

摘要：为了研究不同减氮施肥对水稻土壤养分及可培养微生物数量的影响，设置4个处理，对不同处理土壤养分和可培养微生物数量进行分析，比较不同施肥处理对土壤养分及可培养微生物数量的影响。结果表明：与不施肥（CK）相比，施肥处理土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量都有显著性提高。20%氮肥减施（T2）后有机质、pH、全钾、有效磷、速效钾含量都有所上升，30%氮肥+50%有机氮（T3）施肥土壤中全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量都显著性升高，各处理间土壤全钾含量无显著性差异。在水稻苗期，30%氮肥+50%有机氮（T3）施肥土壤中可培养细菌、真菌、放线菌，芽孢杆菌数量明显提升。在水稻分蘖期，100%氮肥施肥（T1）土壤可培养真菌数量显著性升高。在水稻成熟期，各处理间差异不明显，水稻生长期间可培养木霉菌数量差异都不显著。说明在稻菜轮作土壤中实施合理减氮施肥是减少养分累积、保持土壤养分稳定的重要措施。

關键词：水稻；减氮施肥；土壤；养分含量；土壤微生物

中图分类号：S3文献标志码：A论文编号：cjas2021-0036

Effects of Different Nitrogen Reduction Fertilization Models on Rice Soil Nutrients and the Number of Cultivable Microorganism

Zhang Hui， Yu Duan， Lu Wencai， Ma Lianjie， Liao Dunxiu

（Institute of Agricultural Resources and Environment Chongqing Academy of Agricultural Sciences， Chongqing 401329， China）

Abstract： To study the effects of different nitrogen reduction fertilization models on rice soil nutrients and cultivable microorganism quantity， four treatments were set up to analyze soil nutrients and cultivable microorganism quantity and compare the effects of different fertilization models. The results showed that compared with CK， the contents of soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， alkali-hydrolyzable nitrogen， available phosphorus and available potassium were significantly increased. The content of organic matter， pH， total potassium， available phosphorus and available potassium all increased after 20% nitrogen fertilizer reduction （T2）. 30% nitrogen fertilizer + 50% organic nitrogen （T3） fertilization could significantly increase the content of total nitrogen， total phosphorus， alkali hydrolyzable nitrogen， available phosphorus and available potassium in soil， but there was no significant difference among the treatments. In the rice seedling stage， the number of cultivable bacteria， fungi， actinomycetes and bacillus in the soil fertilized with 30% nitrogen + 50% organic nitrogen （T3） significantly increased. During the tillering stage of rice， the number of fungi that could be cultivated in soil increased significantly under 100% nitrogen fertilizer treatment （T1）. In the rice maturity period， the difference between the treatments was not obvious. There was no significant difference in the number of cultivable Trichoderma during rice growth. Therefore， it is an important measure to reduce the accumulation of soil nutrients and maintain their stable content by implementing reasonable nitrogen reduction fertilization in rice vegetable rotation soil.

Keywords： Rice； Nitrogen Reduction Fertilization； Soil； Soil Nutrient Content； Soil Microorganisms

0引言

稻菜轮作是西南丘陵区重要农业种植方式之一，而施肥技术是稻菜轮作制作物产量和品质的重要保障措施。氮肥是影响作物生长的三要素之一，科学合理施用氮肥不仅对保障水稻产量、而且对提高稻米品质并减少氮素向环境排放等均具有十分重要的意义[1-2]。目前，稻菜轮作制比较突出的问题是氮肥用量过多，施用方式不合理，会引发N2O气体增加[3]、秸秆含氮量增加[4]、含氮次生代谢物含量增加[5]、降低土壤pH[6]、土壤盐渍化[7]、环境污染[8-9]、增加土壤可溶性有机氮含量[10]等一系列环境问题。因此，研究不同减氮施肥模式对西南丘陵区稻菜轮作制对于提高农田生产力、保护环境等方面具有重要意义。

为探究不同减氮施肥模式在稻菜轮作制周年生产中的效果，本研究在重庆市农业高科技园区内开展大田试验，研究不同减氮施肥模式（不施氮肥、农民传统施肥模式、20%氮肥减施模式，20%氮肥减施加有机肥替代模式）对稻田土壤养分及可培养微生物数量的影响，以期为西南丘陵区稻菜轮作制的低耗、增效提供理论和技术依据。

1材料与方法

1.1试验材料

水稻品种为‘渝香203’，榨菜品种为‘涪榨5号’。化肥包括尿素（N）、过磷酸钙（P2O5）和钾肥（K2O），有效养分含量分别为46%、12%和60%，购自广东天禾农资股份有限公司。土壤为水稻土，连续4年种植水稻，土壤容重为1.41 g/cm3，有机质为20.1 g/kg，全氮0.859 g/kg，全磷0.342 g/kg，全钾11.6 g/kg，有效磷83.6 g/kg，有效磷21.2 g/kg，有效钾50 g/kg。

1.2试验设计

试验地点位于重庆市高科技园区（东经106°21′，北纬29°27′），试验地进行试验，种植模式以稻菜轮作为主。试验设置4种施肥模式，即對照（CK）、100%氮肥（T1）、20%氮肥减施（T2）、30%氮肥+50%有机氮（T3），每处理重复3次，每小区面积12 m×7 m=84 m2，每一处理间设置0.5 m宽的田埂作为隔离带。其中，榨菜是一次性施基肥，水稻分3次施肥，分别施基肥、分蘖肥、穗肥，其中对照（CK）不施肥，100%氮肥施肥量分别为（T1） 75、60、15 kg/hm2，20%氮肥减施（T2）施肥量分别为60、45、15 kg/hm2，30%氮肥+50%有机氮（T3）施肥量分别为60、45、15 kg/hm2、有机肥200 kg/hm2。P2O5使用量为90 kg/hm2，K2O使用量为120 kg/hm2，其他日常管理均一致。

1.3样品采集

在水稻苗期、分蘖期以及成熟期采集土样测定土壤微生物，采用五点取样法，用采集水稻植株周围0～ 20 cm深度土壤，混匀，剔除活体根系、石块等杂质，运回实验室用于测定可培养细菌、真菌、放线菌、木霉和芽孢杆菌。在水稻收获期采集土壤，测定土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、pH。

1.4测定方法

土壤有机质测定参照LY/T 1121.6—2006，全氮含量测定参照LY/T 1228—1999，全磷含量测定参照GB 9837—88，全钾、速效钾采用火焰光度法测定测定，碱解氮参照DB22/T 2270—2015，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法，pH测定参照NY/T 1377—2007。

土壤可培养微生物数量采用固体平板梯度稀释涂布培养计数法测定[11]，吸取土壤稀释液100μL至相应平板，均匀涂布。总细菌采用牛肉膏蛋白胨（NA）培养基，放线菌采用高氏1号培养基，真菌采用孟加拉红培养基，芽孢杆菌采用（LB）培养基，木霉采用木霉选择性培养基[12]。

1.5数据分析

数据用Excle 2010和SPSS 20.0软件处理，差异显著性采用Duncun’s新复极差法进行多重比较分析。

2结果与分析

2.1对土壤养分含量的影响

土壤有机质含量是土壤特征的稳定因素之一，直接影响土壤有机氮的矿化和碳循环少[13]。与CK相比，不同施肥模式处理均明显增加了稻田耕层（0～20 cm）土壤有机质含量（图1），在各施肥处理中，T1、T2、T3处理土壤有机质含量都有明显的增加，其中T3处理土壤有机质含量最高，T1、T2、T3处理土壤有机质含量分别比对照增加了14.78%、20.13%、39.00%。

不同减氮施肥下，土壤pH均呈现不同程度的酸化，土壤pH随着氮肥用量的增加而降低，而有机肥的施用可使土壤pH有一定提升。不同减氮施肥处理土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量与对照（CK）有显著性差异。不同处理间土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷和速效钾含量均以30%氮肥+50%有机氮（T3）处理最高，分别为2.37 g/kg、1.76 g/kg。、230.4 mg/kg、54.6 mg/kg和34.5 mg/kg，其次是T2和T1。可见，不同减氮施肥下可在短期内改变土壤理化性质。

2.2对土壤可培养微生物数量的影响

不同减氮施肥下，土壤可培养细菌数量在水稻苗期、分蘖期和成熟期存在一定差异。在水稻苗期，T3处理的可培养细菌数量明显提升；在水稻分蘖期，CK处理的可培养细菌较其他处理差异显著。CK、T1处理可培养细菌的数量呈先升后降的趋势，而T2、T3处理呈现先降后升的趋势，可见随着水稻的生长T2和T3处理中可培养的细菌数量随之增加，其中CK处理涨幅最大，由苗期1.83×106cfu/g到分蘖期的13.91×106cfu/g，其次T2处理的数量由苗期2.66×106cfu/g到分蘖期的6.61×106cfu/g。

不同减氮施肥下，在水稻苗期，T3处理土壤可培养真菌数量较其他处理差异显著；在水稻分蘖期，T1处理的可培养真菌数量差异显著。CK、T3处理可培养真菌的数量整体呈下降的趋势，而T2处理呈现上升的趋势，其中T3处理土壤中可培养真菌的数量下降最大，由苗期6.98×104cfu/g下降到成熟期的1.04×104cfu/g，其次是CK处理由苗期5.08×104cfu/g到成熟期的1.35×104cfu/g，而T2处理的数量由苗期3.53×104cfu/g上升到到成熟的4.86×104cfu/g。可见随着水稻的生长T2处理增加了可培养的真菌数量。

不同减氮施肥下，在水稻苗期，与CK相比T3处理的可培养放线菌差异显著。CK、T1处理可培养放线菌的数量整体呈上升的趋势，T2、T3处理呈现先升后降的趋势。其中T2处理土壤中可培养放线菌的数量由苗期1.28×105cfu/g上升到分蘖的9.65×105cfu/g，其次是T3处理由苗期3.25×105cfu/g上升到分蘖的9.51×105cfu/g。表明T2、T3处理在分蘖期时放线菌的数量有一定的增加作用。

不同减氮施肥下，可培养芽孢杆菌数量在水稻苗期和分蘖期存在显著差异。CK、T1、T2、T3呈下降趋势，其中T3处理下降幅度最大，由苗期17.63×105cfu/g到成熟期的1.25×105cfu/g；其次是T1处理由苗期7.79×105cfu/g到成熟期的0.57×105cfu/g。

各处理可培养木霉菌数量没有差异。CK、T1、T2、T3呈先降后升趋势，在苗期和分蘖期T1、T2、T3可培养木霉较CK均有所增长，其中T3较CK可培养木霉增长较多。

3结论

在稻菜轮作中，合理施用氮肥是保持土壤供肥能力的一个重要手段，长期不施氮肥会造成耕地土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量的下降，而20%氮肥减施在一定范围内增加有机质、pH、全钾、有效磷、速效钾含量，而30%氮肥+50%有机氮施肥土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量都显著性升高。在水稻苗期，30%氮肥+50%有机氮施肥土壤中可培养细菌、真菌、放线菌，芽孢杆菌数量明显提升。在水稻分蘖期，对照可培养细菌数量明显上升，100%氮肥施肥量可培养真菌数量显著性升高。在水稻成熟期，各处理间差异不明显，水稻生长期间可培养木霉菌数量差异都不显著。在稻菜轮作土壤中实施合理减氮施肥是减少养分累积、维持土壤养分稳定的重要措施。

4讨论

4.1不同减氮施肥模式对水稻土壤养分含量的影响

谭海燕等[14]表明不施肥可明显的降低土壤有机质、土壤有效磷和土壤碱解氮，而减量施肥与常规施肥土壤碱解氮和有效磷养分含量之间无显著差异，但碱解氮随着减肥幅度增加，土壤养分含量逐渐减少。姜丽伟等[15]研究了农户模式、减氮测控施肥、减氮测控施肥+垄膜沟播对旱地冬小麦土壤中硝态氮残留、有效磷和速效钾含量的影响，结果表明，减氮测控施肥和减氮测控施肥+垄膜沟播处理均可有效降低0～20 cm土壤中硝态氮残留，且0～40 cm土壤中有效磷和速效钾含量有明显提高。朱倩倩等[16]采用田间小区滴灌栽培试验，研究化肥减量微生物菌剂替代对新疆滴灌棉花对土壤养分的影响。结果表明与习惯施肥（CF）相比，施肥減氮30%增施微生物菌剂处理的土壤有机质、全氮及碱解氮含量均高于其余施肥处理。李跃飞等[17]以‘苏甘25’为试验材料，在常规基肥的基础上，设氮肥不同减量追施处理，研究减量施用氮肥对土壤养分的影响。结果表明：随着氮肥减施比例的增加，土壤碱解氮、有机质、有效磷和速效钾呈先升后降趋势，当减施氮肥20%时，除叶球硝酸盐含量呈降低趋势外，其余各指标均达最大。本研究显示，不同减氮施肥下，与对照（CK）相比，土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量都有显著性提高。与100%氮肥施肥量（T1）相比，20%氮肥减施（T2）试验后有机质、pH、全钾、有效磷、速效钾含量都有所升高，而全氮、全磷、碱解氮有所下降，有效磷、速效钾差异性显著。100%氮肥施肥量（T1）与30%氮肥+50%有机氮（T3）处理存在显著性差异，30%氮肥+50%有机氮（T3）处理全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾含量都显著性升高。另外，土壤pH和土壤全钾，试验前后和各施肥处理之间的差异都不显著，说明土壤全钾的含量，不仅受施肥影响，更与作物吸收及土壤内部的钾素储备有关，土壤全钾处在一个动态平衡的状态。

4.2不同减氮施肥模式对水稻土壤可培养微生物数量的影响

土壤微生物是土壤中具有生命活力的重要有机物质，土壤微生物量明显提高有利于土壤有机质分解、腐殖质形成、土壤养分转化，进而推进土壤肥力的不断改善[18]。向芬等[19]设置减氮55.6%处理，减氮27.8%，常规施肥，不施氮四个施氮水平，研究不同减氮模式对茶树地下部分细菌菌落结构的影响，利用高通量测序平台对不同减氮处理的土壤细菌群落结构进行分析，表明特异OTUs随着施氮量逐渐增加而降低，减氮27.8%茶园土壤中细菌菌落多样性较多，丰度较高。王兴龙等[20]通过田间减施氮肥试验，研究配施有机肥减氮对川中丘区玉米土壤微生物量碳的影响，结果表明配施生物有机肥减氮20%，可以提高玉米生育期土壤微生物量碳，改善植株根系生长环境，促进玉米增产量。桂娟等[21]比较了灌溉方式（常规灌溉和节水25%）和施氮水平（常规高氮和减氮40%）对稻田土壤微生物的影响。结果表明：与常规灌溉相比，在水稻分蘖期，节水处理下土壤细菌、真菌、放线菌的生物量高于常规灌溉，而在水稻成熟期，相对应的变化趋势则相反。本研究显示，不同施肥处理下可培养微生物数量在水稻苗期、分蘖期和成熟期存在一定差异。不同减氮施肥下，在水稻苗期，各处理可培养木霉菌数量没有差异，30%氮肥+50%有机氮（T3）处理可培养细菌、真菌、放线菌，芽孢杆菌数量明显提升，与其他处理相比显著性差异。在水稻分蘖期，对照（CK）处理可培养细菌数量明显提升，与其他处理相比差异性显著，与对照（CK）相比100%氮肥施肥量（T1）可培养真菌数量显著性升高，而放线菌、芽孢杆菌则相反，各处理可培养木霉菌数量没有差异。在水稻成熟期，各处理间差异不明显，其中100%氮肥施肥量（T1）可培养细菌、芽孢杆菌数量最低，30%氮肥+50%有机氮（T3）可培养真菌、放线菌数量最低，各处理可培养木霉菌数量没有差异。另外，水稻生长期间可培养木霉菌数量差异都不显著，说明可培养木霉菌数量，不受施肥影响。

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