微生物肥与高碳基肥配施对植烟土壤微生物数量和土壤肥力的影响

2021-04-24李怡博翟春贺苏梦迪马啸赵龙杰胡丽涛张松涛

烟草科技 2021年4期

李怡博，翟春贺，苏梦迪，马啸，赵龙杰，胡丽涛，张松涛*

1.河南农业大学烟草学院国家烟草栽培生理生化研究基地，郑州市农业路63号450002

2.中国烟草总公司重庆市公司丰都分公司，重庆市丰都县平都大道西段37号408200

我国植烟土壤由于长期施用化肥，致使土壤酸化、板结、营养失衡、土壤酶活性降低、有机质减少，进而导致土壤生产力下降，烟叶品质降低［1-2］。因此，改善土壤理化性状，提高土壤的生产力和改善烟叶品质已成为烟草农业领域面临的主要问题。微生物肥料含多种类型的微生物菌群和活性酶，同时富含微量元素和有机质，是保证作物得到特定肥料效应的一种微生物活体制品［3-5］。研究中发现，在植烟土壤中施用微生物肥可增加土壤微生物活性与数量，丰富土壤微生物群落结构，促进土壤养分释放，提高土壤养分含量（质量分数）和利用率［6-12］。高碳基肥是利用生物质炭与多种有机物料复配并添加多种矿物质原料复合而成的一种新型碳基有机肥料。张珂等［13］研究表明，高碳基肥可增加植烟土壤中细菌、真菌、放线菌数量，并为烟株生长发育提供足够的氮素和磷素。常栋等［14］试验发现，施用高碳基肥可提高植烟土壤中碱解氮、速效磷含量，并促进土壤微生物对碳的利用。张志浩等［15］研究认为，高碳基肥能显著降低土壤微生物量氮，并提高微生物量碳氮比，从而调节微生物的群落结构。土壤微生物生长受环境因素的影响较大，而高碳基肥中有机物料和生物炭的空隙结构能够为土壤微生物生长提供养分和栖息环境［14，16-17］。因此，微生物肥与高碳基肥配施的研究在土壤保育方面具有重要意义。目前，微生物肥和高碳基肥在植烟土壤保育领域的研究广泛［18-21］，但有关两者配施的研究报道较少。为此，通过田间试验研究了微生物肥与高碳基肥配施对植烟土壤微生物数量和土壤肥力的影响，旨在为微生物肥配施高碳基肥在烟草生产上的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年在河南省漯河市舞阳县文峰乡桐陈村烟田进行。供试烟草品种为中烟100，试验地地势平整，土壤类型为黄褐土，土壤肥力中等。其中，速效磷28.43 mg/kg，速效钾68.12 mg/kg，有机质5.87 g/kg，碱解氮89.10 mg/kg，pH 4.87。地理位置为东经113.60°，北纬33.43°。气候类型为温热带季风型大陆性气候，光照充足，降雨量充沛，气候温暖，年平均气温为14.6℃，最冷的1月份平均气温0.7℃，最热的7月份平均气温27.4℃。年平均降水量836.6 mm，年平均日照2 198 h，无霜期220 d左右。

微生物肥购自南阳市双微生物生态肥业有限公司；高碳基肥由河南惠农土质保育研发有限公司提供。

1.2 试验设计

试验设置5个处理。CK（对照）：常规施肥，纯氮52.5 kg/hm2；T1：高碳基肥1 500 kg/hm2；T2：高碳基肥1 500 kg/hm2+微生物肥75 kg/hm2+纯氮45 kg/hm2；T3：高碳基肥1 500 kg/hm2+微生物肥150 kg/hm2+纯氮37.5 kg/hm2；T4：高碳基肥1 500 kg/hm2+225 kg/hm2微生物肥+纯氮30 kg/hm2。其中，微生物肥总氮（N）质量分数10%，磷（P2O5）质量分数6%，钾（K2O）质量分数9%，有机质质量分数20%，枯草芽胞杆菌、地衣芽胞杆菌、侧孢芽胞杆菌、解磷菌、解钾菌、胶冻样芽胞杆菌含量为2×109cfu/g；高碳基肥总氮（N）质量分数1.74%，磷（P2O5）质量分数1.28%，钾（K2O）质量分数0.86%，含水率26.36%（质量分数），pH 8.19。上述数据由河南百恩信检测技术有限公司检测得到。

每个处理3次重复，设置保护行2行；行距1.20 m，株距0.55 m，小区面积334 m2，随机区组排列，微生物肥、高碳基肥、75%的化肥为条施，25%的化肥追施，其他按照当地优质烟叶栽培管理规范进行田间管理。

1.3 测定方法

根际土壤取样及样品处理参照Zhang等［22］的方法进行。采用稀释平板测试法测定微生物数量［23］，计数方法以每克干土所含微生物数量表示。采用苯酚-次氯酸钠比色法测定土壤脲酶活性［24］；采用KMnO4滴定法测定过氧化氢酶活性［24］；采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量（质量分数）［25］；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量［25］；采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤速效磷含量［25］；采用火焰光度法测定土壤速效钾含量［24］；采用电位法测定土壤pH［25］。

1.4 数据处理

数据处理使用Excel 2010软件，方差分析使用IBM SPSS Statistics 21.0软件，用最小显著差数法（LSD）进行数据间差异的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 微生物肥与高碳基肥配施对土壤微生物的影响

2.1.1 微生物肥与高碳基肥配施对土壤细菌数量的影响

不同处理土壤细菌数量如图1所示，在移栽后30 d和60 d，细菌数量无明显变化。移栽后60 d至90 d，细菌数量均呈现先上升后下降的趋势。在移栽后75 d各处理细菌数量最多，表现为T2＞T3＞T1＞T4＞CK。移栽后90 d，T4处理细菌数量显著高于其他处理。表明微生物肥与高碳基肥的配施可提高土壤中细菌数量，以T2处理的土壤细菌数量最多。

图1 不同处理土壤细菌数量的比较Fig.1 Soil bacterial population under different treatments

2.1.2 微生物肥与高碳基肥配施对土壤真菌数量的影响

不同处理土壤真菌数量如图2所示，移栽后30 d至75 d各处理真菌数量呈现先增加后降低的趋势。在移栽后60 d时真菌数量达到最大值，T4和T3处理的真菌数量显著高于其他处理，表现为T4＞T3＞T1＞T2＞CK。移栽后75 d至90 d，T1、T2、T3和T4处理的真菌数量呈上升趋势，CK真菌数量呈下降趋势。表明微生物肥与高碳基肥的配施可提高土壤中真菌数量，以T4处理土壤真菌数量最多。

图2 不同处理土壤真菌数量的比较Fig.2 Soil fungal population under different treatments

2.1.3 微生物肥与高碳基肥配施对土壤放线菌数量的影响

不同处理土壤放线菌数量如图3所示，移栽后30 d至75 d，T1、T2、T3和T4处理放线菌数量整体呈现出先上升后下降的趋势，CK呈现先下降后上升的趋势。移栽后75 d至90 d，各处理放线菌数量逐渐增加至最大值，表现为T4＞T3＞CK＞T2＞T1。表明微生物肥与高碳基肥配施可提高土壤中的土壤放线菌数量，以T4和T3处理数量较多。

图3 不同处理土壤放线菌数量的比较Fig.3 Soil actinomycetic population under different treatments

2.2 微生物肥和高碳基肥配施对土壤肥力的影响

2.2.1 微生物肥和高碳基肥配施对植烟土壤碱解氮含量的影响

不同处理土壤碱解氮含量整体呈现先增加后降低的趋势（图4）。其中，T4处理除移栽后75 d之外其他时期土壤碱解氮含量均显著高于CK与T1处理。移栽后30 d时T2、T3和T4处理碱解氮含量显著高于CK和T1处理。移栽后45 d时碱解氮含量达到最大值，且T4处理显著高于CK和T1处理，表现为T4＞T1＞CK＞T3＞T2。移栽后60 d时T1和T3处理碱解氮含量显著高于CK，而T4处理与CK间差异不显著。移栽后75 d，T1和T4处理碱解氮含量显著高于CK。移栽后90 d T4处理碱解氮含量显著高于CK，表现为T4＞CK＞T2＞T1＞T3。表明微生物肥与高碳基肥的配施能够显著提高土壤中碱解氮含量，以T4处理含量最高。

在室内空间设计中通过灵活的陈设艺术，就可以实现其分隔空间，增强空间层次感的目的。在室内空间设计时，设计人员可以通过选择不同功能、色彩、材质的艺术陈设品，从而给人带来不一样的视觉、心理感受。例如比较典型的案例就是部分设计时通过在茶几、餐桌上方设计吊灯，从而提升空间的层次感。通过灵活的陈设艺术也可以使人们在和谐、协调的空间环境中生活、工作，获得较好的体验。

图4 不同处理土壤碱解氮含量的比较Fig.4 Soil alkali-nitrogen content under different treatments

2.2.2 微生物肥和高碳基肥配施对植烟土壤速效磷含量的影响

不同处理土壤速效磷含量整体呈先下降再升高的趋势（图5）。其中，T4处理移栽后各时期土壤速效磷含量均显著高于CK与T1处理（移栽后60 d除外）。移栽后30 d时土壤速效磷含量最高，表现为T4＞T3＞CK＞T2＞T1。移栽后45 d时T4处理土壤速效磷含量极显著高于CK。移栽后60 d各处理土壤速效磷含量均显著低于CK。移栽后75 d时T4处理土壤速效磷含量极显著高于CK，T2和T3处理与CK间差异不显著，T1处理显著低于CK。移栽后90 d时T2、T3和T4处理土壤速效磷含量显著高于CK和T1处理，表现为T4＞T2＞T3＞CK＞T1。表明微生物肥与高碳基肥的配施能够提高土壤中速效磷含量，以T4处理最高。

图5 不同处理土壤速效磷含量的比较Fig.5 Soil available phosphorus content under different treatments

2.2.3 微生物肥和高碳基肥配施对植烟土壤速效钾含量的影响

不同处理土壤速效钾含量整体呈现先下降再升高的趋势（图6）。移栽后30 d时微生物肥和高碳基肥配施处理的土壤速效钾含量显著高于CK和T1处理，表现为T3＞T2＞T4＞CK＞T1。移栽后45 d时T4处理的土壤速效钾含量显著高于CK和T1处理。移栽后60 d时T1、T3和T4处理土壤速效钾含量显著低于CK。移栽后75 d时各处理土壤速效钾含量均极显著低于CK。移栽后90 d时T4处理土壤速效钾含量极显著高于其他处理。表明微生物肥与高碳基肥的配施能够提高土壤中速效钾含量，以T4处理最高。

图6 不同处理土壤速效钾含量的比较Fig.6 Soil available potassium content under different treatments

2.2.4 微生物肥和高碳基肥配施对植烟土壤有机质含量的影响

不同处理土壤有机质含量整体呈现升高-降低-升高的趋势（图7）。除移栽后60 d外，微生物肥和高碳基肥配施处理的土壤有机质含量显著高于CK和T1处理。移栽后30 d时各处理土壤有机质含量均显著高于CK。移栽后45 d时各处理土壤有机质含量均显著高于CK，T2和T4处理又显著高于T1和T3处理。移栽后60 d时T4处理土壤有机质含量显著高于CK和T1处理。移栽后75 d时各处理土壤有机质含量均显著高于CK，其中T3、T4处理又显著高于T1和T2处理。移栽后90 d时所有配施处理土壤有机质含量均显著高于CK和T1处理，其中T1处理显著高于CK，表现为T4＞T3＞T2＞T1＞CK。表明微生物肥与高碳基肥的配施能够提高土壤中有机质含量，以T4处理最高。

图7 不同处理土壤有机质含量的比较Fig.7 Soil organic matter content under different treatments

2.2.5 微生物肥和高碳基肥配施对植烟土壤pH的影响

不同处理土壤pH整体呈增加的趋势（图8）。移栽后30 d时T1和T2处理土壤pH显著低于CK。移栽后45 d时T4处理土壤pH显著高于CK。移栽后60 d时T4处理土壤pH显著高于CK和T1。移栽后75 d时T1和T4处理土壤pH极显著高于CK。移栽后90 d时T4处理土壤pH显著高于CK和T1，表现为T4＞T3＞T1＞CK＞T2。表明微生物肥与高碳基肥的配施能够提高土壤pH，以T4处理的土壤pH最高。

2.3 微生物肥和高碳基肥配施对土壤酶活性的影响

2.3.1 微生物肥和高碳基肥配施对植烟土壤脲酶活性的影响

不同处理土壤脲酶活性整体呈现先增加后降低的趋势（图9）。移栽后30 d各处理脲酶活性均显著高于CK，表现为T3＞T4＞T2＞T1＞CK。移栽后45 d土壤脲酶活性最高，T3和T4脲酶活性显著高于CK与T1处理，其中T1处理显著高于CK，表现为T4＞T3＞T1＞T2＞CK。移栽后60 d时T4处理脲酶活性显著高于CK，而其他处理与CK间差异不显著。移栽后75 d和移栽后90 d时T4处理脲酶活性均显著高于CK。表明微生物肥和高碳基肥的配施可提高土壤中的脲酶活性，各时期均以T4处理的脲酶活性最高。

图8 不同处理土壤pH的比较Fig.8 Soil pH under different treatments

图9 不同处理土壤脲酶活性的比较Fig.9 Soil urease activity under different treatments

2.3.2 微生物肥和高碳基肥配施对植烟土壤过氧化氢酶活性的影响

不同处理土壤过氧化氢酶活性整体呈现升高-降低-升高的趋势（图10）。移栽后30 d时T1、T3和T4处理的过氧化氢酶活性显著高于CK，其中T4处理的过氧化氢酶活性显著高于T1处理。移栽后45 d时各处理过氧化氢酶活性显著高于CK。移栽后60 d时T1、T3和T4处理过氧化氢酶活性显著高于CK。移栽后75 d时各处理的过氧化氢酶活性显著高于CK。移栽后90 d时各处理过氧化氢酶活性显著高于CK，表现为T4＞T1＞T2＞T3＞CK。表明微生物肥和高碳基肥的配施能够提高土壤中过氧化氢酶活性，以T4处理最高。

3 讨论

土壤微生物可促进肥料的吸收与转换，为作物根系的生长提供养分［26］。本研究中发现，施用高碳基肥以及微生物肥与高碳基配施的土壤细菌、真菌和放线菌数量均显著高于常规施肥，这与李全胜等［27］和张珂等［13］对微生物肥、高碳基肥提高土壤微生物数量的研究结果一致。其中，细菌、真菌和放线菌数量峰值分别出现在烟苗移栽后75 d、60 d和90 d，这与Zhang等［22］的研究结果一致。虽然两个试验处理不同，但试验地点和气候环境条件基本一致，推测可能是气候变化引起了细菌、真菌和放线菌数量峰值的时间点变化，但具体原因有待进一步研究。土壤有机质含有植物生长所需的各种营养元素，是提高土壤肥力的物质基础，对土壤理化性质的改变具有重要影响［28］。此外，土壤有机质含量与微生物数量呈极显著相关［29-30］。本研究结果表明，微生物肥与高碳基肥配施可提高土壤有机质含量。其中，高碳基肥1 500 kg/hm2+微生物肥150 kg/hm2+纯氮37.5 kg/hm2和高碳基肥1 500 kg/hm2+微生物肥225 kg/hm2+纯氮30 kg/hm2两个处理的土壤有机质含量显著高于常规施肥，且随着微生物肥用量增加，土壤微生物数量显著增加，这与Schmidt等［31］的研究结果一致。可能是因为高碳基肥中含有的生物炭具有空隙结构，能为土壤微生物生长提供养分和良好的栖息环境，进而可提高土壤微生物数量，为土壤有机质含量增加奠定基础［32］。

图10 不同处理土壤过氧化氢酶活性的比较Fig.10 Soil catalase activity under different treatments

土壤酶主要来自于土壤微生物代谢，此外也来自于土壤动物或植物残体的分解。土壤酶可参与土壤中的生化反应，其活性强弱可反映土壤生物和生化反应的活跃程度［33］。其中，脲酶能够直接参与氮素的形态转化，其活性可表征土壤中氮素状况，而过氧化氢酶活性在土壤中较稳定，是土壤肥力的重要指标之一［34-35］。本研究中，高碳基肥1 500 kg/hm2处理土壤脲酶和过氧化氢酶活性显著提高，验证了施用高碳基肥可提高土壤脲酶和过氧化氢酶活性［36］。而配施处理高碳基肥1 500 kg/hm2+微生物肥150 kg/hm2+纯氮37.5 kg/hm2和高碳基肥1 500 kg/hm2+微生物肥225 kg/hm2+纯氮30 kg/hm2对土壤酶活性的提高效果更好，可能是微生物肥与高碳基肥配施可提高土壤有机质含量和土壤微生物数量，进而提高了土壤酶活性［37］。

本研究中高碳基肥料1 500 kg/hm2+微生物肥225 kg/hm2+纯氮30 kg/hm2处理土壤的碱解氮、速效磷（移栽后60 d除外）和速效钾含量（移栽后60 d和75 d除外）均显著提高，这与赵政等［38］、刘国顺等［39］的研究结果一致。在烤烟生长前期，土壤中碱解氮含量呈增加趋势，这可能是因为高碳基肥中的生物炭能减少土壤氮素淋失［40］，但随着烟株的生长，土壤碱解氮含量降低，这是因为烟株生长消耗了碱解氮，以及微生物肥用量增加后固氮菌作用引起的土壤氮固定，进而造成了烟草生长后期土壤缺氮［41］。此外，微生物肥中的木霉可活化土壤中的养分，加速土壤养分释放，从而直接或间接地调节根际土壤养分的有效性和供应能力，改善土壤肥力状况［38］。土壤中速效磷、速效钾含量峰值均出现在烟苗移栽后30 d，之后呈下降趋势，可能与微生物肥中的解磷菌和解钾菌可促进土壤中磷和钾的分解，提高了土壤的肥力有关［42］。其次，植烟土壤改良剂一般为酸性土壤的改良剂，可提高土壤pH。本研究结果表明，微生物肥与高碳基肥配施可提高土壤pH，高碳基肥中含有的生物质炭是良好的酸性土壤改良剂［43］，富含Na、K和Ca等矿质元素，溶于水后呈碱性。因此，施入土壤后可提高土壤pH，这与宋小宁［44］、Zhang等［22］和van Zwieten等［45］的研究结果一致。

高碳基肥配施微生物菌剂后，土壤中优势细菌、真菌和放线菌相对丰度与土壤全氮、速效磷和速效钾含量存在显著相关性［46］，如何利用土壤优势菌的相对丰度确定微生物肥用量和提高土壤肥力还有待进一步研究。同时微生物肥受环境因素影响较大，还需要进行长期定点试验以筛选出在不同土壤类型及气候条件下微生物肥和高碳基肥料的最佳配施比例及施肥方式。