盧錦釗 王克勤 趙洋毅 張繼輝

(西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與水土保持學(xué)院，云南 昆明 650224)

土壤退化已成為嚴(yán)重的全球性環(huán)境問題之一，全球共有20億hm2土壤資源受到土壤退化的影響，土壤侵蝕、化學(xué)退化、物理退化是全球范圍內(nèi)最主要的退化形式，在過去50年中，由于土壤退化而導(dǎo)致全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)量下降11.9%～13.4%[1]。我國南方紅壤地區(qū)占全國土地總面積的1/5，由于農(nóng)業(yè)土壤不適當(dāng)?shù)睦门c管理、森林破壞等原因，紅壤質(zhì)量退化已成為限制該地區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的制約因素，直接導(dǎo)致土地生產(chǎn)力的大幅度下降[2]。土壤退化限制了農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。而我國人口密集，糧食安全是其穩(wěn)步發(fā)展的有力保障，所以控制土壤退化、提高作物產(chǎn)量是各項研究的重中之重[3-5]。

土壤性狀與農(nóng)作物生長發(fā)育息息相關(guān)，大量研究證實[6-10]，土壤含水量、物理結(jié)構(gòu)性、肥力特征等對作物產(chǎn)量的影響尤為關(guān)鍵。但由于水土流失加劇，使土壤有機質(zhì)含量降低，極易產(chǎn)生土壤退化現(xiàn)象，造成農(nóng)作物減產(chǎn)幅度逐年增大[11-12]。目前國內(nèi)外針對土壤改良的研究較多，如不同植被措施[13-14]、復(fù)合農(nóng)林[15]、耕地方式[16]等措施可有效改良土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤肥力，改善土壤水文狀況，提高保水保土效益。土壤物理性質(zhì)及相關(guān)養(yǎng)分指標(biāo)是國內(nèi)外研究熱點，可以綜合性地評價土壤性狀，歐陽慧等[17]研究發(fā)現(xiàn)，不同土地整治方式中人工牧草地對表層土壤水分物理結(jié)構(gòu)最好，次生草地最差。同時，有相關(guān)研究表明使用微生物菌劑可以有效改良土壤性狀，提高土壤經(jīng)濟效益[18-22]。徐開未等[23]研究發(fā)現(xiàn)單接摩西球囊霉 (Glomusmosseae) 菌劑能顯著提高土著根瘤菌的結(jié)瘤能力和花生產(chǎn)量。舒秀麗等[24]研究發(fā)現(xiàn)中濃度的EM菌劑有利于西洋參產(chǎn)量的提高和土壤有效微生物菌群的增加?？梢?，以EM菌劑作供試材料的研究最為典型，但是在EM菌劑濃度變化對西南紅壤影響的方面鮮有研究，尤以不同濃度EM菌劑對紅壤性狀及區(qū)域性作物產(chǎn)量的影響方面近乎空白，相關(guān)研究亟待開展。

西南紅壤土受區(qū)域性條件限制，水土養(yǎng)分流失較為嚴(yán)重，加之農(nóng)藥化肥的過度施用和不合理耕作方式，造成了土壤退化問題，嚴(yán)重影響了西南地區(qū)經(jīng)濟作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量[25-26]。花生 (Arachis

hypogaea) 是我國重要的油料作物和經(jīng)濟作物之一，其產(chǎn)量同樣遭受土壤退化的影響，土壤性狀的優(yōu)劣將限制花生產(chǎn)量、質(zhì)量的提高[27]。本研究以滇中紅壤為對象，采用EM菌劑改良，設(shè)置不同濃度梯度，采用盆栽種植花生的試驗方法，開展土壤性狀影響花生生長發(fā)育和產(chǎn)量研究，揭示不同濃度梯度EM菌劑改良滇中紅壤性狀的規(guī)律，篩選適合的EM菌劑濃度，為EM菌劑作為生物質(zhì)土壤改良劑的施用提供一定的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

花生品種：云花生3號，紅皮小?；ㄉ贩N，多產(chǎn)自以云南為代表的云貴高原花生生產(chǎn)區(qū)。

微生物菌劑：按V(EM菌劑原液)∶V(紅糖)∶V(水)=1∶1∶100配置成使用原液，混勻后放在培養(yǎng)箱中富菌活化24 h，即可按需稀釋使用。

肥料：采用花生專用有機肥。其基本性狀為pH 6.37，有機質(zhì)316.1 g/kg，全氮 (TN) 32.3 g/kg，全磷 (TP) 7.8 g/kg，全鉀 (TK) 8.4 g/kg。有機肥在種植前全部作為基肥與土樣拌勻?？紤]到有機肥養(yǎng)分含量較高，同時也為了減少實驗干擾因素，故在花生全生育期內(nèi)不施無機肥料。

供試土壤：盆栽土來自云南省昆明市松花壩水源區(qū)迤者小流域 (102°44′51″～102°48′37″ E，24°14′43″～25°12′48″ N) 多年紅壤土，經(jīng)有機肥基施預(yù)培養(yǎng)3 d。供試土壤初始理化性質(zhì)背景值為pH: 5.54，全氮 (TN): 0.93 g/kg，全磷 (TP): 0.53 g/kg，全鉀 (TK): 13.54 g/kg，水解氮 (AN): 62.4 mg/kg，有效磷 (AP): 5.6 mg/kg，交換鉀 (EK): 74.00 mg/kg，有機質(zhì)：17.33 g/kg。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設(shè)計

采用盆栽試驗，設(shè)置6個水平的EM菌劑濃度 (0%, 10%, 30%, 50%, 70%, 90%)，每個處理3次重復(fù)，共有18個盆栽，其中0%的濃度水平處理為CK。將5 kg風(fēng)干土與50.0 g有機肥充分混勻后，裝于同等規(guī)格的塑料花盆中。種植花生前，調(diào)節(jié)土壤的含水量至田間持水量的80%，預(yù)培養(yǎng)3 d后，層施培養(yǎng)好的EM菌劑原液培養(yǎng)液 (350 mL/盆)，隨后選取大小一致的健康花生種子生長季初期播種，每盆播種密度5顆/盆，出苗期定苗2株/盆。

1.2.2測定方法

在花生植株的成熟期采集土樣，參照文獻(xiàn) [28] 的方法測定其土壤容重、土壤含水率、pH值、有機質(zhì)含量、TN含量、AN含量、TP含量、AP含量。同時收獲整株花生，測定其株高，秸稈，飽果數(shù)，產(chǎn)量。

1.3 分析方法

采用Excel 2015統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)，SPSS 21.0進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度梯度菌劑對土壤性狀的影響

2.1.1不同濃度梯度對土壤物理性質(zhì)的影響

不同濃度EM菌劑對土壤含水率和容重的影響見圖1。

不同小寫字母表示差異顯著。

由圖1可知，土壤含水率隨著EM菌劑濃度的增加呈上升趨勢，以90%濃度最高。各濃度梯度土壤含水率為22.6%～39.6%，變異系數(shù)為23.8%。施用菌劑的土壤含水量比CK分別提高了6.64%、17.3%、56.6%、64.6%、75.2%；隨著EM菌劑濃度的增加，各級容重呈下降趨勢，以90%濃度最小。各濃度梯度土壤容重為1.33～1.61 g/cm3，變異系數(shù)為7.62%，施用菌劑濃度的土壤容重比CK分別降低了1.24%、9.32%、11.8%、13.7%、17.4%。各濃度EM菌劑施用下的土壤容重與土壤含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系 (P< 0.01)，相關(guān)系數(shù)為-0.944，即隨著土壤容重的降低，土壤含水率出現(xiàn)明顯的上升。除0%和10%、50%和70%之間容重差異不顯著外，其他各組均存在顯著性差異 (P< 0.05)。不同EM菌劑濃度下各組含水率均存在顯著性差異 (P< 0.05)。

2.1.2不同濃度梯度對土壤養(yǎng)分含量的影響

不同濃度EM菌劑對土壤pH和土壤有機質(zhì)含量的影響見圖2。

不同小寫字母表示差異顯著。

由圖2可知，施用不同濃度EM菌劑的土壤pH值為5.54～6.55，變異系數(shù)為6.20%，相對于CK不同程度的改善了紅壤土的酸性，除10%與CK差異不顯著外，30%、50%、70%、90%與CK均存在顯著性差異 (P< 0.05)。

另外，施用不同濃度EM菌劑的土壤有機質(zhì)含量為17.33～112.5 g/kg，隨菌劑濃度升高呈現(xiàn) “上升—下降” 的變化趨勢，變異系數(shù)為57.47%，各組處理與CK均存在顯著性差異 (P< 0.05)；其中當(dāng)配比濃度為70%時，有機質(zhì)含量達(dá)到了最大值，是CK的6.49倍，與花生產(chǎn)量的結(jié)果一致。

不同濃度EM菌劑對土壤全量氮磷含量和速效氮磷含量的影響見圖3～4。

不同小寫字母表示差異顯著。

不同小寫字母表示差異顯著。

由圖3～4可知，施用不同濃度EM菌劑的土壤TN、TP、AN、AP含量分別為0.93～1.96 g/kg、0.53～1.17 g/kg、62.4～191.6 mg/kg、5.6～28.3 mg/kg，且變化趨勢基本一致，隨菌劑濃度的升高均呈現(xiàn) “上升—下降” 的變化趨勢，且不同濃度EM菌劑處理之間均存在顯著性差異 (P< 0.05)，變異系數(shù)分別為28.81%、30.73%、42.52%、58.36%，全量氮磷比和速效氮磷比分別為6.77～11.14、1.64～1.84。當(dāng)配比濃度為70%時，TN、TP、AN、AP含量達(dá)到了最大值，分別是CK的2.11、2.21、3.07倍和5.05倍。不同濃度EM菌劑處理對土壤TN、TP含量和AN含量的影響較AP含量更為明顯，TN、TP含量和AN含量呈現(xiàn)出明顯的梯度變化特征，表現(xiàn)為明顯的 “上升—下降” 規(guī)律，而AP含量梯度性變化不明顯。

2.2 不同濃度梯度對花生產(chǎn)量的影響

不同濃度梯度EM菌劑對花生生長量和產(chǎn)量的影響見表1。

表1 不同濃度梯度EM菌劑對花生生長和收獲的影響Table 1 Effects of different concentration gradients EM inoculants on growth and harvest of peanut

由表1可知，在不同濃度EM菌劑處理下，花生生長量和產(chǎn)量的變化規(guī)律基本一致，株高、秸稈重、飽果數(shù)和花生產(chǎn)量均隨菌劑濃度的提高呈現(xiàn) “上升—下降—再上升—再下降” 的多峰曲線變化趨勢。整個生育期間在不同濃度EM菌劑處理下株高、秸稈重、飽果數(shù)和花生產(chǎn)量較CK均有提高，增產(chǎn)變化分別為5.12%～27.56%、19.73%～95.92%、18.18%～72.73%、19.56%～84.78%，變異系數(shù)分別為9.26%、22.93%、19.20%、22.79%，各濃度EM菌劑處理效果與CK均存在顯著性差異 (P< 0.05)。其中，當(dāng)EM 菌劑濃度為70%時，各項生長和產(chǎn)量指標(biāo)均達(dá)到最大值?？梢?，不同濃度EM菌劑處理對花生生育均具有促進(jìn)作用，當(dāng)配比濃度為70%時效果最好。

3 結(jié)論與討論

本試驗通過施用不同濃度EM菌劑可促進(jìn)滇中紅壤的改良并有效提升花生產(chǎn)量。在土壤物理性質(zhì)方面，土壤容重隨菌劑濃度的升高而不斷減小，土壤含水率隨菌劑濃度的升高而不斷增大；在土壤養(yǎng)分含量方面，土壤pH值隨菌劑濃度的升高而不斷升高，有機質(zhì)含量及TN、TP、AN、AP含量指標(biāo)均隨菌劑濃度的升高呈現(xiàn) “上升—下降” 的閾值性規(guī)律，在濃度為70%時達(dá)到最大值。菌劑施用條件下可有效促進(jìn)花生的生長發(fā)育和干物質(zhì)積累，株高、秸稈重、飽果數(shù)和花生產(chǎn)量相對CK均有提高，增產(chǎn)5.12%～27.56%、19.73%～95.92%、18.18%～72.73%、19.56%～84.78%，變異系數(shù)分別是9.26%、22.93%、19.20%、22.79%。70%的EM菌劑濃度是紅壤種植花生時菌液施用的適宜濃度，其促進(jìn)植株的效果較為明顯且產(chǎn)量最高。菌劑濃度的過高過低對花生增產(chǎn)效果均不明顯，過高亦會產(chǎn)生土壤營養(yǎng)富集化，同樣影響花生生長發(fā)育和光合產(chǎn)物的積累[29]。

在不同濃度EM菌劑的處理下，土壤性狀得到改良，試驗中相關(guān)土壤性狀指標(biāo)均朝著有利于其經(jīng)濟效益發(fā)揮的方向發(fā)展。不同濃度EM菌劑的處理會使土壤微生物結(jié)構(gòu)層次發(fā)生顯著變化，從而使土壤性狀指標(biāo)得到相應(yīng)改良，說明土壤中微生物群落的發(fā)生發(fā)展與土壤性狀指標(biāo)息息相關(guān)，與前人研究結(jié)果[30-33]相一致。其中，土壤有機質(zhì)、TN、TP、AN等，在不同濃度EM菌劑處理下其含量得到大幅度的提高，說明土壤中微生物總量的增長可有效增強土壤肥力，與楊芳等[34]的研究結(jié)果相一致。相關(guān)研究提出，土壤微生物的活性及其消長是土壤養(yǎng)分內(nèi)循環(huán)的本質(zhì)內(nèi)容[35]，微生物不同群落結(jié)構(gòu)的周轉(zhuǎn)在土壤肥力方面起主導(dǎo)作用[36]。

作物的生長發(fā)育離不開養(yǎng)分，土壤養(yǎng)分的高低直接決定了作物產(chǎn)量的高低。本試驗中，當(dāng)EM菌劑濃度為70%時，土壤磷的含量達(dá)到了梯度內(nèi)的最高值，花生產(chǎn)量也相應(yīng)最高，與前人研究結(jié)果[23]相符合。當(dāng)濃度梯度為90%時，TN、TP、AN、AP含量在一定程度上下降，呂軍等[37]研究結(jié)果表明原因可能是土壤中的腐殖量有限，制約了養(yǎng)分的供應(yīng)水平，EM菌劑濃度過高，土壤中微生物種群密度超過飽和水平，受到環(huán)境脅迫，反而抑制了微生物的活動，沒有進(jìn)一步促進(jìn)土壤養(yǎng)分的生成。

本研究中，施用EM菌劑使土壤有機質(zhì)、TN、TP、AN含量有了大幅度的提高，且作物產(chǎn)量顯著 (P< 0.05) 提升，這與前人的研究結(jié)果一致，如劉芳等[38]以煙草 (Nicotianatabacum) 為研究對象，探索EM菌劑配施腐殖酸鉀對烤煙產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明單施EM菌劑和腐殖酸鉀均顯著提高了烤煙產(chǎn)量且二者配施效果更佳。但在本研究中花生的增產(chǎn)率最高只有84%，與相關(guān)養(yǎng)分含量的增長程度相比較為懸殊，一方面原因可能是花生的生長是受到多種因素交互作用的結(jié)果，如土溫、土壤鹽離子濃度等[39]。另一方面也說明EM菌劑和其他材料的配施對作物增產(chǎn)效果是否優(yōu)于EM菌劑的單施是需要繼續(xù)探討的重要方面。