司海麗，紀(jì)立東*，李 磊，勉有明，朱 英，劉菊蓮，尚紅鶯，楊 洋

生物有機(jī)肥對(duì)寧夏鹽堿地土壤養(yǎng)分和生物學(xué)特性的影響①

司海麗1，紀(jì)立東1*，李 磊1，勉有明2，朱 英3，劉菊蓮1，尚紅鶯1，楊 洋1

(1 寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川 750002；2 寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院，寧夏固原 756000；3 寧夏吳忠國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)管理委員會(huì)，寧夏吳忠 751100)

為了探討生物有機(jī)肥施用對(duì)寧夏引黃灌區(qū)鹽堿地土壤化學(xué)和微生物特性的影響, 明確生物有機(jī)肥的最佳施用量及施肥模式, 以田間連續(xù)4年定位試驗(yàn)為依托, 研究了生物有機(jī)肥施用量0(CK)、4.5(T1)、9.0(T2)、13.5 t/hm2(T3)及生物有機(jī)肥9.0 t/hm2配施無機(jī)化肥N 360 kg/hm2(T4)對(duì)鹽堿地土壤養(yǎng)分含量、酶活性、微生物生物量、微生物群落碳源代謝活性及多樣性和玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明: ①施用生物有機(jī)肥可明顯降低土壤pH和全鹽含量, 土壤養(yǎng)分含量及土壤酶活性隨著生物有機(jī)肥施用量增加呈遞增趨勢(shì), 且在T2處理基礎(chǔ)上增施無機(jī)化肥可顯著增加土壤速效鉀含量14.73%; ②土壤微生物群落碳源代謝活性及多樣性指數(shù)均隨著生物有機(jī)肥施用量的增加而增加, T3處理土壤培養(yǎng)192 h時(shí)AWCD值為0.84, 經(jīng)Tukey檢驗(yàn)分析, Shannon和Mcintosh指數(shù)較CK處理分別增加10.11% 和62.67%; ③隨著生物有機(jī)肥施用量增加, 土壤微生物生物量碳、氮、磷含量呈遞增趨勢(shì), 各處理平均分別比CK處理增加66.78%、59.19% 和51.84%; ④施用生物有機(jī)肥可明顯增加玉米產(chǎn)量, 提高玉米產(chǎn)值, 其中以生物有機(jī)肥施用9.0 t/hm2配施無機(jī)化肥N 360 kg/hm2時(shí), 玉米產(chǎn)量和凈收入最佳, 分別為11 499 kg/hm2和8 709元/hm2。因此, 長期施用生物有機(jī)肥可改善寧夏鹽堿土壤質(zhì)地, 提高土壤質(zhì)量, 增加土壤生物活性及玉米產(chǎn)量, 其中以生物有機(jī)肥施用9.0 t/hm2配施無機(jī)化肥N 360 kg/hm2時(shí)綜合效果最佳。

生物有機(jī)肥；鹽堿地；土壤養(yǎng)分；土壤微生物特性；玉米產(chǎn)量

玉米是我國重要的糧食作物之一，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要通過大量施用化肥來保證其充足的養(yǎng)分供應(yīng)，但隨著化肥長期施用，導(dǎo)致土壤板結(jié)，鹽漬化嚴(yán)重，土壤微生物群落多樣性降低，作物產(chǎn)量不斷下降。生物有機(jī)肥含有豐富的有機(jī)碳和多種礦質(zhì)營養(yǎng)元素，而且含有大量有益微生物，對(duì)提升地力、豐富土壤微生物、促進(jìn)農(nóng)牧良性循環(huán)有很大幫助[1-2]，因此，通過生物有機(jī)肥替減化肥施用對(duì)增加土壤肥力、增強(qiáng)土壤微生物活性具有重要意義。同時(shí)，生物有機(jī)肥的施用還能顯著提高土壤總有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳等含量，對(duì)改善土壤微生態(tài)環(huán)境具有顯著作用[3-8]。大量研究表明，生物有機(jī)肥可以在鹽堿土中廣泛使用，在一定程度上改善鹽堿土的微生物環(huán)境，促進(jìn)玉米根系生長，提高功能葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，提高玉米耐鹽堿脅迫能力[9]。同時(shí)，有機(jī)肥還能提高鹽堿地土壤微生物數(shù)量、微生物生物量碳氮、土壤呼吸強(qiáng)度及土壤酶活性[10]。張宇沖等[11]研究表明，施用生物有機(jī)肥顯著增加了鹽堿地土壤細(xì)菌數(shù)量、土壤硝酸還原酶活性和脲酶活性，能夠有效降低土壤氮素?fù)p失，提高玉米產(chǎn)量。王宇峰等[12]、陳琳等[13]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，一定程度上提高土壤微生物代謝功能多樣性及碳源利用的能力。李玉等[14]通過連續(xù)兩年在鹽堿地上施用有機(jī)肥，發(fā)現(xiàn)在鹽堿環(huán)境下，施用有機(jī)肥可明顯提高小麥單位面積穗數(shù)和籽粒質(zhì)量，從而提高小麥產(chǎn)量，且小麥產(chǎn)量隨著有機(jī)肥替代量的增加而增加。

目前，國內(nèi)關(guān)于有機(jī)肥長期替代化肥對(duì)土壤生物學(xué)活性影響的研究多集中于東北黑土、南方紅壤、潮土和黃綿土等土壤類型，而對(duì)于寧夏鹽堿土–大陸氣候這一特殊生態(tài)條件下的研究鮮有報(bào)道。同時(shí)，玉米作為寧夏主要的糧飼兼用作物，種植面積大，需求范圍廣，因此開展寧夏鹽堿地玉米種植研究十分必要。本研究以田間連續(xù)4年定位試驗(yàn)為依托，探究生物有機(jī)肥不同施用量對(duì)寧夏鹽堿地玉米種植土壤養(yǎng)分、酶活性、微生物生物量和玉米產(chǎn)量的影響，同時(shí)利用碳素的微平板測(cè)定方法(Biolog)，分析生物有機(jī)肥施用對(duì)鹽堿地土壤微生物群落碳源代謝活性及多樣性的影響，以期對(duì)鹽堿土質(zhì)地改善、肥效提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017—2020年在寧夏銀川北部引黃灌區(qū)黃渠橋鎮(zhèn)金茂源家庭農(nóng)場(chǎng)(海拔約1 090 m)進(jìn)行。該地區(qū)屬于大陸性氣候，四季分明，年日照時(shí)數(shù)3 000 h以上，晝夜溫差大，年有效積溫1 535℃左右，年均氣溫8.8℃左右，年均降水量200 mm左右，蒸發(fā)量較強(qiáng)，為年均降水量10倍左右。試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)低洼，東西走向稍有起伏，土壤質(zhì)地為粉砂質(zhì)黏壤土，堿性，表層偶見白斑，屬于氯化物–硫酸鹽鹽漬土，耕層土壤基本化學(xué)性質(zhì)為：pH為8.78，全鹽3.20 g/kg，有機(jī)質(zhì)12.98 g/kg，堿解氮40.20 mg/kg，有效磷13.65 mg/kg，速效鉀175.91 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，連續(xù)4年定位，共設(shè)5個(gè)處理：①CK，不施肥；②T1，施用生物有機(jī)肥4.5 t/hm2；③T2，施用生物有機(jī)肥9.0 t/hm2；④T3，施用生物有機(jī)肥13.5 t/hm2；⑤T4，施用生物有機(jī)肥9.0 t/hm2+無機(jī)化肥N 360 kg/hm2(N∶P∶K=24∶8∶3)，即尿素775.86 kg/hm2、重過磷酸鈣260.87 kg/hm2、硫酸鉀86.54 kg/hm2。每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積8 m×10 m=80 m2。

供試肥料：生物有機(jī)肥(N+P2O5+K2O≥50 g/kg，有機(jī)質(zhì)≥450 g/kg，有效活菌數(shù)≥0.2 億/g)，由寧夏順寶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司生產(chǎn)；尿素(含N 464 g/kg)，由中國農(nóng)資集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)；重過磷酸鈣(含P2O5460 g/kg)，由鐘祥市楚明磷化有限公司生產(chǎn)；硫酸鉀(含K2O 520 g/kg)，由唐山三孚鉀肥有限公司生產(chǎn)。

供試玉米：東潤58，一年一熟，機(jī)械播種與收割，玉米行距70 cm，株距40 cm。

生物有機(jī)肥、重過磷酸鈣、硫酸鉀于播種前一次性基施，30% 尿素基施，剩余70% 尿素于玉米灌漿期隨黃河水灌溉追施。統(tǒng)一灌水量，灌溉方式為漫灌，田間其他管理統(tǒng)一操作。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

2020年玉米收獲期，每個(gè)采樣區(qū)以五點(diǎn)取樣法采集0 ～ 20 cm土層土壤樣品，將同一采樣區(qū)土壤樣品混合均勻保存于泡沫低溫保溫箱中帶回實(shí)驗(yàn)室，并及時(shí)檢測(cè)。

1)土壤化學(xué)指標(biāo)：pH、全鹽、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。測(cè)定方法[15]：分別采用酸度計(jì)測(cè)定土壤pH，DDS-11電導(dǎo)率儀測(cè)定全鹽含量，重鉻酸鉀滴定法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量，擴(kuò)散吸收法測(cè)定土壤堿解氮含量，分光光度計(jì)法測(cè)定土壤有效磷含量，火焰光度法測(cè)定土壤速效鉀含量。

2)土壤微生物特征指標(biāo)：土壤酶(蔗糖酶、磷酸酶、脲酶和過氧化氫酶)和土壤微生物生物量(碳、氮、磷含量)及Biolog值(包括土壤微生物群落代謝平均顏色變化率(average well color development，AWCD)值、Shannon指數(shù)值、Simpson指數(shù)值和McIntosh指數(shù)值)。測(cè)定方法[16]：土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、靛酚藍(lán)比色法、磷酸苯二鈉比色法、高錳酸鉀滴定法測(cè)定；土壤微生物生物量碳、氮、磷含量分別采用熏蒸提取–容量分析法、熏蒸提取–全氮測(cè)定法和熏蒸提取–全磷測(cè)定法；Biolog值采用Biolog-ECO測(cè)試板測(cè)定[17]。

3)玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益：收獲期(2020年9月30日)進(jìn)行各小區(qū)單收單計(jì)，實(shí)收實(shí)測(cè)。總產(chǎn)值=產(chǎn)量×單價(jià)；凈收益=產(chǎn)值–總投入。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表繪制，采用SPSS 10.0 軟件LSD法進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性分析(0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分變化

如表1所示，經(jīng)過連續(xù)4年不同施肥處理，土壤pH隨施肥量的增加呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，土壤耕層(0 ～ 20 cm)養(yǎng)分含量隨生物有機(jī)肥施用量增加呈遞增趨勢(shì)，且生物有機(jī)肥同一施用量下，增施無機(jī)化肥有利于提高耕層土壤養(yǎng)分。連續(xù)4年施用生物有機(jī)肥可明顯降低土壤全鹽含量，等量有機(jī)肥施用下，增施無機(jī)化肥對(duì)土壤全鹽含量影響較小；與CK處理相比，T1、T2、T3和T4處理土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加了9.63%、10.63%、13.62% 和11.30%；T2、T3和T4處理土壤全氮含量分別增加了11.88%、17.82% 和25.74%；土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量均以T3和T4處理積累最明顯，分別較CK處理增加了17.02% ～ 26.23%、37.32% ～ 44.63%、16.97% ～ 22.48%；生物有機(jī)肥施用9.0 t/hm2(T2)時(shí)，增施無機(jī)化肥(T4)可顯著增加土壤速效鉀含量，增幅14.73%。

2.2 土壤酶活性變化

施肥對(duì)土壤酶活性影響顯著(圖1)，土壤酶活性隨著生物有機(jī)肥施用量增加而增加。其中，土壤蔗糖酶活性以T3和T4處理最強(qiáng)(圖1A)，分別較CK處理增加15.31%、13.21%。與CK處理相比，施用生物有機(jī)肥可顯著提高土壤過氧化氫酶活性6.56% ～ 9.38%，不同施肥量之間的土壤過氧化氫酶活性變化不顯著(圖1B)。土壤脲酶和磷酸酶活性隨著生物有機(jī)肥施用量和施肥模式的不同變化規(guī)律一致，即酶活性隨著生物有機(jī)肥施用量的增加而增加，T3處理土壤酶活性最高，分別為2.42 mg/(g·d) 和2.72 mg/(g·d) (圖1C、1D) 。綜合可見，施用生物有機(jī)肥可明顯提高土壤酶活性，與單施生物有機(jī)肥9.0 t/hm2相比，配施無機(jī)化肥(T4)可顯著增加土壤蔗糖酶活性，對(duì)土壤過氧化氫酶及磷酸酶活性也有一定的促進(jìn)作用。

表1 不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)，下同。

(圖中不同小寫字母表示處理間差異在P<0.05水平顯著，下同)

2.3 土壤微生物生物量變化

土壤微生物生物量是衡量土壤養(yǎng)分和肥力水平的重要指標(biāo)。如圖2所示，生物有機(jī)肥不同施用量對(duì)土壤微生物生物量影響不同。生物有機(jī)肥不同施用量處理中，以T3處理土壤微生物生物量碳含量最高，T1處理次之，T2處理最低，分別較CK處理提高66.78%、43.72% 和41.12%(圖2A)。土壤微生物生物量氮和磷含量隨有生物機(jī)肥施用量增加逐漸遞增，與CK處理相比，T1、T2、T3處理土壤微生物生物量氮含量分別顯著提高18.31%、33.41% 和59.19% (圖2B)，T2和T3處理土壤微生物生物量磷含量分別增加23.67% 和51.84%(圖2C)。此外，在施用9.0 t/hm2生物有機(jī)肥基礎(chǔ)上配施無機(jī)化肥(T4)可增加土壤微生物生物量碳、氮、磷含量，但較T2處理差異不顯著。

2.4 土壤微生物群落代謝AWCD曲線

AWCD可反映微生物群落總體碳源利用能力和土壤微生物活性，體現(xiàn)了微生物群落生理功能多樣性。各處理10 d內(nèi)AWCD值變化曲線如圖3所示，微生物碳源利用率隨培養(yǎng)時(shí)間延長而升高，不同處理土壤AWCD值在培養(yǎng)開始后24 ～ 72 h內(nèi)快速升高，72 h后增幅減緩，培養(yǎng)結(jié)束(240 h)時(shí)逐漸趨于平穩(wěn)。各施肥處理土壤微生物碳源利用率均高于CK處理，且AWCD值隨著生物有機(jī)肥施用量的增加而增加，最高值為T3處理培養(yǎng)192 h時(shí)，AWCD值為0.84，整體說明施用生物有機(jī)肥及配施無機(jī)肥對(duì)土壤微生物代謝活性有促進(jìn)作用。同時(shí)，生物有機(jī)肥施用9.0 t/hm2配施無機(jī)化肥N 360 kg/hm2時(shí)的AWCD值高于單施生物有機(jī)肥9.0 t/hm2。

圖2 不同施肥處理對(duì)土壤微生物生物量碳、氮、磷的影響

Fig. 2 Effects of different fertilization treatments on soil microbial biomass carbon, nitrogen and phosphorus contents

圖3 不同施肥處理對(duì)土壤AWCD的影響

2.5 土壤微生物群落代謝多樣性指數(shù)

Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和McIntosh指數(shù)分別反映土壤微生物物種豐富度、某些最常見物種優(yōu)勢(shì)度和群落物種的均勻度。表2為3種指數(shù)(72 h)的計(jì)算結(jié)果及經(jīng)比較檢驗(yàn)后的差異情況。

經(jīng)Tukey檢驗(yàn)分析，0 ～ 20 cm土層土壤微生物種群代謝多樣性指數(shù)隨生物有機(jī)肥施用量增加逐漸遞增。Shannon、Simpson和Mcintosh指數(shù)均以T3處理最高，其中Shannon和Mcintosh指數(shù)較CK處理分別顯著增加10.11% 和62.67%。與T2處理相比，T4處理對(duì)提高土壤微生物種群代謝多樣性作用不明顯。因此，單施生物有機(jī)肥及配施無機(jī)化肥均對(duì)于土壤微生物的物種均勻度存在積極影響，且高量生物有機(jī)肥(13.5 t/hm2)施用更利于提升微生物物種的均勻度。

表2 不同施肥處理對(duì)土壤微生物群落代謝多樣性指數(shù)的影響

2.6 玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益變化

作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益是衡量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的重要指標(biāo)。生物有機(jī)肥不同施肥量對(duì)玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響差異較大(表3)。各處理玉米產(chǎn)量和產(chǎn)值均是T4>T3>T2>T1>CK，與CK處理相比，T1～T4處理產(chǎn)量分別提高40.88%、78.66%、110.15% 和126.54%，產(chǎn)值同樣提高相應(yīng)比例。凈收入隨著生物有機(jī)肥施用量增加呈遞減趨勢(shì)，且生物有機(jī)肥配施化肥處理的凈收入最高，為8 709元/hm2，分別比CK、T1、T2、T3處理凈收入提高6.86%、15.77%、33.29% 和81.09%。因此，施用生物有機(jī)肥可明顯增加玉米產(chǎn)量，提高玉米產(chǎn)值，但是由于生物有機(jī)肥成本較高，隨著施用量的增加，凈收入呈降低趨勢(shì)，但有機(jī)無機(jī)配施可在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上提高凈收入。

3 討論

3.1 對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物生物量的影響

本研究表明，施用生物有機(jī)肥可明顯降低土壤pH和全鹽含量，可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥在土壤中降解時(shí)會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸從而降低土壤pH，而全鹽含量降低主要是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥的施用能夠降低土壤電導(dǎo)率，影響土壤水溶性鹽分離子組成比例，這與郜翻身等[18]、邵孝候等[19]研究結(jié)論一致。施用生物有機(jī)肥明顯提高了土壤養(yǎng)分含量，且隨生物有機(jī)肥施用量增加呈遞增趨勢(shì)，這與弓萌萌等[20]、衛(wèi)婷等[21]研究結(jié)果一致，這是由于生物有機(jī)肥本身含有大量的有機(jī)物質(zhì)和未礦化營養(yǎng)元素，長期施用對(duì)土壤養(yǎng)分含量有累積效應(yīng)。衛(wèi)婷等[21]認(rèn)為，生物有機(jī)物料的施用可以促進(jìn)微生物的代謝和繁育，提高土壤酶活性。黃媛媛等[22]發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥配施化肥分別提高土壤纖維素酶、堿性磷酸酶和脲酶活性。本研究顯示，生物有機(jī)肥不同施用量土壤酶活性均高于對(duì)照處理，這是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥施用提高了土壤C/N，進(jìn)而加快土壤微生物繁殖速度，且生物有機(jī)肥中本身含有大量功能微生物[23]。研究還發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性隨生物有機(jī)肥施用量增加而提高，這與弓萌萌等[20]的研究結(jié)果“生物有機(jī)肥施用量過高，反而會(huì)抑制或者降低土壤酶活性”不一致，這是由于土壤活性變化趨勢(shì)受到肥料類型、土壤類型、生物有機(jī)肥施用梯度和施用年限等綜合因素的影響。此外，本研究中，土壤微生物生物量碳、氮、磷含量同樣隨生物有機(jī)肥施用量增加而增加，這是由于施用足量生物有機(jī)肥不僅能夠加速土壤有機(jī)質(zhì)礦化分解，提高土壤養(yǎng)分含量，為土壤微生物提供充足的碳源、氮源[24]，維持較高的土壤微生物量，同時(shí)能有效抑制土壤中NH3的揮發(fā)及NO3–的淋失，通過同化作用使較多的氮素遷移到微生物體內(nèi)進(jìn)行暫時(shí)固定。而磷素以多聚磷酸鹽形式富集于土壤中，長期生物有機(jī)肥施用有效提高土壤酸度，同時(shí)作物根系和微生物對(duì)磷素的活化作用造成土壤有效磷含量增加，進(jìn)而提高土壤微生物生物量磷含量[25]。

表3 不同施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

注：生物有機(jī)肥1 200 元/t，尿素2.8元/kg，過磷酸鈣3.5元/kg，硫酸鉀3.8元/kg；其他投入：機(jī)耕費(fèi)675元/hm2、種子費(fèi)750元/hm2、播種費(fèi)375元/hm2、除草劑225元/hm2、人工費(fèi)300元/hm2、農(nóng)藥300元/hm2、機(jī)收費(fèi)900元/hm2；玉米籽粒2.3元/kg。

3.2 對(duì)土壤微生物代謝活性及多樣性的影響

生物有機(jī)肥施用可有效提供多種有益營養(yǎng)物質(zhì)供作物生長發(fā)育所需，在一定程度上激活多種功能性微生物和酶的偏嗜性，促進(jìn)土壤微生物繁殖加快，改善土壤理化性狀、微生物種群結(jié)構(gòu)，為植物生長營造一個(gè)適宜的生存環(huán)境，且土壤微生物群落多樣性與肥料種類和施用量有關(guān)[26]。利用Biolog-ECO法對(duì)微生物多樣性分析雖不夠全面，但Biolog-ECO板AWCD值能夠反映土壤微生物利用碳源的整體能力及微生物活性，可作為反映土壤微生物代謝活性的重要指標(biāo)。本研究中，生物有機(jī)肥為土壤微生物活動(dòng)提供了物質(zhì)和能量，促進(jìn)其代謝和繁殖，與不施肥處理相比，生物有機(jī)肥處理土壤微生物活性均得到有效提高，說明施用生物有機(jī)肥更能提高土壤微生物利用碳底物的持續(xù)能力和微生物代謝能力，從而提升其活性[27-28]，這與胡可等[29]通過對(duì)玉米盆栽土壤微生態(tài)環(huán)境變化的研究發(fā)現(xiàn)“生物有機(jī)肥處理AWCD值始終顯著高于對(duì)照處理”的結(jié)果一致。采用生態(tài)學(xué)理論中的3種經(jīng)典多樣性指數(shù)來反映單個(gè)樣品群落內(nèi)部物種數(shù)量和相對(duì)多度，具有數(shù)量特征。本研究中選擇培養(yǎng)72 h時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行多樣性指數(shù)進(jìn)行分析得出，生物有機(jī)肥不同施用量處理下微生物群落多樣性與對(duì)照處理相比，有升高趨勢(shì)，但差異性不顯著，一方面可能是由于玉米生長后期由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為生殖生長，根系代謝物減少，隨之土壤環(huán)境中的碳水化合物、氨基酸等物質(zhì)減少，導(dǎo)致土壤微生物活動(dòng)減少[30-31]；另一方面則可能與土壤含水率、氧化還原電位、pH等理化性質(zhì)的變化相關(guān)[32]。不同施肥處理對(duì)土壤微生物群落代謝多樣性指數(shù)的影響表明，Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和McIntosh指數(shù)都隨著有機(jī)肥施用量的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，即土壤微生物物種豐富度和微生物群落物種的均勻度均隨著有機(jī)肥的施用量增加而增加，這與于會(huì)麗等[33]在蘋果幼苗土壤上的研究結(jié)果一致。

3.3 對(duì)玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

生物有機(jī)肥施用有利于促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)含量增加、細(xì)菌生長及其調(diào)節(jié)土壤微生物群落的組成和多樣性，對(duì)進(jìn)一步增加土壤養(yǎng)分的有效性、提高土壤肥力和土壤生產(chǎn)力具有重要意義[34]，且這些過程被視作是土壤有效養(yǎng)分的源與匯，通過提高土壤肥力，促進(jìn)作物生長[35]，進(jìn)而提高產(chǎn)量，增加收益[36-37]。李小煒等[38]研究結(jié)果表明，施用有機(jī)肥能顯著增加玉米株高、莖粗，且隨著有機(jī)肥用量的增加，效果越顯著。本研究表明，隨著生物有機(jī)肥施用量增加，玉米籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)值呈遞增變化，但凈收入呈遞減變化，這是因?yàn)橥寥拉h(huán)境隨生物有機(jī)肥施入量增加逐漸改善，有利于作物生長，進(jìn)而促進(jìn)作物產(chǎn)量和產(chǎn)值增加，但生物有機(jī)肥單價(jià)成本較高，隨著生物有機(jī)肥投入量增加，成本投入增加幅度較大，導(dǎo)致純收益降低。此外，有機(jī)無機(jī)肥料配合施用能夠培育土壤肥力，改善土壤生態(tài)環(huán)境，有益于作物增產(chǎn)增收[39]。本研究表明，相比單施生物有機(jī)肥，生物有機(jī)肥與無機(jī)肥配施，更有利于提高玉米根系土壤氮、磷養(yǎng)分和酶活性，進(jìn)而促進(jìn)玉米生長和產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益增加，這是因?yàn)橄啾葐问┥镉袡C(jī)肥，生物有機(jī)肥與無機(jī)肥配施能調(diào)理土壤C/N比，有利于土壤微生物活動(dòng)和土壤酶活性增加，進(jìn)而加快有機(jī)物質(zhì)分解和礦物質(zhì)礦化釋放營養(yǎng)元素，促進(jìn)作物生長，產(chǎn)量增加[40]。

4 結(jié)論

長期施用生物有機(jī)肥可有效改善耕層土壤環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分含量、酶活性和土壤微生物生物量，增加土壤微生物群落多樣性，進(jìn)而促進(jìn)玉米生長和產(chǎn)量增加，且隨著生物有機(jī)肥施用量增加，其效果越顯著。與單施有機(jī)肥相比，有機(jī)無機(jī)配施對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物活性及玉米產(chǎn)量有明顯促進(jìn)作用。從經(jīng)濟(jì)效益分析，以生物有機(jī)肥9.0 t/hm2配施無機(jī)化肥N 360 kg/hm2處理的經(jīng)濟(jì)效益最高。

[1] 李艷平, 劉國順, 丁松爽, 等. 混合有機(jī)肥用量對(duì)烤煙石油醚提取物和中性致香物質(zhì)的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 28(3): 11–15.

[2] 李小萌, 陳效民, 曲成闖, 等. 生物有機(jī)肥與減量配施化肥對(duì)連作黃瓜養(yǎng)分利用率及產(chǎn)量的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2020, 34(2): 309–317.

[3] 張久明, 匡恩俊, 劉亦丹, 等. 有機(jī)肥替代不同比例化肥對(duì)土壤有機(jī)碳組分的影響[J]. 麥類作物學(xué)報(bào), 2021, 41(12): 1534–1540.

[4] 林仕芳, 王小利, 段建軍, 等. 有機(jī)肥替代化肥對(duì)旱地黃壤有機(jī)碳礦化及活性有機(jī)碳的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 2022, 43(4): 2219–2225.

[5] 張淑娜, 林秀顏, 陳曦, 等. 有機(jī)肥施用對(duì)節(jié)水灌溉稻田土壤有機(jī)碳及其活性組分的影響[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2021(5): 21–24, 30.

[6] 朱利霞, 徐思薇, 陳如冰, 等. 生物有機(jī)肥替代化肥對(duì)砂姜黑土團(tuán)聚體及其有機(jī)碳變化特征的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2021, 53(11): 75–81.

[7] 石紋碹, 劉世亮, 趙穎, 等. 豬糞有機(jī)肥施用對(duì)潮土速效養(yǎng)分含量及團(tuán)聚體分布的影響[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2017, 34(5): 431–438.

[8] 安永齊, 王小利, 靳東升, 等. 有機(jī)培肥顯著提升礦區(qū)復(fù)墾土壤活性有機(jī)碳含量[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2020, 26(6): 1117–1125.

[9] 劉艷, 李波, 雋英華, 等. 生物有機(jī)肥對(duì)鹽堿地玉米滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及土壤微生物的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2018, 31(5): 1013–1018.

[10] 何瑞成, 吳景貴. 有機(jī)物料對(duì)原生鹽堿地土壤生物學(xué)性質(zhì)的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2018, 55(3): 774–782.

[11] 張宇沖, 何思蓓, 高靈會(huì), 等. 生物有機(jī)肥對(duì)蘆筍土壤酶活性及細(xì)菌群落的影響[J]. 北方園藝, 2019(12): 83–91.

[12] 王宇峰, 孟會(huì)生, 李廷亮, 等. 培肥措施對(duì)復(fù)墾土壤微生物碳氮代謝功能多樣性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2020, 36(24): 81–90.

[13] 陳琳, 谷潔, 胡婷, 等. 生物有機(jī)肥對(duì)板栗土壤微生物群落代謝活性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 24(6): 1627–1632.

[14] 李玉, 田憲藝, 王振林, 等. 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)濱海鹽堿地土壤改良和小麥產(chǎn)量的影響[J]. 土壤, 2019, 51(6): 1173–1182.

[15] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[16] 溫延臣, 張?jiān)粬|, 袁亮, 等. 商品有機(jī)肥替代化肥對(duì)作物產(chǎn)量和土壤肥力的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(11): 2136–2142.

[17] 郭瑩, 王一明, 巫攀, 等. 長期施用糞肥對(duì)水稻土中微生物群落功能多樣性的影響[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2019, 25(3): 593–602.

[18] 郜翻身, 崔志祥, 樊潤威, 等. 有機(jī)物料對(duì)鹽堿化土壤的改良作用[J]. 土壤通報(bào), 1997, 28(1): 9–11.

[19] 邵孝候, 張宇杰, 常婷婷, 等. 生物有機(jī)肥對(duì)鹽漬土壤水鹽動(dòng)態(tài)及番茄產(chǎn)量的影響[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2018, 46(2): 153–160.

[20] 弓萌萌, 王紅, 張雪梅, 等. 不同有機(jī)肥施用量對(duì)蘋果園土壤養(yǎng)分及酶活性的影響[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 2019, 34(3): 74–78, 97.

[21] 衛(wèi)婷, 韓麗娜, 韓清芳, 等. 有機(jī)培肥對(duì)旱地土壤養(yǎng)分有效性和酶活性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(3): 611–620.

[22] 黃媛媛, 馬慧媛, 黃亞麗, 等. 生物有機(jī)肥和化肥配施對(duì)冬小麥產(chǎn)量及土壤生物指標(biāo)的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2019, 34(6): 160–169.

[23] 梁路, 馬臣, 張然, 等. 有機(jī)無機(jī)肥配施提高旱地麥田土壤養(yǎng)分有效性及酶活性[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2019, 25(4): 544–554.

[24] 胡誠, 曹志平, 羅艷蕊, 等. 長期施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤肥力及微生物生物量碳的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 15(3): 48–51.

[25] 李春越, 郝亞輝, 薛英龍, 等. 長期施肥對(duì)黃土旱塬農(nóng)田土壤微生物量碳、氮、磷的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2020, 39(8): 1783–1791.

[26] 徐敏, 張翔, 何雷, 等. 煙田施用不同有機(jī)肥對(duì)土壤特性和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2021, 49(5): 147–150, 184.

[27] Bowles T M, Acosta-Martínez V, Calderón F, et al. Soil enzyme activities, microbial communities, and carbon and nitrogen availability in organic agroecosystems across an intensively-managed agricultural landscape[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2014, 68: 252–262.

[28] Kotroczó Z, Veres Z, Fekete I, et al. Soil enzyme activity in response to long-term organic matter manipulation[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2014, 70: 237–243.

[29] 胡可, 王琳, 秦俊梅. 菌肥與有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)石灰性土壤生化作用強(qiáng)度和微生物數(shù)量的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 44(10): 76–80.

[30] Chaparro J M, Sheflin A M, Manter D K, et al. Manipulating the soil microbiome to increase soil health and plant fertility[J]. Biology and Fertility of Soils, 2012, 48(5): 489–499.

[31] Qiu M H, Zhang R F, Xue C, et al. Application of bio-organic fertilizer can controlwilt of cucumber plants by regulating microbial community of rhizosphere soil[J]. Biology and Fertility of Soils, 2012, 48(7): 807–816.

[32] Ling N, Zhu C, Xue C, et al. Insight into how organic amendments can shape the soil microbiome in long-term field experiments as revealed by network analysis[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2016, 99: 137–149.

[33] 于會(huì)麗, 徐變變, 徐國益, 等. 生物有機(jī)肥對(duì)蘋果幼苗生長、生理特性以及土壤微生物功能多樣性的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2022, 38(1): 32–38.

[34] 王幸, 邢興華, 徐澤俊, 等. 耕作方式和秸稈還田對(duì)黃淮海夏大豆產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響[J]. 中國油料作物學(xué)報(bào), 2017, 39(6): 834–841.

[35] 王軍. 蓄水單坑灌施條件下不同土溫和水溫對(duì)土壤水氮運(yùn)移規(guī)律的影響[D]. 太原: 太原理工大學(xué), 2015.

[36] 張奇. 生物有機(jī)肥對(duì)貧瘠土壤養(yǎng)分及生物性狀的影響[D]. 揚(yáng)州: 揚(yáng)州大學(xué), 2020.

[37] 左達(dá), 郭鵬飛, 孫權(quán). 有機(jī)肥施用量對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)量品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 48(20): 137–141.

[38] 李小煒, 白春梅, 田麗, 等. 榆林沙區(qū)玉米水肥一體化有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤性狀的影響[J]. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 64(8): 77–80.

[39] 王珍, 馮浩, 吳普特, 等. 土壤擴(kuò)蓄增容肥對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009, 25(11): 114–119.

[40] 羅洋, 鄭金玉, 鄭洪兵, 等. 有機(jī)無機(jī)肥料配合施用對(duì)玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]. 玉米科學(xué), 2014, 22(5): 132–136.

Effects of Long-term Application of Bioorganic Fertilizer on Soil Nutrients and Biological Characteristics of Saline Alkali Land in Ningxia

SI Haili1, JI Lidong1*, LI Lei1, MIAN Youming2, ZHU Ying3, LIU Julian1, SHANG Hongying1, YANG Yang1

(1 Institute of Agricultural Resources and Environment, Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Yinchuan 750002, China; 2 Guyuan Branch, Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Guyuan, Ningxia 756000, China; 3 Ningxia Wuzhong National Agricultural Science and Technology Park Management Committee, Wuzhong, Ningxia 751100, China)

In order to investigate the effects of bioorganic fertilizer application on the chemistry and microbial characteristics of saline-alkali soil in Ningxia Yellow River Diversion Irrigation Area, and to clarify the optimal application amount and fertilization mode of bio-organic fertilizer, the treatments were included applying bioorganic fertilizer 0 t/hm2(CK), 4.5 t/hm2(T1), 9 t/hm2(T2) 13.5 t/hm2(T3), and 9 t/hm2of bioorganic fertilizer and N 360 kg/hm2of inorganic chemical fertilizers (T4) based on the field positioning experiment for 4 consecutive years, soil nutrient contents, enzyme activities, microbial biomass, microbial community carbon metabolism activities and diversities, and maize yields in saline-alkali soil were determined and compared. The results show that: 1) Application of bioorganic fertilizer can significantly reduce soil pH and total salt content, and soil nutrient contents and soil enzyme activities are increased with the increase of bioorganic fertilizer application, and T4 treatment significantly increases soil available potassium content by 14.73%; 2) Carbon source metabolic activity and diversity index of soil microbial community both are increased with the increase of bio-organic fertilizer application, AWCD value of T3 treatment is 0.84 when cultured for 192 h, and Tukey test analysis shows that Shannon and Mcintosh indices are increased by 10.11% and 62.67%, respectively, compared with CK treatment; 3) With the increase of bioorganic fertilizer application, soil microbial biomass carbon, nitrogen and phosphorus contents are increased by 66.78%, 59.19% and 51.84%, respectively, compared with CK treatment; 4) The application of bioorganic fertilizer can significantly increase corn yield and output value, and among them, T4 treatment has the best corn yield and net income, which are 11 499 kg/hm2and 8 709 yuan/hm2, respectively. Thus, the long-term application of bioorganic fertilizer can improve the texture of saline-alkali soil in Ningxia, improve soil quality, increase soil biological activity and corn yield, and the application of bio-organic fertilizer 9.0 t/hm2and inorganic fertilizer N 360 kg/hm2is recommended.

Bio-organic fertilizer; Saline-alkali land; Soil nutrients; Soil microbial characteristics; Corn yield

S144

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.06.005

司海麗, 紀(jì)立東, 李磊, 等. 生物有機(jī)肥對(duì)寧夏鹽堿地土壤養(yǎng)分和生物學(xué)特性的影響. 土壤, 2022, 54(6): 1124–1131.

寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護(hù)科技創(chuàng)新示范項(xiàng)目(NGSB-2021-11-07)、自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2019BCF01001)和自治區(qū)農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新專項(xiàng)(NKYJ-22-02)資助。

通訊作者(jili521010@163.com)

司海麗(1988—), 女, 寧夏銀川人, 碩士, 農(nóng)藝師, 主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物利用與新型肥料研發(fā)方面的研究。E-mail: sihaili_0427@ 163.com