崔 亮KRISTIINA Laanemets劉冠求TERJE T?htj?rvMATI Koppel萬 博孟令文

(1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所,遼寧 沈陽 110161; 2.愛沙尼亞作物研究所,愛沙尼亞 耶蓋瓦 48309)

馬鈴薯是我國重要的糧食作物,在保障國家糧食安全生產(chǎn)和脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)中發(fā)揮了重要的作用[1]。氮肥是馬鈴薯生長過程中需求最大的礦質(zhì)元素,合理施用氮肥是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的有效措施之一[2～3]。近年來,由于氮肥的過量施用,導(dǎo)致土壤酸化板結(jié)、土壤氮素淋溶等系列問題日趨突出,對土壤結(jié)構(gòu)和肥力產(chǎn)生嚴(yán)重影響[4～5]。土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性是衡量土壤質(zhì)量和土壤綜合肥力水平的重要指標(biāo),對外界環(huán)境因素引起的變化較敏感,易受肥料類型、施用量及栽培措施等因素的影響[6～7]。因此,開展滴施控氮對馬鈴薯根際土壤微生物和土壤酶活性影響的研究對于揭示土壤微生物和土壤酶活性對氮肥的響應(yīng)機(jī)制,改進(jìn)施肥制度,提高土壤肥力和生產(chǎn)力,具有重要意義。

科學(xué)的肥料管理及耕作制度可以通過影響土壤微生物量、菌群結(jié)構(gòu)和土壤酶活性,進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分和作物產(chǎn)量。楊亞東等研究表明,有機(jī)肥配施比例顯著改變了水稻土氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌的數(shù)量、多樣性和群落結(jié)構(gòu)[8]。李依韋等研究表明,不同施肥處理下,生物菌肥可顯著提高玉米根際菌群數(shù)量和多樣性,進(jìn)而提高土壤的養(yǎng)分和肥力[9]。賈健等研究發(fā)現(xiàn),在等氮條件下,有機(jī)無機(jī)配施有助于提高烤煙根際土壤微生物功能多樣性[10]。李延亮等在黃土旱塬壟膜溝播種植條件下,通過控施肥配施生物有機(jī)肥,有效提高了冬小麥產(chǎn)量和土壤微生物量[11]。谷巖等通過有機(jī)無機(jī)肥配施處理,提高了大豆土壤微生物量、土壤脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性[12]。陳曉光等通過施用銨態(tài)氮有利于提高甘薯土壤微生物量和生物量碳[13]。目前,圍繞施肥量、肥料種類、施肥方式和栽培措施對水稻、玉米、甘薯等作物土壤微生物數(shù)量、結(jié)構(gòu)和酶活性的影響的研究已有大量報(bào)道,但鮮見針對馬鈴薯土壤微生物和酶活性的研究報(bào)道。因此,本研究緊密圍繞馬鈴薯根際土壤微生物和酶活性對氮肥施用量的響應(yīng)特征,采用滴施控氮的施肥方式,研究氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤微生物和酶活性的影響,以期為馬鈴薯氮肥施用策略的制定提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年4～7月在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地(東經(jīng)123°56′,北緯41°83′)進(jìn)行,屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候;土壤類型為沙壤土,土壤含有機(jī)質(zhì)23.7 g/kg,堿解氮94.6 mg/kg,有效磷19.8 mg/kg和速效鉀101.5 mg/kg。

1.2 供試材料

供試材料為遼寧省普推馬鈴薯品種遼薯6號。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大田試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)置5個(gè)滴施氮肥量,分別為 0 kg/hm2(N1)、60 kg/hm2(N2)、105 kg/hm2(N3)、180 kg/hm2(N4),225 kg/hm2(N5)。各施肥處理分別在出苗后10 d、20 d、30 d、40 d、50 d進(jìn)行滴施追肥,每次施肥量為相應(yīng)處理的1/5。底肥施用氮磷鉀(15∶15∶15)復(fù)合肥750 kg/hm2。小區(qū)面積30 m2,重復(fù)3次,隨機(jī)區(qū)組排列,采用大壟雙行膜下滴灌種植模式,幅寬120 cm,大行距80 cm,小行距40 cm,株距20 cm,密度為8.25萬株/hm2。于2020年4月8日播種,7月10日收獲,其他田間管理措施按照實(shí)際生產(chǎn)田進(jìn)行。

1.4 取樣方法與測定項(xiàng)目

1.4.1 取樣方法分別于馬鈴薯出苗后10 d、20 d、30 d、40 d、50 d進(jìn)行取樣,每小區(qū)選取5個(gè)樣點(diǎn),取樣點(diǎn)為“S”形分布。使用土鉆采集0～20 cm耕層土壤,每個(gè)樣品重復(fù)3次,土壤樣品混勻后四分法取樣,將土壤均勻分為2份,一份土壤用于土壤細(xì)菌、真菌和放線菌的測定,另一部分土壤室內(nèi)風(fēng)干過篩,用于土壤酶活性測定。

1.4.2 測定項(xiàng)目采用稀釋涂抹平板法對所獲得備用土樣進(jìn)行細(xì)菌、真菌和放線菌的培養(yǎng)和計(jì)數(shù)。土壤脲酶活性采用靛酚比色法測定,土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法,土壤過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測定,土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[14]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SigmaPlot 10.0作圖,用SPSS 13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤細(xì)菌數(shù)量的影響

從圖1可以看出,氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤細(xì)菌數(shù)量具有顯著(P＜0.05)影響。隨著施氮量的增加,處理間馬鈴薯根際土壤細(xì)菌數(shù)量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,且N3處理下馬鈴薯根際土壤細(xì)菌數(shù)量顯著高于其他處理。不同生育時(shí)期下馬鈴薯根際土壤細(xì)菌數(shù)量總體趨勢為:出苗后30 d＞出苗后40 d＞出苗后50 d＞出苗后20 d＞出苗后10 d,出苗后30 d達(dá)到峰值。

圖1 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤細(xì)菌數(shù)量的影響Figure 1 Effect of nitrogen application rate on bacteria in rhizosphere soil of potato

2.2 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤真菌數(shù)量的影響

從圖2可以看出,氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤真菌數(shù)量具有顯著(P＜0.05)影響。隨著施氮量的增加,處理間馬鈴薯根際土壤真菌數(shù)量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,且N4處理下馬鈴薯根際土壤真菌數(shù)量顯著高于其他處理。不同生育時(shí)期下馬鈴薯根際土壤真菌數(shù)量總體趨勢為:出苗后10 d＞出苗后20 d＞出苗后30 d＞出苗后40 d＞出苗后50 d,出苗后10 d達(dá)到峰值。

圖2 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤真菌數(shù)量的影響Figure 2 Effect of nitrogen application rate on fungi in rhizosphere soil of potato

2.3 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤放線菌數(shù)量的影響

從圖3可以看出,氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤放線菌數(shù)量具有顯著(P＜0.05)影響。隨著施氮量的增加,處理間馬鈴薯根際土壤放線菌數(shù)量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,且N3處理下馬鈴薯根際土壤放線菌數(shù)量顯著高于其他處理。不同生育時(shí)期下馬鈴薯根際土壤放線菌數(shù)量總體趨勢為:出苗后40 d＞出苗后30 d＞出苗后20 d＞出苗后10 d＞出苗后50 d,出苗后40 d達(dá)到峰值。

圖3 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤放線菌數(shù)量的影響Figure 3 Effect of nitrogen application rate on actinomycetes in rhizosphere soil of potato

2.4 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤脲酶活性的影響

從圖4可以看出,氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤脲酶活性具有顯著(P＜0.05)影響。隨著施氮量的增加,處理間馬鈴薯根際土壤脲酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,且N3處理下馬鈴薯根際土壤脲酶活性顯著高于其他處理。不同生育時(shí)期下馬鈴薯根際土壤脲酶活性總體趨勢為:出苗后40 d＞出苗后50 d＞出苗后30 d＞出苗后20 d＞出苗后10 d,出苗后40 d達(dá)到峰值。

圖4 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤脲酶活性的影響Figure 4 Effect of nitrogen application rate on soil urease activity in rhizosphere soil of potato

2.5 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤蔗糖酶活性的影響

從圖5可以看出,氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤蔗糖酶活性具有顯著(P＜0.05)影響。隨著施氮量的增加,處理間馬鈴薯根際土壤蔗糖酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,且N3處理下馬鈴薯根際土壤蔗糖酶活性顯著高于其他處理。不同生育時(shí)期下馬鈴薯根際土壤蔗糖酶活性總體趨勢為:出苗后40 d＞出苗后30 d＞出苗后50 d＞出苗后20 d＞出苗后10 d,出苗后40 d達(dá)到峰值。

圖5 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤蔗糖酶活性的影響Figure 5 Effect of nitrogen application rate on soil urease activity in rhizosphere soil of potato

2.6 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤磷酸酶活性的影響

從圖6可以看出,氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤磷酸酶活性具有顯著(P＜0.05)影響。隨著施氮量的增加,處理間馬鈴薯根際土壤磷酸酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,且N3處理下馬鈴薯根際土壤磷酸酶活性顯著高于其他處理。不同生育時(shí)期下馬鈴薯根際土壤磷酸酶活性總體趨勢為:出苗后20 d＞出苗后10 d＞出苗后30 d＞出苗后50 d＞出苗后40 d,出苗后20 d達(dá)到峰值。

圖6 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤磷酸酶活性的影響Figure 6 Effect of nitrogen application rate on soil neutral phosphatase activity in rhizosphere soil of potato

2.7 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤過氧化氫酶活性的影響

從圖7可以看出,氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤過氧化氫酶活性具有顯著(P＜0.05)影響。隨著施氮量的增加,處理間馬鈴薯根際土壤過氧化氫酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,且N3處理下馬鈴薯根際土壤過氧化氫酶活性顯著高于其他處理。不同生育時(shí)期下馬鈴薯根際土壤過氧化氫酶活性總體趨勢為:出苗后40 d＞出苗后50 d＞出苗后30 d＞出苗后20 d＞出苗后10 d,出苗后40 d 達(dá)到峰值。

圖7 氮肥施用量對馬鈴薯根際土壤過氧化氫酶活性的影響Figure 7 Effect of nitrogen application rate on soil catalase activity in rhizosphere soil of potato

3 結(jié)論與討論

土壤微生物是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動(dòng)力,它們參與土壤有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)合成,并受肥料用量、施肥方式、種植模式等系列因素的綜合影響[15～16]。馬冬云等研究結(jié)果表明,施用氮肥能夠有效調(diào)節(jié)根際微生物區(qū)系,小麥根際微生物總量、細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量隨著尿素施用量的增加呈先增加后下降的趨勢[17]。本研究表明,馬鈴薯根際土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均隨著施氮水平的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,其中N3處理下細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著高于真菌數(shù)量,這與前人的研究結(jié)果一致[18]。本試驗(yàn)條件下,施氮量為105 kg/hm2時(shí)顯著增加了馬鈴薯根際土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量,并抑制真菌數(shù)量的增加,這可能是由于適宜的施氮量可以為土壤微生物提供充足的養(yǎng)分,促進(jìn)根系分泌物的增加,為微生物的繁殖生存提供了豐富的碳源,進(jìn)而優(yōu)化了土壤微生物類群的數(shù)量和結(jié)構(gòu)。

土壤酶活性是維持土壤肥力的潛在指標(biāo),土壤酶活性的強(qiáng)弱受施肥等栽培措施影響[19～20]。前人研究表明,適宜施氮水平有利于土壤酶活性的提高[21～22]。研究表明,施氮處理下土壤酶活性顯著高于不施氮處理,且隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,同時(shí),N3處理下馬鈴薯根際土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性均顯著高于其他處理,與前人研究結(jié)果一致[23～24],這說明適宜氮肥施用量能顯著促進(jìn)馬鈴薯根系的生長,并改善土壤微生物環(huán)境,進(jìn)而提高根際土壤酶活。葉協(xié)鋒等研究發(fā)現(xiàn),小麥不同生育階段,土壤酶活性與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性不同[25]。本試驗(yàn)條件下,馬鈴薯根際土壤酶活性的峰值出現(xiàn)在不同生育階段,可能是由于馬鈴薯不同生育階段下根際土壤酶活性對氮肥施用量響應(yīng)差異造成的。

適宜的氮肥施用量可有效調(diào)控馬鈴薯根際土壤菌群數(shù)量和結(jié)構(gòu),提高土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶的活性。本文通過采用滴施控氮的施肥方式顯著提高了馬鈴薯根際土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量,抑制真菌數(shù)量,保障了馬鈴薯根際土壤微生態(tài)的穩(wěn)定性,為制定合理的氮肥施用策略提供參考。