左筱筱,顏 安,寧松瑞,楊 利,孫 萌,盧前成

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.西安理工大學(xué)/省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710048)

0 引 言

【研究意義】我國西北、東北及濱海地區(qū)鹽堿地總面積超過3 333.3×104hm2,我國新疆鹽堿地約占全國總面積的22.01%,鹽堿化耕地面積約占新疆耕地總面積的30.12%[1-2]。如何合理利用及培肥鹽堿化耕地受到關(guān)注[3]。在鹽堿土治理措施中,利用微生物改良鹽堿化耕地的相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速,近年來,將微生物技術(shù)與有機(jī)肥生產(chǎn)結(jié)合研制的生物有機(jī)肥已成為培肥鹽堿化耕地措施[4]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】生物有機(jī)肥已在水稻[5]、小麥[6]、玉米[7]等多種作物上施用,有效減少了化學(xué)肥料用量和土壤養(yǎng)分流失,具有活化土壤養(yǎng)分、培肥地力和改善土壤微生態(tài)環(huán)境等效果[8]。吳曉衛(wèi)等[9]將自主試驗(yàn)發(fā)酵生產(chǎn)的生物有機(jī)肥添加到鹽堿地中,降低了土壤pH和含鹽量,增加土壤養(yǎng)分含量,提高紫花苜蓿的出苗率及產(chǎn)量。Hafez等[10]發(fā)現(xiàn)在玉米盆栽中施加固氮螺旋菌與酒糟發(fā)酵生產(chǎn)的生物有機(jī)肥140 d后提高了土壤肥力,其中土壤的有機(jī)碳、總氮和速效磷含量分別提高了67.8%、85.44%和87.23%。Li等[11]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用生物有機(jī)肥對植物生長、土壤肥力和土壤微生物群落組成產(chǎn)生影響,可增加土壤有效磷、有效鉀含量,提高細(xì)菌多樣性,降低真菌多樣性。【本研究切入點(diǎn)】生物有機(jī)肥除了滿足養(yǎng)分供應(yīng)外,還可改善土壤養(yǎng)分狀況和調(diào)節(jié)土壤微生物數(shù)量結(jié)構(gòu),達(dá)到增產(chǎn)、培肥的效果[12-13]。目前研究生物有機(jī)肥對鹽脅迫下春小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量及土壤環(huán)境影響的相關(guān)成果較少[14]。【擬解決的關(guān)鍵問題】春小麥盆栽試驗(yàn)以不施肥處理CK為對照,設(shè)置4種不同菌種及配比的生物有機(jī)肥(A、B、C、D),每種生物有機(jī)肥設(shè)2個施量水平(1 125、2 250 kg/hm2),研究鹽堿麥田促生培肥效果最佳的生物有機(jī)肥及施量,對新疆鹽堿麥田土壤改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試土壤選自新疆昌吉回族自治州呼圖壁縣五工臺鎮(zhèn)十戶村2組(44°19′23″N,86°82′25″E),土壤pH值為8.7,電導(dǎo)率為1.184 mS/cm,有機(jī)質(zhì)含量15.5 g/kg,堿解氮含量93.2 mg/kg,速效磷含量15.3 mg/kg,速效鉀含量144.7 mg/kg。供試小麥品種新春29號。盆缽為0.26 m×0.22 m×0.30 m帶底花盆。供試生物有機(jī)肥A、B、C、D為研制的4種不同菌種及配比的生物有機(jī)肥(A生物有機(jī)肥,沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=2∶3∶3∶3;B生物有機(jī)肥,沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=1∶3∶2∶1;C生物有機(jī)肥,沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=3∶3∶2∶2;D生物有機(jī)肥,沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=1∶2∶2∶2;其有機(jī)質(zhì)含量≥40.0%,N含量≥1.7%,P2O5含量≥0.5%,K2O含量≥4.2%,pH=5.0,有效活菌數(shù)≥2×108cfu/mL)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年4～7月進(jìn)行,以不施肥(CK)為對照,設(shè)置4種生物有機(jī)肥(A、B、C、D)和2個施量水平(1 125、2 250 kg/hm2),共計(jì)9個處理,每個處理重復(fù)4次。每盆稱取土樣13 kg,定點(diǎn)播入30粒春小麥種子,播種深度2～3 cm,待小麥出苗后開始定期灌水,小麥生長至3葉期定苗,每盆留苗25株。表1

表1 施肥處理設(shè)計(jì)

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量

在小麥各生育時期,采用YS-SPAD型手持葉綠素儀測定小麥旗葉中部SPAD值,采用LAI-2200C葉面積指數(shù)測量儀測定葉面積指數(shù);在小麥成熟期,每盆選5株代表植株測定穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù),每公頃春小麥穗數(shù)按照盆缽面積進(jìn)行換算。理論產(chǎn)量(kg/hm2)=穗數(shù)(104/hm2)×穗粒數(shù)(粒)×千粒重(g)/100。

1.2.2.2 土壤取樣

小麥?zhǔn)斋@時采集土壤,部分鮮土樣存于4℃冰箱,用于土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測定,部分風(fēng)干過篩,用于土壤理化性質(zhì)測定。按照土水比1∶5(質(zhì)量體積比)稀釋樣品,采用pH計(jì)測定土壤pH值;電導(dǎo)率儀測定土壤電導(dǎo)率;采用重鉻酸鉀外加熱法測定有機(jī)質(zhì);采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀;采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定速效磷;采用堿解擴(kuò)散法測定堿解氮[15]。

1.2.2.3 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量

土壤細(xì)菌數(shù)量采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基進(jìn)行平板計(jì)數(shù)法測定;土壤放線菌數(shù)量采用高氏一號培養(yǎng)基進(jìn)行平板計(jì)數(shù)法測定;土壤真菌數(shù)量采用孟加拉紅培養(yǎng)基進(jìn)行平板計(jì)數(shù)法測定[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,采用軟件SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析[17]和單因素方差分析,SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物有機(jī)肥對春小麥葉面積指數(shù)、SPAD值及產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同生物有機(jī)肥對春小麥葉面積指數(shù)的影響

研究表明,春小麥葉面積指數(shù)(LAI)在從拔節(jié)期至成熟期呈先增高后降低的變化趨勢,施加不同生物有機(jī)肥各處理LAI值顯著高于CK(P<0.05),施加相同生物有機(jī)肥的處理隨著施肥量的增加,其LAI值總體呈現(xiàn)上升趨勢。拔節(jié)期春小麥LAI表現(xiàn)為CK

注:不同小寫字母表示各處理間有顯著差異(P<0.05),下同

2.1.2 不同生物有機(jī)肥對春小麥SPAD值的影響

研究表明,施加生物有機(jī)肥后不同生育期內(nèi)春小麥旗葉SPAD值與LAI值變化趨勢相似,各處理SPAD值在小麥生育期內(nèi)先增加后降低,與CK相比均顯著增加(P<0.05)。在拔節(jié)期各處理春小麥旗葉SPAD值表現(xiàn)為CK

圖2 施加不同生物有機(jī)肥下春小麥葉片SPAD值變化

2.1.3 不同生物有機(jī)肥對春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

研究表明,與CK相比,施加生物有機(jī)肥顯著增加了春小麥理論產(chǎn)量、穗長、穗粒數(shù)和千粒重(P<0.05),并且隨著生物有機(jī)肥施用量增加,各構(gòu)成因素均呈現(xiàn)上升趨勢,但不同生物有機(jī)肥處理之間變化不顯著。不同生物有機(jī)肥施量條件下,D生物有機(jī)肥處理的理論產(chǎn)量最高,D1、D2分別比CK增加了60.80%、74.93%,其穗長分別比CK增加了18.43%、22.54%,穗粒數(shù)分別比CK增加了47.54%、53.01%,千粒重分別比CK增加了23.17%、28.12%,各構(gòu)成因素中穗粒數(shù)的增幅最明顯。表2

表2 春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.2 不同生物有機(jī)肥對土壤pH、電導(dǎo)率的影響

研究表明,施加生物有機(jī)肥處理后土壤pH、電導(dǎo)率均比CK顯著降低(P<0.05),并且隨著生物有機(jī)肥施量的增加,土壤pH、電導(dǎo)率呈下降趨勢,其中0～10 cm土層電導(dǎo)率普遍低于10～20 cm土層。0～10 cm土層,不同處理的土壤pH表現(xiàn)為CK>B1>C1>A1>B2>C2>D1>A2>D2;A2、D2處理的土壤pH與CK相比分別降低了0.28、0.36;不同處理的電導(dǎo)率表現(xiàn)為CK>C1>B1>B2>A1>C2>D1>A2>D2,各處理的電導(dǎo)率相較于CK降低了10.33%～40.51%。不同處理10～20 cm土層的土壤pH表現(xiàn)為CK>B1>C1>B2>A1>C2>D1>A2>D2,與CK相比,降低了1.69%～4.20%,其中D2土壤pH最低,比CK降低0.44;不同處理的電導(dǎo)率表現(xiàn)為CK>C1>B1>C2>B2>A1>A2>D1>D2,各處理的電導(dǎo)率相較于CK降低了21.32%～43.60%。圖3

圖3 施加不同生物有機(jī)肥下土壤pH及電導(dǎo)率變化

2.3 不同生物有機(jī)肥對土壤養(yǎng)分含量的影響

研究表明,施加生物有機(jī)肥后土壤有機(jī)質(zhì)的含量顯著增加(P<0.05),也隨著生物有機(jī)肥施量的增加呈上升趨勢。各處理0～10 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)的含量表現(xiàn)為CK

與CK相比,施加生物有機(jī)肥處理的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量顯著增加(P<0.05),且0～10 cm、10～20 cm土層的土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量均以D2處理最高。0～10 cm土層各處理土壤堿解氮表現(xiàn)為CK

2.4 不同生物有機(jī)肥下土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量變化

研究表明,施加生物有機(jī)肥處理的土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著高于CK,土壤真菌數(shù)量顯著低于CK(P<0.05),隨著生物有機(jī)肥施量的增加,土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量呈現(xiàn)增長的趨勢,土壤真菌數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢。各處理土壤中細(xì)菌數(shù)量大小表現(xiàn)為CKA1>D1>D2>A2>C1>C2>B1>B2。其中,施加A、D兩種生物有機(jī)肥后增加土壤中細(xì)菌、放線菌數(shù)量尤為顯著(P<0.05),但對土壤中真菌數(shù)量的抑制效果不如B、C兩種生物有機(jī)肥效果顯著。表3

表3 不同生物有機(jī)肥下土壤微生物數(shù)量變化

2.5 鹽堿麥田生物有機(jī)肥促生增產(chǎn)培肥效果綜合評價

研究表明,對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)指標(biāo)降維,根際特征值>1的原則,提取2個主成分,其特征值分別為15.957和1.004。表4

表4 主成分的特征值與方差貢獻(xiàn)率

春小麥LAI、SPAD值、產(chǎn)量及土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷、細(xì)菌、放線菌在主成分1上有較高的因子載荷值,綜合春小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量及土壤環(huán)境的變異信息,其范圍在0.894～0.985。而在主成分2中土壤真菌數(shù)量的載荷值最高,反映了土壤真菌數(shù)量的水平,0～10 cm土層的土壤電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)和10～20 cm土層的速效鉀以及土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量的載荷值也較高。主成分1和主成分2的信息可以反映土壤肥力水平的高低。表5

表5 主成分分析的載荷值與特征向量

使用主成分分析法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算,表達(dá)式為:

Y1=0.237X1+0.237X2+0.245X3-0.247X4-0.241X5-0.242X6-0.244X7+0.235X8+0.224X9+0.246X10+0.242X11+0.246X12+0.239X13+0.246X15+0.243X16+0.236X17-0.129X18+0.239X19.

Y2=-0.133X1-0.104X2-0.126X3-0.067X4-0.160X5-0.108X6-0.069X7+0.126X8+0.077X9-0.083X10-0.144X11-0.054X12+0.122X13+0.022X15+0.023X16+0.293X17+0.831X18+0.253X19.

根際主成分函數(shù)模型:

式中,F為主成分得分,α為貢獻(xiàn)率(%),m為主成分個數(shù),即可計(jì)算出各處理綜合得分,施加生物有機(jī)肥處理對鹽堿地春小麥促生和土壤培肥綜合得分均高于CK,其中D2處理得分最高,即D2處理促生與培肥效果綜合最佳,A2處理次之。圖5

圖5 不同生物有機(jī)肥促生增產(chǎn)培肥效果綜合得分

3 討 論

3.1 生物有機(jī)肥對作物生長及產(chǎn)量的影響

生物有機(jī)肥可增加土壤養(yǎng)分含量,從而促進(jìn)作物的營養(yǎng)生長和生殖生長,有助于作物產(chǎn)量的穩(wěn)定提高[18]。研究表明,施加1 125和2 250 kg/hm2生物有機(jī)肥處理均顯著提高春小麥的LAI、SPAD值、理論產(chǎn)量、穗長、穗粒數(shù)和千粒重,且各處理LAI、SPAD值隨著施量增加呈上升趨勢,不同生物有機(jī)肥處理之間變化不顯著。Yuan等[19]研究表明,在煙草上施用生物有機(jī)肥能夠促進(jìn)植株的生長,增加煙草葉片數(shù)量。劉柳等[20]在草莓上的研究也表明,對草莓植株的生長有明顯的促進(jìn)作用,其植株株高、葉面積、分枝數(shù)、植株鮮重分別增加了78.4%、129.8%、73.7%、63.4%,有效提高了草莓果實(shí)的產(chǎn)量。施加生物有機(jī)肥可以促進(jìn)作物生長發(fā)育和提高作物產(chǎn)量。

3.2 生物有機(jī)肥對土壤養(yǎng)分及微生物數(shù)量的影響

研究表明,研制出的生物有機(jī)肥能夠降低土壤pH值、電導(dǎo)率,提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量,與陳智坤[21]研究結(jié)果相似,生物有機(jī)肥可以顯著降低土壤pH值,還能夠緩解因植株生長所造成的土壤中各種營養(yǎng)物質(zhì)含量的降低,顯著提高鹽堿化土壤養(yǎng)分和肥力,使0～20cm的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀和土壤肥力綜合指數(shù)分別增加35.9%、262.4%、596.8%、91.9%和71.5%。

研究中還發(fā)現(xiàn)生物有機(jī)肥能夠增加根際土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量,抑制土壤真菌的生長,與宋以玲等[22]的研究結(jié)果相似,可能是生物有機(jī)肥增加了土壤中有益微生物的數(shù)量,促進(jìn)了有益微生物的繁殖,從而抑制了土壤真菌的繁殖。Zhao等[23]認(rèn)為施用生物有機(jī)肥能夠改善根際微生物群落結(jié)構(gòu),提高土壤細(xì)菌多樣性,降低土壤真菌多樣性。生物有機(jī)肥本身除了含有大量營養(yǎng)成分外,其含有的有益微生物還會促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化,改善耕地土壤質(zhì)量,調(diào)節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 論

各生物有機(jī)肥均促進(jìn)了春小麥生長發(fā)育,降低了土壤pH、電導(dǎo)率,提高了土壤養(yǎng)分含量,調(diào)節(jié)土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量結(jié)構(gòu),其中D生物有機(jī)肥(沼澤紅假單胞菌∶肉桂褐鏈霉菌∶膠凍樣芽孢桿菌∶枯草芽孢桿菌=1∶2∶2∶2)施加2 250 kg/hm2時的效果最佳。