沿海灘涂增施氮肥對馬齒莧生長發(fā)育及土壤微生物環(huán)境的影響

劉沖　王茂文　邢錦城　丁海榮　朱小梅　趙寶泉　董靜　溫祝桂　洪立洲

摘要：為明確沿海灘涂上增施氮肥對馬齒莧生長發(fā)育及土壤微生物環(huán)境的影響，通過田間小區(qū)試驗(yàn)研究了5個(gè)氮肥水平（CK；N1：100 kg/hm2；N2：150 kg/hm2；N3：200 kg/hm2；N4：250 kg/hm2）對馬齒莧生長發(fā)育、土壤養(yǎng)分及土壤微生物特性的影響。結(jié)果表明：增施氮肥能顯著改善馬齒莧生長發(fā)育，提高其生物產(chǎn)量，其中N3、N4達(dá)顯著水平，鮮質(zhì)量分別比對照增加19.3%、18.9%；增施氮肥后，土壤鹽分呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，土壤各養(yǎng)分指標(biāo)呈現(xiàn)上升的趨勢。N3水平下，土壤鹽分僅為對照的88.6%，土壤全氮含量、有機(jī)質(zhì)含量分別比對照增加21.5%、16.9%；在沿海灘涂上施用氮肥，土壤微生物群落物種豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)均高于CK處理，且施氮量越大，指數(shù)值越大，N3、N4水平達(dá)顯著差異。氮肥用量越大，優(yōu)勢度指數(shù)越小。由此可見，在沿海灘涂上增施氮肥，可顯著改善馬齒莧的生長發(fā)育，促進(jìn)其生長；增施氮肥能夠增加土壤養(yǎng)分，降低土壤鹽分，提高土壤微生物多樣性，增加土壤微生物活性，起到改善土壤生態(tài)環(huán)境的效果，且以N3和N4效果最佳。

關(guān)鍵詞：馬齒莧；氮肥；生長發(fā)育；土壤微生物；土壤生態(tài)

中圖分類號(hào)： S158.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）19-0208-03

收稿日期：2016-05-10

基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號(hào)：CX（14）2046]。

作者簡介：劉 沖（1984—），男，江蘇鹽城人，碩士，助理研究員，主要從事耐鹽植物栽培利用研究。E-mail：cellbio@163.com。

通信作者：洪立洲，研究員，主要從事土壤肥料與鹽土農(nóng)業(yè)工程研究。E-mail：ychonglz@163.com。 隨著我國人口的增長和城市交通建設(shè)用地的不斷增加，有限的耕地資源不斷減少，人地矛盾空前嚴(yán)峻[1]。我國東部沿海具有廣闊的灘涂土地資源，且每年可以形成約2萬hm2的淤泥質(zhì)灘涂，這為全國特別是沿海省份的長期發(fā)展提供了最實(shí)際的耕地后備資源[2]。

灘涂土壤屬于特殊原始土壤，最顯著的特征就是鹽分含量高，養(yǎng)分含量低[3]。氮是植物必需的主要營養(yǎng)元素之一，參與植物體內(nèi)許多重要化合物的組成及多種營養(yǎng)代謝，與植物的生長發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成關(guān)系密切[4]。施用氮肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)標(biāo)志性措施，其對作物產(chǎn)量的提高使全球70億人口得以存活[5]。研究表明，在鹽堿地上，控釋氮肥的施用能有效提高棉花的抗逆性，減緩衰老，獲得較高產(chǎn)量[6]；還可降低土壤中的Na+濃度，降低鹽害[7]。

馬齒莧（Portulaca oleracea L.）為馬齒莧科一年生草本植物，藥食兩用，具有肉質(zhì)、多汁型葉片；葉片具有保持水分的細(xì)胞，能抵御一定的鹽分脅迫[8]；且在高鹽分地區(qū)馬齒莧仍能獲得較高的產(chǎn)量[9]。本研究通過田間試驗(yàn)，探討了沿海灘涂上增施氮肥對馬齒莧生長發(fā)育及土壤養(yǎng)分、土壤微生物特性的影響，以期為沿海灘涂馬齒莧人工栽培中氮肥的營養(yǎng)措施及改良沿海灘涂土壤生態(tài)環(huán)境提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試土壤

試驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省大豐市金海農(nóng)場灘涂試驗(yàn)基地，東距黃海約6 km，處于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量 1 058.4 mm，主要集中在6—8月。供試土壤為沖積鹽土類，土壤鹽漬化是制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要障礙因子。試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

每處理3次重復(fù)，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。試驗(yàn)小區(qū)長4 m，寬3 m，面積為12 m2，四邊均設(shè)有保護(hù)行，以防側(cè)滲和互溢。供試植物為馬齒莧，取江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所培育的蘇馬齒莧2號(hào)上年采收種子供試驗(yàn)。平整小區(qū)時(shí)使用尿素作為氮肥，氮肥30%、磷肥（P2O5）135 kg/hm2作基肥。剩余的氮肥均分3次以尿素形態(tài)分別在馬齒莧的苗期、分枝期和花期作為追肥施入。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

土壤基本理化指標(biāo)測定采用文獻(xiàn)[10]的方法。

Biolog方法步驟：10 g土壤外加95 mL無菌的 0.145 mol/L NaCl溶液，在搖床上振蕩15 min，然后將土壤樣品稀釋至1×10-3，再從中取125 μL該懸浮液接種至革蘭氏陰性板的每一個(gè)孔中，最后將接種好的板放至25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每隔一定的時(shí)間（4 h）于波長為595 nm處的Biolog在電腦顯示屏上讀數(shù)[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施氮肥對馬齒莧生長發(fā)育的影響

由表2所示，隨著氮肥的施用，馬齒莧生長發(fā)育顯著改善，各項(xiàng)生長指標(biāo)均呈現(xiàn)上升的趨勢。以地上部鮮質(zhì)量為例，隨著施氮量的增加，鮮質(zhì)量均顯著高于對照，其中，N3、N4水平下，鮮質(zhì)量分別為對照的119.3%、118.9%。

2.2 增施氮肥對土壤鹽分含量的影響

從圖1可以看出，隨著氮肥的施用，土壤鹽分呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。其中，在N1水平下土壤鹽分略有下降，但差異不顯著；在N2～N4水平下，土壤鹽分顯著下降，N3水平時(shí)，土壤鹽分僅為對照的88.6%。

2.3 增施氮肥對土壤養(yǎng)分含量的影響

從表3可以看出，隨著施氮量的增加，土壤各養(yǎng)分指標(biāo)變化不一。土壤全氮含量在N1～N4水平下，分別比對照增加6.1%、15.3%、21.5%、23.1%。土壤有機(jī)質(zhì)含量亦顯著增加，N3、N4水平下，比對照增加16.9、17.6%。土壤全磷及全鉀含量呈現(xiàn)上升的趨勢，但增加幅度小于全氮，且在N3、N4水平下略有下降，但依然高于對照。土壤pH值隨著施氮量的增加變化不顯著。endprint

2.4 氮肥對土壤微生物群落功能的影響

從表4可以看出，在沿海灘涂上施用氮肥，土壤微生物群落物種豐富度指數(shù)（H）、均勻度指數(shù)（E）均高于CK處理，且施氮量越大，指數(shù)值越大，在N3、N4水平達(dá)顯著差異（P<005）。H、E等2項(xiàng)指數(shù)表示微生物的功能多樣性，其值越大，表明微生物群落功能多樣性越高。分析其原因，主要是沿海灘涂上缺乏氮素，追施氮肥不僅增加了土壤氮素含量，還改善了土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，給微生物提供了合適的生存環(huán)境，從而使土壤微生物豐富度增加。

Simpson優(yōu)勢度指數(shù)（Ds）反映了各物種種群數(shù)量的變化情況，指數(shù)越大，說明群落內(nèi)微生物優(yōu)勢種的地位越明顯，其多樣性較差。本研究中，氮肥用量增大，Ds數(shù)值越小，N4水平下數(shù)值僅為對照的90.1%，進(jìn)一步說明了施用氮肥可顯著改善沿海灘涂土壤微生物生存環(huán)境。

3 討論與結(jié)論

作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)是以較高的生物量為前提的，而生物量的累積是以養(yǎng)分吸收為基礎(chǔ)，養(yǎng)分吸收與生物量的積累關(guān)系密切[12]。氮素營養(yǎng)是調(diào)控作物生長發(fā)育的重要手段[13]。沿海灘涂土壤養(yǎng)分低，增施氮肥不僅可以促進(jìn)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量積累，還能顯著降低土壤Na+含量，增加土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀和微生物數(shù)量[14]。農(nóng)田微生物與無機(jī)氮肥的關(guān)系密切，盡管土壤微生物只為土壤有機(jī)質(zhì)的1%～5%，但支配養(yǎng)分供應(yīng)中，土壤微生物量不僅充當(dāng)許多基礎(chǔ)反應(yīng)的生物催化劑，還相當(dāng)于土壤N、P元素的快速周轉(zhuǎn)庫[15-17]。王健等通過對比試驗(yàn)研究了尿素對油松刺槐混交林土壤微生物種群的影響，結(jié)果表明，尿素處理能夠顯著增加土壤微生物種群的數(shù)量，與對照相比，生長季平均增加了18.4%[18]。

本試驗(yàn)系統(tǒng)地研究了沿海灘涂上增施氮肥對馬齒莧生長發(fā)育及土壤微生物環(huán)境的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增施氮肥可顯著改善馬齒莧生長發(fā)育，提高其生物產(chǎn)量，N3、N4水平較為顯著。對土壤環(huán)境而言，沿海灘涂上增施氮肥，可降低土壤鹽分，增加土壤養(yǎng)分，尤其是土壤全氮、土壤有機(jī)質(zhì)含量，且在N3、N4水平較為顯著。

Biolog的主成分分析顯示了微生物群落在不同處理下對碳源利用的響應(yīng)，是反映土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征的有效手段[19]。土壤微生物群落與土壤肥力之間有著密切關(guān)系，土壤養(yǎng)分含量高低在很大程度上影響著土壤微生物量與生理功能多樣性。本研究中，在沿海灘涂上施用氮肥，土壤微生物群落物種豐富度指數(shù)（H）、均勻度指數(shù)（E）均高于CK處理，且施氮量越大，指數(shù)值越大；氮肥用量越大，Simpson優(yōu)勢度指數(shù)（Ds）數(shù)值越小，在N3、N4水平達(dá)顯著差異。而在N3水平下的土壤養(yǎng)分含量亦達(dá)到較大值，這主要是因?yàn)樵鍪┑侍岣吡送寥牢⑸锘钚裕黾恿送寥乐杏袡C(jī)養(yǎng)分的分解消耗和無機(jī)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，從而提高土壤養(yǎng)分，進(jìn)而滿足作物對養(yǎng)分的需求。高明霞等也發(fā)現(xiàn)平衡施肥對于改善農(nóng)田土壤微生物特性、提高土壤養(yǎng)分具有良好作用[20]。

綜上所述，在沿海灘涂上增施氮肥，可顯著改善馬齒莧的生長發(fā)育，促進(jìn)其生長；增施氮肥能夠增加土壤養(yǎng)分，降低土壤鹽分，提高土壤微生物多樣性，增加土壤微生物活性，起到改善土壤生態(tài)環(huán)境的效果，且以上效果以N3（200 kg/hm2）和N4（250 kg/hm2）水平最佳。

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