添加微生物菌劑對(duì)土壤中氮磷形態(tài)及含量的影響

鄧天天　周士波　胡燁　黃坦　梁耀洪

摘要：通過批次試驗(yàn)研究微生物菌劑與化學(xué)肥料混用條件下對(duì)土壤中氮磷形態(tài)及含量變化的影響。結(jié)果表明，微生物菌劑單一或與肥料混用時(shí)均對(duì)土壤中有效磷含量的影響較小。微生物菌劑與磷肥混用時(shí)會(huì)抑制氮素的形態(tài)轉(zhuǎn)化，造成土壤中的硝態(tài)氮含量降低;與氮磷肥混用時(shí)，該抑制過程被抵消，土壤中硝態(tài)氮含量明顯增加。微生物菌劑與氮肥、磷肥三者共用時(shí)能有效增加土壤銨態(tài)氮含量，且在氮肥、磷肥與微生物菌劑質(zhì)量比為1 ∶1 ∶30時(shí)，銨態(tài)氮含量的增加效果最好，氮肥、磷肥與微生物菌劑質(zhì)量比為1 ∶1 ∶20 時(shí)，硝態(tài)氮含量的增加效果最好。研究結(jié)果為微生物菌劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的有效使用和微生物菌劑與化肥混用的最佳配比研究提供了一定的數(shù)據(jù)和理論支持。

關(guān)鍵詞：微生物菌劑;氮肥;磷肥;含量;形態(tài)

中圖分類號(hào)： S182;S153.6+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）09-0276-04

盡管近年來農(nóng)業(yè)種植發(fā)展迅猛，但是我國(guó)耕地基礎(chǔ)地力低的現(xiàn)狀使得種植農(nóng)作物的產(chǎn)量并不能滿足基本的糧食需求?；实脑霎a(chǎn)效果使其成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中不可或缺的主角。雖然化學(xué)肥料的使用帶來了農(nóng)作物產(chǎn)量的明顯提高，但不合理的過量使用化肥也引發(fā)了土壤板結(jié)、微生態(tài)失衡、土地生產(chǎn)能力下降等一系列問題[1-2]。在解決農(nóng)業(yè)面源污染的問題上，傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理方法由于其二次污染或成本原因而使其大范圍的使用受到限制，而微生物菌劑的出現(xiàn)則在一定程度上彌補(bǔ)了以往處理方法中的不足，其具有預(yù)防病害、提高地力、改良土壤、中和土壤酸堿度、降低土壤重金屬和鹽堿毒害等優(yōu)點(diǎn)，微生物菌劑主要通過培育特定的微生物，利用微生物以有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖的特性，達(dá)到高效處理土壤污染的目的[3]。因此，有關(guān)微生物菌劑的研究也逐漸成為環(huán)境領(lǐng)域新的研究方向。

微生物菌劑是一種由人為培育的多種微生物，通過分離、純化等一系列方法獲得優(yōu)勢(shì)菌，采用固定化技術(shù)將其與載體制備而成的[4]。微生物菌劑是一類以微生物的生命活動(dòng)及其產(chǎn)物修復(fù)土壤的生物活體制品，由于微生物種類繁多、作用機(jī)制多樣，研發(fā)與應(yīng)用的潛力巨大[5-6]。

目前國(guó)外報(bào)道較多的為EM（有效微生物）菌，是由日本琉球大學(xué)的比嘉照夫教授于20世紀(jì)80年代初期研究發(fā)明的微生物菌劑，該菌群具有組成復(fù)雜、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能廣泛等特點(diǎn)[7-8]。而我國(guó)的微生物菌劑研究始于20世紀(jì)50年代。近年來，在復(fù)合微生物菌劑上的研究也逐漸增多，如李鳴雷等使用平板法從土壤樣品中分離培養(yǎng)得到微生物菌劑[9];席北斗等使用篩選法培育了復(fù)合微生物菌劑V[10];張隴利等自制了VT復(fù)合微生物菌劑[11]，都顯示了國(guó)內(nèi)在微生物菌劑研究上的成就和進(jìn)展。此外有研究表明，微生物菌劑與化肥混用后，可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，比傳統(tǒng)單施化肥增產(chǎn)5%～10%[12-15]，可使小麥、玉米等作物的化肥使用量降低 25%～30%[16-18]。

近年來，已有研究者在微生物菌劑與化肥配施對(duì)番茄、水稻、菠菜、大蒜等作物的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響以及對(duì)秸稈還田后土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量的影響等方面進(jìn)行了一系列的研究[19-22]。但利用微生物菌劑與化肥的不同配比對(duì)土壤中氮磷的形態(tài)及含量影響的相關(guān)研究較少。微生物菌劑和化肥混合使用，不僅可以保證農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，還可以在一定程度上減少化肥的使用量，恢復(fù)土壤功能。本研究主要分析微生物菌劑添加條件下對(duì)土壤中氮磷形態(tài)及含量的影響，以期找到微生物菌劑與氮磷肥共同作用的最佳配比，以及微生物菌劑與氮磷肥共同作用對(duì)土壤中氮磷形態(tài)及含量產(chǎn)生的影響，為微生物菌劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的有效使用提供一定的數(shù)據(jù)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試土壤 本研究所用土壤來自河南省新鄭市郭店鄉(xiāng)劉莊（113.7° E，34.4° N）的農(nóng)田，采樣時(shí)農(nóng)田種植物為小麥。經(jīng)測(cè)定，采樣土壤為堿性土壤，風(fēng)干土樣含水率為 2.3%，新鮮土樣含水率為13.1%。屬黃墑土，適宜耕種，但有效含水量較少，播種出苗不齊，需要灌溉。土壤的基本理化性質(zhì)如下：有機(jī)碳含量為10.28 g/kg，全磷含量為4.10 g/kg，有效磷含量為17.05 mg/kg，NO-3-N含量為10.03 mg/kg，NH+4-N含量為16.58 mg/kg，pH值為8.06。

1.1.2 試驗(yàn)裝置及儀器 試驗(yàn)所用裝置為普通塑料花盆，盆上口直徑9 cm，高8.5 cm，盆口面積為0.006 4 m2。所用儀器主要有UV-6300紫外可見分光光度計(jì)、ZD-85恒溫往復(fù)振蕩器、HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋、L-530離心機(jī)、DHG-9070電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱等。

試驗(yàn)所用微生物菌劑購(gòu)于湖北靈光生物有限公司，含有固氮菌、解磷菌等。與化肥或有機(jī)肥配合使用可提高肥料利用率。所用外加氮肥為硝酸銨（NH4NO3），屬于硝銨態(tài)氮肥，氮肥中含有銨離子和硝酸根2種形態(tài)的氮，含氮量為33%～35%，分為白色粉狀結(jié)晶和白色或淺黃色顆粒2種，易溶于水，是一種速效氮肥，其中的銨離子和硝酸根離子占1/2，屬于化學(xué)酸性、生理中性的肥料。所用磷肥為過磷酸鈣，是我國(guó)的主要磷肥品種，通常稱為普通過磷酸鈣，簡(jiǎn)稱普鈣，是用硫酸直接分解磷礦制得的磷肥，主要有用組分是磷酸二氫鈣的水合物Ca（H2PO4）2H2O和少量游離的磷酸，還含有無(wú)水硫酸鈣組分（對(duì)缺硫土壤有用）。過磷酸鈣含有效磷14%～20%，屬于水溶性速效磷肥，分為灰色或灰白色粉末或顆粒，可直接作為磷肥，也可作復(fù)合肥料的配料。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

試驗(yàn)于2017年7月19日至8月15日在河南工程學(xué)院農(nóng)田土壤污染控制修復(fù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)方法

為研究微生物菌劑與氮磷肥混用對(duì)土壤中氮磷形態(tài)及含量的影響，共設(shè)計(jì)4組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)的微生物菌劑添加量分為4個(gè)梯度（表1）。試驗(yàn)所用氮磷肥分別為硝酸銨和過磷酸鈣，設(shè)置硝酸銨濃度為2 g/L，添加量為50 mL，設(shè)置過磷酸鈣濃度為5 g/L，添加量為20 mL。

1.4 分析和測(cè)試方法

從培養(yǎng)當(dāng)天開始計(jì)算，定時(shí)檢測(cè)土壤中的氮磷含量，每天定時(shí)澆水，保持田間水量。通過氮磷含量的變化，研究微生物菌劑與氮磷肥混用對(duì)土壤中氮磷形態(tài)及含量的影響。本試驗(yàn)采用紫外分光光度法測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量，用氯化鉀浸提法測(cè)定土壤銨態(tài)氮含量，用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測(cè)定土壤有效磷含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Origin 8.0和Excel 2007對(duì)本研究數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物菌劑與氮磷肥混用對(duì)有效磷含量的影響

通過對(duì)1個(gè)月內(nèi)有效磷含量的測(cè)定，得到有效磷含量隨時(shí)間的變化曲線。由圖1可以看出，A組與B組呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)，而C組與D組的變化趨勢(shì)較為接近。由結(jié)果可見，2種模式下微生物菌劑的不同添加量對(duì)有效磷含量的變化作用并不明顯，這主要是因?yàn)樵撐⑸锞鷦┎o(wú)解磷功能，在無(wú)外加磷肥的條件下無(wú)法影響土壤中的有效磷含量。

C組和D組呈現(xiàn)基本相同的曲線趨勢(shì)則表明，微生物菌劑的不同添加梯度對(duì)有效磷含量的變化幾乎不起作用，但磷肥的添加使有效磷含量達(dá)到平衡的時(shí)間有所向后推移，且在最后1次測(cè)量時(shí)含量呈上升趨勢(shì)，提高了平衡狀態(tài)時(shí)土壤中的有效磷濃度。這是由于在添加磷肥的條件下，土壤中的有效磷含量增加，而土壤中并無(wú)可吸收有效磷的植物。由此可見，添加磷肥對(duì)推遲平衡時(shí)間、增加有效磷濃度有明顯效果，但微生物菌劑的添加對(duì)土壤中有效磷濃度的作用效果較差。

2.2 微生物菌劑與氮磷肥混用對(duì)銨態(tài)氮含量的影響

土壤中肥料的不同添加方式對(duì)銨態(tài)氮含量的影響直接表現(xiàn)為1個(gè)月內(nèi)所測(cè)量的銨態(tài)氮含量變化。如圖2所示，總體來看，銨態(tài)氮含量先降低最后趨于平穩(wěn)，這一方面是因?yàn)殇@態(tài)氮會(huì)以揮發(fā)的形式流失[23]，另一方面是因?yàn)槠鋾?huì)通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[24]。由圖2可以明顯看出，當(dāng)微生物菌劑添加量為3 g/盆時(shí)，銨態(tài)氮含量較其他組高，說明此時(shí)微生物菌劑的固氮效果最好。而微生物菌劑添加量為0、1 g/盆時(shí)，固氮效果較差，可見微生物菌劑的固氮效果隨添加量的增加而增強(qiáng)，由此可推斷，3 g/盆并不一定是最適添加量，還需用更高梯度的試驗(yàn)找到微生物菌劑與化肥配施的最佳配比。C、D 2組曲線中微生物菌劑添加量為2或3 g/盆時(shí)，銨態(tài)氮降低速度整體較A、B組減緩且最后的平衡濃度比A、B 2組高，說明磷肥的添加抑制了土壤中的硝化作用。

2.3 微生物菌劑與氮磷肥混用對(duì)硝態(tài)氮含量的影響

肥料的不同添加方式對(duì)硝態(tài)氮的影響如圖3所示?？傮w來看，土壤中硝態(tài)氮含量先升高，最后趨于平穩(wěn)，這一方面是由于微生物菌劑具有固氮效果，另一方面是由于銨態(tài)氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[25]。當(dāng)微生物菌劑的添加量為 0 g/盆時(shí)效果明顯較差，其他3組曲線有明顯的升高。但B組與A組相比，整體含量都有所提高，說明氮肥的添加提高了土壤中硝態(tài)氮的含量。由C組曲線可以看出，硝態(tài)氮的整體含量降低，說明添加磷肥對(duì)硝態(tài)氮含量有抑制作用，添加量為 1 g/盆時(shí)的抑制效果明顯，這可能是由于磷肥的添加抑制了硝化作用，從而使硝態(tài)氮含量整體偏低[26]。D組中曲線的整體趨勢(shì)呈上升狀態(tài)，說明當(dāng)微生物菌劑與氮磷肥混用時(shí)，對(duì)硝態(tài)氮含量的增加起促進(jìn)作用，且消除了磷肥對(duì)硝化作用的抑制。由此可見，當(dāng)單獨(dú)使用微生物菌劑與磷肥時(shí)，對(duì)土壤中的硝態(tài)氮含量有抑制效果，當(dāng)添加微生物菌劑與氮肥或微生物菌劑與氮磷肥時(shí)，對(duì)硝態(tài)氮含量增加的促進(jìn)效果明顯，且微生物菌劑與氮磷肥混用可抵消磷肥對(duì)硝化作用的抑制。其中，最適微生物菌劑添加量為 2 g/盆。

2.4 微生物菌劑添加量為3 g/盆時(shí)對(duì)銨態(tài)氮含量的影響

當(dāng)微生物菌劑添加量為3 g/盆時(shí)，固氮效果最好，由圖4可以看出，當(dāng)微生物菌劑與氮磷肥混用時(shí)，銨態(tài)氮含量比其他組高，微生物菌劑與氮肥混用的效果次之。各組曲線變化趨勢(shì)大致相同，在23 d后達(dá)到平衡狀態(tài)。由此可知，當(dāng)微生物菌劑與氮磷肥質(zhì)量比為1 ∶1 ∶30時(shí)，固氮效果最好。

2.5 微生物菌劑添加量為2 g/盆時(shí)對(duì)硝態(tài)氮含量的影響

當(dāng)微生物菌劑添加量為2 g/盆時(shí)，土壤中硝態(tài)氮含量增加得最為明顯，由圖5可知，B組由于添加了氮肥，導(dǎo)致前期硝態(tài)氮含量較高，但后期含量略低于D組，說明當(dāng)添加物為微生物菌劑與氮磷肥時(shí)，土壤中硝態(tài)氮含量增加的效果最好，微生物菌劑與氮肥的混用效果次之。當(dāng)添加物為微生物菌劑與磷肥時(shí)，硝化作用被抑制，但若再添加氮肥，硝態(tài)氮前期的高含量將與磷肥的抑制效果抵消，使硝態(tài)氮含量增加正常。此次測(cè)量時(shí)間為27 d，最后1次測(cè)量時(shí)除C組外，其余各組尚未達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡時(shí)間被推遲。由此可知，當(dāng)微生物菌劑添加量為 2 g/盆 時(shí)，與氮磷肥混用的效果最好，即微生物菌劑與氮磷肥質(zhì)量比為1 ∶1 ∶20時(shí)對(duì)硝態(tài)氮含量增加的效果最好。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，添加磷肥對(duì)推遲有效磷含量平衡時(shí)間、增加有效磷濃度有明顯效果，但微生物菌劑的添加梯度對(duì)磷含量的增加效果不明顯。在添加微生物菌劑與氮磷肥后對(duì)土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量變化的研究過程中發(fā)現(xiàn)，磷肥的添加對(duì)硝化作用有抑制效果;在銨態(tài)氮含量的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微生物菌劑與氮磷肥混用時(shí)固氮效果最好;在硝態(tài)氮含量的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用微生物菌劑與磷肥時(shí)，會(huì)抑制土壤中的硝化作用，當(dāng)添加微生物菌劑與氮肥或微生物菌劑與氮磷肥時(shí)，對(duì)硝態(tài)氮含量增加的促進(jìn)效果明顯，且微生物菌劑與氮磷肥混用可抵消磷肥的抑制作用。當(dāng)?shù)追逝c微生物菌劑質(zhì)量比為 1 ∶1 ∶30 時(shí)固氮效果最好，質(zhì)量比為1 ∶1 ∶20時(shí)硝態(tài)氮增加效果最好。

從微生物菌劑的不同添加量對(duì)氮磷含量的作用來看，對(duì)磷含量變化的效果較差，但對(duì)銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量變化的效果明顯且有最適添加量，說明施用微生物菌劑能增強(qiáng)土壤的供氮能力[27]。從微生物菌劑與氮磷肥混合使用對(duì)氮磷含量的作用來看，氮磷肥的利用率得到了提高，并且找到了在固定氮磷肥添加量的條件下微生物菌劑與氮磷肥的最適配比。本試驗(yàn)所用氮肥與磷肥單一，因此結(jié)論并不能被廣泛使用，只是相對(duì)于過磷酸鈣和硝酸銨而言會(huì)有一定的作用。

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