阿勒泰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境工程技術(shù)教研室 于洪艷
黑土是世界寶貴的土壤,在100-300年前,聰明的中國人就發(fā)現(xiàn)了黑土資源的寶貴,但隨著開墾年限的增加,黑土自身的優(yōu)勢大幅下降[1-9]。土壤自身氮素的轉(zhuǎn)化包括固氮、氨化、硝化及反硝化作用,這些過程都是由相關(guān)的微生物來完成的。不同的培肥方式能夠影響到土壤中微生物的組成和活性,從而影響土壤中氮素的轉(zhuǎn)化。本試驗(yàn)通過不同的培肥方式研究黑土自身的氮素轉(zhuǎn)化強(qiáng)度和微生物活性,探討黑土氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律,為我國黑土資源保護(hù)性開發(fā)利用提供科學(xué)參考。
哈爾濱市香坊區(qū)試驗(yàn)基地作為本次試驗(yàn)的土壤取樣地點(diǎn),能夠代表松嫩平原黑土當(dāng)前狀況。試驗(yàn)地基礎(chǔ)土壤情況如下:有機(jī)質(zhì) 28.97g·kg-1,全氮 0.32 g·kg-1,堿解氮168.60mg·kg-1,全磷 4.42 g·kg-1,速效磷 37.75 mg·kg-1,緩效鉀 88.19mg·kg-1,pH值為 6.39,質(zhì)地為壤土。
本試驗(yàn)設(shè)空白(不適用任何肥料)、低量農(nóng)肥(堆肥、腐熟)、高量農(nóng)肥、低量化肥、高量化肥和農(nóng)肥+化肥共6個(gè)處理,所有肥料在播種時(shí)一次性施入,具體用量見表1。試驗(yàn)在大豆的出苗、開花、結(jié)莢、鼓粒、成熟5個(gè)時(shí)期、四個(gè)時(shí)段進(jìn)行取樣檢測。
試驗(yàn)小區(qū)長12m×4.2m,每個(gè)施肥處理重復(fù)4次,隨機(jī)排列(見表1)。
表1 不同施肥方式及肥料用量
固氮強(qiáng)度——?jiǎng)P氏定氮法;氨化強(qiáng)度——擴(kuò)散吸收法;硝化強(qiáng)度——培養(yǎng)基接種土壤懸液法;反硝化強(qiáng)度——硝酸鹽消失法;微生物測定——稀釋培養(yǎng)法,計(jì)數(shù)采用MPN法;脲酶活性測定——靛酚比色法。
采用SPSS11.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析。
在大豆生長的不同發(fā)育期,不同的施肥方式對固氮作用的影響不同(P=0.001),但明顯的是只要人工施用了肥料,均會(huì)使固氮作用大幅度下降,施用的農(nóng)肥越多下降越嚴(yán)重的是施用農(nóng)肥最多的處理,高達(dá)87.1%,這一系列數(shù)據(jù)表明,肥料的施用對土壤自生固氮能力有嚴(yán)重的抑制作用,農(nóng)肥的施用量越大,抑制作用越強(qiáng)。具體對比見圖1A。
圖1 不同施肥方式對固氮作用強(qiáng)度的影響
在大豆的生長發(fā)育期中,除出苗開花期以外,其他時(shí)間不施用任何肥料的土壤,其固氮作用要高于施用肥料處理后的土壤,其中以結(jié)莢-鼓粒期(P<0.001)差距最大(圖1B)。
不同的施肥方式對土壤好氣性自生固氮菌的影響見圖2,差異并不顯著(P=0.074)。
圖2 好氣性自生固氮菌的影響
在大豆生長的不同發(fā)育期,不同的施肥方式對氨化作用的影響不同(P=0.004)。特別是在大豆成熟的結(jié)莢、鼓粒期(P<0.001)氨化強(qiáng)度均為最高。在整個(gè)大豆的生育期,不同處理方式土壤氨化強(qiáng)度排序?yàn)椋焊吡哭r(nóng)肥處理≥低量農(nóng)肥處理≥農(nóng)肥和化肥等量配比處理,分別為NH4+-N為0.177mg·g-1、NH4+-N為0.170 mg·g-1、NH4+-N 為 0.1622mg·g-1?;实膯为?dú)施用抑制土壤的氨化強(qiáng)度,施用量越大,抑制作用越明顯,具體對比見圖3。
圖3 不同施肥方式對氨化作用強(qiáng)度的影響
不同的施肥方式對土壤中的氨化細(xì)菌數(shù)量的影響非常明顯,P=0.042),只要是施用農(nóng)肥,無論量的大小,氨化細(xì)菌的數(shù)量于空白相比均有顯著的提高,提高幅度產(chǎn)過了50%,具體見圖4。
圖4 不同處理對氨化細(xì)菌的影響
農(nóng)肥、化肥的單獨(dú)施用及不同配比施用對土壤自身氮素轉(zhuǎn)化強(qiáng)度中的硝化強(qiáng)度影響顯著(P=0.004、0.021)。由圖5可以看出,農(nóng)肥的施用可以使土壤的硝化強(qiáng)度提高50%-60%,即使在有化肥的影響下,作用仍然存在,并不受其影響。
通過圖6明顯可以看出,肥料的施用明顯提高了土壤中亞硝酸鹽細(xì)菌的數(shù)量(P=0.021)。其中提高幅度最大的是農(nóng)肥高量處理,與空白相比提高了5.7倍。
圖6 不同施肥方式對亞硝酸鹽細(xì)菌的影響
脲酶的最大作用是能促進(jìn)土壤中尿素水解成氨,這對植物生長意義重大。圖7顯示,施用肥料可以提高土壤脲酶的活性(P=0.003)。但提高的幅度不同,排在前兩位的分別是化肥高量處理和農(nóng)肥化肥等量配比處理,提高幅度分別為44.5%和36.6%。
圖7 不同施肥方式對脲酶活性的影響
隨著人口的增長,擺在人類面前最緊迫的問題是如何利用有限的耕地生產(chǎn)出更多的糧食,同時(shí)要最大限度降低對環(huán)境的污染。影響作物產(chǎn)量和作物生長的最重要元素之一便是氮元素,因此,如何利用生物固氮技術(shù)已成為當(dāng)代學(xué)者研究的首要任務(wù)。
與共生固氮相比,自生固氮研究較少。雖然兩者相比較,后者能力較低,但是由于自生固氮不需要與植物配合,具有分布廣、適應(yīng)強(qiáng)的特點(diǎn),因此,在生態(tài)系統(tǒng)中自生固氮可能具有更重要的作用。
施用農(nóng)肥能夠提高土壤中好氣性自生固氮菌、氨化細(xì)菌、亞硝酸鹽細(xì)菌的數(shù)量,隨施用量的不同和是否同時(shí)施用化肥,提高的程度不同。
在大豆生長的不同發(fā)育期,人工施用肥料使固氮作用大幅度下降,但提高了氨化強(qiáng)度和硝化強(qiáng)度,特別是農(nóng)肥的施用可以使土壤的硝化強(qiáng)度提高50%-60%。因此,可以表明肥料的施用嚴(yán)重改變了土壤氮素的自身轉(zhuǎn)化。