梁繼華 黃白紅 田學(xué)輝
摘要:試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,研究施用不同土壤改良劑(熟石灰、EM菌劑、沼澤液)及其不同濃度處理對玉米產(chǎn)量、根際微生物和酶活性的影響。結(jié)果表明:(1)隨著3種改良劑施用濃度的增加,玉米產(chǎn)量均逐漸增加;相同濃度下,玉米產(chǎn)量則表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。(2)玉米根系總根長、總體積、總表面積和主根直徑均隨著改良劑濃度的增加呈逐漸增加趨勢,主根直徑在不同土壤改良劑處理下差異不顯著;相同濃度下,玉米根系總根長、總體積、總表面積均表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。(3)施加不同土壤改良劑后,土壤pH值均有不同程度的升高,其中以沼澤液處理土壤pH值最高;玉米根際土壤有機(jī)碳、全氮、速效磷、速效鉀隨改良劑濃度增加呈逐漸提高趨勢,土壤全磷在不同改良劑處理下差異不顯著;相同濃度下,玉米根際土壤有機(jī)碳、全氮、速效磷、速效鉀均表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。(4)隨著3種改良劑施用濃度的增加,玉米根際土壤微生物群落多樣性、微生物數(shù)量和酶活性呈逐漸增加趨勢,處理間差異多達(dá)顯著水平,而均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)在不同土壤改良劑處理下差異均不顯著;相同濃度下,玉米根際土壤微生物群落多樣性指數(shù)表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。綜上表明:施加不同土壤改良劑可為玉米提供適宜的生長環(huán)境,增加土壤微生物數(shù)量和酶活性,進(jìn)而促進(jìn)玉米產(chǎn)量的提高,以沼澤液效果最好。
關(guān)鍵詞:土壤改良劑;玉米;產(chǎn)量;根際土壤微生物;土壤酶活性
中圖分類號:S156.2 文獻(xiàn)標(biāo)識號:A 文章編號:1001-4942(2022)01-0080-06
我國南方地區(qū)丘陵山地分布較廣,由于長期的土壤開發(fā)及不合理利用等原因,導(dǎo)致種植區(qū)耕層土壤理化性狀變差,土壤黏粒大幅下降,且砂粒明顯增多,嚴(yán)重影響土壤的保濕能力,同時降低土壤養(yǎng)分保持能力[1-8]。為了優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量,目前不少學(xué)者開展的土壤改良劑相關(guān)研究[9-15],主要集中在單一改良劑方面,且主要側(cè)重在對土壤結(jié)構(gòu)及作物影響方面,而對于多種改良劑的比較研究,尤其是EM菌劑和沼澤液改良劑的應(yīng)用研究較少?;诖?,本試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計研究不同土壤改良劑(熟石灰、EM菌劑、沼澤液)及其不同施用濃度對玉米產(chǎn)量及根際土壤微生物代謝和酶活性的影響,以探討效果好、污染小的土壤改良劑,進(jìn)而有效解決土壤次生鹽漬化以及連作障礙等問題,提升作物種植效率及土壤質(zhì)量,為改良土壤提供參考。
1 材料與方法
1.1 試驗地概況及材料
試驗于2017年3—10月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗園進(jìn)行。試驗地為壤土,耕層土壤基本理化性狀:有機(jī)碳含量8.38g/kg、全氮1.22g/kg、全磷0.98g/kg、堿解氮34.12mg/kg、速效磷29.09mg/kg、速效鉀39.09mg/kg,pH值6.44。
供試玉米品種為金農(nóng)166,購于湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。
供試土壤改良劑為熟石灰、EM 菌劑、沼澤液。施用前對EM菌劑進(jìn)行活化處理,將原液與紅糖按照1∶1的配比進(jìn)行混合,然后按照1∶100配比加水,混勻后進(jìn)行24h富菌處理。
1.2 試驗設(shè)計及方法
采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,以噴清水為對照,設(shè)置熟石灰、EM菌劑、沼澤液3種土壤改良劑處理及低中高3個濃度水平(LC:100mL/L;MC:200mL/L;HC:300mL/L),將熟石灰、EM菌劑、沼液先溶于水,混勻進(jìn)行噴灑,重復(fù)5次。小區(qū)面積3m×6m=18m2。播前進(jìn)行翻耕、整地,耕深15~20cm。
玉米3月播種,播種密度為9株/m2,之后定期除草、施肥(尿素,20g/m2)和灌水(萌芽期每周灌水一次,花期每月灌水一次)。花期灌水時噴施土壤改良劑,其他管理措施均保持一致。
1.3 測定項目及方法
1.3.1 根系指標(biāo) 玉米成熟期每小區(qū)選擇5株長勢基本一致的植株進(jìn)行采樣,用EPSON4990掃描儀進(jìn)行根系分析,采用WinRHIZO分析方法測定根長、根表面積、根體積和主根直徑等指標(biāo)。小區(qū)測產(chǎn)。
1.3.2 土壤理化性質(zhì)及酶活性 玉米收獲后,采用五點法取根際土壤樣品,取樣深度不超過20cm。土樣去除雜質(zhì)、混勻,置于無菌聚乙烯封袋并編號帶回實驗室。將部分土樣風(fēng)干處理,粉碎后過2mm篩備用,其余土樣置于4℃冰箱備用。
土壤pH值采用pH試紙測定,有機(jī)碳外加熱法測定,全氮、全磷、速效磷、速效鉀分別采用定氮法、比色法、光度法測定,土壤酶活性(土壤糖苷酶、幾丁質(zhì)酶、亮氨酸氨基肽酶、堿性磷酸酶、酚氧化酶和過氧化物酶)的測定參照文獻(xiàn)[5]的方法進(jìn)行。
1.3.3 土壤微生物指標(biāo) 微生物的碳源利用水平采用平均每孔顏色變化率(averagewellcolordevelopment,AWCD)衡量法[9]求得;微生物多樣性分析采用Shannon和Simpson等指數(shù)法[11]。計算公式:
1.4 數(shù)據(jù)處理與分析
利用MicrosoftExcel2010系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,SPSS21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同土壤改良劑對玉米產(chǎn)量的影響
由圖1看出,與對照相比,不同土壤改良劑對玉米產(chǎn)量的影響差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。隨著3種改良劑施用濃度的增加,玉米產(chǎn)量均呈增加趨勢,相同濃度下玉米產(chǎn)量均表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。
2.2 不同土壤改良劑對玉米根系特征的影響
由表1可知,施用土壤改良劑對玉米根系特征影響明顯。隨著3種土壤改良劑濃度的增加,玉米根系總根長、總體積、總表面積和主根直徑均呈逐漸增加趨勢;其中主根直徑處理間差異均不顯著,根系總根長、總體積、總表面積處理間差異均顯著。相同濃度下,玉米根系總根長、總體積、總表面積均表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰,說明熟石灰、EM菌劑和沼澤液均有利于玉米根系生長和發(fā)育,且沼澤液效果最好。
2.3 不同土壤改良劑對玉米根際土壤理化性狀的影響
由表2可知,與對照相比,施用土壤改良劑不同程度提高了土壤pH值,玉米收獲后根際土壤總體偏堿性,其中以沼澤液處理最高。隨著3種改良劑濃度的增加,玉米根際土壤有機(jī)碳、全氮、速效磷、速效鉀含量均呈逐漸增加趨勢,且處理間差異顯著;而土壤全磷含量處理間差異不顯著。根際土壤有機(jī)碳、全氮、速效磷、速效鉀含量在不同土壤改良劑處理間也有差異。相同濃度下,玉米根際土壤有機(jī)碳、全氮、速效磷、速效鉀含量均表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。
2.4 不同土壤改良劑對玉米根際土壤微生物群落多樣性的影響
土壤微生物群落多樣性指數(shù)可用來表征土壤微生物群落利用碳源的程度。由表3可知,不同土壤改良劑對玉米根系土壤微生物群落具有顯著影響。隨著3種改良劑濃度的增加,玉米根際土壤微生物群落的物種豐富度指數(shù)(H)和碳源利用豐富度指數(shù)(S)呈逐漸增加趨勢,其中,前者處理間差異顯著,后者則表現(xiàn)為熟石灰、EM菌劑中高濃度處理與CK和低濃度處理差異顯著,而沼澤液處理間差異顯著。均勻度指數(shù)(E)和優(yōu)勢度指數(shù)(Ds)在不同土壤改良劑處理下差異均不顯著。相同濃度下,玉米根際土壤微生物群落多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。
2.5 不同土壤改良劑對玉米根際土壤微生物數(shù)量的影響
由表4可知,不同土壤改良劑對玉米根系土壤微生物數(shù)量具有顯著影響。隨著3種改良劑濃度的增加,玉米根際土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量呈逐漸增加趨勢,不同處理間差異顯著。相同濃度下,玉米根際土壤微生物數(shù)量均表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。
2.6 不同土壤改良劑對玉米根際土壤酶活性的影響
由表5可知,不同土壤改良劑對玉米根系土壤酶活性影響顯著。熟石灰、EM菌劑和沼澤液處理組中,隨著濃度的增加,玉米根際土壤糖苷酶、幾丁質(zhì)酶、亮氨酸氨基肽酶、堿性磷酸酶、酚氧化酶和過氧化物酶呈逐漸增加趨勢,中高濃度處理多顯著高于CK和低濃度處理。而酚氧化酶不同土壤改良劑及其不同濃度處理差異均不顯著。相同濃度下,玉米根際土壤酶活性均表現(xiàn)為沼澤液>EM菌劑>熟石灰。
3 討論與結(jié)論
已有研究表明,熟石灰、沼澤液及EM菌劑等改良劑施入土壤后,能夠有效提升土壤保濕抗旱能力,提高有效養(yǎng)分含量,還可顯著降低環(huán)境污染[16,17]。本研究表明,3種改良劑隨施用濃度增加,玉米產(chǎn)量均呈上升趨勢,玉米總根長、根體積、及根總表面積也呈現(xiàn)較為明顯的增加趨勢;而對主根直徑的影響則無顯著差異;相同濃度條件下,玉米各指標(biāo)以沼澤液處理效果最好,而熟石灰的效果相對較弱。施用不同改良劑,能夠改善土壤理化性狀,土壤pH值不同程度升高,其中沼澤液處理升幅最大;提高土壤有機(jī)碳及速效養(yǎng)分含量。施用改良劑對提升土壤生物活性及酶活性、抑制病原生物等具有較好效果,同時降低作物對重金屬的吸收,進(jìn)而提升作物抗性,提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量,對土壤改善效果明顯[18]。
在改良劑作用下,土壤酶活性會得到有效提升[19,20]。本研究表明,改良劑顯著影響土壤微生物數(shù)量及酶活性,隨著土壤改良劑濃度增加,微生物數(shù)量及酶活性都呈現(xiàn)明顯上升趨勢。微生物群落均勻度及優(yōu)勢度等雖有差異,但是未達(dá)顯著水平。相同濃度情況下,不同處理間微生物群落多樣性也有一定差異,其中效果最好的是沼澤液處理,而熟石灰的效果相對較弱。
有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化離不開微生物的分解,另一方面土壤酶活性也起著關(guān)鍵作用,共同決定著養(yǎng)分轉(zhuǎn)化效率[21,22]。本研究表明,施用熟石灰對土壤滅菌效果較好,且提升土壤pH值。在沼澤液及EM菌劑影響下,土壤有效菌群數(shù)量明顯提升,且養(yǎng)分物質(zhì)含量增加。綜合來看,施用改良劑后土壤質(zhì)量得到有效改善,促進(jìn)了玉米養(yǎng)分吸收和利用,有利于玉米產(chǎn)量的提高。