种植不同绿肥及翻压对日光温室土壤养分和微生物的影响

　　随着日光温室农业的快速发展和利益的驱动,生产过多的依赖化肥施用,给农业生态系统带来了严重的负面影响,农田生态环境面临沉重的压力[1]。创造一个良好的土壤环境是日光温室农业可持续发展的根本保证。

　　绿肥是改善土壤环境的有效方式[2-5],也是实现我国农业可持续发展的重要途径之一[6]。绿肥作为一种重要的有机肥料,在提高作物产量、培肥土壤地力、改善土壤环境及减少农业生产对化肥的依赖等方面起到了积极的作用[7]。为此,试验以夏季空闲地(不种绿肥)为对照(CK),研究了种植不同绿肥(高丹草、甜玉米、苏丹草、大豆及地豆)及翻压对日光温室土壤养分含量和微生物的响应变化,探讨在设施土壤选用绿肥植物改良土培肥土壤的可行性和生物机制,以期为设施土壤健康、可持续利用提供科学参考依据。

　　1材料与方法

　　1.1试验地概况

　　试验在宁夏海原县高涯乡槽式日光温室内进行,东经105°09′,北纬37°02′,海拔1 336m,地处宁夏中部干旱带。年平均降水量为286mm,且降水分布不均衡,集中于5—9月,年均蒸发量2 180mm,年均气温7.0℃,年平均太阳总辐射量135.44kJ/cm2,昼夜温差12~16℃,无霜期149~171d。

　　1.2试验方法

　　试验于2012年6月至2013年1月在宁夏中部干旱带旱作园区槽式日光温室内进行。试验采用单因素随机区组设计[8],共设计5个处理,分别种植及翻压绿肥作物高丹草(T1)、甜玉米(T2)、苏丹草(T3)、大豆(T4)、地豆(T5)。种植方式均采用人工条播,小区面积为30m2,3次重复。绿肥种植期间,不施任何肥料,其它田间管理同常规。

　　土壤为典型的黏壤土。前茬为甜瓜,其0~20cm表层土壤基本理化性质为pH 8.31,全盐1.32g/kg,有机质4.52g/kg,碱解氮36.0mg/kg,速效磷7.8mg/kg,速效钾190.0mg/kg,田间持水量23.51%。碱解氮肥力为偏低的5级水平[9](30~60mg/kg),有机质为极缺的6级水平(<0.60%),速效磷为中等偏低的4级水平[9](5~10mg/kg),速效钾为极丰富的1级水平[9](>160mg/kg),表明所供试的土壤养分贫瘠、偏碱性,有机质含量少,为低产田土壤。

　　1.3项目测定

　　采用稀释平板计数法统计微生物数量。细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,真菌用马丁·孟加拉红培养基,放线菌用改良高氏一号培养基。将涂好平板的培养皿放入28℃的恒温培养箱中,细菌培养2~3d,真菌培养5~7d,放线菌培养7~10d,3次重复[10]。

　　pH值采用SH-3精密酸度计测定,全盐采用DDS-1电导率仪测定,有机质含量采用重铬酸钾容量法外加热法测定,碱解氮含量采用碱解扩散法测定,速效磷含量采用NaHCO3浸提-铝锑抗吸光光度法测定,速效钾含量采用NH4AC浸提火焰光度法测定,田间持水量采用环刀法测定[11-12]。

　　1.4数据分析

　　试验数据采用DPS 7.05和Excel 2003软件进行方差分析,采用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

　　2结果与分析

　　2.1不同绿肥生长特性、生物量及养分特性

　　由表1可以看出,不同种类的绿肥在50d的生长中,T1、T2、T3、T4和T5处理的株高分别可长至156.7、166.3、170.0、95.8、51.6cm;生物量鲜重和干重均达到较高水平,分别为16.0~62.0、2.42~8.49t/hm2,以T2处理生物量最高,显著高于其它处理,其次为T1,再次是T3,以T4生物学产量最低;不同绿肥养分含量也存在显著差异,T4、T5处理相对富含氮素(含氮量分别为1.92g/kg和1.75g/kg),显著高于其它绿肥作物,T3含氮量最低,为1.10,T2相对富含磷素和钾素(含磷量为1.58g/kg,含钾量为4.10g/kg),显著高于其它绿肥作物;5种绿肥作物的C/N比在22.5~45.1,以T3处理最高,T5最低,这主要与植株的氮含量有很大关系。可见利用槽式日光温室夏季休闲季节种植绿肥,可以在较短时间(50d)内得到较多的生物量,翻压后可为土壤增加大量有机物质。

　　2.2绿肥翻压对设施土壤pH值的影响

　　pH值是土壤的一项基本性质指标,它直接影响着土壤中各种元素的存在形态及有效性[13]。由图1可知,翻压不同种类绿肥后土壤pH值均呈现先降后平稳变化的趋势,以翻压后30d降幅最大,降幅在0.30~0.47,以翻压T2后土壤pH值降幅最大,降幅0.47,其次是T4,降幅0.44,T3降幅最小,降幅0.30。可见,绿肥翻压在一定程度上降低了土壤pH值。

　　2.3绿肥翻压对设施生土土壤碱解氮、速效磷和速效钾的影响

　　由图1、2可知,种植及翻压不同种类绿肥后土壤碱解氮、速效磷和速效钾均呈现先升后平稳变化的趋势。

　　其中以翻压T2后土壤碱解氮、速效磷和速效钾提高最多,其次是T1,再次是T3,以种植及翻压T5后碱解氮、速效磷和速效钾增幅最小。试验结果表明,种植及翻压绿肥均可以增加土壤碱解氮、速效磷和速效钾,特别是禾本科类的绿肥,其翻压后对作物生长中后期保持土壤肥力和维护耕地土壤质量的作用具有重要功效。

　　2.4绿肥翻压对设施生土土壤微生物区系和种群组成结构的影响

　　由表2可知,种植及翻压绿肥处理的土壤总菌数、细菌和放线菌含量呈现增加趋势,与CK相比,均达到显著水平;种植翻压T4、T5处理的耕层土壤真菌数量表现出增加的趋势,但与CK无显著差异,而种植翻压T1、T2、T3处理的耕层土壤真菌数量表现出减少趋势,与CK相比,均达到显著水平。与CK相比,种植翻压不同种类绿肥耕层土壤的B/F值都有所增加,说明种植翻压绿肥对于提升土壤环境和均衡土壤微生物类群及数量有一定作用。

　　由表2可知,土壤微生物总数均以细菌最多(62.03%~69.79%),放线菌次之(30.21%~37.97%),真菌所占比例最小(0.04%~0.10%)。细菌所占总菌数的比例大小依次为T1>T4>T5>CK>T3>T2;放线菌所占的比例与细菌所占比例大小顺序相反,其中T2放线菌占总菌数比例最大,其次是T3,T1放线菌占总菌数比例最小,仅为30.21%;5种类型绿肥的真菌数所占比例(0.04%~0.07%)均小于CK(0.10%),其中T1菌数比例最小(0.04%),说明种植T1绿肥翻压后对土壤真菌数量具有抑制和调节作用。

　　3讨论与结论

　　绿肥作物翻压期生物量和养分含量是评价其能否作为绿肥的重要评价指标。焦彬[14]提出以每公顷产鲜草达到22.5t作为适合绿肥作物的标准。该研究表明,甜玉米、高丹草、苏丹草3种绿肥作物可以在槽式日光温室夏季休闲季节较短时间(50d)内产生较多的生物量。而大豆和地豆作物没有达到适合绿肥作物的标准,可能有2个原因,其一是生长期短,其二是这2种作物生长发育对设施日光温室夏季环境条件比较敏感。不同绿肥养分含量存在显著差异,大豆和地豆相对富含氮素,含氮量显著高于其它绿肥作物,这与豆科作物自身特性(具有较强的是共生固氮能力)有关。甜玉米相对富含磷素和钾素,显著高于其它绿肥作物,可能是种植甜玉米能有效活化土壤中磷素和钾素,从而增加了植株的磷和钾的含量。

　　土壤矿质养分的提高特别是速效养分的提高对作物生长具有重要意义。然而随着设施农业的发展新垦区的增加及食品安全等问题,使得绿肥还田对土壤的培肥作用越来越得到重视。研究表明,种植绿肥及翻压在一定程度上降低了土壤的pH值,提高了土壤速效氮、磷、钾的含量,其中以禾本科的甜玉米、高丹草和苏丹草较为明显,这可能与这3种绿肥地上部分产生的生物量大有关。其翻压后对作物生长中后期保持土壤肥力和维护耕地土壤质量的作用具有重要功效。就提高土壤养分而言,种植及翻压禾本科的甜玉米、高丹草和苏丹草效果优于大豆和地豆。

　　土壤微生物区系结构是土壤重要组成部分,是评价土壤生态环境质量的重要指标之一,土壤微生物数量多、区系复杂,表明土壤微生态系统平衡,更有利于作物的健康生长[15-16]。研究表明,种植及翻压绿肥(甜玉米、高丹草和苏丹草)改变了槽式日光温室生粘土土壤微生物区系结构,增加了土壤总菌数、细菌和放线菌的数量,以及细菌数量与真菌数量比值(B/F),减少了真菌的数量和比例,改善了土壤微生态环境,对于提升土壤环境和均衡土壤微生物类群及数量有积极作用。

　　综上所述,种植绿肥及翻压在一定程度上降低了土壤的pH值,提高土壤速效氮、磷、钾的含量,改善了土壤微生态环境,其中以禾本科的甜玉米、高丹草和苏丹草较为明显;种植及绿肥翻压还田可以作为设施日光温室生粘土生产中土壤培肥和提升土壤环境的一项有效措施来实施。

　　参考文献：
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　　[3] 王丹英,彭建,徐春梅,等.油菜作绿肥还田的培肥效应及对水稻生长的影响[J].中国水稻科学,2011,26(1):85-91.
　　[4] 曹卫东,黄鸿翔.关于我国恢复和发展绿肥若干问题的思考[J].国土壤与肥料,2009(4):1-3.
　　[5] 杨玉爱.我国有机肥料研究及展望[J].土壤学报,1996,33(4):414-421.
　　[6] 张磊,欧阳竹,董玉红,等.农田生态系统杂草的养分和水分效应研究[J].水土保持学报,2005,19(2):69-72.