秸稈腐熟物覆蓋對(duì)板栗園土壤微生物、養(yǎng)分含量和產(chǎn)量的影響

摘要： 【目的】研究了不同秸稈腐解物覆蓋對(duì)板栗（Castanea mollissima Blume）園土壤微生物數(shù)量、土壤肥力及板栗產(chǎn)量的影響，為合理選擇利用秸稈提供依據(jù)。【方法】以玉米秸、水稻秸、小麥秸和棉花秸為覆蓋材料， 覆蓋質(zhì)量均為5.0 kg·m-2， 以不覆蓋為對(duì)照，利用田間試驗(yàn)研究了不同秸稈腐解物覆蓋對(duì)板栗園土壤微生物數(shù)量、土壤養(yǎng)分含量及板栗產(chǎn)量影響的差異。【結(jié)果】結(jié)果表明，與對(duì)照相比， 秸稈腐解物覆蓋后除棉花秸根際和非根際土壤速效磷、全P含量和非根際土壤放線(xiàn)菌數(shù)量差異均不顯著外， 其他處理土壤堿解N、速效K、速效P、全N、全P、全K、有機(jī)質(zhì)含量、土壤氨化細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌數(shù)量、果苞數(shù)和產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平， 其中根際和非根際土壤堿解N、速效P、全N、全P含量、土壤氨化細(xì)菌、真菌數(shù)量、有機(jī)質(zhì)含量均以玉米秸的平均升幅最高， 分別為105.14%、121.48%、59.70%、62.50%、49.39%、123.62%和49.79%； 土壤速效K、全K含量、土壤放線(xiàn)菌數(shù)量均以水稻秸的平均升幅最高， 分別為127.26%、41.51%和80.95%； 苞果數(shù)和產(chǎn)量均以玉米秸升幅最高， 分別為38.30%和28.77%。【結(jié)論】玉米秸、水稻秸、小麥秸和棉花秸桿均可作為板栗園秸稈覆蓋材料；綜合各種效應(yīng)不同處理優(yōu)劣順序?yàn)椋河衩捉?gt;水稻秸、小麥秸>棉花秸。

關(guān)鍵詞： 板栗園； 秸稈覆蓋； 土壤微生物； 土壤養(yǎng)分； 產(chǎn)量

中圖分類(lèi)號(hào)：S664.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-9980？穴2012？雪06-1057-06

臨沂地處魯中南低山丘陵區(qū)東南部和魯東丘陵南部， 是板栗（Castanea mollissima Blume）的盛產(chǎn)區(qū)， 也是我國(guó)優(yōu)質(zhì)板栗生長(zhǎng)的區(qū)域[1]。長(zhǎng)期以來(lái)， 該區(qū)果園管理以清耕為主， 導(dǎo)致水土大量流失， 土壤肥力下降， 果實(shí)產(chǎn)量難以維持和提高。因此， 改善生態(tài)環(huán)境， 探索新的地表覆蓋模式已經(jīng)成為該區(qū)域板栗產(chǎn)業(yè)化可持續(xù)發(fā)展的重要課題。

作為土壤管理技術(shù)之一的秸稈覆蓋技術(shù)， 改善了土壤微生物活動(dòng)的環(huán)境， 增加了土壤細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌數(shù)量[2-3]， 促進(jìn)了土壤營(yíng)養(yǎng)成分的釋放， 提高了土壤N、P、K全量、速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量， 降低了投入成本， 增加了果實(shí)產(chǎn)量， 提高了經(jīng)濟(jì)效益[4-7]。

目前， 國(guó)內(nèi)外有關(guān)板栗的研究主要集中在豐產(chǎn)栽培技術(shù)、栽培生理[8]、良種選育及產(chǎn)品加工等方面[9]， 對(duì)板栗園土壤秸稈覆蓋效應(yīng)研究較少，且多數(shù)研究集中在單一秸稈覆蓋效應(yīng)方面[10-12]，有關(guān)不同秸稈覆蓋效應(yīng)的差異還鮮有報(bào)道。不同秸稈覆蓋效應(yīng)在其他樹(shù)種方面報(bào)道較多。據(jù)報(bào)道稻草覆蓋可增加茶園土壤全磷含量，提高土壤磷庫(kù)[13]；粉碎的玉米秸、稻草秸覆蓋可以提高越橘的根系活力和菌根侵染率，促進(jìn)了越橘的生長(zhǎng)[14]；玉米秸覆蓋與間隔深松相結(jié)合，可以增加蘋(píng)果園土壤的蓄水和保水能力，蘋(píng)果百果質(zhì)量比對(duì)照增加了16%[15]；玉米秸、小麥秸和棉花秸覆蓋后園林土壤中有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量顯著增加[16]；小麥秸、玉米秸覆蓋后顯著提高桃園土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，顯著增加土壤氨化細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量[17]。本研究以玉米秸、水稻秸、小麥秸和棉花秸為覆蓋材料， 來(lái)探討不同覆蓋材料對(duì)板栗園土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量及板栗產(chǎn)量的影響， 以期達(dá)到改善土壤理化性質(zhì)， 提高板栗產(chǎn)量， 增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)園位于山東省臨沂市郯城鎮(zhèn)， 地處北緯34°22′～34°56′， 東經(jīng)118°05′～118°31′， 平均海拔約38 m， 暖溫帶季風(fēng)區(qū)半濕潤(rùn)大陸性氣候， 年平均氣溫13.2 ℃， 降雨量849 mm， 無(wú)霜期200 d以上。土壤為褐土， 覆蓋前 0～60 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為 9.46 g·kg-1，全N含量為 0.45 g·kg-1， 全P為 0.50 g·kg-1， 全K為4.51 g·kg-1， 堿解N為 69.20 mg·kg-1， 速效P為 4.13 mg·kg-1， 速效K為39.20 mg·kg-1， pH 值為 5.21， 土壤容重為 1.37 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)材料

供試植株為6 a生郯城大油栗， 株行距3 m×4 m，種植密度840株·hm-2。覆蓋方法參照時(shí)連輝等[16]， 選用自然風(fēng)干的玉米秸、水稻秸、小麥秸和棉花秸作為試驗(yàn)材料， 用粉碎機(jī)粉碎， 加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.5%的半腐熟有機(jī)肥作為發(fā)酵引物， 調(diào)節(jié)碳氮比為 30∶1（質(zhì)量比）， 加水至飽和持水率， 其上用塑料薄膜覆蓋保持水分， 采用被動(dòng)通風(fēng)定期翻堆方式[18]進(jìn)行腐解， 待堆體經(jīng)過(guò) 1個(gè)月左右高溫后溫度降低到 55 ℃以下時(shí)， 晾曬、打碎， 裝袋備用。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2008年7月進(jìn)行覆蓋， 在樹(shù)盤(pán)周?chē)疵娣e為1 m×1 m進(jìn)行覆蓋，覆蓋質(zhì)量均為5.0 kg·m-2（覆蓋厚度分別為玉米秸10 cm，水稻秸15 cm，小麥秸15 cm，棉花秸10 cm），以不覆蓋為對(duì)照， 共設(shè) 5個(gè)處理， 每處理分3個(gè)小區(qū)（3次重復(fù)）， 各處理小區(qū)不進(jìn)行灌溉施肥， 試驗(yàn)均采用隨機(jī)區(qū)組， 各小區(qū)覆蓋面積為110 m2， 于每年11月份進(jìn)行補(bǔ)加， 以保證始終5.0 kg·m-2的覆蓋量。

1.4 土壤樣品收集

于2010年4月、7月和11月， 分別收集各處理小區(qū)根際與非根際土樣。收集根際土樣方法為： 在各處理小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇板栗樹(shù)（Castanea mollissima Blume）3株， 先用鐵鏟除去覆蓋物， 再用土壤刀挖去上層覆土， 沿側(cè)根的伸展方向找到須根部分，剪下分枝， 小心將須根帶土取出， 保留距根表4 mm左右的土壤， 采用抖落法取土樣[19]。收集非根際土壤時(shí)， 收集細(xì)根外（>4 mm）的土壤。根際與非根際土樣深度均為0～40 cm，將土樣保存于4 ℃冰箱中， 進(jìn)行各指標(biāo)測(cè)定， 取3次測(cè)定結(jié)果的平均值。

1.5 土壤收集與測(cè)定指標(biāo)

土壤全N采用硫酸-高氯酸消煮法測(cè)定； 土壤堿解N采用堿解-擴(kuò)散法測(cè)定； 土壤全P和速效P采用鉬銻抗比色法測(cè)定； 全K和速效K采用原子吸收光譜法測(cè)定；土壤有機(jī)物采用K2Cr2O7氧化外加熱法測(cè)定[20]；土壤微生物數(shù)量采用稀釋平板法測(cè)定[21]。氨化細(xì)菌培養(yǎng)采用蛋白胨氨化培養(yǎng)基； 真菌培養(yǎng)用馬丁氏-孟加拉紅培養(yǎng)基； 放線(xiàn)菌培養(yǎng)采用馬鈴薯蔗糖瓊脂培養(yǎng)基。

于2010年10月， 在果實(shí)采收季節(jié)， 實(shí)地調(diào)查不同覆蓋材料下的苞果數(shù)和果實(shí)產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SAS9.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用鄧肯法[22]進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋材料對(duì)土壤氮素、磷素和鉀素的影響

表1結(jié)果表明， 不同覆蓋材料對(duì)土壤氮素、磷素和鉀素及有機(jī)物含量的影響較大。與對(duì)照相比，玉米秸、小麥秸和水稻秸覆蓋后根際與非根際土壤速效N、速效P、速效K、全N、全P、全K含量均高于對(duì)照，且差異達(dá)到顯著水平；棉花秸覆蓋后根際與非根際土壤速效N、速效K、全N、全K含量均高于對(duì)照，且差異達(dá)到顯著水平，而土壤速效P和全P含量與對(duì)照相比差異不顯著；所有處理根際和非根際土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于對(duì)照。不同處理的根際與非根際土壤速效N、速效P、全N、全P含量以玉米秸的平均升幅最高， 分別為105.14%、121.48%、59.70%和62.50%；土壤速效K和全K以水稻秸的平均升幅最高， 分別為127.26%和41.51%；土壤有機(jī)質(zhì)含量以玉米秸的平均升幅最高， 為49.79%。

與對(duì)照R/S值相比， 堿解N和全N的R/S值除玉米秸外， 其他處理差異均不顯著； 速效P的R/S值除玉米秸外、全P的R/S值除棉花秸外， 其他處理的速效P和全P差異均顯著；所有處理速效K和全K差異均顯著。綜合堿解N、速效P、速效K、全N、全P、全K、有機(jī)質(zhì)含量， 與對(duì)照的R/S均值相比， 玉米秸、水稻秸、小麥秸和棉花秸的R/S值平均升幅分別為3.13%、6.10%、4.22%、5.70%。

以上說(shuō)明秸稈覆蓋不僅能增加土壤的養(yǎng)分含量， 減少化肥的使用量， 還可以改善土壤根際微域環(huán)境， 對(duì)根際土壤養(yǎng)分產(chǎn)生重大影響， 有利于田園土壤的生態(tài)健康， 因此， 可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選擇合適的覆蓋材料來(lái)改善并提高土壤養(yǎng)分含量。

2.2 不同覆蓋材料對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

表2結(jié)果表明， 不同覆蓋材料對(duì)土壤微生物數(shù)量影響較大。與對(duì)照相比，所有處理均能顯著提高根際和非根際土壤的氨化細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量（棉花秸非根際放線(xiàn)菌除外）。不同處理根際與非根際土壤氨化細(xì)菌、真菌數(shù)量以玉米秸的平均升幅最高， 分別為49.39%和123.62%，土壤放線(xiàn)菌數(shù)量以水稻秸的平均升幅最高， 為80.95%。

與對(duì)照R/S值相比， 除了水稻秸覆蓋后真菌數(shù)量的R/S值差異不顯著外， 其他處理的土壤氨化細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量的R/S值差異均顯著。綜合土壤氨化細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量， 與對(duì)照的R/S均值相比， 玉米秸、水稻秸、小麥秸和棉花秸的R/S值平均升幅分別為8.61%、9.72%、11.67%、9.17%。

2.3 不同覆蓋材料對(duì)板栗果苞數(shù)和產(chǎn)量的影響

表3結(jié)果表明， 與對(duì)照相比， 所有處理的果苞數(shù)及產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平。從果苞數(shù)來(lái)看， 不同處理之間小麥秸與棉花秸差異不顯著， 其他兩兩之間差異顯著， 其中玉米秸升幅最高， 為38.30%； 從產(chǎn)量來(lái)看， 不同處理之間水稻秸與小麥秸差異不顯著， 其他兩兩之間差異顯著， 其中玉米秸產(chǎn)量升幅最高， 為28.77%。

3 討 論

土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分（C、N、P、S等）轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動(dòng)力，它參與有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)的各個(gè)生化過(guò)程[23]。許多研究結(jié)果[24-28]都表明，秸稈覆蓋后可明顯增加土壤中氨化細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌的數(shù)量， 尤其增加0～20 cm土層的微生物數(shù)量。而在板栗園秸稈覆蓋對(duì)微生物效應(yīng)還鮮有研究，本研究結(jié)果說(shuō)明這一措施對(duì)板栗園同樣有效，不同秸稈覆蓋后土壤中氨化細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌的數(shù)量均顯著高于對(duì)照，這可能是秸稈覆蓋提供了有機(jī)能源，對(duì)土壤微生物的生命活動(dòng)有刺激效應(yīng)，改變了土壤的C/N比，提供了更多增強(qiáng)酶促反應(yīng)和土壤呼吸強(qiáng)度的基質(zhì)，促進(jìn)了土壤生物活性的提高，從而導(dǎo)致土壤中各類(lèi)微生物的增殖[29]。本研究發(fā)現(xiàn)不同秸稈覆蓋后的根際和非根際土壤氨化細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量升高的幅度不同，其中土壤氨化細(xì)菌、真菌均以玉米秸的最高， 土壤放線(xiàn)菌數(shù)量以水稻秸的升幅最高，這可能與不同秸稈養(yǎng)分含量不同、分解速度不同，覆蓋后增加土壤微生物活性高低等有關(guān)[30-31]。

秸稈覆蓋后不僅向土壤提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)提高土壤N、P、K全量， 還改善土壤微生物活動(dòng)的環(huán)境， 加速了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用， 促進(jìn)土壤養(yǎng)分的釋放， 提高速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量[32]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照相比，不同覆蓋材料均能顯著提高土壤根際和非根際全N、全P、全K、堿解N、速效P、速效K和有機(jī)質(zhì)含量， 這與上述的研究結(jié)果基本一致。但也有研究認(rèn)為， 連續(xù)多年秸稈覆蓋可使果樹(shù)根系上移， 影響根系對(duì)養(yǎng)分的吸收[33]，本研究?jī)H僅是覆蓋2 a的效應(yīng)，對(duì)于2 a以上的情況有待于進(jìn)一步研究。前人有關(guān)板栗園秸稈覆蓋對(duì)土壤養(yǎng)分含量效應(yīng)的研究?jī)H僅集中在單一秸稈方面，沒(méi)有研究不同秸稈之間的差異，本研究發(fā)現(xiàn)不同秸稈覆蓋后的根際和非根際土壤各養(yǎng)分含量的平均增幅有較大差異，土壤堿解N、速效P、全N、全P和有機(jī)質(zhì)含量均以玉米秸最高，土壤速效K和全K均以水稻秸最高，這與薛蘭蘭[34]的研究結(jié)果基本一致。不同秸稈覆蓋處理后的土壤養(yǎng)分含量存在差異可能與不同秸稈養(yǎng)分含量不同、分解速度不同，在分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸含量不同，通過(guò)酸溶、螯合和競(jìng)爭(zhēng)吸附等機(jī)制活化土壤難溶態(tài)氮、磷和鉀，使土壤速效氮、磷和鉀含量增加的幅度不同有關(guān)[35]。

根際土壤是土壤與植物根系相互作用產(chǎn)生的界面，是連接土壤與植物的橋梁，土壤養(yǎng)分在界面發(fā)生進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化后被植物根系吸收。秸稈覆蓋后改變了植物根際微區(qū)的物理和化學(xué)環(huán)境， 進(jìn)而對(duì)根際土壤的微生物數(shù)量、養(yǎng)分含量產(chǎn)生重大影響[36]。本研究支持這一結(jié)論， 與對(duì)照R/S值相比， 不同處理的R/S值多數(shù)指標(biāo)差異顯著。

秸稈覆蓋后由于改善了微生物活動(dòng)的環(huán)境， 促進(jìn)土壤養(yǎng)分的釋放， 提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量， 進(jìn)而提高了板栗苞果數(shù)和果實(shí)產(chǎn)量[12]。本研究支持這一結(jié)論， 與對(duì)照相比， 所有處理的果苞數(shù)及產(chǎn)量差異顯著。在板栗實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件選擇適宜的秸稈覆蓋，提高板栗產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入。

秸稈覆蓋對(duì)土壤微生物、養(yǎng)分含量的效應(yīng)不同土層有差異。高美英等[37]認(rèn)為，蘋(píng)果園秸稈覆蓋明顯地增加了各土層中氨化細(xì)菌的數(shù)量，與對(duì)照相比，0～20 cm土層平均提高222.99%，20～40 cm土層平均提高111.36%，40～60 cm土層平均提高740.59%。謝寶東[38]研究認(rèn)為，不同覆蓋物對(duì)土壤養(yǎng)分含量的效應(yīng)不同土層有差異，土壤深度0～5 cm的土壤速效磷、速效鉀高含量高穩(wěn)定性，土壤深度5～40 cm的速效磷、速效鉀低含量低穩(wěn)定性。在這一點(diǎn)上，本研究存在著不足。本研究的結(jié)果僅是秸稈覆蓋對(duì)0～40 cm土層土壤微生物數(shù)量和養(yǎng)分含量的總體效果，對(duì)不同土層，尤其40 cm以上土層土壤微生物、養(yǎng)分含量的效應(yīng)還有待于進(jìn)一步研究。

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