施用味精廢液對西瓜根際土壤微生物量碳、氮含量的影響

臧 傳 聰

土壤微生物是土壤中各種生物化學過程的主要調節(jié)者，微生物量碳、氮被認為是土壤活性養(yǎng)分的儲存庫，是植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源［1］。有研究［2］認為，農田微生物對氮肥的生物固定減少了氮肥的損失，盡管土壤微生物生物量只為土壤有機質的1%～5%，但支配養(yǎng)分供應中，土壤微生物量不僅充當許多基礎反應的生物催化劑，還相當于土壤N和P元素的快速周轉庫，土壤微生物量氮的活性與消長被認為是土壤氮素內循環(huán)的本質性內容。目前，許多研究者對施用化肥［3］、豬圈肥［4］和秸稈還田［5］等措施下微生物生物量的變化進行了深入的探討，而且主要集中在小麥、玉米等作物，而對味精廢液及西瓜根際土壤微生物等方面的研究較少。有研究表明［6］，味精廢液中核酸水解物用作植物生長素對水稻、食用菌、茶葉等均有明顯的增產效果，并有促進果實早熟的作用，同時還能減少土壤致病菌及改善土壤環(huán)境。還有研究發(fā)現［7－8］，施用味精廢液能促進白菜、番茄的生長，且能改善其品質。關于味精廢液對西瓜根際土壤微生物量碳、氮的影響，尤其對西瓜在整個生育期內系統(tǒng)的動態(tài)變化研究尚未見報道。為此，本研究以豐樂一號西瓜為試材，開展了味精廢液與化肥的不同配施比例對西瓜在不同生育期根際土壤微生物量碳和氮含量動態(tài)變化的研究，以期揭示配施味精廢液處理根際土壤的生物化學過程的變化規(guī)律，為探討施用味精廢液對西瓜根際土壤的作用機理提供理論依據，并為進一步研發(fā)味精廢液有機肥提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗地點設在山東省泰安市岱岳區(qū)馬莊鎮(zhèn)夏馬村，供試土壤為輕壤土，土壤速效氮、磷和鉀的含量分別為96.52，38.76，112.37mg／kg，有機質含量為15.29g／kg。供試化肥品種為尿素（含 N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和硫酸鉀（含K2O 50%），有機肥為利用味精行業(yè)所產生廢液制成的顆粒肥料（有機質含 量 23.23%，N 7.55%，P2O51.02%，K2O 0.08%）。西瓜品種為“豐樂一號”，拱棚栽培，密度為7 500株／hm2。

1.2 試驗設計

西瓜種子經過40d的育苗后，在2013年3月26日移栽到拱棚里，隨機區(qū)組設計，設5個處理：CK，不施肥；N100，100%的氮由尿素提供；M10N90，10%的氮由味精廢液提供，90%的氮由尿素提供；M30N70，30%的氮由味精廢液提供，70%的氮由尿素提供；M50N50，50%的氮由味精廢液提供，50%的氮由尿素提供。每個處理重復3次，每小區(qū)規(guī)格為3.5m×10m＝35m2，共計15個小區(qū)。除CK外，各處理均為等養(yǎng)分量，N，P和K含量相當于315，75和240 kg／hm2，各處理P和K不足部分分別用過磷酸鈣、硫酸鉀補足。各處理的肥料均在移苗前，一次性施入土壤。

1.3 土壤采樣與分析

分別在移栽后的10，20，30，40，60和70d采集土壤樣品，每次每個處理采6株。在土壤水分含量適中時采用剝落分離法［9］取樣，將帶土植株取出，先抖落大塊不含根系的土壤，然后用力將根表面附著的土壤全部抖落下來，迅速裝入塑料袋內作為根際土。然后立即采用氯仿熏蒸法測定土壤微生物量碳、氮［10］，每個處理6株土樣分別進行測定。

1.4 統(tǒng)計方法

采用Excel軟件處理數據，采用SAS軟件進行方差分析和多重比較（LSD法，p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對根際土壤微生物量碳的影響

土壤微生物碳（MBC）一般為土壤有機碳的1%～4%，由于土壤微生物C／N比值較低，在土壤中分解速度比土壤有機質快，對土壤有機質的分解及養(yǎng)分的轉化循環(huán)等都有重要的作用［11］。由表1可見，各施肥處理的MBC含量均明顯高于CK。移栽后20d，CK達到了最大值，在30d時就出現了缺肥癥狀，葉子發(fā)黃，根系活性降低，導致土壤微生物活性也降低。而N100，M10N90，M30N70和 M50N50處理隨著西瓜的快速生長發(fā)育、根系分泌量的增加及氣溫的不斷升高，MBC含量在增加，到40d時達到最大值，之后開始迅速的下降。與N100相比，M10N90，M30N70和M50N50處理的MBC含量下降更快。這是由于味精廢液是一種含N較高，C／N較小的有機肥料，在土壤中較易礦化分解。隨著西瓜生育期的推進，味精廢液有機肥在不斷地分解，在生長后期微生物能利用的易分解有機C源已礦化，剩余為較難分解的有機C，所以使后期 MBC含量顯著降低。移栽后70d（收獲期），各處理MBC含量稍有所回升，分別增加21.17，20.92，33.36，31.28和25.93mg／kg。從西瓜整個生育期來看，配施味精廢液的3個處理MBC含量明顯高于CK和N100；M10N90，M30N70和 M50N50處理分別比N100處理提高了31.97%～48.87%，46.00%～62.14%和37.80%～53.11%。

可見，隨著味精廢液所占比例的增加，MBC含量呈先增后減的趨勢。在味精廢液有機肥與化肥的不同配施中，M30N70處理的 MBC含量最大。數據表明，配施味精廢液對MBC含量具有顯著的影響，其作用效果取決于味精廢液與化肥的配施比例。

表1 不同處理對西瓜根際土壤微生物量碳含量的影響

2.2 不同處理對根際土壤微生物量氮的影響

氮素是作物生長的大量元素，不僅受到氮肥種類、投入量及土壤肥力水平高低的影響，還要受到地上部作物需求量的影響，因此，土壤微生物量氮的變化比土壤微生物量碳的波動幅度大且復雜的多［12］。從表2可知，在西瓜整個生育期內，總的變化規(guī)律表現為：移栽后10d各處理土壤微生物量氮（MBN）含量達到高峰，隨生育進程明顯下降，收獲期呈回升趨勢。移栽后10d，各施肥處理的MBN含量均明顯高于CK。

與N100處理相比，配施味精廢液處理均顯著提高了土壤中MBN含量。M30N70處理的MBN含量顯著高于CK，N100，M10N90和 M50N50，分別提高了120.17%，74.71%，15.01%和20.06%。移栽后20d，各處理的MBN含量均出現不同程度的下降，其中CK在移栽后30d最早降為最低值，這可能是由于土壤氮素營養(yǎng)不能滿足西瓜生長需求，土壤微生物不得不加速自身礦化來提供養(yǎng)分，表明在沒有氮肥施入的情況下，土壤微生物量氮也能為作物生長提供一定量的氮素養(yǎng)分。而各施肥處理的MBN含量繼續(xù)下降，在移栽后60d達到最低值；收獲期（70d）各處理的MBN含量均有小幅的回升。

在西瓜的全生育期內，配施味精廢液處理均明顯高于單施化肥處理，其中M30N70處理的MBN含量始終處于最高，比N100提高35.31%～81.30%。可見，在配施味精廢液處理中，隨著味精廢液比例的增加，MBN含量呈先升后降的趨勢。因此，并非味精廢液所占的比例越大，土壤中MBN含量就越高。

表2 不同處理對西瓜根際土壤微生物量氮含量的影響

2.3 微生物量碳、氮占有機碳、全氮的百分比

微生物量碳／有機碳稱為微生物熵（MBC／TOC），它是衡量一個生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳積累或損失的一個重要指標，該值高則表示土壤碳的積累。微生物熵是一個比值，它能夠避免在使用絕對量或對不同有機質含量的土壤進行比較時出現的一些問題，因而土壤微生物熵能夠較為準確地反映土地利用和管理措施對土壤的影響［13］。由表3可見，在西瓜的全生育期內，土壤微生物熵在2.35%～6.71%之間波動。各施肥處理的微生物熵均顯著高于CK。移栽后20d，CK的微生物熵達到最大值，而 N100，M10N90，M30N70和M50N50處理在移栽后40d達到高峰，之后呈下降趨勢，在收獲期（70d）略有上升。在各施肥處理中，味精廢液與化肥的配施處理均顯著高于N100，表明有機肥的投入能明顯提高有機碳在微生物中的固定。而在配施的3個處理中，M30N70處理的微生物熵均高于M10N90和M50N50處理。在西瓜的整個生育期內，M30N70處理的微生物熵比N100提高27.59%～51.53%。

表3 不同處理對西瓜根際土壤微生物熵的影響

從表4可知，在移栽后10d，各處理的MBN／TN達到最大值，隨著西瓜的生長，根系吸收土壤氮素養(yǎng)分的能力增強，土壤微生物量氮逐漸降低，導致其占土壤全氮的百分比也逐漸下降，但各處理的下降程度不一。CK最早降至最低，移栽后30d時就已降至1.78%，表明對照土壤的氮素處于缺乏狀態(tài)。各施肥處理均在移栽后60d降至最低，在收獲期（70d）呈回升趨勢。在西瓜全生育期內，配施味精廢液處理的MBN／TN均明顯高于CK和N100處理，其中M10N90處理的MBN／TN最高，比N100處理提高了44.77%～89.33%；各處理的MBN／TN平均值大小次序為：M30N70＞M10N90≈M50N50＞N100＞CK。分析數據表明，施肥能顯著增加土壤微生物量氮占全氮的百分比，而配施味精廢液有機肥的效果明顯優(yōu)于單施化肥；在味精廢液有機肥與化肥的不同配比中，以3∶7比例配施的效果最顯著。

表4 不同處理對西瓜根際土壤MBN／TN的影響

2.4 不同處理對根際土壤微生物量碳氮比的影響

微生物量碳／土壤微生物量氮比（MBC／MBN）通常用來表征土壤微生物群落結構特征，可用作土壤氮素供應能力和有效性的評價指示［14］。從表5可以看出，西瓜各生育期內土壤 MBC／MBN比在6.58～23.85之間變化，其比值高于李貴桐等［15］的研究報道，可能與植物根系活動和土壤有效養(yǎng)分的差異等因素有關。移栽后10～30d，各施肥處理 MBC／MBN比明顯低于對照，這表明施肥處理土壤氮素的有效性較高。隨著生育進程的推進，西瓜吸氮量不斷增加，土壤有效氮含量逐漸降低，土壤微生物量氮逐漸轉化為有效氮供西瓜吸收利用，使各處理MBC／MBN比增大，除CK外，各施肥處理MBC／MBN比均在移栽后60d升至最高。在收獲期（70d）時，各處理 MBC／MBN比均有下降。西瓜植株根系周圍的微生物種群以細菌為主，其次是放線菌，而真菌最少，不同種群的C／N比不一樣，微生物區(qū)系中細菌和真菌的比例不同，必然會導致MBC／MBN比的不同。

表5 不同處理對西瓜根際土壤MBC／MBN比的影響

3 結果討論

土壤微生物量是土壤肥力的重要生物學指標。MBC可反映微生物的活動狀況，是土壤有機碳的靈敏指示因子；MBN是土壤微生物對氮素礦化與固持作用的綜合反映，凡是影響氮素礦化與固持過程的因素都會影響 MBN的含量［16］。Albiach等［17］研究認為，合理的施肥措施有利于改善土壤理化性狀和微生物區(qū)系，使土壤微生物量碳、氮含量增加，并能提高土壤肥力。本試驗得出，在西瓜的整個生育時期內，配施味精廢液處理的MBC和MBN含量均明顯高于對照和單施化肥處理，這與徐永剛等［4］在潮棕壤上的報道一致。這是因為配施有機肥不僅補充輸入了有機碳源，提高了養(yǎng)分的有效性和保水能力，且改善了土壤物理性狀，必將刺激土壤微生物繁殖［18］，從而使微生物量呈較高值。這也說明味精廢液與化肥配施下能有較多的氮素通過同化作用轉入到微生物體內被暫時固定，相應地減少了通過氨揮發(fā)和硝態(tài)氮淋失等途徑造成的氮素損失。這對調節(jié)土壤氮素供應、提高氮素利用率、防止水資源污染及保證農業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有一定的積極意義［19］。

本試驗還得出，各處理MBN含量在西瓜的生育過程中表現為移栽初期升高，隨生育進程推進逐漸下降，收獲期有小幅回升的趨勢。這與羅蘭芳等［12］在水稻上的研究結果一致，這一變化趨勢與土壤微生物活動、外界氣溫變化及西瓜對養(yǎng)分的吸收特性有關。移栽初期（10d），各處理MBN達到最大值。這可能是由于施入土壤的氮肥釋放迅速，土壤礦質氮含量達到最高；同時隨土壤溫度的升高，根系周圍土壤微生物活性迅速增強，土壤微生物開始固持土壤中的氮素，使土壤微生物量增加。隨生育進程的推進，西瓜對土壤氮素的需求量增加，而各處理的MBN含量逐漸降低，說明一部分微生物氮又被釋放出來，以供西瓜生長需要，這反映出土壤微生物氮是植物有效氮的重要儲備以及在土壤氮素供應方面的協(xié)調作用［20］。收獲期（70d），各處理土壤微生物量稍有回升。主要原因是西瓜停止生長后，地下根系逐漸衰老死亡，植株通過根系分泌物和殘體向土壤提供有機碳、氮，促進微生物生長，從而增加了MBC和MBN含量［21］。

作為土壤微生物量碳與有機碳的比值，微生物熵在對不同有機質含量的土壤進行比較時與總量有機碳或微生物量碳相比，均具有一定的優(yōu)勢；它更能反映出土壤碳庫的容量和活性特征，體現土壤質量的高低。土地利用和施肥對土壤微生物熵的影響可能來源于其改變了土壤有機物的投入量和其它土壤環(huán)境條件，從而使微生物量碳迅速發(fā)生變化［13］。本研究認為，配施味精廢液的3個處理均顯著高于單施化肥處理，這與徐陽春等［22］的研究結果相似。可能是由于有機肥的施用為土壤微生物生長提供了豐富的碳源和氮源，使其吸收合成其機體的一部分。這樣不僅提高了土壤有機碳的積累，而且更大的提高了土壤的微生物生物量，從而使微生物熵明顯提高。本試驗還得出，不同處理的 MBN／TN為1.78%～5.79%，這與Anderson和Domsch［23］的報道一致，同時配施味精廢液處理的MBN／TN顯著高于單施化肥處理，進一步證明了味精廢液與化肥配施能明顯增加土壤微生物量氮占全氮的百分比，有利于提高氮的有效性。

4 結論

（1）施用味精廢液使土壤生物過程活躍，有利于土壤有機物質的轉化和西瓜正常生長所需的營養(yǎng)供應。在西瓜不同生育期，根際土壤MBC和MBN含量動態(tài)變化規(guī)律不同。與M30N70處理相比，M10N90和M50N50處理對西瓜根際土壤微生物量碳、氮的影響較小。

（2）在味精廢液與化肥的不同搭配比例中，3∶7比例配施的MBC，MBN，MBC／TOC和MBN／TN均明顯高于1∶9和5∶5比例配施處理。可能是由于3∶7比例配施更好地調節(jié)了土壤C／N比，有利于土壤微生物活性的提高及微生物的大量繁殖，從而導致土壤微生物量的增加。同時3∶7比例配施的MBC／MBN比值小于1∶9和5∶5比例配施，也說明了該處理下土壤氮素的生物有效性較高。綜合分析可知，味精廢液與化肥以3︰7比例配施對西瓜根際土壤微生態(tài)環(huán)境的作用效果最佳，更有利于平衡西瓜氮素營養(yǎng)。

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