添加微生物菌劑對土壤中氮磷形態及含量的影響

鄧天天　周士波　胡燁　黃坦　梁耀洪

摘要：通過批次試驗研究微生物菌劑與化學肥料混用條件下對土壤中氮磷形態及含量變化的影響。結果表明，微生物菌劑單一或與肥料混用時均對土壤中有效磷含量的影響較小。微生物菌劑與磷肥混用時會抑制氮素的形態轉化，造成土壤中的硝態氮含量降低;與氮磷肥混用時，該抑制過程被抵消，土壤中硝態氮含量明顯增加。微生物菌劑與氮肥、磷肥三者共用時能有效增加土壤銨態氮含量，且在氮肥、磷肥與微生物菌劑質量比為1 ∶1 ∶30時，銨態氮含量的增加效果最好，氮肥、磷肥與微生物菌劑質量比為1 ∶1 ∶20 時，硝態氮含量的增加效果最好。研究結果為微生物菌劑在農業生產過程中的有效使用和微生物菌劑與化肥混用的最佳配比研究提供了一定的數據和理論支持。

關鍵詞：微生物菌劑;氮肥;磷肥;含量;形態

中圖分類號： S182;S153.6+1文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）09-0276-04

盡管近年來農業種植發展迅猛，但是我國耕地基礎地力低的現狀使得種植農作物的產量并不能滿足基本的糧食需求?；实脑霎a效果使其成為現代農業中不可或缺的主角。雖然化學肥料的使用帶來了農作物產量的明顯提高，但不合理的過量使用化肥也引發了土壤板結、微生態失衡、土地生產能力下降等一系列問題[1-2]。在解決農業面源污染的問題上，傳統的物理化學處理方法由于其二次污染或成本原因而使其大范圍的使用受到限制，而微生物菌劑的出現則在一定程度上彌補了以往處理方法中的不足，其具有預防病害、提高地力、改良土壤、中和土壤酸堿度、降低土壤重金屬和鹽堿毒害等優點，微生物菌劑主要通過培育特定的微生物，利用微生物以有機物為營養物進行生長繁殖的特性，達到高效處理土壤污染的目的[3]。因此，有關微生物菌劑的研究也逐漸成為環境領域新的研究方向。

微生物菌劑是一種由人為培育的多種微生物，通過分離、純化等一系列方法獲得優勢菌，采用固定化技術將其與載體制備而成的[4]。微生物菌劑是一類以微生物的生命活動及其產物修復土壤的生物活體制品，由于微生物種類繁多、作用機制多樣，研發與應用的潛力巨大[5-6]。

目前國外報道較多的為EM（有效微生物）菌，是由日本琉球大學的比嘉照夫教授于20世紀80年代初期研究發明的微生物菌劑，該菌群具有組成復雜、結構穩定、功能廣泛等特點[7-8]。而我國的微生物菌劑研究始于20世紀50年代。近年來，在復合微生物菌劑上的研究也逐漸增多，如李鳴雷等使用平板法從土壤樣品中分離培養得到微生物菌劑[9];席北斗等使用篩選法培育了復合微生物菌劑V[10];張隴利等自制了VT復合微生物菌劑[11]，都顯示了國內在微生物菌劑研究上的成就和進展。此外有研究表明，微生物菌劑與化肥混用后，可提高農作物的產量和品質，比傳統單施化肥增產5%～10%[12-15]，可使小麥、玉米等作物的化肥使用量降低 25%～30%[16-18]。

近年來，已有研究者在微生物菌劑與化肥配施對番茄、水稻、菠菜、大蒜等作物的產量和品質的影響以及對秸稈還田后土壤酶活性、土壤微生物數量的影響等方面進行了一系列的研究[19-22]。但利用微生物菌劑與化肥的不同配比對土壤中氮磷的形態及含量影響的相關研究較少。微生物菌劑和化肥混合使用，不僅可以保證農作物產量和品質，還可以在一定程度上減少化肥的使用量，恢復土壤功能。本研究主要分析微生物菌劑添加條件下對土壤中氮磷形態及含量的影響，以期找到微生物菌劑與氮磷肥共同作用的最佳配比，以及微生物菌劑與氮磷肥共同作用對土壤中氮磷形態及含量產生的影響，為微生物菌劑在農業生產過程中的有效使用提供一定的數據和理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試土壤 本研究所用土壤來自河南省新鄭市郭店鄉劉莊（113.7° E，34.4° N）的農田，采樣時農田種植物為小麥。經測定，采樣土壤為堿性土壤，風干土樣含水率為 2.3%，新鮮土樣含水率為13.1%。屬黃墑土，適宜耕種，但有效含水量較少，播種出苗不齊，需要灌溉。土壤的基本理化性質如下：有機碳含量為10.28 g/kg，全磷含量為4.10 g/kg，有效磷含量為17.05 mg/kg，NO-3-N含量為10.03 mg/kg，NH+4-N含量為16.58 mg/kg，pH值為8.06。

1.1.2 試驗裝置及儀器 試驗所用裝置為普通塑料花盆，盆上口直徑9 cm，高8.5 cm，盆口面積為0.006 4 m2。所用儀器主要有UV-6300紫外可見分光光度計、ZD-85恒溫往復振蕩器、HH-4數顯恒溫水浴鍋、L-530離心機、DHG-9070電熱恒溫鼓風干燥箱等。

試驗所用微生物菌劑購于湖北靈光生物有限公司，含有固氮菌、解磷菌等。與化肥或有機肥配合使用可提高肥料利用率。所用外加氮肥為硝酸銨（NH4NO3），屬于硝銨態氮肥，氮肥中含有銨離子和硝酸根2種形態的氮，含氮量為33%～35%，分為白色粉狀結晶和白色或淺黃色顆粒2種，易溶于水，是一種速效氮肥，其中的銨離子和硝酸根離子占1/2，屬于化學酸性、生理中性的肥料。所用磷肥為過磷酸鈣，是我國的主要磷肥品種，通常稱為普通過磷酸鈣，簡稱普鈣，是用硫酸直接分解磷礦制得的磷肥，主要有用組分是磷酸二氫鈣的水合物Ca（H2PO4）2H2O和少量游離的磷酸，還含有無水硫酸鈣組分（對缺硫土壤有用）。過磷酸鈣含有效磷14%～20%，屬于水溶性速效磷肥，分為灰色或灰白色粉末或顆粒，可直接作為磷肥，也可作復合肥料的配料。

1.2 試驗時間及地點

試驗于2017年7月19日至8月15日在河南工程學院農田土壤污染控制修復實驗室進行。

1.3 試驗方法

為研究微生物菌劑與氮磷肥混用對土壤中氮磷形態及含量的影響，共設計4組試驗，每組試驗的微生物菌劑添加量分為4個梯度（表1）。試驗所用氮磷肥分別為硝酸銨和過磷酸鈣，設置硝酸銨濃度為2 g/L，添加量為50 mL，設置過磷酸鈣濃度為5 g/L，添加量為20 mL。

1.4 分析和測試方法

從培養當天開始計算，定時檢測土壤中的氮磷含量，每天定時澆水，保持田間水量。通過氮磷含量的變化，研究微生物菌劑與氮磷肥混用對土壤中氮磷形態及含量的影響。本試驗采用紫外分光光度法測定土壤硝態氮含量，用氯化鉀浸提法測定土壤銨態氮含量，用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定土壤有效磷含量。

1.5 數據處理與分析

利用Origin 8.0和Excel 2007對本研究數據進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 微生物菌劑與氮磷肥混用對有效磷含量的影響

通過對1個月內有效磷含量的測定，得到有效磷含量隨時間的變化曲線。由圖1可以看出，A組與B組呈現出相似的變化趨勢，而C組與D組的變化趨勢較為接近。由結果可見，2種模式下微生物菌劑的不同添加量對有效磷含量的變化作用并不明顯，這主要是因為該微生物菌劑并無解磷功能，在無外加磷肥的條件下無法影響土壤中的有效磷含量。

C組和D組呈現基本相同的曲線趨勢則表明，微生物菌劑的不同添加梯度對有效磷含量的變化幾乎不起作用，但磷肥的添加使有效磷含量達到平衡的時間有所向后推移，且在最后1次測量時含量呈上升趨勢，提高了平衡狀態時土壤中的有效磷濃度。這是由于在添加磷肥的條件下，土壤中的有效磷含量增加，而土壤中并無可吸收有效磷的植物。由此可見，添加磷肥對推遲平衡時間、增加有效磷濃度有明顯效果，但微生物菌劑的添加對土壤中有效磷濃度的作用效果較差。

2.2 微生物菌劑與氮磷肥混用對銨態氮含量的影響

土壤中肥料的不同添加方式對銨態氮含量的影響直接表現為1個月內所測量的銨態氮含量變化。如圖2所示，總體來看，銨態氮含量先降低最后趨于平穩，這一方面是因為銨態氮會以揮發的形式流失[23]，另一方面是因為其會通過硝化作用轉化為硝態氮[24]。由圖2可以明顯看出，當微生物菌劑添加量為3 g/盆時，銨態氮含量較其他組高，說明此時微生物菌劑的固氮效果最好。而微生物菌劑添加量為0、1 g/盆時，固氮效果較差，可見微生物菌劑的固氮效果隨添加量的增加而增強，由此可推斷，3 g/盆并不一定是最適添加量，還需用更高梯度的試驗找到微生物菌劑與化肥配施的最佳配比。C、D 2組曲線中微生物菌劑添加量為2或3 g/盆時，銨態氮降低速度整體較A、B組減緩且最后的平衡濃度比A、B 2組高，說明磷肥的添加抑制了土壤中的硝化作用。

2.3 微生物菌劑與氮磷肥混用對硝態氮含量的影響

肥料的不同添加方式對硝態氮的影響如圖3所示?？傮w來看，土壤中硝態氮含量先升高，最后趨于平穩，這一方面是由于微生物菌劑具有固氮效果，另一方面是由于銨態氮通過硝化作用轉化為硝態氮[25]。當微生物菌劑的添加量為 0 g/盆時效果明顯較差，其他3組曲線有明顯的升高。但B組與A組相比，整體含量都有所提高，說明氮肥的添加提高了土壤中硝態氮的含量。由C組曲線可以看出，硝態氮的整體含量降低，說明添加磷肥對硝態氮含量有抑制作用，添加量為 1 g/盆時的抑制效果明顯，這可能是由于磷肥的添加抑制了硝化作用，從而使硝態氮含量整體偏低[26]。D組中曲線的整體趨勢呈上升狀態，說明當微生物菌劑與氮磷肥混用時，對硝態氮含量的增加起促進作用，且消除了磷肥對硝化作用的抑制。由此可見，當單獨使用微生物菌劑與磷肥時，對土壤中的硝態氮含量有抑制效果，當添加微生物菌劑與氮肥或微生物菌劑與氮磷肥時，對硝態氮含量增加的促進效果明顯，且微生物菌劑與氮磷肥混用可抵消磷肥對硝化作用的抑制。其中，最適微生物菌劑添加量為 2 g/盆。

2.4 微生物菌劑添加量為3 g/盆時對銨態氮含量的影響

當微生物菌劑添加量為3 g/盆時，固氮效果最好，由圖4可以看出，當微生物菌劑與氮磷肥混用時，銨態氮含量比其他組高，微生物菌劑與氮肥混用的效果次之。各組曲線變化趨勢大致相同，在23 d后達到平衡狀態。由此可知，當微生物菌劑與氮磷肥質量比為1 ∶1 ∶30時，固氮效果最好。

2.5 微生物菌劑添加量為2 g/盆時對硝態氮含量的影響

當微生物菌劑添加量為2 g/盆時，土壤中硝態氮含量增加得最為明顯，由圖5可知，B組由于添加了氮肥，導致前期硝態氮含量較高，但后期含量略低于D組，說明當添加物為微生物菌劑與氮磷肥時，土壤中硝態氮含量增加的效果最好，微生物菌劑與氮肥的混用效果次之。當添加物為微生物菌劑與磷肥時，硝化作用被抑制，但若再添加氮肥，硝態氮前期的高含量將與磷肥的抑制效果抵消，使硝態氮含量增加正常。此次測量時間為27 d，最后1次測量時除C組外，其余各組尚未達到平衡狀態，平衡時間被推遲。由此可知，當微生物菌劑添加量為 2 g/盆 時，與氮磷肥混用的效果最好，即微生物菌劑與氮磷肥質量比為1 ∶1 ∶20時對硝態氮含量增加的效果最好。

3 討論與結論

本研究表明，添加磷肥對推遲有效磷含量平衡時間、增加有效磷濃度有明顯效果，但微生物菌劑的添加梯度對磷含量的增加效果不明顯。在添加微生物菌劑與氮磷肥后對土壤中銨態氮和硝態氮含量變化的研究過程中發現，磷肥的添加對硝化作用有抑制效果;在銨態氮含量的研究中發現，當微生物菌劑與氮磷肥混用時固氮效果最好;在硝態氮含量的研究中發現，當使用微生物菌劑與磷肥時，會抑制土壤中的硝化作用，當添加微生物菌劑與氮肥或微生物菌劑與氮磷肥時，對硝態氮含量增加的促進效果明顯，且微生物菌劑與氮磷肥混用可抵消磷肥的抑制作用。當氮磷肥與微生物菌劑質量比為 1 ∶1 ∶30 時固氮效果最好，質量比為1 ∶1 ∶20時硝態氮增加效果最好。

從微生物菌劑的不同添加量對氮磷含量的作用來看，對磷含量變化的效果較差，但對銨態氮與硝態氮含量變化的效果明顯且有最適添加量，說明施用微生物菌劑能增強土壤的供氮能力[27]。從微生物菌劑與氮磷肥混合使用對氮磷含量的作用來看，氮磷肥的利用率得到了提高，并且找到了在固定氮磷肥添加量的條件下微生物菌劑與氮磷肥的最適配比。本試驗所用氮肥與磷肥單一，因此結論并不能被廣泛使用，只是相對于過磷酸鈣和硝酸銨而言會有一定的作用。

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