復合微生物肥對堿土生物學性狀與土壤肥力的影響

烏音嘎，烏 恩，吳 瀾，閆志蕊

（內蒙古農業大學草原與資源環境學院，內蒙古自治區土壤質量與養分資源重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010018）

鹽堿地的共性是有機質含量低，理化性狀差，對作物有害的離子多，土壤肥力低，作物不易出苗，影響作物成長及產量，導致作物種植的利用價值受限制。在鹽堿土中，土壤養分循環與土壤酶活性的生態特征密切相關。例如：土壤中微生物總量的減少會降低土壤酶活性的釋放量，釋放出來的土壤酶需要和土壤礦物質膠體結合，但地表植物稀少及土壤有機質含量低等原因，限制了胞外酶活性物質的有效吸附能力。再者，土壤溶液中較高的鹽離子濃度會導致土壤酶活性在鹽析作用下脫水失活等現象［1］。鹽堿地施用復合生物肥料后增加土壤有效鈣的含量，同時微生物分解有機質產生的有機酸也能使土壤吸附的鈣活化，加強了對土壤吸附性鈉的置換作用，導致脫鹽脫堿。在復合微生物肥作用下，鹽堿地的有害離子含量和pH值明顯降低，土壤緩沖性能增加，提高了作物的耐鹽堿性［2］。

復合微生物肥是由特定微生物與營養物質復合而成，具有改良土壤，增加植物養分吸收，提高農產品產量或改善農產品品質等重要作用的活體微生物制品［3］。有研究發現，復合微生物肥在農業生產中的增產效果一般在0%～5%［4］，可提高溫室草莓單株產量最高達0.52 kg/株［5］，并有效增加溫室豇豆地上生物量［6］。孫中濤等［7］的研究表明，雖然施用單一微生物肥料可改善棉田土壤生態環境，提高土壤肥力，增加土壤有效磷、堿解氮和速效鉀，但微生物肥料與有機肥混施效果更好。早期也有學者認為應在加施有機肥或化肥的同時施微生物肥料［8］。Yao等［9］研究結果顯示，施用微生物肥料可降低土層鹽分含量，菌劑配施無機肥處理脫鹽效果優于單施菌肥處理。可改善土壤微生態系統，增加微生物數量，主要可促進土壤細菌和放線菌的繁殖。李彰等［6］研究了微生物菌肥對土壤物理性狀的影響，結果發現微生物菌肥能明顯改善土壤耕層的物理性狀和生態環境，土壤相對含水量及土壤溫度明顯增加，0～20 cm耕層土壤容重顯著降低。

本研究在內蒙古農業大學海流圖科技園區堿土上，以不施肥和習慣施肥為對照開展了施用復合微生物肥田間試驗，通過其對土壤pH及EC值、有機質、速效養分、酶活性和土壤微生物量碳氮的影響，探討了對堿土土壤改良效果，為更好地改良利用堿土提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地設在內蒙古農業大學海流圖科技園區，位于內蒙古呼和浩特市土默特左旗北什軸鄉海流村境內，地理坐標為東經111°22′30″，北緯40°41′30″。該地區屬中溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為5.8℃，年平均降水量為417.5 mm，年平均蒸發量大約為1800 mm［10］。

1.2 試驗地土壤

試驗地土壤有機質含量較低，pH值和堿化度相對較高，屬于堿土，基本理化性狀見表1。

1.3 供試肥料

供試肥料：復合微生物肥（總養分N+P205+K2O=8%、有效活菌數≥0.2億/g、有機質≥20%）；化肥為磷酸二銨（總養分≥64.0%、N-P2O5-K2O=18-46-0）、尿素（總氮≥46%）。

1.4 試驗設計與實施

試驗地于2017年4月25日翻地，5月9日整地區劃、施肥播種。試驗采用隨機區組設計，設置對照（CK）、當地習慣施肥（CF）和3個復合微生物肥處理（CMF1、CMF2和CMF3），4次重復，共20個小區，小區面積10 m×5 m=50 m2，小區四周設置0.3 m田埂，區組之間設置1 m寬作業道。玉米品種為伊單52號，播種量30 kg/hm2，播深4 cm，株距25 cm，行距50 cm。復合微生物肥均作為基肥一次施用，習慣施肥以磷酸二銨作基肥，再追施尿素。6月24日采用人工挖出深約8～10 cm施肥穴追施尿素并覆土，各處理施肥量見表2。5月10日第1次漫灌，6月10日第2次漫灌。于6月24日和7月13日人工鋤地兩次。

1.5 測定項目與方法

1.5.1 土壤樣品采集與處理

在玉米收獲期（9月底），從每個處理小區采集0～20 cm的混合土壤樣品，分裝于經滅菌的密封袋，風干、磨碎和過篩后，進行土壤酶活性及養分含量的測定分析。取混合土樣的一部分裝入密封袋，保存于4 ℃干冰中，并帶回實驗室，用于微生物碳氮測定。

1.5.2 土壤化學性狀的測定

土壤pH值采用電位法測定；土壤EC值采用電導率測定儀（土水比=1∶5）。

1.5.3 土壤生物學性狀的測定

土壤酶活性的測定：本研究測定了土壤過氧化氫酶、脲酶、磷酸活性酶和蔗糖酶，分別采用高錳酸鉀滴定法、苯酚-次氯酸鈉比色法、磷酸苯二鈉比色法和3，5-二硝基水楊酸比色法測定［11］。土壤微生物量碳、氮的測定：土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸浸提法測定［11］。土壤有機碳測定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定［12］。土壤微生物熵由下式計算：土壤微生物熵=土壤微生物量碳/土壤有機碳。

1.5.4 土壤養分的測定

土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀分別采用重鉻酸鉀容量法、堿解擴散法、鉬銻抗比色法和火焰光度法測定［12］。

1.6 數據分析

數據用Excel 2010整理，用SAS 9.0進行One Way ANOVA方差分析，比較不同處理間的差異顯著性，用簡單相關分析評價各因子間的相關關系。

2 結果與分析

2.1 復合微生物肥對土壤主要化學性狀的影響

不同處理土壤pH和EC值見圖1。在0～10和10～20 cm土層中，CMF1、CMF2、CMF3的土壤pH值顯著低于CF，分別比CF低0.3、0.43、0.7和0.47、0.52、0.87個單位；比CK顯著低0.4、0.53、0.8和0.47、0.52、0.87個單位。0～20 cm土層中，CMF3的土壤pH值顯著低于CF和CK，分別比CF和CK下降0.72和0.88個單位。在0～10 cm土層中，CMF1、CMF2和CMF3的土壤EC值顯著低于CK，比CK下降0.21、0.25和0.26 mS/cm；在10～20 cm土層中，CMF1、CMF2、CMF3的土壤EC值顯著低于CF，比CF下降0.25、0.26、0.28 mS/cm，與CK相比，下降0.3、0.31、0.33 mS/cm。在0～20 cm土層中，CMF1、CMF2、CMF3的土壤EC值顯著低于CK，比CK下降0.17、0.34、0.39 mS/cm；CMF2和CMF3的土壤EC值顯著低于CF，比CF下降0.23、0.28 mS/cm。以上結果表明，堿土土壤pH和EC值隨復合微生物肥投入增加而減小。

2.2 復合微生物肥對土壤有機質及速效養分的影響

不同處理土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀見表3。CMF1、CMF2和CMF3的土壤有機質顯著高于CK，分別比CK高22.48%、27.11%和35.19%，CMF1、CMF2和CMF3的土壤有機質顯著高于CF，分別比CF高10.40%、14.57%和21.85%。CF的土壤有機質與CK無顯著差異。CMF1、CMF2和CMF3的土壤堿解氮顯著高于CK，分別比CK高22.40%、28.31%和33.33%，CMF1、CMF2和CMF3的土壤堿解氮與CF無顯著差異。CMF1、CMF2和CMF3的土壤有效磷顯著高于CK，分別比CK高104.04%、113.84%和132.97%，CMF3的土壤有效磷顯著高于CF，比CF高41.19%，CMF1和CMF2的土壤有效磷與CF無顯著差異。CMF1、CMF2、CMF3的土壤速效鉀顯著高于CF和CK，分別比CF和CK高34.28%、34.92%、37.82%和12.24%、12.78%、15.20%。說明堿土應用復合微生物肥后，明顯提高了土壤養分的有效性。

表3 不同處理土壤有機質和有效養分及其差異顯著性

2.3 復合微生物肥對土壤酶活性的影響

不同處理土壤過氧化氫酶、脲酶、磷酸活性酶和蔗糖酶見表4。

表4 不同處理土壤酶活性及其差異顯著性

CMF3的過氧化氫酶顯著高于CF和CK，比CF和CK高122.22%和158.06%，CMF1和CMF2的過氧化氫酶與CK無顯著差異；CMF1和CMF2的過氧化氫酶與CF無顯著差異；CF的過氧化氫酶與CK無顯著差異。CMF1、CMF2、CMF3的脲酶顯著高于CF和CK，分別比CF和CK高15.82%、27.08%、28.42%和57.54%、72.99%、74.82%，CF比CK高36.13%。CMF1、CMF2、CMF3的磷酸活性酶顯著高于CF和CK，分別比CF和CK高21.95%、43.90%、48.78%和38.89%、63.89%、69.44%；CF的磷酸活性酶與CK無顯著差異。CMF1、CMF2、CMF3的蔗糖酶顯著高于CF和CK，分別比CF和CK高29.32%、38.72%、40.19%和41.38%、51.65%、53.25%，CF的蔗糖酶與CK無顯著差異。說明復合微生物肥能增加土壤酶活性。

2.4 復合微生物肥對土壤微生物量碳、氮的影響

不同處理土壤微生物量碳、氮見表5。

表5 不同處理土壤微生物量碳、氮及其差異顯著性

CMF1、CMF2、CMF3和CF的微生物量碳顯著高于CK，比CK高71.41%、74.65%、82.36%和25.06%，CMF1、CMF2和CMF3的微生物量碳顯著高于CF，比CF高37.07%、39.65%和45.82%。CMF1、CMF2、CMF3的微生物量氮顯著高于CF和CK，分別比CF和CK高15.79%、17.09%、18.22%和29.13%、30.58%、31.84%。CMF1、CMF2、CMF3的微生物量碳/氮顯著高于CF和CK，分別比CF和CK高26.40%、28.35%、33.03%和30.29%、32.31%、37.13%。說明土壤微生物量碳、氮隨復合微生物肥施用量的增加而增加。

2.5 復合微生物肥對土壤微生物熵的影響

不同處理土壤微生物熵見圖2。

不同處理間土壤微生物熵有顯著性差異大小依次為：CMF3＞CMF2＞CMF1＞CF＞CK，其中CMF1、CMF2、CMF3的土壤微生物熵顯著高于CF和CK，分別比CF和CK高33.33%、34.78%、37.68和21.05%、22.37%、25.00%。而CF與CK差異不顯著。

2.6 土壤養分與土壤微生物量碳、氮之間的相關性

土壤養分與微生物量碳、氮之間的相關性見表6。

表6 土壤養分與土壤微生物量碳、氮之間的相關性

土壤微生物量碳、氮，土壤微生物量碳/氮。與土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀均存在顯著或極顯著正相關關系。

3 討論

3.1 復合微生物肥對土壤化學性狀的影響

有大量研究證明，施入微生物肥對土壤理化性質有顯著的影響，但不同研究由于施入微生物肥料種類及試驗地生境的不同，結果有很大差異［13］。有研究表明，落葉松人工林和松嫩平原鹽堿地造林土壤施入微生物肥料會降低土壤pH值［14-15］，但也有研究發現，在高寒草甸草原施入微生物肥料會顯著提高土壤pH值［16］。本試驗結果顯示，堿土耕層土壤pH值在復合微生物肥處理組與對照和習慣施肥相比顯著降低。這說明了復合微生物肥對土壤鹽堿性有緩沖作用，并促使降低土壤pH值。本研究得出，隨著施肥量加大，0～20 cm土層的土壤電導率在復合微生物肥處理組與習慣施肥和對照相比顯著降低。這與劉軍輝［17］的研究結果一致，劉軍輝在河北省西南部開展了復合微生物制劑對鹽堿地土壤修復的試驗，連續施用了3年的復合微生物制劑后，土壤電導率比對照降低了90%。說明施用復合微生物肥對堿土改良效果很明顯。

3.2 復合微生物肥對土壤生物學性狀的影響

土壤酶是土壤有機質分解、土壤養分轉化和循環的驅動力，是土壤質量和生態穩定性的重要指標［18］，不但影響土壤養分有效性，還影響作物的生長發育和根系活力水平［7］。本研究發現，不同用量的復合微生物肥處理顯著提高了土壤過氧化氫酶、脲酶、磷酸活性酶和蔗糖酶活性。隨著復合微生物肥施用量的增加，土壤有益微生物數量隨之提高，并通過它們的活動及生殖代謝，提高了土壤酶活性。這與宋以玲等［19］、徐雙等［11］和楊瑒等［20］的研究結果一致。宋以玲等［19］研究的復合微生物料替代部分復合肥對土壤微生物和理化性質的影響結果得出，不同比例的復合微生物肥替代復合肥顯著提高了土壤過氧化氫酶、中性磷酸酶和蔗糖酶活性。徐雙等［11］在黃河三角洲濱海鹽堿地上，研究了不同施肥處理對土壤微生物和酶活性的影響。結果表明，和農民傳統施肥相比，使用生物菌肥能夠有效提高棉花花鈴期土壤酶活性，脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性分別提高49.7%、414.4%和22.8%。楊瑒等［20］在針對東北寒區鹽堿地的研究發現，施氮量的增加可以提高鹽堿地土壤脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性，且4種酶活性在馬鈴薯不同發育時期的變化趨勢存在差異。土壤微生物量碳和氮含量可作為土壤微生物量大小的指標，土壤微生物量碳和氮含量越高，土壤微生物量越大［21］。本研究發現，施用復合微生物肥可提高土壤微生物量碳和氮含量，且隨復合微生物肥施肥量的增加，土壤微生物量碳氮含量均呈增加趨勢，這可能是復合微生物肥中含有豐富有機質和營養元素為土壤微生物活動提供了能量和動力，從而改善了土壤微生物種群［22］，增加了土壤微生物量，使土壤微生物量碳氮含量提高。這與薛蓮等［23］和閆瑞瑞等［24］的研究結果一致。土壤微生物熵可以充分反映土壤中活性有機碳所占的比例，從微生物學角度揭示土壤肥力的差異，由于土壤微生物量碳周轉快，所以微生物熵值越大，土壤有機碳周轉越快［25］。有研究表明，土壤微生物熵值一般為1%～4%［26］，因為土壤類型、管理措施、分析方法和采樣時間等差異，微生物熵的范圍擴大為0.27%～7.0%［27］。在本研究中，各施肥處理的堿土土壤微生物熵變化范圍為0.58%～1.06%，與前人的研究范圍相一致。表明復合微生物肥能夠有效地提升土壤酶活性，同時增加土壤肥力，達到改良堿土的效果。

3.3 復合微生物肥對土壤養分的影響

很多研究表明，施入微生物肥料可以促進土壤有機質的合成［14-17］，提高土壤有效磷含量［15-18］。有研究結果顯示，棉田、山藥及桃園土壤、溫室大棚和鹽堿地施加微生物肥料后，土壤有機質含量增加，促進了土壤有效磷的形成［14-16，28］，土壤堿解氮和速效鉀含量增加［7］。本研究得出，復合微生物處理組的土壤有機質高于對照，這可能是施用復合微生物肥可抑制土壤積鹽，促使土壤養分含量和土壤微環境發生變化，改善土壤微生態系統，增強土壤肥力。這與單玉梅等［29］研究結果一致，其研究復合微生物肥對科爾沁區天然打草場土壤理化性質的影響中，施加微生物肥料后，土壤有機質含量有增加的趨勢。從土壤有效磷的測定數據可以看出，復合微生物肥高量施肥水平能較好地增加土壤有效磷含量，其效果遠優于習慣施肥。這與陳哲等［18］研究結果一致，其在研究長期施用復合微生物肥對農田土壤速效養分的影響中，不同施肥處理土壤有效磷含量由高到低的順序為：復合微生物肥＞化肥＞對照。復合微生物肥處理組的土壤速效鉀和堿解氮含量相等或超過了習慣施肥和對照，這說明了習慣施肥增加土壤速效鉀含量的效果不如復合微生物肥。并且堿土施加復合微生物肥后，增加了土壤速效鉀和堿解氮含量，這與孫中濤等［7］研究結果一致，其在研究微生物肥料對棉田土壤生態與棉花生長的影響中，棉田土壤里施微生物肥料可以提高土壤堿解氮和速效鉀含量。

土壤微生物量碳含量與土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀之間均存在顯著或極顯著正相關關系。這與徐陽春等［30］和胡誠等［31］的研究結果一致。徐陽春等［30］在長期免耕及施用有機肥料對土壤微生物生物量碳、氮及磷的影響中得出了土壤微生物生物量碳與土壤有機碳和堿解氮均呈極顯著正相關；胡誠等［31］在長期施用生物有機肥對土壤影響試驗中得出土壤微生物生物量碳與速效鉀含量呈顯著正相關。土壤微生物量氮含量與土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀均存在顯著正相關關系。這與徐陽春等［30］的研究結果一致，他指出土壤微生物生物量氮與土壤有機質、有效磷、速效鉀和堿解氮呈極顯著正相關。表明土壤微生物量碳氮與土壤養分有緊密相關性，可作為評價土壤質量的生物學指標。

4 結論

復合微生物肥的施入有效降低堿土土壤pH和EC值。其中復合微生物肥處理組的高施肥量對土壤pH值降低幅度最大。在0～10 cm土層中，低量、中量和高量的土壤pH值分別較不施肥顯著降低了0.4、0.53和0.8個單位；低量、中量和高量的土壤EC值分別較不施肥顯著降低了0.21、0.25和0.26 mS/cm；在10～20 cm土層中，低量、中量和高量的土壤pH值分別較不施肥顯著降低了0.47、0.52和0.87個單位。低量、中量和高量的土壤EC值分別較不施肥顯著降低了0.25、0.26和0.28 mS/cm。

施用復合微生物肥能提高土壤酶活性，與不施肥相比分別提高土壤過氧化氫酶、脲酶、磷酸活性酶和蔗糖酶62.90%～158.06%、57.66%～74.82%、38.89%～69.44%和41.37%～53.25%；與習慣施肥相 比 分 別 提 高40.28%～122.22%、15.82%～28.42%、21.95%～48.78%和29.32%～40.19%。施用復合微生物肥能提高土壤微生物量碳、氮、碳/氮和熵，與不施肥相比分別提高71.41%～82.36%、29.13%～31.84%、30.16%～37.13%和33.33%～37.68%；與習慣施肥相比分別提高37.07%～45.82%、15.79%～18.22%、26.27%～33.03%和21.05%～25%。

復合微生物肥和習慣施肥可提高土壤有機質及速效養分含量。復合微生物肥處理的土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別比不施肥顯著增加了22.48%～35.19%、22.40%～33.33%、104.04%～132.97%和34.28%～37.82%。復合微生物肥處理組的土壤有機質和速效鉀含量分別比習慣施肥顯著增加了10.40%～21.85%和12.24%～15.20%。

土壤微生物量碳氮與土壤有機質和速效養分之間具有正相關關系，表明土壤微生物量碳氮可以作為判斷土壤肥力狀況的生物學指標。

致謝：南京農業大學提供了復合微生物肥，特此致謝！