施肥對黑土自身轉(zhuǎn)化的影響

阿勒泰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境工程技術(shù)教研室 于洪艷

黑土是世界寶貴的土壤,在100-300年前，聰明的中國人就發(fā)現(xiàn)了黑土資源的寶貴，但隨著開墾年限的增加，黑土自身的優(yōu)勢大幅下降[1-9]。土壤自身氮素的轉(zhuǎn)化包括固氮、氨化、硝化及反硝化作用，這些過程都是由相關(guān)的微生物來完成的。不同的培肥方式能夠影響到土壤中微生物的組成和活性，從而影響土壤中氮素的轉(zhuǎn)化。本試驗通過不同的培肥方式研究黑土自身的氮素轉(zhuǎn)化強度和微生物活性，探討黑土氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律，為我國黑土資源保護(hù)性開發(fā)利用提供科學(xué)參考。

一、試驗材料及方法

（一）試驗地概況

哈爾濱市香坊區(qū)試驗基地作為本次試驗的土壤取樣地點，能夠代表松嫩平原黑土當(dāng)前狀況。試驗地基礎(chǔ)土壤情況如下：有機質(zhì) 28.97g·kg-1，全氮 0.32 g·kg-1，堿解氮168.60mg·kg-1，全磷 4.42 g·kg-1，速效磷 37.75 mg·kg-1，緩效鉀 88.19mg·kg-1，pH值為 6.39，質(zhì)地為壤土。

（二）處理與取樣

本試驗設(shè)空白（不適用任何肥料）、低量農(nóng)肥（堆肥、腐熟）、高量農(nóng)肥、低量化肥、高量化肥和農(nóng)肥+化肥共6個處理，所有肥料在播種時一次性施入，具體用量見表1。試驗在大豆的出苗、開花、結(jié)莢、鼓粒、成熟5個時期、四個時段進(jìn)行取樣檢測。

試驗小區(qū)長12m×4.2m，每個施肥處理重復(fù)4次，隨機排列（見表1）。

表1 不同施肥方式及肥料用量

（三）測定方法

固氮強度——凱氏定氮法；氨化強度——擴散吸收法；硝化強度——培養(yǎng)基接種土壤懸液法；反硝化強度——硝酸鹽消失法；微生物測定——稀釋培養(yǎng)法，計數(shù)采用MPN法；脲酶活性測定——靛酚比色法。

（四）數(shù)據(jù)處理

采用SPSS11.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析。

二、結(jié)果與分析

（一）對自生固氮作用強度的影響

在大豆生長的不同發(fā)育期，不同的施肥方式對固氮作用的影響不同（P=0.001），但明顯的是只要人工施用了肥料，均會使固氮作用大幅度下降，施用的農(nóng)肥越多下降越嚴(yán)重的是施用農(nóng)肥最多的處理，高達(dá)87.1%，這一系列數(shù)據(jù)表明，肥料的施用對土壤自生固氮能力有嚴(yán)重的抑制作用，農(nóng)肥的施用量越大，抑制作用越強。具體對比見圖1A。

圖1 不同施肥方式對固氮作用強度的影響

在大豆的生長發(fā)育期中，除出苗開花期以外，其他時間不施用任何肥料的土壤，其固氮作用要高于施用肥料處理后的土壤，其中以結(jié)莢-鼓粒期(P<0.001)差距最大（圖1B）。

不同的施肥方式對土壤好氣性自生固氮菌的影響見圖2，差異并不顯著（P=0.074）。

圖2 好氣性自生固氮菌的影響

（二）對氨化作用強度的影響

在大豆生長的不同發(fā)育期，不同的施肥方式對氨化作用的影響不同（P=0.004）。特別是在大豆成熟的結(jié)莢、鼓粒期（P<0.001）氨化強度均為最高。在整個大豆的生育期，不同處理方式土壤氨化強度排序為：高量農(nóng)肥處理≥低量農(nóng)肥處理≥農(nóng)肥和化肥等量配比處理，分別為NH4+-N為0.177mg·g-1、NH4+-N為0.170 mg·g-1、NH4+-N 為 0.1622mg·g-1。化肥的單獨施用抑制土壤的氨化強度，施用量越大，抑制作用越明顯，具體對比見圖3。

圖3 不同施肥方式對氨化作用強度的影響

不同的施肥方式對土壤中的氨化細(xì)菌數(shù)量的影響非常明顯，P=0.042），只要是施用農(nóng)肥，無論量的大小，氨化細(xì)菌的數(shù)量于空白相比均有顯著的提高，提高幅度產(chǎn)過了50%，具體見圖4。

圖4 不同處理對氨化細(xì)菌的影響

（三）不同培肥方式對硝化作用強度、亞硝酸鹽細(xì)菌的影響

農(nóng)肥、化肥的單獨施用及不同配比施用對土壤自身氮素轉(zhuǎn)化強度中的硝化強度影響顯著(P=0.004、0.021)。由圖5可以看出，農(nóng)肥的施用可以使土壤的硝化強度提高50%-60%，即使在有化肥的影響下，作用仍然存在，并不受其影響。

通過圖6明顯可以看出，肥料的施用明顯提高了土壤中亞硝酸鹽細(xì)菌的數(shù)量（P=0.021）。其中提高幅度最大的是農(nóng)肥高量處理，與空白相比提高了5.7倍。

圖6 不同施肥方式對亞硝酸鹽細(xì)菌的影響

（四）不同培肥方式對脲酶活性的影響

脲酶的最大作用是能促進(jìn)土壤中尿素水解成氨，這對植物生長意義重大。圖7顯示，施用肥料可以提高土壤脲酶的活性（P=0.003）。但提高的幅度不同，排在前兩位的分別是化肥高量處理和農(nóng)肥化肥等量配比處理，提高幅度分別為44.5%和36.6%。

圖7 不同施肥方式對脲酶活性的影響

三、討論

隨著人口的增長，擺在人類面前最緊迫的問題是如何利用有限的耕地生產(chǎn)出更多的糧食，同時要最大限度降低對環(huán)境的污染。影響作物產(chǎn)量和作物生長的最重要元素之一便是氮元素，因此，如何利用生物固氮技術(shù)已成為當(dāng)代學(xué)者研究的首要任務(wù)。

與共生固氮相比，自生固氮研究較少。雖然兩者相比較，后者能力較低，但是由于自生固氮不需要與植物配合，具有分布廣、適應(yīng)強的特點，因此，在生態(tài)系統(tǒng)中自生固氮可能具有更重要的作用。

施用農(nóng)肥能夠提高土壤中好氣性自生固氮菌、氨化細(xì)菌、亞硝酸鹽細(xì)菌的數(shù)量，隨施用量的不同和是否同時施用化肥，提高的程度不同。

四、結(jié)論

在大豆生長的不同發(fā)育期，人工施用肥料使固氮作用大幅度下降，但提高了氨化強度和硝化強度，特別是農(nóng)肥的施用可以使土壤的硝化強度提高50%-60%。因此，可以表明肥料的施用嚴(yán)重改變了土壤氮素的自身轉(zhuǎn)化。