长期施用生物有机肥对土壤肥力及微生物生物量碳的影响.pdf

3 十五 国家科技攻关项目 黄淮海平原高产区优质高效农业结构模式与技术研究 2001BA50801 资助 33 通讯作者 收稿日期 2005209204 改回日期 2005212227 长期施用生物有机肥对土壤肥力及微生物生物量碳的影响 3 胡 诚1 2 曹志平2 33 罗艳蕊2 马永良2 1 1 湖北省农业科学院植保土肥研究所 武汉 430064 21 中国农业大学资源与环境学院 北京 100094 摘 要 为了研究施用生物有机肥 EM 堆肥 即有效微生物制剂 堆肥 对土壤肥力及微生物生物量碳的影响 进 行了7年的施用15t hm2 a有机肥 施用715t hm2 a有机肥 包括EM堆肥 EM鸡粪肥和传统有机肥 施用化肥 和对照处理的田间试验 结果表明 长期施用生物有机肥的土壤肥力明显提高 随着生物有机肥用量的提高 碱 性土壤的pH值逐渐降低 土壤有机质 全N 碱解氮 有效磷 速效钾 微生物生物量碳含量增加 与有机肥施用量 呈显著正相关 施用化肥可一定程度提高土壤有机质 全N和有效养分含量 但作用不明显 施肥对土壤肥力和 微生物量碳的影响趋势是 EM堆肥 传统堆肥 化肥 对照 土壤微生物量碳与土壤有机质 全N 碱解氮 有效 磷 速效钾含量呈显著正相关 可以作为施肥过程中土壤质量变化的生物学指标 关键词 生物有机肥 土壤肥力 微生物生物量碳 Effect of long2term application of microorganismic compost or vermicompost on soil fertility and microbial biomass car2 bon HU Cheng1 2 CAO Zhi2Ping2 LUO Yan2Rui2 MA Yong2Liang2 1 1Institute of Plant Protection and Soil Science Hubei Academy of Agricultural Science Wuhan 430064 China 21College of Resources and Environmental Science China Agricultural University Beijing 100094 China CJEA 2007 15 3 48 51 Abstract Seven years experiment on the effects of bio2organic fertilization including 15t hm2 a and 715t hm2 a vermi2 compost EM compost EM chook manure and traditional vermicompost and chemical fertilizer on soil fertility and micro2 bial biomass carbon was conducted at the Quzhou Station of China Agricultural University The results show enhancement in soil fertility and improvement in soil physical2chemical properties under long2term application of EM compost or tradi2 tional vermicompost Soil pH values gradually decline when applied EM compost or traditional vermicompost increases but soil organic matter total N alkali2hydrolyzable N available P available Kand soil microbial biomass carbon increase while significant positive correlations are observed between them and the used amount of fertilize Chemical fertilizer enhances soil organic matter total N and available nutrient to a certain extent The different fertilizers are ranked accordin g to their effects on soil fertility and microbial biomass carbon as follows control chemical fertilizer traditional vermicom post EM compost Significant positive correlations are observed between soil microbial biomass carbon and soil organic matter total N alkali2hydrolyzable N available P and available K indicating that microbial biomass carbon could be a biological in2 dicator in soil quality evaluation Key words Microorganismic compost Soil fertility Soil microbial biomass carbon Received Sept 4 2005 revised Dec 27 2005 生物有机肥兼顾传统有机肥与添加有机菌剂的优势 可减少化肥 农药的使用 增强作物抗逆性 改善 作物品质 使用日益广泛 1 土壤微生物生物量既是土壤养分循环过程的动力 又可作为土壤中植物有效 养分的储备库 2 在土壤肥力和植物营养供应中具有重要作用 土壤微生物生物量对农业管理措施极为敏 感 是反映土壤管理变化的活指标 8 土壤微生物量碳 氮是土壤C素和N素养分转化和循环研究中的重 要参数 可较为直观地反映土壤微生物和土壤肥力状况 3 故微生物生物量可以综合反映土壤的肥力和环 境质量状况 9 因此 研究有机肥投入对土壤肥力及土壤微生物生物量的影响具有重要的意义 1 试验材料与方法 试验在中国农业大学曲周试验站进行 试验区属暖温带半湿润季风气候 光 热 水资源比较丰富 冬 第15卷第3期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol115 No13 2 0 0 7年5月 Chinese Journal of Eco2Agriculture May 2007 1994 2011 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 季寒冷干燥 夏季温暖多雨 年均降雨量604mm 分配不均匀 7 8月份降雨约占全年总量的60 常积涝成 灾 年蒸发量1841mm 约为年降雨量的3倍 春旱尤为严重 浅层地下水矿化度大 地下水位高 在气候因 素影响下形成积盐深度大 含盐量高的原生盐碱土 是内陆冲积平原浅层咸水型盐渍化地区 4 试验所用材料有EM堆肥 EM鸡粪堆肥 传统堆肥 化肥 包括碳酸氢铵 尿素和过磷酸钙 每 50kgEM堆肥的原料有秸秆30kg 畜禽粪15kg 棉籽饼215kg 糠 215kg 红糖1kg EM菌剂原液200mL 其中EM Effective microorganism 即有效微生物 由10个属几十种微生物复合培养而成 其中代表性的微 生物类群有光合微生物 乳酸菌 酵母菌 放线菌 醋酸杆菌等 EM原液由北京伊埃姆生物技术有限公司提 供 传统堆肥原料 除不含红糖及EM原液外 其余原料与EM堆肥相同 将经过筛选的原料充分混匀后 分别按传统堆肥方法和EM微生态工程技术进行堆肥发酵制成堆肥 EM鸡粪堆肥是用添加EM菌剂的饲 料喂养鸡的粪便堆制而成 试验设8个处理 3次重复 完全随机区组排列 试验方案如下 处理 施用EM 堆肥15t hm2 a 处理 施用EM鸡粪堆肥15t hm2 a 处理 施用传统堆肥15t hm2 a 处理 施用EM堆 肥715t hm2 a 处理 施用EM鸡粪堆肥715t hm2 a 处理 施用传统堆肥715t hm2 a 处理 施用化肥 750kg碳铵 300kg尿素 750kg过磷酸钙 hm 2 a 处理 为不施肥对照 田间试验开始于1997年 至 2004年共历时7年种植13季作物 小麦与玉米轮作 一年两熟 每年种植冬小麦和夏玉米之前施肥 2004年在小麦收获后种植夏玉米前取样 使用3cm 20cm土钻在各小区随机采集0 20cm耕层土壤 15钻 迅速装入塑料袋中带回试验室 用0101mol L的CaCl2溶液浸提pH计法测定土壤pH 重铬酸钾外 加热法测定有机质 土壤全N分析采用半微量凯氏定N法 碱解氮分析采用碱解扩散法 土壤有效磷分析采 用015mol L NaHCO3浸提2钼锑抗比色法 土壤有效钾分析采用1mol L的NH4Ac浸提2火焰光度法 土壤 微生物生物量碳采用氯仿熏蒸2015mol L K2SO4浸提法测定 熏蒸提取采用Vance等 10 的操作步骤 浸提 液中可溶性碳采用重铬酸钾氧化外热源法测定 微生物量碳转换系数为2164 2 结果与分析 经过13季 作物种植后 小 麦收获后夏玉 米种植前土壤 pH 有机质 全 N 碱解氮 有 效磷 速效钾及 微生物量碳含 量见表1 表1 不同有机肥处理的土壤肥力及微生物生物量碳3 Tab11 Soil fertility and microbial biomass carbon of different compost experiment treatments 测定指标 Indexes 不同施肥处理Fertilization treatments pH7116b7116b7117b7118b7118b7120b7144a7152a 有机质 g kg 1 22143a22171a22135a19131b19157b19123b13124c12118c 全N g kg 1 1146a1146a1138ab1113c1120bc1109c0181d0178d 碱解氮 mg kg 1 129152a118150ab110160abc 102196bc104108bc99107c68187d63129d 有效磷 mg kg 1 59199a60148a54192a31100bc34185b24166bc20112c3125d 速效钾 mg kg 1 256102a270106a278108a173179b181181b171111b94123c98191c 微生物量碳 mg kg 1 279154a263157a262101a206102b217133b204159b146177c135172c 3 根据邓肯多重比较相同的字母表示处理之间差异不显著 P 01 05 211 长期施用生物有机肥对土壤pH值的影响 碱性土壤的pH值随有机肥投入增加而减小 施用有机肥的各处理 之间pH差异不 显著 施用化肥处理和对照之间差异不显著 但所有施用有机肥处理与化肥处理及对照之间差异显著 P 01 05 将pH值 y1 与有机肥施用量 x1 进行回归分析得方程 y1 01000301x1 71422 r 01820 33 1 土壤pH值与有机肥施用量呈极显著负相关 故长期施用有机肥可以降低盐碱地的pH值 改良土壤 212 长期施用生物有机肥对土壤有机质的影响 土壤有机质含量随有机肥投入的增加而增加 施15t hm2 a有机肥各处理 之间差异不显著 含量处于第一层次 施715t hm2 a有机肥各处理 之间差异不显著 含量处于第二层次 施化肥和 对照 之间差异也不显著 含量最低 但施15t hm2 a有机肥各处理与施715t hm2 a有机肥各处理 及无有机肥处理之间差异显著 P 0105 施715t hm2 a有机肥各处理与无有机肥处理之间差异显著 P 01 05 虽然施15t hm2 a有机肥各处理之间及施715t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 但添加了EM 菌剂的处理 土壤有机质含量略高于处理 添加了EM菌剂的处理 土壤有机质含量略高于处理 说明添加EM菌剂的堆肥比传统堆肥可以更多地提高土壤有机质含量 将有机质含量 y2 与有机肥施 用量 x2 进行回归分析得方程 第3期胡 诚等 长期施用生物有机肥对土壤肥力及微生物生物量碳的影响49 1994 2011 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved y2 01000943x2 11356019 r 01921 33 2 回归分析结果说明土壤有机质含量与有机肥施用量呈极显著正相关 213 长期施用生物有机肥对土壤全N的影响 土壤全N含量随有机肥投入的增加而增加 施15t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量较高 施715t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量次之 无有机肥处理之间差异也不显著 含量最低 但施 15t hm2 a有机肥处理 与施715t hm2 a有机肥各处理及无有机肥处理之间差异显著 P 0105 施 715t hm2 a有机肥各处理与无有机肥处理之间差异显著 P 0105 处理 与处理 之间差异显著 P 0105 处理 与处理 之间差异不显著 虽然施15t hm2 a有机肥各处理之间及施715t hm2 a有机肥各 处理之间差异不显著 但添加了EM菌剂的处理 土壤全N含量高于处理 添加了EM菌剂的处理 土壤全N含量高于处理 说明添加EM菌剂的堆肥比传统堆肥可以更多地提高土壤的全N含量 将土壤全N含量 y3 与有机肥施用量 x3 进行回归分析得方程 y3 01000633x3 01809 r 01895 33 3 回归分析结果说明土壤全N含量与有机肥施用量呈极显著正相关 214 长期施用生物有机肥对土壤碱解氮的影响 土壤碱解氮含量随有机肥投入的增加而增加 施15t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量较高 施715t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量次之 无有机肥处理之间差异也不显著 含量最低 但有 机肥处理与化肥处理及对照之间差异显著 P 01 05 虽然施15t hm2 a有机肥各处理之间及施 715t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 但添加了EM菌剂的处理 土壤碱解氮含量高于处理 添 加了EM菌剂的处理 土壤碱解氮含量高于处理 说明添加EM菌剂的堆肥比传统堆肥可以更多地提 高土壤的碱解氮含量 将碱解氮含量 y4 与有机肥施用量 x4 进行回归分析得方程 y4 0105114x4 701530 r 01887 33 4 回归分析结果说明土壤碱解氮含量与有机肥施用量呈极显著正相关 215 长期施用生物有机肥对土壤有效磷的影响 土壤有效磷含量随有机肥投入的增加而增加 施15t hm2 a有机肥各处理间差异不显著 含量较高 施 715t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量次之 施化肥和不施肥处理之间差异显著 不施肥的对照含 量最低 但施15t hm2 a有机肥各处理与施715t hm2 a有机肥各处理及无有机肥处理之间差异显著 P 0105 处理 与处理 之间差异显著 P 0105 处理 与对照之间差异显著 P 0105 处理 与 对照之间差异显著 P 01 05 虽然施15t hm2 a有机肥各处理及施715t hm2 a有机肥各处理之间差异 不显著 但添加了EM菌剂的处理 土壤有效磷含量高于处理 添加了EM菌剂的处理 土壤有效 磷含量高于处理 说明添加EM菌剂的堆肥比传统堆肥可以更多地提高土壤的有效磷含量 各种施肥处 理的土壤有效磷含量都显著高于对照 将有效磷含量 y5 与有机肥施用量 x5 进行回归分析得方程 y5 0104753x5 91422 r 01922 33 5 回归分析结果说明土壤有效磷含量与有机肥施用量呈极显著正相关 216 长期施用生物有机肥对土壤速效钾的影响 土壤速效钾含量随有机肥投入的增加而增加 施15t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量最高 施715t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量处于第二层次 无有机肥处理之间差异也不显著 含量最 低 但施15t hm2 a有机肥各处理与施715t hm2 a有机肥各处理及无有机肥处理之间差异显著 P 0105 施715t hm2 a有机肥各处理与无有机肥处理之间差异显著 P 01 05 添加EM菌剂的堆肥 对土壤的速效钾含量影响不明显 将速效钾含量 y6 和有机肥施用量 x6 进行回归分析得方程 y6 01173x6 931460 r 01944 33 6 回归分析结果说明土壤速效钾含量与有机肥施用量呈极显著正相关 217 长期施用生物有机肥对土壤微生物生物量碳的影响 土壤微生物生物量碳随有机肥投入的增加而增加 施15t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量 较高 施715t hm2 a有机肥各处理之间差异不显著 含量处于第二层次 化肥处理和对照之间差异不显著 含量最低 施15t hm2 a有机肥各处理与施715t hm2 a有机肥各处理及无有机肥处理之间差异显著 P 50 中 国 生 态 农 业 学 报第15卷 1994 2011 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 0105 施715t hm2 a有机肥各处理与无有机肥处理之间差异显著 P传统堆肥 化肥 不 表2 土壤微生物生物量碳与土壤pH 有机 质 全N 碱解氮 有效磷和速效钾的相关性 Tab12 Relationships between soil microbial biomass carbon and soil organic matter total N alkali2hydroly2 zable N available P and available K 项 目 Items 回归方程 Regression equation 相关系数 r 土壤pH值y3 0100227x 717380180833 n 24 土壤有机质y 01007119x 0136001908 33 n 24 土壤全Ny 01004782x 011390188233 n 24 土壤碱解氮y 0138x33 n 24 土壤有效磷y 01359x 4017701908 33 n 24 土壤速效钾y 11283x 84163301916 33 n 24 3y为土壤微生物生物量碳含量 33 极显著相关 P 01 01 施肥对照 土壤的微生物生物量碳与土壤有机质 全N 碱解氮 有效磷 速效钾含量呈显著正相关 可以用 来作为长期培肥过程中土壤质量变化的生物学指标 2 除了速效钾之外 施用添加EM菌剂的堆肥比传统 堆肥处理的土壤养分含量略高 主要是因为添加EM菌剂能有效地促进堆肥分解 提高土壤肥力 5 6 添 加EM菌剂的堆肥处理的土壤微生物生物量碳比传统堆肥处理略高 原因在于添加EM菌剂的堆肥比传统 堆肥处理的土壤微生物活性略高 微生物生物量碳有所增加 7 与对照相比 施用化肥可提高土壤有机质 含量和微生物生物量碳 分别比对照高8170 和8114 这是因为化肥增加了留在土壤中的根茬量 施用 有机肥各处理土壤全N和碱解氮含量都显著高于化肥和对照 说明施用有机肥可以显著提高土壤N含量 各种施肥处理的土壤有效磷含量都显著高于对照 说明长期不施肥的土壤有效磷亏缺 施用化肥不能提高 土壤有效钾 而施用有机肥可以显著提高土壤有效钾 曲周盐碱土壤缺N 缺P而富K 施用有机肥可以提 高土壤N P含量 具有改善土壤肥力 改良土壤的作用 参 考 文 献 1 王立刚 李维炯 邱建军 等 生物有机肥对作物生长 土壤肥力及产量的效应研究 土壤肥料 2004 5 12 16 2 徐阳春 沈其荣 冉 炜 长期免耕与施用有机肥对土壤微生物生物量碳 氮 磷的影