沼渣连续施用对土壤微生物量碳、氮剖面分布的影响.docxVIP

1、第33卷第4期四川环境Vol.33,No.42014年8月SICHUANENVIRONMENTAugust2014-试验研究-沼渣连续施用对土壤微生物量碳、氮剖面分布的影响谢勇王昌全I,唐冲2,蔡春艳2,刘红辉2(1.四川农业大学资源环境学院，四川雅安625014；2.遂宁市安居区环境保护局，四川遂宁629000)摘要：通过“棉花+小麦”沦作施用沼渣的定位试验，研究不同年限的沼渣施用对土壤割面微生物量C、N(MBC、MBN)分布特征的影响。结果表明：在050cm剖面上，施用沼渣1年对030cm土壤的MBC、MBN影响较大，能显著提高3040cm土层土壤MBC、MBN的含量，施用沼渣5年时对40

2、50cm土层MBC、MBN无明显影响。土壤MBC、MBN含量总体随施用沼渣年限的延长而增加，各土层MBC、MBN含量增幅随着施用年限的延长呈现不同趋势。施用沼渣1年，耕层土壤的MBC/MBN值较习惯耕作增加，施用沼渣3年后，其值呈降低趋势。各土层的MBC/TOC.MBN/TN和MBC的变化趋势基本一致，总体随着沼渣施用年限的延长而增加。针对“棉花+小麦”轮作模式，持续施用沼渣3年更有利于改善040cm土层土壤肥力。关键词：沼渣；微生物量碳；微生物量氮；分布特征中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1001-3644(2014)04-0019-05EffectofContinuousBio

3、gasResidueApplicationontheCarbonandNitrogenDistributionProfilesofSoilMicrobialBiomassXIEYong1,2,WANGChang-quan1,TANGChong2,CAIChun-yan1,2,LIUHong-hui2(1.CollegeofResources&Environment,SichuanAgriculturalUniversity,Yaan,Sichiuin625014,China；2.TheEnvironmenlalProtectionbureauofSuiningAnju,Suining,Sich

4、uan629000,China)Abstract:Effectofdifferentyearsofbiogasresidueapplicationonthemicrobialbiomasscarbonandnitrogen(MBC,MBN)distributionprofilesinthesoilwasstudiedthroughthecotton+wheatcroprotationexperiment.Theresultsshowedthatinthe050cmsoilprofiles,oneyearsapplicationofbiogasresiduehadgreaterimpactonM

5、BCandMBNinthetop30cmsoillayerandcouldsignificantlyincreasetheMBCandMBNcontentin3040cmsoillayer,applicationofbiogasresidueforfiveyearshadnoobviouseffectonMBCandMBNin4050cmsoillayer.SoilMBCandMBNcontentincreasedwithincreasingbingasresidueapplicationperiod.TheincreasingrateofMBCandMBNcontentineachsoill

6、ayershoweddifferenttrendswithbiogasresidueapplicationperiod.Comparedtotraditionalfanning,MBC/MBNratioincreasedintopsoilafteroneyearsapplicationofbiogasresidue,butdecreasedafterapplicationforthreeyears.ThevariationtrendsofMBC/TOC,MBN/TNandMBCwerebasicallythesameineachsoillayer,whichincreasedwiththein

7、creasingperiodofbiogasresidueapplication.Forcotton+vdiealcroprotationmode,applicationofbiogasresidueforthreeyearscanbetterimprovethefertilityof040cmsoillayer.Keywords:Biogasresidue；soilmicrobialbiomasscarbon；soilmicrobialbiomassnitrogen；distributioncharacteristics收稿日期:2014-02-17基金项目：国家科技支撑计划“西南地区农田秸

8、秆还田循环利用技术集成研究与示范（2007BAD89BI5）；四川省科技富民强县重点项目“丘区射洪县循环经济型现代农业科技集成研究与示范（07NG001-020）。作者简介：谢勇（1983），男，重庆忠县人,2009年毕业于四川农业大学土壤学专业，硕士研究生，研究方向为土壤质量与环境可持续。通讯作者：王昌全,wcquano土壤微生物量碳（MBC）是土壤养分转化的活性库或源，是碳素循环和周转的媒介。MBC转化迅速，能在检测到土壤总量碳变化之前反映土壤有机质的变化，是土壤有机质中最为活跃的部分,在全球碳循环中有着非常重要的意义。土壤微生物量氮（MBN）是指活的微生物体内所含有的氮，其基础含量能够反

9、映土壤供氮能力的大小，是土壤微生物对氮素矿化与固持作用的综合反映。MBC和MBN对土壤环境条件非常敏感，耕作制度、栽培技术、施肥方式等农业技术措施都会对其产生影响妇，是反映土壤质量和人类干扰最为敏感的指标之一。近年来，大量的研究涉及秸秆、绿肥、家畜粪便等有机肥对MBC和MBN变化的影响36）,而对沼渣缺乏系统的研究，尤其在沼渣还田对土壤微生物量C、N变化的研究更少，沼渣不同施用年限对MBC和MBN剖面分布的研究还未见报道。基于此，本研究以四川省典型丘陵区射洪县为研究区域，研究连续施用沼渣对“棉花一小麦”轮作田土壤微生物量碳、氮剖面分布的影响，以期为该区域沼渣还田利用提供科学依据。1材料与方法1

10、.1供试土壤试验地位于四川省中北部典型丘陵区射洪县（东经105。10105。39,北纬30。4031。10）,土壤为由侏罗系蓬莱镇组（J3p）棕紫色砂泥岩发育而成的石灰性紫色土，其有机质含量为8.6g/kg、全氮0.71g/kg、碱解氮70mg/kg、速效磷（Olsen-p）12.lmg/kg；速效钾106mg/kgo沼渣取自普通农户沼气池，产沼气原料主要为猪粪。沼渣含有机质445.4g/kg全氮10.65g/kg、全磷8.95g/kg、全钾14.52g/kgo1.2试验设计试验共设4个处理，处理I（CK）为习惯性耕作，只施用化,不施沼渣,化肥用量:尿素khm2、过磷酸钙1200kg/hm2和

11、氯化钾240kg/hm2o其他处理每年均施用沼渣15000kg/hm2,在保证各处理施入土壤中的N、P、K含髭一致的前提下，其N、P含量不足的以化肥补充，施入尿素45kg/hm2和过磷酸钙90kg/hm2o处理U（M|）、ni（M2）和IV（M3）施用沼渣的年限分别为1年、3年和5年,每处理3次重复，小区面积80nA完全随机区组排列。作物种植模式为“棉花+小麦”轮作。沼渣作棉花大窝肥施用，施在距离棉花植株45cm小坑内，深010cm,小麦生长过程中不施任何肥料。1.3样品采集与分析2008年1月于小麦分麋期采集土样。在每个小区，分别采取010cm、1020cm、2030cm、3040cm和40

12、50cm土层土样，共计60个。样品采回后，一部分立即放人4T冰箱中供土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）的测定，剩余土样自然风干，供总有机碳（TOC）和全氮（TN）的测定。用常规方法测定土壤总有机碳（TOC）和全氮（TN），MBC和MBN采用氯仿熏蒸一SO,提取法测定s】。数据统计分析在Excel2003和SPSS13.0中进行。2结果与讨论2.1沼渣施用年限对土壤微生物碳（MBC）含置的影响MBC是土壤有机碳中活性较高的部分，同一处理的土壤MBC含量均随土层的加深而降低，而同一深度土层MBC含量随沼渣的施用年限的延长而增加，但其增幅随着沼渣施用年限的变化趋势不完全一致（图1）。对于

13、010cm、1020cm和2030cm土层，沼渣连续施用不同年限的MBC含量间均存在极显著性差异（PM2M.CKO然而，010cm和1020cm土层MBC含量随沼渣的施用年限的延长其增幅减少，M|较CK的MBC增量最大，其值分别为33.8mg/kg和30.Omg/kg,增幅分别为34.5%和34.8%,M,较M2的增量最小，其值分别为18.lmg/kg和15.2mg/kg,增幅分别为12.2%和11.0%；20-30cm层M3较M?的MBC增量最大，其值为29.8mg/kg,M|较CK的MBC增最最小，MBC含髭随沼渣的施用年限的延长其增幅先增加后减少，各处理间的增幅依次为22.2%、43.6

14、%和19.2%。对于3040cm土层，M3与M|、M3与CK、M?与CK间的土壤MBC含摘有显著性差异（P0.05）,M3与虬、M3与CK呈极显著差异（P0.01）,MBC含最随沼渣的施用年限的延长其增幅递增，M3较M?和M?较吼的MBC增量介于11.0H.6mg/kg之间，而虬较CK的MBC增量仅为2.Img/kg。对于4050cm土层，仅与M间土壤MBC含量有显著性差异（P0.05）,其余各处理间均无显著性差异。由此可见，施用沼渣1年后土壤MBC的积累主要在30cm以上土层，施用沼渣5年以上对040cm土层MBC的影响较为明显，而沼渣连续施用时间低于5年时对40cm以下土层土壤MBC并无明

15、显影响。李香真等3）认为，土壤有机碳含量在一定程度上反应了土壤环境因子组合的最佳程度，土壤有机碳含量高，微生物所受胁迫小，有利于微生物群落的发展。因此，030cm土层以上，尤其是耕层土壤施用沼渣后使得有机质相对集聚，丰富的土壤有机质更有利于微生物群落发展。030cm土壤MBC增幅是随着沼渣连续施用年限的延长先增加后减少，这是因为第1年施用沼渣时土壤中有机碳含量骤然增高，提供微生物生命活动的能源增多，微生物活性增强；多年持续施用沼渣时，随着施用年限的增加，对微生物的刺激效应减弱，使得030cm土层MBC增幅随施用沼渣年限的增加而降低。图1不同土层土壤微生物量碳含量Fig.1Contentofso

16、ilmicrobialbiomasscarbonindifferentsoillayers图1不同土层土壤微生物量碳含量Fig.1Contentofsoilmicrobialbiomasscarbonindifferentsoillayers20018016014()120100806040200妾胃ls1诺电源2.2沼渣施用年限对土壤微生物量氮（MBN）含的影响MBN是土壤有机氮中最活跃的组分，与土壤氮素转化关系密切，MBN的矿化率较高，在土壤中很快发生矿化作用而释放出有效态氮，在数量上低于或接近作物吸氮量沼渣不同施用年限土壤中的MBN含量均为随土层的加深而减少（图2）,各土层MBN含量随沼

17、渣的施用年限的增加而增加，但其增幅随着沼渣施用年限的变化趋势不完全一致。对于010cm、1020cm和2030cm土层，沼渣不同施用年限的MBN含量:间均存在极显著性差异（PM2M,CK010cm土层MBN随施用年限的增加其增幅为先增加后减少，其中M2较增幅最大，值为3.82mg/kg,增幅为28.17%；1020cm与2030cm土层各处HMBN的增幅随施用年限的增加而减少，其阳较CK分别增加3.47mg/kg和2.05mg/kg,其增幅分别为36.02%和28.00%。3040cm土层M.与CK的MBN含量无显著性差异（P=0.785）,MBN含量随沼渣的施用年限的增加其增幅先增加后减少，

18、施用沼渣1年时MBN含量较传统耕作无明显变化，施用沼渣3年MBN含量变化明显.较施用沼渣1年增加2.82mg/kg,增幅最大，值为42.04%o4050cm土层仅M3与M?、和CK的MBN含量达显著性差异，其他各处理间均无显著性差异，表明仅当沼渣施用5年时才显著影响该层土壤MBN的含量。010cm土层MBN的增幅与MBC的变化趋势一致，均随着施用沼渣年限的增加先增加后减少；1030cm土层MBN的增幅随着施用沼渣年限的增加而减少，这是由于沼渣施用年限的增加，土壤微生物活性降低，一部分转化为性质稳定的有机氮。0-1010-2020-3030-4040-50土层(cm)0-1010-2020-30

19、30-4040-50土层(cm)图2不同土层土壤微生物最氮含址Fig.2Contentofsoilmicrobialbiomassnitrogenindifferentsoillayers(XWEZCCW探也泰她起2.3沼渣施用年限对MBC/MBN值的影响各处理MBC/MBN随土层的加深而变小，各土层随沼渣施用年限的变化趋势不一致（表1）。010cm土层，MBC/MBN随施用年限的增加先增加后减少，M?与CK无显著性差异（P=0.436）,在各处理中，M|的比值值最大，M的比值最小；1020cm土层，M较CK、较M?的MBC/MBN值均无显著性差异（P=0.576和P=0.402）,其值随着施

20、用年限的增加先减少后增加，M|较CK减少了0.91%,M3较M?增加了1.55%；2030cm土层，与M?的MBC/MBN值无显著性差异（P=0.246）,M|与CK的MBC/MBN值达显著性差异（P=O.O35）,其值随着施用年限的增加先减少后增加，但其增幅随着施用年限的增加而减少；3040cm土层，MBC/MBN含量随着施用年限的增加变化规律不明显，M2分别较的、M3的MBC/MBN值达显著性差异（P=0.017、P=0.021）,其余各处理间MBC/MBN值均无显著性差异；40-50cm层，各处理间MBC/MBN均无显著差异。耕作层土壤MBC/MBN值变化在8.159.73之间，与张平究

21、等对太湖地区黄泥土的研究结果接近。衰1施用沼渣不同处理的MBC/MBN值Tab.1RatioofMBC/MBNindifferentsoillayers理深度CKMiM2M30-108.67Bb9.73Aa8.54Bb8.15Cc10-208.95Aa8.87Aa8.27Bb8.40Bb20-307.61Bb7.27Be8.63Aa8.80Aa30-406.83Aab7.23Aa6.31Ab7.18Aa40-507.41Aa7.36Aa7.31Aa7.10Aa2.4沼渣施用年限对土壤MBC/TOC的影响微生物对碳、氮等养分的利用率能够反映出土壤质量的重要特性，利用率越高，维持相同微生物量所需的

22、能源越少，说明土壤环境越有利于微生物生长，土壤质量越各土层MBC/TOC值与MBC含量在剖面上的变化基本一致，总体随沼渣施用年限的增加而增加（表2）010cm土层，M,较虬的MBC/TOC无显著性性差异（P=0.583）,其它各处理之间均达极显著性差异，MBC/TOC大小依次为M3M,M2CK,MBC/TOC随着沼渣施用年限的增加呈“增-减-增”超势,M|较CK增加了26.63%,增幅最大；1020cm土层，CK较M】、M?和M3的MBC/TOC值均达极显著性差异，而虬、M?和M3三者间均无显著性差异，施用沼渣1年后MBC/TOC值变化较小；2030cm土层，M,与CK无显著性差异（P=0.1

23、52）,M?与M,达显著性差异（P=0.011）,随沼渣施用年限的增加，MBC/TOC值不断增加，其增幅先增加后减少，M2较虬的MBC/TOC值增幅最大；3040cm土层，CK较M3的MBC/TOC值达显著性差异（P=0.015）,M|较M?无显著性差异（P=0.507）,MBC/TOC随沼渣施用年限的增加先减少后增加，其中M2较M,的增幅大于M3较M2；4050cm土层，各处理之间MBC/TOC均无显著性差异，且变化较小。表2施用沼渣不同处理的MBC/TOC值Tab.2RatioofMBC/TOCindifferentsoillayers2.5沼渣施用年限对土壤MBN/TN的影响深度CKMj

24、M2M30-101.16Cc1.47Aa1.40Bb1.48Aa10-201.28Bb1.49Aa1.51Aa1.50Aa20-301.08Ik1.13Be1.37Ab1.47Aa30-401.01Ab0.90Be0.87Be1.IIAa40-500.97Aa0.94Aa0.88Aa0.86AbMBN/TN值与MBN含量变化趋势一致（表3）。010cm土层，各处理间MBN/TN值均达极显著性差异,MBN/TN增幅随着施用年限的增加而减少,其值分别为15.71%、11.44%和6.01%；1020cm与2030cm土层MBN/TN变化趋势一致，M2与M3间无显著性差异（P=0.673和P=0.4

25、73）,其余之间均达极显著性差异，MBN/TN随着施用年限的增加而增加，但沼渣施用3年后,其值变化较小；30-40cm土层，CK较虬的MBN/TN含量无显著性差异（P=0.318）,MBN/TN值随着施用年限的增加先减少后增加，其增幅随着施用年限的增加而减少；40-50cm层，CK较M,.M2和M3的MBN/TN含量达极显著性差异，而吼、M2和M3相互间均无显著性差异，表明施用沼渣对该层无明显影响。由表2和表3可以看出：MBC/TOC的变化幅度为0.86%1.51%，低于国内外同类研究（1%4%）,MBN/TN的变化幅度为1.27%2.21%,低于国内外研究（2%6%）1，40随着施用沼渣年限

26、的增加，MBC/TOC与MBN/TN的比值也随之增加，这与“当可利用C源被加入土壤则比例上升，当残留有机质变得更加稳定时，这一比例会下降的研究结果相反，说明施用沼渣有利提高微生物对土壤中碳和氮的利用率。各处理在垂直方向上MBC/TOC和MBN/TN的变化趋势与MBC和MBN变化一致，与刘恩科6】的研究结果一致。施用沼渣年限方面，MBC/TOC与MBN/TN值均表现为：5年3年1年习惯性耕作，表明长期施用沼渣可以改善土壤质量，提高微生物对有机碳和全氮利用率，能有效地调节土壤养分循环，与张明等的研究结果一致E】。表3施用沼渣不同处理得MBN/TN值Tab.3RatioofMBN/SONindiff

27、erentsoillayers、理深度CKMiM,M30101.61Dd1.87Cc2.08Bb2.21Aa10-201.62Cc1.94Bb2.21Aa2.18Aa20-301.33Cc1.62Bb1.73Aa1.75Aa30-401.48Cc1.44Cc1.63Bb1.80Aa40-501.27Ab1.47Aa1.39Aa1.44Aa3结论3.1土壤微生物量碳、微生物重氮含最随连续施用沼渣年限的延长而增加，既有利于提高土壤有机碳的活性，又有利于增加土壤中有效态氮。3.2对于不同的沼渣施用年限，各土层微生物量碳和微生物量氮的增幅变化趋势不一致。在050cm剖面分布上，施用沼渣13年030cm

28、土壤微生物最碳、微生物糖氮变化较大，施用沼渣5年时对4050cm土层微生物量碳、微生物量氮无明显影响。随着施用沼渣年限的延长，020cm土层微生物量碳和1030cm土层微生物量氮含量增幅均为降低；3040cm土层微生物量碳含量增幅不断增大；20-30cm土层微生物量碳、010cm和3040cm土层微生物量氮含量增幅均为先增加后下降。参考文献：1张洁,姚宇卿，金轲，等.保护性耕作对坡耕地土壤微生物量碳、氮的影响J.水土保持学报,2007,21(4):126-129.2任天志.GregoS.持续农业中的土壤生物指标研究J.中国农业科学,2000,33(1):68-75.3宋日，吴春胜.玉米根茬留田对土壤微生物量碳和酶活性动态变化特征的影响J.应用生态学报,2002,13(3)：3033)6.4 周智彬，李培军.塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地土壤中微生物的生态分布及其与土壤因子间的关系：J.应用生态学报，2003,14(8):1246-1250.5 杨劲峰，韩晓H,阴红彬，等.不同施肥条件对玉米生长季耕层土壤微生物量碳的影响J.中国农学通报,2006,22(1):173-175.6 胡诚，曹志平，罗艳蕊，等.K期施用生物有机肥对土壤肥力及微生物生物量碳的影响J1