地膜覆蓋對土壤微生態(tài)環(huán)境的影響

倪麗佳,李非里,劉秋亞,李麗麗,楊 成,黃海鳳

(1.浙江工業(yè)大學生物與環(huán)境工程學院,浙江 杭州 310032;2.寧波阿拉釀酒有限公司,浙江 寧波 315800)

地膜覆蓋是農業(yè)生產中的一項有效增產措施.地膜覆蓋提供了特殊的土壤生態(tài)環(huán)境,使土壤物理、化學性質和生物學性狀發(fā)生了一定的變化,如土壤結構和空氣狀況[1],土壤的水、熱狀況[2]等,土壤的pH值以及有機質[3]等.土壤微生物是土壤生態(tài)系統中最具活力的組成部分,它對土壤肥力的形成及在植物營養(yǎng)的轉化中起著積極的作用.土壤酶是土壤生態(tài)系統中物質循環(huán)和能量流動最為活躍的生物活性物質[4-5].土壤酶系統又與土壤理化性質、土壤水熱狀況、土壤代謝及土壤生物(動物和微生物)區(qū)系、數量和生物多樣性等密切相關[6-8],因而又是土壤質量的生物活性指標[9].地膜覆蓋后可以顯著增加土壤表層微生物數量[10]和土壤微生物量碳[11].對長期覆膜種植作物的土壤微生物的研究表明,三大類細菌、放線菌和真菌的增幅在20%～29%之間[12].土壤中酶的種類很多,但起主要作用只有過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶等少數幾種[13].目前,覆膜對土壤酶的影響研究結果并不一致.楊青華等[14]采用液體地膜覆蓋種植棉花,增加了土壤過氧化氫酶、脲酶、轉化酶、中性磷酸酶和多酚氧化酶活性,而汪景寬等的研究表明地膜覆蓋后,由于土壤中CO2分壓增高,還原性增強,pH值和氧化還原電位下降,顯著降低土壤中過氧化氫酶和脲酶活性,但卻提高了中性和酸性磷酸酶活性[13].

研究土壤微生物和土壤酶活性等微生態(tài)環(huán)境對揭示土壤養(yǎng)分轉化和土壤質量變化過程都有重要意義.探討覆膜種植方式對土壤微生態(tài)環(huán)境的變化,可以為合理進行土壤管理、使土壤生產力得到持續(xù)發(fā)展提供科學依據.為此我們采用盆栽種植和大田采樣實驗,通過蠶豆、萵苣2種作物對土壤微生態(tài)環(huán)境的變化趨勢進行了研究.

1 材料與方法

1.1 試驗設計

盆栽實驗:于2007年冬季在浙江工業(yè)大學校園內種植蠶豆(一盆二苗),受試土壤為灰潮土.選用12個陶制花盆(體積約7.5 L).其中6株在發(fā)芽后,于根部覆蓋白色聚乙烯薄膜,其余6株作為對照,不覆膜.2個月后,采集植物及植物根系土壤,采樣深度10 cm.大田實驗:2008年冬季在余杭小林鄉(xiāng)種植萵苣12株,其中6株覆白色聚乙烯薄膜,另外6株作為對照,不覆膜.此地塊土壤類型為灰潮土,土壤的種植年限有10年以上,是我們的定點試驗地.3個月后,采集萵苣植株及其根系土壤,采樣深度10 cm.

1.2 分析方法

土壤含水率采用105℃烘至恒重的方法的測定;土壤有機質測定采用重鉻酸鉀氧化稀釋熱法;土壤pH采用pH計測定:m(土)∶m(水)=1∶2.5.土壤可培養(yǎng)微生物數量用稀釋平板法分離計數.細菌、放線菌、真菌的活菌計數培養(yǎng)基分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏1號瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基[15].土壤酶活性主要測定過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶.其中過氧化氫酶用Johnson和Temple法測定,脲酶用Hoffmann和 Teicher法測定,磷酸酶用Kpamep等的方法測定[16].

1.3 數理統計方法

數據經過Microsoft Excel(Office XP)程序進行整理,數據的變異性和方差分析采用SPSS 10(SPSS,Chicago,USA)程序進行處理,繪圖由Excel完成 .

2 結果與分析

2.1 地膜覆蓋對土壤溫度的影響

對盆栽蠶豆生長期間,測定覆膜和對照土壤地面下的10 cm溫度,記錄每天早(8:00)、中(12:00)和晚(18:00)的溫度,得到的每個時刻下的平均值見圖1.由圖1可以看出:盆栽方式下,覆膜對中午和傍晚的增溫效果較為明顯.

圖1 土壤地溫變化比較(地表10 cm下)Fig.1 Comparison of soil temperature(10 cm underground)

計算不覆膜和覆膜條件下所有點的土壤溫度的平均值,得不覆膜條件下土壤平均溫度為15.58℃,覆膜條件下土壤平均溫度為16.38℃,即覆膜后土壤平均溫度分別較對照土壤高0.8℃,與大田的增溫效果相比(0.8～2℃)略低[17].收集當地的有關氣象資料表明,蠶豆生長期間多以陰雨天為主,這可能是導致覆膜后增溫作用不顯著的原因[18].

2.2 地膜覆蓋對土壤化學性質的影響

作物采集后,測得覆膜種植與對照的土壤化學性質見表1.

表1 土壤化學性質Table 1 Chemical characteristic of soil samples

盆栽實驗的結果如下:覆膜后土壤平均含水率增加了6.18%,而土壤有機質和pH變化不明顯.大田實驗的樣品分析結果如下,覆膜后土壤平均含水率增加了10.02%,而土壤有機質和pH變化不明顯.

盆栽和大田試驗的分析結果表明,土壤平均含水率覆膜高于不覆膜,而土壤pH和有機質變化不明顯,這可能與作物種植時間較短有關.

2.3 地膜覆蓋對土壤微生物的影響

2.3.1 地膜覆蓋對土壤微生物數量的影響

鑒于地膜覆蓋改變了土壤微生物的生態(tài)環(huán)境,我們進一步研究了土壤中各類微生物的數量的變化,求得每克土中微生物的數量見表2.

表2 土壤中微生物的數量Table 2 The amount of microorganism in soils

盆栽實驗:由表2可以看出,采用覆膜種植方式,蠶豆體系土壤細菌數量增加了29.0%,這與郭樹凡等人的研究結果相一致,這可能是因為覆膜后土壤含水量增加,為細菌的生長提供了更適宜的環(huán)境[10].覆膜與對照相比,蠶豆體系土壤的真菌數量顯著增加了51.9%,而土壤放線菌數量變化不大.

大田實驗:由表2可以看出,大田覆膜種植的土壤與對照組相比,細菌和真菌的數量分別增加了29.1%和17.3%,而放線菌的數量卻減少了46.2%.

地膜覆蓋改變了土壤微生物的生態(tài)環(huán)境,主要是水熱條件,必然會影響土壤中各類微生物的數量.盆栽和大田實驗中覆膜種植對土壤中微生物數量的影響主要表現為細菌和真菌的數量分別增加了29.0%～29.1%和17.3%～51.9%,而對放線菌的影響則顯得較為復雜,大田實驗結果表明,覆膜土壤中放線菌數量較對照組降低了46.2%,而在盆栽實驗中變化不大.

覆膜具有保溫增溫、保持水分的作用,從而促進了細菌和真菌的生長繁殖.盆栽蠶豆實驗中,真菌的數量甚至多于放線菌的數量,這與數量僅次于細菌的放線菌的普遍情況相反[19],說明蠶豆根系對真菌有明顯的促進作用,覆膜種植后真菌較對照組多了51.9%,則說明覆膜促進了蠶豆的生長,進而促進了真菌的生長.盆栽實驗結果表明,覆膜后放線菌數量變化不大,而大田試驗結果表明覆膜后放線菌數量顯著降低,唐詠等人對溫室大棚的土壤微生物的研究認為通氣狀況較差是導致放線菌數量的減少的主要原因[20].通過實際考察,我們發(fā)現大田萵苣種植地塊未作壟土,地勢也較低,加上種植期間的雨水較多,導致土壤排水不暢,覆膜后可能更加劇了土壤積水的情況,并導致了土壤中放線菌的減少,由此也可見覆膜對土壤水條件的改善只是相對于寒冷干旱的北方土壤而言,對于多雨的南方和排水不暢土壤的反而會產生不利的影響.

2.3.2 地膜覆蓋對土壤微生物結構的影響

從圖2可以看出,盆栽蠶豆土壤中細菌、真菌和放線菌占總量的比例范圍分別為89.7%～89.9%,5.20%～6.11%,4.15%～4.88%;大田萵苣土壤中細菌、真菌和放線菌占總量的比例范圍分別為98.5%～99.2%,0.31%～0.34%,0.50%～1.99%.數據表明:盆栽蠶豆土壤中細菌占總量的比例較大田萵苣低,而真菌和放線菌占總量的比例較大田萵苣高.

圖2 覆膜種植方式對土壤微生物群落結構的影響Fig.2 Influence of plastic film mulching on soil microorganisms structure

盆栽蠶豆覆膜對微生物結構的影響,見圖2(a),覆膜后,細菌、真菌和放線菌各自占總量的比例變化不大;大田萵苣覆膜對微生物結構的影響,見圖2(b),覆膜后,細菌和真菌占總量的比例變化不大,但放線菌占總量的比例降低了58.0%.

2.4 地膜覆蓋對土壤酶活性的影響

地膜覆蓋改變了土壤微環(huán)境,因而會直接或間接地影響土壤酶活性.因此在大田樣品的分析中,我們又增加了對土壤酸性磷酸酶、脲酶和過氧化氫酶活性的測定,觀察覆膜對土壤酶活性的影響.

大田土壤中,覆膜方式下和對照組的酸性磷酸酶活性分別為2.94,2.85 mg/g,略高于汪景寬、賈繼文等的報道[13-21];覆膜和對照組土壤的尿酶活性分別為0.209 mg/g和0.306 mg/g,與報道值相近或略低[8,21-22];不覆膜和覆膜土壤的過氧化氫酶活性均為0.039 mg/g,略高于李美茹等報道的黃瓜大棚土壤中過氧化氫的酶活性0.022 7 mg/g[23],但卻遠低于其他研究者報道的0.727～69.1 mg/g的范圍[21-24].覆膜和不覆膜樣品對比分析,覆膜減低31.6%的脲酶活性,而對酸性磷酸酶和過氧化氫酶的活性影響較小.彭仁等對能產胞外脲酶的微生物的研究表明各種微生物產脲酶的能力大小依次為放線菌,真菌和細菌[25].本實驗中覆膜土壤中脲酶活性的減少與該地塊放線菌的減少相應,由此判斷覆膜土壤中脲酶活性的降低的原因可能主要來自于放線菌數量的減少.

3 結 論

覆膜種植方式對土壤pH和有機質的影響不明顯,主要增加了土壤含水量,增幅在 6.18%～10.02%之間;對盆栽實驗土壤溫度的連續(xù)監(jiān)測表明,覆膜提高了土壤平均溫度0.8℃.

盆栽和大田實驗的結果顯示,覆膜方式下土壤細菌和真菌的數量分別增加了29.0%～29.1%和17.3%～51.9%;而放線菌數量的影響則表現得較為復雜,大田土壤中,覆膜方式下放線菌數量較對照組降低了46.2%,而在盆栽土壤中變化不大.覆膜對土壤微生物結構的影響在盆栽蠶豆的土壤中不明顯,而大田萵苣的土壤中則顯著降低了放線菌的比例,降幅達58.0%.

土壤酶活性的分析結果表明,覆膜降低了31.6%脲酶的活性,而對酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性影響不明顯.

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