有機無機營養(yǎng)物料對莠去津污染土壤微生物量磷和可溶性無機磷的影響

陳月芳　張超蘭 黃河　姚勝勛　李方圓　吳海霞

摘要 [目的]為了評估外源有機無機營養(yǎng)物質(zhì)在莠去津污染土壤修復(fù)中的作用。[方法] 采用實驗室培養(yǎng)試驗，研究添加不同有機無機物料對莠去津污染土壤微生物量磷和可溶性無機磷的影響。[結(jié)果] 外源有機、無機營養(yǎng)物質(zhì)均顯著提高了莠去津污染土壤的微生物量磷的含量，其中單施腐熟豬糞處理的土壤微生物量磷增加最明顯，比對照增加了98.4%，其次是NP肥配施、單施紫云英、單施N肥，分別比對照增加了28.6%、23.7%、16.4%，增加較少的是單施P肥和單施水稻秸稈的處理，僅僅分別比對照增加了7.5%和4.3%。與土壤微生物量磷不同的是，單施腐熟豬糞、單施磷肥以及NP配施的處理土壤可溶性無機磷明顯增加，分別比對照增加了35.0%、42.3%和40.2%；而莠去津單施氮肥、紫云英和水稻秸稈的處理土壤可溶性無機磷則顯著降低，分別減少了29.1%、13.2%和13.7%。[結(jié)論] 施用有機無機營養(yǎng)物料可加快土著微生物的生長，促進了莠去津的消解，有利于莠去津污染土壤的修復(fù)。

關(guān)鍵詞 土壤微生物生物量；莠去津；有機物料；無機物料

中圖分類號 S154.3 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2015）11-081-04

土壤微生物在土壤有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程及土壤肥力的維持方面起著不可低估的作用[1-2]。土壤微生物量常被用于評價土壤的微生物學(xué)性狀，因它能反映參與調(diào)控土壤中能量、養(yǎng)分循環(huán)以及有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化的對應(yīng)微生物的數(shù)量[3]。作為占耕作土壤中有機磷3%的微生物量磷是土壤有機磷中最為活躍的部分，是土壤磷養(yǎng)分的重要源和庫[4]。土壤微生物易受到土壤環(huán)境因子的影響，比如干濕交替、施肥制度、根系分泌物、環(huán)境污染物等都會影響它們的活性。施肥對土壤微生物生物量的影響研究較多[5]。土壤中殘留的除草劑對土壤微生物活性、微生物生物量的影響也有較多研究[6-7]，但施用有機、無機物料對莠去津污染土壤微生物量磷、土壤水溶性無機磷的影響研究鮮見報道。因此，筆者研究了在莠去津污染土壤中施用不同有機肥料、無機肥料對土壤微生物量磷以及可溶性無機磷的影響，闡明施用有機肥料、無機肥料等農(nóng)業(yè)措施對維持土壤質(zhì)量的作用。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤為0～20 cm的淡涂泥田水稻土，采集于浙江省杭州市袁浦鎮(zhèn)。在新鮮土壤采回后，去除作物殘體、礫石等，然后過2 mm篩，混合均勻，一部分保存于4 ℃冰箱中，供培養(yǎng)試驗用，另一部分在風干后測定土壤理化性質(zhì)。

莠去津有機物料為風干粉碎過1 mm篩的腐熟豬糞、水稻秸稈和紫云英。無機肥料分別為分析純尿素和磷酸二氫鉀。土壤和有機物料的基本性質(zhì)見表1。供試莠去津的純度為98.4%，由國家農(nóng)藥檢測中心提供。

1.2 培養(yǎng)試驗

土壤從4 ℃冰箱中取出后放置在（25±1）℃恒溫生化培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)7 d。稱取土壤60 g（烘干土重）于250 ml三角瓶中，加入0.6 ml 1 000 mg/kg莠去津除草劑甲醇溶液，使得土壤中莠去津濃度為10 mg/kg；在通風櫥中抽風，使得甲醇揮發(fā)后混合均勻，然后按Ⅰ原土（CK）、Ⅱ莠去津污染土壤（AT）、Ⅲ莠去津污染土壤+腐熟豬糞（AT+PM）、Ⅳ莠去津污染土壤+稻秸稈（AT+RS）、Ⅴ莠去津污染土壤+紫云英（AT+L）、Ⅵ莠去津污染土壤+氮肥（AT+N）、Ⅶ莠去津污染土壤+磷肥（AT+P）、Ⅷ莠去津污染土壤+氮肥+磷肥（AT+N+P）等試驗設(shè)置加入不同的有機和無機營養(yǎng)物質(zhì)，每個處理重復(fù)3次。其中，有機物料的施用量均為10 g/kg；氮肥用尿素，施用量為150.0 kg/hm2；磷肥用磷酸二氫鉀，施用量為150 kg/hm2。加有機無機物料，混勻，并將土壤含水量調(diào)節(jié)至田間持水量的50%，置于（25±1）℃恒溫生化培養(yǎng)箱中進行暗培養(yǎng)，分別于第0、3、7、14、28、42、70、98天采集土樣，分析、測定土壤微生物量磷和可溶性無機磷的含量。

1.3 分析方法

土壤微生物量磷參照Brookes等[8]方法，即提取液為0.5 mol/L NaHCO3（pH=8.5）溶液，提取液中的磷含量采用鉬酸銨-抗壞血酸比色法測定。熏蒸土壤和未熏蒸土壤提取的磷含量之差（FP）除以轉(zhuǎn)換系數(shù)KP（0.40），得土壤微生物量磷（Pmic，mg/kg），即Pmic=FP/KP=FP/0.40。其他均采用常規(guī)方法測定[9]。土壤可溶性無機磷是指用NaHCO3溶液浸提所得到的磷量，也就是未熏蒸土壤所測定的磷量[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源有機物料對莠去津污染土壤微生物量磷的影響

表2表明，外源有機物料均能在0.01水平顯著地增加土壤微生物量磷含量，但增加程度與有機物料種類有關(guān)。其中，添加腐熟豬糞的土壤微生物量磷含量增加最明顯，其次是添加紫云英的處理，添加水稻秸稈的處理土壤微生物量磷含量增加相對較低，但仍在0.05水平顯著高于CK。外源腐熟豬糞、水稻秸稈和紫云英處理微生物量磷含量分別比CK增加了98.4%、4.3%和23.7%，而AT處理則比空白對照降低約20.0%。從表2還可以看出，不同處理土壤微生物量磷含量隨時間變化的趨勢基本一致，土壤微生物量磷含量均呈降低趨勢， 微生物量磷含量呈上升趨勢，培養(yǎng)第14天達最大值，培養(yǎng)14～28 d微生物生物量磷含量又呈下降趨勢，培養(yǎng)28 d后變化不大。在培養(yǎng)結(jié)束時（98 d），添加有機物料的所有處理中土壤微生物量磷含量仍高于CK和AT處理。

2.2 外源無機肥料對莠去津污染土壤微生物量磷的影響

表3表明，施用無機肥料同樣在0.05水平顯著增加土壤微生物量磷的含量。增加程度依施用的無機肥不同而異。與CK和AT處理相比，氮磷肥配合施用土壤微生物生物量磷含量增加最顯著，分別增加磷含量28.6%和60%，其次是單施氮肥處理，土壤微生物生物量磷含量分別增加了16.4%和45.4%，單施磷肥的處理土壤微生物生物量磷含量增加相對較少，分別增加了7.5%和34.3%。從表3還可以看出，土壤微生物量磷含量的增加程度及其隨時間的變化趨勢與施用有機物料有所不同。不同處理微生物量磷含量隨時間變化的動態(tài)規(guī)律為：在培養(yǎng)最初3 d內(nèi)，所有處理的土壤微生物量磷含量呈降低趨勢，培養(yǎng)3～7 d土壤微生物量磷含量呈上升趨勢，培養(yǎng)第7天達到最大值，比施用有機物料的處理提前約7 d， 培養(yǎng)7～28 d又下降，培養(yǎng)28 d后變化不大。

2.3 不同處理土壤可溶性無機磷的變化

表4、5表明，外源不同有機肥料和無機肥料對土壤可溶性無機磷含量的影響程度不一。其中，腐熟豬糞、單施磷肥以及氮肥和磷肥配施的處理土壤可溶性無機磷含量明顯增加，分別平均增加了35.0%、42.3%和40.2%。莠去津處理、單施氮肥、紫云英和水稻秸稈處理土壤可溶性無機磷含量顯著降低，分別平均減少了9.6%、29.15、13.2%和13.7%。不同處理土壤可溶性無機磷含量隨時間的變化趨勢與微生物量磷含量的變化趨勢亦不同，添加腐熟豬糞的處理土壤可溶性無機磷最初的含量為12.4 mg/kg，培養(yǎng)第7天增加到23.1 mg/kg，培養(yǎng)7～14 d降低，培養(yǎng)14 d直至培養(yǎng)結(jié)束土壤可溶性無機磷變化不大；單施磷肥以及氮肥、磷肥混施的處理開始時土壤可溶性無機磷含量均較高，均為24.6 mg/kg，培養(yǎng)0～7 d降低，培養(yǎng)7 d后變化不大。單施氮肥處理土壤可溶性無機磷在第7天降到最低，為6.6 mg/kg；紫云英處理土壤可溶性無機磷在最初7 d有所增加，隨后迅速降低，從培養(yǎng)第7天的13.4 mg/kg降到培養(yǎng)第14天的9.3 mg/kg，培養(yǎng)14 d后仍有所降低，但變化不大；水稻秸稈處理在培養(yǎng)0～14 d逐漸下降，培養(yǎng)14 d后變化不大。

3 結(jié)論與討論

該研究發(fā)現(xiàn)莠去津的污染降低了土壤微生物量磷的含量。這是由莠去津?qū)ν寥牢⑸锏亩竞λ?，較高濃度的莠去津降低了土壤微生物的活性。無論添加有機物料還是施用無機肥料，土壤微生物量磷均在0.05水平顯著高于對照，但不同有機物質(zhì)、無機物質(zhì)增加的幅度不同。與空白對照相比，各處理土壤微生物量磷的增加順序依次為Ⅲ（AT+PM）、Ⅷ（AT+N+P）、Ⅴ（AT+L）、Ⅵ（AT+N）、Ⅳ（AT+RS）和Ⅶ（AT+P），各處理土壤微生物量磷依次增加了98.4%、28.6%、23.7%、16.4%、7.5%和4.3%。莠去津污染土壤中AT微生物量磷則比CK降低了20.0%，表明有機肥料、無機肥料能減緩甚至消除莠去津?qū)ν寥牢⑸锏亩竞ψ饔谩＜尤胗袡C物質(zhì)可以激活微生物活性，使微生物代謝作用加強，加速莠去津的降解，莠去津降解后其生物毒性也隨之降低[11]。同時，土壤中添加有機物料可以加速莠去津的降解作用[12]。施肥對農(nóng)田土壤微生物活性的影響為有機肥配施無機肥處理>單施有機肥處理>單施無機肥處理[13]。即使單施化肥，土壤微生物量磷也有較大幅度的增加，可能是因為施用化肥增加了微生物對磷的同化固定。此外，研究中施用無機肥料處理土壤微生物磷比施用有機物料處理微生物磷提前7 d左右達到最大值，即施用無機肥料處理的土壤微生物量磷在培養(yǎng)第7天就達到最大值，而添加有機物料處理的在培養(yǎng)第14天才達到最大值。這也許是由于無機肥料施入土壤后以生物可利用性形態(tài)為主，更易被土壤微生物利用，而有機物料必須礦化為無機成分后才能被生物利用。土壤微生物磷在培養(yǎng)第0～5天都增加，其中AT+PM>AT+N+P>AT+RS。加入腐熟豬糞（AT+PM）的處理中微生物量磷最高，主要是因為腐熟豬糞中分解的有機磷含量高，腐熟豬糞含磷量高且易于分解[14]。

作為土壤有機磷中活性較高的微生物量磷，不僅是土壤可溶性無機磷的重要給源，而且與土壤可溶性無機磷直接平衡。研究表明，AT+PM、AT+P以及AT+N+P處理土壤可溶性無機磷含量明顯增加，分別增加了5.1、5.2和5.0 mg/kg；而AT+N、AT+L和AT+RS處理土壤可溶性無機磷含量不僅沒有增加，反而有所降低，分別減少3.6、1.9和2.0 mg/kg。其中，腐熟豬糞處理微生物磷含量在培養(yǎng)第7天增加到最大值，為23.1 mg/kg。這是由于豬糞中全磷含量較高，磷素中以無機態(tài)磷為主，有機磷組分中也以活性和中等活性有機磷為主，C/P比小，施入土壤后土壤可溶性無機磷含量明顯提高，而此時生物固定還沒有達到高峰；在培養(yǎng)第7～14天，土壤可溶性無機磷含量迅速降低，約在培養(yǎng)第14天降至最低，此時正好微生物磷含量達到最大值，也就是說微生物對磷的生物固持作用增強，可暫時降低土壤中的土壤可溶性無機磷。水稻秸稈則相反，因其全磷含量低，其中大部分為有機態(tài)磷。在有機磷組分中，以中等活性與中穩(wěn)性有機磷為主，C/N比和C/P比高，施入土壤后較難分解，不僅不能改善當季作物的磷素營養(yǎng)，而且由于磷的生物固定，土壤可溶性無機磷含量降低。由于紫云英處理可刺激土壤微生物磷含量的增加，需要更多的磷構(gòu)建微生物細胞。它可能暫時把介質(zhì)中的無機磷固定在其細胞內(nèi)，而使土壤可溶性無機磷降低。從不同時期、不同處理土壤可溶性無機磷的變化可以看出，土壤微生物對磷的生物固定及磷有效性的變化不僅取決于有機物的種類及其本身的C/P比，而且與有機物料分解的速度和強度有關(guān)。張寶貴等[15]研究表明，當含磷量小于0.2%～0.3%的秸稈等植物殘體分解時，出現(xiàn)有效磷的凈固持，使得有效磷含量減少。綠肥和農(nóng)家肥等在分解初期既有無機磷的釋放，又有微生物對無機磷的固持。磷肥和N、P混施的處理也增加了土壤可溶性無機磷的含量，但單施氮肥處理土壤可溶性無機磷含量則降低。這是由于氮肥施用刺激了土壤微生物對土壤可溶性無機磷固定，使得微生物量磷增加，而降低了土壤可溶性無機磷含量。施用磷肥明顯提高了表層土壤可溶性無機磷的含量。施用磷肥后，土壤有效磷含量增加，也會有更多的無機磷被同化結(jié)合到微生物體內(nèi)。

無論是施用有機物料還是無機肥料，土壤微生物磷含量均明顯增加，但施肥對土壤微生物量磷含量的影響因肥料的種類而異，其中單施化肥的效果不及氮肥配施磷肥和單施有機肥的明顯。這也許因為豬糞的含磷量最高。加入土壤后，對土壤微生物量磷含量和土壤可溶性無機磷含量的影響最顯著。與水稻秸稈相比，紫云英含磷量較高，C/N比也小于稻秸稈，比較容易分解，礦化速度較高。此外，微生物分解碳源，需要一定的磷，因此土壤可溶性無機磷含量降低，而微生物量磷的含量保持較高水平。對于含磷量較低的水稻秸稈和單施氮肥的處理，微生物可以固定土壤中的可溶性無機磷，從而提高土壤微生物量磷含量。因此，在生產(chǎn)實踐中，可以通過施用有機、無機肥料來提高污染土壤中土著微生物活性，從而加速有機污染物的生物降解。在施用含磷量低的有機肥料、化肥時，應(yīng)適當補充速效磷源，以便維持土壤可溶性無機磷相對穩(wěn)定，滿足土壤微生物和農(nóng)作物生長的需要。

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