旱田改水田對黑土pH、電導(dǎo)率及幾種微生物的影響

頓圓圓+杜春梅+董錫文+王妍

摘要：為了了解長期旱田改水田對黑土理化性質(zhì)和部分功能微生物的影響，選取旱田改水田5、10、30年的黑土為研究對象，對土壤pH、電導(dǎo)率及磷細(xì)菌、纖維素分解菌進(jìn)行研究。結(jié)果表明，隨著旱田改水田年限的增加，土壤的pH逐漸降低，其中，旱田改水田5年時pH下降顯著（P<0.05）；土壤電導(dǎo)率先顯著升高（P<0.05）后降低，其中，旱田改水田年限為5年時，電導(dǎo)率最高；有機(jī)磷細(xì)菌、無機(jī)磷細(xì)菌、纖維素分解菌都呈先減少后增加的趨勢，其中，有機(jī)磷細(xì)菌在旱田改水田10年時平均數(shù)量最少，無機(jī)磷細(xì)菌、纖維素分解菌在5年時平均數(shù)量最少。

關(guān)鍵詞：黑土；旱田改水田；pH；電導(dǎo)率；微生物

中圖分類號：S344.1+7；S153；S154.38+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）03-0459-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.03.015

Effects of Transforming Dryland into Paddy Field on pH， Electrical Conductivity and Microorganiams of Black Soil

DUN Yuan-yuan， DU Chun-mei， DONG Xi-wen， WANG Yan

（College of Life Science， Jiamusi University， Jiamusi 154007， Heilongjiang， China）

Abstract： To understand the effects of transforming dryland into paddy field on soil physical， chemical properties and some functional microorganisms， black soil was sampled in the field which transformed dryland into paddy field for 5， 10 and 30 years respectively， and the pH value， electrical conductivity， phosphobacteria and cellulose decomposition microorganisms were investigated. The results showed that pH of soil value decreased gradually with the increasing of years that transforming dryland into paddy field. Among them， soil pH value of 5 years paddy field decreased significantly（P<0.05）. Electrical conductivity of soil increased significantly（P<0.05） in first five years and then decreased gradually. The number of organic phosphobacteria， inorganic phosphobacteria and cellulose decomposition microorganisms appeared to be an increasing trend and then decreased. The numbers of organic phosphobacteria were the least in first 10 years， and inorganic phosphobacteria， cellulose decomposition microorganisms was the least in first 5 years of transforming dryland into paddy field.

Key words： black soil； transforming dryland into paddy field； pH； electrical conductivity； microorganisms

由于種植水稻可以使農(nóng)民增產(chǎn)增收，近年來，旱田改水田種植方式越來越多，許多黑土土壤也由旱田改為水田用于水稻生產(chǎn)[1]。黑土旱田改水田會導(dǎo)致土壤生態(tài)環(huán)境的變化，影響土壤微生物的多樣性與數(shù)量，而土壤微生物可以反映土壤質(zhì)量的變化，是土壤質(zhì)量評價指標(biāo)體系中重要的組成部分[2-5]。土壤微生物不僅參與土壤結(jié)構(gòu)的形成，調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育，還可以促進(jìn)土壤營養(yǎng)元素及能量的轉(zhuǎn)化與循環(huán)，是維持土壤環(huán)境、提高土壤肥力的重要因素[6-9]。因此，研究黑土旱田改水田對土壤pH、電導(dǎo)率及土壤微生物影響對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。目前，關(guān)于長期黑土旱田改水田對土壤微生物影響的研究還比較少，故開展此項研究，以期為黑土土壤的可持續(xù)利用提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

土壤樣品采集于黑龍江省佳木斯市樺川縣（北緯46°54′，東經(jīng)130°42′），選取旱田改水田年限分別為5、10、30年的地塊為研究對象，以臨近的旱田為對照（旱田改水田年限計為0年），取樣地面積為667 m2，利用五點法分別采集深度為0～5、5～10、10～20 cm的土壤，各土壤樣品去掉枝葉、石塊，均單獨裝袋帶回實驗室備用。

1.2 土壤pH、電導(dǎo)率測定及微生物分離

土壤pH和電導(dǎo)率分別用PHB-8型酸度計和DDS-11A型數(shù)顯電導(dǎo)率儀測定，土水比分別為1∶2.5和1∶5。

稱取10 g新鮮的土壤樣品放入裝有90 mL無菌水的三角瓶（放入15～20個已滅菌的小玻璃珠）中，振蕩20 min，使土壤樣品被充分打散，按10倍稀釋法制成10-1～10-5的土壤稀釋液。將適宜濃度土壤稀釋液涂布于選擇培養(yǎng)基上，進(jìn)行微生物培養(yǎng)。每個土壤樣品做3次重復(fù)，在適宜溫度下培養(yǎng)3～5 d后觀察計數(shù)。無機(jī)磷細(xì)菌、有機(jī)磷細(xì)菌及纖維素分解菌的培養(yǎng)基均按常規(guī)方法配制[10]。

1.3 計數(shù)及統(tǒng)計

微生物數(shù)量統(tǒng)計采用平板菌落計數(shù)法，并計算出每克干土所具有的菌落數(shù)。其計算公式為：每克干土中所含菌落數(shù)=（同一稀釋度平板上菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)）/原菌樣品體積×（1-含水率）。所有數(shù)據(jù)均采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，運用Pearson相關(guān)系數(shù)估測各變量之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱田改水田對土壤pH的影響

土壤pH是土壤基本的理化指標(biāo)之一，它與土壤各養(yǎng)分的有效性密切相關(guān)，可以影響土壤微生物的活動和土壤的結(jié)構(gòu)，對土壤中的氧化還原、沉淀溶解等有重要的作用[11，12]。

由圖1可知，隨著旱田改水田年限的增加，土壤的pH降低，其中，旱田改水田5年時pH下降最明顯（P<0.05）。其原因可能是旱田改水田后土壤的含水量變化影響離子在固相和液相之間的分配、鹽類的溶解與解離，進(jìn)而影響了土壤的酸堿度[13]；也可能與長期使用肥料有關(guān)，在一定的作用范圍內(nèi)，使用有機(jī)肥對土壤的酸堿度具有微調(diào)與緩沖作用[14]，但是人們?yōu)榱嗽霎a(chǎn)增收，長期過量使用肥料，這些肥料中往往帶有Cl-和SO42-等強(qiáng)酸性離子，它們隨肥料的大量施用進(jìn)入土壤，僅有很少一部分被作物吸收，大部分則殘留于土壤中，導(dǎo)致土壤pH下降[15]。

2.2 旱田改水田對土壤電導(dǎo)率的影響

電導(dǎo)率是土壤基本理化性質(zhì)的另一個重要指標(biāo)，它包含了土壤養(yǎng)分與理化特性的豐富信息[16]，能夠反映土壤中的鹽分、水分、有機(jī)質(zhì)含量、孔隙度等參數(shù)的變化[17]。在土壤科學(xué)中，常用電導(dǎo)法估測土壤的可溶鹽含量[18]，土壤溶液中鹽濃度的高低與作物生長直接相關(guān)。測定分析土壤溶液的鹽濃度對作物生長的影響有著重要的意義[19]。

由圖2可知，隨著黑土旱田改水田年限的增加，電導(dǎo)率先顯著升高（P<0.05）后降低，其中黑土旱田改水田年限為5年時電導(dǎo)率最高。這可能是因為旱田改水田后土壤的水分、通氣狀況等條件發(fā)生了改變，秸稈還田的有機(jī)物量較多，腐殖化系數(shù)高，導(dǎo)致土壤中的有機(jī)質(zhì)含量高，吸附交換性離子的能力增強(qiáng)，使電導(dǎo)率升高[20]，并且種植多茬植物后根系富集了較多的礦物元素，導(dǎo)致土壤中鹽分離子增加，土壤電導(dǎo)率也會升高[21]。

2.3 旱田改水田對磷細(xì)菌及纖維素分解菌的影響

磷是植物生長必需的營養(yǎng)元素之一，是植物生長發(fā)育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[22，23]。雖然農(nóng)田土壤中磷素含量較高，但是中國2/3的耕地土壤缺磷，因為這些磷素大多以難溶性有機(jī)和無機(jī)態(tài)磷形式存在，不易被植物吸收利用[24，25]。磷細(xì)菌包括有機(jī)磷細(xì)菌（解磷菌）和無機(jī)磷細(xì)菌（溶磷菌）兩大類，它們可以將土壤中有機(jī)磷和難溶性無機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可溶性無機(jī)磷[26，27]，進(jìn)而被植物吸收利用。纖維素分解菌在大氣碳素循環(huán)中有重大作用，其分布與土壤性狀、肥力有密切關(guān)系，其纖維素分解強(qiáng)度的大小也是表征土壤微生物量和土壤肥力的一項重要指標(biāo)[28]。

由表1可知，黑土旱田改水田后，有機(jī)磷細(xì)菌、無機(jī)磷細(xì)菌及纖維素分解菌數(shù)量都顯著降低（P<0.05），隨著旱田改水田年限的增加，3種功能菌都呈先減少后增加的趨勢。從總體上看，有機(jī)磷細(xì)菌在旱田改水田10年時數(shù)量最少，無機(jī)磷細(xì)菌、纖維素分解菌在旱田改水田5年時數(shù)量最少。

2.4 相關(guān)性分析

由表2可知，電導(dǎo)率與有機(jī)磷細(xì)菌、無機(jī)磷細(xì)菌及纖維素分解菌數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），pH分別與無機(jī)磷細(xì)菌和纖維素分解菌呈極顯著（P<0.01）和顯著（P<0.05）正相關(guān)，3種功能菌之間相關(guān)性極顯著（P<0.01）。這說明土壤pH、電導(dǎo)率、磷細(xì)菌與纖維素分解菌之間關(guān)系密切，它們共同影響著土壤中磷素和碳素的轉(zhuǎn)化與循環(huán)，進(jìn)而影響植物對礦質(zhì)元素的吸收與利用[29]。

3 小結(jié)

通過對黑土長期旱田改水田土壤的pH、電導(dǎo)率和3種功能微生物的變化研究，得到如下結(jié)論：①隨著旱田改水田年限的增加，土壤的pH逐漸降低，土壤酸化現(xiàn)象越來越嚴(yán)重；②長期旱田改水田對土壤電導(dǎo)率影響較大，前期電導(dǎo)率顯著增加，5年后電導(dǎo)率逐漸降低；③在一定年限內(nèi)，旱田改水田不利于有機(jī)磷細(xì)菌、無機(jī)磷細(xì)菌、纖維素分解菌的積累，但超過一定年限后，3種功能菌的數(shù)量都有所增加。

參考文獻(xiàn)：

[1] 惠富平，闞國坤.當(dāng)代蘇北農(nóng)業(yè)“旱改水”的歷史意義研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，10（3）：93-101.

[2] 李玉娣，谷 潔，付青霞，等.陜西云陽蔬菜大棚土壤養(yǎng)分及微生物群落功能多樣性研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2014，33（4）：765-771.

[3] 李晨華，張彩霞，唐立松，等.長期施肥土壤微生物群落的剖面變化及其與土壤性質(zhì)的關(guān)系[J].微生物學(xué)報，2014，54（3）：319-329.

[4] BUCHER A E，LANYON L E. Evaluating soil management with microbial community-level physiological profiles[J].Applied Soil Ecology，2005，29（1）：59-71.

[5] HEDLUND K. Soil microbial community structure in relation to vegetation management on former agricultural land[J].Soil Biology and Biochemistry，2004，34（9）：1299-1307.

[6] 武曉森，杜廣紅，穆春雷，等.不同施肥處理對農(nóng)田土壤微生物區(qū)系和功能的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2014，20（1）：99-109.

[7] 高宛莉，劉恩科，李來福，等.玉米栽培模式與施肥方式對土壤微生物和土壤肥力的影響[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，19（2）：108-117.

[8] IBEKWE A M，PAPIERNIK S K，CAN J Y，et al. Impact of fumigants on soil microbial communities[J].Applied Environment Microbiology，2001，67（3）：3245-3257.

[9] BUNEMANN E K，BOSSIO D A，SMITHSON P C，et al.A Microbial community composition and substrate use in a highly weathered soil as affected by crop rotation and P fertilization[J].Soil Biology and Biochemistry，2004，36（6）：889-901.

[10] 林先貴.土壤微生物研究原理與方法[M].北京：高等教育出版社，2010.

[11] 邊武英.浙江省標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田土壤酸堿度現(xiàn)狀及改良措施[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（22）：10605-10607.

[12] 林麗仙，張慶美，黃 飚，等.土壤pH測定影響因素探討及藍(lán)莓種植園土壤pH值的測定[J].福建熱作科技，2013，38（4）：22-26.

[13] 高海峰，白軍紅，王慶改，等.霍林河下游典型洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量分布特征[J].水土保持研究，2011，18（1）：268-271.

[14] 丁玉梅，李宏光，何金祥，等.有機(jī)肥與復(fù)合肥配施對煙株根際土壤pH值的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2011，24（2）：635-639.

[15] 范慶鋒，張玉龍，陳 重.保護(hù)地蔬菜栽培對土壤鹽分積累及pH值的影響[J].水土保持學(xué)報，2009，23（1）：103-106.

[16] 黃 敏，肖和艾，童成立，等.稻田土壤微生物磷變化對土壤有機(jī)碳和磷素的響應(yīng)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，37（9）：1400-1406.

[17] 孫宇瑞.土壤含水率和鹽分對土壤電導(dǎo)率的影響[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，5（4）：39-41.

[18] 袁大剛，張甘霖.不同土地利用條件下的城市土壤電導(dǎo)率垂直分布特征[J].水土保持學(xué)報，2010，24（4）：171-176.

[19] 林義成，丁能飛，傅慶林，等.土壤溶液電導(dǎo)率的測定及其相關(guān)因素的分析[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，17（2）：83-86.

[20] 郝瑞軍，李忠佩，車玉萍，等.水田和旱地土壤有機(jī)碳礦化規(guī)律及礦化量差異研究[J].土壤通報，2009，40（6）：1325-1329.

[21] 杜春梅，頓圓圓，董錫文，等.蔬菜大棚使用年限對土壤電導(dǎo)率及功能微生物數(shù)量的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，43（5）：69-71.

[22] 王亞藝，蔡曉劍，李松齡，等.解磷細(xì)菌的應(yīng)用效果[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2014，23（7）：197-200.

[23] 王 義，賀春萍，鄭肖蘭，等.土壤解磷微生物研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2009，15（9）：60-64.

[24] 王莉晶，高曉蓉，孫嘉怡，等.土壤解磷微生物作用機(jī)理及解磷菌肥對作物生長的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（14）：5948-5950.

[25] 余 旋，朱天輝，劉 旭.不同解磷菌劑對美國山核桃根際微生物和酶活性的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2012，48（2）：117-123.

[26] 劉 聰，林 維，孫 瓏，等.黑土區(qū)林地土壤高效解磷細(xì)菌的分離篩選及其解磷效果[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，41（11）：83-85.

[27] 邵玉芳，樊明壽，烏 恩，等.植物根際解磷細(xì)菌與植物生長發(fā)育[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23（4）：241-244.

[28] 張麗華，黃高寶，張仁陟.免耕及覆蓋對土壤纖維素分解強(qiáng)度和纖維素分解菌的影響[J].草原與草坪，2007（1）：5-8.

[29] 劉廣明，楊勁松，姚榮江.影響土壤浸提液電導(dǎo)率的鹽分化學(xué)性質(zhì)要素及其強(qiáng)度研究[J].土壤學(xué)報，2005，42（2）：247-252.