追施不同量尿素下麥后復(fù)種油菜對耕層土壤有機碳及微生物量碳氮的影響

楊文元, 董 博, 趙記軍, 郭天文,劉曉偉, 張平良, 譚雪蓮, 曾 駿

(1.古浪縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心/甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所, 甘肅 武威 733100;2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所/甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點實驗室, 甘肅 蘭州 730070;3.甘肅省智慧農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心, 甘肅 蘭州 730070; 4.甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理站, 甘肅 蘭州 730000)

追施不同量尿素下麥后復(fù)種油菜對耕層土壤有機碳及微生物量碳氮的影響

楊文元1, 董 博2,3, 趙記軍4, 郭天文2,劉曉偉2, 張平良2, 譚雪蓮2, 曾 駿3

(1.古浪縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心/甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所, 甘肅 武威 733100;2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所/甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點實驗室, 甘肅 蘭州 730070;3.甘肅省智慧農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心, 甘肅 蘭州 730070; 4.甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理站, 甘肅 蘭州 730000)

[目的] 研究不同追施尿素量對麥后復(fù)種油菜生物產(chǎn)量和耕層土壤有機碳、土壤微生物量碳氮及碳庫管理指數(shù)的影響，為麥后復(fù)種油菜尿素施用量提供依據(jù)。[方法] 在古浪縣進(jìn)行小區(qū)試驗，設(shè)置5個試驗水平：追施尿素0，90，120，150，180 kg/hm2。[結(jié)果] 追肥可提高麥后復(fù)種油菜的生物產(chǎn)量；土壤有機碳、微生物量碳、微生物氮以及碳庫管理指數(shù)均隨追肥量的增加呈拋物線型變化的趨勢；碳庫指數(shù)和碳庫管理指數(shù)的變化趨勢同有機碳的變化趨勢；有機碳、微生物量碳與碳庫管理指數(shù)顯著相關(guān)，有機碳與碳庫管理指數(shù)極顯著相關(guān)，微生物量碳與有機碳含量雖呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，但未達(dá)到顯著相關(guān)性。[結(jié)論] 綜合油菜生物產(chǎn)量和土壤微生物量等指標(biāo)，古浪縣麥后復(fù)種油菜的施肥量以追施尿素120～150 kg/hm2為宜。

麥后復(fù)種油菜; 土壤有機碳; 土壤微生物量碳; 土壤微生物量氮

文獻(xiàn)參數(shù)： 楊文元, 董博, 趙記軍, 等.追施不同量尿素下麥后復(fù)種油菜對耕層土壤有機碳及微生物量碳氮的影響[J].水土保持通報，2017,37(3)：59-62.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170526.001； Yang Wenyuan, Dong Bo, Zhao Jijun, et al. Effects of different amount of topdressing urea on soil organic carbon and soil microbial biomass carbon and nitrogen of multi-cropping rape after wheat planted[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：59-62.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170526.001

河西走廊地區(qū)光、熱資源豐富，8，9，10月降雨較多，但該區(qū)域種植制度一季有余兩季不足，春小麥?zhǔn)斋@后多數(shù)土地休閑，未充分利用光、熱資源，土地利用效率不高。充分利用麥?zhǔn)盏蕉?～3個月的農(nóng)田空閑，種植可收獲鮮草的專用飼料油菜，以提高資源利用率，已成為發(fā)展畜牧業(yè)提供鮮飼草的一項新技術(shù)。較麥后復(fù)種苜蓿、箭舌豌豆等飼料作物，復(fù)種專用飼料油菜可以節(jié)約種子成本300～450元/hm2，飼料產(chǎn)量高出其近1倍，而且飼用油菜的牲畜適口性較好，營養(yǎng)價值較高[1-3]。復(fù)種飼料油菜既能充分利用麥?zhǔn)蘸蟮墓?、熱、水、土資源，又能保護(hù)耕地與生態(tài)環(huán)境、提高土壤肥力，解決冬春飼料不足，促進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)民增收，具有良好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益，是河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的有效措施之一，具有良好的發(fā)展前景。目前，對復(fù)種飼料油菜的研究多集中在不同播期[4]、播種量[5-6]以及油菜飼料營養(yǎng)價值[7]方面，關(guān)于復(fù)種飼料油菜對土壤理化性質(zhì)、土壤微生態(tài)效應(yīng)及土壤培肥效應(yīng)等方面的研究報道較少，針對麥后復(fù)種油菜對土壤有機碳及土壤微生物量碳氮含量的變化未見報道。

復(fù)種對土壤有機質(zhì)數(shù)量影響的差異主要由于土壤中殘留的根茬和植株花葉的脫落，研究表明：油菜根茬在土地中的殘留量可達(dá)525 kg/hm2。土壤有機質(zhì)是反映土壤質(zhì)量最重要的指標(biāo)。土壤有機質(zhì)含量對土壤肥力具有重要作用，不穩(wěn)定組分(如土壤微生物量碳、土壤微生物量氮等)對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整初期的反應(yīng)更為敏感[8-12]。研究麥后復(fù)種飼料油菜對土壤有機碳、土壤微生物量碳和土壤微生物量氮的影響，可以探明麥后復(fù)種飼料油菜對提高土壤肥力的作用、豐富麥后復(fù)種飼料油菜種植的理論與實踐。

1 材料與方法

1.1 試區(qū)概況

試驗設(shè)在甘肅省古浪縣海子灘鎮(zhèn)李家窩鋪村，海拔1 744 m，年均降水量300 mm左右，8—10月降水量占全年降水量的50%，年均氣溫6.6 ℃，≥0 ℃積溫3 250 ℃，年日照時數(shù)約為2 850 h，無霜期160 d左右，地勢平坦，土質(zhì)為沙壤土，地力均勻。灌溉水源以黃河水提灌為主，配以機井水作為補充灌溉水源。作物種植制度為一年一熟制，種植的主要作物為春小麥、玉米、馬鈴薯、啤酒大麥、葵花等，飼養(yǎng)的主要家畜為羊和豬。

試驗處理設(shè)：不追肥(CK)，追施尿素90 kg/hm2(T1)，追施尿素120 kg/hm2(T2)，追施尿素150 kg/hm2(T3)，追施尿素180 kg/hm2(T4)，隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積54 m2(18 m×3 m)，小區(qū)單排式排列，區(qū)間用小埂隔開，分區(qū)灌水。前茬作物為春小麥。

表1 甘肅省古浪縣海子灘鎮(zhèn)李家窩鋪村供試土壤基本性狀

供試油菜為飼油1號，由甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站選育。于2011年7月24日機收后旋耕，8月1日播種油菜，播時施磷酸二銨底肥，施肥量為210 kg/hm2，8月2日第1次灌水，8月19日第2次灌水，并按處理要求，撒施尿素，作為追肥，11月1日刈割，其他管理與大田相同。

1.2 樣品采集

待油菜收獲后，采取各小區(qū)的耕層土壤(0—20 cm)。在每個小區(qū)內(nèi)按“S”形采集樣品，混勻后，用“四分法”取約2.5 kg土壤帶回室內(nèi)，風(fēng)干，磨細(xì)后過篩、備用。

1.3 測定項目與方法

土壤有機碳(SOC)：外加熱重鉻酸鉀氧化法[13]；土壤無機碳測定方法：氣量法[14]；

微生物量碳(SMBC)：采用氯仿熏蒸-0.5 MK2SO4浸提法測定，熏蒸提取采用Vance等[15]的步驟；土壤活性有機碳的測定方法：袁可能法[16]。碳庫管理指數(shù)的計算：

碳庫指數(shù)(ICP)=樣品總有機碳含量/參照土壤總有機碳含量；

土壤碳的不穩(wěn)定性，即碳庫活度(L)等于土壤中的活性有機質(zhì)(CL)與非活性有機質(zhì)(CNL)之比；

L=樣本中的活性有機碳(CL)/樣本中的非活性有機碳(CNL)；

碳損失及其對穩(wěn)定性的影響可用活度指數(shù)IL表示：IL=樣本的不穩(wěn)定性(L)/對照的不穩(wěn)定性(L0)?；谝陨现笜?biāo)可以求得碳庫管理指數(shù)(ICMP)：

ICMP=ICP×IL×100

所有的土壤均以復(fù)種油菜前土壤為參考土壤。

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

在刈割油菜時，每小區(qū)按對角線3點取樣，每個樣點取1 m2鮮草刈割后稱重計產(chǎn)，并折算小區(qū)產(chǎn)量和公頃產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 追肥量對油菜生物產(chǎn)量的影響

由圖1可知，隨著追肥量的增大，油菜生物產(chǎn)量呈現(xiàn)增長趨勢，且T3，T4處理生物產(chǎn)量顯著高于對照CK，T1和T2處理，追肥處理顯著高于不追肥處理CK，其中以T4追肥180 kg/hm2，油菜生物產(chǎn)量最高，較對照CK處理增產(chǎn)達(dá)32.16%。追肥150 kg/hm2的T3處理與T4處理未達(dá)到顯著差異。

注：CK，T1，T2，T3，T4分別表示不追肥，追肥尿素90，120，180 kg/hm2； 不同小寫字母表示不同處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同。

圖1 追肥量對麥后復(fù)種飼用油菜生物產(chǎn)量的影響

2.2 追肥量對耕層土壤有機碳含量的影響

如圖2所示，麥后復(fù)種油菜土壤有機碳含量變化趨勢與生物產(chǎn)量變化趨勢基本相同。隨著追肥量的增大，耕層土壤有機碳含量呈現(xiàn)增長趨勢，且T3，T4處理有機碳含量顯著高于對照CK，T1和T2處理，追肥處理有機碳含量顯著高于不追肥處理CK，其中以T3追肥150 kg/hm2，土壤有機碳含量最高，為11.19 g/kg，較對照CK處理高18.41%。繼續(xù)增加追肥量，土壤有機碳含量有下降趨勢，但T4處理與T3處理未達(dá)到顯著差異。主要是由于復(fù)種油菜后，隨著追肥量的增加，油菜地下部根系的重量也隨之增加，根系分泌物和土壤酶等對土壤中有機物料進(jìn)行分解，引起土壤有機碳含量的差異，但隨著施用無機氮過量增加會引起土壤C/N比降低，加速了土壤中原有有機碳的分解，導(dǎo)致土壤中積累的有機碳總量減少[17]。

圖2 追肥量對土壤有機碳含量的影響

2.3 追肥量對耕層土壤微生物量碳、氮含量的影響

土壤微生物量可表征有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)所對應(yīng)的微生物數(shù)量。表2可知，施肥處理較對照CK可顯著提高耕層土壤微生物量碳、微生物量氮的含量，土壤微生物量碳含量表現(xiàn)為：T2>T1>T3>T4>CK，T1，T2，T3和T4追肥處理較對照CK處理分別提高18.39%，22.47%，13.78%和10.82%。土壤微生物量氮含量變化表現(xiàn)為：T3>T4>T2>T1>CK，T1，T2，T3和T4追肥處理較對照CK處理分別提高18.73%，21.21%，37.67%，28.79%。主要由于施肥增加了生物產(chǎn)量和改善土壤環(huán)境，對土壤有機質(zhì)降解和微生物量碳含量的增加起到了促進(jìn)作用。

表2 不同追肥處理對土壤(0-20 cm) 微生物生物量碳、氮的影響

由表2還可看出，土壤微生物量碳、微生物量氮含量隨著追肥量增加呈現(xiàn)拋物線狀趨勢，與Masto研究結(jié)果相似[18]，但微生物量碳和微生物量氮出現(xiàn)峰值的施肥量不同，土壤微生物量碳含量最高值為T2處理，而土壤微生物量氮含量峰值出現(xiàn)于T3處理；土壤微生物量碳氮比值無明顯規(guī)律，以處理T2為最高?？赡苡捎诘妥贩柿織l件下，作物生長加快，根系分泌物和脫落物增加，同時，追肥增加了土壤微生物生長所需氮源，促進(jìn)了土壤微生物活動和繁殖，提高了土壤微生物量，引起土壤微生物量碳氮含量的增加；隨著追肥量增加，外源氮素的過量增多，土壤中C/N降低，土壤微生物的活性受到抑制，導(dǎo)致土壤微生物量碳氮的降低。

2.4 追肥量對土壤碳庫指數(shù)的影響

各處理數(shù)值的計算以復(fù)種油菜試驗開始前各小區(qū)土樣混勻后的測定結(jié)果為參考土壤樣品。麥后復(fù)種油菜不同追肥量處理碳庫指數(shù)CPI、碳庫管理指數(shù)CMPI見表3。

表3 不同施肥條件下土壤碳庫管理指數(shù)變化

表4 土壤有機碳、微生物量碳和碳庫管理指數(shù)相關(guān)分析

注：*表示顯著相關(guān)； **表示極顯著相關(guān)。

由表3—4可知，各處理碳庫指數(shù)和碳庫管理指數(shù)變化趨勢一致，均隨追肥量的增加先增加后降低。追肥皆可提高土壤碳庫管理指數(shù)和碳庫指數(shù)；除T1處理外各追肥處理碳庫管理指數(shù)顯著高于對照處理，以T3處理為最高，顯著高于T1，T22個追肥處理，T3，T4以及T1，T2處理之間碳庫管理指數(shù)未達(dá)到顯著差異；對于碳庫指數(shù)，T3，T4處理處理顯著高于對照處理，但各追肥處理間差異不顯著。土壤有機碳、土壤微生物量碳含量均與碳庫管理指數(shù)呈顯著相關(guān)，且有機碳達(dá)到顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)大于微生物量碳；有機碳與微生物量碳之間未達(dá)到顯著相關(guān)。

3 結(jié) 論

追肥可提高油菜的生物產(chǎn)量；土壤有機碳、微生物量碳、微生物量氮均隨追肥量的增加呈拋物線型變化的趨勢；追肥可提高土壤碳庫管理指數(shù)，且有機碳、微生物量碳與碳庫管理指數(shù)顯著相關(guān)。甘肅省古浪縣的麥后復(fù)種油菜的追肥量以120～150 kg/hm2為宜，復(fù)種油菜飼草產(chǎn)量可達(dá)101 220 kg/hm2。

[1] 傅廷棟,涂金星,張毅等.在我國西北部地區(qū)麥后復(fù)種飼料油菜的研究與利用[J].中國西部科技,2004,3(6):4-7.

[2] 金光忠,周順成.麥后復(fù)種飼用油菜的種植利用及效益分析[J].畜牧與飼料科學(xué),2008(6):65-66.

[3] 華和春.甘肅引黃灌區(qū)發(fā)展麥后復(fù)種飼用油菜的優(yōu)勢與建議[J].種子科技,2009,27(12):13-15.

[4] 楊文元.古浪縣小麥?zhǔn)蘸髲?fù)種飼用油菜播期試驗初報[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2008(8):22-23.

[5] 劉袆鴻.甘肅省麥后復(fù)種飼用油菜密度試驗初報[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2006(6):9.

[6] 楊瑞吉.麥茬復(fù)種飼料油菜的播種量對其生長性狀的影響[J].中國油料作物學(xué)報,2007,29(4):479-482.

[7] 楊祁峰,滕懷遠(yuǎn),牛菊蘭,等.飼用雙低油菜華協(xié)1號營養(yǎng)成分含量及營養(yǎng)價值研究[J].草業(yè)學(xué)報,2003,12(2):87-92.

[8] Janzen H H, Campbell C A, Brandt S A, et al. Light-fraction organic matter in soils from long-term crop rotations[J]. Soil Science Society of America Journal, 1992,56(6):1799-1806.

[9] Xue Dong, Yao Huaiying, Huang Changyong. Microbial biomass, N mineralization and nitrification, enzyme activities, and microbial community diversity in tea orchard soils[J]. Plant and Soil, 2006,288(1/2):319-331.

[10] Wendling B, Jucksch I, Mendonca E S, et al. Organic-matter pools of soil under pines and annual cultures[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2010,41(14):1707-1722.

[11] Chan K Y, Heenan D P, Oates A. Soil carbon fractions and relationship to soil quality under different tillage and stubble management[J]. Soil and Tillage Research, 2002,63(3):133-139.

[12] 曾駿,董博,張東偉,等.不同施肥方式對灌漠土土壤有機碳、無機碳和微生物量碳的影響[J].水土保持通報,2013,33(2):35-38.

[13] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2000.

[14] Lefroy R D B, Blair G J, Strong W M. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic carbon fractions and13C natural isotope abundance[J]. Plant and Soil, 1993,155(1):399-402.

[15] Vance E D, Brookes P C, Jenkinson D S. An extraction method for measuring soil microbial biomass C[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1987,19(6):703-707.

[16] 徐建民,袁可能.我國地帶性土壤中有機質(zhì)氧化穩(wěn)定性研究[J].土壤通報,1995,26(1):1-3.

[17] 臧逸飛,郝明德,張麗瓊,等. 26 a長期施肥對土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2015,35(5):1445-1451.

[18] Masto R E, Chhonkar P K, Singh D, et al. Changes in soil biological and biochemical characteristics in a long-term field trial on a sub-tropical inceptisol[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2006,38(7):1577-1582.

Effects of Different Amount of Topdressing Urea on Soil Organic Carbon and Soil Microbial Biomass Carbon and Nitrogen of Multi-cropping Rape After Wheat Planted

YANG Wenyuan1, DONG Bo2,3, ZHAO Jijun4, GUO Tianwen2,LIU Xiaowei2, ZHANG Pingliang2, TAN Xuelian2, ZENG Jun3

(1.DrylandAgricultureInstitute,GansuAcademyofAgriculturalSciences,GulangAgriculturalTechnologyExperimentalCentre,Wuwei,Gansu733100,China; 2.KeyLaboratoryofHighEfficiencyWaterUtilizationinDryFarmingRegion,DrylandAgricultureInstitute,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,Gansu730070,China; 3.GansuEngineeringResearchCenterforSmartAgriculture(GERCSA),Lanzhou,Gansu730070,China; 4.GansuAgricultureEnvironmentProtectionStation,Lanzhou,Gansu730000,China)

[Objective] The changes of soil organic carbon(SOC), soil microbial biomass carbon(SMBC), soil microbial biomass nitrogen(SMBN) and carbon pool management index(CPMI) under different amount of topdressing urea in multi-cropping rape after wheat planted were explored to provide scientific basis for urea fertilization. [Methods] Plot test was conducted in Gulang County, with five treatment levels of topdressing urea 0, 90, 120, 150, 180 kg/hm2. [Results] The urea fertilizer was observed that all levels increased biological production of multi-cropping rape after wheat planted. With the increases of urea, SOC, SMBC, SMBN and CPMI all decreased firstly and increased later. CPI and CPMI changed similarly. SOC and SMBC had significant correlations with CPMI; SOC and CPMI correlated extreme significantly; SMBC and SOC correlated positively but insignificantly. [Conclusion] If biological yield of rapeseed and soil microbial biomass were both considered, the best fertilizer rate for multi-cropping rape after wheat planted is 120～150 kg/hm2in Gulang County.

multi-cropping rape after wheat planted; soil organic carbon; soil microbial biomass carbon; soil microbial biomass nitrogen

2016-05-21

2016-07-20

國家科技支撐計劃項目“西部水土流失和瘠薄干旱中低產(chǎn)田改良技術(shù)集成示范”(2012BAD05B03); 農(nóng)業(yè)部行業(yè)專項計劃“西北旱作區(qū)合理輪作制及土壤培肥技術(shù)模式研究”(201503120)

楊文元(1966—),男(漢族),甘肅省古浪縣人,本科,高級農(nóng)藝師,主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。E-mail:hdnyyjs@163.com。

董博(1981—),男(漢族),山東省東阿縣人,博士,助理研究員,主要從事農(nóng)田水肥調(diào)控理論研究。E-mail:ppleyuan@163.com。

A

1000-288X(2017)03-0059-04

S151.9+4