張偉彬

(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南商丘 476000)

腐殖質(zhì)一般占土壤有機(jī)質(zhì)的70%～90%，大部分與土壤礦物質(zhì)顆粒結(jié)合形成復(fù)合體，能夠通過(guò)改善土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)特性而提高土壤的自我修復(fù)與吸附能力，在土壤養(yǎng)分供應(yīng)以及土壤結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面發(fā)揮重要作用。按照與礦物質(zhì)顆粒的結(jié)合方式和緊密程度不同，腐殖質(zhì)劃分為聯(lián)結(jié)態(tài)、緊結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)、松結(jié)態(tài)4種結(jié)合形態(tài)，腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)比例的不同會(huì)影響土壤養(yǎng)分供應(yīng)以及結(jié)構(gòu)特征。

農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)腐殖質(zhì)組分的變化受自然因素和人為管理活動(dòng)的影響較大。研究土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及組分比例的變化是揭示不同施肥措施對(duì)土壤碳循環(huán)轉(zhuǎn)化影響的重要途徑。有研究表明，人為管理活動(dòng)對(duì)土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及組分含量變化均有一定的影響。長(zhǎng)期過(guò)量單施化肥會(huì)造成土壤有機(jī)碳、腐殖質(zhì)含量減少，加重土壤酸化，而化肥配施有機(jī)肥不僅有利于土壤有機(jī)碳與腐殖質(zhì)含量的積累，還能促進(jìn)土壤腐殖化，改善土壤微生態(tài)環(huán)境。目前，有關(guān)有機(jī)物料還田對(duì)土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及組分含量影響的研究報(bào)道有很多。但土壤有機(jī)碳及腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)受土壤類(lèi)型、氣候等因素的影響較大，還與外源有機(jī)物的投入密切相關(guān)，且不同植物根系分泌物及殘留物均有所不同，對(duì)土壤微生物群落代謝活動(dòng)、腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)的影響也不盡相同。本研究設(shè)置不施肥、單施化肥、單施生物有機(jī)肥、化肥配施有機(jī)肥、單施牛糞、化肥配施牛糞6個(gè)處理，研究化肥與不同有機(jī)肥配施條件下土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化并探討其關(guān)聯(lián)性，旨在找到適宜的施肥模式，為麥?zhǔn)硖锖侠硎┓侍峁├碚撘罁?jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年10月至2021年6月在商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院試驗(yàn)示范基地附近(116°15′E，39°28′N(xiāo))進(jìn)行。試驗(yàn)所在地年降水量650 mm，年平均氣溫14.2 ℃，全年積溫(≥0 ℃)為4 500～5 500 ℃·d，無(wú)霜期210 d，年日照時(shí)長(zhǎng)2 200 h。供試土壤為黃潮土，質(zhì)地為沙壤，基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分含量為：全氮 0.75 g/kg、全磷 0.62 g/kg、有機(jī)質(zhì)8.92 g/kg、堿解氮58.31 mg/kg、速效磷46.82 mg/kg、速效鉀128.22 mg/kg，pH值8.11。試驗(yàn)地常年輪作種植小麥、甘薯。

1.2 供試材料

小麥品種：周麥18(周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院)；甘薯品種：商薯19(商丘市農(nóng)林科學(xué)院)；牛糞，由牛糞與小麥秸稈等腐熟而成，含有機(jī)質(zhì)36.5%，含N 2.35%、PO1.26%、KO 0.75%，購(gòu)于農(nóng)戶(hù)；生物有機(jī)肥，含有機(jī)質(zhì)32.2%，含N 3.85%、PO2.12%、KO 1.15%，有效活菌數(shù)≥0.2億 CFU/g，河北中創(chuàng)豐農(nóng)生物有效公司；化肥，含N 46.3%、PO24.2%、KO≥50%，市售。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，于2018年小麥季開(kāi)始，設(shè)不施肥(CK)、單施化肥(T1)、單施生物有機(jī)肥(T2)、50%化肥與50%生物有機(jī)肥配施(T3)、單施牛糞(T4)、50%化肥與50%牛糞配施(T5)6個(gè)處理，重復(fù)3次，小區(qū)面積40 m。小麥生育期為10月15日至次年6月8日，播種量為 300 kg/hm；甘薯生育期為6月15日至10月10日，種植密度為52 500株/hm，株行距 27 cm×80 cm。單施化肥用量為純N 210 kg/hm、PO150 kg/hm、KO 150 kg/hm；單施牛糞用量為 22 500 kg/hm；單施生物有機(jī)肥用量為 1 800 kg/hm；小麥季與甘薯季施肥量相同，其中小麥季磷肥、鉀肥、牛糞、生物有機(jī)肥作為基肥在旋地前施入，70%氮肥作為基肥，30%氮肥作為追肥在小麥拔節(jié)期至抽穗期施入，甘薯季均作為基肥一次性施入。其他田間管理措施均同當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣一致。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)處理及肥料用量 kg/hm2

1.4 土壤取樣與分析方法

于2021年6月1日利用5點(diǎn)取樣法采集耕作層(0～20 cm)土壤樣品，然后通過(guò)低溫儲(chǔ)存盒帶回實(shí)驗(yàn)室，揀出根系、碎石等雜物，過(guò)2 mm 網(wǎng)篩后，分為2個(gè)部分。一部分保存在-40 ℃冰箱，用來(lái)測(cè)定土壤微生物結(jié)構(gòu)；另一部分自然陰干，用來(lái)測(cè)定土壤腐殖質(zhì)組成。

腐殖質(zhì)測(cè)定采用結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)分組法，具體操作步驟參照李建明等的方法；微生物結(jié)構(gòu)采用磷脂脂肪酸法，按照Bardgett等的提取方法，將提取的樣品通過(guò)氣相色譜儀利用脂肪酸鑒定系統(tǒng)來(lái)分析。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用 Microsoft Office WPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，利用SPSS 17.0進(jìn)行不同處理間多重比較(法)，利用Canoco 5.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.2 不同施肥措施對(duì)土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)的影響

由表2可知，不同施肥措施條件下，各處理土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)發(fā)生較大的變化。與CK處理相比，不同施肥處理的腐殖質(zhì)含量均有不同程度的提高，其中除T1處理腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)含量與CK處理相比均無(wú)顯著差異外，其他處理均顯著提高。與CK處理相比，配施有機(jī)肥處理的松結(jié)態(tài)含量顯著提高0.62～1.33倍，其中T3處理含量最高，且顯著高于T2處理；配施有機(jī)肥處理的聯(lián)結(jié)態(tài)含量顯著提高0.68～1.25倍，其中T3處理含量顯著高于T2、T4、T5處理；配施有機(jī)肥處理的穩(wěn)結(jié)態(tài)含量顯著提高1.06～2.06倍，其中T3處理含量顯著高于T2、T5處理；配施有機(jī)肥處理的緊結(jié)態(tài)含量顯著提高0.03～0.19倍，其中T3處理含量顯著高于T2、T5處理。

表2 不同處理土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)含量

2.2 不同施肥措施對(duì)土壤松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成的影響

由表3可知，不同施肥措施條件下土壤松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的胡敏酸、富里酸含量以及胡富比(H/F)表現(xiàn)出不同的變化。與CK處理相比，不同施肥處理土壤松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的胡敏酸、富里酸含量以及胡富比均有不同程度的提高，其中胡敏酸含量分別提高20.83%～175.00%，富里酸含量分別提高7.14%～96.43%， 除T1處理不顯著外，其他處理胡敏酸、富里酸含量均顯著提高。而配施有機(jī)肥處理的胡敏酸、富里酸含量也存在較大的差異，其中T3處理胡敏酸含量較T2、T5處理分別顯著提高53.49%、43.48%，T3處理富里酸含量較T2、T5處理分別顯著提高34.15%、25.00%，與T4處理均無(wú)顯著差異。H/F比值總體表現(xiàn)為T(mén)3處理>T4處理>T2處理>T5處理>T1處理>CK處理，T3處理顯著高于除T4處理外的其他處理。

表3 不同處理土壤松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成

2.3 不同施肥措施對(duì)土壤聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成的影響

由表4可知，不同施肥處理聯(lián)結(jié)態(tài)的胡敏酸、富里酸含量較CK處理分別提高25.93%～174.07%、45.45%～84.85%，T1處理的胡敏酸、富里酸含量與CK處理相比均無(wú)顯著差異，T2、T3、T4、T5處理均顯著提高。而在所有配施有機(jī)肥處理中，T3處理的胡敏酸含量較T2、T4、T5處理分別顯著提高42.31%、19.35%、37.04%，T2、T4、T5處理之間均無(wú)顯著差異；T3處理的富里酸含量較T2、T4、T5處理分別提高27.08%、15.09%、21.57%，顯著高于T2、T5處理，T2、T4、T5處理之間均無(wú)顯著差異。H/F比值總體表現(xiàn)為T(mén)3處理>T4處理>T2處理=T5處理>T1處理>CK處理，T3處理顯著高于T1、CK處理，T2、T4、T5處理也顯著高于CK處理，但與T1處理均無(wú)顯著差異。

表4 不同處理土壤聯(lián)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成

2.4 不同施肥措施對(duì)土壤穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成的影響

由表5可知，不同施肥處理穩(wěn)結(jié)態(tài)的胡敏酸、富里酸含量及H/F比值差異顯著。胡敏酸含量總體表現(xiàn)為 T3>T4>T5>T2>T1>CK，其中T3處理較其他處理顯著提高18.18%～271.43%，CK、T1處理顯著最低，T4處理顯著高于T2、T5處理；富里酸含量總體表現(xiàn)為T(mén)3>T4>T5>T2>T1>CK，其中T3處理較其他處理顯著提高13.51%～162.50%，CK、T1處理最低，T2、T4、T5處理之間均無(wú)顯著差異；H/F比值總體表現(xiàn)為T(mén)3>T4>T2>T5>T1>CK，其中T3較其他處理顯著提高0.81%～42.53%，T3、T4處理顯著高于CK處理，其他處理間均無(wú)顯著差異。

表5 不同處理土壤穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)組成

2.5 不同施肥措施對(duì)土壤腐殖質(zhì)胡敏酸E4/E6的影響

由圖1可知，不同施肥措施條件下土壤腐殖質(zhì)胡敏酸E4/E6的光密度比值差異較大。與CK處理相比，不同施肥處理的E4/E6比值表現(xiàn)出不同的變化，其中T1處理E4/E6比值提高，較CK處理提高0.49%，其他施肥處理的E4/E6比值均降低，T3處理E4/E6比值最低，較CK處理降低4.16%，但均無(wú)顯著差異。而所有配施有機(jī)肥處理的土壤腐殖質(zhì)E4/E6比值較T1處理均有不同程度的降低，但均無(wú)顯著差異。胡敏酸E4/E6比值總體表現(xiàn)為T(mén)1>CK>T5>T2>T4>T3。

2.6 不同施肥措施對(duì)土壤微生物群落磷脂脂肪酸的影響

由表6可知，不同施肥措施條件下以磷脂脂肪酸含量為表征的土壤微生物主要類(lèi)群結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化。與CK處理相比，T2、T3、T4、T5處理的細(xì)菌、放線菌、總菌落生物量均有不同程度的提高，真菌生物量下降，其中細(xì)菌、放線菌、總菌落生物量較CK處理分別提高13.50%～35.71%、18.91%～46.00%、10.35%～22.53%。除T2處理總菌落數(shù)無(wú)顯著差異外，其他處理指標(biāo)均顯著提高，真菌生物量分別下降5.63%～22.14%，但均無(wú)顯著差異。T1處理的細(xì)菌、真菌、放線菌、總菌落生物量與CK處理相比均無(wú)顯著差異。而在所有配施有機(jī)肥處理中，T3處理的細(xì)菌、放線菌、總菌落生物量以及革蘭氏陽(yáng)性菌/革蘭氏陰性菌比值、細(xì)菌/真菌比值均最高，真菌生物量最低，其中細(xì)菌、總菌落生物量、革蘭氏陽(yáng)性菌/陰性菌比值較T2處理顯著提高17.50%、11.03%、25.00%，放線菌生物量和細(xì)菌/真菌比值較T2、T5處理分別顯著提高22.78%、14.88%和38.69%、33.98%，其他處理指標(biāo)均無(wú)顯著差異，真菌生物量也無(wú)顯著差異。

表6 不同處理土壤微生物磷脂脂肪酸含量

2.7 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)、組成間的多元分析

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)RDA分析結(jié)果表明，第1、第2排序軸能夠在累積變量74.19%上解釋不同施肥措施條件下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)之間的關(guān)系(圖2-A)。各處理空間位置比較分散，說(shuō)明不同施肥措施條件下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化對(duì)腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)產(chǎn)生不同的響應(yīng)。其中土壤細(xì)菌、放線菌、總菌落與腐殖質(zhì)不同結(jié)合形態(tài)均呈正相關(guān)，土壤真菌正好相反，與腐殖質(zhì)不同結(jié)合形態(tài)均呈負(fù)相關(guān)，其中穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)(65.4%)為主要驅(qū)動(dòng)因子。說(shuō)明土壤外源穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的攝入有利于提高土壤細(xì)菌、放線菌、總菌落生物量以及革蘭氏陽(yáng)性菌/陰性菌、細(xì)菌/真菌比值，能夠較明顯地降低真菌生物量。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤腐殖質(zhì)組成間的RDA分析結(jié)果表明，第1、第2排序軸能夠在累積變量72.16%上解釋不同施肥措施條件下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與腐殖質(zhì)組成間的關(guān)系(圖2-B)。其中土壤細(xì)菌、放線菌、總菌落、革蘭氏陽(yáng)性菌/陰性菌、細(xì)菌/真菌比值與土壤腐殖質(zhì)胡敏酸、富里酸以及胡敏酸/富里酸比值呈正相關(guān)關(guān)系，與胡敏酸E4/E6比值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤真菌與土壤腐殖質(zhì)胡敏酸E4/E6比值呈正相關(guān)關(guān)系，與胡敏酸、富里酸以及胡敏酸/富里酸比值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中胡敏酸(56.34%)為主要驅(qū)動(dòng)因子，說(shuō)明土壤腐殖質(zhì)胡敏酸含量的提高有利于提高土壤細(xì)菌、放線菌、總菌落生物量以及革蘭氏陽(yáng)性菌/革蘭氏陰性菌比值、細(xì)菌/真菌比值，降低真菌生物量。由此可知，不同施肥措施能夠改變土壤腐殖質(zhì)的結(jié)合形態(tài)及組成，而土壤穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)和胡敏酸含量與土壤微生物群落的變化有緊密相關(guān)的聯(lián)系。因此，合理的化肥與有機(jī)肥配施比例能夠有效改善土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及組分，從而提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 討論

土壤腐殖質(zhì)不同結(jié)合形態(tài)對(duì)土壤肥力供應(yīng)及土壤結(jié)構(gòu)構(gòu)建有較大的影響，其中松結(jié)合腐殖質(zhì)易被土壤微生物分解與轉(zhuǎn)化，能夠影響土壤養(yǎng)分的供給，緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)不易被土壤微生物分解與轉(zhuǎn)化，對(duì)土壤養(yǎng)分保持與土壤結(jié)構(gòu)改善具有重要的影響。有研究表明，農(nóng)田中配施的有機(jī)物料大部分能夠被土壤微生物分解，未分解部分會(huì)通過(guò)腐殖化進(jìn)程轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，長(zhǎng)期化肥配施有機(jī)肥措施能夠提高土壤松結(jié)態(tài)和穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的比例。本研究結(jié)果顯示，與CK處理相比，不同施肥處理的松結(jié)態(tài)、聯(lián)結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)、緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)含量均有不同程度的提高，其中50%化肥與50%生物有機(jī)肥配施處理腐殖質(zhì)不同結(jié)合形態(tài)含量均最高，明顯高于單施化肥或生物有機(jī)肥處理，而50%化肥與50%牛糞配施處理與單施牛糞處理的不同結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量無(wú)顯著差異。同種結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量在不同施肥處理間差異較大，有可能是生物有機(jī)肥及腐解產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)對(duì)土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的形成有顯著作用，進(jìn)而影響土壤不同結(jié)合形態(tài)腐殖質(zhì)的形成，而牛糞與化肥結(jié)合配施有可能抑制有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的形成，從而使得該處理的腐殖質(zhì)含量低于單施化肥處理。

胡敏酸、富里酸是土壤腐殖質(zhì)活躍的化學(xué)物質(zhì)，不同結(jié)合形態(tài)腐殖質(zhì)的胡敏酸/富里酸比值與土壤結(jié)構(gòu)構(gòu)成及供肥能力密切相關(guān)。有研究表明，E4/E6比值越大，表示不同結(jié)合形態(tài)腐殖胡敏酸分子量越小，分子復(fù)雜程度及縮合度越高。本研究結(jié)果顯示，與CK處理相比，各施肥處理的腐殖質(zhì)胡敏酸、富里酸含量以及胡敏酸/富里酸比值均不同程度地升高，E4/E6比值均下降，其中50%化肥與50%生物有機(jī)肥配施處理胡敏酸、富里酸含量以及胡敏酸/富里酸比值均最高，顯著高于單施化肥或生物有機(jī)肥處理，E4/E6比值最低，顯著低于單施化肥或生物有機(jī)肥處理。而50%化肥與50%牛糞配施配施處理與單施牛糞處理的不同結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)胡敏酸、富里酸含量以及胡敏酸/富里酸比值較單施牛糞處理均不同程度地下降、E4/E6比值上升。造成上述差異的原因有可能是不同有機(jī)肥與化肥結(jié)合的差異造成的，也可能是有機(jī)肥適應(yīng)土壤類(lèi)型不同、分解時(shí)間的差異等因素造成的。由此說(shuō)明，化肥與生物有機(jī)肥配施有利于不同結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量的積累。

土壤有機(jī)碳、腐殖質(zhì)是影響土壤微生物群落組成的重要環(huán)境因素，長(zhǎng)期添加有機(jī)物可以有效提高土壤微生物活性，改善土壤微生物群落組成。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與單施化肥或不施肥處理相比，配施有機(jī)肥處理能夠提高土壤細(xì)菌、放線菌、總菌落生物量和革蘭氏陽(yáng)性菌/陰性菌、細(xì)菌/真菌比值，降低土壤真菌生物量，其中50%化肥與50%生物有機(jī)肥配施處理表現(xiàn)更加顯著。分析認(rèn)為，不同處理外源有機(jī)物的攝入，能夠?yàn)橥寥牢⑸锘顒?dòng)提供不同種類(lèi)的碳源，增強(qiáng)土壤微生物碳源代謝利用能力。而化肥與有機(jī)肥配施處理與單施化肥或有機(jī)肥處理間的差異較大，分析認(rèn)為化肥與有機(jī)肥配施，既能夠滿(mǎn)足作物前期對(duì)養(yǎng)分的需求，又能保證后期養(yǎng)分的供應(yīng)，增加養(yǎng)分的利用效率以及土壤微生物活性，提高土壤中有機(jī)質(zhì)與腐殖質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化速率，加速有機(jī)肥的腐殖化進(jìn)程。RDA分析表明，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變受土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及組分間的影響較大，其中穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)(65.4%)及胡敏酸(56.34%)為主要驅(qū)動(dòng)因子。可見(jiàn)，麥?zhǔn)硖锊煌┓蚀胧┎粌H能夠顯著改變土壤腐殖質(zhì)結(jié)合形態(tài)及組分含量，也能夠明顯影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的組成變化。

4 結(jié)論

麥?zhǔn)硖锊煌┓蚀胧┠軌蜉^大程度地影響土壤腐殖質(zhì)組成、含量以及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化。與單施化肥或不施肥相比，化肥配施有機(jī)肥或單施有機(jī)肥均能顯著提高土壤不同結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量及胡敏酸、富里酸含量，降低胡敏酸/富里酸比值，且能明顯改善土壤微生物群落構(gòu)成，其中50%化肥與50%生物有機(jī)肥配施處理表現(xiàn)更加突出。RDA分析表明，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與土壤不同結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)及組分含量密切相關(guān)。