复合菌肥对盐渍土土壤微生物多样性的影响

杜 倩，李 琳,2，刘铁男，梁素钰

（1黑龙江省生态研究所，黑龙江省森林生态与林业生态工程重点实验室，哈尔滨 150081；2东北林业大学盐碱地生物资源环境研究中心，哈尔滨 150040）

0 引言

东北苏打盐渍土是中国主要盐渍土类型之一，是苏打盐碱化土壤分布区的第一大分布区，其中以松嫩平原盐碱地地区盐碱化土壤面积最多，占东北苏打盐碱地地区总土地面积的19.4%。该地区土壤的盐分以苏打、小苏打和少量的硫酸盐和氯化物等成分组成[1-4]。针对盐碱化土壤进行修复改良主要通过物理修复法、化学修复法及生物修复法三类方法[5-7]。物理修复法[8]如排水洗盐技术、秸秆覆盖盐渍土等方法减少土壤水分的蒸发，起到抑盐的作用。生物修复法[9]是选择种植耐盐植物，起到脱盐的目的。化学修复法指的是利用酸碱中和的原理，利用改良剂来降低土壤盐碱性状，最常见的化学改良剂是利用石膏类和酸性盐类等中和土壤pH，降低含盐量[10]。物理改善措施既费时又费力，生物改良选择和培养措施效果缓慢，化学改良措施操作简单，较易于公众接受。以往研究表明，生物有机肥富含腐殖酸，可降低土壤pH和土壤含盐量，同时增加土壤有机质的含量[11]。糠醛渣通常在pH 2～3左右，具有强酸性，且有机质含量很高。王德领[12]对比了钙制剂、糠醛渣和风化煤对中度滨海盐碱土理化性质及对玉米株高、叶绿素和产量的影响，发现糠醛渣在3种改良剂中改良效果最好。钱晓雍等[13]研究发现，施用糠醛渣可降低19.1%的土壤盐分，增加矿质元素的含量，油菜生物量的增加率为64.6%～118.3%。糠醛渣可以改善土壤团聚体结构，疏松土壤，增加孔隙率，保留水分和肥料，达到改善盐碱地盐渍化的目的。细黄链霉菌可产生多种抗生素，对许多植物病原菌有良好的抑制作用，将其应用于微生物肥料，具有提高土壤的肥力和刺激作物生长的作用。宋玉珍等[14]，通过使用活性生物菌肥改善盐碱土上种植的乔木、灌木等绿化树种的生长状况时发现微生物菌肥不会明显改变盐碱土的pH，却明显改变了土壤中的离子组成，而且使用微生物菌肥后可促进苗木生长，且有效提高了苗木的抗盐性。因此，本研究拟定本实验室自主研发配比的有机改良剂、细黄链霉菌、糠醛渣为复合菌肥成分，通过对人工控制池内盐渍土壤添加不同复合菌肥组合，模拟田间种植实验，研究降低盐渍土土壤盐碱化程度，添加不同复合菌肥对盐渍土土壤盐碱化的改良效果及土壤微生物群落功能多样性对复合菌肥的响应，通过对比土壤微生物的多样性对复合菌肥与单一有机改良剂的响应情况，分析复合菌肥对盐渍土土壤性状的影响，从而确定复合菌肥最佳组合类型，以期为盐碱地治理改良措施引起的土壤微生物性能的变化提供技术参考，并对盐渍地合理开发和利用提供科学的基础依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

苏打盐碱土，采自肇东市宋站宣化乡境内黑龙江省林科院肇东实验林场(125°40′E，46°20′N)，取 0～30 cm深混合土样。土样质地为轻黏壤，理化性状差，孔隙少，植物根系残留少。供试土壤的基本理化性质为：pH 9.05±0.09，电导率 343.00±53.30 μS/cm，全氮0.17±0.01g/kg，全磷0.08±0.01g/kg，全碳21.68±1.75g/kg，有机碳16.49±1.62 g/kg。

1.2 供试菌肥

本试验中选择的菌肥为有机改良剂、糠醛渣和细黄链霉菌为成分组成。有机改良剂为当地惯用的腐熟牛粪堆肥、蘑菇渣、珍珠岩与农作物秸秆按一定配比为原料经无害化、腐熟、混合处理而成的有机改良剂。其中组合1：有机改良剂；组合2：有机改良剂、细黄链霉菌；组合3：有机改良剂、糠醛渣；组合4：有机改良剂、糠醛渣、细黄链霉菌。

1.3 试验设计

在室外建12个13 m×15 m×6 m水泥池，进行可控人工试验，挖取黑龙江省肇东实验林场的盐渍土壤（0～30 cm土层，pH 9.05）运至人工池回填。池子建设完成后，所有样池均施有机改良剂降低土壤盐碱性，20天后栽植3年生枸杞苗。将复合菌肥均匀撒在供试池内，翻土20 cm，使其与土壤充分混匀，试验分3个处理，池内土壤的处理和每个池子种植作物的情况如表1所示，施肥时间为栽种枸杞苗发芽期，其中每个处理3个重复，以只添加有机改良剂的L1池为对照。

表1 人工控制池的处理方案

1.4 测定项目及方法

土壤样品采集于当年秋季10月，采用五点取样法采集样池内0～10 cm的土壤样品，后混合土壤样品，新鲜土样用于土壤微生物群落功能多样性的分析，其余土样风干后过筛，用于土壤理化性质的测定。土壤化学性质的测定：土壤pH采用pH计测定（土:水=1:2.5）、土壤电导率分析采用电导率测定仪测定（土:水=1:5）、土壤全氮采用凯氏定氮法测定、土壤全磷采用钼锑抗分光光度法测定、土壤总碳和土壤有机质所采用TOC分析仪测定。

土壤的微生物功能多样性分析采用Biolog-ECO微平板法进行。称取10 g新鲜土壤样品后加入0.05 mol/L磷酸缓冲液，混合震荡20 min，静置后取上清液，按10倍稀释法将土壤溶液稀释至10-3，将稀释液接种至Biolog板每个微孔中。于25℃培养箱中培养10天。培养24 h后，使用酶标仪(MD VersaMax)590 nm波长读取第一次数据，此后每24 h读取一次数据，连续10天。

1.5 数据处理

利用Excel和SPSS软件对数据进行分析。用平均颜色变化率(AWCD)表示土壤微生物群落利用碳源的整体能力，土壤群落功能多样性采用丰富度指数、Shannon-Winner指数、均匀度指数、Simpson指数、McIntosh均匀度指数表征。

2 结果与分析

2.1 土壤化学性质

根据表1的处理，每个池子每次蛇形0～10 cm土层内取5个点混合，重复3次，测得理化性质如表2所示。土壤未处理最高为pH 9.05，处理后土壤都有所下降，而加了复合菌肥的比单加有机改良剂下降的更多，最低可达到pH 7.71，总体表现为L4＜L3＜L2＜L1，由此可看出复合菌肥可以有效降低盐渍土壤的盐碱性状。处理后土壤的全氮和全磷都比未处理的有所增加，全磷总体表现为L1＜L2＜L3、L4，全氮总体表现为L1、L2＜L3、L4。电导率值可以反应出土壤水溶性离子含量的高低，电导率值越大，土壤水溶性离子含量越高，电导率值在L3、L4有明显增高，L1、L2与未处理相比无明显改变。试验测得的盐渍土壤总碳包括土壤总碳含量以及土壤碱结晶体中碳酸根和碳酸氢根中碳含量两部分，而土壤有机碳是经过酸化处理后的碳含量，其值远低于总碳含量，反应了土壤有机质含量的变化。处理后土壤的总碳和有机碳都比未处理的有所增加，总体表现为L2＜L1＜L3＜L4。研究结果表明，复合菌肥的土壤中离子含量远高于单独添加糠醛渣和细黄连菌的土壤，是由于复合菌肥提供了有利于微生物功能的环境。

表2 土壤化学性质

2.2 土壤微生物利用碳源的动力学特征

2.2.1 土壤微生物利用全部碳源的变化特征 微生物对碳源的利用能力则是表征环境微生物生长情况的主要指标。由AWCD时间动态变化曲线可以看出，不同土壤处理土壤微生物群落的AWCD在24 h之前变化很小，24 h后，随着培养时间的延长AWCD逐渐升高。AWCD值变化趋势表现为随着培养时间的增加，土壤微生物利用碳源的能力呈上升趋势。96 h以后平均颜色变化率增长速率减小上升趋势减缓，选取168 h的数据进行后续分析。施复合菌肥处理的样地AWCD均高于单一施有机改良剂样地，其中L2升的最高，但其他3个样地AWCD值与L2差异不显著。

图1 土壤微生物群落AWCD随时间的变化

2.2.2 土壤微生物对不同碳源利用强度的分析 通过测定培养168 h时12种土壤微生物对31种单一碳源组成的六类碳源的代谢能力（AWCD值），分别是碳水类（糖类）、氨基酸类、羧酸类、胺类、多聚物类和芳香类得到微生物对微平板上不同碳源利用率如图2所示。土壤微生物对6种不同碳源的利用强度存在差异，池L1表现为多聚物＞氨基酸类＞羧酸类＞碳水化合物＞芳香类＞胺类；池L2表现为多聚物＞氨基酸类＞羧酸类＞碳水化合物＞胺类＞芳香类；池L3表现为氨基酸类＞多聚物＞碳水化合物＞羧酸类＞芳香类＞胺类；池L4表现为氨基酸类＞多聚物＞羧酸类＞碳水化合物＞芳香类＞胺类。总体看4个土壤处理样地，池L2、L3、L4对氨基酸类和芳香类的两类碳源利用率高于对照池L1，池L2、L3、L4对胺类和多聚物类两类碳源利用率均低于对照池L1，施用复合菌肥会显著提高氨基酸类和芳香类的利用率，降低胺类和多聚物类的利用率。

图2 土壤微生物群落对碳源的利用

2.3 土壤微生物群落功能多样性指数分析

本研究选取168 h时的AWCD值计算土壤微生物群落的多样性指数（均匀度指数Shannon-Winner指数和Simpson指数）环境中物种多样性与物种的丰富度及均匀度相关，群落内组成的物种越丰富、均匀度越大，则该群落的多样性越高。物种丰富度表明物种的数量多，因ECO板主要是表明细菌，所以表明4块样地中复合菌肥(L2、L3、L4)的细菌种属比单一有机改良剂(L1)丰富。Shannon(H')用于评估丰富度、Simpson(D)用于评估优势度的指数，D指数越小，H'指数越大表明样地的土壤微生物的多样性越高。从表3中看出，复合菌肥(L2、L3、L4)的土壤微生物的多样性均高于单一有机改良剂(L1)。物种均匀度是指一个群落或环境中的全部物种数目个体数目的分配状况，从表中看出，复合菌肥(L2、L3、L4)的土壤微生物的均匀度均高于单一有机改良剂(L1)。所以添加复合菌肥会丰富盐渍土土壤微生物，是由于复合菌肥提供了有利于微生物功能的环境。

表3 土壤微生物群落功能多样性指数

2.4 土壤微生物多样性指数与化学性质相关性

土壤微生物群落多样性与土壤化学性质相关性分析结果表明（表4），土壤微生物群落功能多样性各指标与土壤pH之间存在负相关关系，与均匀度指数相关性显著。电导率与丰富度、Shannon-Winner指数和Simpson指数呈正相关关系、与均匀度指数、McIntosh均匀度指数呈负相关关系，其中与McIntosh均匀度指数相关性显著。全氮与土壤微生物群落功能多样性各指标呈负相关关系，与McIntosh均匀度指数相关性显著。全磷与土壤微生物群落功能多样性各指标之间存在正相关关系，且相关性不显著。总碳和有机碳与丰富度、Shannon-Winner指数、Simpson指数和McIntosh均匀度指数呈正相关，与均匀度指数呈负相关。其中总碳与均匀度指数相关性显著，有机碳与Shannon-Winner指数和McIntosh均匀度指数相关性显著。因此，有机碳、全氮、全磷和全碳等土壤化学性质与土壤微生物群落功能多样性相关，使用复合菌肥改变土壤化学性质的同时，会造成土壤微生物群落多样性产生差异。

表4 土壤化学性质与微生物群落功能多样性相关性分析

3 结论

（1）施用有机改良剂和复合菌肥均可以明显降低盐渍土壤的pH、增加有机质的含量及增加土壤中微生物多样性，对于改良土壤化学和生物性质起到良好作用。同时，在使用复合菌肥料后，土壤化学性质与微生物多样性响应的关系显著。

（2）通过试验结果表明有机改良剂+糠醛渣、有机改良剂+细黄链霉菌和有机改良剂+糠醛渣+细黄链霉菌使用效果均好于加单一有机改良剂的使用效果。但在施含有糠醛渣成分的复合菌肥土壤中土壤pH有较为明显的降低，电导率值也有明显的提高，在施含有细黄链霉菌成分的复合肥土壤中微生物多样性有明显的增高。

（3）综合考虑可以确定较适宜肇东地区使用的复合菌肥组合有机改良剂+细黄链霉菌+糠醛渣。增施复合菌肥后可以明显降低土壤pH，提高电导率值，提高微生物多样性。建议在今后盐渍土改良生产中可以考虑该种肥料的实地应用，以促进肇东地区盐渍土的健康改良发展。

4 讨论

（1）本研究发现添加复合菌肥的土壤pH比单加有机改良剂下降的更多，从最高pH 9.05降至最低到pH 7.71，由此可看出施肥均会降低pH、提高电导率值。其中施含有糠醛渣复合肥比其他肥的pH降低更为显著，电导率值显著提高。出现这一结果的原因有多个方面，首先有机改良剂经发酵产生腐殖酸，具有一定酸性；二是有一定量的糠醛渣，糠醛渣是高温酸催化玉米芯等制备糠醛渣余下的副产品有机物料，其酸性较强，可对盐碱土起到调酸作用[17]。张美娟等[18]通过施用糠醛渣发现糠醛渣不仅降低盐碱土pH和含盐量，而且显著提升了土壤微生物多样性。复合菌肥中含有糠醛渣所以可以有效降低盐碱土pH和含盐量，同时由于复合菌肥中含有细黄链霉菌是链霉菌属放线菌属[19]，其代谢产物中含有生长素、抗菌素、苯乙酸、琥珀酸及细胞分裂素等作物生长所必须的生长调节剂成分，可有效转化土壤中氮、磷、钾，所以施用复合菌肥后土壤中有机碳、全氮、全磷、全碳等含量均高于单独添加有机改良剂的土壤。土壤有机质、有机碳、全氮、全磷、全碳是土壤中重要的肥力指标，由此分析可知复合菌肥在参与分解的过程中释放出可供作物利用营养元素，改善土壤的理化性质同时提高微生物数量。

（2）施复合菌肥处理的样地AWCD均高于单一施有机改良剂样地，其中含细黄链霉菌的复合肥升的最高。施含细黄链霉菌的复合肥的样地对碳源利用率有明显优势。施用复合菌肥逐渐改变了土壤微生物的代谢结构，不同程度降低了微生物对胺类碳源的相对利用能力，提高了微生物对芳香类、氨基酸类和碳水类碳源的相对利用率。孙佳骏等[16]对6大类碳源的代谢分析发现，复合菌肥可提高微生物利用碳底物的能力，尤其是显著提高了微生物对多酚类和多胺类碳源的利用能力。

（3）复合菌肥的土壤微生物的多样性指数、均匀度指数均高于单一有机改良剂。复合菌肥可丰富土壤中微生物的可利用营养，增加土壤微生物的多样性和丰富度，提高微生物活性。添加复合菌肥会丰富盐渍土土壤微生物，是由于复合菌肥分解土壤中的枯落物等有机物质和矿物质形成腐殖质提供了有利于微生物功能的环境。在微生物发挥作用的同时补充营养元素，可以提高有机改良剂的使用效率，从而能达到降低应用成本，减少对环境的污染的效果，因此有机改良剂和其他微生物肥料混合使用效果较好。