2. 天津市农业资源与环境研究所,天津 300192
2. Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment, Tianjin 300192, China
设施栽培产值高,不受季节限制,种植面积不断增加。但设施菜田过量施肥现象非常普遍,温室内土壤养分比例失调,土壤理化性质越来越不利于蔬菜的生长。土壤微生物在土壤养分转化中起着重要作用 [ 1– 3] ,并被广泛用作评价土壤质量和肥力的敏感指标 [ 4– 7] 。
土壤中微生物量碳氮含量受许多因素的影响,如土壤类型 [ 8] 、土壤理化性质 [ 9– 10] 、季节和气候变化 [ 11] 、植被类型 [ 12– 13] 和生育期 [ 14– 16] 以及土地利用方式 [ 17] 等。施肥作为一项重要的农业生产措施,能显著影响土壤微生物量碳、氮含量 [ 18– 19] 。目前,国内外有关施肥措施对土壤微生物量碳氮影响的研究已有大量报道,但主要集中于玉米 [ 20– 21] 、水稻 [ 22– 24] 、小麦 [ 14, 25] 等粮田土壤。设施菜田蔬菜种植年限 [ 26– 28] 、种植制度 [ 29– 30] 和施肥措施 [ 31– 32] 对土壤微生物数量和区系的影响,以及不同栽培方式 [ 33] 对微生物量碳、氮的影响也有报道,而不同施肥模式对设施菜田土壤微生物量碳、氮影响方面的研究鲜见报道。本文利用设在天津的日光温室蔬菜不同施肥模式定位试验,研究蔬菜轮作周期内不同施肥模式土壤微生物量碳、氮动态变化特征及其与蔬菜产量之间的关系,以期寻求经济节约、高效合理的施肥模式,为实现设施蔬菜生产的可持续发展提供依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料本定位试验地点位于天津市西青区辛口镇第六埠村,试验区域属暖温带半湿润大陆性气候,全年平均温度为 11.6℃,全年日照总量为 2810 h,全年无霜期为 203 d,自然降水总量为 586 mm。供试日光温室东西走向,长 80 m,宽 6.5 m (含 0.5 m 通道),前部有通风口,白天适时敞开通风,夜间或降雨时关闭。供试土壤类型为中壤质潮土,地下水埋深为 1 m。定位试验于 2009 年 10 月开始 (定位试验开始时棚龄为 7 年),种植制度为春茬番茄–秋冬茬芹菜轮作,试验开始前 0—20 cm 耕层土壤基本理化性质为:有机质 25.4 g/kg,硝态氮 186.2 mg/kg,速效磷 144.6 mg/kg,速效钾 404.0 mg/kg,pH 7.9。供试芹菜 ( Apium graveolens) 品种为文图拉,番茄 ( Lycopersicon esculentum) 品种为朝研 299。
1.2 试验设计定位试验共设 8 个处理,分别为:1) 不施氮;2) 全部施用化肥氮 (4/4CN);3) 3/4 化肥氮 + 1/4 猪粪氮 (3/4CN + 1/4PN);4) 2/4 化肥氮 + 2/4 猪粪氮 (2/4CN + 2/4PN);5) 1/4 化肥氮 + 3/4 猪粪氮 (1/4CN + 3/4PN);6) 2/4 化肥氮 + 1/4 猪粪氮 + 1/4 秸秆氮(2/4CN + 1/4PN + 1/4SN);7) 2/4 化肥氮 + 2/4 秸秆氮 (2/4CN + 2/4SN);8) 农民习惯施肥 (CF)。处理 2~7 为大幅减施肥料的有机无机肥料配合施用模式,等氮等磷等钾,番茄茬施用的 N、P 2O 5 和 K 2O 总量分别为 450、225 和 600 kg/hm 2,芹菜茬 N、P 2O 5 和 K 2O 总量分别为 450.0、300.0 和 600.0 kg/hm 2。无氮处理与处理 2~7 为 等磷等钾。农民习惯施肥处理番茄茬化肥 N、P 2O 5 和 K 2O 用量分别为 450.0、300.0 和 450.0 kg/hm 2,猪粪施入量为 30.0 t/hm 2;芹菜茬化肥 N、P 2O 5 和 K 2O 用量分别为 450.0、600.0 和 300.0 kg/hm 2,猪粪施入量为 32.0 t/hm 2。春茬番茄和秋冬茬芹菜各处理的具体氮和碳投入量见 表 1。每个处理 3 次重复,随机排列。试验小区面积 14.4 m 2 (宽 2.4 m×长 6.0 m),番茄株、行距分别为 0.3 m 和 0.6 m,种植密度为 25000 株/hm 2;芹菜株、行距分别为 0.20 m 和 0.15 m,种植密度为 330570 株/hm 2。小区间埋设 PVC 板 (深度 105 cm:100 cm 地下,5 cm 地上;厚度 4 mm),防止小区之间养分和水分的横向迁移。
表1 试验处理及其氮和碳投入量(kg/hm 2) Table 1 Treatments and the corresponding N and C inputs from different sources |
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有机肥全部基施。番茄季处理 20% 氮肥、70% 磷肥和 20% 钾肥基施,剩余氮肥和钾肥分别在番茄开花期、第一穗果膨大期、第二穗果膨大期和第三穗果膨大期追施,氮肥追施比例为 30%、30%、10% 和 10%,钾肥为 10%、30%、30% 和 10%,剩余磷肥在第一和第二次追肥各施入 15%;习惯施肥处理 20%的氮肥和 80%的磷肥基施,其余氮磷钾肥分 4 次平均追施。芹菜季 20%氮肥、70%磷肥和 20%钾肥基施,剩余氮肥和钾肥在芹菜 5~6 叶期、8~9 叶期和 11~12 叶期分 3 次追施,氮肥的追施比例为 35%、35% 和 10%,钾肥的追施比例为 10%、35% 和 35%,剩余磷肥在第一次追肥时全部施入;习惯施肥处理 20% 氮肥和 100% 磷肥基施,剩余氮肥和全部钾肥平均分 3 次追施。
定位试验所施用的化肥为尿素 (含 N 46%)、过磷酸钙 (含 P 2O 5 12%)、磷酸二铵 (N 18%,P 2O 5 46%)、氯化钾 (K 2O 60%)、磷酸二氢钾 (P 2O 552%,K 2O 34%)。所用商品猪粪含 N 2.17%,P 2O 51.39%,K 2O 1.63%,C 218.00 g/kg (干基),水分含量为 28.9%;所用秸秆含 N 1.04%、P 2O 5 0.32%、K 2O 1.69%,C 426.9 g/kg (干基),水分含量为 64.9%。
基施方式为肥料撒施后旋耕入土,追施方式为肥料溶于水后随水冲施。处理 1~7 是依据田间持水量进行灌溉,当田间持水量低于 60% 时进行灌溉;处理 8 采用习惯灌溉方式,即定期采用大水漫灌的方式。为保证灌水量的准确,每个小区均安装有单独的 PVC 进水管,并用水表记录灌水量。习惯施肥处理番茄季和芹菜季灌水总量分别为 4861 和 4167 m 3/hm 2,其余处理番茄季和芹菜季灌水总量分别为 3889 和 3334 m 3/hm 2。
1.3 土壤样品采集及测定方法第 9 茬蔬菜 (秋冬茬芹菜) 于 2013 年 9 月 18 日 (芹菜基肥施用前)、10 月 20 日 (芹菜定植后 30 d)、11 月 20 日 (芹菜定植后 60 d)、12 月 20 日 (芹菜定植后 90 d) 及 2014 年 1 月 9 日 (芹菜定植后 110 d,拉秧期 ) 采集土壤样品。第 10 茬蔬菜 (春茬番茄) 于 2014 年 1 月 26 日 (番茄施基肥前)、2 月 21 日(番茄定植后 20 d)、3 月 12 日 (番茄定植后 40 d)、4 月 2 日 (番茄定植后 60 d)、4 月 22 日 (番茄定植后 80 d)、5 月 12 日 (番茄定植后 100 d)及 6 月 3 日 (番茄定植后 120 d,拉秧期) 采集土壤样品。取样方法是在每个小区内按 S 形布设 10 个点,用不锈钢土钻采取 0—20 cm 土壤样品,立即剔除石砾和植物残根等杂物,混合均匀,迅速过 2 mm 筛后于 4℃ 冰箱内保存,用于土壤微生物量碳、氮含量的测定。
土壤微生物量碳采用熏蒸提取–容量分析法测定 [ 34] ,计算公式为:B C (mg/kg) = E C/k Ec
式中,Ec 为熏蒸土与未熏蒸土壤的差值;k Ec为转换系数,取值 0.38。
土壤微生物量氮采用熏蒸提取-全氮测定法测定 [ 34] ,计算公式为:B N (mg/kg) = E N/k EN
式中,E N 为熏蒸土与未熏蒸土壤的差值;k EN 为转换系数,取值 0.45。
土壤田间持水量采用室内环刀法测定 [ 35] :用环刀采集原状土带回实验室,进行土样吸水、排水、烘干称重等步骤,测得土壤田间持水量。土壤基本化学性质采用常规分析方法测定 [ 36] :土壤有机质用重铬酸钾–浓硫酸氧化 (外加热法),硫酸亚铁溶液滴定法测定;土壤硝态氮采用 2 mol/L 氯化钾溶液浸提,双波长紫外分光光度法测定;土壤速效磷采用 0.5 mol/L NaHCO 3 浸提,钼锑抗比色法测定;土壤速效钾采用 NH 4OAc 溶液浸提,原子吸收分光光度计测定;土壤 pH 采用 2.5∶1 水土比,酸度计测定。
1.4 数据处理数据采用 Microsoft Excel 2010 和 SAS 8.0 统计软件进行分析。
2 结果与分析 2.1 不同施肥模式对设施菜田土壤微生物量碳动态变化的影响 2.1.1 芹菜生育期间不同施肥模式土壤微生物量碳动态变化特征由表 2 可以看出,芹菜生育期间不同施肥模式土壤微生物量碳含量总体上均呈先增后降的趋势。芹菜施基肥前不同施肥模式土壤微生物量碳含量均相对较低,在 37.2~336.9 mg/kg 之间,平均为 212.6 mg/kg;芹菜定植后 90 d 不同施肥模式土壤微生物量碳含量均相对较高,芹菜定植后 30、60、90 和 110 d 土壤微生物量碳含量分别在 122.5~374.4、96.7~497.2、267.9~514.6 和 216.0~467.5 mg/kg 之间,平均分别为 260.4、322.1、419.4 和 318.3 mg/kg。
表2 芹菜定植后不同时间不同施肥模式土壤微生物量碳含量(mg/kg) Table 2 Soil microbial biomass carbon contents in different growth period of celery under different fertilization patterns |
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芹菜生育期间各取样时期有机无机肥料配施土壤微生物量碳含量均高于单施化肥,3/4CN + 1/4PN、2/4CN + 2/4PN、1/4CN + 3/4PN、2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量碳含量较 4/4CN 分别增加 15.1%、23.9%、30.6%、62.0% 和 81.7%。
中量配施猪粪 2/4CN + 2/4PN 和高量配施猪粪 1/4CN + 3/4PN 土壤微生物量碳含量较低量配施猪粪平均分别增加 7.7% 和 13.5%。配施秸秆土壤微生物量碳含量高于配施猪粪,2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量碳含量较 1/4CN + 3/4PN 平均分别增加 24.1% 和 39.2%。
大幅减施肥料的配施秸秆土壤微生物量碳含量高于高量施肥的习惯施肥,2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量碳含量较习惯施肥平均分别增加 4.4% 和 24.7%。
2.1.2 番茄生育期间不同施肥模式土壤微生物量碳动态变化特征表 3 显示,番茄生育期间不同施肥模式土壤微生物量碳含量总体上呈先增后降的趋势。番茄施基肥前和定植后 100、120 d 不同施肥模式土壤微生物量碳含量总体相对较低,分别在 97.2~286.7、118.6~162.1 和 57.4~191.0 mg/kg 之间,平均分别为 172.9、144.8 和 140.0 mg/kg;番茄定植后 20、40、60 和 80 d 不同施肥模式土壤微生物量碳含量总体相对较高,分别在 122.5~338.0、139.8~267.7、135.4~272.2 和 164.3~271.2 mg/kg 之间,平均分别为 214.3、205.1、192.1 和 226.9 mg/kg。
表3 番茄定植后不同时间不同施肥模式土壤微生物量碳含量(mg/kg) Table 3 Soil microbial biomass carbon contents under different fertilization patterns in different days after transplanting of tomato |
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番茄生育期间各取样时期有机无机肥料配施模式土壤微生物量碳含量总体高于单施化肥模式,其中以配施秸秆模式(2/4CN + 2/4SN、2/4CN + 1/4PN + 1/4SN)土壤微生物量碳含量总体上相对较高。五种有机无机肥料配施模式 3/4CN + 1/4PN、2/4CN + 2/4PN、1/4CN + 3/4PN、2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量碳含量较 4/4CN 模式平均分别增加 16.9%、25.2%、51.8%、61.4% 和 86.9%。
猪粪用量较高的处理,土壤微生物量碳含量也较高。2/4CN + 2/4PN 和 1/4CN + 3/4PN 土壤微生物量碳含量较 3/4CN + 1/4PN 平均分别增加 7.1% 和 29.9%。
配施秸秆模式土壤微生物量碳含量总体高于配施猪粪模式。2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量碳含量较 1/4CN + 3/4PN 平均分别增加 6.3% 和 23.1%。
配施秸秆模式施 N 量较常规施肥大幅减少了 50% 多,总 C 投入增加了 10%~40%,相应地各取样时期土壤微生物量碳含量也高于习惯施肥模式,2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量碳含量较习惯施肥平均分别增加 9.7% 和 27.1%。
2.2 不同施肥模式对设施菜田土壤微生物量氮动态变化的影响 2.2.1 芹菜生育期间不同施肥模式土壤微生物量氮动态变化特征表 4 表明,芹菜生育期不同施肥模式土壤微生物量氮含量总体上均随生育期的推进先增后降,在芹菜定植后 60 d 不同施肥模式土壤微生物量氮含量均达到最高。
表4 芹菜定植后不同时间不同施肥模式土壤微生物量氮含量(mg/kg) Table 4 Soil microbial biomass nitrogen contents in different growth period of celery under different fertilization patterns |
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芹菜生育期间各取样时期有机无机肥料配施土壤微生物量氮含量均高于单施化肥,其中以配施秸秆模式(2/4CN + 2/4SN、2/4CN + 1/4PN + 1/4SN)土壤微生物量氮含量相对较高。五种有机无机肥料配施模式 3/4CN + 1/4PN、2/4CN + 2/4PN、1/4CN + 3/4PN、2/4CN + 1/4 PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量氮含量较 4/4CN 模式平均分别增加 24.5%、37.2%、64.2%、81.1% 和 100.0%。
随着猪粪用量的增加,土壤微生物量氮含量总体上呈增加的趋势,中量配施猪粪模式 2/4CN + 2/4PN 和高量配施猪粪模式 1/4CN + 3/4PN 土壤微生物量氮含量较低量配施猪粪模式平均分别增加 10.2% 和 31.9%。
配施秸秆模式土壤微生物量氮含量高于配施猪粪模式,2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量氮含量较高量配施猪粪模式 1/4CN + 3/4PN 平均分别增加 10.3% 和 21.8%。
大幅减施肥料的高量配施秸秆土壤微生物量氮含量高于高量施肥的习惯施肥,低量配施秸秆土壤微生物量氮含量与习惯施肥的相近。2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量氮含量较习惯施肥平均分别增加 0.8% 和 11.4%。
2.2.2 设施番茄生育期间不同施肥模式土壤微生物量氮动态变化特征由 表 5可以看出,番茄生育期间 CK 和 4/4CN 土壤微生物量氮含量总体上呈先增后降的趋势,而有机无机肥料配施模式土壤微生物量氮含量总体上呈先增后降再增的趋势。番茄施基肥前不同施肥模式土壤微生物量氮含量均相对较低,在 9.5~43.1 mg/kg 之间,平均为 28.4 mg/kg;番茄定植后 60 d 不同施肥模式土壤微生物量氮含量相对较高,番茄定植后 20、40、60、80、100 和 120 d 土壤微生物量氮含量分别在 10.2~52.6、13.5~57.2、23.3~68.8、11.4~48.2、22.7~50.1 和 16.2~66.1 mg/kg 之间,平均分别为 32.8、40.0、48.5、32.6、32.2 和 42.2 mg/kg。
表5 番茄定植后不同时间不同施肥模式土壤微生物量氮含量(mg/kg) Table 5 Soil microbial biomass nitrogen contents under different fertilization patterns in different days after transplanting of tomato |
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番茄生育期间各取样时期有机无机肥料配施模式土壤微生物量氮含量均高于单施化肥模式,秸秆配施模式(2/4CN + 1/4PN + 1/4SN、2/4CN + 2/4SN)又高于化肥猪粪配施模式。3/4CN + 1/4PN、2/4CN + 2/4PN、1/4CN + 3/4PN、2/4CN + 1/4 PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量氮含量较 4/4CN 分别增加了 12.2%、41.8%、56.5%、78.2% 和 109.3%。
猪粪用量高的处理土壤微生物量氮含量总体上也较高。与低量配施猪粪模式 3/4CN + 1/4PN 相比,中量配施猪粪模式 2/4CN + 2/4PN 和高量配施猪粪模式 1/4CN + 3/4PN 土壤微生物量氮含量平均分别增加 26.4% 和 39.2%。
配施秸秆模式土壤微生物量氮含量高于配施猪粪模式,2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量氮含量较高量配施猪粪模式 1/4CN + 3/4PN 平均分别增加 14.1% 和 34.0%。
配施秸秆模式施 N 量较习惯施肥模式减少了 50%,但配施秸秆处理 2/4CN + 1/4 PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN 土壤微生物量氮含量较习惯施肥模式平均分别增加 13.5% 和 33.3%。
2.3 设施菜田土壤微生物量碳氮含量与蔬菜产量之间的关系 2.3.1 芹菜土壤微生物量碳、氮含量与蔬菜产量之间的相关性从 表 6可以看出,芹菜各取样时期土壤微生物量碳氮含量与其产量以及前 9 茬蔬菜总产量之间均呈极显著正相关关系,土壤微生物量碳和氮含量与第 9 茬芹菜产量之间的相关系数分别为 0.71~0.88 和 0.59~0.77,与前 9 茬蔬菜总产量之间的相关系数分别为 0.72~0.88 和 0.64~0.77。
表6 芹菜不同取样时间土壤微生物量碳、氮含量与蔬菜产量之间的相关系数 Table 6 Correlation coefficients between soil microbial biomass C, N contents in different sampling time and the yield of the ninth-season vegetable (celery) and the total vegetable yield |
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从 表 7可以看出,第 10 茬蔬菜各取样时期土壤微生物量碳、含量与第 10 茬和前 10 茬番茄总产量之间均呈极显著正相关关系,土壤微生物量碳和氮含量与第 10 茬番茄产量之间的相关系数分别为 0.52~0.83 和 0.65~0.86,与前 10 茬番茄总产量之间相关系数分别为 0.53~0.81 和 0.64~0.88。
表7 番茄生育期间不同取样时间土壤微生物量碳氮、含量与蔬菜产量之间的相关系数 Table 7 Correlation coefficients between soil microbial biomass C, N contents with the yield of tenth-season vegetable (tomato) and total vegetable yield |
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本试验结果表明,有机无机肥料配施较单施化肥可显著提高设施菜田土壤微生物量碳氮含量,配施秸秆又高于配施猪粪。第 9 茬蔬菜(设施秋冬茬芹菜)生育期间,有机无机肥料配施模式(1/4CN + 1/4PN、2/4CN + 2/4PN、1/4CN + 3/4PN、2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN)土壤微生物量碳、氮含量较单施化肥模式(4/4CN)平均分别增加 15.1%~81.7% 和 24.5%~100.0%,其中配施秸秆模式土壤微生物量碳、氮含量平均分别增加 62.0%~81.7% 和 81.1%~100.0%;第 10 茬蔬菜(设施春茬番茄)生育期间,土壤微生物量碳、氮较单施化肥模式平均分别增加 16.9%~86.9% 和 12.2%~109.3%,配施秸秆模式土壤微生物量碳、氮含量平均分别增加 61.4%~86.9% 和 78.2%~109.3%。施用有机肥不仅可为土壤微生物生长提供碳源、氮源和其他养分 [ 37– 38] ,而且能够提高土壤透水排水性和透气性 [ 39] ,改善土壤微生物的生活环境。与无机肥配合施用由于增加了土壤速效养分的含量,且碳氮比例更加合理,有机无机肥料配施能够显著提高土壤中微生物量含量。单施无机肥对土壤养分总量没有显著影响 [ 40– 41] ,长期施用还可能导致土壤酸化 [ 42] ,不利于土壤微生物的生长繁殖。所以,有机无机肥料配施模式土壤微生物量碳氮含量显著高于单施化肥模式。本研究中,化肥配施秸秆模式较化肥配施猪粪模式对设施菜田土壤微生物量碳氮的提高作用更显著。原因是土壤微生物分解有机质的适宜的碳氮比大约为 25:1 [ 43] 。配施猪粪模式(1/4CN + 1/4PN、2/4CN + 2/4PN 和 1/4CN + 3/4PN)的碳氮总投入比分别为 2.5、5.0 和 7.5,配施秸秆模式(2/4CN + 1/4PN + 1/4SN 和 2/4CN + 2/4SN)碳氮总投入比分别为 12.8 和 20.5( 表 1),更接近 25:1 的碳氮总投入比,土壤微生物因碳源充足而生长繁殖迅速,因而配施秸秆模式土壤微生物量碳氮含量相对较高。
3.2 设施蔬菜不同生育期土壤微生物量碳氮含量的差异设施菜田土壤微生物量碳、氮含量受蔬菜生育期的影响显著。第 9 茬蔬菜 (秋冬茬芹菜) 和第 10 茬蔬菜 (春茬番茄) 生育期间不同施肥模式土壤微生物量碳氮含量总体上均随生育期的推进先增后降,且均在作物长势较盛时,土壤微生物量碳氮含量相对较高(秋冬茬芹菜土壤微生物量碳、氮分别在定植后 60 和 90 d 时相对较高,分别属于芹菜 8~9 叶期和 11~12 叶期;春茬番茄土壤微生物量碳氮在番茄开花-盛果期相对较高)。不同生育期作物根系分泌物的种类和数量不同 [ 44] ,植物根系能够分泌大约 17% 的光合作用产物于土壤中,其中大多数可被土壤微生物所利用 [ 45] 。当作物生长旺盛时,根系代谢较快,分泌较多可被微生物利用的有机化合物,这些化合物能够维持土壤微生物群落的生长,导致土壤微生物数量的增加 [ 46] 。此外,设施蔬菜不同生育时期的温度变化也可能对土壤微生物量碳氮含量产生影响。因为微生物的生命活动都是由一系列生物化学反应组成的,而这些反应受温度影响又极其明显,故温度成了影响微生物生长繁殖的重要因素之一 [ 47] 。有研究表明,随着温度的升高,土壤微生物量含量降低 [ 48– 49] ,土壤细菌在较高温度(≥35℃)下大量热变性可能是土壤微生物数量减少的原因 [ 48] 。而温度过低也可能降低土壤微生物的活性和土壤有机质的分解速率。本研究中,秋冬茬芹菜生育期间表层土壤温度在芹菜生长前期高于 25℃,芹菜 8~9 叶至 11~12 叶期时在 10~20℃ 之间,拉秧期时低于 5℃,土壤微生物生长温度总体上呈“较高—较适—过低”变化;春茬番茄生育期间表层土壤温度在番茄生长前期低于 10℃,开花期至盛果期时在 15~25℃ 之间,拉秧期高于 25℃,土壤微生物生长温度总体上呈“较低—较适—较高”趋势。因而秋冬茬芹菜和春茬番茄生育期间土壤微生物量碳氮含量呈先增后降的趋势可能受土壤温度变化的影响。可见,设施蔬菜生育期间土壤微生物量碳氮动态变化是蔬菜作物生育期、土壤温度等因素综合作用的结果,但关于设施菜田土壤温度对土壤微生物量碳氮含量的影响程度还有待进一步研究。
3.3 设施菜田土壤微生物量碳氮与蔬菜产量的关系土壤微生物量作为土壤养分的“库”和“源”,是土壤肥力的一个重要指标,与作物产量的形成密切相关。已有研究表明,碳在土壤微生物量中的转化速率比在土壤有机质中快 200 倍 [ 3] ,土壤微生物态氮是土壤氮素转化的关键环节及土壤有效氮的重要组分,其消长反映了土壤的供氮特征 [ 50] ,因而土壤微生物量碳氮与土壤中有机碳、全氮和可溶性有机碳氮等密切相关 [ 51– 53] 。另有研究指出,土壤微生物量碳氮与土壤中磷和钾等养分的含量也具有极好的相关性 [ 16, 54] 。可见,土壤微生物量碳氮含量可以指示土壤肥力状况。而土壤肥力可以通过作物产量来体现,研究证明,土壤微生物量碳氮与作物产量之间关系密切。孙建等 [ 55] 对内蒙古旱作玉米田和王芳等 [ 56] 对渭北旱塬麦田土壤的研究表明,土壤微生物量碳、氮与作物产量之间分别呈极显著和显著相关关系。张雪艳等 [ 33] 研究了不同栽培方式对温室连作黄瓜土壤微生物量碳氮和作物产量的影响,结果显示,土壤微生物量碳与秋冬茬作物产量呈显著正相关( P < 0.05),土壤微生物量氮与各茬黄瓜产量呈正相关,但未达到显著水平。本研究结果表明,第 9 茬蔬菜(设施秋冬茬芹菜)生育期间各取样时期土壤微生物量碳氮含量与第 9 茬蔬菜(秋冬茬芹菜)产量及前 9 茬蔬菜总产量之间均呈极显著正相关关系;第 10 茬蔬菜(设施春茬番茄)生育期间各取样时期土壤微生物量碳氮含量与第 10 茬蔬菜(春茬番茄)产量及前 10 茬蔬菜总产量之间也均呈极显著正相关关系。说明了土壤微生物量碳氮作为土壤-作物两者之间极其重要的纽带,推动着土壤有机质和土壤养分的转化与循环,为植物生长提供养分,促进作物产量的增加,是评价土壤肥力的敏感指标。
4 结论1) 两季设施蔬菜 (春茬番茄和秋冬茬芹菜) 生育期间不同施肥模式土壤微生物量碳、氮含量总体上均呈先增后降的趋势,且均在蔬菜长势旺盛时 (芹菜在 8 至 12 叶期,番茄在开花至盛果期),土壤微生物量碳、氮含量相对较高。
2) 同等养分投入量下,两季设施蔬菜生育期间各取样时期有机无机肥料配施模式土壤微生物量碳、氮含量均显著高于单施化肥模式,较单施化肥模式平均分别增加 15.1%~86.9% 和 12.2%~109.3%,其中以配施秸秆模式土壤微生物量碳、氮含量相对较高,较单施化肥模式平均分别增加 61.4%~86.9% 和 78.2%~109.3%。
3) 两季设施蔬菜不同生育期土壤微生物量碳、氮含量与当季蔬菜产量和定位试验开始以来蔬菜总产量之间均呈显著或极显著正相关关系。
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