微生物肥料添加对北盘江流域6个树种全磷、全氮及固氮功能的影响

互推小编 2024-01-14

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植物氮磷含量与固氮功能强弱是影响植物正常生长的重要指标，生物固氮是自然界氮素循环的重要环节，全球陆地生物年固氮量约1.0～2.9亿t,来自豆科植物固氮量约有0.4～0.8亿t, 生物固氮对生态环境的保护具有积极的作用,也对维持生态系统平衡具有不可代替的作用,非豆科植物固氮作用在国内外一直是关注的重点。

据研究，适量施肥可促进植物的固氮能力，但过量施肥会抑制根瘤的生长,随着微生物肥料的增加，黑麦草的氮含量产量均不断增加,马铃薯的产量及对氮肥的利用率也得到了提高。

但黄连的氮含量、生长指标等在不同肥料施用后存在差异,不同施氮、施磷水平下枣树叶片的氮磷含量得到相似的结果,同时植物氮磷含量与固氮能力均有所差异，且微生物肥料比化肥更有利于土壤的恢复,对植物的氮磷含量、生长指标等都有积极的影响,植物氮磷含量与固氮能力等受较多因素的影响，对植物固氮能力的研究具有重要参考价值。

北盘江流域水土流失、石漠化严重，是典型的喀斯特地貌，目前有关北盘江流域的研究多在土壤指标、水土流失防治、水产农业等方面。

生态因子的变化、养分的输入和人类干预对植物氮磷含量以及固氮功能的影响研究具有重要意义，微生物肥料添加对植物固氮方面的研究报道甚少。

因此，研究和掌握北盘江流域植物固氮功能的强弱及添加微生物肥料对固氮能力的影响，为非豆科树种的种植提供合理施肥方式和施肥量，同时对非豆科植物固氮功能的研究提供基础数据。

材料和方法

研究区概况

研究区位于北盘江流域望谟县蔗香乡(106°14′92″E,24°97′70″N,平均海拔692.11 m)。

流域内热量条件好，生境特殊，是贵州与广西两地的重要交错地带，人为活动干扰严重，植被退化，临时性干旱频繁，土壤瘠薄，土壤水分不足，植被覆盖率低，导致了现在的石漠化现象。

研究区内植被多为人工林，植被次生性明显，生境干热特征显著，属严重石漠化区。

研究区树种主要有马尾松(Pinus massoniana)、小叶榕(Ficus concinna)、桉树(Eucalyptus robusta)、斜叶榕(Ficus tinctoria gibbosa)、合欢(Albizia julibrissin)、大叶石栎(Lithocarpus megalophyllus)、毛叶黄杞(Engelhardia colebrookiana)、柠檬(Citrus limon)、荔枝(Litchi chinensis)、柑橘(Citrus reticulata)、板栗(Castanea mollissima)等。

试验材料

微生物肥料(河北巨微生物工程有限公司),有效活菌：枯草芽孢杆菌与胶冻样类芽孢杆菌，有效活菌数：≥0.2亿/g, NPK4%,有机质≥40%,主要载体：禽畜粪便腐熟物。

施肥样方设置及方法

2021年5月13—15日在研究区选择合欢(Hh)、大叶石栎(Sl)、毛叶黄杞(Hq)、板栗(Bl)、柑橘(Gj)和荔枝(Lz)等6个树种分布较均匀的林分开展微生物肥料施肥试验，每个树种分别设置10 m×10 m样方5个(重复5次),在每个样方中选取生长基本一致的4棵树，分别添加MF0(0 kg·株-1)、MF1(0.25 kg·株-1 )、MF2(0.5 kg·株-1)和MF3(1 kg·株-1)四种。

施肥深为20 cm, 宽10 cm, 沿树体滴水线环状沟施肥，样方间隔2 m。

记录样方植物株高、胸径、坡度、坡向、海拔等，土壤环境等因素基本一致，各林分均为幼龄林。

表1 样方基本情况

植物	高/m	胸径/cm	坡向/t	坡度/°	坐标		海拔/m
植物	高/m	胸径/cm	坡向/t	坡度/°	经度/E	纬度/N	海拔/m
Hh	6.91±0.91	9.04±0.58	SE	10.9	106°14′30″	24°97′78″	655
Sl	10.9±0.84	17.3±2.37	SE	10.0	106°14′37″	24°97′73″	634
Hq	7.81±0.66	8.64±0.94	SE	10.4	106°14′31″	24°97′57″	616
Bl	2.29±0.14	6.04±0.32	SE	7.6	106°14′18″	24°97′55″	620
Gj	3.45±0.18	10.90±0.90	SE	10.1	106°14′24″	24°97′74″	625
Lz	2.62±0.38	10.63±0.82	SE	3.0	106°14′33″	24°97′64″	624

样品采集与处理

7月15日(60 d)均匀采集植株东南西北四方叶片各0.25 kg, 样品装入信封袋做好标记，称鲜重，带回实验室烘箱烘至恒重(105 ℃,10 h),粉碎机粉碎后过0.25 mm孔筛，混匀后装袋备用，待测。

测定与计算

凯氏定氮法测定全氮(TN),非同位素法计算植物固氮量。

ARF计算公式如下：ARF%=(TN-TN0)×100/MF。

其中，ARF%为固氮百分数；TN为施肥土壤植物吸收的全氮；TN0为非施肥土壤植物吸收的全氮；MF为施肥水平。

钼蓝比色法测定全磷(TP)。

对应施肥量下全氮分别为：TN1、TN2、TN3、TN4,固氮百分数与全磷同理。

数据分析

用Excel2019进行数据统计、SPSS 18进行相关性分析和t检验(P<0.05),作图采用origin 8.6。

结果与分析

微生物肥料对不同植物叶片含氮量的影响

试验植物随着微生物肥料量的倍增叶片氮含量显著提高。

在不同施肥量下，Hh氮含量均最高，与其他树种呈显著差异。

MF0下Hh叶片氮含量最高(20.71 g·kg-1),Sl最低(4.79 g·kg-1);MF1下叶片氮含量的增长率为Hq>Hh>Sl>Gj>Lz>Bl, Hq氮含量增长率最高，约为其他树种的2倍；MF2处理下为Hq>Hh>Gj>Sl>Lz>Bl, 也是Hq的增长率最大，为Bl的2.36倍，分别为Hh、Gj、Lz和Sl的1.29倍、1.54倍、1.71倍和1.79倍；MF3处理下为Hq>Hh>Gj>Sl>Lz>Bl, 各树种叶片的含氮量均有大幅度增加，Hq的增长率最大(79.72%),超过了固氮植物Hh的增长率，不同树种的增长率略有差异，Hq的增长率分别是Hh、Gj、Bl、Lz和Sl的1.07倍、1.28倍、1.63倍、1.93倍和2.21倍。

植物在微生物肥料不同添加量下的固氮百分数

由实验可知，MF1处理下植物ARF大小为Hh>Gj>Bl>Lz>Hq>Sl, Hh的ARF最大(39.00%),分别为Gj、Bl、Lz、Hq和Sl的1.53倍、1.79倍、1.95倍、2.14倍和5.2倍；MF2处理下为Hh>Gj>Lz>Bl>Hq>Sl, Hh的ARF最大(44.78%),分别为Gj、Lz、Bl、Hq和Sl的1.42倍、1.97倍、2.29倍、2.89倍和5.77倍。

MF3处理下为Hh>Gj>Lz>Bl>Hq>Sl, Hh的最大(38.60%),分别为Gj、Lz、Bl、Hq和Sl的1.43倍、2.57倍、2.61倍、3.5倍和6.42倍。

不同植物在相同施肥量下ARF有所差异。

表2 植物在微生物肥料不同添加量下平均固氮百分数

植物	施肥量/kg·株-1
植物	MF1	MF2	MF3
Sl	7.39%±0.97aC	7.83%±0.20aD	5.86%±0.45bD
Hq	18.32%±4.64aB	15.42%±2.44abCD	10.99%±1.43bCD
Lz	19.98%±1.43bB	22.75%±2.22aBC	15.04%±1.21cC
Bl	21.74%±1.44aB	19.54%±1.91aC	14.91%±1.39bC
Gj	25.48%±4.53aB	31.41%±11.60aB	26.93%±5.81aB
Hh	39.00%±12.27aA	44.78%±12.55aA	38.60%±8.97aA

微生物肥料添加对不同植物叶片磷含量的影响

从实验可知，不同树种随着微生物肥量的倍增，叶片全磷的变化趋势有所差异，其中Sl、Lz、Gj和Hh呈先增加后降低的变化，但拐点略有不同，Lz出现在MF2施肥量，其他3种出现在MF1,而Bl则表现为先增后降再增，Hq先降后增的变化。

Hh和Lz随着微生物肥料添加量的增加其叶片的全磷含量无显著差异；Sl的TP1最高，与TP0、TP2、TP3呈显著差异(P<0.05);Hq的TP0分别比TP1和TP2高5.7%和11.5%;Bl的TP1最高，与TP0、TP2和TP3存在显著差异(P<0.05),是TP0的2.2倍；Gj的TP1最高(18.34 g·kg-1),与TP0、TP2和TP3存在显著差异(P<0.05),TP1为 TP0的1.8倍。

相同微生物肥料添加量下不同植物之间叶片全磷含量有着一定的差异。

植物叶片氮、磷含量与固氮百分数的相关性

由实验可知，MF与TN之间有着显著的正相关性(P<0.05)。

MF与TP之间则无显著相关性。

TN与TP之间也无显著相关性。

对于MF与ARF,Sl、Hq、Lz、Bl均呈显著的负相关(P<0.05),Hh与Gj无显著相关性。

对于TN与ARF,仅有Bl存在显著的负相关(P<0.05)。

其余均无显著相关性。

Hh和Gj两个树种TN与ARF的表现为正相关，Bl表现为显著负相关(P<0.05),而Sl、Hq与Lz均为负相关(P<0.05)。

TP与ARF之间无显著相关性。

表3 微生物肥料不同添加量下植物叶片氮磷含量与固氮百分数之间的相关系数

植物	相关系数
植物	MF与TN	MF与TP	TN与TP	MF与ARF	TN与ARF	TP与ARF
Sl	0.969*	-0.200	-0.413	-0.716*	-0.567	-0.233
Hq	0.883*	0.254	-0.021	-0.741*	-0.512	0.029
Lz	0.907*	0.360	-0.143	-0.699*	-0.357	0.090
Bl	0.881*	-0.274	0.015	-0.899*	-0.665*	-0.180
Gj	0.731*	-0.424	-0.038	0.016	0.505	-0.001
Hh	0.839*	0.046	0.176	-0.061	0.207	0.255

注：*表示P<0.05。

微生物肥料添加量对植物含氮量的影响

添加微生物肥料对不同植物的含氮量有显著的影响，随着微生物肥料添加量的增加6个树种氮含量也随之增加，这与王志国等研究结果相似，施加氮肥会增加植物的氮含量。

植物含氮量相比MF0,MF1下增幅15%～30%,MF2下增幅25%～50%,MF3下增幅35%～80%,施肥植株氮含量显著高于MF0,这与唐先干、任科宇等人施肥能够显著提高水稻籽粒含氮量的研究结果一致。

但植物氮含量较未施肥时的增幅为15%～80%,显著高于任科宇等水稻在常规施肥后的增幅(10.7%),Sl最低为4.79 g·kg-1的研究结果，这可能是肥料和物种不同所致，微生物肥料相对于化学肥料能够更好地促进植物对氮素的吸收利用。

但这又与唐先干等增施猪粪有机肥会导致稻穗氮含量下降的研究结果有一定的差异，有待进一步的研究。

微生物肥料添加量对植物固氮百分数的影响

6个树种中合欢的ARF最高，进一步证实了合欢是优良的固氮树种。

有研究认为，高施肥量下会抑制豆科植物固氮能力,可能与本研究选择区域、地理环境不同等有关。

合欢固氮能力并未受到抑制，而Sl、Hq、Bl和Lz的ARF受施肥量的影响显著，ARF在1 kg添加量下平均下降了15%,这与陶斯娜等对麦玉的研究结果相似。

Sl、Hq、Bl、Gj和Lz的平均ARF为5.86%～31.41%,这与小麦在不同施肥量下固氮百分数9.7%～40.6%之间有一定的差距，可能与研究区及植物种类的差别有很大的关系，也可能是氮和磷、磷和微量元素同时施加导致的差异。

肥料种类的不同对植物固氮能力也有着一定的影响，以及肥料氮素形态的不同对植物各器官生物量均存在一定的影响。

因此，可能是肥料类型、肥料使用量及物种与前人研究不同，才导致结果存在差异。

植物施肥对叶片磷含量的影响

植物磷含量通常是随着氮的增加而增加，在植物成熟期积累得更多,接受微生物肥料氮磷的吸收显著增加,植物各器官磷含量不断增加。

本研究结果显示，微生物肥料不同添加量下Hh和Lz磷含量无显著差异，Hq在MF3(1 kg)下的平均磷含量最高，其余物种植物最高平均磷含量多在MF1与MF2下，Bl与Gj在MF1下磷含量是MF0的2.2倍，呈现出了不规律的变化，这与前人对百香果、小麦的研究相似，虽然磷含量较低却显著提高小麦的产量。

也可能是植物种类不同，或是少量磷被消耗利用，大部分磷流失，这与周江明的研究结论相似。

植物挂果期需要消耗大量的养分，添加的肥料无法满足植物所需养分，从而导致植物氮磷量下降。

也可能是该时间段部分区域的磷素流失，导致在微生物肥料增加后，植物叶片的磷含量呈现出不规则变化。

微生物肥料添加量、植被氮磷含量、固氮百分数间相关性分析

本研究表明：6种植物MF与TN呈显著正相关(P<0.05)。

Sl、Hq、Bl和Lz的MF与ARF为显著的负相关，在施肥量为0.5 kg·株-1时几种植物的固氮功能受到抑制，这与王建梅等对油菜种植效益研究结论相似；Hh的MF与ARF间相关性不显著，表明：1 kg·株-1对豆科植物Hh的固氮功能无抑制作用，这与大豆固氮功能有抑制作用的说法存在分歧；Gj的MF与ARF相关性不显著，随着施肥量的增加Gj的固氮能力并没有受到抑制，这与卢晓鹏等对蜜柚、柑橘、枳等芸香科植物的研究结果不同。

可能是本试验时间为柑橘果实膨大期，此时植物所需的氮素较多，导致在高施肥量下柑橘的固氮能力并未受到抑制。

植物的MF与TP、TN与TP、TP与ARF之间均无显著相关性，前人研究与本研究结果有一定差异，吴应海等研究认为植物在结果期受到P元素的限制，P主要参与植物果实的形成，对三磷酸腺苷需求较大，因而在此期间植物叶片的磷含量与施肥量的相关性不显著。

本研究进行时，植物正处于生长结果期，符合上述这一结论。