不同土壤改良剂对玉米产量及根际土壤微生物和酶活性的影响

梁继华 黄白红 田学辉

摘要：试验采用随机区组设计，研究施用不同土壤改良剂（熟石灰、EM菌剂、沼泽液）及其不同浓度处理对玉米产量、根际微生物和酶活性的影响。结果表明：（1）随着3种改良剂施用浓度的增加，玉米产量均逐渐增加;相同浓度下，玉米产量则表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。（2）玉米根系总根长、总体积、总表面积和主根直径均随着改良剂浓度的增加呈逐渐增加趋势，主根直径在不同土壤改良剂处理下差异不显著;相同浓度下，玉米根系总根长、总体积、总表面积均表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。（3）施加不同土壤改良剂后，土壤pH值均有不同程度的升高，其中以沼泽液处理土壤pH值最高;玉米根际土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾随改良剂浓度增加呈逐渐提高趋势，土壤全磷在不同改良剂处理下差异不显著;相同浓度下，玉米根际土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾均表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。（4）随着3种改良剂施用浓度的增加，玉米根际土壤微生物群落多样性、微生物数量和酶活性呈逐渐增加趋势，处理间差异多达显著水平，而均匀度指数、优势度指数在不同土壤改良剂处理下差异均不显著;相同浓度下，玉米根际土壤微生物群落多样性指数表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。综上表明：施加不同土壤改良剂可为玉米提供适宜的生长环境，增加土壤微生物数量和酶活性，进而促进玉米产量的提高，以沼泽液效果最好。

关键词：土壤改良剂;玉米;产量;根际土壤微生物;土壤酶活性

中图分类号：S156.2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2022）01-0080-06

我国南方地区丘陵山地分布较广，由于长期的土壤开发及不合理利用等原因，导致种植区耕层土壤理化性状变差，土壤黏粒大幅下降，且砂粒明显增多，严重影响土壤的保湿能力，同时降低土壤养分保持能力[1-8]。为了优化土壤结构和质量，目前不少学者开展的土壤改良剂相关研究[9-15]，主要集中在单一改良剂方面，且主要側重在对土壤结构及作物影响方面，而对于多种改良剂的比较研究，尤其是EM菌剂和沼泽液改良剂的应用研究较少。基于此，本试验采用随机区组设计研究不同土壤改良剂（熟石灰、EM菌剂、沼泽液）及其不同施用浓度对玉米产量及根际土壤微生物代谢和酶活性的影响，以探讨效果好、污染小的土壤改良剂，进而有效解决土壤次生盐渍化以及连作障碍等问题，提升作物种植效率及土壤质量，为改良土壤提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验于2017年3—10月在湖南农业大学实验园进行。试验地为壤土，耕层土壤基本理化性状：有机碳含量8.38g/kg、全氮1.22g/kg、全磷0.98g/kg、碱解氮34.12mg/kg、速效磷29.09mg/kg、速效钾39.09mg/kg，pH值6.44。

供试玉米品种为金农166，购于湖南省农业科学院。

供试土壤改良剂为熟石灰、EM 菌剂、沼泽液。施用前对EM菌剂进行活化处理，将原液与红糖按照1∶1的配比进行混合，然后按照1∶100配比加水，混匀后进行24h富菌处理。

1.2 试验设计及方法

采用随机区组设计，以喷清水为对照，设置熟石灰、EM菌剂、沼泽液3种土壤改良剂处理及低中高3个浓度水平（LC：100mL/L;MC：200mL/L;HC：300mL/L），将熟石灰、EM菌剂、沼液先溶于水，混匀进行喷洒，重复5次。小区面积3m×6m=18m2。播前进行翻耕、整地，耕深15～20cm。

玉米3月播种，播种密度为9株/m2，之后定期除草、施肥（尿素，20g/m2）和灌水（萌芽期每周灌水一次，花期每月灌水一次）。花期灌水时喷施土壤改良剂，其他管理措施均保持一致。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 根系指标 玉米成熟期每小区选择5株长势基本一致的植株进行采样，用EPSON4990扫描仪进行根系分析，采用WinRHIZO分析方法测定根长、根表面积、根体积和主根直径等指标。小区测产。

1.3.2 土壤理化性质及酶活性 玉米收获后，采用五点法取根际土壤样品，取样深度不超过20cm。土样去除杂质、混匀，置于无菌聚乙烯封袋并编号带回实验室。将部分土样风干处理，粉碎后过2mm筛备用，其余土样置于4℃冰箱备用。

土壤pH值采用pH试纸测定，有机碳外加热法测定，全氮、全磷、速效磷、速效钾分别采用定氮法、比色法、光度法测定，土壤酶活性（土壤糖苷酶、几丁质酶、亮氨酸氨基肽酶、碱性磷酸酶、酚氧化酶和过氧化物酶）的测定参照文献[5]的方法进行。

1.3.3 土壤微生物指标 微生物的碳源利用水平采用平均每孔颜色变化率（averagewellcolordevelopment，AWCD）衡量法[9]求得;微生物多样性分析采用Shannon和Simpson等指数法[11]。计算公式：

1.4 数据处理与分析

利用MicrosoftExcel2010系统对数据进行整理，SPSS21.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤改良剂对玉米产量的影响

由图1看出，与对照相比，不同土壤改良剂对玉米产量的影响差异均达显著水平（P<0.05）。随着3种改良剂施用浓度的增加，玉米产量均呈增加趋势，相同浓度下玉米产量均表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。

2.2 不同土壤改良剂对玉米根系特征的影响

由表1可知，施用土壤改良剂对玉米根系特征影响明显。随着3种土壤改良剂浓度的增加，玉米根系总根长、总体积、总表面积和主根直径均呈逐渐增加趋势;其中主根直径处理间差异均不显著，根系总根长、总体积、总表面积处理间差异均显著。相同浓度下，玉米根系总根长、总体积、总表面积均表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰，说明熟石灰、EM菌剂和沼泽液均有利于玉米根系生长和发育，且沼泽液效果最好。

2.3 不同土壤改良剂对玉米根际土壤理化性状的影响

由表2可知，与对照相比，施用土壤改良剂不同程度提高了土壤pH值，玉米收获后根际土壤总体偏碱性，其中以沼泽液处理最高。随着3种改良剂浓度的增加，玉米根际土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾含量均呈逐渐增加趋势，且处理间差异显著;而土壤全磷含量处理间差异不显著。根际土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾含量在不同土壤改良剂处理间也有差异。相同浓度下，玉米根际土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾含量均表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。

2.4 不同土壤改良剂对玉米根际土壤微生物群落多样性的影响

土壤微生物群落多样性指数可用来表征土壤微生物群落利用碳源的程度。由表3可知，不同土壤改良剂对玉米根系土壤微生物群落具有显著影响。随着3种改良剂浓度的增加，玉米根际土壤微生物群落的物种丰富度指数（H）和碳源利用丰富度指数（S）呈逐渐增加趋势，其中，前者处理间差异显著，后者则表现为熟石灰、EM菌剂中高浓度处理与CK和低浓度处理差异显著，而沼泽液处理间差异显著。均匀度指数（E）和优势度指数（Ds）在不同土壤改良剂处理下差异均不显著。相同浓度下，玉米根际土壤微生物群落多样性指数均表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。

2.5 不同土壤改良剂对玉米根际土壤微生物数量的影响

由表4可知，不同土壤改良剂对玉米根系土壤微生物数量具有显著影响。随着3种改良剂浓度的增加，玉米根际土壤细菌、真菌和放线菌数量呈逐渐增加趋势，不同处理间差异显著。相同浓度下，玉米根际土壤微生物数量均表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。

2.6 不同土壤改良剂对玉米根际土壤酶活性的影响

由表5可知，不同土壤改良剂对玉米根系土壤酶活性影响显著。熟石灰、EM菌剂和沼泽液处理组中，随着浓度的增加，玉米根际土壤糖苷酶、几丁质酶、亮氨酸氨基肽酶、碱性磷酸酶、酚氧化酶和过氧化物酶呈逐渐增加趋势，中高浓度处理多显著高于CK和低浓度处理。而酚氧化酶不同土壤改良剂及其不同浓度处理差异均不显著。相同浓度下，玉米根际土壤酶活性均表现为沼泽液>EM菌剂>熟石灰。

3 讨论与结论

已有研究表明，熟石灰、沼泽液及EM菌剂等改良剂施入土壤后，能够有效提升土壤保湿抗旱能力，提高有效养分含量，还可显著降低环境污染[16，17]。本研究表明，3种改良剂随施用浓度增加，玉米产量均呈上升趋势，玉米总根长、根体积、及根总表面积也呈现较为明显的增加趋势;而对主根直径的影响则无显著差异;相同浓度条件下，玉米各指标以沼泽液处理效果最好，而熟石灰的效果相对较弱。施用不同改良剂，能够改善土壤理化性状，土壤pH值不同程度升高，其中沼泽液处理升幅最大;提高土壤有机碳及速效养分含量。施用改良剂对提升土壤生物活性及酶活性、抑制病原生物等具有较好效果，同时降低作物对重金属的吸收，进而提升作物抗性，提高作物产量和质量，对土壤改善效果明显[18]。

在改良剂作用下，土壤酶活性会得到有效提升[19，20]。本研究表明，改良剂显著影响土壤微生物数量及酶活性，随着土壤改良剂浓度增加，微生物数量及酶活性都呈现明显上升趋势。微生物群落均匀度及优势度等虽有差异，但是未达显著水平。相同浓度情况下，不同处理间微生物群落多样性也有一定差异，其中效果最好的是沼泽液处理，而熟石灰的效果相对较弱。

有机质的转化离不开微生物的分解，另一方面土壤酶活性也起着关键作用，共同决定着养分转化效率[21，22]。本研究表明，施用熟石灰对土壤灭菌效果较好，且提升土壤pH值。在沼泽液及EM菌剂影响下，土壤有效菌群数量明显提升，且养分物质含量增加。综合來看，施用改良剂后土壤质量得到有效改善，促进了玉米养分吸收和利用，有利于玉米产量的提高。