生物菌肥对采煤沉陷区复垦土壤酶活性的影响

生物菌肥对采煤沉陷区复垦土壤酶活性的影响

山西省被称为“煤炭之乡”。全省含煤面积6.2万km2,占全省总面积的39.6%。但是,近年来大规模的煤炭开采,特别是井工开采造成的矿区大面积地表沉陷,使矿区人地矛盾日趋尖锐。有关资料表明,山西省1949—2004年采煤破坏的土地总面积为1151.95km2,其中采煤塌陷面积为1113.77km2,占总破坏面积的96.7%;在采煤塌陷破坏的土地中,耕地占42.8%,共476.29km。因此,在山西开展采煤沉陷区的土地复垦迫在眉睫。在我国,煤矿采空塌陷区的土地复垦多以人工和机械工程复垦为主,生物复垦开展的还很少;而在国外,许多国家都采用先进的微生物复垦技术来复垦土地。微生物复垦技术是利用菌肥或微生物活化剂改善土壤和作物生长的营养条件,并能迅速熟化土壤、固定空气中的氮素、参与养分的转化、促进作物对养分的吸收、抑制有害微生物的活动等[7~9]。张文敏等[10~15]研究表明,使用菌肥能够明显提高土壤微生物酶活性和改善土壤质量。本研究通过在晋城市大张村采煤沉陷区进行大田试验,研究施用生物菌肥对矿区复垦土壤3种酶活性的影响,旨在为在采煤沉陷区开展生物复垦技术提供科学依据。1材料和方法1.1供试作物和菌株供试土壤为山西省晋城市大张村采煤沉陷区复垦1年土壤,其有机质含量为7.12g/kg,全氮0.045g/kg,全磷0.22g/kg,碱解氮27.66mg/kg,有效磷27.90mg/kg,速效钾133.85mg/kg,pH7.69。供试作物为玉米,品种为沈单10号。供试生物菌肥由山西农业大学资源与环境学院微生物实验室提供,是分别从生根旺菌剂、玉米复合微生物菌剂、马铃薯增产菌剂和晋城采回的熟土中分离筛选的固氮菌、解磷菌和解钾菌种复合而成。各菌剂按照1∶1∶1的比例混合,然后与灭菌、粉碎后的草炭按照1∶4的比例吸附,在阴凉处晾干备用。其中,各种菌的数量均达到108个/g以上(前期所做的草炭试验证明,菌肥配合使用无拮抗作用,且在一定时期内各种菌仍能保持较高的存活数量)。1.2试验菌的用量本试验采取单因素完全随机区组设计,在矿区复垦1年土壤上种植玉米,采用穴施,45000穴/hm2。养分施入量为:N210kg/hm2,P2O5202.5kg/hm2,K2O24kg/hm2。菌肥用量设5个水平,C0.0g/穴;C1.5g/穴;C2.10g/穴;C3.15g/穴;C4.20g/穴。3次重复,共计15个小区。1.3测定活性的nh3-n量2008年9月底收获玉米后,采集土样进行以下项目的测定分析。土壤过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法,以H2O2为基质,用0.1mol/LKMnO4滴定(以0.1mol/LKMnO4/g表示,单位为mL/g);脲酶活性用苯酚钠比色法,以尿素为基质,测定释放的NH3-N量(以NH3-N表示,单位mg/g);蔗糖酶活性用3,5-二硝基水杨酸比色法,以蔗糖为基质,测定释放的葡萄糖含量(以葡萄糖含量表示,单位mg/g)。2不同菌肥施用量对土壤更新活性的影响不同用量的生物菌肥对采煤沉陷区复垦土壤酶活性的影响结果如表1所示。由表1可知,随着菌肥施用量的增加,过氧化氢酶活性逐渐增强,但增强幅度逐渐减小;与对照相比,处理C1,C2,C3和C4的土壤过氧化氢酶活性分别增加了39.76%,61.45%,75.90%和80.12%。方差分析表明,施用生物菌肥的土壤过氧化氢酶活性显著高于对照(P<0.05);菌肥处理中,C1与C3,C4之间具有显著差异(P<0.05),C2与C4之间也存在显著差异(P<0.05)。施用生物菌肥可以增强土壤脲酶的活性,且随着菌肥施用量的增加,脲酶活性基本呈增加的趋势。各处理间脲酶活性以菌肥施入量20g/穴时为最高,其次是10g/穴;在菌肥用量为15g/穴时,土壤脲酶活性与空白处理差异不显著。与对照相比,处理C1,C2,C3和C4的土壤脲酶活性分别增加了38.71%,45.16%,29.03%和83.87%。菌肥用量20g/穴时,土壤中脲酶活性最高,与对照之间存在显著差异(P<0.05)。施用生物菌肥可以不同程度地增强土壤蔗糖酶的活性,与对照相比,处理C1,C2,C3和C4土壤蔗糖酶活性分别增加了33.77%,89.41%,48.26%和86.32%。菌肥用量在10g/穴时,土壤蔗糖酶活性最大;但是菌肥用量为15g/穴的时候,土壤蔗糖酶活性又有所下降;在菌肥用量为20g/穴时,土壤蔗糖酶活性又有所提高,这就说明对于土壤蔗糖酶活性而言,不是菌肥含量越高越好,而是蔗糖酶活性只有在适量的菌肥中才能发挥最大的作用。3生物菌肥对土壤酶活性的影响(1)过氧化氢酶活性增强可以有效保护土壤微生物的正常活动。本试验表明,生物菌肥能够提高土壤过氧化氢酶活性;随着生物菌肥施入量的增加,土壤过氧化氢酶的活性呈递增的趋势,且各处理均显著高于对照(P<0.05);当菌肥施入量为20g/穴时,土壤过氧化氢酶活性最强。(2)脲酶活性与土壤供氮能力密切相关,脲酶活性的增强可以提高肥料的氮素利用率。本研究表明,土壤脲酶活性基本是随着生物菌肥施入量的增加而加强,在生物菌肥施入量为20g/穴时,土壤脲酶活性最强,达到了0.57mg/g,与对照之间差异显著(P<0.05)。这可能是由于添加生物菌肥使土壤中的活体微生物数量大增,大量的有益菌先入为主,抑制了有害菌增殖,保持了土壤微生态平衡,增强了土壤生物活性,改善了土壤微生物区系,从而提高了土壤脲酶活