设施鲜秸秆还田条件下土壤特性对碳分解的影响

摘要[目的]探索设施栽培条件下鲜秸秆还田技术，明确土壤特性对还田鲜秸秆分解的影响。[方法]在PCS液体培养基中分别加入4种不同设施土壤（LC1、LC2、DT1和DT2）和等量番茄鲜秸秆，研究设施土壤特性因子对有机碳分解率的影响。[结果]4种设施土壤，LC1土壤全盐和真菌最高，pH最低，碳分解率91.39%;LC2土壤有机质最高、全盐最低，碳分解率为87.91%;DT1和DT2土壤细菌较高，真菌数量较低，碳分解率分别为91.26%和92.45%，碳分解率LC1、DT1和DT2间无显著差异，显著高于LC2。相关分析表明，土壤有机质与碳分解率呈极显著负相关，pH、全盐、细菌和真菌均与碳分解率相关性不显著。偏相关分析表明，碳分解率与pH、全盐和真菌的偏相关系数达显著水平。通径分析表明，土壤有机质主要通过土壤全盐和真菌对碳分解率起作用，全盐对碳分解率起正向决定作用，真菌对碳分解率起负向决定作用。[结论]土壤全盐和真菌是影响碳分解率的重要因素。

关键词鲜秸秆;秸秆还田;土壤特性;碳分解

中图分类号S157.4文献标识码A

文章编号0517-6611（2022）13-0069-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.13.019

Effect of Soil Facilities on the Carbon Decomposition under Fresh Straw Returning Conditions in Greenhouse

ZHANG Jing-min SANG Mao-peng FENG Di et al（1.Weifang University of Science and Technology， Shouguang， Shandong 262700;2. Jingzhi-Maoteng Agricultural Technology Limited Company in Qushui County， Qushui， Tibet 850600）

Abstract[Objective]To explore fresh straw returning technology in greenhouse and define the effect of soil facilities on straw decomposition.[Method]Adding four different greenhouse soil （LC1， LC2， DT1 and DT2） and equal amount of tomato fresh straw in PCS fluid medium， the relationship between soil facilities and the carbon decomposing rate （CDR） was studied. [Result]Among the four greenhouse soil， LC1 had the highest total salt and fungi quantity， lowest pH， and its CDR was 91.39%; LC2 had the highest organic matter and lowest total salt， its CDR was 87.91%; DT1 and DT2 had the higher bacterial quantity and lower fungi quantity， its CDR were 91.26% and 92.45% respectively. There was no significant difference in the carbon decomposition rate among LC1， DT1 and DT2， and was significantly higher than that of LC2.The correlation analysis showed that only the soil organic matter was significantly negatively correlated with CDR. pH， total salt and bacterial and fungi quantity were no correlation with CDR. Partial correlation analysis showed the biased correlation coefficient between CDR and pH， total salt and fungi quantity reached significant level. Path analysis showed that the soil organic matter had effect on CDR through the soil total salt and fungi quantity， the soil total had a positive decisive role on CDR， the fungi quantity had negatively decisive role on CDR. [Conclusion]The soil total salt and fungi quantity are the key factors on CDR.

Key wordsFresh straw;Straw returning;Soil facilities;Carbon decomposition

秸秆还田是秸秆资源化利用的重要方式，也是提高土壤有机质和改善土壤理化特性的重要措施[1]。秸秆还田的关键问题是秸秆能否快速降解，秸秆降解是在微生物作用下完成的。由于秸秆物质组成和结构的复杂性，越来越多的研究表明，简单地将多种微生物进行人工组合，对天然木质纤维素的降解效果并不理想[2-3]。秸秆完全降解需要各类微生物共同作用[3]。因此，筛选和构建复合菌系对研究秸秆分解成为研究热点。

复合菌系可通过直接筛选和人工组合菌群的方式获得。直接筛选法筛选出的复合菌具有菌株组成多样、复合菌系间无拮抗、降解效果稳定等优点而受到越来越多的关注。刘东阳等[4]以富含纤维素的腐烂稻草、牛粪、中药渣、猪粪为试材进行筛选;王伟等[5]从长期堆放农业秸秆的土壤中富集法分离纤维素分解菌;苏鑫等[6]以腐烂芦苇秸秆根部土壤为试材，获得木质素降解复合菌系;孙苗苗等[7]以腐烂的玉米秸秆为试材筛选到一组玉米秸秆降解复合菌系。复合菌系在提高秸秆降解方面的优势也得到了证实。王小娟等[2]筛选的复合菌系可使小麦秸秆最高分解率达75.6%，麦秆中的纤维素、半纤维素和木质素最高减少了94.2%。Wang等[8]筛选获得的木质纤维素快速降解复合菌系，3 d可完全降解滤纸。王光琴等[9]筛选的复合菌系使秸秆25 d降解率达53.35%。崔宗均等[10]以4种高温堆肥为原料构建的纤维素分解菌复合系，使滤纸在72 h时完全崩解。以上研究为秸秆降解复合菌系的筛选提供了新思路。

土壤是微生物的大本营，存在着复杂的菌群，有许多可分泌纤维素酶的真菌和细菌[4]，也是微生物存活的优良基质。土壤由于耕作制度、种植条件和水肥管理等方面的不同，其理化特性和微生物千差万别，尤其是设施种植条件下，土壤集约化利用、管理频繁，不同设施土壤差异很大。土壤的差异对还田秸秆分解也产生较大影响，而土壤特性对秸秆分解的影响研究很少涉及。为此，该试验选用易分解的鲜秸秆为试材，将不同设施土壤与鲜秸秆混合培养，研究土壤理化特性和微生物特性对碳分解的影响，为设施蔬菜秸秆还田提供技术支持。

1材料与方法

1.1试验材料利用滤纸分解试验，筛选出若干滤纸降解能力强的土样。从滤纸分解能力强的土样中，随机选取4种，于2020年7月夏季休闲期取土壤鲜样，为供试土样。4种设施土壤分别来自寿光洛城北纸坊村（LC1）、洛城东孙家庄村（LC2）、稻田镇青田湖村1（DT1）、田镇青田湖村2（DT2）。土壤样品取回后，部分鲜样放入-80 ℃冰箱中保存，用于微生物测定和培养试验，其余样品风干用于土壤特性分析。

选取无病害完整番茄植株，洗净沥干后切碎至长度小于1 cm备用。

PCS培养基配方：蛋白胨5 g，酵母提取物1 g，NaCl 5 g，KH₂PO₄ 0.25 g，MgSO₄·7H₂O 0.01 g，CaCO₃ 3 g，溶解在1 L水中。

1.2试验方法50 mL PCS液体培养基置于150 mL三角瓶中，灭菌，冷却，加入5 g切碎的番茄鲜秸秆，再分别加入LC1、LC2、DT1、DT2土样各3 g（以干重记），振荡5 min混匀。空白CK只加番茄秸秆，不加土样。各处理置于30 ℃恒温箱中培养。每处理6次重复。14 d后，番茄秸秆已基本降解时，过滤。残渣烘干称重，测定其有机碳的含量。

1.3测定项目与方法土壤有机质和残渣有机碳采用重铬酸钾氧化-容量法测定，有关碳的计算方法如下：

残渣总碳=残渣质量×残渣有机碳 （1）

分解前总碳=土壤碳+秸秆碳 （2）

碳分解率=100-残渣总碳×100 /分解前总碳 （3）

土壤pH采用电位法（水土比为2.5∶1）测定;土壤全盐采用重量法测定。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养，真菌采用改良马丁培养基培养，稀释平板计数法计数。

1.4数据分析采用DPS进行数据分析。

2结果与分析

2.1土壤特性由表1可见，土壤有机质以LC2为最高，分别是LC1、DT1、DT2的1.39、1.41和1.28倍。土壤pH，LC2、DT1、DT2显著高于LC1。土壤全盐，LC1最高，分别是LC2、DT1、DT2的7.14、5.31和4.78倍。土壤真菌，LC1分别是LC2、DT1、DT2的2.34、5.80和5.98倍。4种设施土壤，LC1土样全盐、真菌数量最高，pH和细菌数量最低，各指标均与其他土壤有显著差异，呈现酸化和重度盐渍化退化现象。

2.2碳分解率由表2可见，CK处理未添加土壤样品，残渣质量、分解前总碳和碳分解率均最低，残渣有机碳最高，各指标与添加土壤样品处理均差异显著。4种设施土壤处理，残渣质量DT2最低;残渣有机碳和残渣总碳均以LC2处理最高，显著高于LC1、DT1和DT2处理。分解前总碳与土壤有机质规律一致，从大到小依次为LC2>DT2>LC1>DT1>CK。碳分解率，LC1、LC2、DT1、DT2处理分别是CK的1.22、1.17、1.22和1.23倍。说明添加土壤可显著促进有机碳的分解。

2.3土壤特性与碳分解率关系分析

2.3.1相关分析。以土壤有机质（X₁）、pH（X₂）、全盐（X₃）、细菌（X₄）、真菌（X₅）为自变量，碳分解率（Y）为因变量，进行相关分析，结果如表3所示。由表3可见，碳分解率与土壤有机质呈极显著负相关，与土壤pH、全盐、细菌和真菌相关性不显著。土壤pH与全盐和真菌呈极显著负相关。土壤全盐与细菌呈极显著负相关，与真菌呈极显著正相关。

2.3.2偏相关分析。多元相关分析中，由于其他变量的影响或作用，使相关系数不能真实地反映出自变量X和因变量Y之间的相关性。偏相关系数是假定其他变量都取值为均数，某自变量与因变量的关系。通过逐步回归分析，得出土壤有机质（X₁）、pH（X₂）、全盐（X₃）、真菌（X₅）对碳分解率的偏相关系数。由表4可见，pH（X₂）、全盐（X₃）、真菌（X₅）与碳分解率的偏相关系数均达显著差异。