氧化劑對潛育性稻田土壤微生物生物量及有效養(yǎng)分的影響潛育性稻田土壤由于長期淹水，常年地處低洼、排水不良造成還原物質(zhì)積累，雖然本身有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量高，但可被利用的養(yǎng)分含量低，土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)較慢，有效養(yǎng)分供應(yīng)不足［1-2］。微生物是土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的重要參與者，而長期淹水使?jié)撚缘咎锿寥劳笟庑圆?，缺少氧氣，致使土壤微生物代謝活性較低［3-4］，這很可能是導(dǎo)致潛育土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)慢且還原性有機(jī)物質(zhì)積累的關(guān)鍵環(huán)境因子。通過農(nóng)藝及工程措施提高土壤微生物生物量及活性，對于加快潛育性稻田土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)具有一定的作用。前人對潛育性稻田土壤的改良做過很多研究，包括壟作、濕潤灌溉、冬季曬垡、合理施肥等［5-6］，這些措施對潛育性稻田土壤均有一定的改良效果，但仍存在較大局限性，人力物力耗費(fèi)大，且不能從根本上解決潛育性稻田土壤因處于特殊地勢長期淹水而形成的有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)慢、還原物質(zhì)過度累積的狀況。過氧化物具有釋放氧的特性，有研究表明，過氧化物（過氧化鈣、過氧化鎂等）可以增加土壤溶氧量，提高微生物活性，對于潛育性稻田改良具有較好的效果，但釋氧較快，持續(xù)效果短暫。董春華等研究表明，以粉末CaO2為基質(zhì)制成緩釋氧化劑，很大程度上延長了CaO2釋氧時間。由此可見，延長過氧化物釋放氧的時間，成為調(diào)控潛育性稻田有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的一個關(guān)鍵點(diǎn)。通過適當(dāng)?shù)墓に嚵鞒虒aO2進(jìn)行造粒，并以環(huán)境友好型惰性材料將其包膜，所得到的造粒CaO2能否減緩其氧氣釋放、增加過氧化物可持續(xù)供氧能力、改善潛育性稻田土壤環(huán)境、促進(jìn)養(yǎng)分釋放還有待進(jìn)一步研究。因此，本試驗擬通過培養(yǎng)粉末和造粒CaO2,研究其對潛育性稻田土壤微生物生物量及養(yǎng)分釋放的影響，旨在為潛育性稻田改良及合理施肥提供參考。1材料與方法供試材料供試土壤于2016年4月26日采自湖南省瀏陽市（113°19'00.9"E,27°58'07.1"N）典型潛育性稻田。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫16.7?17.6℃,年平均降水量1552mm。采樣田塊為發(fā)育于板頁巖的潛育性稻田，耕層潛育明顯，土壤呈青灰色。采集土壤表層0—20cm,剔除植物根系和石塊等，取1kg左右過2mm篩，用于土壤理化性質(zhì)分析；其余土壤淹水2cm（保持還原性）備用。供試土壤的基本理化性質(zhì)為：pH值4.69,有機(jī)質(zhì)含量22.56g/kg,全氮含量1.15g/kg,Oslen磷含量3.61mg/kg,交換性鉀含量31.81mg/kg,還原物質(zhì)總量21.67cmol/kg,Fe2+含量0.61cmol/kg,Mn2+含量76.63mg/kg。試驗^計試驗選取2種氧化劑［粉末CaO2（含75%CaO2）和造粒CaO2（含31.8%CaO2）］，設(shè)置3種濃度（含氧量分別為0.002、0.022、0.222g）,并設(shè)置與氧化劑中相同含鈣量的氧化鈣（含95%CaO）及不添加任何物質(zhì)的土壤作為對照（CK）,總共10個處理。稱取200g（干土計）的土壤于高20cm、直徑7cm的PVC管中，加去離子水至淹水2cm,預(yù)培養(yǎng)7d,按以上試驗處理中的設(shè)置，添加不同量氧化劑于PVC管中，玻璃棒攪勻，并用注射器加入一定量去離子水洗凈殘余土壤于管內(nèi)，使之淹水3cm,將PVC管置于長2.5m/寬0.8m的培養(yǎng)槽中。培養(yǎng)槽內(nèi)填充一定量的土壤并淹水，使之與PVC管內(nèi)土壤、淹水高度一致，將培養(yǎng)槽置于室外，敞口培養(yǎng)（本試驗于2016年6月1日開始培養(yǎng)）。于培養(yǎng)的第5、第10、第30、第60、第100天（即2016年6月5日、2016年6月10日、2016年6月30日、2016年7月30日、2016年9月8日）采用破壞性取樣（培養(yǎng)過程中及時補(bǔ)充蒸發(fā)的水分）,每次取樣每個處理重復(fù)4次。保持樣品的新鮮狀態(tài),并于中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實驗室內(nèi)盡快測定微生物生物量及銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量，取部分土壤風(fēng)干備用，另一部分土壤于4℃保存。測定方法理化性質(zhì)土壤pH值用pH計（梅特勒F20）測定，以水為浸提劑，水土質(zhì)量比為2.5:[KG-*3]1,土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定，土壤全氮含量采用半微量開氏法測定，Oslen磷含量用0.5mol/LNaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，交換性鉀含量用1mol/LNH4OAc浸提-原子吸收法測定。還原物質(zhì)總量采用硫酸鋁浸提-重鉻酸鉀氧化法測定，F(xiàn)e2+含量采用硫酸鋁浸提-鄰菲羅啉比色法測定，Mn2+含量采用硫酸鋁浸提-高碘酸鉀比色法測定。微生物生物量磷用三氧甲烷熏蒸-0.5mol/LNaHCO3提取-鉬銻抗比色法測定；微生物生物量氮用三氧甲烷熏蒸-0.5mol/LK2SO4提取-流動注射氮分析儀法測定[11-13]。硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量采用0.5mol/LK2SO4浸提鮮土樣，濾液用流動注射分析儀AA3（德國SEAL）測定。數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)均采用Excel2003進(jìn)行處理，統(tǒng)計分析用SPSS11.0軟件進(jìn)行，圖用Origin8.5作圖軟件完成。[BT1#]2結(jié)果與分析氧化劑對微生物生物量氮含量的影響對微生物生物量氮的影響圖1為不同濃度氧化劑下潛育性稻田土壤微生物生物量氮的濃度變化。第5天時，低濃度粉末CaO2和造粒CaO2相差較?。▓D1-A）,而中、高濃度粉末CaO2處理微生物生物量氮高于造粒CaO2處理（圖1-B、圖1-C）。3種氧水平下，粉末CaO2在第10天時微生物生物量氮達(dá)到高峰，顯著高于造粒CaO2處理，隨后快速下降接近平穩(wěn)。而造粒CaO2前期微生物生物量氮呈上升趨勢，在第60天時達(dá)到高峰，顯著高于粉末CaO2處理，隨后有所下降，但仍高于粉末CaO2處理。氧化劑對銨態(tài)氮含量的影響由圖2可以看出，低、中濃度2種氧化劑處理的土壤銨態(tài)氮含量趨勢一致（圖2-A、圖2-B）。從第5天至第30天，各處理銨態(tài)氮含量呈下降趨勢，第60天明顯增加，之后又呈下降趨勢。在第5天時，3種濃度氧水平下粉末CaO2處理的銨態(tài)氮含量高于其他處理。第100天時，低、中濃度造粒CaO2處理土壤銨態(tài)氮含量高于粉末CaO2處理；而高濃度氧水平下，從第10天到第100天造粒CaO2土壤銨態(tài)氮含量始終高于粉末CaO2處理（圖2-C）。氧化劑對硝態(tài)氮含量的影響與銨態(tài)氮含量相比，不同氧化劑處理對潛育性稻田土壤硝態(tài)氮含量的影響截然不同（圖3）。在第5天時，低濃度粉末CaO2處理土壤硝態(tài)氮含量略高于造粒CaO2處理（圖3-A），但其他所有處理均表現(xiàn)為造粒CaO2處理土壤硝態(tài)氮含量高于粉末CaO2處理。氧化劑對微生物生物量磷及Oslen磷含量的影響氧化劑對微生物生物量磷含量的影響圖4為不同濃度氧化劑水平下潛育性稻田土壤微生物生物量磷濃度變化。低、中、高粉末CaO2處理的土壤微生物生物量磷分別于第30、第10、第10天達(dá)到高峰，而造粒CaO2處理分別于第60、第10、第30天達(dá)到高峰。粉末CaO2前期釋氧效果較造粒CaO2好；3種不同氧化劑濃度下，土壤微生物生物量分別于第60、第10、第5天，表現(xiàn)為造粒CaO2處理的土壤微生物生物量磷明顯高于粉末CaO2處理。由此可以看出，造粒CaO2處理對微生物生物量磷含量的促進(jìn)作用在后期比較明顯。氧化劑對Oslen磷含量的影響低、中濃度氧化劑水平下，第5天到第60天粉末CaO2處理和造粒CaO2處理的土壤Oslen磷含量差異不顯著，而在第100天時，造粒CaO2處理的Oslen磷含量顯著大于粉末CaO2處理（圖5-A、圖5-B）。高濃度氧化劑水平下（圖5-C）各處理Oslen磷含量差異明顯，在第5天、第10天時，粉末CaO2處理的土壤Oslen磷含量大于造粒CaO2處理，且在第10天達(dá)到顯著水平。而在第30天之后，造粒CaO2處理的土壤Oslen磷含量大于粉末CaO2處理，其中在第100天時兩者差異達(dá)到最大。說明粉末CaO2前期釋氧效果較好，而造粒CaO2釋氧量較粉末CaO2滯后。3討論潛育性稻田土壤長期處于漬、冷、爛、閉的環(huán)境中，還原物質(zhì)含量過高，盡管有機(jī)和無機(jī)養(yǎng)分總量充足，但微生物活性低，周轉(zhuǎn)慢，導(dǎo)致水稻產(chǎn)量低［15-16］。CaO2呈堿性，施入到土壤中與水結(jié)合生成氧氣及堿性物質(zhì)，可有效減少還原物質(zhì)累積［7,17］。此外，CaO2能夠有效改善酸性土壤pH值，優(yōu)化土壤環(huán)境。因此，CaO2對于潛育性稻田土壤的改良具有一定的意義。但有研究表明，CaO2釋氧速率較快，不足以維持水稻整個生長周期所需，且對促進(jìn)土壤微生物活性及無機(jī)養(yǎng)分的釋放具有一定的局限性，周彥波等研究表明，粉末CaO2釋氧在第7天到達(dá)高峰，隨后呈快速下降趨勢；而緩釋氧化劑在第14天之后達(dá)到高峰，隨后較長時間釋氧水平一直維持該速率。由此可見，不同形態(tài)CaO2釋氧特征截然不同，這可能是導(dǎo)致后續(xù)微生物過程及土壤養(yǎng)分釋放的關(guān)鍵驅(qū)動因子。本研究結(jié)果顯示，2種氧化劑對潛育性稻田土壤環(huán)境都有一定的改善作用。與粉末CaO2相比，經(jīng)過工藝混合處理的造粒CaO2,對微生物生長和養(yǎng)分釋放的促進(jìn)作用更持久。對于潛育性稻田土壤微生物的生長及活性都依賴于氧的供應(yīng)量及持續(xù)性［21-22］。粉末CaO2可以迅速提高土壤溶氧量，使得微生物生物量快速增加，但隨后因缺乏持續(xù)供氧導(dǎo)致微生物活性回復(fù)到原來的較低水平，極大地限制了微生物將潛育性稻田土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為作物生長所必需的有效養(yǎng)分的能力。本試驗所用的造粒CaO2選取惰性材料，與CaO2混合，制備后性質(zhì)較為穩(wěn)定，施入土壤中釋氧速率穩(wěn)定而持久，微生物生長及活性較高，有效地促進(jìn)了潛育性稻田土壤有機(jī)物質(zhì)周轉(zhuǎn)和養(yǎng)分釋放。相對于土壤碳、氮、磷來講，微生物生物量碳、氮、磷屬于一種活性養(yǎng)分庫，其群落死亡后釋放出來的養(yǎng)分是土壤有效養(yǎng)分的主要來源之一［23-24］。各氧化劑對潛育性稻田土壤速效養(yǎng)分均有促進(jìn)作用。在高濃度氧水平下，相比于粉末CaO2,造粒CaO2更能促進(jìn)潛育性稻田土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及Oslen磷的釋放。這說明造粒CaO2對潛育性稻田土壤在促進(jìn)微生物活性及養(yǎng)分釋放方面具有較好的應(yīng)用潛力。在培養(yǎng)前期粉末CaO2對微生物生物量氮、磷的影響效果優(yōu)于造粒CaO2，中后期以及高濃度造粒CaO2的影響效果優(yōu)于粉末CaO2,表明通過工藝造粒的CaO2能有效緩解CaO2因快速釋氧造成后期不能滿足土壤微生物活動需氧的缺陷。針對這一現(xiàn)象，于實際應(yīng)用中，若單獨(dú)施用粉末CaO2,則應(yīng)在作物生長中后期適當(dāng)補(bǔ)充養(yǎng)分;若單施造粒CaO2,則應(yīng)在作物生長前期適當(dāng)補(bǔ)充養(yǎng)分，以達(dá)到作物生長需要。高濃度氧化劑極大地促進(jìn)了潛育性稻田土壤微生物的活性。高濃度CaO2對土壤微生物生物量的促進(jìn)作用優(yōu)于低、中濃度CaO2氧化劑，進(jìn)一步說明氧氣是潛育性稻田土壤微生物量的主要影響因子。低、中濃度氧化劑土壤Oslen磷含量的變化并不明顯，高濃度氧化劑顯著促進(jìn)了土壤Oslen磷的含量。說明低、中濃度氧化劑釋放出的氧極大地促進(jìn)了土壤中微生物的活性，土壤中釋放出的Oslen磷并不能滿足土壤微生物活動所需，以致于不能提高土壤本身Oslen磷的含量。而高濃度氧化劑相對于低、中濃度氧化劑水平下，氧較為充足，大大提高了潛育性稻田土壤中Osl