蔡倩等

摘要：通過田間小區(qū)試驗(yàn)，分析遼西風(fēng)沙半干旱區(qū)果糧間作模式下土壤微生物、酶活性變化規(guī)律，研究土壤微生物和酶活性的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在整個生長季中，3個間作模式的土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量及脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性均表現(xiàn)為仁用杏間作高于仁用杏單作模式，且差異顯著；果糧間作模式中土微生物數(shù)量與土壤酶活性呈正相關(guān)，其中土壤細(xì)菌數(shù)量與脲酶活性、酸性磷酸酶活性呈顯著或極顯著正相關(guān)；放線菌數(shù)量與酸性磷酸酶、過氧化氫酶活性呈顯著或極顯著正相關(guān)。以上結(jié)果表明，果糧間作模式提高了土壤微生物數(shù)量和酶活性，改善了土壤微環(huán)境。

關(guān)鍵詞：遼西半干旱區(qū)；杏樹；間作物；土壤微生物；土壤酶活性

中圖分類號： S344.2；S154文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0361-03

遼西半干旱區(qū)位于科爾沁沙地南部，為半固定和固定沙地，冬、春季起沙風(fēng)達(dá)691次以上，平均風(fēng)速3.33 m/s、最大瞬間風(fēng)速32 m/s，大風(fēng)危害嚴(yán)重[1]?？茽柷呱车赝恋鼗哪难杆侔l(fā)展，加劇了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化[2]。因此，做好防風(fēng)固沙工作不僅對本地區(qū)植被恢復(fù)、重建和提高土地的生產(chǎn)力具有重要意義[3]，而且對保護(hù)和改善遼寧東南部城市的生態(tài)環(huán)境更具有十分重要的意義。而果糧間作模式作為風(fēng)沙治理的關(guān)鍵措施，在該地區(qū)得到了廣泛推廣，對促進(jìn)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的迅速恢復(fù)，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會的協(xié)調(diào)發(fā)展起到了有力的推動作用。近年來，人們在林糧復(fù)合模式經(jīng)濟(jì)效益分析方面作了大量工作，而對人工固沙系統(tǒng)中十分重視的土壤微生物、土壤酶活性的研究較少。因此，本試驗(yàn)研究了果糧間作系統(tǒng)中土壤微生物和土壤酶動態(tài)變化及二者的關(guān)系，旨在對該地區(qū)果糧間作模式的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料與試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2010年在遼寧省彰武縣章古臺鎮(zhèn)風(fēng)沙地改良利用研究所的試驗(yàn)站進(jìn)行，供試土壤為沙土，其基礎(chǔ)理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)含量0.87%，堿解氮含量12.6 mg/kg，速效磷含量675 mg/kg，速效鉀含量40.23 mg/kg。本試驗(yàn)以十年生仁用杏超仁為試材，砧木為山杏。仁用杏與作物間作2年，仁用杏株行距為2 m×12 m，間作物行間距0.5 m，共設(shè)3個處理：（1）仁用杏間作大豆（Ⅰ）；（2）仁用杏間作花生（Ⅱ）；（3）仁用杏間作谷子（Ⅲ）。以仁用杏單作為對照（CK），株行距為 2 m×5 m。分別于開花期（5月2日）、果實(shí)硬核期（6月20日）、果實(shí)轉(zhuǎn)黃期（7月11日）、秋梢生長期（8月20日）和秋梢停長期（9月21日）用土鉆取仁用杏樹干水平距離約2 m處（即與間作物交界處）0～20 cm 土樣。采用4分法取樣，將3份土樣混勻，過直徑4 mm篩，去除植物殘根石塊。部分鮮土測定微生物數(shù)量；其余土壤自然風(fēng)干后，過1.00、0.15 mm篩，用于土壤酶活性的測定，完全隨機(jī)處理，3次重復(fù)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1測定方法用稀釋平板法測定土壤細(xì)菌、真菌與放線菌數(shù)量，分別采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、馬丁孟加拉紅培養(yǎng)基與改良高氏一號培養(yǎng)基[4]，結(jié)果以1 g鮮土所含數(shù)量表示。脲酶活性采用苯酚鈉比色法，結(jié)果以培養(yǎng)1 d后1 g干土轉(zhuǎn)化生成氨態(tài)氮（NH3-N）的體積（mL）表示；酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，結(jié)果以培養(yǎng)1 d后1 g干土中釋出的酚的質(zhì)量（mg）表示；過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定容量法，結(jié)果以培養(yǎng)1 min后1 g干土所消耗0.1 mol/L KMnO4的體積（mL）表示[5-6]。

1.2.2數(shù)據(jù)分析方法采用DPS 7.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Excel 2003進(jìn)行作圖。

2結(jié)果與分析

2.1仁用杏不同間作模式對土壤微生物數(shù)量動態(tài)變化的影響

2.1.1對細(xì)菌數(shù)量的影響土壤細(xì)菌是土壤微生物的主要組成成分，在土壤微生物中數(shù)量最多，能分解各種有機(jī)物質(zhì)[7-8]。在整個生長季中土壤細(xì)菌的動態(tài)變化呈“升高—降低”的趨勢。開花期各處理細(xì)菌數(shù)量相對較少；開花期至果實(shí)轉(zhuǎn)黃期細(xì)菌數(shù)量迅速增加；在果實(shí)轉(zhuǎn)黃期土壤細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大值；之后細(xì)菌數(shù)量又緩慢降低。在整個生長季中細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為間作大豆>間作花生>間作谷子，均極顯著高于CK，細(xì)菌數(shù)量分別比對照提高26.59%、19.51%、13.34%；此外，3個間作處理之間的細(xì)菌數(shù)量均差異顯著（圖1）。

2.1.2對放線菌數(shù)量的影響放線菌在數(shù)量上僅次于細(xì)菌，它對土壤中的有機(jī)化合物的分解及土壤腐殖質(zhì)的合成起重要作用，并能分泌抗生素，拮抗土壤中的病原菌[8]。在整個生長季，放線菌數(shù)量的動態(tài)變化呈“升高—降低”的趨勢。開花期各處理放線菌數(shù)量差異較小。間作大豆、間作花生、間作谷子處理放線菌數(shù)量均極少在秋梢生長期達(dá)到高峰，分別為3553萬、34.21萬、33.18萬 CFU/g，分別比對照高2487%、2404%、21.54%，均極顯著高于對照。此外，3個間作處理之間的放線菌數(shù)量差異顯著（圖2）。

2.1.3對真菌數(shù)量的影響真菌參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解與腐殖質(zhì)的形成，并且參與土壤中的氨化作用與團(tuán)聚體的形成，數(shù)量上低于其他種類微生物，但在生物量上卻占有極其重要的地位[7-8]。在整個生長季真菌數(shù)量的動態(tài)變化呈“升高—降低—升高”的趨勢。開花期各處理真菌數(shù)量差異不大，在果實(shí)硬核期間作大豆處理高于其他處理。果實(shí)轉(zhuǎn)黃期各處理真菌數(shù)量均達(dá)到高峰，間作大豆、間作花生、間作谷子處理真菌數(shù)量峰值分別為1.531萬、1.446萬、1.468萬 CUF/g。果實(shí)轉(zhuǎn)黃期至秋梢生長期各處理真菌數(shù)量又呈下降趨勢，秋梢停長期各處理均有小幅回升。在整個生長季中真菌數(shù)量為間作大豆>間作谷子>間作花生>CK，分別比對照提高2194%、18.33%、17.56%，均極顯著高于對照。此外，3個間作處理之間的真菌數(shù)量差異顯著（圖3）。

2.2仁用杏不同間作模式對土壤酶活性動態(tài)變化的影響

2.2.1對土壤脲酶活性的影響脲酶是土壤中最活躍的水解酶類之一，能水解施入土壤中的尿素，釋放出供作物利用的銨，在土壤氮素循環(huán)中有重要作用[9-10]。各處理土壤脲酶活性動態(tài)變化均顯“減弱—增強(qiáng)—減弱—增強(qiáng)”的趨勢。開花期各處理土壤脲酶活性差異較小，在果實(shí)轉(zhuǎn)黃期到達(dá)最強(qiáng)，間作大豆、間作花生、間作谷子處理脲酶活性峰值分別為1.64、161、1.80 mL/（g·d）。整個生長季中脲酶活性為間作大豆>間作花生>間作谷子>CK，并且分別比對照提高15.32%、1449%、0.34%。間作大豆和間作花生極顯著高于對照（圖4）。

2.2.2對土壤酸性磷酸酶活性的影響土壤中的磷大部分以有機(jī)磷化合物的形式存在，磷酸酶能酶促磷酸單脂和磷酸二脂水解，積累的磷酸酶對土壤磷素的有效性具有重要作用[5，11]。從圖5中可看出，各處理酸性磷酸酶活性的動態(tài)變化趨勢相似，均呈現(xiàn)“增強(qiáng)—減弱—增強(qiáng)”的變化趨勢。在果實(shí)硬核期間作大豆、間作花生、間作谷子處理酸性磷酸酶活性均達(dá)到高峰，分別為0.061、0.065、0.050 mL/（g·d）。整個生長季酸性磷酸酶活性為間作花生>間作大豆>間作谷子>CK，并且分別比對照提高30.42%、22.21%、10.69%。間作大豆和間作花生之間差異不顯著，但均與對照差異極顯著（圖5）。

2.2.3對土壤過氧化氫酶活性的影響過氧化氫酶能促進(jìn)H2O2分解成分子氧和水，防止H2O2在土壤中積累，從而對生物體產(chǎn)生毒害作用[11-13]。各處理過氧化氫酶活性的動態(tài)變化趨勢均顯“增強(qiáng)—減弱—增強(qiáng)”的趨勢。在果實(shí)硬核期間作大豆、間作花生、間作谷子處理過氧化氫酶活性均達(dá)到最強(qiáng)，分別為0.010 25、0.010 55、0.011 85 mL/（g·min）。在果實(shí)硬核期達(dá)到最低，分別為0.006 4、0.006 25、0.006 3 mL/（g·min）。在整個生長季中過氧化氫酶活性為間作谷子>間作花生>間作大豆>CK，且分別比對照提高17.73%、14.77%、14.33%。均與對照均呈現(xiàn)極顯著差異（圖6）。

2.3土壤微生物數(shù)量與酶活性的相關(guān)性

本試驗(yàn)對仁用杏花期、果實(shí)硬核期、果實(shí)轉(zhuǎn)黃期、秋梢生長期和秋梢停長期的土壤酶活性和微生物數(shù)量相關(guān)性進(jìn)行分析。在果糧間作模式中，土壤細(xì)菌數(shù)量與放線菌數(shù)量和酸性磷酸酶呈極顯著正相關(guān)，與脲酶活性呈顯著正相關(guān)；放線菌數(shù)量與過氧化氫酶活性呈極顯著正相關(guān)，與酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)；真菌數(shù)量與細(xì)菌數(shù)量、放線菌數(shù)量、脲酶活性、酸性磷酸酶活性、過氧化氫酶活性相關(guān)性均不顯著（表1）。3結(jié)論與討論

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，土壤—植物系統(tǒng)與土壤微生物之間存在相互作用、互為條件的關(guān)系[14]。王瑛等在麥棉間作中發(fā)現(xiàn)，間作相對于單作提高了土壤細(xì)菌和真菌的數(shù)量[15-16]。本研究結(jié)果表明，仁用杏間作大豆、花生和谷子模式中的土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均極顯著高于仁用杏單作模式，可見果糧間作能明顯增加土壤微生物數(shù)量。這可能是由于間作能緩解水分競爭，改善土壤水分狀況，同時果樹與作物根系的互作可以使根系土壤中含有更多的維生素、碳水化合物、氨基酸和有機(jī)酸等，從而明顯提高土壤中的微生物數(shù)量[17-18]。

土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向，它與肥力狀況和農(nóng)業(yè)措施有著顯著的相關(guān)性，是土壤肥力評價的重要指標(biāo)之一[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，仁用杏間作大豆和花生模式中土壤脲酶活性均顯著強(qiáng)于仁用杏單作模式，與張恩和等的研究結(jié)果[20]相似?？赡苁且?yàn)榇蠖购突ㄉ鶎儆诙箍谱魑铮哂泄痰饔?，對氮營養(yǎng)需求量小，而仁用杏對氮營養(yǎng)需求大，在仁用杏與大豆、花生間作中，仁用杏根系進(jìn)入大豆和花生根區(qū)吸收氮養(yǎng)分，降低了大豆和花生根際土壤氮營養(yǎng)，刺激了大豆和花生根區(qū)土壤中脲酶活性的增強(qiáng)[21]。仁用杏間作花生、大豆和谷子3種間作模式酸性磷酸酶活性均強(qiáng)于仁用杏單作，可見果糧間作模式均不同程度增強(qiáng)了土壤酶活性。土壤酶活性的增強(qiáng)能改善土壤養(yǎng)分狀況，提高植物共生期間的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，促進(jìn)植物對有效養(yǎng)分的吸收，從而保證間作期間的土壤養(yǎng)分供應(yīng)[22]。

普遍認(rèn)為，土壤酶主要來源于土壤微生物的代謝過程[23]。本試驗(yàn)結(jié)果表明土壤細(xì)菌數(shù)量與脲酶活性和磷酸酶活性呈顯著或極顯著正相關(guān)，土壤放線菌數(shù)量與磷酸酶活性和過氧化氫酶活性呈顯著或極顯著正相關(guān)，可見果糧間作模式中土壤細(xì)菌對脲酶和酸性磷酸酶活性有較大的促進(jìn)作用，土壤放線菌對酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性有較大的促進(jìn)作用[24]。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙立仁，何躍，姜濤. 遼西風(fēng)沙半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)治理模式[J]. 水土保持應(yīng)用技術(shù)，2008（2）：47-49.

[2]劉新民，趙哈林. 科爾沁沙地生態(tài)環(huán)境綜合整治研究[M]. 蘭州：甘肅科學(xué)技術(shù)出版社，1993：80-87.

[3]王占軍，蔣齊，劉華，等. 寧夏干旱風(fēng)沙區(qū)林藥間作生態(tài)恢復(fù)措施與土壤環(huán)境效應(yīng)響應(yīng)的研究[J]. 水土保持學(xué)報，2007，21（4）：90-93.

[4]Brookes P C，Landman A，Pruden G，et al. Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen：a rapid extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil[J]. Soil Biology & Biochemistry，1985，17（6）：837-842.

[5]關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[6]Zelles L. Fatty acid patterns of phospholip ids and lipopolysaccharides in the characterization of microbial communities in soil：a review[J]. Biology and Fertility of Soils，1999，29：111-129.

[7]陳閱增. 普通生物學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，1997.

[8]何振立. 土壤微生物量及其在養(yǎng)分循環(huán)和環(huán)境質(zhì)量評價中的意義[J]. 土壤，1997（2）：61-69.

[9]李東坡，武志杰，陳利軍，等. 長期培肥黑土脲酶活性動態(tài)變化及其影響因素[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2003，14（12）：2208-2212.

[10]Burns R G. Soil enzymes[M]. New York：Academic Aress，1978.

[11]彭正萍，門明新，薛世川，等. 腐植酸復(fù)合肥對土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和土壤酶活性的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，28（4）：1-4.

[12]牟金明，宋日，姜亦梅，等. 不同作物根茬還田對土壤酶活性的影響[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1997，19（4）：68-72.

[13]孫瑞蓮，趙秉強(qiáng)，朱魯生，等. 長期定位施肥對土壤酶活性的影響及其調(diào)控土壤肥力的作用[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2003，9（4）：406-410.

[14]周麗霞，丁明懋. 土壤微生物學(xué)特性對土壤健康的指示作用[J]. 生物多樣性，2007，15（2）：162-171.

[15]王瑛，孟亞利，陳兵林，等. 麥棉套作棉花根際非根際土壤微生物和土壤養(yǎng)分[J]. 生態(tài)學(xué)報，2006，26（10）：3485-3490.

[16]孫磊，陳兵林，周治國. 麥棉套作Bt棉花根系分泌物對土壤速效養(yǎng)分及微生物的影響[J]. 棉花學(xué)報，2007，19（1）：18-22.

[17]劉廣才. 不同間套作系統(tǒng)種間營養(yǎng)競爭的差異性及其機(jī)理研究[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[18]宋亞娜，Marschner P，張福鎖，等. 小麥/蠶豆，玉米/蠶豆和小麥/玉米間作對根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報，2006，26（7）：2268-2274.

[19]曹慧，楊浩，孫波，等. 太湖流域丘陵地區(qū)土壤養(yǎng)分的空間變異[J]. 土壤，2002，34（4）：201-205.

[20]張恩和，黃高寶，黃鵬. 不同供磷水平下糧豆間套種植對根系分布和根際效應(yīng)的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報，1999，8（3）：35-38，60.

[21]劉均霞，陸引罡，遠(yuǎn)紅偉，等. 玉米、大豆間作對根際土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（2）：60-61，64.

[22]胡舉偉，朱文旭，張會慧，等. 桑樹/大豆間作對植物生長及根際土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（5）：1423-1427.

[23]Anna K B，Richard P D. Field management effects on soil enzyme activities[J]. Soil Biology & Biochemistry，1999，31（11）：1471-1479.

[24]方晰，田大倫，武麗花，等. 植被修復(fù)對錳礦渣廢棄地土壤微生物數(shù)量與酶活性的影響[J]. 水土保持學(xué)報，2009，23（4）：221-226.