韋小了 何季 何騰兵

摘要：以種植4、9、15年的刺梨園土壤為研究對(duì)象，測(cè)定0～20、20～40 cm土層土壤微生物數(shù)量和酶活性，旨在探明種植年限對(duì)刺梨園土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響，為刺梨種植的土壤養(yǎng)分管理和科學(xué)施肥等提供依據(jù)。結(jié)果表明，0～20、20～40 cm土層土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量、過(guò)氧化氫酶和脲酶活性、細(xì)菌與真菌以及放線菌與真菌數(shù)量比隨著種植年限增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，種植年限為9年時(shí)最大，真菌數(shù)量隨著種植年限的增加而增加，而酸性磷酸酶活性則隨種植年限的增加呈下降的趨勢(shì);0～20 cm土層土壤微生物數(shù)量和酶活性高于20～40 cm土層。隨著種植年限的增加，土壤細(xì)菌與真菌以及放線菌與真菌數(shù)量比先增加后降低，說(shuō)明種植年限較長(zhǎng)會(huì)抑制細(xì)菌和放線菌的生長(zhǎng)而促進(jìn)真菌的生長(zhǎng)，以及降低酶活性進(jìn)而使土壤質(zhì)量下降，因此建議長(zhǎng)期種植的刺梨園土壤采取施肥、更換耕作方式等管理措施增加土壤肥力。

關(guān)鍵詞：種植年限;刺梨園;土壤酶活性;土壤微生物

中圖分類號(hào)：S154.2;S154.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）13-0280-05

刺梨（Rosa roxbunghii Tratt），學(xué)名繅絲花，為薔薇科多年生落葉小灌木，最早開(kāi)始生長(zhǎng)于我國(guó)，以貴州省盛產(chǎn)，被賦予“三王水果”的稱號(hào)[1]。刺梨適合生長(zhǎng)在微酸性土壤中，貴州大部分地區(qū)的土壤都具備刺梨生長(zhǎng)條件。刺梨的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與社會(huì)效益較好，是貴州石漠化地區(qū)生態(tài)修復(fù)的一種重要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種[2]。此外，刺梨生長(zhǎng)迅速，易于繁殖，因此被廣泛地引種種植[3]。但是，隨著人口增長(zhǎng)和人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境的破壞以及病蟲害的發(fā)生，刺梨產(chǎn)量下降[4]。有些刺梨生長(zhǎng)在質(zhì)量差的土壤上，植株生長(zhǎng)不好，產(chǎn)量少，果實(shí)品質(zhì)和口感不佳。

土壤是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，為植物生長(zhǎng)提供必需的水、肥、氣、熱等。土壤酶活性能反映微生物數(shù)量和分布狀況，而土壤微生物是土壤質(zhì)量以及健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，因此兩者可以共同作為評(píng)價(jià)土壤肥力的一種評(píng)價(jià)指標(biāo)[5-8]。有研究表明，土壤肥力對(duì)作物產(chǎn)量及品質(zhì)有重要影響[9-10]。種植年限的延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[11]。而土壤質(zhì)量下降會(huì)抑制放線菌、細(xì)菌生長(zhǎng)，酶活性降低，土壤相應(yīng)功能也會(huì)隨之下降[12]。而隨著種植年限的延長(zhǎng)，細(xì)菌與真菌數(shù)量比值下降，說(shuō)明土壤中細(xì)菌與放線菌生長(zhǎng)環(huán)境變差，細(xì)菌和放線菌生長(zhǎng)受阻會(huì)促進(jìn)真菌生長(zhǎng)而影響土壤肥力和生態(tài)系統(tǒng)平衡[13]。趙亞麗等的研究表明，土壤耕作方式結(jié)合秸稈還田能有效提高作物產(chǎn)量以及土壤微生物數(shù)量和酶活性[10]。向仰州等采用3種管理方式研究其對(duì)刺梨園的影響[14]和陶夢(mèng)慧等研究不同肥料配施對(duì)土壤中微生物數(shù)量和酶活性的影響[15]，結(jié)果表明，間作黑麥草和自然生草2種方式以及施用生物有機(jī)肥均能提高土壤微生物數(shù)量和酶活性。針對(duì)不同種植年限條件下土壤微生物和酶活性對(duì)土肥力的影響等方面也有不少研究報(bào)道，張珍明等和董艷等的研究表明，土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量以及酶活性隨著種植年限的延長(zhǎng)呈先增加后減少的趨勢(shì)，不僅真菌數(shù)量持續(xù)增加而且微生物多樣性和均勻度指數(shù)連續(xù)降低，引起土壤肥力下降，導(dǎo)致根系病毒增加[11，16]。

目前有關(guān)刺梨的研究主要集中在土壤養(yǎng)分狀況和土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)[3，17]、果實(shí)品質(zhì)[18]、氣候適宜性[19]以及土壤酶活性和土壤肥力等方面[20]，而關(guān)于不同種植年限對(duì)刺梨園土壤微生物和酶活性的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此本研究以不同種植年限刺梨園土壤為研究對(duì)象，采取野外采樣和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究種植年限對(duì)土壤微生物和酶活性的影響，揭示不同種植年限下刺梨園土壤微生物數(shù)量和酶活性變化特征，探討不同種植年限刺梨園土壤微生物和酶活性與土壤肥力的關(guān)系，為刺梨種植的土壤養(yǎng)分管理和科學(xué)施肥等提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省龍里縣洗馬鎮(zhèn)，地處107°29′E、26°18′N，海拔1 150 m，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫 14.6 ℃，年降水量1 100 mm，年日照時(shí)數(shù)1 160 h，無(wú)霜期 280 d 以上。該地區(qū)屬典型喀斯特地貌，土壤類型為黃壤，土層厚度為50～80 cm。刺梨是該區(qū)脫貧攻堅(jiān)、退耕還林以及石漠化治理的一種經(jīng)濟(jì)植物，種植面積達(dá)上萬(wàn)余畝。

1.2 樣品采集

根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查，在考慮不同年限刺梨園的綜合情況的基礎(chǔ)上，選擇成土母質(zhì)相同、地理位置、施肥情況、病蟲害防治等管理方式相似的種植年限分別為4、9、15年的刺梨園土壤為研究對(duì)象。刺梨品種為貴農(nóng)5號(hào)，每個(gè)種植年限設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)面積225 m2（15 m×15 m）。于2017年3月，在每個(gè)小區(qū)按“S”形布置5個(gè)點(diǎn)采集，挖取土壤剖面，按照0～20、20～40 cm土層分層采樣，混合均勻并除去石塊以及殘留雜物后，取1 kg土樣裝入無(wú)菌自封袋中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。一部分采好的土樣按順序分開(kāi)裝在無(wú)菌袋中，扎好，標(biāo)記，記錄采樣時(shí)間、地點(diǎn)等后立即放在4 ℃冰箱中暫存，用于測(cè)定微生物數(shù)量;另一部分在室內(nèi)風(fēng)干并過(guò)1 mm篩，分開(kāi)裝好放置于無(wú)菌袋中室內(nèi)保存，用于測(cè)定酶活性。

1.3 土壤微生物和酶活性測(cè)定方法

土壤微生物數(shù)量采用稀釋涂布平板法[21]測(cè)定，采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌，馬丁氏培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌，改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌。利用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶活性，苯酚鈉比色法測(cè)定脲酶活性，磷酸苯二鈉比色法測(cè)定酸性磷酸酶活性[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植年限刺梨園土壤微生物數(shù)量

土壤微生物活動(dòng)能影響土壤質(zhì)量，其數(shù)量和分布受多種因素影響，有研究表明，種植年限也是其中之一[11]。本研究中，刺梨園土壤0～20 cm土層的細(xì)菌數(shù)量最多，為1.30×106～2.00×106 CFU/g;放線菌次之，為1.14×105～1.65×105 CFU/g;真菌數(shù)量最少，為4.76×103～5.24×103 CFU/g。由表1可知，種植年限為4年時(shí)，細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)量占微生物總數(shù)的百分比分別為91.70%、8.02%、0.27%;種植年限為9年時(shí)，細(xì)菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為92.26%、7.50%、0.24%;種植年限為15年時(shí)，細(xì)菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為91.72%、7.92%、0.36%。20～40 cm土層微生物數(shù)量細(xì)菌數(shù)量最多，為 1.24×106～1.77×106 CFU/g;放線菌次之，為0.41×105～0.83×105 CFU/g;真菌最少，為0.92×103～1.12×103 CFU/g。種植年限為4年時(shí)，細(xì)菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為95.27%、4.66%、0.06%;種植年限為9年時(shí)，細(xì)菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為 95.42%、4.53%、0.06%;種植年限為15年時(shí)，細(xì)菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為96.73%、3.20%、0.08%。0～20 cm土層的土壤微生物數(shù)量明顯高于20～40 cm 土層，主要是因?yàn)橥寥辣韺臃e累大量腐殖質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量高、營(yíng)養(yǎng)源豐富，水熱和通氣狀況較好等為微生物的生長(zhǎng)提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境[23]。說(shuō)明在相同的種植情況下，0～20 cm土層的土壤更利于微生物生長(zhǎng)。

隨著種植年限的增加，刺梨園土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量呈先增加后減少的趨勢(shì)，種植年限為9年時(shí)數(shù)量最大（圖1、圖2）;真菌數(shù)量隨種植著年限的增加而增加（圖3）。0～20 cm土層，不同種植年限條件下，細(xì)菌、放線菌數(shù)量之間有顯著差異（P<0.05），種植年限為9年時(shí)顯著高于種植年限為4、15年

時(shí)（P<0.05），種植年限為4年時(shí)顯著高于種植年限為15年時(shí)（P<0.05）;種植4、9、15年真菌數(shù)量之間無(wú)顯著差異。20～40 cm 土層，不同種植年下條件下，細(xì)菌、放線菌數(shù)量之間有顯著差異，種植年限為9年時(shí)顯著高于種植年限為4、15年時(shí)（P<0.05），種植年限為4年時(shí)顯著高于種植年限為15年時(shí)（P<0.05）;種植4、9、15年真菌數(shù)量之間無(wú)顯著差異。

由圖4、圖5可知，細(xì)菌和真菌數(shù)量比以及放線菌和真菌數(shù)量比在0～20、20～40 cm土層中隨著種植年限的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，說(shuō)明隨種植年限的增加土壤微生物由細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)化[11]。

2.2 不同種植年限刺梨園土壤的酶活性

有研究表明，土壤微生物活動(dòng)能夠分泌土壤酶，兩者關(guān)系密切[24]。本研究中，刺梨園土壤過(guò)氧化氫酶和脲酶活性隨著種植年限的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)（圖6、圖7），與微生物數(shù)量細(xì)菌、放線菌的變化趨勢(shì)相似，而酸性磷酸酶活性逐漸降低（圖8）。0～20 cm土層中， 種植年限為9年的過(guò)氧化氫酶活性顯著高于4、15年（P<0.05），4、15年無(wú)顯著差異;種植年限為9年的脲酶活性顯著高于4、15年（P<0.05），15年的顯著高于4年（P<0.05）;種植年限為4、9年的酸性磷酸酶顯著高于15年（P<0.05），4、9年之間差異不顯著。20～40 cm土層中，不同種植年限條件下，3個(gè)種植年限的過(guò)氧化

氫酶活性之間均差異不顯著;種植年限為9年的脲酶活性顯著高于4、15年（P<0.05），4年顯著高于15年（P<0.05）;種植年限為4、9年的酸性磷酸酶活性顯著高于15年（P<0.05），4年顯著高于9年（P<0.05）。0～20 cm土層的土壤酶活性高于20～40 cm土層，主要是因?yàn)楸韺油寥鲤B(yǎng)分充足有利于微生物生長(zhǎng)，且呼吸、新陳代謝作用活躍[25]。種植年限為9年時(shí)，土壤酶活性總體上高于4年，說(shuō)明9年時(shí)土壤酶活性處于較高水平，土壤供氮、解毒能力以及土壤質(zhì)量處于較好狀態(tài);而到第15年時(shí)，土壤酶活性降低，土壤供氮、解毒能力以及土壤質(zhì)量下降。

2.3 刺梨園土壤微生物數(shù)量與酶活性的相關(guān)性

由表2可以看出，刺梨園土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性之間存在正相關(guān)關(guān)系，其中，細(xì)菌數(shù)量與放線菌數(shù)量、過(guò)氧化氫酶數(shù)量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;真菌數(shù)量與放線菌數(shù)量、脲酶活性、酸性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;放線菌與過(guò)氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;過(guò)氧化氫酶活性與脲酶活性、酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;脲酶活性與酸性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究中，微生物數(shù)量表現(xiàn)為細(xì)菌>放線菌>真菌，細(xì)菌數(shù)量占微生物數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，這說(shuō)明細(xì)菌是刺梨園土壤微生物生命活動(dòng)的主體，與范玉貞等的研究結(jié)果[12，26-27]一致。這可能與細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)類型多、呼吸機(jī)制繁雜和細(xì)菌代謝快以及繁殖迅速等原因致使細(xì)菌數(shù)量最多[28]有關(guān)。隨著土層深度的增加，土壤微生物數(shù)量和酶活性呈降低趨勢(shì)，主要是因?yàn)橥寥辣韺臃e累了大量腐殖質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量高，滿足微生物生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)源，其次是表層水熱條件和通氣狀況好，有利于微生物繁殖，隨著土層深度的加深，土壤的孔隙度、含水量等減少，導(dǎo)致土壤環(huán)境條件變差，從而不利于微生物的生長(zhǎng)[23]。表層土壤酶活性較高的主要原因是表層微生物生長(zhǎng)旺盛，呼吸作用活躍[29-30]。

土壤酶活性是土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一[31]。每種土壤酶都有特定功能，有研究表明，土壤過(guò)氧化氫酶可以水解損壞植物的過(guò)氧化氫，不同土壤過(guò)氧化氫酶活性的大小可以用來(lái)表示土壤解毒能力的級(jí)別，活性越高，說(shuō)明土壤解毒能力越強(qiáng);相反，容易積累有毒物質(zhì)，會(huì)對(duì)土壤和植物產(chǎn)生毒害作用[5]。而土壤有機(jī)氮能被脲酶分解和轉(zhuǎn)化，在土壤脲酶的作用下，促使尿素生成更加容易被植物吸收、利用的氨、二氧化碳和水，土壤磷酸酶的作用是將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷供給植物吸收利用[32]。本研究中，過(guò)氧化氫酶和脲酶活性隨著種植年限延長(zhǎng)呈先增加后減少的趨勢(shì)，這與范玉貞等的研究結(jié)果[12]相同。而酸性磷酸酶活性隨著種植年限的增加逐漸降低，與張珍明等的研究結(jié)果[11]略有不同，可能與土壤類型、種植作物種類等有關(guān)，具體原因需要進(jìn)行更深入的研究。本研究結(jié)果表明，刺梨園土壤種植年限為9年時(shí)土壤酶活性整體水平較高，說(shuō)明種植年限為9年的土壤解毒能力強(qiáng)，分解有機(jī)氮、磷的能力強(qiáng)，從而促進(jìn)植物對(duì)氮、磷素的吸收和利用。而當(dāng)刺梨種植年限為15年時(shí)，土壤酶活性降低，土壤供氮供磷和解毒能力減弱，土壤環(huán)境質(zhì)量下降。

有研究表明，耕作方式結(jié)合秸稈還田[10]、管理方式[14]及施肥[15]等都能影響土壤微生物數(shù)量和酶活性，本研究中隨著種植年限的延長(zhǎng)導(dǎo)致土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量逐漸減少，而真菌數(shù)量逐漸增加，說(shuō)明長(zhǎng)期種植同種作物的土壤，因營(yíng)養(yǎng)狀況惡化使得土壤微生物區(qū)系發(fā)生改變，導(dǎo)致植物受病害的可能性增加[33]。本研究中，種植年限為9年時(shí)，種植時(shí)間相對(duì)不是很長(zhǎng)，土壤含水量充足、疏松多孔、容重小以及有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等養(yǎng)分供應(yīng)充足。此外，種植中期時(shí)，發(fā)現(xiàn)刺梨帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益高，在管理模式和施肥等方面都投入了大量的精力，種植年限為9年時(shí)有利于微生物和酶活性的生長(zhǎng)。9年以后隨著年限的增加，由于刺梨結(jié)果期時(shí)期消耗的土壤養(yǎng)分多，養(yǎng)分輸出大于輸入以及人為原因等造成土壤的容重增大，孔隙度減小，土壤和外界的交換作用變?nèi)?，不能給微生物的生長(zhǎng)提供足夠氮源而導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量和酶活性下降。此外，植物與殘留物質(zhì)分解后形成的苯甲酸和氫氰酸等酚酸類物質(zhì)的累積會(huì)破壞土壤環(huán)境及生態(tài)平衡;長(zhǎng)時(shí)間種植同種植物并重復(fù)施肥，也會(huì)使作物對(duì)養(yǎng)分需求不足，缺少互補(bǔ)性致使土壤養(yǎng)分失衡;從而導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[12]。

土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性有顯著相關(guān)性，微生物活動(dòng)分泌是土壤酶主要來(lái)源之一，土壤中真菌的分泌活動(dòng)頻繁可以增強(qiáng)脲酶和磷酸酶活性，而脲酶和磷酸酶與C、N、P等養(yǎng)分循環(huán)有相關(guān)關(guān)系[24]。土壤微生物和酶對(duì)壤土的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)有促進(jìn)作用，兩者一起成為評(píng)價(jià)土壤肥力指標(biāo)之一[8]。本研究中，細(xì)菌和真菌數(shù)量與脲酶活性雖然呈正相關(guān)的關(guān)系，但相關(guān)性不顯著，與張珍明等的研究[11，34]有些區(qū)別，這可能與土壤植物、土壤類型、施肥、耕作方式等有關(guān)，導(dǎo)致土壤酶活性不一樣，從而影響微生物數(shù)量和酶活性的相關(guān)性。

細(xì)菌和真菌數(shù)量比及放線菌和真菌數(shù)量比是表示土壤肥力的一種指標(biāo)[35]，反映土壤環(huán)境質(zhì)量的基本情況。細(xì)菌與真菌比及放線菌與真菌數(shù)量比隨著種植年限的延長(zhǎng)呈先增加后減少的趨勢(shì)，種植年限為9年時(shí)為最大值。9年之后，細(xì)菌與真菌數(shù)量比下降主要是由于細(xì)菌和放線菌競(jìng)爭(zhēng)作用減小而促進(jìn)真菌生長(zhǎng)，均可導(dǎo)致土壤肥力降低及生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)[13]。所以，種植年限為15年時(shí)，由于刺梨園土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量和酶活性降低以及真菌數(shù)量增加，導(dǎo)致刺梨根系病菌增加，土地生產(chǎn)力降低，進(jìn)而影響刺梨的產(chǎn)量和品質(zhì)，因此，建議采取科學(xué)施肥、更換耕作方式等管理措施增加土壤肥力。

3.2 結(jié)論

種植年限為4、9、15年，刺梨園土壤0～20、20～40 cm微生物物數(shù)量分布均為細(xì)菌>放線菌>真菌，細(xì)菌數(shù)量占微生物數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。

0～20 cm土層土壤微生物數(shù)量和酶活性大于20～40 cm土層。隨著種植年限的增加，0～20、20～40 cm土層細(xì)菌、放線菌的數(shù)量和過(guò)氧化氫酶、脲酶的活性都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，最大值為9年時(shí)，真菌數(shù)量不斷增加，細(xì)菌和真菌數(shù)量比以及放線菌和真菌數(shù)量比先增加后下降，而酸性磷酸酶活性則一直下降。

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