腐植酸對(duì)辣椒根際土壤微生物數(shù)量和多樣性的影響

高涵，范仲卿，郭新送，田玉紅，陳士更，劉祿，馬學(xué)文，張晶，丁方軍

（1.山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司，山東 泰安 271000；2.農(nóng)業(yè)部腐植酸類(lèi)肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271000；3.齊河縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 齊河 251100）

在大田生產(chǎn)中，施肥是作物增產(chǎn)最重要的促進(jìn)因素，對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)超過(guò)30%，具有不可替代的作用。普通肥料（尿素、常規(guī)復(fù)合肥）施用量大，在支出巨大的同時(shí)還導(dǎo)致土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化，給環(huán)境帶來(lái)極大危害［1-4］。多項(xiàng)研究表明，長(zhǎng)期施用常規(guī)化肥會(huì)導(dǎo)致作物根際土壤理化性質(zhì)改變，土壤酶活性降低，還可殺死大量有益微生物，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)亟需采用新的施肥方式，減少肥料消耗和對(duì)土壤環(huán)境的危害［3，4］。

腐植酸類(lèi)物質(zhì)是土壤中廣泛存在的一類(lèi)高分子酸性有機(jī)混合物。土壤中的動(dòng)植物殘?bào)w和微生物細(xì)胞在一系列氧化還原反應(yīng)下，形成腐植酸類(lèi)物質(zhì)，其對(duì)田間生產(chǎn)具有重要作用［5-7］。腐植酸是一種高效肥料增效劑，可與常規(guī)肥料結(jié)合后形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，降低氮素釋放速率；還可調(diào)節(jié)土壤pH值，促進(jìn)有益微生物的繁殖和生長(zhǎng)，降低病原體數(shù)量，提高植株抗病蟲(chóng)害的能力，降低微生物對(duì)外源有機(jī)物質(zhì)的礦化，提升土壤質(zhì)量［6-12］。土壤經(jīng)過(guò)腐植酸活化后，可增加作物呼吸作用速率和新陳代謝過(guò)程，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高作物抗逆性和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。近年來(lái)，隨著相關(guān)研究的進(jìn)展，土壤微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)等土壤微生物特性已成為衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)［11，12］。

我國(guó)是世界上最大的辣椒生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)之一。由于種植結(jié)構(gòu)單一，連作現(xiàn)象嚴(yán)重，辣椒根際土壤退化，嚴(yán)重制約辣椒高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。研究表明，在大豆、玉米、小麥等作物種植過(guò)程中，腐植酸類(lèi)物質(zhì)可以活化土壤，調(diào)節(jié)土壤微生物群落，提升土壤質(zhì)量［8-12］，但在辣椒中的相關(guān)研究迄今未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)通過(guò)施用不同比例腐植酸肥料，研究其對(duì)辣椒根際微生物數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)的影響和連作辣椒田中土壤微生物特性變化規(guī)律，以期為提高土壤微生物數(shù)量、優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、改善連作辣椒田土壤質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2014—2017年連續(xù)4年在山東省濟(jì)寧市金鄉(xiāng)縣（35°04′N(xiāo)，116°18′E）辣椒種植基地同一地塊進(jìn)行。該區(qū)屬典型大陸性暖溫帶季風(fēng)氣候，年均降水量547.5 mm。試驗(yàn)地選擇土質(zhì)均勻、土壤肥力一致的平整區(qū)域，壤質(zhì)土，pH值約為7.3，肥力狀況中等，土層深厚。供試?yán)苯菲贩N德紅1號(hào)，由德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供，常規(guī)露地栽培。除肥料施用外，除草、灌溉等農(nóng)藝措施與常規(guī)管理一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理：T0為常規(guī)普通復(fù)合肥；T1為添加2%腐植酸復(fù)合肥；T2為添加4%腐植酸復(fù)合肥；T3為添加6%腐植酸復(fù)合肥；T4為添加8%腐植酸復(fù)合肥。隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。小區(qū)面積20 m2。所有處理肥料均為基施。選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的辣椒秧苗于4月上旬定植。

1.3 土壤微生物相關(guān)特性測(cè)定

土壤微生物數(shù)量測(cè)定：采用稀釋平板表面涂布法。將田間采集的土樣置于4℃冰箱內(nèi)保存，取10.0 g用90.0 mL無(wú)菌水稀釋?zhuān)袷?0 min，將土壤原液稀釋成不同濃度梯度的懸濁液。細(xì)菌、真菌和放線菌分別采用牛肉膏蛋白瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基以及高氏一號(hào)培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。一周后觀察平板中菌落的外觀、長(zhǎng)勢(shì)，鑒定并統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。

土壤微生物量C和微生物量N的測(cè)定：采用氯仿熏蒸直接提取法［13］。取過(guò)濾土壤液15 mL，加入一定量K2Cr2O7溶液進(jìn)行消煮，測(cè)定微生物量C。取過(guò)濾后的土壤液15 mL，加入0.5 mL濃H2SO4，隨后濃縮至3 mL，凱氏定氮法測(cè)定微生物量N。

土壤微生物多樣性測(cè)定：采用BIOLOG微平板法測(cè)定［14］。Shannon指數(shù)反映土壤中微生物群落豐富度，McIntosh指數(shù)反映土壤中微生物群落均勻度，Simpson指數(shù)反映土壤中微生物群落優(yōu)勢(shì)度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel2017進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DPS 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)辣椒根際土壤微生物特性的影響

對(duì)不同施肥處理的辣椒土壤微生物數(shù)量進(jìn)行分析（表1）可知，施加腐植酸復(fù)合肥的辣椒根際土壤細(xì)菌、放線菌、微生物量C和微生物量N均高于常規(guī)施肥；與T0相比，T1處理以上指標(biāo)略有提升，但差異不顯著；T2、T3、T4處理的多數(shù)指標(biāo)差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。相較于T3，T4處理的細(xì)菌、放線菌、微生物量C略有增加，但差異不顯著，微生物量N有所下降。相較于常規(guī)施肥，添加腐植酸肥料根際土壤真菌含量有所降低，其中，T3處理的真菌含量最低，T1和T4處理的真菌含量相差不大。

對(duì)不同施肥處理下的辣椒根際土壤微生物多樣性進(jìn)行分析（表1）可知，施加腐植酸肥料的Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Simpson指數(shù)均高于常規(guī)施肥。相較于T3，T4處理的Shannon指數(shù)和McIntosh指數(shù)略有增加，但差異不顯著；而Simpson指數(shù)有所降低。綜上，辣椒田中添加6%腐植酸復(fù)合肥是最佳施肥模式。

表1 不同施肥處理辣椒根際微生物數(shù)量和多樣性

2.2 不同年間腐植酸對(duì)辣椒根際土壤微生物特性的影響

2014—2017 年選擇T0和T3兩種處理方式，分析常規(guī)復(fù)合肥和腐植酸配比復(fù)合肥對(duì)辣椒根際土壤微生物數(shù)量和多樣性的影響。由表2可以看出，2014—2017年，除真菌外，T3處理的土壤各指標(biāo)均高于T0。2014年，T3處理比T0的細(xì)菌、放線菌、微生物量C和微生物量N分別提高26.7%、21.5%、28.0%和29.0%。2017年，T0處理的細(xì)菌、放線菌、微生物量C和微生物量N比2014年分別下降19.8%、12.3%、29.7%和33.5%；T3處理的細(xì)菌、放線菌、微生物量C和微生物量N比2014年分別下降6.4%、7.6%、9.2%和6.1%。2017年，T3處理的細(xì)菌、放線菌、微生物量C和微生物量N比T0分別提高47.8%、28.0%、65.3%和82.1%（P＜0.05）。2014—2017年，兩種施肥處理下真菌含量變化不大，但各年度T3處理的真菌數(shù)量顯著低于同期T0。2017年，T3處理根際土壤真菌含量為T(mén)0的83.7%。

2014—2017 年，T3處理的土壤微生物多樣性均高于T0。2014年，T3處理的Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Simpson指數(shù)分別比T0高17.3%、7.7%、7.8%。2017年，T0處理的Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Simpson指數(shù)分別比2014年下降11.0%、9.9%和6.7%（P＜0.05）；T3處理的Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)分別比2014年下降0.8%、1.0%（P＞0.05）。2017年，T3處理的Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Simpson指數(shù)分別比T0高30.7%、18.3%、15.5%（P＜0.05）。

表2 2014—2017年不同處理辣椒根際微生物數(shù)量和多樣性影響

3 討論與結(jié)論

辣椒是我國(guó)最為重要的風(fēng)味蔬菜之一。健康的根際土壤微環(huán)境可提升辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)。腐植酸類(lèi)物質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要成分，兼有增肥和活菌的作用，對(duì)土壤微環(huán)境有較大影響。探究不同配比腐植酸肥對(duì)根際土壤微環(huán)境的影響，分析土壤中微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)和生物多樣性對(duì)于解析腐植酸對(duì)土壤微環(huán)境的影響、促進(jìn)腐植酸增效肥研發(fā)具有重要意義［11，12，15-18］。

土壤微生物直接或間接地參與了土壤中幾乎所有的生物和化學(xué)反應(yīng)，其數(shù)量和活性直接關(guān)系到土壤質(zhì)量。微生物量C易受濕度、溫度、季節(jié)變化和管理措施的影響，是土壤微生物的綜合反映。微生物量N在整個(gè)土壤氮循環(huán)與氮轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，是土壤微生物對(duì)氮素礦化的反映，也是土壤中微生物數(shù)量的直觀反映［8-10］。Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)是土壤微生物群落多樣性的常用指數(shù)［8-12］。

研究表明，腐植酸在一定程度上可以活化土壤，提升土壤微生物數(shù)量，增加微生物群落多樣性和微生物C、N含量，提升土壤健康度［19］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用2%、4%、6%和8%腐植酸配比復(fù)合肥的辣椒根際土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量、微生物量C、微生物量N、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和McIntosh指數(shù)均高于常規(guī)復(fù)合肥，添加6%腐植酸施肥處理下，多數(shù)指標(biāo)可達(dá)顯著差異水平（P＜0.05）。相較于6%腐植酸配比模式，8%腐植酸配比復(fù)合肥的細(xì)菌和放線菌數(shù)量略有提升，微生物量C和微生物量N維持平衡，Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和McIntosh維持平衡或略有提升。因此，6%腐植酸復(fù)合肥配比較適宜于辣椒栽培。在2%、4%、6%和8%腐植酸配比下，同年度真菌數(shù)量較常規(guī)施肥均有明顯降低。劉亞鋒等［20］的研究表明，腐植酸可能改變了真菌的種內(nèi)數(shù)量，降低了黃曲霉、輪枝孢霉等致病菌在真菌總量的占比。腐植酸可促進(jìn)土壤微生物數(shù)量增加的原因可能是腐植酸肥料具有促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)發(fā)育的作用，增加作物根系數(shù)量及其分泌物，改善土壤微環(huán)境，從而增加土壤中微生物數(shù)量［17-20］。

連作是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一。長(zhǎng)期連作會(huì)導(dǎo)致土壤中有害真菌含量驟升，有益細(xì)菌含量顯著降低，微生物多樣性水平降低，劣化土壤營(yíng)養(yǎng)水平。本研究在常規(guī)施肥條件下，辣椒根際土壤多項(xiàng)微生物特性指標(biāo)呈逐年降低趨勢(shì)，連作效應(yīng)對(duì)辣椒根際土壤質(zhì)量影響顯著。2017年，施用6%腐植酸配比復(fù)合肥地塊的細(xì)菌、放線菌、微生物量C、微生物量N、Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)相較于2014年均有所下降，但顯著高于2017年常規(guī)復(fù)合肥施用地塊。連作第四年，6%腐植酸配比下真菌含量?jī)H為常規(guī)施肥的83.7%。以上結(jié)果表明，連作效應(yīng)嚴(yán)重影響辣椒根際微生物特性，常規(guī)復(fù)合肥施用無(wú)法緩解嚴(yán)重的連作效應(yīng)，而腐植酸肥料可以有效降低連作效應(yīng)對(duì)辣椒根際土壤的損害。隨著腐植酸肥料施用年限的延長(zhǎng)，其優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)，連作第四年依然可以維持較好的土壤品質(zhì)。多項(xiàng)研究表明，在玉米、西瓜、棉花、小麥等作物生產(chǎn)中，施加一定量的腐植酸肥料可有效減弱連作障礙對(duì)作物的有害影響［10-12，21-23］。

綜上所述，腐植酸對(duì)辣椒根際土壤微生態(tài)環(huán)境可產(chǎn)生顯著影響，相較于普通肥料，腐植酸復(fù)合肥可提升土壤中有益細(xì)菌數(shù)量，降低有害真菌數(shù)量；提升微生物量C和N含量及微生物群落的Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)，從而維持土壤微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。