向 敏，裴正峰，黃鶴春，王 丹，林 勝，楊玲玉，何修金，檀文娟

（1.巢湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物技術(shù)系，安徽 巢湖238000；2.安徽省富硒香生物食品集團有限公司，安徽 巢湖238056）

有機和常規(guī)栽培水稻根際土壤生物活性比較研究

向 敏1，裴正峰1，黃鶴春2，王 丹1，林 勝1，楊玲玉2，何修金2，檀文娟2

（1.巢湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物技術(shù)系，安徽 巢湖238000；2.安徽省富硒香生物食品集團有限公司，安徽 巢湖238056）

目的：明確有機栽培、常規(guī)栽培水稻生育期間根際土壤微生物（細菌、放線菌、真菌）數(shù)量與酶（酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶）活性的變化。方法：采用大田栽培試驗與調(diào)查采樣研究相結(jié)合，以嘉花1號為材料，研究有機生產(chǎn)模式和常規(guī)生產(chǎn)模式水稻根際土壤的微生物數(shù)量和酶活性變化，并進行相關(guān)分析。結(jié)果：水稻生長的不同時期，有機生產(chǎn)模式的土壤微生物量生物量碳C、土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶均高于常規(guī)栽培，其中以過氧化氫酶活性提高最為顯著。結(jié)論：有機生產(chǎn)模式能夠提高土壤質(zhì)量，有利于土壤的可持續(xù)利用。

水稻；有機栽培；常規(guī)栽培；根際微生物；酶活性

有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的核心是通過正確培肥土壤，建立平衡的土壤生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和良性循環(huán)［1］（P25-26）。根際是植物與土壤接觸的微域環(huán)數(shù)量和土壤酶活性的動態(tài)變化，以了解生產(chǎn)模式、土壤生物活性之間的相互聯(lián)系，為水稻土的科學(xué)、合理持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2010年5月至11月，在安徽省巢湖市壩鎮(zhèn)“富硒香有機農(nóng)業(yè)生態(tài)園”農(nóng)田里進行。該農(nóng)業(yè)生態(tài)園為農(nóng)業(yè)部中綠華夏有機產(chǎn)品認(rèn)證中心認(rèn)證的有機水稻生產(chǎn)基地（編號COFCC-R-0702-0028），經(jīng)度為117°55′，緯度為31°31′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候資源比較豐富，日照時數(shù)2035h～2270h，年降水量1025mm～1158mm。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試品種 供試水稻品種為“嘉花1號”。

1.2.2 供試土壤 供試土壤為黃棕壤基礎(chǔ)上發(fā)育形成的水稻土，耕作層厚度25cm，一年兩熟，前茬為油菜。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 試驗設(shè)計2個處理，即：有機稻栽培模式和常規(guī)稻栽培模式。每個處理3個重復(fù)，隨機區(qū)組排列，各小區(qū)面積均為200m2，小區(qū)間開0.25m溝相隔離，四周設(shè)2m保護行。

1.3.2 肥料施用及病蟲防治情況 采用有機稻生產(chǎn)模式（ORG）的只施用有機肥（堆肥和雞糞）和生物防治方法，不使用任何化肥和化學(xué)農(nóng)藥。采用常規(guī)生產(chǎn)模式（CON）的施用少量的干雞糞，并配施尿素（含氮46%）、磷酸二銨（含氮14%、含磷40%）等化肥，病蟲害防治以化學(xué)防治為主。

1.3.3 栽培管理 有機稻栽培模式和常規(guī)稻栽培模式均采用直播栽培方式。5月18日播種，幼苗期保持田面濕潤促進苗；3～6葉期田間保持3.0～5.0cm的水層不斷水；6葉期以后開始擱田，多次輕擱，控蘗促根壯稈；拔節(jié)期到抽穗期勤灌活水，田間保持水深3.0～5.0cm；灌漿黃熟期保持干濕交替，防止斷水過早；收獲前15d排干田水。

1.3.4 土壤理化性質(zhì)測定 在水稻栽植前15d，分別采用重鉻酸鉀容量法、半微量凱氏定氮法、靛酚藍比色法、酚二磺酸比色法、改良Bray-Kurtz浸提法（HCL＋NH4F）、四苯硼鈉比濁法測定稻田土壤有機質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量［2］（P231-233），有機栽培和常規(guī)栽培稻田土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.3.5 土壤采集 分別在水稻直播當(dāng)日（0d）、秧苗期（10d）、分 蘗 期 （50d）、拔 節(jié) 期 （75d）、抽 穗 期（100d）、灌漿期（125d）、成熟期（150d）取樣，田間每試驗小區(qū)取5點，各點選2～3叢稻株，挖掘面積為10cm×10cm、深度為15cm。取樣時輕輕帶土取出植株，取下黏附在水稻根系的土壤，用藥匙將附著在水稻根上的土壤刮下，得到土壤混合樣，略陰干過2mm篩后，一部分風(fēng)干保存，用于土壤養(yǎng)分測定，另一部分4℃保存鮮樣（＜72h），用于土壤微生物類群、數(shù)量、生物量碳、酶活性等分析［3］（P226-228）。

1.3.6 土壤區(qū)系微生物分析 分別采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、改良高氏1號培養(yǎng)基、馬丁-孟加拉紅鏈霉素培養(yǎng)基，通過稀釋平板法對土壤細菌、放線菌、真菌進行計數(shù)，計數(shù)結(jié)果折合成1g干土中微生物數(shù)量［4］（P69-74）。

土壤微生物生物量C用氯仿熏蒸，0.5mol·L-1K2SO4提取，TOS-5000A自動分析儀測定［5］（P74-75）。1.3.7 土壤酶活性測定［6］（P274-276）土壤酸性磷酸酶測定采用磷酸苯二鈉比色法，結(jié)果以24h后1g土壤中釋放的酚的毫克數(shù)表示。蛋白酶采用茚三酮比色法，結(jié)果以24h后1g土壤中酶促反應(yīng)后生成的甘氨酸毫克數(shù)表示。脲酶采用靛酚比色法（NH4＋比色法）測定，結(jié)果以24h后1g土壤中NH4＋-N的毫克數(shù)表示。過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法（JOHSOH法），結(jié)果以1g土中所消耗的0.1mol·L-1KMnO4毫升數(shù)表示。

表1 供試土壤的理化性質(zhì)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物生物量C的變化

在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，微生物生物量作為有機質(zhì)降解、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動力，直接影響到養(yǎng)分循環(huán)及其生物有效性，是比較敏感的生物學(xué)指標(biāo)［7］（P197-202）。表2表明，有機栽培水稻土壤微生物生物量C均高于同期常規(guī)栽培水稻土，其中拔節(jié)期最明顯（有機栽培高于常規(guī)栽培24.14%）。秧苗期后不同處理土壤微生物生物量C均有所下降，這與長時間淹水以及水稻地上、地下部分快速生長并與微生物爭斗養(yǎng)分，使微生物的生長與繁衍受到抑制有關(guān)。就水稻全生育期土壤微生物生物量C的均值而言，有機栽培和常規(guī)栽培分別為 507.39mg·kg-1、475.14mg·kg-1。試驗結(jié)果表明，有機栽培水稻土壤微生物生物量C高于同期常規(guī)栽培土壤，這有利于水稻土的持續(xù)利用。

表2 各處理水稻不同生育期土壤微生物生物量C的變化

2.2 土壤微生物三大類群組成及變化

細菌是土壤微生物中數(shù)量最多的一個微生物類群；土壤放線菌在土壤中參與有機物的分解，數(shù)量僅次于細菌；真菌參與土壤中有機質(zhì)的分解和腐殖質(zhì)的形成、土壤中的氨化作用以及團聚體的形成等［8］（P35-37）。由表3可知，有機栽培根際土壤細菌、放線菌、真菌數(shù)量均高于常規(guī)栽培，以拔節(jié)期最為顯著，有機栽培稻田土壤根際細菌、放線菌、真菌數(shù)量分別高于常規(guī)栽培稻田21.44%、36.35%、27.65%。表明有機稻田不施用化肥、不使用化學(xué)農(nóng)藥，長期施用農(nóng)家肥，可改善土壤團粒結(jié)構(gòu)，有利于微生物生長繁殖，特別是有益于能分泌抗生素、拮抗土壤中病原菌的放線菌繁殖。

表3 各處理水稻不同生育期根際土壤微生物數(shù)量變化

2.3 土壤酶活性變化

土壤酶以結(jié)合態(tài)或游離態(tài)存在于土壤固相或土壤溶液中，參與土壤有機質(zhì)的分解與合成及氮、磷、鉀等一切物質(zhì)循環(huán)，是反映土壤肥力的有效生物學(xué)指標(biāo)［6］（P323）。土壤磷酸酶可促進有機磷化合物分解，為植物提供有效磷素，提高土壤磷素的有效性；蛋白酶能酶促蛋白質(zhì)水解成氨基酸，其活性與土壤中氮素營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化狀況有極其重要的關(guān)系；脲酶能促進土壤中含氮有機化合物尿素分子酰胺肽鍵的水解，直接參與尿素的形態(tài)轉(zhuǎn)化，其活性表征土壤的氮素情況；土壤過氧化氫酶能破壞土壤生化反應(yīng)中生成的過氧化氫，有利于解除過氧化氫對土壤和生物的毒害作用，減輕對植物的危害［9-11］。

研究（表4）表明，有機栽培水稻土壤根際酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶活性平均值高于常規(guī)栽培的4.85%、8.73%、7.86%、13.82%；在水稻移栽當(dāng)日（0d），有機農(nóng)田土壤根際酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶活性高于常規(guī)栽培農(nóng)田的2.02%、2.74%、5.79%、6.47%；拔節(jié)期（水稻移栽75d），有機農(nóng)田土壤根際酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶活性高于常規(guī)栽培農(nóng)田的6.92%、10.01%、9.10%，達到最大值；而過氧化氫酶活性，在抽穗期（水稻移栽后100d）有機農(nóng)田高于常規(guī)栽培農(nóng)田13.55%，達到最大值。灌漿期和成熟期，水稻土壤活性均呈下降趨勢，灌漿期（水稻移栽后125d）有機農(nóng)田土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶活性高于常規(guī)栽培的6.42%、7.22%、7.06%、8.42%，成熟期（水稻移栽后150d）有機農(nóng)田土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶活性高于常規(guī)栽培的4.39%、6.76%、6.31%、6.82%。

表4 各處理水稻不同生育期根際土壤酶活性變化

3 小結(jié)與討論

微生物各生理類群在土壤微生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮著重要作用，他們在物質(zhì)轉(zhuǎn)化與分解中具有特定的功能。土壤細菌參與有機質(zhì)的分解、氨化作用等；土壤放線菌能分泌抗生素，拮抗土壤中的病原菌；真菌的數(shù)量雖然比細菌少的多，但其生物量卻很大，在土壤中起重要作用［12］［13］。本研究中有機栽培水稻根際土壤細菌、放線菌、真菌數(shù)量和比例明顯高于常規(guī)栽培，說明有機培栽有利于稻田土壤微生物的生長和繁殖，增加土壤肥力；特別是放線菌數(shù)量的增加，一定程度上說明有機栽培可提高作物的抗逆性［14］。

水稻有機栽培與常規(guī)栽培相比，水稻生長的不同時期，有機栽培模式水稻根際土壤微生物生物量C、酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶均高于常規(guī)栽培模式。就水稻全生育期而言，有機栽培土壤微生物生物量C平均值高于常規(guī)栽培的5.19%（2.42%～9.87%，抽穗期達最大值），土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶活性分別高于常規(guī)栽培的2.20%～6.92%、2.74%～10.01%、5.79%～9.10%、6.47%～13.55%，從而可以加速土壤養(yǎng)分礦化、改善速效養(yǎng)分的供給水平，有利于水稻土的持續(xù)利用。

土壤酶活性大小反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強度和方向，但多年來對不同作物乃至同一作物土壤酶活性的研究結(jié)果并不一致。土壤酶活性受多種因素的控制，因此其變化只間接表明營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況。此外，有研究表明，微生物與根系微生物的數(shù)量有著密切關(guān)系，微生物生物量的積累依賴根系微生物的釋放，而根系分泌物的種類則決定了根際微生物的種類［15］。因此，有待于運用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)對有機栽培和常規(guī)栽培水稻根系分泌物的種類與數(shù)量及其對土壤微生物的影響進行研究，以進一步揭示水稻有機栽培的生理生態(tài)與分子機制。

［1］杜相革.有機農(nóng)業(yè)導(dǎo)論［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009.

［2］中國土壤學(xué)會.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

［3］許光輝，鄭洪元.土壤微生物分析方法手冊［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

［4］李阜棣，喻子牛，何紹紅.農(nóng)業(yè)微生物學(xué)實驗技術(shù)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996.

［5］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法［M］.北京：農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.

［6］關(guān)松蔭，張德生，張志明.土壤酶及其研究法［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1986.

［7］黃昌勇.土壤學(xué)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［8］南京農(nóng)業(yè)大學(xué).土壤農(nóng)化分析（第2版）［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1990.

［9］李世清，李生秀.有機物料在維持土壤微生物體氮庫中的作用［J］.生態(tài)學(xué)報，2001，21（1）：136-142.

［10］曾路生，廖敏，黃昌勇，等.水稻不同生育期的土壤微生物量和酶活性的變化［J］.中國水稻科學(xué)，2005，19（5）：441-446.

［11］高明，周保同，魏朝富，等.不同耕作方式對稻田土壤動物、微生物及酶活性的影響研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，（15）：1177-1181.

［12］馬云華，王秀峰，魏珉，等.黃瓜連作土壤酚酸類物質(zhì)積累對土壤微生物和酶活性的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)，2005，16（11）：2149-2153.

［13］BalotaE L，Kanashiro M，F(xiàn)ilho A C，et al.Soil Enzyme Activities Under Long-term Tillage and Crop Rotation Systems in Subtropical Sgro-ecosystems［J］.Brazilian Journal of Microbiology，2004，35：300-306.

［14］王延軍，宗良綱，李銳，等.有機栽培和常規(guī)栽培水稻體系土壤酶及微生物量的比較研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008，16（1）：47-51.

［15］朱麗霞，章家恩，劉文高.根系分泌物與根際微生物相互作用研究綜述［J］.生態(tài)環(huán)境，2003，12（1）：102-105.

The Rice Rhizosphere Soil Biological Activity in the Organic and Conventional Farming Systems

XIANG Min1，PEI Zheng-feng1，HUANG He-chun2，WANG Dan1，LIN-Sheng1，YANG Ling-yu2，HE Xiu-jin2，TAN Wen-juan2

（1.Department of Biotechnology，Chaohu Vocational and Technical College，Chaohu238000，China；2.Anhui Fuxixiang Bio-Food Group Co.Ltd，Chaohu238056，China）

Objective：Field experiments were carried out to clear the rhizosphere soil microbes（bacteria，actinomycetes，fungi）during rice growth and changes in enzymatic（acid phosphatase，urease，protease，catalase）activity in the organic and conventional farming systems.Method：by cultivation experiments，sampling and survey，Jiahua 1were used to study the rice rhizosphere soil microbial quantities and the changes of enzymatic activity in the organic and conventional farming systems and analyze the correlation.Result：The rice growth in different periods，organic production patterns of soil microbial biomass carbon，soil acid phosphatase，urease，protease，catalase were higher than those of conventional cultivation，the catalase activity increased most significantly.Conclusion：The organic mode of production can improve soil quality，and conducive to the sustainable use of soil.

rice；organic cultivation；conventional cultivation；rhizosphere microbes；enzymatic activity

S511.04

A

1009-9735（2012）02-0077-04

2011-12-01

國家星火計劃項目（2011GA710034）；巢湖市科技計劃項目（2009CHKJ05）；巢湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科研項目（ZRKX200801）。

向敏（1966-），男，安徽巢湖人，副教授，碩士，研究方向：生物技術(shù)。