（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

不同氮素形態(tài)對黃瓜根區(qū)土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響

張 雪 劉守偉*吳鳳芝 周新剛

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

采用苗期盆栽試驗，研究了不同氮素形態(tài)配比對黃瓜幼苗根區(qū)土壤微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響。研究涉及N1-N∶-N為10∶0）、N2（-N∶-N為7∶3）、N3（-N∶-N為5∶5）、N4（-N∶-N為3∶7）共4個氮肥配比處理，以施入同體積清水為對照。結(jié)果表明:施氮處理的黃瓜幼苗植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均高于CK，其中N3處理明顯高于N1、N2及CK；N3、N4處理的黃瓜根區(qū)土壤微生物總數(shù)較高，其中土壤細菌、放線菌數(shù)量明顯高于N1和CK，真菌數(shù)量則低于其他處理；土壤脲酶、中性磷酸酶活性均以N2處理最高，N3處理的土壤脫氫酶活性顯著高于其他處理，施氮處理的過氧化氫酶活性均顯著低于CK。結(jié)論:施加氮肥可以提高黃瓜植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性。硝態(tài)氮肥比例的增加能夠提高黃瓜植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及土壤細菌、放線菌數(shù)量和土壤脫氫酶活性，而銨態(tài)氮肥比例的增加可以提高土壤真菌數(shù)量和土壤脲酶、中性磷酸酶活性。綜合評價，設(shè)施黃瓜栽培以N3處理效果最佳，即-N∶-N為5∶5。

氮素形態(tài)；配比；土壤微生物；土壤酶活性

黃瓜是設(shè)施大面積栽培的主要蔬菜種類之一。近年來，隨著設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的發(fā)展，設(shè)施栽培已成為全球最為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式之一。設(shè)施蔬菜栽培特殊的生態(tài)環(huán)境和超量、濫施化肥的現(xiàn)象導(dǎo)致了設(shè)施內(nèi)土壤次生鹽漬化、養(yǎng)分失衡、土壤微生態(tài)環(huán)境惡化等問題，嚴重影響了蔬菜的質(zhì)量和品質(zhì)，已成為制約蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要因素 （童有為和陳淡飛，1991；陳曉紅和鄒志榮，2002）。因此，如何合理地使用肥料，提高肥料的利用率，已成為亟待解決的問題。

氮素是植物生長發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素，也是植物體內(nèi)重要的有機化合物、蛋白質(zhì)、酶、維生素等的重要組成成分。氮素主要以硝態(tài)氮（-N）和銨態(tài)氮（）的形態(tài)被植物吸收，是植物可利用的主要無機氮素形態(tài)（李霞 等，2006），二者可以對植物生長產(chǎn)生不同的生理效應(yīng)，并參與植物體內(nèi)各種代謝過程（張彥東和白尚斌，2003；伍松鵬 等，2006；段立珍 等，2007）。是一種相對于較耗能的無機氮源，它的不合理施用易造成氮肥的流失及植物體內(nèi)硝酸鹽的積累，而的過量施用則可能會抑制植物對K+與Ca2+的吸收，從而引起植物體內(nèi)多方面代謝失調(diào)，使植物發(fā)生銨中毒（張春蘭 等，1990；杜猛軍 等，1992）。土壤是多種氮源的混合體系，不同氮源之間的相互作用必然對植物營養(yǎng)供應(yīng)產(chǎn)生一定影響（Kronzucker et al.，1999；Thornton & Robinson，2005）。施用不同形態(tài)氮素的氮肥會影響植物根系、土壤微生物和土壤動物等根際環(huán)境，從而影響來源于這三者的土壤酶的活性（袁玲 等，1997；馬宗斌 等，2008）。與單作、不施用氮肥相比，間作、施用氮肥（適量）能增加根際土壤中微生物數(shù)量，提高微生物多樣性，對減少枯萎病的發(fā)生起到積極作用（Janvier et al.，2007；董艷 等，2008；辜運富 等，2008）；不同施氮水平也會影響作物根際微生物數(shù)量和土壤酶活性（郭天財 等，2006）。楊東等（2008）采用不同施氮方式對水稻根際土壤微生物生態(tài)效應(yīng)影響的研究結(jié)果也證明了，施氮肥可增加水稻根際土壤細菌和放線菌數(shù)量，減少真菌數(shù)量。已往的研究主要側(cè)重于不同施氮量、不同耕作方式下不同作物的土壤微生物和土壤酶活性的變化，而關(guān)于不同氮素形態(tài)配比對黃瓜根區(qū)土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性影響的研究還相對較少。

本試驗在溫室條件下以黃瓜為試材，在苗期進行不同比例、不同形態(tài)的氮素處理，通過研究黃瓜植株生長指標、根區(qū)土壤微生物數(shù)量及酶活性，擬探明不同形態(tài)及比例的氮素對黃瓜幼苗生長、土壤生態(tài)環(huán)境的影響，試圖探索出合理的氮素配比，以期為創(chuàng)造良好的設(shè)施土壤生態(tài)環(huán)境并制定合理的施肥制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2012年9月至2013年6月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝設(shè)施工程中心日光溫室和園藝學(xué)院蔬菜生理生態(tài)研究室進行。供試黃瓜（Cucumis sativus L.）品種為津研4號。供試氮素:由KNO3和Ca（NO3）2各1/2提供，由（NH4）2SO4提供，均為分析純。試驗土壤為北方黑土，土壤基本理化性質(zhì)為:有機質(zhì)含量21.7 g·kg-1，全氮0.125%，堿解氮54.6 mg·kg-1，速效磷36.94 mg·kg-1，速效鉀177.9 mg·kg-1，pH 7.37，EC 593 μS·cm-1。

1.2試驗設(shè)計

采用營養(yǎng)缽栽培，黃瓜常規(guī)育苗，子葉展平時分苗于裝有不同處理土壤的營養(yǎng)缽（10 cm×10 cm）內(nèi)，每缽裝土300 g，分苗后適當澆水，保證相同的土壤含水量，每個處理16個營養(yǎng)缽，3次重復(fù)，完全隨機排列，并設(shè)有保護行。缽底鋪有塑料膜，以保護氮肥，防止其隨水流失，之后進行常規(guī)管理。

表1不同處理及其氮素來源

分別于分苗后14、21、28 d取黃瓜植株及根區(qū)土壤，每個處理每次隨機取樣3株，3次重復(fù)，植株洗凈后進行植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量測定。采用抖落法（Riley & Barker，1969）收集根區(qū)土壤，土樣過20目篩，一部分風干用于計算土壤含水量（5 g），其余保存于4℃冰箱中備用，用于土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的測定。

1.3測定項目及方法

1.3.1 植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的測定 鮮質(zhì)量采用分析天平測定，干質(zhì)量采用鮮樣烘干法（郝再彬 等，2004）測定。

1.3.2 土壤微生物數(shù)量的測定 細菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基分離培養(yǎng)，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基分離培養(yǎng)，放線菌采用高氏1號培養(yǎng)基分離培養(yǎng)（嚴君等，2010）。

無菌條件下，用平板涂布法涂布土壤稀釋液200 μL，真菌涂布濃度分別為10-2、10-3、10-4，放線菌涂布濃度為10-4、10-5，細菌涂布濃度為10-5、10-6，每個處理的每種菌的每個濃度均涂15個平板，3次重復(fù)。置于28℃恒溫培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)3～7 d，觀察計數(shù)，計算每克干土中各種微生物的數(shù)量。

菌數(shù)=計數(shù)皿平均菌落數(shù)×計數(shù)皿稀釋倍數(shù)×水分系數(shù)/0.3（袁龍剛 等，2006）

1.3.3 土壤酶活性的測定 過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，脫氫酶活性采用三苯基四氮唑氯化物比色法測定，脲酶活性采用靛酚比色法測定，中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測定（嚴昶升，1988），每個處理3次重復(fù)，結(jié)果取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

原始數(shù)據(jù)整理采用Excel軟件完成，差異顯著性測驗采用SAS V9數(shù)據(jù)處理軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素形態(tài)對黃瓜幼苗植株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響

各施氮處理黃瓜幼苗鮮質(zhì)量均大于CK，在21、28 d時均與CK差異顯著（圖1）。各施氮處理之間相比，14、21 d時N3處理的黃瓜幼苗鮮質(zhì)量較高，顯著高于N1處理，28 d時N3、N4處理的幼苗鮮質(zhì)量較高，均顯著高于N1、N2處理。各施氮處理黃瓜植株干質(zhì)量在各取樣時期均高于CK，N3處理的干質(zhì)量較高，始終與CK差異顯著，在28 d時還顯著高于N1、N2處理。

2.2 不同氮素形態(tài)對黃瓜根區(qū)土壤微生物數(shù)量的影響

由表2可見，各處理黃瓜根區(qū)土壤細菌數(shù)量隨著黃瓜幼苗的生長呈上升趨勢， 其中N3、N4處理的細菌數(shù)量在21 d時均顯著高于N1、N2和CK，28 d時N3處理顯著高于N1、N2和CK，且N3、N4處理間差異不顯著。土壤放線菌數(shù)量在14 d時，以N2處理的放線菌數(shù)量較高，并顯著高于N1、N3和CK，與N4處理差異不顯著， 28 d時N3、N4處理的放線菌數(shù)量較高，均顯著高于N1、N2和 CK，且N3、N4間差異不顯著。各處理黃瓜根區(qū)土壤真菌數(shù)量隨著黃瓜幼苗的生長整體呈下降趨勢，N3、N4處理在3個取樣時期的真菌數(shù)量均低于NI、N2和CK。28 d時N3處理顯著低于其他各處理，大小依次為CK＞N1＞N2＞N4＞N3。

表2 不同氮素形態(tài)對黃瓜根區(qū)土壤微生物數(shù)量的影響

圖1 不同氮素形態(tài)對黃瓜幼苗植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響

隨著黃瓜幼苗的生長，各處理黃瓜根區(qū)土壤微生物總數(shù)均呈上升趨勢， 14 d時N4處理的土壤微生物總數(shù)最高，并顯著高于其他各處理。21、28 d時N3、N4處理的微生物總數(shù)均顯著高于其他各處理，其中以N3處理的微生物總數(shù)最高。

2.3不同氮素形態(tài)對黃瓜根區(qū)土壤酶活性的影響

由圖2可知，在3個取樣時期，各施氮處理的土壤脲酶活性均顯著高于對照，N2處理的脲酶活性較高，21、28 d時顯著高于N3、N4處理，28 d時N1處理的土壤脲酶活性也顯著高于N3、N4處理。各施氮處理的土壤中性磷酸酶活性在3個取樣時期均高于CK，21、28 d時均與CK差異顯著。不同施氮處理間相比較，14、21 d時N2處理的中性磷酸酶活性顯著高于其他處理，28 d時N2、N3處理的中性磷酸酶活性顯著高于N4處理，與N1處理無顯著差異。在3個取樣時期，各施氮處理下黃瓜幼苗根區(qū)土壤過氧化氫酶活性均顯著低于CK，其中，N1處理的過氧化氫酶活性在14、28 d時顯著低于其他各處理，N2、N3、N4處理間差異不顯著。在3個取樣時期，N3處理的土壤脫氫酶活性較高，均顯著高于其他各處理，21、28 d時N4處理的土壤脫氫酶活性顯著高于N1、N2處理和CK。

圖2不同氮素形態(tài)對黃瓜根區(qū)土壤酶活性的影響

3 結(jié)論與討論

氮素營養(yǎng)狀況直接影響植物的光合速率、生長發(fā)育和生物量分配。氮素形態(tài)不同，對植物生理效應(yīng)的影響不同，從而導(dǎo)致植物的生長發(fā)育不同（曹翠玲和李生秀，2004；Cambui et al.，2011）。經(jīng)典的植物礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說認為，土壤微生物降解氨基態(tài)氮為硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，植物吸收利用并且重新形成氨基態(tài)氮，因此對硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的營養(yǎng)效應(yīng)做了大量研究（Wang et al.，2005；Okazaki et al.，2009）。根據(jù)植物需肥特點，有喜硝植物和喜銨植物之分。本試驗中，N3、N4處理下黃瓜植株鮮質(zhì)量與干質(zhì)量均較高，這與黃瓜喜硝特性有關(guān)（Al-Harbi，1995）。盡管如此，銨態(tài)氮源的營養(yǎng)效應(yīng)仍不容忽視，當完全供應(yīng)硝態(tài)氮時，C分配偏向于黃瓜幼苗的地上部分，使黃瓜幼苗根系的發(fā)展受到限制，不利于黃瓜吸收水分、養(yǎng)分和抵抗不良環(huán)境（伍松鵬 等，2006）。另外因黃瓜對硝態(tài)氮肥的奢侈吸收現(xiàn)象，很容易造成果實中硝酸鹽含量過高的問題（師進霖 等，2009）。目前設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中因盲目地憑借經(jīng)驗和追求產(chǎn)量而大量施用硝態(tài)氮肥，隨著栽培時間的延長，設(shè)施土壤出現(xiàn)了多重問題，因此本試驗沒有考慮銨態(tài)氮和硝態(tài)氮比例為 0∶10的處理，而是模擬生產(chǎn)中常規(guī)的施氮模式（銨態(tài)氮與硝態(tài)氮比例為3∶7）設(shè)定N4處理。本試驗結(jié)果表明，在銨態(tài)氮與硝態(tài)氮比例為5∶5、3∶7時，更有利于黃瓜植株生長。

設(shè)施栽培土壤常處在半封閉狀態(tài)下，栽培小環(huán)境具有氣溫高、濕度大、肥料投入量多等特點，再加上相對單一的栽培制度，使得設(shè)施內(nèi)土壤亞生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴重（童有為和陳淡飛，1991；余海英等，2006）。土壤微生物是土壤亞生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它們在土壤的養(yǎng)分和物質(zhì)循環(huán)、形成和發(fā)育、肥力維持與提高的過程中起著重要作用。本試驗選擇了與土壤微生物組成密切相關(guān)的3種微生物進行研究，結(jié)果表明，不同形態(tài)的氮肥混合施用提高了土壤微生物活性，改善了土壤微生物區(qū)系，也增加了土壤中有益微生物放線菌的數(shù)量。隨著黃瓜幼苗的生長，各處理土壤細菌和放線菌數(shù)量呈上升趨勢，N3處理的土壤中細菌數(shù)量在21、28 d時較高；在N3、N4處理的土壤中，放線菌數(shù)量在28 d時顯著高于其他各處理。這一結(jié)論與馬宗斌等（2008）及熊淑萍等（2012）的研究結(jié)果一致，硝態(tài)氮肥對作物根際土壤細菌和放線菌數(shù)量有明顯的促進作用，而放線菌數(shù)量的增多有利于土壤中抗霉素和激素類物質(zhì)的增加，對各種土傳病害起一定的抑制作用，減輕連作障礙。在本試驗中各處理的黃瓜根區(qū)土壤真菌數(shù)量隨著黃瓜幼苗的生長呈下降趨勢，28 d時以N3處理數(shù)量最低，并顯著低于其他各處理。Miah 等（2000）的研究結(jié)果表明，銨態(tài)氮肥比例的升高，有利于增加土壤真菌的數(shù)量。韓雪等（2006）研究指出，當土壤中真菌數(shù)量及其組成比例提高時，土傳病害發(fā)生的危險性增加；細菌和放線菌數(shù)量及其組成比例增加時，土傳病害發(fā)生的概率下降。細菌與放線菌數(shù)量增加，說明適當?shù)匿@態(tài)氮、硝態(tài)氮混合能有效抑制細菌型土壤向真菌型轉(zhuǎn)化，預(yù)防黃瓜連作障礙的發(fā)生（趙慶龍 等，2011）。氮素形態(tài)對于作物的生長發(fā)育有著重要影響，尤其是影響作物的根系（Gao et al.，1998；馬新明 等，2004），而土壤微生物的生長活動與根系分泌物、脫落物等有密切的關(guān)系，根系分泌物提供了根際微生物生長的主要碳源和能源（He et al.，2006）。本試驗中N3處理較N4處理更有利于改善土壤微生物數(shù)量及比例，降低土傳病害發(fā)生的概率。

施用不同形態(tài)氮肥必然會影響土壤環(huán)境，影響植物根系、土壤動物、土壤微生物等，從而影響到來源于這三者的土壤酶活性（嚴君 等，2010）。李強等（2013）研究認為不同氮素形態(tài)混合配施可以提高冬小麥根際土壤不同酶活性。本試驗在不同氮素形態(tài)配比處理下，土壤脲酶、中性磷酸酶活性在黃瓜幼苗生長各階段均顯著高于CK，說明氮肥的施入有利于提高土壤脲酶和中性磷酸酶活性；而不同氮素形態(tài)配比之間相比較，N2處理在各取樣時期土壤脲酶活性均較高。土壤中性磷酸酶活性在14、21 d時以N2處理活性最高，28 d時以N3處理活性最高，但與N2處理差異不顯著。適量的和，促進了黃瓜根系的生長發(fā)育，而發(fā)達的根系產(chǎn)生豐富的根系分泌物，有利于脲酶和磷酸酶活性的提高。銨態(tài)氮肥有利于有機氮轉(zhuǎn)化為，而硝態(tài)氮肥對轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂写龠M作用。在本試驗中，僅施銨態(tài)氮肥處理（N1）下，土壤細菌、放線菌數(shù)量及土壤脫氫酶活性在28 d時均顯著低于其他各氮肥處理，這說明僅施銨態(tài)氮肥處理下濃度增加，可能對微生物及酶產(chǎn)生一定的毒害作用，從而抑制土壤微生物和土壤酶活性（Fleischner，1994）。土壤脫氫酶為胞內(nèi)酶，主要來源于微生物和作物的生命活動，其含量高低標志著土壤微生物分解代謝的強弱，反映了微生物總活性（關(guān)松蔭，1986）。不同形態(tài)的氮肥混合施用對土壤脫氫酶活性有明顯的影響，其中以N3處理最為顯著。適量施入氮肥有利于協(xié)調(diào)土壤C/N，改善土壤理化性質(zhì)，從而有助于作物和土壤微生物的生長，使更多的酶伴隨著旺盛的根系活動和土壤動物、微生物的生命活動而進入土壤，對土壤脲酶、脫氫酶均有激活作用（郭天財 等，2006）。過氧化氫酶是由植物根系或者土壤生物、微生物分泌的，表征土壤生物氧化過程的強弱。本試驗中各施氮處理的過氧化氫酶活性均顯著低于對照，分析其原因可能為，不同施氮處理下黃瓜根系分泌物促進了根區(qū)土壤微生物生長，并催化分解了土壤中累積過多的過氧化氫，減輕了過氧化氫對植物的毒害作用。

本試驗中，雖然各氮素處理中各種離子摩爾質(zhì)量近似相等，但是這些離子間的相互作用對植物根系和作物本身及對土壤酶活性和土壤微生物數(shù)量的影響還不是十分明確，因平衡后的各氮素處理中各離子的摩爾質(zhì)量基本相同，若產(chǎn)生影響，所有處理均會受到影響。

不同施氮處理影響了黃瓜生長過程中微生物數(shù)量和土壤酶活性的變化，硝態(tài)氮肥比例的增加能夠提高黃瓜植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及土壤細菌、放線菌數(shù)量和土壤脫氫酶活性，并降低了土壤真菌數(shù)量，在N3處理，即∶為5∶5時最大。而銨態(tài)氮肥比例的增加則提高了土壤真菌數(shù)量和土壤脲酶、中性磷酸酶活性。根系微生物的大量繁殖和旺盛活動以及土壤酶活性的高低直接影響作物的生長發(fā)育。因此，在生產(chǎn)實踐中如何采取科學(xué)合理的施肥及栽培管理措施，使土壤微生物和酶活性有利于黃瓜的生長發(fā)育和產(chǎn)量的提高將是進一步的科研課題。

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Effects of Different Nitrogen Forms on Soil Microorganism Population and Soil Enzyme Activities around Cucumber Root Zone

ZHANG Xue， LIU Shou-wei， WU Feng-zhi， ZHOU Xin-gang

（College of Horticulture，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

In this paper，seedling pot cultivation experiments were conducted to study the effects of different nitrogen form match on microorganism population and soil enzyme activity in cucumber seedling root zone. This study includes 4 nitrogen form matching treatments as N1（∶were 10∶0），N2（∶were 7∶3），N3（∶were 5∶5），N4（∶were 3∶7）. The same volumes of water were added as the control. The results showed that cucumber seedling dry weight and fresh weight of the N treatments were both higher than the CK，especially the N3 treatment was obviously higher than that of N1，N2 treatments and the CK. The microorganism population of N3 and N4 treatments was higher，among which the population of bacteria and actinomyces were higher than that of N1 treatment and the CK，while the fungus amount was lower than that of all other treatments. N2 treatment had the highest activities of soil urease and neutral phosphatase. N3 treatment had significantly higher soil dehydrogenase activity than the other treatments. In all treatments the catalase activity was significantly lower than that of the CK. Thus，the conclution: applying nitrogen fertilizer could increase cucumber dry weight，fresh weight，microorganism population and enhance the enzyme activity. Increasing the ratio of nitrate nitrogen could increase cucumber dry weight，fresh weight，soil bacteria and actinomyces population，and also enhance the soil dehydrogenase activity. While increasing the ratio of ammonium nitrogen could increase soil fungi amount，and enhance activities of urease and neutral phosphatase. Comprehensive evaluation showed that N3 treatment had the best result in greenhouse cucumber cultivation，i.e. the ratio of∶is 5∶5 .

Nitrogen forms；Ratio；Soil microbes；Soil enzyme activity

張雪，女，碩士研究生，專業(yè)方向:設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)，E-mail: 791831096@qq.com

*通訊作者（Corresponding author）:劉守偉，女，教授，碩士生導(dǎo)師，專業(yè)方向:設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)，E-mail:liushouwei1974@126.com

2013-12-31；接受日期:2014-02-15

大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項（CARS-25），黑龍江省2012年研究生創(chuàng)新科研資金項目（HLJCX2012—008HLJ）