張國棟, 展 星, 李園園, 沈 向, 陳學(xué)森, 吳樹敬, 毛志泉,*

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室, 泰安 271018 2 青島明月藍(lán)海生物科技有限公司, 青島 266400

有機(jī)物料發(fā)酵流體和堆肥對蘋果連作土壤環(huán)境及平邑甜茶幼苗生物量的影響

張國棟1, 展 星1, 李園園2, 沈 向1, 陳學(xué)森1, 吳樹敬1, 毛志泉1,*

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室, 泰安 271018 2 青島明月藍(lán)海生物科技有限公司, 青島 266400

為探討不同有機(jī)物料的發(fā)酵流體(厭氧發(fā)酵產(chǎn)物)和堆肥(有氧發(fā)酵產(chǎn)物)對蘋果連作土壤環(huán)境的影響，以盆栽平邑甜茶幼苗為試驗材料，分別設(shè)置豬糞+秸稈、雞糞+秸稈、羊糞+秸稈、豬糞+雞糞+羊糞+秸稈4個不同有機(jī)物料組合并進(jìn)行厭氧發(fā)酵和有氧發(fā)酵，并將發(fā)酵產(chǎn)物分別施入連作土中，研究其對平邑甜茶幼苗生物量、連作土壤中微生物、土壤酶活性、土壤酚酸等的影響。結(jié)果表明：與有機(jī)物料堆肥相比，各有機(jī)物料發(fā)酵流體處理的平邑甜茶幼苗干重、鮮重較高，其中豬糞發(fā)酵流體處理顯著提高了幼苗干、鮮重，7月份為對照的1.57、1.26倍，9月份為CK的1.55、1.86倍；兩類發(fā)酵產(chǎn)物均增加了土壤微生物的數(shù)量，且發(fā)酵流體處理顯著增加了土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，其中羊糞發(fā)酵流體效果最明顯，分別為CK的2.95倍和2.37倍，在堆肥處理中，真菌數(shù)量顯著增高；兩類發(fā)酵產(chǎn)物也影響了土壤中酚酸總量，表現(xiàn)為豬糞、雞糞發(fā)酵流體和豬糞堆肥處理含量下降，至9月份分別下降到CK的0.45、0.39倍和0.36倍。

發(fā)酵流體; 堆肥; 連作; 平邑甜茶; 微生物; 酚酸

蘋果連作障礙又稱再植病，即老齡蘋果樹去除后，在同一塊土地上繼續(xù)栽植蘋果樹，而后茬蘋果樹生長受到抑制或病害發(fā)生比較嚴(yán)重，導(dǎo)致果品產(chǎn)量低、質(zhì)量差的現(xiàn)象[1]。前人研究表明長期連作會使速效磷耗竭，微量元素缺失，土壤肥力下降，有害物質(zhì)積累，并且還影響土壤微生物數(shù)量[2]。眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)生連作障礙的土壤中使用有機(jī)肥，可以改善根際土壤微生態(tài)環(huán)境，減輕作物的自毒作用，進(jìn)而減輕連作障礙現(xiàn)象[3- 5]。西維吉尼亞州阿巴拉契亞果樹科研工作站的研究表明堆肥可以減少雜草生長，減少食草動物，增加捕食性節(jié)肢動物，抑制真菌的生長，增加了果園生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)性[6]。發(fā)酵流體是在淹水條件下由厭氧微生物作用發(fā)酵而成的一種有機(jī)肥料[7]，養(yǎng)分全面，對于蘋果的產(chǎn)量、品質(zhì)和改良土壤理化性狀都有積極作用[8]。堆肥和發(fā)酵流體均能減輕連作障礙的發(fā)生，但二者對連作土壤環(huán)境中主要致病因子土壤酚酸、微生物等的研究鮮見報道。

本試驗以蘋果常用砧木-平邑甜茶為試驗材料，研究了不同有機(jī)物料的發(fā)酵流體以及堆肥產(chǎn)物對連作土壤環(huán)境和平邑甜茶幼苗生物量的影響，為更好地利用有機(jī)物料防治連作障礙提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

試驗于2011—2013年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)國家蘋果工程實驗中心進(jìn)行。試驗材料為平邑甜茶，將其種子與細(xì)沙混勻，于4 ℃左右層積30 d，待種子萌動露白后即可在育苗盤中播種育苗。至幼苗長到6片真葉時移栽到外徑29 cm、內(nèi)徑25 cm的泥瓦盆中，盆中裝滿連作土壤7.5 kg。連作土壤采自于泰安市郊區(qū)茲窯30年生蘋果園，土壤類型為褐土。連作土壤取自距樹干80 cm，深5—40 cm的范圍內(nèi)，多點隨機(jī)取土，混勻。

試驗用的發(fā)酵流體和堆肥的制作材料為豬糞、雞糞、羊糞、麥稈(長度約為2—4 cm，含全氮5.47 g/kg、全磷0.51 g/kg、全鉀32.52 g/kg、有機(jī)質(zhì)495.33 g/kg)，兩種形態(tài)有機(jī)物料質(zhì)量配置比例為豬糞∶秸稈=4∶1、雞糞∶秸稈=4∶1、羊糞∶秸稈=4∶1、豬糞∶雞糞∶羊糞∶秸稈=3∶3∶2∶2，共8種有機(jī)物料。發(fā)酵流體的制作：將直徑50 cm，高120 cm的白色塑料桶的三分之二埋于地下，將配好的有機(jī)物料放入桶中，注水至沒過材料，用木棍攪勻，桶口用白色地膜封住，并留有小孔，在自然條件下進(jìn)行發(fā)酵。堆肥進(jìn)行常規(guī)堆制，自然條件下進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵流體和堆肥第一次在4月20日進(jìn)行制作，6月15日停止發(fā)酵并施入盆中，到7月15日進(jìn)行取樣；第二次在6月20日進(jìn)行制作，8月15日停止發(fā)酵并施入盆中，到9月15日進(jìn)行取樣。兩種形態(tài)有機(jī)物料的總用量根據(jù)本實驗室尹承苗[9]研究最適為土壤重量的3%，分為3次施用，每次使用1/3(每隔1 d施用1次)。每個處理30盆，每盆栽植2株幼苗，期間進(jìn)行正常灌溉管理。連作土+豬糞流體設(shè)為T1；連作土+豬糞堆肥為T2；連作土+雞糞流體為T3；連作土+雞糞堆肥為T4；連作土+羊糞流體為T5；連作土+羊糞堆肥為T6；連作土+混合流體為T7；連作土+混合堆肥為T8；連作土為CK。CK中每千克土施氮1.2 g、磷60 mg、鉀8.2 g，其他有機(jī)物料處理相對CK速效氮、速效磷、速效鉀不足部分由相應(yīng)化肥(尿素、磷酸二氫鉀、氯化鉀)補(bǔ)足。3種有機(jī)物料及發(fā)酵流體和堆肥的養(yǎng)分組成見表1、表2。

1.2 測定方法

1.2.1 土壤酶的測定

參照關(guān)松蔭的方法[10]，對土壤酶進(jìn)行測定。

表1 糞便養(yǎng)分組成

表2 堆肥和發(fā)酵流體養(yǎng)分組成

脲酶活性測定 稱取5 g土樣于50 mL三角瓶中，加1 mL甲苯，振蕩均勻，15 min后加10 mL 10%尿素溶液和20 mL PH 6.7檸檬酸鹽緩沖溶液，搖勻后在37 ℃恒溫箱培養(yǎng)24 h。培養(yǎng)結(jié)束后過濾，取1 mL濾液加入50 mL容量瓶中，再加4 mL苯酚鈉溶液和3 mL次氯酸鈉溶液，隨加隨搖勻。顯色20 min，定容。1 h內(nèi)在分光光度計與578 nm波長處比色。(靛酚的藍(lán)色在1 h內(nèi)保持穩(wěn)定)。脲酶活性以樣品所得的吸光值減去對照樣品吸光值之差，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求出氨態(tài)氮含量。以24 h后1 g土壤中氨態(tài)氮含量表示脲酶活性。

中性磷酸酶活性測定 稱5 g土樣置于200 mL三角瓶中，加2.5 mL甲苯，輕搖15 min后，加入20 mL 0.5%磷酸苯二鈉，搖勻后放入恒溫箱，37 ℃下培養(yǎng)24 h。然后在培養(yǎng)液加入100 mL 0.3%硫酸鋁溶液并過濾。吸取3 mL濾液于50 mL容量瓶中，每瓶加入5 mL緩沖液和4滴氯代二溴對苯醌亞胺試劑，顯色后稀釋至刻度，30 min后比色測定。用硼酸緩沖液時，呈現(xiàn)藍(lán)色，于分光光度計上660 nm處比色。標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：取1，3，5，7，9，11，13 mL酚工作液并顯色定容，待顏色穩(wěn)定后，比色繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。磷酸酶活性以每克土壤的酚毫克數(shù)表示。

蔗糖酶活性測定 稱5 g風(fēng)干土，置于50 mL的三角瓶中，注入10 mL 1%淀粉溶液，再加10 mL pH5.6磷酸鹽緩沖溶液和5滴甲苯。搖勻放入恒溫箱，在37 ℃下培養(yǎng)24 h。培養(yǎng)結(jié)束后，將懸液迅速過濾。取濾液1 mL，注入50 mL容量瓶中，加2 mL 3，5-二硝基水楊酸溶液，并在沸騰的水浴鍋中加熱5 min，隨即將容量瓶移至自來水流下冷卻。定容后在分光光度計上于波長508 nm處進(jìn)行比色。用葡萄糖溶液作標(biāo)準(zhǔn)曲線。以24 h后1 g土壤中產(chǎn)生葡萄糖的質(zhì)量(mg)表示蔗糖酶活性。

1.2.2 土壤微生物的測定

微生物的測定采用平板稀釋培養(yǎng)計數(shù)法[11]

土壤處理：取10 g新鮮過篩土壤加到盛有90 mL無菌水的錐形瓶種，封口并將其放在搖床震蕩10 min，待土壤分散開混合均勻后，靜止20—30 s，即為10-1稀釋液，用移液槍吸取1 mL 10-1稀釋液至盛有9 mL無菌水的試管中，震蕩搖勻，即為10-2稀釋液，依次類推，每次更換槍頭連續(xù)稀釋，則制成10-3、10-4、10-5等一系列的土壤稀釋液。

細(xì)菌的培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌的培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌的培養(yǎng)采用改良高氏1號培養(yǎng)基。

1.2.3 土壤有機(jī)質(zhì)的測定

有機(jī)質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法[12]

準(zhǔn)確稱取0.5 g土壤樣品于500 mL的三角瓶中，加入1 mol/L(1/6K2Cr2O7) 溶液10 mL，轉(zhuǎn)動瓶子混合均勻，然后加濃H2SO420 mL并緩緩轉(zhuǎn)動1 min，以保證試劑與土壤充分作用，放置約30 min，加水稀釋至250 mL，加3—4滴鄰啡羅啉指示劑，0.5 mol/L FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至近終點溶液顏色由綠變成暗綠色，直至生成磚紅色為止。用同樣的方法做空白測定(即不加土樣)。

1.2.4 土壤中酚酸類物質(zhì)的測定

準(zhǔn)確稱取過12目篩的風(fēng)干土樣100 g樣品，加入適量的硅藻土，于燒杯中混勻。在100 mL萃取池底部墊上1片纖維素膜，將混勻的樣品裝入萃取池中，按優(yōu)化好的ASE條件萃取：提取溶劑為甲醇和無水乙醇，提取溫度為120 ℃，提取2次，加熱5 min，靜態(tài)提取時間為5 min，吹掃體積為60%，吹掃90 s。萃取完成后，34 ℃減壓濃縮近干，加入1 mL甲醇復(fù)溶，過0.22 μm有機(jī)相濾膜，待HPLC分析。

色譜條件:色譜柱為Acclaim 120 C18(3 μm，150 mm×3 mm)，柱溫 30 ℃。流動相： A為乙腈， B為水(乙酸調(diào)pH值至2.6)，流速0.5 mL/min；進(jìn)樣方式及進(jìn)樣體積：自動進(jìn)樣，5 μL；檢測波長280 nm。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行計算和作圖，通過SPSS 19.0 軟件進(jìn)行Duncan顯著性檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵流體和堆肥對連作土平邑甜茶幼苗干鮮重的影響

由圖1可知，連作土壤施用發(fā)酵流體和堆肥初期，流體處理干重與CK相比具有顯著性差異。流體與堆肥相比，豬糞的兩種處理間有顯著性差異。在7月份，表現(xiàn)為：各流體處理高于其堆肥處理且都高于CK。在9月份，表現(xiàn)為：各流體處理高于其堆肥和CK，堆肥處理與CK間無顯著性差異。隨著時間的推移，平邑甜茶幼苗的干重增加。分析結(jié)果表明，與堆肥處理相比，發(fā)酵流體處理對于增加平邑甜茶的干重效果更明顯，以T1的干重增加效果顯著，分別為CK的1.57倍和1.55倍。

由圖1可知，連作土壤施用發(fā)酵流體和堆肥初期，流體處理鮮重與CK相比具有顯著性差異。流體與堆肥相比較，豬糞的兩種處理間有顯著性差異。在7月份表現(xiàn)為：各流體處理高于其堆肥處理且都高于CK。在9月份，表現(xiàn)為：各流體處理高于其堆肥處理且都高于CK。隨著時間的推移，各處理間的鮮重差異性顯著。分析結(jié)果表明：與堆肥處理相比，發(fā)酵流體處理對于增加平邑甜茶的鮮重效果更明顯，以T1的鮮重增加效果顯著，分別為CK的1.26倍和1.86倍。

圖1 發(fā)酵流體和堆肥對平邑甜茶干鮮重的影響

2.2 發(fā)酵流體和堆肥對連作條件下土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶的影響

圖2可以看出，在7月份除T5、T6處理脲酶活性與CK無顯著性差異外，其余處理均高于CK；流體與堆肥處理相比，T4>T3、T7>T8，豬糞和羊糞的兩種處理間無差異性，雞糞和混合的兩種形態(tài)處理間差異性顯著，雞糞堆肥處理最高，為CK的2.94倍。在9月份，除T6處理外，其他處理脲酶活性均高于CK，流體與堆肥處理相比除T3

圖2 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤脲酶活性的影響

如圖3可以看出，在7月份，各處理土壤磷酸酶活性均顯著高于CK，各發(fā)酵流體和堆肥處理間無顯著性差異。9月份，T1、T3的土壤磷酸酶活性與CK相比具有顯著性差異，不同發(fā)酵產(chǎn)物相比較，T1>T2，T3>T4，且豬糞和雞糞的兩種處理間差異顯著，豬糞流體處理最高，為CK的3.52倍，雞糞流體次之，為CK的2.06倍。

圖3 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤磷酸酶活性的影響

如圖4可以看出，在7月份，除T4外其他處理連作土壤蔗糖酶活性均低于CK，發(fā)酵流體和堆肥兩種處理相比，除T7>T8外，其他發(fā)酵流體處理酶活性均低于其堆肥處理，雞糞的兩種形態(tài)處理間差異性顯著，雞糞堆肥處理土壤蔗糖酶活性最高為CK的1.05倍。在9月份，除T2、T7外，其他處理均低于CK，兩種有機(jī)物料處理相比較除T1

圖4 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤蔗糖酶活性的影響

2.3 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤微生物數(shù)量的影響

如圖5所示，在7月份各處理細(xì)菌數(shù)量均高于對照，發(fā)酵流體處理與堆肥處理相比較，各流體處理的土壤細(xì)菌數(shù)量高于相應(yīng)的堆肥處理，混合發(fā)酵流體處理土壤細(xì)菌數(shù)量最高為CK的1.75倍。在9月份，除T6和T8處理的土壤細(xì)菌數(shù)量與CK無顯著性差異外，其他處理均高于對照，發(fā)酵流體處理與其堆肥相比較，流體處理的土壤細(xì)菌數(shù)量高于相應(yīng)的堆肥處理，羊糞發(fā)酵流體處理土壤細(xì)菌數(shù)量最高為CK的2.95倍。

圖5 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤細(xì)菌的影響

如圖6所示，在7月份，各處理土壤真菌數(shù)量均高于對照，發(fā)酵流體處理與其堆肥處理相比較，豬糞和雞糞的流體處理的土壤真菌數(shù)量高于其相應(yīng)堆肥處理，而羊糞和混合處理的結(jié)果正好相反，羊糞堆肥處理土壤真菌數(shù)量最高為CK的2.23倍，到了9月份，除混合處理外，豬糞、雞糞和羊糞3種流體處理的土壤真菌數(shù)量均低于其相應(yīng)的堆肥處理，混合流體處理土壤真菌數(shù)量最高為CK的2.11倍。

圖6 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤真菌的影響

如圖7所示，在7月份各處理放線菌數(shù)量均高于對照，發(fā)酵流體處理與其堆肥處理相比較，流體處理的土壤放線菌數(shù)量均高于其相對應(yīng)的堆肥處理，混合發(fā)酵流體處理土壤放線菌數(shù)量最高為CK的1.73倍。在9月份，除豬糞處理外，雞糞、羊糞和混合3種流體處理的土壤放線菌數(shù)量均高于其相應(yīng)的堆肥處理，羊糞發(fā)酵流體處理土壤放線菌數(shù)量最高為CK的2.37倍。

圖7 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤放線菌的影響

2.4 發(fā)酵流體和堆肥對連作條件下土壤有機(jī)質(zhì)的影響

如圖8所示，在7月份，T5處理土壤有機(jī)質(zhì)含量低于CK，其他各處理高于CK，發(fā)酵流體和堆肥相比較，T3T2、T5>T6。從7月份與9月份相比較來看，發(fā)酵流體處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量增加量要高于堆肥處理，分別為T1增加量1.01 g/kg>T2增加量0.21 g/kg，T5增加量2.42 g/kg>T6增加量0.40 g/kg，T7增加量1.01 g/kg>T8增加量0.20 g/kg。

圖8 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.5 發(fā)酵流體和堆肥對連作條件下土壤對土壤酚酸含量的影響

如表3中，測定不同有機(jī)物料的發(fā)酵流體和堆肥處理的土壤中對羥基苯甲酸、丁香酸、香草醛、香豆酸、阿魏酸、苯甲酸、根皮苷、肉桂酸、柚皮素、根皮素10種酚酸類物質(zhì)的含量，7月份和9月份相比較，酚酸種類數(shù)量增加，豬糞流體、豬糞堆肥和雞糞發(fā)酵流體處理酚酸總含量降低，下降比例分別為43.66%、55.84%和46.40%，雞糞堆肥、羊糞和混合處理酚酸總含量有所升高。對7月份和9月份的各種酚酸類物質(zhì)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，對羥基苯甲酸在T5、T8和CK3個處理中有所升高，其他處理都降低；丁香酸在T1、T4、T7和CK 4個處理中升高，其他處理均降低；香草醛在T1、T5、T7和CK 4個處理中升高，其他處理均降低；香豆酸在T3、T5和CK 3個處理中升高，其他處理均降低；阿魏酸在T5、T7和CK 3個處理中升高，其他處理均降低；苯甲酸在T5和CK處理中升高，其他處理均降低；根皮苷在T2處理中降低，其他處理中均有所升高；肉桂酸在T2和T3處理中含量降低，其他處理中均升高；柚皮素在T2、T5、T6、T8和CK 5個處理中含量均升高，在其他處理中均降低；根皮素在T2和T4兩個處理中含量均降低，在其他處理中含量均升高。發(fā)酵流體和堆肥相比豬糞和雞糞的發(fā)酵流體處理的土壤酚酸含量比堆肥處理低，而羊糞和混合的發(fā)酵流體處理的土壤酚酸含量比堆肥要高。由上圖可知，CK處理中所有酚酸類物質(zhì)均有所升高，而在發(fā)酵流體和堆肥的處理中不用處理對酚酸酸類物質(zhì)含量影響不同。

3 討論

已有研究表明，發(fā)酵流體和堆肥可以增加作物對養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)作物的生長。施用有機(jī)物料發(fā)酵流體可使植物產(chǎn)量增加[13]。本實驗在施用發(fā)酵流體和堆肥后，平邑甜茶幼苗生物量均呈現(xiàn)增長趨勢，其中豬糞流體處理效果最明顯。

土壤有機(jī)質(zhì)和土壤酶活性是表征土壤質(zhì)量和土壤肥力的兩個重要指標(biāo)，其中土壤有機(jī)質(zhì)又是評價土壤質(zhì)量動態(tài)變化的重要指標(biāo)[14]。從本實驗的結(jié)果看，連作土壤中施入不同有機(jī)物料的發(fā)酵流體和堆肥后，土壤有機(jī)質(zhì)含量均升高，有研究表明許多土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量存在一定的正相關(guān)關(guān)系，可用來預(yù)測某些營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況以及土壤肥力的演變趨勢[15]。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離子，脲酶的活性與土壤中有機(jī)物質(zhì)含量、氮的供給與利用情況、土壤微生物量和其它養(yǎng)分含量相關(guān)[16- 17]。本試驗中脲酶活性升高，其原因可能是土壤中有機(jī)質(zhì)為微生物的生長提供更易利用的碳源、氮源等營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了微生物的生長，增加了某些土壤微生物的群體數(shù)量[18]，而微生物數(shù)量的增加及其生長速率的增大可有效地促進(jìn)脲酶的活性，這是因為微生物細(xì)胞的增殖和裂解可釋放出脲酶，增加土壤中脲酶的含量，這也是土壤脲酶的主要來源[10]。并且土壤中有機(jī)質(zhì)是脲酶的重要載體，它們能為脲酶發(fā)揮作用提供場所[17]。劉建玲[19]等研究表明，土壤磷酸酶活性同土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，可以表征土壤的磷素營養(yǎng)狀況，本試驗中磷酸酶結(jié)果與其基本一致。土壤蔗糖酶是與土壤中有機(jī)碳轉(zhuǎn)化有關(guān)的酶類之一，其活性大小可以間接地表征土壤中有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化情況[20]。隋躍宇[21]等研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，可以維持土壤蔗糖酶保持較高的酶活性水平，本試驗結(jié)果中從7月到9月各處理有機(jī)質(zhì)含量增加，土壤蔗糖酶活性提高。

表3 發(fā)酵流體和堆肥對連作土壤酚酸含量的影響

土壤微生物在土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能流中起著重要作用。它參與土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解和腐殖質(zhì)的形成、分解過程，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)以及各生化過程[22]。有機(jī)肥的施入不僅改善了土壤的理化性質(zhì)同時也為也為微生物的生長提供了良好的環(huán)境條件和能源[23]。從本實驗結(jié)果可以看出，在施入兩種形態(tài)的有機(jī)物料后，連作土壤中的微生物數(shù)量發(fā)生很大的變化，土壤中的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量增加，隨著時間的推移各處理間的差異也越加明顯，細(xì)菌/真菌比值的增加，有利于調(diào)高土壤肥力[24]，從本試驗的細(xì)菌/真菌比值中可以看出從7月份到9月份的發(fā)酵流體各處理的結(jié)果要大于堆肥的各處理結(jié)果，土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)也逐漸從“真菌型”向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)化，7月份羊糞發(fā)酵流體處理土壤的細(xì)菌/真菌比值最高為4.49，9月份雞糞發(fā)酵流體處理土壤的細(xì)菌/真菌比值最高為2.61。從試驗結(jié)果中可以看出發(fā)酵流體對土壤微生物的影響比堆肥明顯，原因可能是在溫度相同的情況下，發(fā)酵流體處理提供了比較濕潤的環(huán)境更有利于微生物的繁殖。

酚酸化合物通過植物殘體分解、 根系分泌等途徑進(jìn)入土壤，可直接影響作物根系細(xì)胞膜的特性，或者通過改變土壤微生物類群等，進(jìn)而對作物生育和代謝產(chǎn)生抑制作用，是使作物產(chǎn)生連作障礙的重要因素之一[25- 28]。有些研究表明，林木連栽、作物連作都會使土壤中的酚類物質(zhì)逐年增加[29]，酚類物質(zhì)的積累在導(dǎo)致連栽林木和連作作物減產(chǎn)方面起到一定的作用[30]。馬云華等[31]發(fā)現(xiàn)，伴隨連作年限的增加，日光溫室黃瓜連作土壤中酚酸類物質(zhì)(對羥基苯甲酸、阿魏酸、苯甲酸)明顯積累，連作5—9a的土壤酚酸類物質(zhì)含量顯著高于連作1—3a的土壤。而添加有機(jī)物料后，可能由于其中攜帶大量微生物的作用，改善了土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響了連作植物的根系分泌物，降低了與連作障礙中自毒物質(zhì)酚酸的含量[32- 33]。土壤微生物是土壤有機(jī)物轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者，對調(diào)節(jié)化感物質(zhì)的化感效應(yīng)具有關(guān)鍵性的作用[34]，其中土壤酚酸類物質(zhì)的分解消除主要就是依賴土壤中異養(yǎng)微生物的大量繁殖，而異養(yǎng)微生物的增殖又依賴于土壤碳源和能源的供應(yīng)，能源和碳源不足將導(dǎo)致微生物初生代謝過程轉(zhuǎn)化為次生代謝，加劇酚酸物質(zhì)的積累[35]；另外由于土壤微生物對不同酚酸的分解利用程度不相同，有些酚酸物質(zhì)在單一微生物作用下就可以分解，而另一些酚酸類物質(zhì)則需要多種微生物的共同作用才能分解[36]。不同的土壤環(huán)境具有不同區(qū)系的微生物，一些細(xì)菌以酚酸類物質(zhì)作為專一性能源物質(zhì)進(jìn)行自身繁殖[37]，本試驗中發(fā)酵流體和堆肥兩種有機(jī)物料處理的連作土壤中微生物數(shù)量明顯升高，酚酸總量從表3中可以看出豬糞和雞糞的處理明顯降低，而羊糞和混合處理卻升高，可能與羊平時以植物為食物有關(guān)系。通過酚酸類各物質(zhì)的含量變化中可以看出，CK處理中各酚酸類物質(zhì)含量均升高，而其他處理中各酚酸類物質(zhì)含量變化升降不一，可能是由于各處理的土壤中微生物區(qū)系不同所造成的，微生物對酚酸類物質(zhì)的特性降解還有待進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

發(fā)酵流體和堆肥的施入均增加了平邑甜茶幼苗的生物量，提高了土壤酶活性，增加了土壤微生物數(shù)量，提高了細(xì)菌和真菌的比值，使土壤微生物菌落結(jié)構(gòu)向 “細(xì)菌型”轉(zhuǎn)化。從整體效果來看，發(fā)酵流體處理比堆肥明顯，其中豬糞發(fā)酵流體比其他3種流體效果明顯。對于土壤酚酸含量的影響，各處理都不同程度地降低了土壤中酚酸類物質(zhì)的含量。

[1] 張福崢, 倪士亭, 于秀水, 徐秀良. 蘋果重茬病及其防治技術(shù). 中國果菜, 2003, (2): 22- 22.

[2] 計鐘程, 許文芝. 重茬大豆減產(chǎn)與土壤環(huán)境變化. 大豆科學(xué), 1995, 14(4): 321- 329.

[3] 呂衛(wèi)光, 張春蘭, 袁飛, 彭宇. 有機(jī)肥減輕連作黃瓜自毒作用的機(jī)制. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2002, 18(2): 52- 56.

[4] 呂衛(wèi)光, 楊廣超, 沈其榮, 張春蘭, 諸海燾, 余廷園. 有機(jī)肥對連作西瓜生長和土壤微生物區(qū)系的影響. 上海農(nóng)學(xué)報, 2006, 22(4): 96- 98.

[5] 喻景權(quán), 杜堯舜. 蔬菜設(shè)施栽培可持續(xù)發(fā)展中的連作障礙問題. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2000, 31(1): 124- 126.

[6] Brown M W, Tworkoski T. Pest management benefits of compost mulch in apple orchards. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2004, 103(3): 465- 472.

[7] 郝鮮俊, 洪堅平, 喬志偉. 沼液對甘藍(lán)連作土壤生物學(xué)性質(zhì)的影響. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報, 2011, 17(3): 384- 387.

[8] 孫海兵, 胡艷麗, 陳學(xué)森, 毛志泉. 發(fā)酵時間對有機(jī)物料發(fā)酵流體成分含量變化及對連作蘋果生物量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2012, 18(6): 1469- 1474.

[9] 尹承苗, 陳學(xué)森, 沈向, 張兆波, 孫海兵, 毛志泉. 不同濃度有機(jī)物料發(fā)酵流體對連作蘋果幼樹生物量及土壤環(huán)境的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2013, 19(6): 1450- 1458.

[10] 關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986: 274- 340.

[11] 程麗娟, 薛泉宏. 微生物學(xué)實驗技術(shù). 西安: 世界圖書出版公司, 2000.

[12] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析 (第三版) . 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000: 34- 105.

[13] 趙會納, 雷波, 陳懿, 潘文杰, 宗學(xué)鳳. 沼液對煙苗生長及生理特征的影響. 中國煙草科學(xué), 2011, 32(5): 87- 91.

[14] Wienhold B J, Andrews S S, Karlen D L. Soil quality: a review of the science and experiences in the USA. Environmental Geochemistry and Health, 2004, 26(2): 89- 95.

[15] 吳鳳芝, 趙鳳艷, 谷思玉. 保護(hù)地黃瓜連作對土壤生物化學(xué)性質(zhì)的影響. 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究, 2002, 18(1): 20- 22.

[16] 尤彩霞, 陳清, 任華中, 郝潔, 林志超, 袁承前. 不同有機(jī)肥及有機(jī)無機(jī)配施對日光溫室黃瓜土壤酶活性的影響. 土壤學(xué)報, 2006, 43(3): 521- 523.

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

[18] 申進(jìn)文, 沈阿林, 張玉亭, 霍云鳳. 平菇栽培廢料等有機(jī)肥對土壤活性有機(jī)質(zhì)和土壤酶活性的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2007, 13(4): 631- 636.

[19] 劉建玲, 廖文華, 王新軍, 賈可, 孟娜. 大量施用磷肥和有機(jī)肥對白菜產(chǎn)量和土壤磷積累的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(10): 2147- 2153.

[20] 倪進(jìn)治, 徐建民, 謝正苗, 唐才賢. 不同有機(jī)肥料對土壤生物活性有機(jī)質(zhì)組分的動態(tài)影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2001, 7(4): 374- 378.

[21] 隋躍宇, 焦曉光, 高崇生, 程偉, 張興義, 劉曉冰. 土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤微生物量及土壤酶活性關(guān)系的研究. 土壤通報, 2009, 40(5): 1036- 1039.

[22] 楊勁峰, 韓曉日, 陰紅彬, 戰(zhàn)秀梅, 劉小虎. 不同施肥條件對玉米生長季耕層土壤微生物量碳的影響. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2006, 22(1): 173- 175.

[23] Debosz K, Rasmussen P H, Pedersen A R. Temporal variations in microbial biomass C and cellulolytic enzyme activity in arable soils: effect of organic matter input. Applied Soil Ecology, 1999, 13(3): 209- 218.

[24] 劉軍, 唐志敏, 劉建國, 張東升, 劉萍, 蔣桂英. 長期連作及秸稈還田對棉田土壤微生物量及種群結(jié)構(gòu)的影響. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2012, 21(8): 1418- 1422.

[25] 杜英君, 靳月華. 連作大豆植株化感作用的模擬研究. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 1999, 10(2): 209- 212.

[26] 呂衛(wèi)光, 張春蘭, 袁飛, 彭宇. 化感物質(zhì)抑制連作黃瓜生長的作用機(jī)理. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002, 35(1): 106- 109.

[27] 吳鳳芝, 黃彩紅, 趙鳳艷. 酚酸類物質(zhì)對黃瓜幼苗生長及保護(hù)酶活性的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002, 35(7): 821- 825.

[28] 張淑香, 高子勤. 連作障礙與根際微生態(tài)研究 Ⅱ. 根系分泌物與酚酸物質(zhì). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2000, 11(1): 152- 156.

[29] 朱林, 張春蘭, 沈其榮, 袁飛, 彭宇. 稻草等有機(jī)物料腐解過程中酚酸類化合物的動態(tài)變化. 土壤學(xué)報, 2001, 38(4): 471- 475.

[30] 林開敏, 葉發(fā)茂, 林艷, 李卿叁. 酚類物質(zhì)對土壤和植物的作用機(jī)制研究進(jìn)展. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2010, 18(5): 1130- 1137.

[31] 馬云華, 王秀峰, 魏珉, 亓延鳳, 李天來. 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. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2005, 16(11): 2149- 2153.

[32] 楊宇虹, 陳冬梅, 晉艷, 王海斌, 段玉琪, 郭徐魁, 何海斌, 林文雄. 不同肥料種類對連作煙草根際土壤微生物功能多樣性的影響. 作物學(xué)報, 2011, 37(1): 105- 111.

[33] 張淑香, 高子勤, 劉海鈴. 連作障礙與根際微生態(tài)研究 Ⅲ .土壤酚酸物質(zhì)及其生物學(xué)效應(yīng). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2000, 20(5): 741- 744.

[34] Weidenhamer J D, Romeo J T. Allelochemicals ofPolygonellamyriophylla: chemistry and soil degradation. Journal of Chemical Ecology, 2004, 30(5): 1067- 1082.

[35] 何光訓(xùn). 杉木連栽林地土壤酚類物質(zhì)降解受阻的內(nèi)外因. 浙江林學(xué)院學(xué)報, 1995, 12(4): 434- 439.

[36] 譚秀梅, 王華田, 孔令剛, 王延平. 楊樹人工林連作土壤中酚酸積累規(guī)律及對土壤微生物的影響. 山東大學(xué)學(xué)報: 理學(xué)版, 2008, 43(1): 14- 19.

[37] Inderjit. Soil microorganisms: an important determinant of allelopathic activity. Plant and Soil, 2005, 274(1/2): 227- 236.

Effects of anaerobic and aerobic fermentation of organic materials on continuous cropping soil environment andMalushupehensisseedling biomass

ZHANG Guodong1, ZHAN Xing1, LI Yuanyuan2, SHEN Xiang1, CHEN Xuesen1, WU Shujing1, MAO Zhiquan1,*

1CollegeofHorticultureScienceandEngineering，ShandongAgriculturalUniversity/StateKeyLaboratoryofCropBiology，Tai′an271018,China2QingdaoBrightMoonBlueseaBio-TechCo,LTD,Qingdao266400,China

In this study, pig manure+straw, chicken manure+straw, sheep manure+straw and three above manures+straw were fermented under aerobic and anaerobic conditions, respectively. The end product of fermentation was applied to containers filled with continuous cropping soil of apple field. The effects of fermented product on apple seedling growth in containers, microbiology, activity of urease, invertase and phosphatases as well as phenolic acid in continuous cropping soil contents was investigated. The results showed that the anaerobic fermented product (fermented fluid) was applied into replant soil significantly enhanced the dry and fresh biomass production of the seedlings compared to the aerobic fermented product (solid compost). Pig manure′s fermented fluid increased plant fresh and dry weight by 1.57 and 1.26 times as compared to the control plant in July respectively, and 1.55 and 1.86 times in September, respectively. Soil microorganism population quantities was increased by both forms of organic matter, the fermented liquid has a stronger effect than the solid compost in bacterial and actinomycetal density, sheep manure′s fermented fluid was the best, and it increased about 2.95 and 2.37 times in above two kinds of microbiology, respectively. Moreover, both fermented products significantly influenced contents of phenolic acids, and the pig′s fermented fluid, chicken′s fermented fluid and pig′s solid compost decreased the total contents of phenolic acids by 0.45, 0.39 and 0.36 times compared to the control in September.

fermentation fluid; compost; replant; Malus hupehensis; microorganism; phenolic acid

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金(CARS- 28); 山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題; 教育部長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊發(fā)展計劃(IRT1155)

2013- 08- 08;

2014- 06- 12

10.5846/stxb201308082045

*通訊作者Corresponding author.E-mail: mzhiquan@sdau.edu.cn

張國棟, 展星, 李園園, 沈向, 陳學(xué)森, 吳樹敬, 毛志泉.有機(jī)物料發(fā)酵流體和堆肥對蘋果連作土壤環(huán)境及平邑甜茶幼苗生物量的影響.生態(tài)學(xué)報,2015,35(11):3663- 3673.

Zhang G D, Zhan X, Li Y Y, Shen X, Chen X S, Wu S J, Mao Z Q.Effects of anaerobic and aerobic fermentation of organic materials on continuous cropping soil environment andMalushupehensisseedling biomass.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3663- 3673.