杜春梅 頓圓圓 王妍 韓月新 張海軍 董錫文

摘要 [目的] 探明旱田改水田后黑土酸堿度及土壤微生物的變化。 [方法] 通過(guò)5點(diǎn)采樣法取樣，利用平板菌落計(jì)數(shù)法對(duì)相關(guān)微生物類群數(shù)量進(jìn)行研究。 [結(jié)果] 旱田改為水田后，土壤pH顯著上升；細(xì)菌和真菌數(shù)量明顯增多，放線菌數(shù)量變化不明顯，纖維素分解菌數(shù)量逐漸下降，在5～10 cm土層，其數(shù)量較旱田顯著降低（P<0.05），有機(jī)磷細(xì)菌和無(wú)機(jī)磷細(xì)菌數(shù)量略有增加；在0～5 cm土層水田的B/F比旱田顯著降低，但其他土層間B/F差異不大。 [結(jié)論] 短期旱田改水田能初步緩解土壤的酸化問(wèn)題；旱田改水田后土壤微生物數(shù)量發(fā)生了變化；水田中各土層間B/F較一致，說(shuō)明土壤微生物類群結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞 黑土；旱田；水田；pH；微生物

中圖分類號(hào) S154.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）06-0103-03

Effects of Turning Dry Land into Paddy Land on pH Value and Groups of Microorganisms in Black Soil

DU Chun-mei1，2，DUN Yuan-yuan1，WANG Yan1，DONG Xi-wen1，2* et al

（1.College of Life Science，Jiamusi University，Jiamusi，Heilongjiang 154007； 2.Institute of Applied Microbiology，Jiamusi University，Jiamusi，Heilongjiang 154007）

Abstract [Objective] To explore the changes of microorganisms groups and pH value in black soil after turning dry land into paddy land.[Method] Five points sampling method was adopted to take samples，and tablet colony counting method was used to study the numbers of soil microorganisms. [Result] The results showed that the soil pH value increased significantly after turning dry land into paddy land.The numbers of bacteria and fungi increased significantly，but actinomycetes had no change.Cellulose utilization microorganisms decreased in the depth from 5 to 10 cm significantly（P<0.05）.Organic and inorganic phosphorus bacteria increased slightly.B/F value in paddy field decreased obviously than that in dry land，especially in the above depth of soil. [Conclusion] The soil acidification can be remitted in first year after turning dry land into paddy land.The numbers of soil microorganisms change significantly after turning dry land into paddy land.The B/F values among every depth have no difference in paddy field which show that the structure of soil microorganism groups are more stable.

Key words Black soil；Dry land；Paddy land；pH；Microorganisms

東北黑土區(qū)是世界上四大片黑土區(qū)之一[1]，為我國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地。但自開墾以來(lái)，不合理的施肥和不科學(xué)的農(nóng)業(yè)管理，使得東北黑土農(nóng)田面臨土壤肥力下降、土壤酸化等影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)峻問(wèn)題。隨著“旱改水”工程的推進(jìn)，黑龍江省旱田改水田種植面積越來(lái)越大[2]，旱田改水田后，勢(shì)必引起黑土土壤理化性質(zhì)及微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

土壤微生物直接參與土壤的碳、氮循環(huán)，其活性和數(shù)量直接影響土壤有機(jī)質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及作物所需養(yǎng)分的提供及貯存，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，抑制植物病害的發(fā)生[3]。目前，關(guān)于黑土微生物方面的研究很多，但關(guān)于黑土旱田改水田后土壤 pH 及土壤微生物類群結(jié)構(gòu)變化的研究較少。筆者對(duì)黑龍江地區(qū)黑土旱田改水田的土壤pH和微生物類群進(jìn)行研究，以期為黑土的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

樣品采集于黑龍江省巴彥縣西集鎮(zhèn)靠山屯（水田：127°15′26.94″ E，46°10′31.22″ N，旱田改水田時(shí)間為1年；旱田：127°15′37.64″ E，46°10′33.94″ N）。利用5點(diǎn)采樣法分別采取0～5、5～10和10～20 cm 3個(gè)深度的土層，各土樣去除秸稈落葉，單獨(dú)裝袋記錄后帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 pH的測(cè)定。將土樣按土∶水=1.0∶2.5浸提，用PHB-8型酸度計(jì)（上海佑科）測(cè)量土壤的pH，重復(fù)3次。

1.2.2 土壤微生物的培養(yǎng)。

細(xì)菌、放線菌、真菌固體培養(yǎng)基分別采用牛肉膏蛋白胨、高氏 Ⅰ 號(hào)和馬丁氏孟加拉紅選擇性培養(yǎng)基[4]，纖維素分解菌、無(wú)機(jī)磷細(xì)菌和有機(jī)磷細(xì)菌3種功能菌的固體培養(yǎng)基配制參照《土壤微生物研究原理與方法》[5]。

1.2.3 微生物的分離。

稱取10 g新鮮土樣，放入裝有90 mL無(wú)菌水的三角瓶（內(nèi)放置20 個(gè)小玻璃珠）中，振蕩30 min，使土樣充分打散，按10倍稀釋法將土樣制成系列濃度梯度的土壤稀釋液，將0.1 mL適宜濃度土壤稀釋液涂布于各種固體培養(yǎng)基上，適宜溫度下培養(yǎng)3～5 d后觀察計(jì)數(shù)，每個(gè)土樣重復(fù)3次[6]。

土壤微生物數(shù)量采用平板菌落計(jì)數(shù)法。1 g干土菌落形成單位數(shù)（CFU/g）=（同一稀釋度平板上菌落平均數(shù)×10×稀釋倍數(shù)）×（1-含水率）/10。

1.3 數(shù)據(jù)分析 所有數(shù)據(jù)均采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱田改水田對(duì)土壤pH的影響

土壤pH是衡量土壤酸堿度、反映土壤質(zhì)量的重要化學(xué)性質(zhì)之一，影響土壤的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及土壤微生物活性，進(jìn)而影響土壤肥力[7-8]。由圖1可知，旱田pH在不同土層深度無(wú)明顯變化，但隨著土層深度的增加，水田pH明顯升高。在同一土層深度，水田的pH顯著高于旱田的pH（P<0.05）。其原因可能是硝酸鹽肥料的施入引起土壤pH增加[9]，或者植物殘留物在微生物的分解作用下給土壤補(bǔ)充大量的鹽基陽(yáng)離子，增加了土壤的pH[10-11]。

2.2 旱田改水田對(duì)主要微生物類群的影響

土壤微生物是

反映土壤生化過(guò)程趨向的重要指標(biāo)，并能夠預(yù)測(cè)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的變化[12]。細(xì)菌、放線菌和真菌是土壤微生物的三大類群，與土壤有機(jī)質(zhì)的分解和積累有密切關(guān)系。由表1可知，隨著土層深度的增加，旱田和水田土壤中細(xì)菌的數(shù)量明顯減少，且水田0～10 cm土層中細(xì)菌的數(shù)量顯著高于旱田（P<0.05）。這主要是由于表層土壤通氣良好，有利于細(xì)菌生長(zhǎng)，同時(shí)，細(xì)菌生長(zhǎng)也需要較高的濕度。隨著土壤深度的增加，放線菌數(shù)量雖明顯減少，但在同一土層，旱田和水田土壤中放線菌數(shù)量無(wú)顯著差異，說(shuō)明旱田改水田對(duì)土壤中放線菌的生長(zhǎng)影響不大。旱田中真菌數(shù)量以5～10 cm土層最多，說(shuō)明此層土壤通氣和濕度均能很好地滿足其生長(zhǎng)。水田中0～5 cm 土壤真菌數(shù)量顯著高于其他土層中真菌數(shù)量，說(shuō)明真菌對(duì)氧氣的需求較多。水田表層土壤中真菌的數(shù)量顯著高于旱田（P<0.05），原因可能是作物殘?bào)w和根系殘留物及根系分泌物在土壤中積累產(chǎn)生的差異，使土壤微生物所得到的碳源數(shù)量及性質(zhì)發(fā)生了變化，進(jìn)而使土壤微生物的數(shù)量在不同種植方式下有所差別[13-14]。

2.3 旱田改水田對(duì)纖維素分解菌和磷細(xì)菌數(shù)量的影響

纖維素分解菌是土壤有機(jī)殘?bào)w分解的中心環(huán)節(jié)，其分解強(qiáng)度反映了土壤微生物對(duì)有機(jī)殘?bào)w分解的程度和速度，直接關(guān)系到土壤有機(jī)質(zhì)的形成與積累[15]。磷細(xì)菌根據(jù)其分解無(wú)機(jī)磷、有機(jī)磷的形式分為無(wú)機(jī)磷細(xì)菌和有機(jī)磷細(xì)菌，它們能將土壤中無(wú)效態(tài)磷轉(zhuǎn)化成有效態(tài)磷，被植物吸收利用[16-17]。由圖2可知，旱田改水田后，隨著土層深度的增加，纖維素分解菌的數(shù)量逐漸下降，在5～10 cm土層，其數(shù)量較旱田顯著降低（P<0.05）。無(wú)機(jī)磷細(xì)菌和有機(jī)磷細(xì)菌在數(shù)量上略有增加。

2.4 旱田改水田對(duì)土壤B/F的影響

細(xì)菌數(shù)量和真菌數(shù)量的比值（B/F）是土壤微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特征指標(biāo)，也是反映土壤質(zhì)量的指標(biāo)之一[18-19]。當(dāng)土壤中真菌數(shù)量及其組成比例大幅度提高時(shí)，土傳病害發(fā)生的危險(xiǎn)性增加，土壤質(zhì)量下降[20]。由圖3可知，隨著土層深度的增加，旱田土壤B/F值顯著降低，水田土壤B/F保持相對(duì)穩(wěn)定。說(shuō)明水田環(huán)境上下層土壤間相差不大，比較一致，而旱田土壤的不同土層間環(huán)境變化較大，尤其是真菌數(shù)量增長(zhǎng)較多，使得B/F明顯降低。從變化幅度看，無(wú)論是旱田還是水田0～5 cm土壤B/F變化幅度均最大，可能是此層土壤受地表環(huán)境影響較大，導(dǎo)致細(xì)菌和真菌數(shù)量變化空間較大。

2.5 相關(guān)性分析

由表2可知，pH與真菌數(shù)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明pH的增加會(huì)對(duì)真菌的數(shù)量造成較大影響。細(xì)菌、放線菌和真菌之間均呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明微生物的三大類群之間關(guān)系密切，共同影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與土壤的健康程度。纖維素分解菌與細(xì)菌和真菌均呈顯著正相關(guān)，但與有機(jī)磷細(xì)菌呈極顯著負(fù)相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

旱田改為水田后，土壤pH顯著上升。土壤旱田改為水田后，其生態(tài)環(huán)境發(fā)生了變化，勢(shì)必引起相應(yīng)微生物類群的改變。其原因可能是旱田改水田后土壤含水量變化影響離子在固相、液相之間的分配，鹽類的溶解與解離，進(jìn)而影響土壤的酸堿度[21]；也可能與長(zhǎng)期施用肥料有關(guān)，在一定作用范圍內(nèi)，施用有機(jī)肥對(duì)土壤pH具有微調(diào)與緩沖作用[22]，說(shuō)明短期旱田改水田能初步緩解土壤的酸化問(wèn)題。

旱田改為水田后細(xì)菌和真菌數(shù)量明顯增多，放線菌數(shù)量變化不明顯，纖維素分解菌數(shù)量逐漸下降，在5～10 cm土層，其數(shù)量較旱田顯著降低（P<0.05）。有機(jī)磷細(xì)菌和無(wú)機(jī)磷細(xì)菌在平均數(shù)量上略有增加，與龔雪等[23]的研究結(jié)果一致。說(shuō)明旱田經(jīng)初期灌水有利于好氧型及喜濕微生物的生長(zhǎng)，放線菌對(duì)濕度的變化敏感性較差，受影響較小。微生物與環(huán)境、微生物之間的關(guān)系密切[24]，纖維素分解菌與細(xì)菌和真菌均呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明其關(guān)系更為密切，但有機(jī)磷細(xì)菌的積累不利于纖維素分解菌的增加。

水田中B/F比較穩(wěn)定，但旱田B/F變化較大，說(shuō)明水田環(huán)境的穩(wěn)定帶來(lái)的是微生物類群的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而相對(duì)應(yīng)的旱田則環(huán)境變化明顯[25]，尤其表層土壤環(huán)境變化更為明顯，它影響微生物類群的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 荊瑞勇，曹焜，劉俊杰，等.東北農(nóng)田黑土土壤酶活性與理化性質(zhì)的關(guān)系研究[J].水土保持研究，2015，22（4）：132-137.

[2] 頓圓圓，杜春梅，姜中元，等.旱田改水田對(duì)土壤電導(dǎo)率及幾種微生物的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（9）：2087-2089.

[3] 劉佳斌，李傳寶，王宏燕.秸稈還田不同處理方式對(duì)黑土微生物數(shù)量和土壤酶活性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（9）：5285-5287.

[4] 董錫文，杜春梅，頓圓圓，等.長(zhǎng)期使用大棚栽培蔬菜對(duì)土壤pH值及微生物的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，42（5）：86-88.

[5] 林先貴.土壤微生物研究原理與方法[M].北京：高等教育出版社，2010.

[6] 頓圓圓，杜春梅，姜中元，等.長(zhǎng)期旱改水對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化微生物的影響[J].北方園藝，2015（18）：175-178.

[7] 陳學(xué)文，張興義，隋躍宇，等.利用空間移位法研究東北黑土pH季節(jié)變化及其影響因素[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2008，29（3）：365-367.

[8] CHENG Y，WANG J，MARY B，et al.Soil pH has contrasting effects on gross and net nitrogen mineralization in adjacent forest and grassland soils in central Alberta，Canada[J].Soil biology & biochemistry，2013，57：848-857.

[9] RUKSHANA F，BUTTERLY C R，BALDOCK J A，et al.Model organic compounds differ in priming effects on alkalinity release in soils through carbon and nitrogen mineralization[J].Soil biology & biochemistry，2012，51：35-43.

[10] XIAO K C，YU L，XU J M，et al.pH，nitrogen mineralization，and KCl-extractable aluminum as affected by initial soil pH and rate of vetch residue application：Results from a laboratory study[J].Journal of soils sediments，2014，14（9）：1513-1525.

[11] BUTTERLY C R，BALDOCK J A，TANG C.The contribution of crop residues to changes in soil pH under field conditions[J].Plant and soil，2013，366（1）：185-198.

[12] 王志剛，由義敏，徐偉慧，等.黑土微生物豐度和多樣性對(duì)鄰苯二甲酸二丁酯污染的響應(yīng)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，24（10）：1725-1730.

[13] 馬星竹，武志杰，陳利軍，等.長(zhǎng)期施肥對(duì)黑土、棕壤微生物量的影響[J].土壤通報(bào)，2011，42（1）：60-64.

[14] MELERO S，MADEJON E，RUIZ J C，et al.Chemical and biochemical properties of a clay soil under dryland agriculture system as affected by organic fertilization[J].European journal of agronomy，2007，26（3）：327-334.

[15] 劉淑霞，王鴻斌，趙蘭坡，等.幾種纖維素分解菌在有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（3）：991-996.

[16] 于群英，陳世勇，馬忠友，等.磷細(xì)菌篩選及其對(duì)苗期玉米生長(zhǎng)的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（7）：1257-1261.

[17] 邵玉芳，樊明壽，烏恩，等.植物根際解磷細(xì)菌與植物生長(zhǎng)發(fā)育[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（4）：241-244.

[18] KREMER R J，CAESAR A J，SOUISSI T.Soilborne microorganisms of euphorbia are potential biological control agents of the invasive weed leafy spurge[J].Applied soil ecology，2006，32（1）：27-37.

[19] 周德平，褚長(zhǎng)彬，范潔群，等.不同種植年限設(shè)施蘆筍土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能研究[J].土壤，2014，46（6）：1076-1082.

[20] 林雁冰，薛泉宏，顏霞.不同栽培模式下玉米根系對(duì)土壤微生物區(qū)系的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，36（12）：101-107.

[21] 高海峰，白軍紅，王慶改，等.霍林河下游典型洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量分布特征[J].水土保持研究，2011，18（1）：268-271.

[22] 丁玉梅，李宏光，何金祥，等.有機(jī)肥與復(fù)合肥配施對(duì)煙株根際土壤pH值的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，24（2）：635-639.

[23] 龔雪，王繼華，關(guān)健飛，等.再生水灌溉對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)及可培養(yǎng)微生物的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2014，35（9）：3572-3579.

[24] 劉廣明，楊勁松，姚榮江.影響土壤浸提液電導(dǎo)率的鹽分化學(xué)性質(zhì)要素及其強(qiáng)度研究[J].土壤學(xué)報(bào)，2005，42（2）：247-252.

[25] 王曉龍，徐立剛，姚鑫，等.鄱陽(yáng)湖典型濕地植物群落土壤微生物量特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（18）：5033-5042.