李浩然，曹君邁,蘇紅玉

(北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】土壤酶是具有高度催化作用的生物催化劑，作為土壤的組成部分，是土壤中的各種生物化學(xué)過程的動(dòng)力。土壤酶活性是維持土壤肥力的一個(gè)潛在指標(biāo)，它的高低反映了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的強(qiáng)弱[1]，可以反映土壤的表觀肥力。土壤微生物在土壤有機(jī)質(zhì)分解和生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，影響植被的發(fā)育[2]，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能和評(píng)價(jià)土壤有機(jī)質(zhì)和肥力狀況有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來，眾多研究圍繞不同輪作施肥和不同陪肥方式對(duì)馬鈴薯田土壤酶活性和微生物數(shù)量的影響[3-5]?！颈疚那腥朦c(diǎn)】鑒于此，本試驗(yàn)探求正常施用農(nóng)家肥的條件下，不同覆膜栽培方式對(duì)馬鈴薯田土壤酶活性以及土壤微生物數(shù)量的影響規(guī)律，為當(dāng)?shù)伛R鈴薯實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)中南部、黃土高原西北部中衛(wèi)市海原縣樹臺(tái)鄉(xiāng)，屬黃河中游黃土丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)丘陵起伏，溝壑縱橫，海撥1366～2955 m，南北長95km，東西寬80 km，總面積6899 km2。東與原州區(qū)相連，南與西吉縣接壤，西臨甘肅靖遠(yuǎn)、會(huì)寧縣，北瀕同心縣。位于東經(jīng)105°09′～106°10′，北緯36°06′～37°04′，大陸性季風(fēng)氣候明顯，特點(diǎn)是春暖遲、夏熱短、秋涼早、冬寒長。年均氣溫7 ℃，≥10 ℃積溫2398 ℃，年日照時(shí)數(shù)2710 h，無霜期149～171 d。年降水量多年平均值為389.0 mm，年最大降水量為706.0 mm，年最小降水量為194.5 mm。蒸發(fā)量多年平均值為2099.6 mm，年干燥度2.17，屬于干旱半干旱帶，土壤類型為黑壚土。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以寧南山區(qū)普遍種植的馬鈴薯品種“青薯9號(hào)”為供試材料，于2015年5月1日播種，共設(shè)5個(gè)處理，分別為處理1：露地平種種植(CK)，處理2：單壟單行壟上種植，處理3：單壟雙行壟上種植，處理4：單壟雙行半覆膜壟上種植，處理5：單壟雙行全覆膜壟上種植。種植方法：各處理株距均為40 cm，處理1行距50 cm，處理2行距100 cm，處理3、處理4、處理5為寬窄行行距60～40 cm，各處理種植深度為20～25 cm。處理2種植密度位25 000株/hm2，其余處理種植密度為50 000株/hm2，每處理面積為10.0 m ×4.0 m，小區(qū)間距70 cm，周邊200 cm的保護(hù)行。4次重復(fù)，隨機(jī)排列。

2.2 土壤樣品采集

2015年7月下旬和8月下旬，分別在每個(gè)樣方內(nèi)按照S型選取采樣點(diǎn)，用直徑4 cm土鉆分別取0～20和20～40 cm土樣，無菌密封帶回實(shí)驗(yàn)室。將每個(gè)土樣除去沙礫、植物根系等雜物，混勻后分為兩部分，一部分鮮土立即用于測定土壤微生物，一部分在室溫下風(fēng)干，將風(fēng)干土過1 mm篩，用于測量土壤酶活性。

2.3 測定項(xiàng)目與方法

2.3.1 土壤酶活性測定 過氧化氫酶活性測定采用KMnO4滴定法，結(jié)果以每單位土壤質(zhì)量消耗0.002 mol/L KMnO4的毫升數(shù)表示。脲酶活性測定采用苯酚鈉次氯酸鈉比色法測定，結(jié)果以沒100 g土壤的NH4+-N的毫克數(shù)表示。磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，結(jié)果以每100 g土壤中酚毫克數(shù)表示，蔗糖酶活性的測定方法為3,5-二肖基水楊酸比色法，結(jié)果以24 h，1 g干土生成葡萄糖毫克數(shù)表示[6]。

2.3.2 土壤微生物測定 放線菌培養(yǎng)采用改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基，土壤懸濁液濃度采用10-3、10-4、10-5；細(xì)菌培養(yǎng)采用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，土壤懸濁液濃度采用10-3、10-4、10-5；真菌培養(yǎng)采用玫瑰紅鈉瓊脂培養(yǎng)基，土壤懸濁液濃度采用10-2、10-3、10-4，每個(gè)培養(yǎng)基濃度重復(fù)3次，采用平板涂抹法接種。然后置于恒溫箱中培養(yǎng)，在無菌條件下進(jìn)行操作。計(jì)數(shù)采用《數(shù)量指標(biāo)計(jì)算細(xì)菌統(tǒng)計(jì)表》[7]。

1 g干土中的菌數(shù)=2個(gè)平板菌落數(shù)×稀釋度干土的百分?jǐn)?shù)×100

2.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)中得出的數(shù)據(jù)用Excel2003和SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析

3 結(jié)果與分析

3.1 不同覆膜栽培方式下土壤酶活性變化

土壤酶是具有蛋白質(zhì)性質(zhì)的高分子生物催化劑,參與土壤中各種生物化學(xué)過程。土壤酶活性是土壤生物活性的總體現(xiàn)，反映了土壤的綜合肥力特征及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進(jìn)程，可以作為衡量土壤肥力水平高低的較好指標(biāo)[8]。

由表1可知，各處理中土壤酶活性均表現(xiàn)為蔗糖酶>磷酸酶>脲酶>過氧化氫酶；在5種處理中土壤過氧化氫酶、磷酸酶活性表現(xiàn)為單壟雙行全覆膜壟上種植>單壟雙行半覆膜壟上種植>單壟雙行壟上種植>單壟單行壟上種植>露地平種(CK)；而脲酶酶活性表現(xiàn)為單壟雙行半覆膜壟上種植>單壟雙行全覆膜壟上種植>單壟雙行壟上種植>單壟單行壟上種植>露地平種(CK)，蔗糖酶活性表現(xiàn)為單壟雙行全覆膜壟上種植>單壟雙行半覆膜壟上種植>露地平種(CK)>單壟雙行壟上種植>單壟單行壟上種植。單壟雙行全覆膜壟上種植的土壤過氧化氫酶、磷酸酶、蔗糖酶、脲酶酶活性分別高出露地平種(CK)50.0 %、10.2 %、0.4 %、21.9 %；單壟雙行半覆膜壟上種植的土壤過氧化氫酶、磷酸酶、蔗糖酶、脲酶酶活性分別高出露地平種(CK)48.5 %、4.7 %、0.3 %、22.8 %；單壟雙行壟上種植的土壤過氧化氫酶、磷酸酶、脲酶酶活性分別高出露地平種(CK)33.3 %、2.7 %、8.8 %；單壟單行壟上種植的土壤過氧化氫酶、磷酸酶、脲酶酶活性分別高出露地平種(CK)30.3 %、0.4 %、6.5 %。單壟雙行全覆膜壟上種植的土壤磷酸酶活性比單壟雙行半覆膜壟上種植高出5.3 %。

3.2 不同覆膜栽培方式下土壤微生物數(shù)量變化

土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動(dòng)力，在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)過程中起主導(dǎo)作用，具有巨大的生物化學(xué)活性[9]。

由表2可知，不同覆膜栽培模式各土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)為細(xì)菌>放線菌>真菌，不同覆膜栽培模式土壤微生物總數(shù)表現(xiàn)為單壟雙行全覆膜壟上種植>單壟雙行半覆膜壟上種植>單壟雙行壟上種植>單壟單行壟上種植>露地平種(CK)，單壟雙行全覆膜壟上種植、單壟雙行半覆膜壟上種植、單壟雙行壟上種植、單壟單行壟上種植的土壤細(xì)菌、真菌、放線菌分別高出露地平種(CK)16.1 %、12.8 %、8.9 %、3.7 %，32.8 %、49.3 %、35.8 %、0和70.3 %、67.6 %、48.2 %、22.3 %。

表1 不同覆膜栽培模式酶活性

3.3 不同覆膜栽培方式下各類土壤酶活性、土壤微生物數(shù)量及產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由表3 可知，土壤微生物總數(shù)與土壤酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系，微生物總數(shù)與蔗糖酶活性相關(guān)性不顯著。不同土壤微生物數(shù)量與不同土壤酶活性相關(guān)程度不同，放線菌數(shù)量與過氧化氫酶、脲酶活性顯著相關(guān)，與磷酸酶、蔗糖酶相關(guān)性不顯著。

表2 不同覆膜栽培模式土壤微生物數(shù)量分布

表3 各項(xiàng)指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

注：*表示在0.05水平上達(dá)到了顯著性，**表示在0.01水平上達(dá)到了顯著性。

圖1 各處理馬鈴薯產(chǎn)量Fig.1 Different processing of potato produciton

馬鈴薯產(chǎn)量與細(xì)菌、脲酶呈極顯著正相關(guān)，與放線菌、過氧化氫酶、磷酸酶呈顯著正相關(guān)，而與真菌、蔗糖酶相關(guān)性不顯著。

3.4 不同覆膜栽培方式下馬鈴薯產(chǎn)量的變化

由圖1可以看出，處理5單壟雙行全覆膜栽培方式、處理4單壟雙行半覆膜栽培方式的馬鈴薯產(chǎn)量明顯高于其他處理，并且處理5的產(chǎn)量最高。分別高于處理1、處理2、處理3、處理4: 98.4 %、57 %、47.3 %、15 %。

4 討 論

4.1 不同覆膜栽培方式下土壤酶活性和土壤微生物數(shù)量

有研究表明，土壤酶主要來源于土壤微生物活動(dòng)分泌、植物根系分泌和植物殘?bào)w以及土壤動(dòng)物區(qū)系分解[1]，土壤微生物與植物根系關(guān)系密切。由于覆膜方式不同，馬鈴薯根系對(duì)土壤養(yǎng)分的活化、吸收以及土壤微生物和土壤酶對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)換，不同種類的酶與土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性[10-11]，本試驗(yàn)結(jié)果也證明土壤微生物總數(shù)與土壤酶活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤微生物數(shù)量極易受到氣候、土壤類型和土壤環(huán)境因子的影響[12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，起壟和起壟覆膜的栽培方式均能增加土壤中的微生物數(shù)量，并且以起壟覆膜的栽培方式為最優(yōu)。其原因是起壟和起壟覆膜均能在不同程度上減少土壤水分的蒸發(fā)，起壟覆膜還可以保護(hù)土壤的溫度，促進(jìn)植物根系產(chǎn)生分泌物，刺激了土壤微生物的生長和繁殖，進(jìn)而提高了土壤酶的活性。

4.2 不同覆膜栽培方式的馬鈴薯產(chǎn)量

產(chǎn)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的數(shù)值，直接關(guān)系到產(chǎn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益。通過本試驗(yàn)可以看出，單壟雙行全覆膜栽培方式的產(chǎn)量最優(yōu)，其原因是試驗(yàn)當(dāng)?shù)貧夂蚋稍铮杲邓可?，年蒸發(fā)量巨大，通過全覆膜的栽培方式，可以抑制土壤水分的蒸發(fā)，在播種期有效的達(dá)到保墑的作用。并且在各生育期盡可能的減少土壤中的水分流失，維持土壤溫度，為馬鈴薯田土壤微生物、土壤酶提供適宜的環(huán)境，有效的促進(jìn)了土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，從而達(dá)到增產(chǎn)的最終目的。

5 結(jié) 論

針對(duì)試驗(yàn)地寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市海原縣樹臺(tái)鄉(xiāng)當(dāng)?shù)啬杲邓可?，年蒸發(fā)量巨大，年均氣溫較低等氣候特點(diǎn)，推薦采用單壟雙行全覆膜壟上種植的栽培方式作為當(dāng)?shù)胤N植馬鈴薯的首選模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉善江，夏 雪，陳桂梅.土壤酶的研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011,27(21):1-7.

[2]Kennedy A C, Smith K L. Soil microbial diversity and the sustainability of agricultural soils[J].Plant and Soil，1995,170:75-86.

[3]臧逸飛.長期不同輪作施肥土壤微生物學(xué)特性研究及生物肥力評(píng)價(jià)[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[4]汪 帆，林德喜，袁照年，等. 袋控施肥對(duì)甘蔗地土壤養(yǎng)分含量和酶活性的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016,32(2):325-330.

[5]楊金娟. 不同陪肥方式對(duì)中部干旱區(qū)馬鈴薯植株及土壤質(zhì)量的影響[D].寧夏大學(xué)，2013.

[6]周禮愷. 土壤酶學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1987:112-123.

[7]沈 萍，范秀榮，李廣武. 微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，1999:49-95.

[8]吳際友，葉道碧，王旭軍. 長沙市城郊森林土壤酶活性及其與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,38(3):97-99.

[9]姚 拓，馬麗萍，張德罡. 我國草地土壤微生物生態(tài)研究進(jìn)展及淺評(píng)[J].草業(yè)科學(xué)，2005,22(11):1-6.

[10]曹 莉，秦舒浩，張俊蓮，等.壟溝覆膜栽培方式對(duì)馬鈴薯土壤酶活性及土壤微生物數(shù)量的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,47(3):42-46.

[11]李旺霞，陳彥云，陳科元，等.不同覆膜栽培對(duì)馬鈴薯土壤酶活性和土壤微生物的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015,28(5):2154-2157.

[12]張 地，張育新，曲來葉，等. 坡位對(duì)東靈山遼東櫟林土壤微生物數(shù)量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012,32(20):6412-6421.