韋小了 何季 何騰兵

摘要：以種植4、9、15年的刺梨園土壤為研究對象，測定0～20、20～40 cm土層土壤微生物數(shù)量和酶活性，旨在探明種植年限對刺梨園土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響，為刺梨種植的土壤養(yǎng)分管理和科學(xué)施肥等提供依據(jù)。結(jié)果表明，0～20、20～40 cm土層土壤細菌和放線菌數(shù)量、過氧化氫酶和脲酶活性、細菌與真菌以及放線菌與真菌數(shù)量比隨著種植年限增加呈先增加后減少的趨勢，種植年限為9年時最大，真菌數(shù)量隨著種植年限的增加而增加，而酸性磷酸酶活性則隨種植年限的增加呈下降的趨勢;0～20 cm土層土壤微生物數(shù)量和酶活性高于20～40 cm土層。隨著種植年限的增加，土壤細菌與真菌以及放線菌與真菌數(shù)量比先增加后降低，說明種植年限較長會抑制細菌和放線菌的生長而促進真菌的生長，以及降低酶活性進而使土壤質(zhì)量下降，因此建議長期種植的刺梨園土壤采取施肥、更換耕作方式等管理措施增加土壤肥力。

關(guān)鍵詞：種植年限;刺梨園;土壤酶活性;土壤微生物

中圖分類號：S154.2;S154.3 ?文獻標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0280-05

刺梨（Rosa roxbunghii Tratt），學(xué)名繅絲花，為薔薇科多年生落葉小灌木，最早開始生長于我國，以貴州省盛產(chǎn)，被賦予“三王水果”的稱號[1]。刺梨適合生長在微酸性土壤中，貴州大部分地區(qū)的土壤都具備刺梨生長條件。刺梨的經(jīng)濟、生態(tài)與社會效益較好，是貴州石漠化地區(qū)生態(tài)修復(fù)的一種重要經(jīng)濟樹種[2]。此外，刺梨生長迅速，易于繁殖，因此被廣泛地引種種植[3]。但是，隨著人口增長和人為活動對環(huán)境的破壞以及病蟲害的發(fā)生，刺梨產(chǎn)量下降[4]。有些刺梨生長在質(zhì)量差的土壤上，植株生長不好，產(chǎn)量少，果實品質(zhì)和口感不佳。

土壤是植物生長的基礎(chǔ)，為植物生長提供必需的水、肥、氣、熱等。土壤酶活性能反映微生物數(shù)量和分布狀況，而土壤微生物是土壤質(zhì)量以及健康的評價指標(biāo)之一，因此兩者可以共同作為評價土壤肥力的一種評價指標(biāo)[5-8]。有研究表明，土壤肥力對作物產(chǎn)量及品質(zhì)有重要影響[9-10]。種植年限的延長會導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[11]。而土壤質(zhì)量下降會抑制放線菌、細菌生長，酶活性降低，土壤相應(yīng)功能也會隨之下降[12]。而隨著種植年限的延長，細菌與真菌數(shù)量比值下降，說明土壤中細菌與放線菌生長環(huán)境變差，細菌和放線菌生長受阻會促進真菌生長而影響土壤肥力和生態(tài)系統(tǒng)平衡[13]。趙亞麗等的研究表明，土壤耕作方式結(jié)合秸稈還田能有效提高作物產(chǎn)量以及土壤微生物數(shù)量和酶活性[10]。向仰州等采用3種管理方式研究其對刺梨園的影響[14]和陶夢慧等研究不同肥料配施對土壤中微生物數(shù)量和酶活性的影響[15]，結(jié)果表明，間作黑麥草和自然生草2種方式以及施用生物有機肥均能提高土壤微生物數(shù)量和酶活性。針對不同種植年限條件下土壤微生物和酶活性對土肥力的影響等方面也有不少研究報道，張珍明等和董艷等的研究表明，土壤細菌、放線菌數(shù)量以及酶活性隨著種植年限的延長呈先增加后減少的趨勢，不僅真菌數(shù)量持續(xù)增加而且微生物多樣性和均勻度指數(shù)連續(xù)降低，引起土壤肥力下降，導(dǎo)致根系病毒增加[11，16]。

目前有關(guān)刺梨的研究主要集中在土壤養(yǎng)分狀況和土壤質(zhì)量評價[3，17]、果實品質(zhì)[18]、氣候適宜性[19]以及土壤酶活性和土壤肥力等方面[20]，而關(guān)于不同種植年限對刺梨園土壤微生物和酶活性的研究鮮見報道。因此本研究以不同種植年限刺梨園土壤為研究對象，采取野外采樣和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究種植年限對土壤微生物和酶活性的影響，揭示不同種植年限下刺梨園土壤微生物數(shù)量和酶活性變化特征，探討不同種植年限刺梨園土壤微生物和酶活性與土壤肥力的關(guān)系，為刺梨種植的土壤養(yǎng)分管理和科學(xué)施肥等提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省龍里縣洗馬鎮(zhèn)，地處107°29′E、26°18′N，海拔1 150 m，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫 14.6 ℃，年降水量1 100 mm，年日照時數(shù)1 160 h，無霜期 280 d 以上。該地區(qū)屬典型喀斯特地貌，土壤類型為黃壤，土層厚度為50～80 cm。刺梨是該區(qū)脫貧攻堅、退耕還林以及石漠化治理的一種經(jīng)濟植物，種植面積達上萬余畝。

1.2 樣品采集

根據(jù)野外實地調(diào)查，在考慮不同年限刺梨園的綜合情況的基礎(chǔ)上，選擇成土母質(zhì)相同、地理位置、施肥情況、病蟲害防治等管理方式相似的種植年限分別為4、9、15年的刺梨園土壤為研究對象。刺梨品種為貴農(nóng)5號，每個種植年限設(shè)置3個重復(fù)，共9個試驗小區(qū)，小區(qū)面積225 m2（15 m×15 m）。于2017年3月，在每個小區(qū)按“S”形布置5個點采集，挖取土壤剖面，按照0～20、20～40 cm土層分層采樣，混合均勻并除去石塊以及殘留雜物后，取1 kg土樣裝入無菌自封袋中運回實驗室。一部分采好的土樣按順序分開裝在無菌袋中，扎好，標(biāo)記，記錄采樣時間、地點等后立即放在4 ℃冰箱中暫存，用于測定微生物數(shù)量;另一部分在室內(nèi)風(fēng)干并過1 mm篩，分開裝好放置于無菌袋中室內(nèi)保存，用于測定酶活性。

1.3 土壤微生物和酶活性測定方法

土壤微生物數(shù)量采用稀釋涂布平板法[21]測定，采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌，馬丁氏培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌，改良高氏一號培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌。利用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，苯酚鈉比色法測定脲酶活性，磷酸苯二鈉比色法測定酸性磷酸酶活性[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及相關(guān)性和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植年限刺梨園土壤微生物數(shù)量

土壤微生物活動能影響土壤質(zhì)量，其數(shù)量和分布受多種因素影響，有研究表明，種植年限也是其中之一[11]。本研究中，刺梨園土壤0～20 cm土層的細菌數(shù)量最多，為1.30×106～2.00×106 CFU/g;放線菌次之，為1.14×105～1.65×105 CFU/g;真菌數(shù)量最少，為4.76×103～5.24×103 CFU/g。由表1可知，種植年限為4年時，細菌、放線菌、真菌的數(shù)量占微生物總數(shù)的百分比分別為91.70%、8.02%、0.27%;種植年限為9年時，細菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為92.26%、7.50%、0.24%;種植年限為15年時，細菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為91.72%、7.92%、0.36%。20～40 cm土層微生物數(shù)量細菌數(shù)量最多，為 1.24×106～1.77×106 CFU/g;放線菌次之，為0.41×105～0.83×105 CFU/g;真菌最少，為0.92×103～1.12×103 CFU/g。種植年限為4年時，細菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為95.27%、4.66%、0.06%;種植年限為9年時，細菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為 95.42%、4.53%、0.06%;種植年限為15年時，細菌、放線菌、真菌占微生物總數(shù)的百分比分別為96.73%、3.20%、0.08%。0～20 cm土層的土壤微生物數(shù)量明顯高于20～40 cm 土層，主要是因為土壤表層積累大量腐殖質(zhì)，有機質(zhì)含量高、營養(yǎng)源豐富，水熱和通氣狀況較好等為微生物的生長提供良好的生長環(huán)境[23]。說明在相同的種植情況下，0～20 cm土層的土壤更利于微生物生長。

隨著種植年限的增加，刺梨園土壤細菌、放線菌數(shù)量呈先增加后減少的趨勢，種植年限為9年時數(shù)量最大（圖1、圖2）;真菌數(shù)量隨種植著年限的增加而增加（圖3）。0～20 cm土層，不同種植年限條件下，細菌、放線菌數(shù)量之間有顯著差異（P<0.05），種植年限為9年時顯著高于種植年限為4、15年

時（P<0.05），種植年限為4年時顯著高于種植年限為15年時（P<0.05）;種植4、9、15年真菌數(shù)量之間無顯著差異。20～40 cm 土層，不同種植年下條件下，細菌、放線菌數(shù)量之間有顯著差異，種植年限為9年時顯著高于種植年限為4、15年時（P<0.05），種植年限為4年時顯著高于種植年限為15年時（P<0.05）;種植4、9、15年真菌數(shù)量之間無顯著差異。

由圖4、圖5可知，細菌和真菌數(shù)量比以及放線菌和真菌數(shù)量比在0～20、20～40 cm土層中隨著種植年限的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，說明隨種植年限的增加土壤微生物由細菌型向真菌型轉(zhuǎn)化[11]。

2.2 不同種植年限刺梨園土壤的酶活性

有研究表明，土壤微生物活動能夠分泌土壤酶，兩者關(guān)系密切[24]。本研究中，刺梨園土壤過氧化氫酶和脲酶活性隨著種植年限的增加呈先增加后減少的趨勢（圖6、圖7），與微生物數(shù)量細菌、放線菌的變化趨勢相似，而酸性磷酸酶活性逐漸降低（圖8）。0～20 cm土層中， 種植年限為9年的過氧化氫酶活性顯著高于4、15年（P<0.05），4、15年無顯著差異;種植年限為9年的脲酶活性顯著高于4、15年（P<0.05），15年的顯著高于4年（P<0.05）;種植年限為4、9年的酸性磷酸酶顯著高于15年（P<0.05），4、9年之間差異不顯著。20～40 cm土層中，不同種植年限條件下，3個種植年限的過氧化

氫酶活性之間均差異不顯著;種植年限為9年的脲酶活性顯著高于4、15年（P<0.05），4年顯著高于15年（P<0.05）;種植年限為4、9年的酸性磷酸酶活性顯著高于15年（P<0.05），4年顯著高于9年（P<0.05）。0～20 cm土層的土壤酶活性高于20～40 cm土層，主要是因為表層土壤養(yǎng)分充足有利于微生物生長，且呼吸、新陳代謝作用活躍[25]。種植年限為9年時，土壤酶活性總體上高于4年，說明9年時土壤酶活性處于較高水平，土壤供氮、解毒能力以及土壤質(zhì)量處于較好狀態(tài);而到第15年時，土壤酶活性降低，土壤供氮、解毒能力以及土壤質(zhì)量下降。

2.3 刺梨園土壤微生物數(shù)量與酶活性的相關(guān)性

由表2可以看出，刺梨園土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性之間存在正相關(guān)關(guān)系，其中，細菌數(shù)量與放線菌數(shù)量、過氧化氫酶數(shù)量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;真菌數(shù)量與放線菌數(shù)量、脲酶活性、酸性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;放線菌與過氧化氫酶、脲酶、酸性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;過氧化氫酶活性與脲酶活性、酸性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;脲酶活性與酸性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究中，微生物數(shù)量表現(xiàn)為細菌>放線菌>真菌，細菌數(shù)量占微生物數(shù)量優(yōu)勢，這說明細菌是刺梨園土壤微生物生命活動的主體，與范玉貞等的研究結(jié)果[12，26-27]一致。這可能與細菌營養(yǎng)類型多、呼吸機制繁雜和細菌代謝快以及繁殖迅速等原因致使細菌數(shù)量最多[28]有關(guān)。隨著土層深度的增加，土壤微生物數(shù)量和酶活性呈降低趨勢，主要是因為土壤表層積累了大量腐殖質(zhì)，有機質(zhì)含量高，滿足微生物生長需要的營養(yǎng)源，其次是表層水熱條件和通氣狀況好，有利于微生物繁殖，隨著土層深度的加深，土壤的孔隙度、含水量等減少，導(dǎo)致土壤環(huán)境條件變差，從而不利于微生物的生長[23]。表層土壤酶活性較高的主要原因是表層微生物生長旺盛，呼吸作用活躍[29-30]。

土壤酶活性是土壤質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)之一[31]。每種土壤酶都有特定功能，有研究表明，土壤過氧化氫酶可以水解損壞植物的過氧化氫，不同土壤過氧化氫酶活性的大小可以用來表示土壤解毒能力的級別，活性越高，說明土壤解毒能力越強;相反，容易積累有毒物質(zhì)，會對土壤和植物產(chǎn)生毒害作用[5]。而土壤有機氮能被脲酶分解和轉(zhuǎn)化，在土壤脲酶的作用下，促使尿素生成更加容易被植物吸收、利用的氨、二氧化碳和水，土壤磷酸酶的作用是將有機磷轉(zhuǎn)化為無機磷供給植物吸收利用[32]。本研究中，過氧化氫酶和脲酶活性隨著種植年限延長呈先增加后減少的趨勢，這與范玉貞等的研究結(jié)果[12]相同。而酸性磷酸酶活性隨著種植年限的增加逐漸降低，與張珍明等的研究結(jié)果[11]略有不同，可能與土壤類型、種植作物種類等有關(guān)，具體原因需要進行更深入的研究。本研究結(jié)果表明，刺梨園土壤種植年限為9年時土壤酶活性整體水平較高，說明種植年限為9年的土壤解毒能力強，分解有機氮、磷的能力強，從而促進植物對氮、磷素的吸收和利用。而當(dāng)刺梨種植年限為15年時，土壤酶活性降低，土壤供氮供磷和解毒能力減弱，土壤環(huán)境質(zhì)量下降。

有研究表明，耕作方式結(jié)合秸稈還田[10]、管理方式[14]及施肥[15]等都能影響土壤微生物數(shù)量和酶活性，本研究中隨著種植年限的延長導(dǎo)致土壤細菌和放線菌數(shù)量逐漸減少，而真菌數(shù)量逐漸增加，說明長期種植同種作物的土壤，因營養(yǎng)狀況惡化使得土壤微生物區(qū)系發(fā)生改變，導(dǎo)致植物受病害的可能性增加[33]。本研究中，種植年限為9年時，種植時間相對不是很長，土壤含水量充足、疏松多孔、容重小以及有機質(zhì)、氮磷鉀等養(yǎng)分供應(yīng)充足。此外，種植中期時，發(fā)現(xiàn)刺梨帶來的經(jīng)濟效益高，在管理模式和施肥等方面都投入了大量的精力，種植年限為9年時有利于微生物和酶活性的生長。9年以后隨著年限的增加，由于刺梨結(jié)果期時期消耗的土壤養(yǎng)分多，養(yǎng)分輸出大于輸入以及人為原因等造成土壤的容重增大，孔隙度減小，土壤和外界的交換作用變?nèi)?，不能給微生物的生長提供足夠氮源而導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量和酶活性下降。此外，植物與殘留物質(zhì)分解后形成的苯甲酸和氫氰酸等酚酸類物質(zhì)的累積會破壞土壤環(huán)境及生態(tài)平衡;長時間種植同種植物并重復(fù)施肥，也會使作物對養(yǎng)分需求不足，缺少互補性致使土壤養(yǎng)分失衡;從而導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[12]。

土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性有顯著相關(guān)性，微生物活動分泌是土壤酶主要來源之一，土壤中真菌的分泌活動頻繁可以增強脲酶和磷酸酶活性，而脲酶和磷酸酶與C、N、P等養(yǎng)分循環(huán)有相關(guān)關(guān)系[24]。土壤微生物和酶對壤土的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動有促進作用，兩者一起成為評價土壤肥力指標(biāo)之一[8]。本研究中，細菌和真菌數(shù)量與脲酶活性雖然呈正相關(guān)的關(guān)系，但相關(guān)性不顯著，與張珍明等的研究[11，34]有些區(qū)別，這可能與土壤植物、土壤類型、施肥、耕作方式等有關(guān)，導(dǎo)致土壤酶活性不一樣，從而影響微生物數(shù)量和酶活性的相關(guān)性。

細菌和真菌數(shù)量比及放線菌和真菌數(shù)量比是表示土壤肥力的一種指標(biāo)[35]，反映土壤環(huán)境質(zhì)量的基本情況。細菌與真菌比及放線菌與真菌數(shù)量比隨著種植年限的延長呈先增加后減少的趨勢，種植年限為9年時為最大值。9年之后，細菌與真菌數(shù)量比下降主要是由于細菌和放線菌競爭作用減小而促進真菌生長，均可導(dǎo)致土壤肥力降低及生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)[13]。所以，種植年限為15年時，由于刺梨園土壤細菌、放線菌數(shù)量和酶活性降低以及真菌數(shù)量增加，導(dǎo)致刺梨根系病菌增加，土地生產(chǎn)力降低，進而影響刺梨的產(chǎn)量和品質(zhì)，因此，建議采取科學(xué)施肥、更換耕作方式等管理措施增加土壤肥力。

3.2 結(jié)論

種植年限為4、9、15年，刺梨園土壤0～20、20～40 cm微生物物數(shù)量分布均為細菌>放線菌>真菌，細菌數(shù)量占微生物數(shù)量優(yōu)勢。

0～20 cm土層土壤微生物數(shù)量和酶活性大于20～40 cm土層。隨著種植年限的增加，0～20、20～40 cm土層細菌、放線菌的數(shù)量和過氧化氫酶、脲酶的活性都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最大值為9年時，真菌數(shù)量不斷增加，細菌和真菌數(shù)量比以及放線菌和真菌數(shù)量比先增加后下降，而酸性磷酸酶活性則一直下降。

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