高彥婷 ，黃 珍，張 芮，王 菲，董 博，楊昌鈺，李紅霞

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)，陜西 西安 710075；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵組分，在全球物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中扮演著重要角色[1-2]。土壤微生物是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與腐殖質(zhì)形成過(guò)程的重要參與者，在維持土壤生態(tài)功能中不可或缺[3]。土壤酶是土壤系統(tǒng)中最活躍的有機(jī)成分之一[4]，其反映土壤微生物的活性，代表土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，是評(píng)價(jià)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化以及各種農(nóng)業(yè)措施和肥料施用效果的重要指標(biāo)[5-6]。目前，土壤微生態(tài)調(diào)控已然成為土壤生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)[7-9]，且土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成等已作為土壤健康的生物指標(biāo)來(lái)指導(dǎo)農(nóng)田水肥管理[10-11]。

劉振香等[12]研究表明，施用有機(jī)肥可以顯著提高土壤微生物數(shù)量、多樣性及豐富度，提高微生物的生物量和代謝活性[13],但會(huì)降低細(xì)菌群落優(yōu)勢(shì)度；過(guò)多施用有機(jī)肥并不能無(wú)限提高土壤微生物的豐富度和改善微生物的群落結(jié)構(gòu)[14-15]。高彥波等[16]研究表明土壤酶活性與土壤肥力高度相關(guān)，磷酸酶與磷的相關(guān)性顯著[17],土壤碳氮可影響土壤酶活性[18]，較高的有機(jī)碳含量能促進(jìn)土壤酶的合成[19-20]，在本底氮含量低的地區(qū)土壤酶活性與全氮表現(xiàn)為正響應(yīng)[21-22]。李寶福等[23-25]研究表明由于根系分泌物和根際微生物積極活動(dòng)的關(guān)系，植物根際的土壤酶促過(guò)程要比根際外強(qiáng)得多。Badiane等[26]利用土壤酶活性監(jiān)測(cè)半干旱熱帶地區(qū)土壤質(zhì)量，結(jié)果表明，植被、耕作方式及年限都會(huì)對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生影響，但不同的酶對(duì)這些因素的響應(yīng)不同。灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最主要的農(nóng)業(yè)管理措施之一，具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量的作用，同時(shí)也對(duì)土壤微生物的數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)和活性產(chǎn)生影響[27]。研究表明，土壤水分的增加為各種酶促反應(yīng)提供了反應(yīng)條件與場(chǎng)所，酶活性隨土壤含水量的升高而增強(qiáng)[28-29]；但過(guò)多的土壤水分會(huì)增加Fe2+等還原性因子，進(jìn)而影響土壤酶釋放，降低其活性[30]。綜上可知，以往研究多涉及土壤微生物、酶活性與肥料[12-15]、養(yǎng)分[16-22]、植物[23-26]、耕作方式等的相關(guān)性，雖然已有關(guān)于控水對(duì)農(nóng)田土壤酶活性和微生物特征影響的研究[28-30]，但是關(guān)于控水對(duì)葡萄根際土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤酶的影響機(jī)制，尤其是水分管理對(duì)溫室葡萄根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理尚不清晰。西北地區(qū)是我國(guó)溫室栽培的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)和農(nóng)業(yè)水資源匱乏的地區(qū)，為此，研究充分供水和水分脅迫對(duì)溫室葡萄根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和土壤酶活性的影響，揭示控水對(duì)溫室葡萄根際土壤酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制，可為溫室葡萄科學(xué)用水管理提供一定理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年5—12月在甘肅省蘭州市永登縣設(shè)施栽培葡萄試驗(yàn)基地進(jìn)行，地理位置102°38′E，36°12′N(xiāo)，海拔2 005 m，地處干旱半干旱地區(qū)，屬大陸性氣候，年均氣溫5.9℃，降雨量290 mm，蒸發(fā)量4 640 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤主要為壤土，田間持水量27.2%(體積比)，容重1.42 g·cm-3，土壤pH值8.15，全氮0.82 mg·kg-1，堿解氮37.08 mg·kg-1，硝態(tài)氮108.36 mg·kg-1，銨態(tài)氮20.25 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用當(dāng)?shù)刂髟云咸选t地球’，晚熟歐亞品種，依據(jù)灌溉試驗(yàn)規(guī)范將其生育期劃分為5個(gè)(見(jiàn)表1)。

表1 2017年葡萄生育期劃分表

葡萄種植于6 m×80 m的土墻草簾溫室大棚中，單臂Y型矮單籬架栽培方式，行距2.0 m，株距0.8 m。采用單因素完全隨機(jī)試驗(yàn)，在全生育期以土壤含水率下限為田間持水率θf(wàn)的75%為充分供水對(duì)照(CK)，每個(gè)生育期設(shè)定土壤含水率下限依次為45%θf(wàn)的重度水分脅迫處理(S)和60%θf(wàn)的輕度水分脅迫處理(M)，3次重復(fù)，共計(jì)33個(gè)小區(qū)，各小區(qū)面積均為12 m2(2 m×6 m)。具體設(shè)計(jì)如表2。

表2 試驗(yàn)處理

采用1管1行滴灌控制系統(tǒng)，于各小區(qū)同側(cè)鋪設(shè)滴灌帶，灌水由各分支前的閥門(mén)控制。灌水時(shí)間由各處理實(shí)測(cè)土壤含水率確定，當(dāng)試驗(yàn)地實(shí)測(cè)土壤含水率(0～100 cm平均值)占田間持水率百分比達(dá)到表2中設(shè)計(jì)下限值時(shí)灌水，灌水定額均為270 m3·hm-2，灌水后充分供水(CK)土壤含水率達(dá)到田間持水率，輕度S和重度M脅迫處理分別達(dá)到85%θf(wàn)和75%θf(wàn)，非脅迫生育期灌水后土壤含水率上限與CK組相同，即都達(dá)到田間持水率。在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)地之間鋪設(shè)1 m深2 mm厚的聚乙烯土工膜以防止土壤水?dāng)U散。所有試驗(yàn)地施肥、修剪、病蟲(chóng)害防治及除草等農(nóng)藝措施均與當(dāng)?shù)販厥移咸言耘喙芾硐嗤?/p>

1.3 土壤樣本采集與處理

1.3.1 土壤含水率的測(cè)定 在各試驗(yàn)小區(qū)沿葡萄行方向距端點(diǎn)2、4 m位置，離主干橫向20～30 cm同側(cè)位置選取2個(gè)測(cè)點(diǎn)，在各點(diǎn)縱深分別為10、20、40、60、80、100 cm處取土樣，用烘干法測(cè)定相應(yīng)深度處土壤含水率，取樣點(diǎn)含水率取各縱深點(diǎn)的算術(shù)平均值，小區(qū)含水率取兩個(gè)點(diǎn)平均值。全生育期每10 d取樣一次，灌水前后土壤含水率接近灌水控制下限值(表2)時(shí)加測(cè)。

1.3.2 土壤細(xì)菌群落多樣性、微生物生物量碳及土壤酶活性的測(cè)定 各處理同側(cè)距端點(diǎn)1、3、5 m處，去除土壤表層雜物，在靠近根系處用直徑2 cm土鉆鉆取深度20 cm左右處土壤樣本，同處理三測(cè)點(diǎn)土樣混勻后，去除可見(jiàn)根，裝入無(wú)菌密封樣本袋中，用冰盒盡快帶回實(shí)驗(yàn)室，過(guò)2 mm篩低溫(-20℃)保存，用于土壤細(xì)菌群落多樣性、微生物生物量碳及土壤酶活性的測(cè)定。

土壤細(xì)菌群落多樣性委托北京諾禾致源生物信息科技有限公司通過(guò)高通量16S rDNA擴(kuò)增子測(cè)序處理；微生物生物量碳采用氯仿熏蒸浸提法[31]；土壤酶(蔗糖酶、淀粉酶)活性均采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[32]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 21.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖，并用鄧肯(Duncan)法進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單生育期水分脅迫對(duì)葡萄根際土壤酶活性的影響

從圖1可以看出，全生育期內(nèi)CK處理土壤蔗糖酶活性呈“M”型變化、淀粉酶活性呈倒“V”型變化，且均在果實(shí)膨大期達(dá)到最高水平(分別為5.41 mg·g-1·d-1和2.35 mg·g-1·d-1)。

由單生育期水分脅迫下土壤蔗糖酶活性的單因素方差分析可知(圖1A)，萌芽期GS、GM處理較對(duì)照CK分別高66.7%和73.2%，但所有處理間均無(wú)顯著性差異。新梢生長(zhǎng)期，PM較CK略有提升，差異不顯著，但兩者均顯著高于PS，其他處理間均不存在顯著性差異。開(kāi)花期，處理FS、FM均較CK略高，但無(wú)顯著性差異，GS、PS顯著高于CK。果實(shí)膨大期，各處理的土壤蔗糖酶活性均達(dá)最大值，其中EM處理顯著高于CK，而ES處理較CK無(wú)顯著性差異，卻顯著低于EM，說(shuō)明果實(shí)膨大期的輕度水分脅迫也能夠顯著提高土壤中蔗糖酶活性。著色成熟期，處理CS、GS均低于CK，但不存在顯著性差異，而GM處于最高水平，顯著高于CS和CM，但與CK間無(wú)顯著差異。這可能由于該時(shí)期在葡萄生育期中歷時(shí)最長(zhǎng)(91 d)，長(zhǎng)時(shí)間水分脅迫抑制了土壤中蔗糖酶活性，而GM處理在葡萄生長(zhǎng)早期抑制了葡萄的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，促進(jìn)葡萄根的生長(zhǎng)，復(fù)水后的補(bǔ)償效應(yīng)使得后期生長(zhǎng)中土壤微生物活動(dòng)增強(qiáng)，表現(xiàn)為土壤蔗糖酶活性增強(qiáng)。

土壤淀粉酶活性在單生育期水分脅迫條件下也存在明顯變化(圖1B)。萌芽期GS處理較CK減小19.7%，二者間無(wú)顯著性差異，但均顯著低于GM；新梢生長(zhǎng)期PM有所提升，PS有所下降，但與CK均無(wú)顯著性差異，而PM顯著高于PS；開(kāi)花期FS在各處理間處于最低水平，F(xiàn)M比CK高出13.5%，但與CK均無(wú)顯著性差異，PM在各處理間處于最高水平，顯著高于FS，但與CK間不存在顯著差異，可能因?yàn)樾律疑L(zhǎng)期受輕度脅迫導(dǎo)致的水分虧缺在開(kāi)花期迅速得以補(bǔ)充，使得土壤淀粉酶活性增強(qiáng)，而PS表現(xiàn)不明顯，分析可能是新梢生長(zhǎng)期重度水分脅迫抑制了根的生長(zhǎng)，即使開(kāi)花期恢復(fù)灌溉仍不能使土壤淀粉酶活性得到恢復(fù)。果實(shí)膨大期，除ES外，各處理淀粉酶活性均達(dá)到整個(gè)生育期的最大值，表現(xiàn)為PM>FM>EM>PS>CS>FS>CM>GM>CK>GS>ES，ES顯著低于PM和FM，但與CK差異不顯著。 著色成熟期后，隨著氣溫的降低微生物活動(dòng)強(qiáng)度減弱，土壤淀粉酶活性普遍降低；處理CS、CM較CK分別降低了54.0%和22.3%，但均無(wú)顯著性差異。

2.2單生育期水分脅迫對(duì)葡萄根際土壤微生物生物量碳的影響

表3表明，充分供水處理CK土壤微生物量碳在全生育期內(nèi)經(jīng)歷了從萌芽期到開(kāi)花期快速增大、生育期后期(果實(shí)膨大期和著色成熟期)緩慢減小的過(guò)程，且開(kāi)花期積累達(dá)到最大值(242.48 mg·kg-1)。

表3 單生育期水分脅迫對(duì)根際土壤微生物生物量碳的影響/(mg·kg-1)

萌芽期GS處理下的土壤微生物量碳顯著小于CK,降低了43.0% ，GM較CK增加了2.7%，但無(wú)顯著性差異；新梢生長(zhǎng)期PS處理土壤微生物量碳明顯降低，且顯著低于CK及其他處理，PM土壤微生物量碳雖較CK降低2.4%，但二者間無(wú)顯著性差異；除處理FS和EM外，開(kāi)花期各處理的土壤微生物量碳都達(dá)到了全生育期的最大值，F(xiàn)S較CK降低29.2%，且與CK和GS有顯著性差異；果實(shí)膨大期ES處理的土壤微生物量碳較CK降低28.7%，且二者間存在顯著性差異，EM處理較CK降低4.5%，二者間無(wú)顯著性差異；著色成熟期處理CS較CK降低10.8%，但二者間不存在顯著性差異，處理CM的土壤微生物量碳高于CK；ES處理的土壤微生物量碳在這一時(shí)期恢復(fù)灌溉后迅速提升，但與CK無(wú)顯著差異，而處理GS及PS分別比CK高出13.4%和15.6%，差異達(dá)到顯著性水平。說(shuō)明著色成熟期水分脅迫處理對(duì)土壤微生物量碳的影響較充分供水處理不明顯；而萌芽期和新梢生長(zhǎng)期的重度水分脅迫在恢復(fù)灌溉后對(duì)生育期末期微生物量碳的積累有利。

2.3 水分脅迫對(duì)葡萄根際土壤微生物α-多樣性的影響

菌群豐度指數(shù)Chao1和菌群多樣性指數(shù)Shannon與群落多樣性呈正比，測(cè)序深度指數(shù)Coverage越高說(shuō)明樣本中序列被檢出的概率越高。選取溫室栽培葡萄開(kāi)花期、果實(shí)膨大期和著色成熟期CK、GS、PS、FS、ES、CS 處理根際土壤進(jìn)行高通量測(cè)序，研究單生育期水分脅迫條件下根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性的變化情況。表4中樣本覆蓋率在0.966～0.982間，說(shuō)明根際土壤樣本微生物測(cè)序結(jié)果獲得了絕大多數(shù)樣本信息，能夠反映樣本代表的根際土壤中微生物的真實(shí)情況。

表4 不同生長(zhǎng)期根際土壤微生物群落α-多樣性

由表4可以看出，不同生育期重度水分脅迫對(duì)葡萄根際土壤微生物群落的豐富度和多樣性均有影響。開(kāi)花期FS的Chao1、ACE和Shannon及OTUs指數(shù)均顯著高于CK，同時(shí)也高于處理PS和CS。果實(shí)膨大期，處理ES的Shannon指數(shù)較對(duì)照CK降低1.7%，差異不顯著；處理FS的指數(shù)Chao1和ACE、Shannon及OTUs依然顯著高于對(duì)照CK。著色成熟期處理CS的指數(shù)Chao1、ACE和OTUs均小于對(duì)照CK，但差異不顯著；處理ES的Shannon指數(shù)顯著小于對(duì)照CK，指數(shù)Chao1、ACE和OTUs均大于對(duì)照CK，但差異不顯著。

2.4 門(mén)水平上根際土壤細(xì)菌群落組成及結(jié)構(gòu)

2.4.1 葡萄根際土壤細(xì)菌相似度聚類(lèi)分析 基于 weighted UniFrac距離的層次聚類(lèi)分析( 圖2)結(jié)果顯示，不同生育期水分脅迫條件下葡萄根際土壤菌群結(jié)構(gòu)差異明顯。開(kāi)花期(圖2A)，處理FS和CK距離最近，ES、GS和PS可聚為一類(lèi)，CS和CK距離最遠(yuǎn)；果實(shí)膨大期(圖2B)，處理PS和CK距離最近，F(xiàn)S、CS和ES可聚為一類(lèi)，GS和CK距離最遠(yuǎn)；著色成熟期(圖2C)，處理GS和CK距離最近，PS和CK趨同性最差。

2.4.2 葡萄根際土壤細(xì)菌群落組成分析 對(duì)門(mén)水平上各脅迫處理樣本中相對(duì)豐度排名前十的菌落分組物種(其余豐度相對(duì)較低的歸為Others)與CK樣本進(jìn)行相關(guān)性分析并繪制其相對(duì)豐度圖(圖2)。門(mén)水平上微生物豐度排名前十的物種在單生育期水分脅迫下差異明顯，但變形菌門(mén)(Proteobacteria)始終是優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，占比為36.04%～54.58%(平均41.06%)。

開(kāi)花期(圖2A)，各菌門(mén)占比遞減次序?yàn)椋汉癖诰T(mén)(Firmicutes)、放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)、芽單胞菌門(mén)(Gemmatimonadetes)、

擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、奇古菌門(mén)(Thaumarchaeota)、浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)、熱微菌門(mén)(Thermomicrobia)，平均占比分別為：13.49%、13.09%、5.42%、6.2%、4.68%、3.78%、2.89%、2.47%、1.76%。其中，CS處理的變形菌門(mén)(Proteobacteria)占比最低，與占比最高的CK處理差異顯著，說(shuō)明開(kāi)花期水分脅迫對(duì)變形菌門(mén)(Proteobacteria)有抑制作用；處理FS的變形菌門(mén)(Proteobacteria)和厚壁菌門(mén)(Firmicutes)相對(duì)占比較處理CK分別降低了0.4%和4.67%，但差異不顯著；處理ES和CS的浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)相對(duì)占比顯著高于其占比最小的CK處理，說(shuō)明水分脅迫有利于浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)的生長(zhǎng)。排名前十其他門(mén)細(xì)菌群落的相對(duì)占比與CK處理不存在顯著性差異。

果實(shí)膨大期(圖2b)，各菌門(mén)占比遞減次序?yàn)椋悍啪€(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、芽單胞菌門(mén)(Gemmatimonadetes)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)、奇古菌門(mén)(Thaumarchaeota)、螺旋體門(mén)(Spirochaetes)，平均占比分別為：9.86%、8.74%、8.56%、6.41%、3.82%、3.39%、2.67%、1.60%、1.42%。其中，ES處理的放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)相對(duì)占比最高(12.22%)且顯著高于CK，說(shuō)明果實(shí)膨大期水分脅迫有助于放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)的繁殖，其酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)和浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)的相對(duì)占比分別高出CK的1.6%和1.35%，差異顯著。TOP10其他門(mén)細(xì)菌群落的相對(duì)占比與CK處理差異不顯著。

著色成熟期(圖2c)，各菌門(mén)占比遞減次序?yàn)椋貉繂伟T(mén)(Gemmatimonadetes)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)、奇古菌門(mén)(Thaumarchaeota)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)、廣古菌門(mén)(Euryarchaeota)，平均占比分別為：9.36%、8.10%、6.88%、6.54%、4.27%、4.27%、4.00%、3.27%、3.27%。其中，CS的變形菌門(mén)(Proteobacteria)較CK提高3.63%，擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)降低0.76%，綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)降低0.62%，說(shuō)明著色成熟期水分脅迫有利于變形菌門(mén)(Proteobacteria)的生長(zhǎng)，會(huì)抑制放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)和綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)的繁殖，但均無(wú)顯著性差異；其放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)豐度最低，廣古菌門(mén)(Euryarchaeota)最高，且均與其他處理差異顯著。TOP10其他門(mén)細(xì)菌群落的相對(duì)占比與CK處理差異不顯著。

2.5 溫室葡萄根際土壤環(huán)境因子在門(mén)分類(lèi)水平上的相關(guān)性分析

采用斯皮爾曼(Spearman)相關(guān)分析法對(duì)不同生育期葡萄根際土壤環(huán)境因子(土壤水分、土壤淀粉酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤微生物生物量碳)在根際土壤細(xì)菌門(mén)分類(lèi)水平上的相關(guān)性進(jìn)行研究表明，不同生育期水分脅迫下葡萄根際土壤環(huán)境因子對(duì)細(xì)菌門(mén)分類(lèi)水平上的影響不同(圖3)。土壤含水率只在開(kāi)花期與溫室葡萄根際土壤豐度排名TOP10的細(xì)菌中變形菌門(mén)(Proteobacteria)呈顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.5026)，與放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)呈顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.5253)(圖3A)，在果實(shí)膨大期和著色成熟期與細(xì)菌各門(mén)類(lèi)相對(duì)豐度相關(guān)性不顯著(圖3B、C)；土壤淀粉酶在果實(shí)膨大期與根際土壤中擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)呈顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.5191)，與奇古菌門(mén)(Thaumarchaeota)呈極顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為 -0.6078)(圖3B)，在開(kāi)花期和著色成熟期與細(xì)菌各門(mén)類(lèi)相對(duì)豐度相關(guān)性不顯著(圖3A、C)；土壤蔗糖酶在果實(shí)膨大期與根際土壤中浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)和放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)分別呈顯著和極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.5108和0.6615)(圖3B)，在著色成熟期與廣古菌門(mén)(Euryarchaeota)和厚壁菌門(mén)(Firmicutes)分別呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為-0.5248和-0.6017)(圖3C)，在開(kāi)花期與細(xì)菌各門(mén)類(lèi)相對(duì)豐度相關(guān)性不顯著(圖3A)；土壤微生物量碳在開(kāi)花期與放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)呈極顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.6285)(圖3A)，在果實(shí)膨大期與浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)、奇古菌門(mén)(Thaumarchaeota)呈顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.5294和0.4799)，與放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)呈極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.6347)，與變形菌門(mén)(Proteobacteria)呈極顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.6017)(圖3B)，在著色成熟期與細(xì)菌各門(mén)類(lèi)相對(duì)豐度相關(guān)性不顯著(圖3C)。

3 討 論

不同類(lèi)型的土壤酶活性隨生育期的變化不盡相同[33]。本研究中溫室葡萄全生育期內(nèi)，CK處理土壤蔗糖酶活性呈“M”型變化、淀粉酶呈拋物線(xiàn)型變化趨勢(shì)，且均在果實(shí)膨大期達(dá)到最高水平。水分作為影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子，對(duì)土壤酶活性有至關(guān)重要的作用。田幼華等[34]研究表明，土壤酶活性隨土壤水分的增加而增加。萬(wàn)忠梅等[35]認(rèn)為，在干濕交替和較干旱條件下土壤酶活性高于長(zhǎng)期處于淹水條件，同時(shí)隨著土壤含水量的增加酶活性逐漸降低。本研究中各生育期M處理(輕度水分脅迫)的土壤蔗糖酶和淀粉酶活性均高于S處理(重度水分脅迫)和除著色成熟期外的CK對(duì)照，這與周芙蓉等[36]一定程度水分脅迫能提高土壤酶活性的結(jié)論一致。著色成熟期土壤蔗糖酶和淀粉酶活性普遍降低，可能由于氣溫的降低導(dǎo)致微生物活動(dòng)強(qiáng)度減弱，進(jìn)而影響了酶活性，也可能是因?yàn)樵撈跁r(shí)間較長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間水分脅迫抑制了土壤酶活性。土壤酶活性與土壤微生物量較其他土壤性質(zhì)更迅速地響應(yīng)控水管理[37]，著色成熟期水分脅迫對(duì)土壤微生物量碳的影響與充分供水差異不顯著；而萌芽期和新梢生長(zhǎng)期的重度水分脅迫在恢復(fù)灌溉后對(duì)生育期末期微生物量碳的積累有利。

土壤微生物類(lèi)群在土壤生態(tài)系統(tǒng)中有著非常重要的作用，其數(shù)量特征可表征土壤質(zhì)量好壞及肥力的高低[38-40]。試驗(yàn)中微生物群落豐富度指數(shù)(Chao1和ACE)、香農(nóng)指數(shù)(Shannon)及OTUs在各處理基本表現(xiàn)為：開(kāi)花期最大，膨大期減小，著色成熟期有所回升，且在處理FS中增大明顯。說(shuō)明開(kāi)花期重度水分脅迫處理能夠增加同期土壤微生物群落多樣性，因?yàn)殚_(kāi)花期適宜的溫度和濕度為微生物提供了良好的環(huán)境，有助于微生物生長(zhǎng)繁殖；膨大期重度水分脅迫對(duì)同期微生物群落多樣性影響不明顯，但能夠增加其著色成熟期微生物群落多樣性，分析原因可能是隨著季節(jié)變化低氣溫抑制了微生物的生長(zhǎng)，使得微生物數(shù)量在果實(shí)膨大期有所下降；著色成熟期大量植物腐爛后使得土壤中有機(jī)質(zhì)增加，有助于微生物生長(zhǎng)，故在該期微生物數(shù)量和多樣性有所回升，這與李杰[41]、趙萌[42]等得出微生物數(shù)量和多樣性受季節(jié)變化影響顯著的結(jié)論一致。

研究發(fā)現(xiàn)不同生育期水分脅迫對(duì)設(shè)施葡萄根際土壤微生物在門(mén)分類(lèi)水平上相對(duì)豐度影響程度不同，根際土壤優(yōu)勢(shì)類(lèi)群為變形菌門(mén)(Proteobacteria)，其他優(yōu)勢(shì)種群包括放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)等，這與王曉雯等[43]對(duì)葡萄園土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果類(lèi)似。相關(guān)性分析表明，土壤含水率在開(kāi)花期與變形菌門(mén)呈顯著正相關(guān)，與放線(xiàn)菌門(mén)呈顯著負(fù)相關(guān)，在果實(shí)膨大期和著色成熟期與細(xì)菌各門(mén)類(lèi)相對(duì)豐度相關(guān)性不顯著，即開(kāi)花期土壤水分是影響根際土壤變形菌門(mén)和放線(xiàn)菌門(mén)相對(duì)豐度的主要因素。農(nóng)田土壤微生物多樣性包含物種、結(jié)構(gòu)、遺傳和功能等多樣性，針對(duì)多年生藤本植物葡萄，本研究?jī)H就一個(gè)年度內(nèi)的控水對(duì)溫室葡萄根際土壤微生物物種多樣性進(jìn)行了分析，后期應(yīng)結(jié)合其他多樣性方面的檢測(cè)，就連續(xù)多年水分調(diào)虧對(duì)溫室葡萄根際土壤生態(tài)環(huán)境的影響做更深入的研究。

4 結(jié) 論

1)溫室葡萄根際土壤酶活性、微生物量碳均隨季節(jié)變化，水分脅迫對(duì)溫室葡萄根際土壤酶活性有不同程度的影響，且在各個(gè)生育期恢復(fù)灌溉后，會(huì)對(duì)脅迫造成的土壤酶活性及微生物量碳的降低有不同程度的補(bǔ)償，土壤蔗糖酶活性對(duì)土壤水分變化較淀粉酶更為敏感。

2)水分脅迫的持續(xù)時(shí)間對(duì)溫室葡萄微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性和豐富度影響較大，短期水分脅迫(如開(kāi)花期)對(duì)其有提高作用，長(zhǎng)時(shí)間尤其重度脅迫(如果實(shí)膨大期)對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性抑制作用顯著，且水分脅迫對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)積極或不利的影響都具有一定的滯后性和延續(xù)性。

3)不同處理對(duì)溫室葡萄根際土壤門(mén)分類(lèi)水平上相對(duì)豐度有不同程度影響，并且同一處理在各生育期內(nèi)不同門(mén)分類(lèi)細(xì)菌變化情況不同，溫室葡萄根際土壤中門(mén)分類(lèi)水平上細(xì)菌優(yōu)勢(shì)類(lèi)菌群為變形菌門(mén)(Proteobacteria)。

4)在不同生育期，影響根際土壤細(xì)菌相對(duì)豐度的主要因素不同。開(kāi)花期，土壤水分、土壤微生物生物量碳是影響根際土壤變形菌門(mén)和放線(xiàn)菌門(mén)相對(duì)豐度的主要原因；果實(shí)膨大期，土壤淀粉酶、蔗糖酶活性及土壤微生物生物量碳是影響土壤細(xì)菌相對(duì)豐度的主要因素；著色成熟期，蔗糖酶活性為影響根際土壤細(xì)菌相對(duì)豐度的主要因素。