王祁，孟自力

（商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南商丘 476000）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)第二大糧食作物[1]，合理水肥運(yùn)籌，不僅能有效提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，更重要的是可以合理改善土壤環(huán)境。麥田土壤性質(zhì)極其復(fù)雜，其中土壤酶活性能快速地響應(yīng)水肥運(yùn)籌，施用有機(jī)肥可提高麥田土壤中的酶活性[2-3]，并且土壤酶活性受田間水分管理和施肥措施的影響[4]。該次試驗(yàn)通過分析水分- 有機(jī)肥的不同方案的施用對(duì)小麥根際土壤酶活性和微生物多樣性的的影響，探索實(shí)現(xiàn)小麥的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙優(yōu)的最佳水肥運(yùn)籌模式，以期為我國(guó)麥田糧食安全作出貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年10月至2019年6月在河南省商丘市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)賈寨鎮(zhèn)保衛(wèi)村進(jìn)行，該地區(qū)屬暖溫帶亞濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫為14℃，年降水量達(dá)到700 mm，兩合土，土層深度0～30 cm、全氮77.8 mg/kg、有機(jī)質(zhì)2.2 mg/kg、速效鉀93.37 mg/kg、速效磷35.31 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試小麥品種為“商麥188”。研究中主要進(jìn)行如下4個(gè)處理。T1 處理：施加2000 kg/hm2有機(jī)肥，300 kg/hm2尿素，并保證供水充分；T2 處理：施肥同T1 尿素，水分脅迫；T3 處理：采用常規(guī)方法進(jìn)行施肥，僅施加500 kg/hm2尿素，保證供水充分；T4 處理：施肥同T3，水分脅迫。其中充分供水的灌水下限按照田間質(zhì)量持水率（FH）70%進(jìn)行計(jì)算，水分脅迫的則按60% FH 計(jì)算，采用地面灌水的方式。播種時(shí)，施入基肥，包括磷鉀肥100 kg/hm2、有機(jī)肥120 kg/hm2。通過設(shè)計(jì)隨機(jī)區(qū)組，各處理均設(shè)置3 次重復(fù)，12 個(gè)小區(qū)大小為9 m×3 m，面積為27 m2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 麥田根際取樣。在灌漿期進(jìn)行土樣采集工作。取樣前后，都需要對(duì)土壤質(zhì)量含水率進(jìn)行測(cè)定，要使充分供水、水分脅迫處理的含水率分別維持在70%，60%FH，確保水分處理準(zhǔn)確。以隨機(jī)的方式，運(yùn)用多點(diǎn)取樣法，采集5點(diǎn)的混合土樣。在冬小麥根際土壤的收集方面，主要運(yùn)用抖根法，先從土壤中整體挖出10～30 cm 間的植株根系，并抖掉其中松散結(jié)合的土體，刷下緊密結(jié)合根系的土壤，可作為根際土樣品。充分混合上述5 份相同處理的根際土壤，完成后將這些土壤分為2 個(gè)部分，分別放置保存于4℃的冰箱及-80℃的液氮中極速冷凍，前者用于對(duì)土壤酶活性的測(cè)定，后者用于對(duì)土壤微生物多樣性的測(cè)定，各取3 次重復(fù)。

1.3.2 土壤酶活性測(cè)定。土壤堿性磷酸酶活性的測(cè)定，可運(yùn)用磷酸苯二鈉比色法進(jìn)行；土壤蔗糖酶活性的測(cè)定則可使用土壤蔗糖酶活性法。

為了解通過土壤纖維素酶催化纖維素降解而形成的還原糖量，可通過蒽酮比色法進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)一步獲取土壤纖維素酶活性的值；土壤脲酶活性的測(cè)定，則可采用靛酚藍(lán)比色法，是指通過脲酶水解尿素而形成的NH3-N，測(cè)定在波長(zhǎng)為240 nm 下，土壤反應(yīng)后吸光度的變化情況，所得出的值則可用于表示土壤過氧化氫酶活性高低[5]。

1.3.3 微生物多樣性測(cè)定。在具體測(cè)定時(shí)，可啟用高通量測(cè)序16sRNA 技術(shù)，基本步驟如下：①獲得土壤樣品；②提取DNA；③對(duì)合格樣品進(jìn)行檢測(cè)DNA；④PCR 擴(kuò)增、混樣、建庫(kù)，并做好檢測(cè)工作；⑤文庫(kù)經(jīng)過檢測(cè)合格后，即可通過Illu-minaMiseq/Hiseq 高通量測(cè)序平臺(tái)測(cè)序樣品，之后通過測(cè)序獲取Raw Data 數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)控；⑥聚類OTU，分類物種；⑦分析微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)，最后基于各個(gè)分類水平上統(tǒng)計(jì)物種注釋的群落結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010 和DPS12.5 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對(duì)麥田土壤酶活性的影響

如表1 所示，在處理?xiàng)l件下不同的情況下，測(cè)量麥田土壤酶活性的結(jié)果。在水分管理措施一樣的情況下，T1 和T3 間，T2 和T4 間均不存在顯著的差異；同時(shí)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)T1、T3 的脲酶活性分別高于T2、T4。這可充分說(shuō)明添加有機(jī)肥，對(duì)麥田土壤脲酶活性的影響并不大，而充分供水的影響較大。

表1 土壤酶活性

通過分析發(fā)現(xiàn)不同的處理方法，也會(huì)影響到過氧化氫酶、土壤蔗糖酶及堿性磷酸酶活性。研究結(jié)果表明經(jīng)T1處理的上述各項(xiàng)均衡較高。在水分管理?xiàng)l件一樣的情況下，對(duì)比T3、T4，T1 與T3 處理的上述指標(biāo)的活性均較高，且其差異顯著水平大。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)假設(shè)施肥條件一樣，則經(jīng)過T1，T3 處理的上述活性也遠(yuǎn)高于T2，T4，且其中存在較大的差異性。對(duì)比僅施加常規(guī)肥的情況，如施加有機(jī)肥，則上述各項(xiàng)活性較高；對(duì)比水分脅迫的措施，如果供水充分，則土壤酶的活性顯著提高。在水分管理相同的情況下，分析氧化氫酶活性可知，如果供水措施充分，則土壤酶活性可顯著提高。在水分管理同樣的情況下，對(duì)比T3 處理，T1 處理的過氧化氫酶活性較高；而T2低于T4，且差異十分顯著。綜上所述，在保證供水充分的情況下，對(duì)比常規(guī)施用化肥，施用有機(jī)肥更有利于提高過氧化氫酶活性。但是如果水分脅迫，則與之相反。

2.2 各處理對(duì)麥田土壤微生物多樣性的影響

如表2 所示，各處理覆蓋值均高于95%，這表明該次測(cè)序結(jié)果可一定程度說(shuō)明多樣性的微生物。通過分析多樣性指數(shù)，如Shannon、Simpson 等表明4 個(gè)處理間的多樣性指數(shù)都有較大的差異性。一般認(rèn)為Shannon 指數(shù)越高，則表明樣本具有多樣性[6]。

表2 各處理的群落結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)

通過上述2 個(gè)指標(biāo)分析可以看出：從土壤微生物多樣性的角度分析，T1 處理與其他3 個(gè)處理方式存在顯著的差異性，其土壤微生物多樣性最高，最低的是T4。綜上，相較于施用常規(guī)肥，施加有機(jī)肥，可顯著提高土壤生物多樣性，同時(shí)在供水充分的情況下，其作用更為明顯。與此同時(shí)處理方法不同，其豐富度、均勻度也會(huì)有較大的差異性。對(duì)比T4 處理，T2 處理的這2 個(gè)指標(biāo)均較高，這說(shuō)明相較于施用常規(guī)化肥，施用有機(jī)肥能夠使微生物顯著提高均勻度與豐富度；同時(shí)對(duì)比T2 處理，T1 處理較高，對(duì)比T4 處理，T3 處理也較高。這能夠充分說(shuō)明相較于水分脅迫，供水充分更有利于微生物提高均勻度、豐富度。綜上Evenness、Evenness 和Shannon、Shannon、Richness 等 多 樣性指數(shù)分析可知，施加有機(jī)肥能夠使微生物的豐富度、均勻度都得到提高，讓小麥根際土壤微生物的多樣性得以改善，且對(duì)比水分脅迫的情況下，供水充分的改善效應(yīng)更為顯著。

3 結(jié)論

在供水充足的情況下，施加有機(jī)肥的意義重大。此舉能夠讓土壤顯著提高酶活性，具體體現(xiàn)過氧化氫酶、纖維素酶等方面。同時(shí)對(duì)比水分脅迫的情況，能夠保證供水充分，則提高土壤酶活性的情況更為顯著。換言之，如果水分脅迫，則是否施加有機(jī)肥，對(duì)土壤的該值影響并不大，即作用較弱。具體體現(xiàn)在微生物豐富度、均勻度以及小麥根際土壤微生物多樣性等方面。綜上所述，要改善微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤酶活性，就必須保證水分合理供應(yīng)，并施加有機(jī)肥，要正確把控作物需肥、需水期。