高彥婷，楊昌鈺，張 芮*，藺寶軍，董 博，李紅霞

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利水電工程學(xué)院，蘭州 730070；2.大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司，甘肅 酒泉 735000；3.甘肅農(nóng)業(yè)科學(xué)院，蘭州 730070）

0 引 言

【研究意義】甘肅河西綠洲灌區(qū)位于西北干旱內(nèi)陸河流域，晝夜溫差大，無霜期長，光熱資源豐富，為溫室葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有利的條件，該區(qū)溫室葡萄曾獲中國農(nóng)學(xué)會葡萄分會全國晚熟、晚采優(yōu)質(zhì)金獎，通過了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部有機(jī)食品認(rèn)證。目前，該區(qū)溫室葡萄面積約占全國延遲栽培總面積的90%左右[1]，是當(dāng)?shù)刂е詢?yōu)勢特色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。葡萄是一種對水分需求較大的作物，但該區(qū)年降水量僅35～200 mm，干旱缺水成為制約該區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。

【研究進(jìn)展】土壤為植物生長提供必要的養(yǎng)分和水分，土壤微生物在植物與土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動中起到驅(qū)動作用[2]。微生物生長代謝受諸多因素的影響[3]，土壤水分是重要因素之一[4]。研究表明，土壤缺水會導(dǎo)致土壤微生物碳、氮需求量的增加，對其存活不利[5]；干旱脅迫下土壤微生物代謝速率、活性及數(shù)量均會降低[6]；灌水量過多會削弱部分土壤微生物活性，不利于土壤健康狀況[7]?？梢姡己玫耐寥浪謼l件是微生物群落發(fā)展的優(yōu)勢驅(qū)動力。

微生物碳源代謝多樣性是衡量土壤質(zhì)量及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要生物學(xué)指標(biāo)[8]。通常情況下，微生物遺傳多樣性越高，越有能力利用更多的碳源[9]。以往的研究，困于微生物學(xué)的技術(shù)和方法，大多從數(shù)量方面入手來分析土壤微生物在組成和區(qū)系上的變化[10]。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，土壤微生物研究有了極大的發(fā)展，尤其在微生物活性隨CO2、溫度等環(huán)境因子的變化及對農(nóng)藥、耕種方式、施肥及植被類型等響應(yīng)關(guān)系的研究領(lǐng)域取得了大量成果[11-12]。研究表明，土壤微生物對環(huán)境的作用主要通過群落代謝功能差異性實(shí)現(xiàn)[13]。Biolog作為目前最常用來研究土壤微生物群落功能多樣性的方法，具有簡單、快速等優(yōu)點(diǎn)[14],其中Biolog-ECO板主要通過分析微生物群落水平的生理特征得出其碳源利用能力，而碳源利用能力大小可表征微生物群落差異性[15]。

滴灌技術(shù)具有高效節(jié)水、增產(chǎn)調(diào)質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)?！厩腥朦c(diǎn)】目前，國內(nèi)外關(guān)于水分調(diào)控影響作物生長、光合作用以及通過調(diào)虧措施實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)產(chǎn)方面的研究報道較多[16]，但關(guān)于水分脅迫對作物根際土壤微環(huán)境影響方面的研究較少；對設(shè)施土壤的研究主要集中在微生物類群和主要功能菌群方面[17]，設(shè)施栽培滴灌技術(shù)和調(diào)虧灌溉的研究也較多，但設(shè)施作物根際土壤生態(tài)環(huán)境對水分脅迫響應(yīng)機(jī)制的研究卻鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過西北半干旱區(qū)溫室葡萄大田試驗(yàn)，研究水分脅迫對根際土壤基本理化性質(zhì)及微生物碳源代謝活性的影響，以期為科學(xué)合理地調(diào)控根際生態(tài)環(huán)境，最大限度地發(fā)揮土壤水分-微生物-葡萄的整體系統(tǒng)功能，為揭示該區(qū)溫室葡萄滴灌節(jié)水增產(chǎn)機(jī)理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年2月—2020年1月在甘肅省蘭州市永登縣設(shè)施葡萄栽培試驗(yàn)基地（102°38′E，36°12′N）日光溫室進(jìn)行，該區(qū)海拔2 005 m，屬典型的冷涼型半干旱大陸季風(fēng)氣候，室外年平均氣溫5.9 ℃，年均日照時間2 660 h，平均無霜期121 d，年均蒸發(fā)量4 500 mm，降水量約281 mm。供試土壤類型主要為壤土，0～20 cm田間持水率θf為29.2%，體積質(zhì)量為1.41 g/cm3，土壤pH值為8.15。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料選用樹齡6 a的當(dāng)?shù)刂髟云咸选凹t地球”，行向垂直溫室走向種植于8 m×80 m的土墻草簾塑料溫室大棚（單臂Y型矮單籬架式），行距2.0 m，株距0.8 m，每行9株。采用單因素完全隨機(jī)試驗(yàn)，全生育期土壤水分設(shè)3個梯度：中度脅迫處理（W1）、輕度脅迫處理（W2）和充分供水對照（CK），每個處理3次重復(fù)，葡萄生育期劃分見表1。

表1 葡萄生育期劃分Table 1 Growth period division

試驗(yàn)采用滴灌，1管1行控制，滴頭流量3 L/h。當(dāng)W1、W2處理和CK實(shí)測土壤含水率（0～100 cm平均值）占田間持水量（θf）的55%、65%和75%時灌水，灌水定額均為270 m3/hm2，灌水后CK土壤含水率達(dá)到θf，W1、W2處理分別達(dá)到θf的80%和90%。小區(qū)邊界處垂直鋪設(shè)1 m深2 mm厚的聚乙烯土工膜防止土壤水?dāng)U散。所有處理施肥、修剪、病蟲害防治及除草等農(nóng)藝措施均相同。2月24日施基肥（雞糞）5 000 kg/hm2，各處理施磷酸二銨2 kg，碳酸氫銨4 kg；6月16日各處理施磷酸二銨1 kg，農(nóng)業(yè)用硝酸銨鈣0.8 kg，有機(jī)肥0.8 kg，硫酸鉀鎂0.5 kg；8月16日各處理施磷酸二銨0.8 kg，農(nóng)業(yè)用硝酸銨鈣0.8 kg，有機(jī)肥0.8 kg，硫酸鉀鎂0.6 kg。

1.3 測試指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤樣品采集

在各小區(qū)的第2、5、8棵葡萄樹同側(cè)距主干橫向20～30 cm各選1個測點(diǎn)，各點(diǎn)縱深10、20、40、60、80、100 cm處取土樣，烘干法測定相應(yīng)深度處土壤含水率，取算術(shù)平均值作為測點(diǎn)含水率，小區(qū)含水率取3個測點(diǎn)平均值。全生育期每10 d取樣1次，灌水前后土壤含水率接近灌水控制下限值時加測。

根據(jù)實(shí)際情況分別于6月15日（新梢生長期末開花期始）、8月15日（果實(shí)膨大期）和10月15日（著色成熟期）分3批取樣。各小區(qū)同側(cè)距離葡萄主干根系15 cm處隨機(jī)設(shè)5個采樣點(diǎn)，去除表面凋落物和雜質(zhì)，用土鉆取20 cm深處土壤，5點(diǎn)中和充分混勻后過2 mm篩，分2份裝入無菌保鮮袋冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室，1份置于室溫風(fēng)干用于基本理化指標(biāo)測定；1份置于4 ℃冰箱冷藏于1周內(nèi)做碳源代謝活性鮮樣分析。

1.3.2 土壤基本理化性質(zhì)測定

土壤有機(jī)質(zhì)量采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮量采用凱氏定氮法測定，全磷量采用酸溶-鉬銻抗比色法測定，速效磷量采用鹽酸—硫酸浸提法測定，硝態(tài)氮量及銨態(tài)氮量采用紫外分光光度法測定[18]。

1.3.3 土壤微生物碳源代謝能力測定

取5 g（當(dāng)量干質(zhì)量）的活化土樣（25 ℃條件下活化24 h）加入45 mL的0.9 mol/L的NaCl溶液（預(yù)先高溫滅菌）置于旋渦振蕩器（200 r/min）震蕩30 min，靜置10 min后取適量上清液用NaCl溶液（0.9 mol/L）稀釋至1 000倍制成接種液。ECO板培養(yǎng)基孔中加接種液150 μL，每個樣品重復(fù)3次。接種好的微孔板放入25 ℃恒溫培養(yǎng)箱，分別于12、24、36、48、60、72、84、96、120、144、168 h和192 h由微孔板讀數(shù)儀（ELx808BLG-biolog）自動測定吸光度，測定波長分別為590 nm（顏色+濁度）和750 nm（濁度）[19]。

1.4 指標(biāo)計(jì)算

1.4.1 土壤微生物碳源代謝活性計(jì)算

用微孔板每孔平均吸光值（Average well color development,AWCD）表征土壤微生物碳源代謝活性，其值越大表明活性越強(qiáng)[20]，計(jì)算如式（1）所示。

式中：Ci為測定的31個碳源孔590 nm與750 nm下吸光度值之差，數(shù)值小于0.06按0處理；R為對照孔吸光度值，若C-R為負(fù)值則按0處理[21]；n為碳源數(shù)目，試驗(yàn)中取31。

1.4.2 土壤微生物群落功能多樣性指標(biāo)計(jì)算

選用Shannon-Wiener指數(shù)（H'）和Mc Intosh指數(shù)（U）表征土壤微生物功能多樣性，根據(jù)192 h各碳源吸光值數(shù)據(jù)計(jì)算各處理H'和U，計(jì)算式為[22]：

式中：ni為第i孔相對吸光值(Ci-Ri)；Pi為第i孔相對吸光值與所有微平板相對吸光值總和的比值，即ni/∑ni。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2010和SPASS 21.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄根際土壤理化性質(zhì)對水分脅迫的響應(yīng)

不同脅迫水平下，溫室葡萄根際土壤理化性質(zhì)變化趨勢不同（表2）。全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)儲量在整個生育期內(nèi)基本保持穩(wěn)定，隨時間和水分梯度均無顯著變化。硝態(tài)氮和氨態(tài)氮隨時間呈先增大后減小的趨勢，均在果實(shí)膨大期（8月15日）達(dá)到最大值,且顯著高于新梢生長期（6月15日）和著色成熟期（10月15日）。氨態(tài)氮量整個生育期、各脅迫處理間差異均不顯著。硝態(tài)氮量，新梢生長期W1處理和W2處理顯著低于CK；果實(shí)膨大期W1處理依舊顯著低于CK，但W2處理與CK差異不顯著；著色成熟期各處理間均無顯著性差異。速效磷呈先增大后穩(wěn)定的變化趨勢。新梢生長期至果實(shí)膨大期，W1處理速效磷含量始終顯著低于CK，但W2處理與CK和W1處理間均無顯著性差異；著色成熟期，各處理間差異均不顯著。

表2 滴灌不同水分脅迫下土壤基本理化性質(zhì)Table 2 Basic soil physical and chemical properties under different water stress under drip irrigation

2.2 水分脅迫對溫室葡萄生長發(fā)育的影響

各處理溫室葡萄生長發(fā)育情況見表3。W2處理各生長指標(biāo)均最大，W1處理均最小。產(chǎn)量和單果鮮質(zhì)量，W2處理較CK分別高出11.95%、2.62%，W1處理較CK分別降低0.26%、8.58%。W2處理徑粗增長速率較CK快12.77%，W1處理則慢29.79%，W1、W2處理徑長增長速率均較CK快2.32%，差異均不顯著。表明輕度水分脅迫對葡萄增產(chǎn)有益，中度脅迫則減產(chǎn)，但水分變化對葡萄徑粗徑長影響相對較小。

表3 水分脅迫下葡萄生長指標(biāo)Table 3 Grape growth indicators under water stress

2.3 葡萄根際土壤微生物碳源代謝功能對水分脅迫的響應(yīng)

2.3.1 葡萄根際土壤微生物AWCD的變化

由圖1可知，各處理AWCD值隨培養(yǎng)時間的延長均呈增大趨勢。24 h以內(nèi)，AWCD均小于0.005，表明該時段內(nèi)土壤微生物對碳源利用率極低；24 h后AWCD值迅速增大；96 h后增大速率再次加劇，即：微生物對碳源利用能力隨培養(yǎng)時間的延長急速提升。綜合分析整體培養(yǎng)過程中3個生育期AWCD變化趨勢，各處理AWCD值新稍生長期>著色成熟期>果實(shí)膨大期，可能由于土壤溫度變化引起微生物活性變化，進(jìn)而導(dǎo)致土壤微生物利用碳源整體能力出現(xiàn)差異。

圖1 土壤微生物碳源代謝動力學(xué)特征隨時間的變化Fig.1 Metabolic kinetics of soil microbial carbon source at different cultivation times

6月15日（圖1（a）），AWCD值在培養(yǎng)84 h后均表現(xiàn)為W2處理>W1處理>CK，且在84、168 h，W2處理與CK的AWCD值間差異均顯著（P<0.05）；84～168 h，W2處理和W1處理的AWCD值急劇增大，表明該時段內(nèi)微生物對碳源的利用量明顯增加；168 h后W2、W1處理的碳源利用趨于穩(wěn)定，CK則繼續(xù)增大。8月15日（果實(shí)膨大期），AWCD值在24～48 h內(nèi)表現(xiàn)為CK>W1處理>W2處理，60～96 h內(nèi)表現(xiàn)為W1處理>CK>W2處理，120～192 h內(nèi)表現(xiàn)為W1處理>W2處理>CK，各處理差異均不顯著（P<0.05），表明果實(shí)膨大期，隨水分脅迫時間的延長，脅迫程度越強(qiáng)對微生物碳源利用能力提升越有利。10月15日（著色成熟期），AWCD值在24～192 h內(nèi)均表現(xiàn)為W1處理>CK>W2處理，除36 h的W1處理與W2處理的AWCD值差異顯著，與CK均無顯著差異外，其余時段各處理均無顯著差異；192 h的W1處理與W2處理的AWCD值分別與CK相差0.91%、2.07%。下文有關(guān)微生物碳源利用進(jìn)一步分析的參數(shù)，均選用微生物代謝活性旺盛的192 h的AWCD值計(jì)算獲得。

2.3.2 葡萄根際土壤微生物群落功能多樣性分析

土壤微生物群落多樣性指數(shù)分析（表4）表明，隨著時間的推移（6月15日―10月15日），除W2處理的H'指數(shù)和CK的U指數(shù)呈先減小后增大的變化外，其余處理H'和U指數(shù)基本呈減小的趨勢。6月15日，各處理U指數(shù)大小排序?yàn)椋篧2處理>W1處理>CK，W1處理和W2處理與CK的U指數(shù)差異顯著（P<0.05），W2處理和CK與W1處理的H'指數(shù)差異顯著（P<0.05）；8月15日，各處理U指數(shù)大小排序?yàn)椋篧1處理>W2處理>CK，W1處理和W2處理與CK的U指數(shù)差異顯著（P<0.05），各處理H'數(shù)不存在顯著性差異；10月15日，各處理U指數(shù)大小排序?yàn)椋篧1處理>W2處理>CK，各處理U和H'指數(shù)均不存在顯著性差異。

表4 水分脅迫下葡萄根際土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)變化Table 4 Functional diversity index of grape rhizosphere soil microbial community under different water stress treatment

2.3.3 葡萄根際土壤微生物對6類碳源利用能力分析

基于化學(xué)基團(tuán)的性質(zhì)，將ECO板上的31種碳源分成單糖糖苷聚合糖類、氨基酸類、醇類、醇類、胺類、酸類等6類，不同水分梯度下葡萄根際土壤6類碳源的貢獻(xiàn)率不同（圖2）。總體而言，單糖糖苷聚合糖類、氨基酸類、醇類、酸類貢獻(xiàn)率較大，而胺類貢獻(xiàn)率較小，酯類貢獻(xiàn)率最小。6月15日W1處理和CK的土壤對6類碳源的選擇性明顯強(qiáng)于W2處理，表明W2處理的微生物種類較為豐富；同理，8月15日W1處理的微生物種類較W2處理、CK更加豐富，W2處理的葡萄根際土壤微生物對醇類的利用率明顯增強(qiáng)，達(dá)38.7%。10月15日CK的微生物種類最為單一，而W1、W2處理下6類碳源占比較為均衡，土壤微生物種類較豐富，且二者差異較小。

圖2 不同水分脅迫處理下葡萄根際土壤6類碳源貢獻(xiàn)率Fig.2 Contribution rate of 6 carbon sources of grape rhizosphere soil under different water stress treatments

水分脅迫下，葡萄根際土壤6類碳源平均吸光值如圖3所示。葡萄新梢生長期末（6月15日），W2處理的氨基酸類和酸類碳源的吸光值顯著（P<0.05）高于W1處理和CK；W1處理和W2處理的胺類碳源吸光值顯著高于CK（P<0.05），但W1處理和W2處理間不存在顯著性差異；W2處理的酯類碳源的吸光值最大，顯著高于W1處理（P<0.05），但與CK差異不顯著；各處理在其余幾類碳源中不存在顯著性差異。果實(shí)膨大期（8月15日），W2處理的醇類碳源吸光值顯著高于W1處理和CK（P<0.05）；W1處理的單糖糖苷聚合糖類、氨基酸類、酯類、胺類碳源吸光值均高于W2處理、CK，但三者差異不顯著。著色成熟期（10月15日），充分供水抑制了土壤微生物對酯類碳源的利用，CK的酯類碳源吸光值顯著（P<0.05）低于W1、W2處理；各處理在其他幾類碳源中不存在顯著性差異。

圖3 不同水分脅迫處理葡萄根際土壤6類碳源平均吸光值Fig.3 Average light absorption values of 6 carbon sources in grape rhizosphere soil under different water stress

2.3.4 葡萄根際土壤微生物對31種碳源利用能力析

不同水分脅迫處理葡萄根際土壤微生物對31種碳源的利用情況如圖4所示。6月15日，W1處理的葡萄根際土壤微生物對葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖、甘氨酰-L-谷氨酸、r-羥基丁酸的利用能力較強(qiáng)，對D-木糖、β-甲基D-葡萄糖苷、肝糖、L-精氨酸、L-苯基丙氨酸、吐溫80、D-半乳糖酸γ內(nèi)酯、D，L-a-甘油、腐胺、D-蘋果酸的利用能力較弱；W2處理的葡萄根際土壤微生物對葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖、L-天冬酰胺酸、甘氨酰-L-谷氨酸、4-羥基苯甲酸、r-羥基丁酸的利用能力較強(qiáng)，對β-甲基D-葡萄糖苷、吐溫80、D-半乳糖酸γ內(nèi)酯、I-赤藻糖醇、腐胺、D-氨基葡萄糖酸的利用能力較弱；CK的葡萄根際土壤微生物對葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖的利用能力較強(qiáng)，對D-木糖、β-甲基D-葡萄糖苷、L-苯基丙氨酸、吐溫80、D-半乳糖酸γ內(nèi)酯、苯乙基胺、腐胺、D-半乳糖醛酸、D-氨基葡萄糖酸的利用能力較弱。

圖4 葡萄根際土壤微生物對31種碳源的利用Fig.4 Utilization of 31 carbon sources by grapevine rhizosphere soil microorganisms under different water stress treatments

8月15日，W1處理的葡萄根際土壤微生物對葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖、L-蘇氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸、r-羥基丁酸的利用能力較強(qiáng)，對D-木糖、β-甲基D-葡萄糖苷、肝糖、L-苯基丙氨酸、L-絲氨酸、吐溫80、D-半乳糖酸γ內(nèi)酯、腐胺、D-半乳糖醛酸、D-氨基葡萄糖酸、衣康酸、D-蘋果酸的利用能力較弱；W2處理的微生物對G2：葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖、甘氨酰-L-谷氨酸、I-赤藻糖醇、D-甘露醇、4-羥基苯甲酸、r-羥基丁酸的利用能力較強(qiáng)，對D-木糖、D-蘋果酸、肝糖、L-精氨酸、L-苯基丙氨酸、吐溫80、腐胺、D-半乳糖醛酸、D-氨基葡萄糖酸、β-甲基D-葡萄糖苷的利用能力較弱；CK的微生物對葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖、甘氨酰-L-谷氨酸的利用能力較強(qiáng)，對D-木糖、β-甲基D-葡萄糖苷、L-精氨酸、L-苯基丙氨酸、L-絲氨酸、吐溫80、D-半乳糖酸γ內(nèi)酯、D,L-a-甘油、腐胺、D-半乳糖醛酸、D-氨基葡萄糖酸的利用能力較弱。

10月15日，W1處理的葡萄根際土壤微生物對葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖、L-蘇氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸、r-羥基丁酸的利用能力較強(qiáng)，對D-木糖、β-甲基D-葡萄糖苷、肝糖、L-精氨酸、L-苯基丙氨酸、L-絲氨酸、吐溫80、D-半乳糖酸γ內(nèi)酯、D，L-a-甘油、腐胺、D-半乳糖醛酸、D-氨基葡萄糖酸、a-基D-葡萄糖苷、肝糖、L-精氨酸、L-苯基丙氨酸、L-絲氨酸、吐溫80、D-半乳糖酸γ內(nèi)酯、D，L-a-甘油、苯乙基胺、腐胺、D-氨基葡萄糖酸、2-羥苯甲酸、a-丁酮酸的利用能力較弱；CK處理的葡萄根際土壤微生物對葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖、甘氨酰-L-谷氨酸、r-羥基丁酸的利用能力較強(qiáng)，對D-木糖、L-精氨酸、L-苯基丙氨酸、吐溫80、D-半乳糖酸γ內(nèi)酯、腐胺、D-氨基葡萄糖酸的利用能力較弱。

2.3.5 葡萄根際土壤微生物碳源主成分分析

對31種碳源的吸光值進(jìn)行主成分分析，得出6個主成分的方差貢獻(xiàn)率達(dá)到90.15%，解釋了土壤微生物功能代謝差異性的絕大部分。初始載荷值反映了主成分與碳源利用的相關(guān)系數(shù)，載荷因子的高低能夠表征碳源對主成分貢獻(xiàn)的大小。31種碳源在6個主成分上的載荷值見表5，可以看出，與第一主成分PC1相關(guān)性較高的碳源（荷載絕對值＞0.5）有14種，其中單糖糖苷聚合糖類1種、氨基酸類3種、酯類、醇類各1種，胺類1種、羧酸類7種；與PC2相關(guān)性較高的碳源有6種，其中單糖糖苷聚合糖類4種、酯類2種；與PC3相關(guān)性較高的碳源有5種，其中單糖糖苷聚合糖類、氨基酸類、酯類、醇類、酸類各1種；與PC4相關(guān)性較高的碳源有5種，其中單糖糖苷聚合糖類2種、氨基酸類、酯類、酸類各1種。綜合與前6個主成分相關(guān)性較高的碳源類型發(fā)現(xiàn)，使土壤微生物群落代謝特征產(chǎn)生分異的主要碳源是單糖糖苷聚合糖類、氨基酸類、胺類和酯類。

表5 不同碳源的主成分荷載因子Table 5 Principal component load factors of different carbon sources

2.4 土壤理化指標(biāo)與AWCD、U和H′間相關(guān)分析

將土壤各理化指標(biāo)與192 h的AWCD值和群落多樣性指數(shù)U、H′進(jìn)行相關(guān)分析（表6）。6月15日（新梢生長期），AWCD與指數(shù)U（r=0.93）極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；8月15日（果實(shí)膨大期），AWCD與指數(shù)U（r=0.93）、全氮（r=0.8）極顯著正相關(guān)（r=0.93）（P＜0.01），與硝態(tài)氮（r=-0.75）顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），指數(shù)U與硝態(tài)氮（r=-0.76）、有機(jī)質(zhì)（r=-0.68）顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），指數(shù)H'與全磷（r=0.76）顯著正相關(guān)（P＜0.05）；10月15日（著色成熟期），AWCD與指數(shù)U（r=0.97）極顯著正相關(guān)（P＜0.01）、與指數(shù)H'（r=0.67）顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

表6 土壤理化指標(biāo)與AWCD、U和H′之間的相關(guān)性Table 6 Correlation between soil physical and chemical indexes and AWCD,U and H′

3 討 論

AWCD值的大小可表征土壤微生物對碳源的利用程度，間接反映土壤微生物活性大小。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時間的延長（12～192 h），微生物對碳源的整體利用程度持續(xù)增強(qiáng)，這與夏品華等[23]研究得出AWCD值隨時間大致呈“S”型變化結(jié)果有差別，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)中培養(yǎng)時間不夠長，AWCD值發(fā)展不夠充分所致。培養(yǎng)初期（12～24 h），各處理間AWCD值均較小且差異不明顯，可能是緣于種類不同的微生物生長速度存在差異，生長較慢的微生物（如自生固氮菌、硝化和亞硝化細(xì)菌等）在培養(yǎng)初期沒有完全增殖所致[24]。24 h后，微生物數(shù)量迅速增長，AWCD值逐漸增大，微生物對碳源的利用程度逐漸增強(qiáng)，這與裴振等[25]研究結(jié)果相似。

水分條件是干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中的決定性因子之一，其變化會顯著影響諸如微生物種群數(shù)量及其活動規(guī)律、分布特征等土壤物化循環(huán)和微生物活性指標(biāo)[26-27]。指數(shù)H′和U能夠從微生物種類和數(shù)量2個方面體現(xiàn)土壤微生物碳源代謝差異和功能多樣性。研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫在溫室葡萄各生育期對根系土壤中微生物種類和數(shù)量影響差異較大。相較于充分供水，新梢生長期輕度脅迫下土壤微生物種類更加豐富；果實(shí)膨大期中度脅迫下土壤微生物種類更豐富；著色成熟期，輕度和中度脅迫條件下土壤微生物種類均較豐富，但差異不顯著。而在新梢生長期，中度脅迫土壤微生物數(shù)量顯著低于輕度脅迫和充分供水。因?yàn)槠咸焉L初期，充分供水不利于土壤中部分微生物增殖，微生物種類減少；中度水分脅迫能夠抑制微生物增殖速度，微生物數(shù)量有所減少。這與Moyano等[28]、王義祥等[29]研究結(jié)論相似，即土壤相對含水率在60%～70%范圍內(nèi)時，作物根際土壤部分微生物數(shù)量最多、活性較強(qiáng)。到著色成熟期時，各處理間土壤微生物種類和數(shù)量沒有顯著差異，表明土壤微生物對水分脅迫環(huán)境有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。各處理土壤微生物指數(shù)U變化過程與其AWCD值變化規(guī)律基本一致，即新梢生長期，輕度水分脅迫處理的AWCD值明顯高于中度水分脅迫和充分供水處理，說明該階段輕度水分脅迫能顯著提高土壤微生物代謝水平，但是隨著脅迫時間的延長，到果實(shí)膨大期和著色成熟期，中度水分脅迫處理的AWCD值均高于其他處理，但均無顯著性差異。

主成分分析發(fā)現(xiàn)，土壤微生物在不同種類的碳源利用能力方面存在較大差異。脅迫前期（新梢生長期），輕度脅迫處理土壤微生物碳源利用能力最高，脅迫中、后期中度水分脅迫處理土壤微生物碳源利用能力最高；中度水分脅迫和充分供水處理土壤微生物對第一主成分代表的碳源利用程度較高，即中度水分脅迫有助于提高土壤微生物對第一主成分代表的碳源利用程度。全生育期內(nèi)，土壤微生物對單糖糖苷聚合糖類、氨基酸類、醇類、酸類碳源利用程度較高。相關(guān)分析表明，土壤全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)及指數(shù)H′對土壤微生物碳源代謝影響較大，指數(shù)U是土壤微生物碳源代謝活性的決定性指標(biāo)。

溫室葡萄根際土壤碳源代謝與根際土壤微生物生長呈正相關(guān)，適時適度控水可以促使土壤呼吸增強(qiáng)[30]，有利于增加微生物活性，促進(jìn)碳源代謝能力。也有學(xué)者對碳的輸入和分解2個相反的代謝過程存在不同的觀點(diǎn)[31]，產(chǎn)生分歧的主要原因是缺乏植物-土壤等不同界面過程碳交換量同時定量研究。因此，加強(qiáng)灌溉調(diào)控對土壤碳代謝和儲量、植物生產(chǎn)力的同期測定以及不同界面過程影響機(jī)理的探討，對于準(zhǔn)確預(yù)測與科學(xué)認(rèn)知水分調(diào)控對土壤碳源及植物碳代謝實(shí)際影響具有重要意義。對于不同水分脅迫下葡萄生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的形成等后期可進(jìn)一步觀測，有待形成水-根際土壤-植物有機(jī)整體，來系統(tǒng)闡述水分調(diào)控對其影響機(jī)制。

4 結(jié) 論

1）全生育期輕度脅迫有利于產(chǎn)量提升，重度脅迫則減產(chǎn)。中度和輕度水分脅迫處理均能提升土壤微生物利用碳源多樣性，提高土壤微生物碳源代謝能力。

2）促使土壤微生物群落代謝特征產(chǎn)生分異的主碳源是單糖糖苷聚合糖類、氨基酸類、胺類和酯類。

3）脅迫條件下土壤微生物對酯類碳源的利用最低，胺類碳源次之，對單糖糖苷聚合糖類、氨基酸類、醇類、酸類碳源利用相當(dāng)；對葡萄糖-1-磷酸鹽、D-纖維二糖、甘氨酰-L-谷氨酸、I-赤藻糖醇、4-羥基苯甲酸、r-羥基丁酸等6種碳源利用程度較高。