不同覆蓋條件下旱稻土壤微生物區(qū)系及酶活性研究

劉秀英 (漳州師范學(xué)院外語系，福建 漳州 363000；江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心，江西 南昌 330045)

黃國勤(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心，江西南昌330045；中國井岡山干部學(xué)院教學(xué)科研部，江西井岡山343600)

不同覆蓋條件下旱稻土壤微生物區(qū)系及酶活性研究

劉秀英 (漳州師范學(xué)院外語系，福建 漳州 363000；江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心，江西 南昌 330045)

黃國勤(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心，江西南昌330045；中國井岡山干部學(xué)院教學(xué)科研部，江西井岡山343600)

對不同覆蓋條件下旱稻試驗(yàn)地土壤微生物區(qū)系及酶活性的研究結(jié)果表明，不同覆蓋條件為微生物提供了特殊的土壤生態(tài)環(huán)境，使土壤物理性狀發(fā)生了一定變化。在旱稻生育期，秸稈覆蓋和地膜覆蓋比不覆蓋土壤中好氣性細(xì)菌、真菌等8種微生物數(shù)量以及微生物總數(shù)有明顯增加；秸稈覆蓋和地膜覆蓋比不覆蓋土壤中蔗糖酶、蛋白酶等5種土壤酶活性有明顯增強(qiáng)。在所有覆蓋條件下，秸稈覆蓋的效果較好。

旱稻；秸稈覆蓋；地膜覆蓋；土壤微生物區(qū)系；土壤酶活性

紅壤旱地是我國南方重要的農(nóng)業(yè)土壤資源。深度開發(fā)和合理利用紅壤旱地資源,不僅在我國南方農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中占有重要戰(zhàn)略地位，而且一直是我國南方農(nóng)業(yè)大發(fā)展的重要方向和研究重點(diǎn)[1～3]。近年來，覆蓋栽培作為紅壤旱地保護(hù)性耕作措施之一，日漸受到人們的廣泛應(yīng)用[4～10]。目前，地膜覆蓋和秸稈覆蓋是旱地保護(hù)性耕作的2種主要措施。國內(nèi)外試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，旱地覆蓋栽培具有減少地表徑流、保持土壤水分、調(diào)節(jié)土溫、提高土壤肥力、保持土壤疏松等作用[11，12]。土壤微生物是土壤的重要組成部分，它對土壤肥力的形成及植物營養(yǎng)轉(zhuǎn)化起著積極作用，但在旱稻覆蓋條件下，土壤微生物的區(qū)系及酶活性研究鮮見報(bào)道。本研究旨在通過分析旱稻不同覆蓋后土壤環(huán)境條件與微生物組成及酶活性的關(guān)系，在一定程度上推斷土壤肥力發(fā)育的程度和發(fā)展趨勢，培肥土壤，為覆蓋栽培技術(shù)在南方地區(qū)紅壤旱地的合理應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2005年在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園(原農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站)紅壤旱地上進(jìn)行，地處東經(jīng)115055′02.040E，北緯28046′04.476N。年均溫為17.6 ℃，日均溫≥10 ℃的活動積溫達(dá)5 600 ℃，持續(xù)天數(shù)255 d。年平均日照總輻射量為114.39 kcal/cm2，年平均日照時(shí)數(shù)為1 820.4 h，無霜期約272 d，年降水量1 624.4 mm。土壤為第四紀(jì)紅粘土發(fā)育的紅壤，地形為崗地。于2005年4月25日至10月8日進(jìn)行。旱稻品種為‘中旱3號’。前作玉米收獲后統(tǒng)一翻耕，4月25日播種旱稻，條播，行距為30 cm，播種量為30 kg/hm2。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：對照(CK)，不加地膜和秸稈；加地膜處理(簡稱P)，在旱稻播種前覆蓋，旱稻出苗后挖小洞以利于出苗，后自然覆蓋至成熟；加秸稈處理(簡稱S)，以干的水稻秸稈為材料，在旱稻出苗時(shí)覆蓋，覆蓋量為16 000 kg/hm2。每個(gè)處理重復(fù)3次，共9個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為33.3 m2，田間隨機(jī)區(qū)組排列。

施鈣鎂磷肥375 kg/hm2(基肥)，氯化鉀225 kg/hm2(基肥∶苗肥∶孕穗肥= 3∶3∶4)，尿素450 kg/hm2(基肥∶苗肥∶孕穗肥= 2∶3∶5)。在播種和施基肥后，分別用地膜、水稻秸稈覆蓋旱稻田，以不覆蓋作為對照。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)植溝灌水量、施肥量及其他田間管理一致。8月29日收獲旱稻。

1.2 供試土樣

分別在旱稻分蘗盛期、抽穗期和黃熟期進(jìn)行采樣，于各試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)取5個(gè)樣點(diǎn)土壤的混和樣品進(jìn)行微生物區(qū)系分析；用滅菌器具按S型多點(diǎn)取0～20 cm耕作層土樣，將采集的土壤樣品，放在陰涼處，攤開晾干，然后剔出植物殘?bào)w、石塊和其它的雜物。將風(fēng)干的土樣磨碎，通過1 mm篩孔的土樣用來測定土壤酶活性。

1.3 測定方法

(1)土壤微生物區(qū)系分析 按照《土壤微生物分析手冊》[13]進(jìn)行。土壤微生物菌量計(jì)數(shù)：細(xì)菌、放線菌、真菌、氨化細(xì)菌、好氣性自生固氮菌數(shù)量的測定采用平板培養(yǎng)測數(shù)法，培養(yǎng)基分別為牛肉膏蛋白胨瓊脂、高氏一號培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基、牛肉汁蛋白胨瓊脂和改良瓦克斯曼77號培養(yǎng)基。硝化細(xì)菌、磷細(xì)菌和纖維素分解菌數(shù)量的測定采用液體稀釋法，培養(yǎng)基分別為斯蒂芬遜、蒙吉娜卵磷脂和依姆歇茨基纖維素分解菌等培養(yǎng)基。

(2)土壤酶活性指標(biāo)測定 過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法；蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法；酸性磷酸酶采用苯磷酸二鈉比色法；脲酶采用奈氏比色法；蛋白酶采用茚三酮比色法。

(3)土壤溫度測定 分別在苗期、分蘗盛期、乳熟期時(shí)，使用最高、最低溫度計(jì)和曲管溫度計(jì)，測定每天不同處理土壤平均溫度。具體包括：0 cm、5 cm、15 cm、20 cm不同深度土壤溫度，每天最高和最低土壤溫度。具體參照《小氣候與農(nóng)田小氣候》[14]。

(4)土壤含水量測定 分別在分蘗期、孕穗期、成熟期時(shí)，間隔5 d采集土樣1次，共9次，用烘干法測定土壤含水量，然后對各個(gè)時(shí)期的3個(gè)結(jié)果取平均值，作為該時(shí)期的平均土壤含水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋條件對土壤物理性狀的影響

(1) 對土壤溫度的影響 從圖1可知，覆蓋處理后，土溫隨土壤層次的加深而隨之降低，且覆蓋對土溫的影響主要是在0～5 cm和5～10 cm 2層，粗略的可分為0～10 cm土溫易變層、10～15 cm的過渡層、15～20 cm及以下的基本穩(wěn)定層?？v觀整個(gè)旱稻生育期，覆蓋的增溫效應(yīng)主要發(fā)生在旱稻幼苗時(shí)期，而降溫效應(yīng)主要發(fā)生在旱稻孕穗和蠟熟時(shí)期覆蓋的調(diào)溫作用在土壤表層表現(xiàn)突出。從土壤表層來看，春季地膜覆蓋后土溫比對照高7.5 ℃，地膜溫度過高，超過幼苗的最適生長溫度范圍，容易造成燒苗或缺苗，不利用旱稻植株的正常生長。而秸稈比對照僅高2.5 ℃，有利于早春旱稻種子發(fā)芽。夏季地膜覆蓋后，在旱稻孕穗期，土溫比對照低2.75 ℃，秸稈比對照低7.5 ℃。在旱稻蠟熟期時(shí)，秸稈覆蓋后土溫比對照低6 ℃，極大地抑制了高溫對根系的不利影響，降溫效應(yīng)十分明顯，有利用旱稻籽粒成熟。

圖1 旱稻不同生育期不同處理土溫垂直變化Figure 1 The vertical variation of soil temperature of dry rice during different stages

處理水分分蘗盛期抽穗期成熟期CK25．18b19．56b23．09cP34．24a25．77a28．15bS34．04a27．94a32．45a

注：表中同列數(shù)字后字母相同者表示在0.05水

平差異不顯著(Duncan極差法)。

(2)對土壤水分的影響 從表1可知，處理P與處理S的含水量在各個(gè)生育期都比對照的土壤含水量明顯要高。在分蘗盛期，土壤含水量大小順序?yàn)椋禾幚鞵gt;處理Sgt;處理CK，分別比對照高35.98%、35.19%。方差分析表明，處理P與處理S差異不顯著，但與對照差異顯著。在抽穗期，處理S土壤含水量最高，比對照高42.84%，差異顯著。處理P次之，比對照高31.75%，差異也顯著。但處理S與處理P差異不顯著。在成熟期，處理S土壤含水量也最高，比對照高40.53%，差異顯著。處理P次之，比對照高21.94%，差異亦顯著。同時(shí)，處理S與處理P之間差異顯著?？梢?，地膜覆蓋和秸稈覆蓋都有明顯的保水作用，其中以秸稈覆蓋的效果較好，且保水作用在旱稻成熟期時(shí)最能體現(xiàn)。

2.2 不同覆蓋條件對土壤微生物的影響

(1) 土壤微生物區(qū)系的動態(tài)變化影響 從表2可知，在旱稻生育期，秸稈覆蓋和地膜覆蓋比不覆蓋土壤中好氣性細(xì)菌、放線菌和真菌微生物數(shù)量以及微生物總數(shù)有明顯增加。不同覆蓋條件下旱稻田的土壤微生物總量和細(xì)菌數(shù)量在各生育期的變化趨勢一致，即從分蘗盛期到黃熟期微生物總量和土壤中3大類群微生物(好氣性細(xì)菌、真菌、放線菌)數(shù)量逐漸減少，并于黃熟期達(dá)到最小值。微生物數(shù)量持續(xù)下降，這可能與當(dāng)?shù)?、8月份氣溫升高和土壤干旱有關(guān)，且旱稻的生長發(fā)育轉(zhuǎn)向糖分的積累，根系代謝減弱，土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化放緩，不利于微生物的生長發(fā)育。不同覆蓋條件下的旱稻田土壤中的微生物以細(xì)菌居優(yōu)勢，放線菌次之，真菌最少。這與一般土壤微生物區(qū)系相吻合[15]。具體表現(xiàn)為：

① 好氣性細(xì)菌：在分蘗盛期，土壤中好氣性細(xì)菌數(shù)量以處理S最高，比對照高923.26%，其次是處理P，比對照高738.40%。在抽穗期，以對照最高，分別比處理S、處理P高217.60%、309.19%。在黃熟期，以處理S最高，比對照高969.41%，其次是處理P，比對照高612.28%。 由此可知，秸稈覆蓋后更有利于土壤中好氣性細(xì)菌的生長繁殖，尤其是在旱稻分蘗盛期和黃熟期表現(xiàn)最為明顯。

② 放線菌：放射菌數(shù)量明顯少于好氣性細(xì)菌數(shù)量。在旱稻分蘗盛期，處理S土壤放射菌數(shù)量最高，比對照高347.70%，其次是處理P，比對照高26.48%。在抽穗期，對照最高，分別比處理P、處理S高7.24%、41.19%。在黃熟期，處理P最高，比對照高8.78%，其次是對照，處理S最低，比對照低88.79%。

③ 真菌：在旱稻的整個(gè)生育期，真菌的數(shù)量偏少。在旱稻分蘗盛期，處理P土壤真菌數(shù)量最高，處理S其次，分別比對照高148.63%、101.42%。在抽穗期，處理S最高，處理P次之，分別比對照高199.27%、53.61%。在黃熟期，處理S最高，處理P次之，分別比對照高52.86%、4.84%。對照土壤中真菌的數(shù)量明顯少于其他2個(gè)處理，這可能是由于對照土壤無覆蓋，增加了土壤水分的蒸發(fā)，同時(shí)土壤溫度較高，缺乏較好的保水特性，致使不覆蓋土壤中溫度較高、濕度較低，不利于真菌的生長。

表2 不同覆蓋條件下土壤微生物區(qū)系動態(tài)變化Table 2 The dynamic variation of soil microflora under different mulch conditions 104 cfu/g

(2)土壤微生物主要類群影響 ① 氨化細(xì)菌：從圖2A可知，土壤中氨化細(xì)菌的數(shù)量直接反映了氨化作用的強(qiáng)度。在旱稻各生育期，其數(shù)量表現(xiàn)出下降的趨勢。處理P土壤中氨化細(xì)菌總數(shù)量最多，是對照的4.82倍。其次是處理S，是對照的3.34倍。土壤中氨化細(xì)菌的數(shù)量與覆蓋條件關(guān)系密切，不同覆蓋條件下氨化細(xì)菌數(shù)量相差較大，以上說明地膜覆蓋和秸稈覆蓋有利于有機(jī)物經(jīng)氨化細(xì)菌分解為氨氣，供給旱稻氮素營養(yǎng)。

② 好氣性自生固氮菌：從圖2B可知，在旱稻各生育期里，不同覆蓋條件下自生固氮菌數(shù)量表現(xiàn)先升后降的趨勢，且在抽穗期達(dá)到最大值。好氣性自生固氮菌數(shù)量較大，處理S和處理P土壤中固氮菌總數(shù)量分別為對照的1.94倍和1.10倍。土壤中好氣性固氮菌數(shù)量的多少會影響土壤中氮素養(yǎng)分的含量，說明秸稈覆蓋明顯更有利于自生固氮菌的生長，更有利于抽穗期的氮素養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)化，而且在抽穗期表現(xiàn)最為明顯。

③ 硝化細(xì)菌：從圖2C可知，在旱稻各生育期里，硝化細(xì)菌數(shù)量在抽穗期達(dá)到最大值后下降。與對照相比，處理S、處理P土壤中硝化細(xì)菌總數(shù)量都有增加，其中前者土壤中硝化細(xì)菌增加的幅度更為明顯，是對照的14.54倍，處理P是對照的7.12倍。

④ 纖維素分解菌：從圖2D可知，纖維素分解菌數(shù)量較大，且呈現(xiàn)不斷上升趨勢。處理S土壤中纖維素分解菌總數(shù)量最多，是對照的2.17倍。其次是處理P，是對照的1.54倍。這說明秸稈覆蓋和地膜覆蓋均有利于有機(jī)物的分解和轉(zhuǎn)化。

⑤ 磷細(xì)菌：從圖2E可知，隨著旱稻的生長，覆蓋處理土壤中磷細(xì)菌的數(shù)量均有所增加，在抽穗期增長到最大值，隨后均逐漸減少。而對照處理土壤上磷細(xì)菌數(shù)量呈現(xiàn)一直增長趨勢，但數(shù)量明顯少于覆蓋處理。土壤中磷細(xì)菌總數(shù)量以處理S最高，是對照的5.72倍，處理P次之，是對照的3.36倍。

圖2 不同覆蓋條件對土壤微生物主要類群的影響Figure 2 Effect of different mulch conditions on main soil microflora

2.3 不同覆蓋條件對土壤微生物酶活性的影響

(1) 對蔗糖酶活性的影響 從表3可知，土壤的蔗糖酶活性隨著生育期的延長，變化趨勢完全不一致。對照處理?xiàng)l件下，蔗糖酶活性呈先持平，后緩慢上升的趨勢；處理P條件下，蔗糖酶活性呈先降低，后升高的變化趨勢；處理S條件下，蔗糖酶活性呈先升高，后降低的變化趨勢。

表3 不同覆蓋條件下土壤微生物酶活性動態(tài)變化Table 3 The dynamic variation of soil microflora activities under different mulch conditions

土壤蔗糖酶活性在同一生育期內(nèi)也存在差異。在分蘗盛期，土壤蔗糖酶活性大小為處理Pgt;處理Sgt;處理CK，分別為處理CK的1.28、1.26倍。在抽穗期，土壤蔗糖酶活性大小為處理Sgt;處理Pgt;處理CK，分別為處理CK的1.62、1.01倍。在黃熟期，土壤蔗糖酶活性大小為處理Sgt;處理Pgt;處理CK，分別為處理CK的1.24、1.09倍。在3種處理中，秸稈覆蓋土壤蔗糖酶活性最強(qiáng)，土壤易溶性營養(yǎng)物質(zhì)相對較多，土壤肥力相對較高，更有利于旱稻的生長發(fā)育。

(2)對蛋白酶活性的影響 從表3可知，土壤的蛋白酶活性隨著生育期的延長，變化趨勢不完全一致。處理S和對照CK，土壤蛋白酶活性隨著生育期的延長呈不斷升高的趨勢，說明隨著生長期的延長，土壤蛋白酶活性有增加的趨勢。但是處理P蛋白酶活性呈先降低，后升高的變化趨勢，最小值出現(xiàn)在抽穗期，蛋白酶活性低，說明土壤中的氮素水平較低，而在分蘗盛期和黃熟期土壤蛋白酶活性較高。

土壤蛋白酶活性在同一生育期內(nèi)也存在差異。在分蘗盛期，土壤蛋白酶活性大小為處理Sgt;處理Pgt;處理CK，分別為處理CK的2.73、2.07倍。在抽穗期，土壤蛋白酶活性大小為處理Sgt;處理CKgt;處理P，分別為處理CK的1.42、0.47倍。在黃熟期，土壤蛋白酶活性大小為處理Sgt;處理CKgt;處理P，分別為處理CK的1.21、0.96倍。土壤中蛋白酶活性與土壤中氮素營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化狀況有極其重要的關(guān)系，蛋白酶活性高，表明土壤氮素水平高[16]。在3種處理中，秸稈覆蓋土壤蛋白酶活性最強(qiáng)，土壤氮素水平相對較高，土壤肥力強(qiáng)，更有利于旱稻的生長發(fā)育。

(3)對酸性磷酸酶活性的影響 從表3可知，土壤的酸性磷酸酶活性隨著生育期的延長，變化趨勢完全一致，均表現(xiàn)為先升高，后降低的變化趨勢。土壤酸性磷酸酶活性在抽穗期時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)土壤中磷素含量最高，但在黃熟期時(shí)活性降低至最低。

土壤酸性磷酸酶活性在同一生育期內(nèi)大小變化也一致。在分蘗盛期，土壤磷酸酶活性大小為處理Sgt;處理Pgt;處理CK，分別為處理CK的1.15、1.10倍。在抽穗期，土壤磷酸酶活性大小為處理Sgt;處理Pgt;處理CK，分別為處理P、處理CK的1.60、1.38倍。在黃熟期，土壤磷酸酶活性大小為處理Sgt;處理Pgt;處理CK，分別為處理P、處理CK的2.42、1.18倍。由此可知，在旱稻不同生育期，處理S土壤酸性磷酸酶活性最高，處理P次之，對照最低，說明處理S土壤中磷素含量相對較高，且在抽穗期達(dá)到最高，此時(shí)更有利于旱稻的抽穗與成熟。

(4)對過氧化氫酶活性的影響 從表3可知，旱稻各生育期過氧化氫酶活性變化趨勢為：在對照時(shí)，過氧化氫酶活性逐漸下降。而在處理S和處理P時(shí)，過氧化氫酶活性均表現(xiàn)為先升高，后降低的趨勢，且在抽穗期時(shí)達(dá)到最大值。過氧化氫酶具有一定的解毒作用，在覆蓋條件下，在抽穗期土壤中過氧化氫酶的活性較高，說明抽穗期土壤過氧化氫酶的解毒作用較其它生育期和不覆蓋處理的過氧化氫酶的解毒作用強(qiáng)。在分蘗盛期，土壤過氧化氫酶活性大小為處理CKgt;處理Pgt;處理S，分別為處理CK的0.55、0.53倍。在抽穗期，土壤過氧化氫酶大小為處理Sgt;處理Pgt;處理CK，分別為處理CK的1.13、1.04倍。在黃熟期，土壤磷酸酶活性大小為處理Pgt;處理Sgt;處理CK，分別為處理CK的1.31、1.17倍。由此可知，對照在分蘗盛期，過氧化氫酶活性最大，解毒作用最強(qiáng)，但營養(yǎng)生殖期卻逐漸降低，不利于旱稻籽粒的結(jié)實(shí)和成熟，影響了旱稻的產(chǎn)量。

(5)對脲酶活性的影響 從表3還可知，各個(gè)時(shí)期土壤脲酶活性均呈逐漸升高的趨勢。處理S各時(shí)期土壤脲酶活性均高于其他兩個(gè)處理。表現(xiàn)為：分蘗盛期，處理S土壤脲酶活性是處理CK的2.85倍，其次是處理CK，最低是處理P，是處理CK的0.73倍。抽穗期，是處理CK的2.37倍，其次是處理CK，最低是處理P，是處理CK的0.63倍。黃熟期，是處理CK的1.14倍，其次是處理P，是處理CK的1.38倍。脲酶是對尿素轉(zhuǎn)化起關(guān)鍵作用的酶類，脲酶活性達(dá)到最大，說明這時(shí)土壤中的供應(yīng)氮素能力較強(qiáng)，且脲酶活性是極為專性的，它僅能水解尿素生成氨。因此，土壤有效氮的水平必然與脲酶活性有關(guān)[17]，秸稈覆蓋條件下土壤脲酶活性較高，說明秸稈覆蓋時(shí)土壤的氮素代謝比較旺盛。

3 結(jié)論

在不同覆蓋條件下，秸稈覆蓋優(yōu)于地膜覆蓋，地膜覆蓋優(yōu)于不覆蓋。其主要表現(xiàn)在：(1) 春季秸稈覆蓋后，土溫比不覆蓋高2.5 ℃，有利于早春旱稻種子發(fā)芽和幼苗的生長發(fā)育。(2)地膜覆蓋和秸稈覆蓋都有明顯的保水作用，其中以秸稈覆蓋的效果較好，且保水作用在旱稻成熟期時(shí)最能體現(xiàn)，秸稈覆蓋土壤含水量比對照高40.53%，差異顯著。地膜覆蓋比對照高21.94%，差異顯著。(3)秸稈覆蓋后增加土壤中好氣性細(xì)菌等8種微生物數(shù)量，有利于微生物的生長繁殖，地膜覆蓋次之，均優(yōu)于不覆蓋，提高作物對土壤中養(yǎng)分的吸收和利用；秸稈覆蓋、地膜覆蓋后也提高土壤中蔗糖酶等5種土壤酶活性，提高土壤氮素等代謝，增加土壤肥力。

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S154.3

A

1673-1409(2009)02-S015-06

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.02.006

2009-03-18

劉秀英(1979-)，女，江西廣豐人，助教，碩士研究生，主要從事植物生理生態(tài)研究.