微生物植酸酶對土壤有機(jī)磷組分含量及有效性的影響

孫臨泉，陳子學(xué)，張洪立，劉 冰，劉麗麗

（1.天津師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，天津 300387；2.天津市土壤肥料工作站，天津 300061；3.靜海縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，天津 301600）

微生物植酸酶對土壤有機(jī)磷組分含量及有效性的影響

孫臨泉1，陳子學(xué)2，張洪立3，劉 冰1，劉麗麗1

（1.天津師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，天津 300387；2.天津市土壤肥料工作站，天津 300061；3.靜?？h農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，天津 301600）

為提高土壤有機(jī)磷素的有效性，并為微生物植酸酶應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐提供理論參考，采用室內(nèi)培養(yǎng)的方法，研究了不同用量微生物植酸酶菌劑在不同培養(yǎng)時期對土壤有機(jī)磷組分含量及有效性的影響.結(jié)果表明，添加微生物植酸酶菌劑處理后的土壤活性、中等活性有機(jī)磷含量均高于對照，而且與植酸酶菌劑使用量顯著相關(guān)；其含量隨培養(yǎng)時間的延長呈增加趨勢，培養(yǎng)至第32d后基本保持平穩(wěn)；而土壤中穩(wěn)性和高穩(wěn)性有機(jī)磷含量均低于對照，與植酸酶菌劑使用量顯著相關(guān)；其含量隨培養(yǎng)時間的延長呈減少趨勢，培養(yǎng)至第32d后基本保持平穩(wěn).添加微生物植酸酶各處理的有機(jī)磷總量均低于對照，并隨微生物植酸酶添加量的增加而減??；而土壤有效磷含量均高于對照.因此微生物植酸酶可以促進(jìn)土壤穩(wěn)定性有機(jī)磷向活性有機(jī)磷轉(zhuǎn)化，乃至向無機(jī)磷轉(zhuǎn)化，從而提高了土壤有機(jī)磷素的有效性.

微生物植酸酶；土壤有機(jī)磷組分；土壤有效磷

土壤有機(jī)磷是土壤磷素的重要組成部分，約占土壤全磷含量的20%～50%，是植物生長所需磷素的一個重要供給源［1］，經(jīng)過礦化分解可以轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)磷，供給植物吸收利用［2］.隨著土壤有機(jī)磷研究的深入，1978年Bowman和Cole［3］首先提出了土壤有機(jī)磷的分組方法，該方法運(yùn)用在土壤有機(jī)磷研究中，使那些較易受環(huán)境條件影響、礦化速率較高、對土壤磷肥力影響較大的活性有機(jī)磷組分從穩(wěn)定性較高的有機(jī)磷組分中劃分開來，從而使人們對土壤有機(jī)磷的有效性有了一個新的認(rèn)識［4］.迄今為止，該分組方法仍然不失為土壤有機(jī)磷分組的較系統(tǒng)的化學(xué)鑒別法.按照Bowman－Cole分級體系，土壤有機(jī)磷組分中，活性有機(jī)磷是指能溶于0.5mol／L的NaHCO3溶液中，且易礦化、易為植物吸收的組分，主要是核酸、磷脂類、磷糖類化合物.它們在土壤中礦化分解很快，能夠作為植物生長的一種有效磷源；中等活性有機(jī)磷是指能溶于1mol／L H2SO4，且較易礦化又較易為植物吸收的組分，主要是植酸鈣、鎂等化合物，這些物質(zhì)比較穩(wěn)定，可為植物生長提供部分磷源［5］；中穩(wěn)性有機(jī)磷是指能溶于0.5mol／L NaOH，在pH1～1.5的條件下不發(fā)生沉淀而較難礦化又較難為植物吸收的組分；高穩(wěn)性有機(jī)磷是指能溶于0.5mol／L NaOH，在pH1～1.5的條件下外源生沉淀而很難礦化又很難為植物吸收的組分.土壤中構(gòu)成有機(jī)磷的主要組分為中活性有機(jī)磷，其次為中穩(wěn)性有機(jī)磷、高穩(wěn)性有機(jī)磷，而活性有機(jī)磷所占有機(jī)磷的比例最?。?－9］.研究發(fā)現(xiàn)，活性和中等活性有機(jī)磷為易被植物吸收的組分［10］.另外，近些年來隨著對解磷菌的研究逐漸深入，如何將解磷菌應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)成為熱門的研究課題.由本實驗室自主篩選的高產(chǎn)植酸酶菌株，能有效地水解植酸磷.因此，本研究采用室內(nèi)模擬培養(yǎng)的方法，研究了微生物植酸酶對土壤有機(jī)磷組分含量及有效性的影響，為微生物植酸酶應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐提供理論參考.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

供試土壤采自天津師范大學(xué)生物科技園，土壤類型為輕壤質(zhì)鹽化潮土.土壤基本性狀為：pH值7.60；有機(jī)質(zhì)18.22%；全氮0.94g／kg；有效磷5.30mg／kg；速效鉀106mg／kg.

供試植酸酶微生物為天津師范大學(xué)微生物學(xué)實驗室自主篩選的PY菌株.菌株分泌植酸酶活力為37℃時，培養(yǎng)24h植酸酶檢測培養(yǎng)基中水解圈直徑與菌落直徑比4∶1；培養(yǎng)86h植酸酶檢測培養(yǎng)基中水解圈直徑與菌落直徑比40∶1［11］.

菌劑制備：將PY菌與草炭按照1∶1的比例混合均勻，PY菌含量為1.8×109個／g。

1.2 實驗設(shè)計與方法

本實驗共設(shè)置6個處理，①CK（對照組1）；②Pm（60g滅活PY菌劑，對照組2）；③Pp（60g草炭培養(yǎng)基，對照組3）；④P1（低量PY菌，20g菌劑）；⑤P2（中量PY菌，40g菌劑）；⑥P3（高量PY菌，60 g菌劑）.由于草炭本身含有磷，將其制成菌劑加入土壤中會提高土壤的含磷量，故本實驗設(shè)置3個對照組CK，Pm，Pp，且Pm和Pp處理的草炭添加量與P3處理相同，均為60g，以消除菌劑不同添加量時草炭中的磷對實驗的影響.

按上述設(shè)計，將制備的菌劑添加到320g土樣中進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)，于恒溫（29℃）、恒濕（保持水分在田間持水量的65%）培養(yǎng)40d，每隔8d取出部分土樣測定土壤有機(jī)磷組分及土壤有效磷含量.分析不同菌劑用量在不同培養(yǎng)時間內(nèi)對土壤有機(jī)磷組分及其有效性的影響.

土壤有機(jī)磷組分的測定采用Bowman－Cole法，有效磷測定采用Olsen法.采用EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計；SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物植酸酶對土壤有機(jī)磷各組分的影響

2.1.1 微生物植酸酶對土壤活性有機(jī)磷的影響

根據(jù)不同處理在不同培養(yǎng)時間的土壤活性有機(jī)磷含量作圖如圖1，差異顯著性分析見表1.

在農(nóng)業(yè)科技飛速發(fā)展的大背景下，玉米種植實現(xiàn)全程機(jī)械化生產(chǎn)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的又一重要課題。我單位是云南省陸良縣召夸鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，在當(dāng)?shù)赜衩兹虣C(jī)械化方面進(jìn)行了積極嘗試，為地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。但“發(fā)展始終在路上”，陸良縣玉米全程機(jī)械化仍存在一些實際困難，針對這一情況提出了幾點解決建議，希望能夠給廣大同行以有益的啟示。

圖1 植酸酶菌劑對土壤活性有機(jī)磷的影響Figure 1 Effect of microbial phytase on soil labile organic phosphorus

表1 土壤活性有機(jī)磷各處理間差異顯著性分析Table 1 Soil labile organic phosphorus significant difference analysis between the treatments

由圖1可見，與CK相比，添加微生物植酸酶各處理土壤內(nèi)活性有機(jī)磷的含量均有所增加，同時與Pm和Pp相比，添加微生物植酸酶后各處理土壤內(nèi)活性有機(jī)磷的含量也均有所增加，其增加的幅度為21.89%～205.40%，除第8d外，均達(dá)到顯著差異水平（見表1）.且各處理之間活性有機(jī)磷的含量隨著菌劑添加量的增加而增加，即P3＞P2＞P1＞Pm＞Pp＞CK.同時，各處理均隨培養(yǎng)時間的延長而增加，培養(yǎng)至第32d后基本保持平穩(wěn).在第32d時，活性有機(jī)磷含量占有機(jī)磷總量的1.06%～2.89%，比對照組在有機(jī)磷總量中所占的比例提高了34.89%～268.06%，差異達(dá)顯著水平.

2.1.2 微生物植酸酶對土壤中等活性有機(jī)磷的影響

根據(jù)不同處理對在不同培養(yǎng)時間內(nèi)土壤中等活性有機(jī)磷含量作圖如圖2，各處理間差異顯著性分析見表2.

圖2 植酸酶菌劑對土壤中等活性有機(jī)磷的影響Figure 2 Effect of microbial phytase on soil moderately labileorganic phosphorus

由圖2可見，土壤中等活性有機(jī)磷含量的變化與土壤活性有機(jī)磷含量的變化相似，與CK相比，添加微生物植酸酶后各處理土壤中等活性有機(jī)磷的含量均有所增加，其增加的幅度為1.50%～15.28%，除第8d和第16d之外，P2和P3處理均達(dá)到顯著差異水平；同時，與Pm和Pp相比，除第8d外，P2和P3處理也均達(dá)到顯著差異水平（見表2）.且各處理之間隨著菌劑添加量的增加而增加，即P3＞P2＞P1＞Pm＞Pp＞CK.從培養(yǎng)時間來看，對中等活性有機(jī)磷含量而言，各處理均隨培養(yǎng)時間的延長而增加，培養(yǎng)至第32d后基本保持平穩(wěn)。在第32d時，中等活性有機(jī)磷含量為358.10～414.22mg／kg，其在有機(jī)磷總量中所占的比重較對照組提高了15.17%～30.85%.

2.1.3 微生物植酸酶對土壤中穩(wěn)性有機(jī)磷的影響

根據(jù)不同處理對在不同培養(yǎng)時間內(nèi)土壤中穩(wěn)性有機(jī)磷含量作圖如圖3，各處理間差異顯著性分析見表3.

圖3 植酸酶菌劑對土壤中穩(wěn)性有機(jī)磷的影響Figure 3 Effect of microbial phytase on soil moderately stable organic phosphorus

表3 土壤中穩(wěn)性有機(jī)磷各處理間差異顯著性分析Table 3 Soil moderately stable organic phosphorus significant difference analysis between the treatments

微生物植酸酶對土壤中穩(wěn)性有機(jī)磷的影響見圖3，其變化表現(xiàn)為：添加微生物植酸酶后各處理土壤中穩(wěn)性有機(jī)磷含量均低于CK，其降低的幅度為14.49%～67.42%，均達(dá)到顯著差異水平；與Pm和Pp相比各處理也均達(dá)到顯著差異水平（見表3）.且各處理之間隨著菌劑添加量的增加而減少，即P3＜P2＜P1＜Pm＜Pp＜CK，其中P3與P2處理效果十分明顯。從培養(yǎng)時間來看，各處理隨著培養(yǎng)時間的延長其含量下降，培養(yǎng)至第32d后基本保持平穩(wěn).在第32d時，中等穩(wěn)定性有機(jī)磷含量占有機(jī)磷總量的6.86%～12.13%，與對照組在有機(jī)磷總量中所占的比例降低了30.10%～60.48%，差異達(dá)顯著水平.

2.1.4 微生物植酸酶對土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷的影響

根據(jù)不同處理對在不同培養(yǎng)時間內(nèi)土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷含量作圖見圖4，各處理間差異顯著性分析見表4.

圖4 植酸酶菌劑對土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷的影響Figure 4 Effect of microbial phytase on soil highly stable organic phosphorus

表4 高穩(wěn)性有機(jī)磷各處理間差異顯著性分析Table 4 Soil highly stable organic phosphorus significant difference analysis between the treatments

由圖4可見，土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷含量的變化與中穩(wěn)性有機(jī)磷含量的變化相似，與CK相比添加微生物植酸酶各處理土壤高穩(wěn)性有機(jī)磷的含量均有所減少均達(dá)到顯著差異水平.與Pm，Pp相比P1，P2，P3均達(dá)到顯著差異水平（見表4）.且各處理之間隨著菌劑添加量的增加而減少，即P3＜P2＜P1＜Pm＜Pp＜CK，且P1，P2，P3處理效果均十分明顯.從培養(yǎng)時間來看，各處理隨著培養(yǎng)時間的延長高穩(wěn)性有機(jī)磷含量下降，培養(yǎng)至第32d后基本保持平穩(wěn).由于高穩(wěn)性有機(jī)磷是與胡敏酸結(jié)合的有機(jī)磷，能溶于0.5mol／L NaOH，在pH1～1.5的條件下外源生沉淀而很難礦化.其含量一般由差減法求得，因此結(jié)果可能有些誤差.但從圖中仍可看出，不同處理的土壤高穩(wěn)定性有機(jī)磷含量均低于各對照組.

2.2 微生物植酸酶對土壤有機(jī)磷總量和有效磷的影響

2.2.1 微生物植酸酶對土壤有機(jī)磷總量的影響

根據(jù)不同處理對在不同培養(yǎng)時間內(nèi)土壤有機(jī)磷總量作圖如圖5，各處理間差異顯著性分析見表5.

圖5 植酸酶菌劑對土壤有機(jī)磷總量的影響Figure 5 Effect of microbial phytase on soil organic phosphorus

表5 有機(jī)磷總量各處理間差異顯著性分析Table 5 Soil organic phosphorus significant difference analysis between the treatments

由圖5可見，添加微生物植酸酶各處理土壤有機(jī)磷的含量均低于CK，其降低的幅度為3.26%～13.38%，除第8d外，P2和P3處理均達(dá)到顯著差異水平，第40d時P1處理也達(dá)到顯著差異水平；同時，與Pm和Pp相比除第8d外，P2和P3處理也均達(dá)到顯著水平（見表5）.且各處理之間隨著菌劑添加量的增加而減少，即P3＜P2＜P1＜Pm＜Pp＜CK.同時，各處理均隨培養(yǎng)時間的延長而增加，培養(yǎng)至第32d后基本保持平穩(wěn).

2.2.2 微生物植酸酶對土壤有效磷的影響

根據(jù)不同處理對在不同培養(yǎng)時間內(nèi)土壤有效磷含量作圖見圖6，各處理間差異顯著性分析見表6.

由圖6可見，添加微生物植酸酶各處理土壤有效磷的含量均有所增加，由于Pm和Pp中草炭含量與P3處理相同，所以在第8d時，P1，P2處理有效磷含量均低于Pm和Pp；但在第8d以后，P2處理的有效磷含量就已高于Pm和Pp，且P1，P2和P3處理隨培養(yǎng)時間的增加而逐漸增加，較Pm，Pp處理其增加的幅度為30.46%～136.46%，均達(dá)到顯著水平（見表6）.同時各處理有效磷占有機(jī)磷總量的比例也隨之增加，其增加幅度為143.50%～528.09%，且隨著菌劑的添加量增加而增加，其中P3組效果最為顯著，即P3＞P2＞P1＞Pm＞Pp＞CK.

圖6 植酸酶菌劑對土壤有效磷的影響Figure 6 Effect of microbial phytase on soil available phosphorus

表6 有效磷含量各處理間差異顯著性分析Table 6 Soil available phosphorus significant difference analysis between the treatments

3 結(jié)論

（1）在培養(yǎng)階段，添加PY菌劑后，各處理有機(jī)磷各組分所占比例基本格局并未改變，實驗結(jié)果與前人報道的中等活性有機(jī)磷＞中等穩(wěn)定性有機(jī)磷＞高穩(wěn)性有機(jī)磷＞活性有機(jī)磷的排序完全相同［12］.

（2）通過向土壤中添加PY菌劑可以促進(jìn)土壤穩(wěn)定性有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化，使其向活性有機(jī)磷轉(zhuǎn)化，從而提高土壤有機(jī)磷的有效性.

（3）添加PY菌劑后各處理土壤中的各種有機(jī)磷組分隨培養(yǎng)時間的延長而發(fā)生不同方向的變化.這種變化在培養(yǎng)至第32d后基本保持平穩(wěn).

（4）添加PY菌劑可以顯著提高土壤有效磷含量，分解土壤有機(jī)磷，釋放出無機(jī)磷供作物吸收利用，從而進(jìn)一步促進(jìn)土壤有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化，不同程度地提高土壤磷素的有效性，進(jìn)而提高土壤有機(jī)磷的利用率.

（5）利用PY菌劑提高土壤有機(jī)磷素的有效性在本試驗條件下是可行的，但將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生實踐還有待通過田間試驗進(jìn)一步研究.

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Effects of microbial phytase on soil organic phosphorus component and its availability

SUNLinquan1，CHENZixue2，ZHANGHongli3，LIUBing1，LIULili1
（1.College of Life Sciences，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China；
2.Tianjin Soil and Fertilizer Station，Tianjin 300061，China；
3.Jinghai Agricultural Technology Promotion Center，Tianjin 301600，China）

The effects of microbial phytase on soil organic phosphorus component and its availability were studied in laboratory incubation.The results showed that the contents of soil labile and moderately labile organic phosphorus were higher when added microbial phytase than that of CK and reached the highest on the 32th day.The more microbial phytase added，the higher their contents.The contents of soil moderately stable and highly stable organic phosphorus when added microbial phytase were lower than that of CK.The more microbial phytase added，the lower their contents.The contents of organic phosphorus in soil added microbial phytase was lower than that in CK soil，their contents decreased as addtion of microbial phytase increased，but the contents of soil available phosphorus was higher than that of CK.Microbial phytase could promote the changes of different organic phosphorus fractions and increase the availability of soil organic phosphorus.

microbial phytase；soil organic phosphorus fractions；soil available phosphorus

S153.61

A

1671－1114（2011）02－0086－05

2010－09－08

天津市農(nóng)村工作委員會資助項目（0802220）

孫臨泉（1984—），男，碩士研究生.

劉麗麗（1956—），女，教授，博士，主要從事微生物肥料研究.

（責(zé)任編校 紀(jì)翠榮）