不同粒徑砂礫石覆蓋對(duì)砂田西瓜土壤微生物和酶活性的影響

康恩祥，何寶林，劉曉偉，邵存應(yīng)

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，蘭州，730070；2.甘肅省莊浪縣林業(yè)局）

砂田是我國(guó)西北干旱、半干旱地區(qū)獨(dú)特的、傳統(tǒng)的抗旱耕作形式，屬土壤覆蓋和水土保持方法之一。砂田栽培是一種具有綜合效能的旱作覆蓋技術(shù)，符合免耕法的原理，可改善土壤的熱狀況，其蓄水保墑、增溫保溫、促進(jìn)早熟的作用是其他免耕覆蓋方式不具備的；其快速入滲、減少蒸發(fā)和地表徑流、保持水土、減少養(yǎng)分損失、抑制雜草滋生以及壓堿穩(wěn)水的效果亦優(yōu)于其他覆蓋方式[1]。

土壤微生物和酶是土壤中生物活動(dòng)的產(chǎn)物，參與枯落物的分解、腐殖質(zhì)及各種有機(jī)化合物的分解與合成、土壤養(yǎng)分的固定與釋放，直接影響土壤的生物化學(xué)活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程中最為活躍的生物活性物質(zhì)[2]。因此用土壤微生物與土壤酶參數(shù)來(lái)評(píng)估土壤質(zhì)量已經(jīng)日益受到研究者的重視。不同粒徑砂礫石覆蓋對(duì)土壤溫度、水分的影響有差異，而土壤微生物和酶的變化在此過(guò)程中具有重要的作用。筆者以梯田建設(shè)聞名的甘肅省莊浪縣為試驗(yàn)區(qū)，在西瓜梯田地通過(guò)鋪設(shè)不同粒徑砂礫石，對(duì)其土壤微生物和酶活性進(jìn)行分析對(duì)比，旨在為梯田砂覆蓋條件下的作物種植和土壤管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試西瓜品種為西農(nóng)8號(hào)，種子由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2010年3月在甘肅省莊浪縣萬(wàn)泉鎮(zhèn)3 a梯田地進(jìn)行，鋪設(shè)由萬(wàn)泉砂廠提供的過(guò)不同直徑篩網(wǎng)的砂礫石5 cm厚，用游標(biāo)卡尺測(cè)定過(guò)篩砂礫石的直徑。試驗(yàn)設(shè)卵石（直徑80～120 mm，處理C）、豆砂（直徑 10～20 mm，處理 B）和毛砂（直徑 1～3 mm，處理A）3個(gè)處理，以露地為對(duì)照（CK）。小區(qū)面積6 m×20 m，667 m2種植密度400株，采用雙蔓整枝，每株留1個(gè)瓜，各處理重復(fù)3次。田間水肥及其他管理同當(dāng)?shù)厣唐饭稀?/p>

1.3 土壤中微生物的種類和數(shù)量測(cè)定

①細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量用平板稀釋法測(cè)定西瓜定植50 d后，在小區(qū)植株周圍3 cm的范圍內(nèi)進(jìn)行取樣，先將表層5 cm厚的礫石刮去，然后向下取20～30 cm處的土壤作為測(cè)定用樣品。注意盡量取貼附于西瓜根系表面的土壤，以保證根際微生物區(qū)系的完整。樣品裝于滅菌的紙袋中，置于4℃冰箱內(nèi)備用。

平板稀釋法分離微生物所用培養(yǎng)基、培養(yǎng)時(shí)間及溫度見(jiàn)表1。培養(yǎng)結(jié)束，從3個(gè)稀釋度中選出生長(zhǎng)好、菌落均勻的1組計(jì)數(shù)。

表1 土壤中微生物的分離測(cè)數(shù)工作參數(shù)

每1 g干土壤菌數(shù)=計(jì)數(shù)皿平均菌落數(shù)×計(jì)數(shù)皿稀釋倍數(shù)×10。

②硝化菌、氨化菌、纖維素分解菌用最大或然法測(cè)定 土樣及稀釋液制備同上。分離微生物所用培養(yǎng)基、培養(yǎng)時(shí)間及溫度見(jiàn)表1。培養(yǎng)結(jié)束，用事先配制好的指示劑檢測(cè)微生物生長(zhǎng)情況，然后記錄微生物生長(zhǎng)管數(shù)，計(jì)算并查表得菌數(shù)近似值。

每1 g干土壤菌數(shù)=菌數(shù)近似值×數(shù)量指示第一位數(shù)字的稀釋倍數(shù)。

上述微生物的分離及培養(yǎng)基配制均需在嚴(yán)格的無(wú)菌條件下操作。培養(yǎng)基配方、配制過(guò)程及微生物測(cè)定方法詳見(jiàn)李阜棣等[3]的方法。

1.4 土壤中酶活性的測(cè)定

①磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，活性值以10 g土壤24 h酶促反應(yīng)消耗磷酸苯二鈉生成酚的數(shù)量來(lái)表示。

②蛋白酶活性用白明膠比色法測(cè)定，活性值以2 g土壤24 h酶促反應(yīng)消耗白明膠生成甘氨酸的量來(lái)表示。

③纖維素酶活性用羧甲基纖維素比色法測(cè)定，活性值以10 g土壤72 h酶促反應(yīng)消耗纖維素生成葡萄糖的數(shù)量來(lái)表示。

④脲酶活性用脲酶比色法測(cè)定，活性值以10 g土壤24 h酶促反應(yīng)消耗尿素生成氨的數(shù)量來(lái)表示。

測(cè)定酶的土壤樣從各重復(fù)剩余的一盆中取得，取樣方法同測(cè)定微生物土壤取樣法，不同的是土樣要自然風(fēng)干，然后裝于封口袋中備用。

數(shù)據(jù)采用SPSS 10軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑砂礫石覆蓋對(duì)土壤中細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量的影響

由表2可以看出，不同粒徑砂礫石覆蓋條件下，梯田西瓜土壤中細(xì)菌總數(shù)最多，達(dá)到（1.69～2.29）×107cfu/g，其次為放線菌（0.91～1.86）×106cfu/g，最后是真菌（34.00～61.00）×104cfu/g，均顯著高于對(duì)照露地，可見(jiàn)砂覆蓋對(duì)梯田西瓜土壤的微生物數(shù)量有很大的影響。不同粒徑砂礫石覆蓋土壤微生物數(shù)量均表現(xiàn)為細(xì)菌＞放線菌＞真菌數(shù)；細(xì)菌數(shù)以豆砂覆蓋下的最多，毛砂放線菌和真菌數(shù)以毛砂覆蓋下的最多，卵石覆蓋下的細(xì)菌數(shù)均最少。

2.2 不同粒徑砂礫石覆蓋對(duì)土壤硝化菌、氨化菌、纖維素分解菌數(shù)量的影響

不同粒徑砂礫石覆蓋條件下，梯田西瓜土壤硝化菌、氨化菌、纖維素分解菌數(shù)量增加，顯著高于露地（表2）。微生物數(shù)量多少順序是氨化菌＞纖維素分解菌＞硝化菌。不同粒徑砂礫石氨化菌、纖維素分解菌、硝化菌多少順序是毛砂＞豆砂＞卵石。

2.3 不同粒徑砂礫石覆蓋對(duì)土壤酶活性的影響

不同粒徑砂礫石覆蓋土壤酶活性表現(xiàn)出與微生物變化相對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)（表2），即砂覆蓋條件下，梯田西瓜土壤酶活性顯著增強(qiáng)，脲酶、纖維素酶、蛋白酶、磷酸酶活性以豆砂最高，毛砂次之，卵石最小。

3 結(jié)論與討論

表2 不同粒徑砂礫石覆蓋對(duì)土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的影響

土壤微生物將作物在土壤形成過(guò)程中累積的有機(jī)質(zhì)分解，釋放養(yǎng)分供作物利用，形成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，產(chǎn)生大量生物活性物質(zhì)，直接關(guān)系到作物的生長(zhǎng)。微生物與酶在土壤中相互作用，互惠共生，在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化中起著非常重要的作用，如氨化菌、硝化菌、纖維素分解菌可加快有機(jī)質(zhì)的分解，使之轉(zhuǎn)變?yōu)樽魑镆孜盏匿@態(tài)氮和硝態(tài)氮，而脲酶、磷酸酶、蛋白酶與有機(jī)質(zhì)的分解有關(guān)，纖維素酶與有機(jī)質(zhì)的形成有關(guān)[4，5]。砂礫石粒徑大小對(duì)砂田西瓜蒸散量和土壤蒸發(fā)有顯著影響，覆砂能夠有效減少土壤蒸發(fā)，粒徑愈大，砂田土壤蒸發(fā)愈多，土壤蒸發(fā)在西瓜田總蒸散中占的比例愈高[6]。本試驗(yàn)研究表明，與露地對(duì)照相比，砂覆蓋明顯改善土壤中的根際微生物區(qū)系，顯著提高各類微生物數(shù)量，增強(qiáng)酶活性。粒徑愈大，覆蓋效果越差，可能是大粒徑的砂礫石大空隙與外界交流頻繁，卵石熱傳導(dǎo)速度較慢，而豆砂和毛砂介質(zhì)相對(duì)均勻所致，這與陳士輝等[6]的研究結(jié)果趨勢(shì)一致，但機(jī)理可能有所不同。

真菌可以分解纖維素、淀粉、樹(shù)膠、木質(zhì)素及較易分解的蛋白質(zhì)和糖類，在腐殖質(zhì)的形成過(guò)程和土壤團(tuán)粒的穩(wěn)定作用中，比細(xì)菌作用更重要。也有研究者認(rèn)為真菌中包含一部分土傳病原菌，真菌數(shù)量的增加是造成連作障礙的主要原因[7，8]。本研究中真菌的數(shù)量最少，可能是3a梯田砂覆蓋條件下，西瓜根系分泌物誘發(fā)有益真菌繁殖的同時(shí)也抑制了某些有害真菌滋生的結(jié)果，這可能是砂田連作退化的主要原因之一。不同粒徑砂礫石覆蓋后，氨化菌、纖維素分解菌、硝化菌增加，毛砂覆蓋的菌數(shù)最多，豆砂次之，卵石最少。這些菌的增加一方面有利于砂覆蓋土壤氮素的有效化，從而提高氮素利用率；另一方面也降低了西瓜銨中毒的幾率，這與楊喜田等[7]，馬云華等的研究結(jié)果相反[8]。在對(duì)土壤酶活性的研究中，脲酶、纖維素酶、蛋白酶、磷酸酶活性均顯著高于對(duì)照土壤,表明砂覆蓋利于土壤養(yǎng)分循環(huán)利用，但在大粒徑礫石覆蓋后，酶活性顯著降低，表明大粒徑不均勻礫石覆蓋土壤對(duì)碳、氮等大量元素的利用率降低，這與李傳榮等[9]的研究結(jié)果相似。不同粒徑砂礫石覆蓋對(duì)梯田西瓜土壤微生物區(qū)系及群落及結(jié)構(gòu)變化的影響，還有待進(jìn)一步研究。

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[5]薛立，陳紅躍，徐英寶，等.混交林地土壤物理性質(zhì)與微生物數(shù)量及酶活性的研究[J].土壤通報(bào)，2004，34（2）：154-158.

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[8]馬云華，魏珉，王秀峰.日光溫室連作黃瓜根區(qū)微生物區(qū)系及酶活性的變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15（6）：1 005-1 008.

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