不同土壤管理措施下南疆果園土壤微生物及酶活性特征

孫 霞，陳新燕，柴仲平，李建平

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

土壤是果樹所需水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的來(lái)源。果園土壤管理是果樹栽培的重要內(nèi)容和基礎(chǔ)。科學(xué)的果園土壤管理，能夠?yàn)楣麡涓档纳L(zhǎng)發(fā)育提供良好的水、肥、氣、熱環(huán)境，可以維持和提高土壤肥力[1]。新疆南部是世界落葉果樹的最佳適生栽培區(qū)域之一，目前環(huán)塔里木盆地已建成107萬(wàn)hm2的特色林果基地，林果業(yè)已成為新疆新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和農(nóng)民增收的重要手段[2]，但盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果品的南疆果園土壤大都采用清耕措施，該措施會(huì)導(dǎo)致園內(nèi)生物多樣性降低，生態(tài)小環(huán)境惡化。改變傳統(tǒng)果園土壤管理方式，探索新的管理模式已成為新疆南部林果產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)及持續(xù)發(fā)展需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)針對(duì)土壤管理方式對(duì)果園土壤生物活性的影響在葡萄(Vitisvinifera)、李子(Prunussalicina)、蘋果(Malusdomestica)等果樹上有報(bào)道[1，3-4]，目前還未見針對(duì)新疆地區(qū)果園管理方式對(duì)土壤微生物和酶活性的報(bào)道。

阿克蘇地區(qū)是新疆紅富士蘋果的主要產(chǎn)區(qū)，本研究選擇該地區(qū)蘋果園，通過(guò)設(shè)置不同的管理措施，研究分析不同土壤管理方式對(duì)蘋果園土壤微生物及酶活性的影響變化，為該區(qū)域改進(jìn)果園土壤管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 研究區(qū)位于新疆南部阿克蘇地區(qū)溫宿縣實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)八大隊(duì)，地處塔里木盆地北緣，79°28′～81°28′ E，40°52′～42°21′ N，海拔2 180 m。縣境地貌北高南低，屬典型大陸性暖溫帶干旱氣候，晝夜溫差懸殊較大，年均氣溫10.2 ℃。年均降水量63 mm，年蒸發(fā)量1 984.6 mm。≥10 ℃年積溫約為3 968 ℃·d，年均無(wú)霜期約185 d。試驗(yàn)地土壤類型為棕漠土，壤質(zhì)粘土，其有機(jī)質(zhì)含量12.23 g·kg-1，速效氮含量25.7 mg·kg-1，速效磷含量20.94 mg·kg-1，速效鉀含量120 mg·kg-1，pH值為7.8。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2009-2010連續(xù)2年在紅富士蘋果園進(jìn)行試驗(yàn)，砧木為海棠(Malusmicromalus)，樹齡9 a，株行距3 m×5 m。設(shè)生草、覆草、免耕、清耕(對(duì)照)4個(gè)處理，3次重復(fù)。共計(jì)12小區(qū)，每小區(qū)10株樹。

生草：采用行間種植牧草、株間覆蓋的方法進(jìn)行。行間條播紫花苜蓿(Medicagosativa)，播種時(shí)間為2009年4月上旬，播種量為0.1 kg·hm-2，播種方式采用條播，播深為2～3 cm，全年刈割2～3次，覆蓋果樹樹盤和株間。

覆草：采用全園覆蓋麥秸，厚度5 cm，4月下旬灌水后覆草。

免耕：施用化學(xué)除草劑精禾草克控制果園雜草，對(duì)果園土壤實(shí)行免耕。

清耕：采用中耕除草等方法使果園地面處于疏松無(wú)雜草狀態(tài)，每年中耕除草3～5次。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤微生物數(shù)量測(cè)定：采用稀釋平板涂抹培養(yǎng)計(jì)數(shù)法分析[5]。細(xì)菌、真菌、放線菌分別用葡萄糖牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、馬丁孟加拉紅培養(yǎng)基、淀粉硝酸鉀進(jìn)行稀釋分離，在28 ℃下培養(yǎng)3～5 d后進(jìn)行計(jì)數(shù)，所有數(shù)據(jù)最后通過(guò)測(cè)定各自的土壤含水量換算成每克干土的含量。

每克干樣品含菌數(shù)=[菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)]/[接種量×(1-含水量)]。

土壤酶活性測(cè)定：土壤酶的測(cè)定以甲苯為抑菌劑，再加入有各相應(yīng)酶作用底物和相應(yīng)pH值的緩沖溶液中，加入一定量的土壤，置不同條件下進(jìn)行反應(yīng)[6]。過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，結(jié)果以1 g干土所消耗的KMnO4(mL)表示[7]。蔗糖酶活性測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸(DNS)比色法，酶活性用1 g土壤培養(yǎng)24 h后生成的葡萄糖表示。脲酶活性采用萘氏比色法[8]，酶活性用24 h內(nèi)10 g干樣中的NH4+-N表示，各設(shè)3次重復(fù)，并設(shè)無(wú)基質(zhì)對(duì)照和無(wú)土對(duì)照。

土壤樣品采集在每年10月果實(shí)成熟時(shí)采用蛇形采樣法分層取0～20、20～40 cm土樣，每處理重復(fù)3次，數(shù)據(jù)處理采用DPS 6.5和Excel進(jìn)行，以2年試驗(yàn)結(jié)果的平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1不同管理方式對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.1土壤微生物總數(shù)量 土壤微生物是土壤中活的有機(jī)體，是土壤肥力因子中最活躍的組成之一。土壤微生物數(shù)量與土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分含量及通氣狀況等因素有關(guān)，果園中微生物數(shù)量較高有利于有機(jī)質(zhì)分解、礦物質(zhì)釋放和營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[9]。近年的研究表明，土壤微生物能夠幫助植物適應(yīng)養(yǎng)分脅迫，改善土壤養(yǎng)分的吸收利用[10]。細(xì)菌、放線菌和真菌是土壤微生物的3大主要類群，構(gòu)成了土壤微生物的主要生物量，它們的區(qū)系組成和數(shù)量變化反映了土壤生物活性水平[11]。不同管理方式下土壤微生物數(shù)量如表1所示。

表1 不同管理方式下微生物數(shù)量

從3類群微生物總數(shù)量上來(lái)看(表1)，果園覆草和生草顯著提高了微生物數(shù)量，各處理微生物總數(shù)量表現(xiàn)為覆草>生草>免耕>清耕。覆草區(qū)和生草區(qū)微生物總數(shù)量分別比免耕區(qū)增加32.90%和11.63%，比清耕增加38.09%和15.99%，其主要原因與生草或覆草處理增加土壤中有機(jī)殘?bào)w量有關(guān)，土壤微生物的主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源是植物有機(jī)殘?bào)w，其數(shù)量很大程度上與有機(jī)殘?bào)w含量呈正相關(guān)[12]。生草與覆草處理由于增加了土壤有機(jī)殘?bào)w量，故微生物數(shù)量高于清耕和免耕。

從土壤微生物類群細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量上來(lái)看，新疆南部干旱區(qū)果園土壤中細(xì)菌數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占微生物總量的93.12%～95.03%;其次是放線菌，占4.83%～6.63%;真菌含量最少，只有0.14%～0.44%，這與該區(qū)域土壤大都偏堿性有關(guān)。生草和覆草處理細(xì)菌數(shù)量明顯高于免耕和清耕，表明細(xì)菌在土壤中很活躍，可見土壤有機(jī)物的分解和轉(zhuǎn)化主要靠細(xì)菌類微生物來(lái)完成。微生物數(shù)量在不同土壤管理方式下表現(xiàn)不同，土壤中養(yǎng)分含量高，微生物數(shù)量也多，清耕處理土壤養(yǎng)分含量最低，其微生物數(shù)量也最少。各處理放線菌數(shù)量表現(xiàn)為生草>覆草>免耕>清耕，這與其有機(jī)質(zhì)含量的分布特征相一致。

2.1.2不同土壤深度微生物垂直變化 土壤微生物由于受到植物根系、土壤肥力以及土壤水分、溫度等因素的影響，不同的土壤深度，土壤微生物在種類和數(shù)量上存在很大差異。各處理不同土層土壤微生物數(shù)量變化見表2。

表2 各處理下不同深度土層微生物數(shù)量變化

在0～40 cm剖面內(nèi)，微生物數(shù)量垂直分布規(guī)律特征明顯，各處理細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量均以0～20 cm土層最高，且隨著土層深度的增加呈減少趨勢(shì)，其中0～20 cm剖面土壤的細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量分別占微生物總量的56.11%～62.04%、54.08%～62.36%、56.38%～67.82%。覆草、生草處理0～40 cm土層細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量顯著高于免耕和清耕處理，且以表層土壤更為顯著，這與該土層有機(jī)質(zhì)含量較高、牧草根系分布較為集中有關(guān)，說(shuō)明生草和覆草處理有利于微生物生長(zhǎng)和繁殖。同時(shí)，表層土壤通氣性較好，土壤溫度、濕度也都有利于微生物的繁殖。相比之下，隨著土壤深度的增加，各方面條件受到限制，導(dǎo)致微生物數(shù)量存在分層現(xiàn)象。在微生物垂直分布上，表層土壤具有較高的肥力和良好的通氣狀況，能為微生物的活動(dòng)提供物質(zhì)與能量，反映出表層土壤微生物數(shù)量明顯高于其他層次。因此0～20 cm土層是新疆南部果園土壤微生物數(shù)量分布及生物學(xué)活性最大的區(qū)域。同時(shí)，生草對(duì)放線菌的影響高于其他處理。免耕處理由于施用了化學(xué)除草劑，一定程度上減少了土壤微生物活動(dòng)。清耕可造成土壤團(tuán)聚體的分裂和表層土壤中有機(jī)質(zhì)的損耗，使得土壤中微生物生物量和細(xì)菌功能多樣性降低。

2.2不同管理方式對(duì)土壤酶活性的影響 土壤酶是土壤中的生物催化劑，參與土壤的發(fā)生、發(fā)育及土壤肥力形成和演變。土壤酶活性指土壤各類酶產(chǎn)生相應(yīng)酶的專一生物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的速度，不同植物的根系在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的分泌物、死亡根茬的礦化分解及不同的土地利用、耕作和管理方式等都會(huì)影響土壤酶活性。由于土壤酶活性對(duì)環(huán)境或管理因素引起的變化較為敏感，作為土壤質(zhì)量的生物活性指標(biāo)目前已被廣泛接受，作為農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)功能的生物活性指標(biāo)也已被廣泛研究[11]。

土壤過(guò)氧化氫酶能消除土壤生物過(guò)程產(chǎn)生的過(guò)氧化氫，從而去除了其對(duì)土壤生物體的毒害作用，其活性反映了土壤腐殖化強(qiáng)度大小和有機(jī)質(zhì)積累程度[13]。土壤過(guò)氧化氫酶以覆草處理最高，其活性為3.81；其次是生草法酶活性，為3.070，二者分別比免耕(2.61)高出了45.98%和17.62%，比清耕(2.58)高出了47.67%和18.99%(表3)，原因可能是生草和覆草提高土壤的微生物活性和牧草根系的新陳代謝作用的結(jié)果，同時(shí)生草改善了土壤的結(jié)構(gòu)與通氣性，有利于土壤過(guò)氧化氫酶活性的增加。免耕與清耕二者酶活性差異不明顯。同時(shí)，隨著土壤深度的增加，土壤過(guò)氧化氫酶活性呈逐漸下降趨勢(shì)，但殷瑞敬等[14]的研究結(jié)果與之相反，原因有待一步研究。

表3 各處理下不同深度土層土壤酶活性變化

蔗糖酶與土壤中的腐殖質(zhì)、水溶性有機(jī)質(zhì)和粘粒的含量以及土壤微生物的數(shù)量及其活動(dòng)呈正相關(guān),常用來(lái)表征土壤的熟化程度和肥力水平[15]。覆草、生草和免耕處理相比清耕提高了土壤蔗糖酶的活性，表現(xiàn)為覆草>生草>免耕>清耕。

土壤脲酶是土壤酶系中唯一催化尿素水解的酶,其活性強(qiáng)度常用來(lái)表示土壤氮素供應(yīng)強(qiáng)度[16]。在土壤氮素循環(huán)進(jìn)程中起著重要作用，可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力狀況的重要指標(biāo)。覆草土壤管理模式下土壤脲酶活性最高，比生草、免耕和清耕分別高出11.38%、19.43%和40.82%，原因是土壤有機(jī)質(zhì)和累積在其中的氮決定了酶進(jìn)入土壤中的數(shù)量[17]，覆草能明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)和氮的含量，從而提高酶活性。

不同果園土壤管理方式對(duì)果園土壤物理、化學(xué)性狀產(chǎn)生不同影響，進(jìn)而影響到土壤中微生物的數(shù)量和活動(dòng)，最終使土壤酶活性產(chǎn)生差異。不同管理方式下土壤酶活性的變化都表現(xiàn)為覆草>生草>免耕>清耕，與微生物數(shù)量分布規(guī)律一致，原因可能是土壤養(yǎng)分含量高，為土壤微生物提供了充足的養(yǎng)料，維持了較高的土壤微生物活性；另一方面這些微生物也在不斷分解土壤中的難利用養(yǎng)分，提高了土壤中速效養(yǎng)分的供應(yīng)能力。3種酶活性表現(xiàn)為表層0～20 cm土層土壤酶活性強(qiáng)于20～40 cm土層，這與張猛[1]的研究結(jié)果相一致。原因是該土層植物殘?bào)w和微生物分布較密集，土壤養(yǎng)分分布較集中，酶的作用底物多，酶活性也隨著增強(qiáng)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)南疆果園不同土壤管理措施下土壤微生物和酶活性的調(diào)查分析，結(jié)果為：

1)微生物總數(shù)量表現(xiàn)為覆草>生草>免耕>清耕。覆草區(qū)和生草區(qū)微生物總數(shù)量分別比免耕區(qū)增加32.90%、11.63%，比清耕增加38.09%、15.99%，從3大微生物數(shù)量上來(lái)看，細(xì)菌數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占到微生物總量的93.12%～95.03%，細(xì)菌數(shù)量大說(shuō)明其在土壤中活躍度高，與周圍不斷地進(jìn)行著物質(zhì)交換；其次是放線菌，占4.83%～6.63%；真菌含量最少，只有0.14%～0.44%，真菌在堿性土壤中發(fā)育受限制，數(shù)量不占優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，土壤微生物數(shù)量垂直分布規(guī)律特征明顯，各處理細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量均以0～20 cm土層最高，且隨著土層深度的增加呈減少趨勢(shì)。

2)不同管理方式下土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶3種酶活性特征都表現(xiàn)為覆草>生草>免耕>清耕，且3種酶活性均隨著土壤深度的增加呈下降趨勢(shì)，與微生物數(shù)量分布規(guī)律一致。

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