生物有機(jī)肥對(duì)秦巴山區(qū)核桃園土壤微生物群落 和酶活性的影響

孫 薇， 錢(qián) 勛， 付青霞， 胡 婷， 谷 潔,2， 王小娟， 高 華,2*

(1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西楊凌 712100； 2 陜西省循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心， 陜西楊凌 712100)

生物有機(jī)肥對(duì)秦巴山區(qū)核桃園土壤微生物群落 和酶活性的影響

孫 薇1， 錢(qián) 勛1， 付青霞1， 胡 婷1， 谷 潔1,2， 王小娟1， 高 華1,2*

(1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西楊凌 712100； 2 陜西省循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心， 陜西楊凌 712100)

采用大田試驗(yàn)，探討生物有機(jī)肥對(duì)秦巴山區(qū)核桃園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其代謝、 酶活性和土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，施入生物有機(jī)肥可改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，改變微生物對(duì)各大類(lèi)碳源的利用，提高微生物碳源利用率、物種多樣性和豐富度，常規(guī)施肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響不顯著。生物有機(jī)肥可顯著提高土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶和脫氫酶活性，但對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響不顯著；常規(guī)施肥可提高土壤脲酶和脫氫酶活性，對(duì)其他酶活性沒(méi)有顯著影響。生物有機(jī)肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)， 全量氮、磷、鉀和速效磷含量，提高土壤pH值，使土壤理化性質(zhì)得到改善；常規(guī)施肥也可在一定程度上提高土壤養(yǎng)分含量，但其效果不如生物有機(jī)肥。

生物有機(jī)肥； 微生物群落； 酶活性； 土壤理化性質(zhì)

近年來(lái)，集約化農(nóng)業(yè)雖然推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率和作物產(chǎn)量的大幅度提高，但長(zhǎng)期大量施用化肥和化學(xué)農(nóng)藥，致使土壤肥力下降，影響土壤微生物和酶活性，從而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。生物有機(jī)肥是指利用特定功能微生物與畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等為原料，經(jīng)無(wú)害化腐熟混合處理而成的一類(lèi)具有微生物功能和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料[2]。生物有機(jī)肥集生物肥和有機(jī)肥的優(yōu)點(diǎn)于一體，既有利于增產(chǎn)增收、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，又可培肥土壤、減少無(wú)機(jī)肥料用量[3]。近年來(lái)的研究表明，生物有機(jī)肥能夠調(diào)節(jié)土壤中微生物區(qū)系組成，增強(qiáng)土壤酶的活性，使土壤向著健康方向發(fā)展[4-5]。

Biolog檢測(cè)法是一種通過(guò)測(cè)試微生物對(duì)不同碳源利用能力及其代謝差異，反映微生物群體水平的生理輪廓以及描述微生物群落功能多樣性的分析方法[6]。1991年， Garland和Mills[7]首次將這種方法應(yīng)用于土壤微生物群落的研究，此后該方法被廣泛用于區(qū)別不同環(huán)境條件下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的差異[8-10]。陳琳[11]等研究表明，含銅有機(jī)肥對(duì)土壤微生物原有群落結(jié)構(gòu)造成了損傷。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于有機(jī)肥對(duì)土壤質(zhì)量的影響已有部分研究，但生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落影響的相關(guān)研究較少。邵麗[12]等在盆栽試驗(yàn)條件下，采用Biolog技術(shù)研究了生物復(fù)混肥對(duì)土壤微生物功能多樣性的影響，其結(jié)果表明生物復(fù)混肥的施用比等養(yǎng)分量的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥處理能顯著提高土壤微生物群落對(duì)碳源的利用率、微生物群落的豐富度和功能多樣性。Zhang Qi-chun[13]等人用Biolog ECO板分析了不同施肥處理土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，表明豬糞+化肥處理和秸稈+化肥處理微生物群落代謝活性和數(shù)量顯著高于化肥和不施肥處理。土壤酶是土壤的一個(gè)重要組成部分，主要來(lái)自于土壤微生物、植物和動(dòng)物的活體或殘?bào)w，參與了土壤環(huán)境中的一切生物化學(xué)過(guò)程，與有機(jī)物質(zhì)分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)能量轉(zhuǎn)移環(huán)境質(zhì)量等密切相關(guān)。 Liu En-ke[14]等大田試驗(yàn)表明，有機(jī)肥的施入增加了土壤脫氫酶、堿性磷酸酶、β-葡萄糖酶和脲酶活性。張靜[15]等進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，結(jié)果表明施用生物有機(jī)肥處理土壤脲酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶的活性均高于對(duì)照和普通有機(jī)肥的處理。

本試驗(yàn)所在地—秦巴山區(qū)是陜西優(yōu)質(zhì)核桃生產(chǎn)區(qū)域之一。目前秦巴山區(qū)的核桃園管理粗放，農(nóng)民以施化肥為主，施肥盲目性很大，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且效果不佳。在試驗(yàn)區(qū)設(shè)置了不同施肥處理試驗(yàn)，探討生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的作用機(jī)理及其對(duì)土壤酶活性、土壤理化性質(zhì)的影響，旨在闡明生物有機(jī)肥對(duì)土壤質(zhì)量的影響，為指導(dǎo)核桃施肥、提高核桃產(chǎn)量質(zhì)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于核桃收獲后(2011年10月11日)，采用蛇形5點(diǎn)取樣法取0—20 cm土壤樣品，將新鮮土樣裝入無(wú)菌袋，用于微生物群落和土壤酶活性的測(cè)定；部分土樣風(fēng)干，根據(jù)測(cè)定指標(biāo)的要求分別過(guò)不同孔徑篩，用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.2.1 微生物群落生理輪廓(CLPPs)的測(cè)定 取相當(dāng)于5.0 g風(fēng)干土樣的新鮮土樣加入裝有45 mL無(wú)菌生理鹽水的三角瓶中，160 r/min振蕩30 min，得到樣品微生物懸浮液。靜置片刻后取上清液，在超凈工作臺(tái)上，采用十倍稀釋法，將其用無(wú)菌生理鹽水稀釋至濃度為10-3，接種微生物懸浮液于ECO微平板(ECO MicroPlate，美國(guó)Marix Technologies Corporation)中，每孔150 μL。將接種的ECO板裝入聚乙烯盒中置于28℃暗箱培養(yǎng)(每個(gè)土樣做3次重復(fù))；連續(xù)培養(yǎng)240 h，每12 h用Biolog自動(dòng)讀數(shù)裝置在590nm下讀數(shù)[16]。

1.2.2 土壤酶活性的測(cè)定 土壤酶活性的測(cè)定參考關(guān)松蔭[17]的相關(guān)方法。土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法；過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法；多酚氧化酶活性采用鄰苯三酚比色法；脫氫酶活性采用氯代三苯基四唑(TTC)法測(cè)定。

圖1 三個(gè)處理的平均顏色變化率Fig.1 AWCD of the three treatments

1.2.3 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定 參考鮑士旦[18]的相關(guān)方法。土壤pH值采用水土比1 ∶5、pH計(jì)(PDS-3C)測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀—外加熱法；土壤全氮采用凱氏定氮法；土壤全磷采用HClO4-H2SO4消煮—鉬銻抗比色法；土壤全鉀采用NaOH熔融—火焰光度計(jì)法；速效氮用1 mol/L KCl浸提—流動(dòng)注射分析儀測(cè)定；速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀用NH4OAc浸提—火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 采用孔平均顏色變化率法(Average Well-Color Development，AWCD)測(cè)定土壤微生物利用單一碳源的能力。AWCD的計(jì)算公式為 AWCD = Σ(Ci-R)/31

式中： Ci為各反應(yīng)孔在590 nm下的光密度值； R 為ECO板對(duì)照孔A1的光密度值；Ci-R 小于零的孔，計(jì)算中記為零，即Ci - R ≥ 0；每種碳源反應(yīng)孔的平均顏色變化率AWCDi = Ci - R，代謝指紋圖譜中的AWCDi值為3次重復(fù)平均值[19]。

1.3.2 群落Shannon指數(shù)(H) H = -Σ(Pi ×lnPi)

式中： Pi =(Ci-R)/Σ(Ci-R)，表示有碳源的孔與對(duì)照孔A1的光密度值之差與整板總差的比值。

1.3.3 群落豐富度指數(shù)(S)用碳源代謝孔的數(shù)目(AWCD>0.2 則代表該孔碳源被利用，該孔即為反應(yīng)孔)表示群落豐富度指數(shù)[20]。

1.3.4 群落Shannon均勻度 E=H/lnS

式中：H指群落Shannon指數(shù)； S指豐富度指數(shù)。

采用Microsoft Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用DPS 7.05和SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1不同施肥處理對(duì)核桃園土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 土壤微生物的碳源利用效率 AWCD(average well color development)是微平板上反應(yīng)孔的平均吸光值，其隨時(shí)間的變化是微生物對(duì)碳源利用強(qiáng)度的反映，也是微生物活性的一個(gè)有效指標(biāo)[21]，最終的AWCD 值與土壤微生物群落中能利用單一碳源的微生物種類(lèi)和數(shù)目有關(guān)。

2.1.2 土壤微生物群落功能多樣性的分析 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成的多樣性與均勻性是衡量生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和健康的一個(gè)重要指標(biāo)。從表1可以看出，溫育96 h后，3個(gè)處理間Shannon指數(shù)、Shannon均勻度和豐富度指數(shù)均達(dá)到顯著差異水平(P<0.05)。由此可見(jiàn)，生物有機(jī)肥的施入提高了土壤微生物的物種多樣性和豐富度，原因是生物有機(jī)肥中添加了對(duì)照和化肥中不存在的功能菌株，這些菌株在生物有機(jī)肥施入土壤后適應(yīng)了土壤環(huán)境并大量繁殖；降低了微生物群落均勻度，這是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥的施入使某些菌株大量繁殖并成為優(yōu)勢(shì)菌株。常規(guī)施肥有降低物種豐富度的趨勢(shì)。以上結(jié)果說(shuō)明，生物有機(jī)肥的施入可以提高微生物多樣性和豐富度，使整個(gè)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，化肥的施入則使微生物種類(lèi)減少，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

表1 土壤微生物群落功能多樣性Table 1 Diversity and evenness indices of soil microbial communities

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant different among treatments at the 5% level.

圖2 不同施肥土壤微生物6大類(lèi)碳源代謝分析 Fig.2 Six carbon source types utility analysis of soil microbial community in different fertilization treatments

2.1.3 微生物對(duì)六大類(lèi)碳源代謝的分析 取96 h六大類(lèi)碳源的AWCD值進(jìn)行分析，由圖2可以看出， CK與T1處理對(duì)各類(lèi)碳源代謝水平顯著低于T2處理，且主要利用類(lèi)型有所差異。各處理土壤微生物均對(duì)多聚物類(lèi)碳源利用最多，CK與T1處理對(duì)各類(lèi)碳源代謝情況基本一致，均為除多聚物類(lèi)外，對(duì)多胺類(lèi)和糖類(lèi)碳源代謝能力較強(qiáng)；T2處理對(duì)六大類(lèi)碳源利用程度由大到小依次為多聚物類(lèi)>多酚化合物類(lèi)>氨基酸類(lèi)>多胺類(lèi)>糖類(lèi)>羧酸類(lèi)，對(duì)CK與T1處理利用較多的多胺類(lèi)和糖類(lèi)碳源反而利用較少，且相對(duì)于CK處理，T1處理對(duì)各大類(lèi)碳源的代謝有減弱的趨勢(shì)。說(shuō)明生物有機(jī)肥改變了土壤微生物對(duì)六大類(lèi)碳源的利用情況，在一定程度上改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高了微生物群落對(duì)多酚化合物類(lèi)和氨基酸類(lèi)碳源的利用能力，增加了利用這兩種碳源的微生物數(shù)量或種類(lèi)，施用化肥對(duì)土壤微生物對(duì)不同碳源類(lèi)型的利用影響不大。

2.1.4 微生物群落功能主成分分析 取96h的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，PC1和PC2的累積方差貢獻(xiàn)率為52.47%。由圖3可知， CK和T1處理對(duì)碳源代謝情況類(lèi)似，均處于第二象限，T2處理處于第四象限，PC1和PC2很明顯的將T2處理與其他處理分開(kāi)。根據(jù)PCA因子載荷得分表(表2)，對(duì)PC1貢獻(xiàn)大的碳源有D-甘露醇、L-苯丙氨酸、i-赤蘚糖醇、γ-羥丁酸和N-乙酰-D葡萄糖氨，對(duì)PC2貢獻(xiàn)率大的碳源有1-磷酸葡萄糖、D-纖維二糖和苯乙胺，其中D-甘露醇、i-赤蘚糖醇、N-乙酰-D葡萄糖氨、1-磷酸葡萄糖和D-纖維二糖為糖類(lèi)，說(shuō)明區(qū)分3個(gè)處理微生物群落代謝的主要因素是對(duì)于糖類(lèi)利用的差異。PC2可以將T2處理與T1、CK處理顯著區(qū)分開(kāi)，但T1與CK不能被PC2區(qū)分開(kāi)，對(duì)照PC2因子載荷知，施用生物有機(jī)肥后，會(huì)降低利用1-磷酸葡萄糖、D-纖維二糖和苯乙胺的微生物活性，常規(guī)施肥與不施肥對(duì)這類(lèi)微生物影響不大。PC1可以將T1、 T2、

CK 3個(gè)處理明顯區(qū)分開(kāi)，由對(duì)照PC1因子

載荷可知，施用生物有機(jī)肥能顯著提高利用D-甘露醇、L-苯丙氨酸、i-赤蘚糖醇、γ-羥丁酸和N-乙酰-D葡萄糖氨微生物的活性，施用化肥則會(huì)顯著降低這類(lèi)微生物的活性。常規(guī)施肥和生物有機(jī)肥都能改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，且相比施化肥處理，施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響更加顯著。

圖3 不同施肥處理的土壤微生物群落的主成分分析Fig.3 Principal components analysis of soil microbial community in different fertilization treatments

表2 與PC1和PC2相關(guān)性高的主要碳源Table 2 Substrates with high correlation coefficients for PC1 and PC2 in PCA on the substrates utilization patterns of microbial communities

2.2 不同施肥處理對(duì)核桃園土壤酶活性的影響

2.2.1 不同施肥處理對(duì)核桃園土壤水解酶活性的影響 T2處理的土壤蔗糖酶活性和酸性磷酸酶活性均高于其他處理(見(jiàn)表3)，其中，T2處理的土壤蔗糖酶活性較CK和T1處理分別提高了56.0%和21.4%，顯著高于CK處理(P<0.05)，與習(xí)慣施肥處理沒(méi)有形成顯著差異。說(shuō)明施用生物有機(jī)肥可以提高土壤蔗糖酶活性，在一定程度上提高了土壤肥力。張鵬[22]等同樣發(fā)現(xiàn)生物有機(jī)肥可以提高土壤蔗糖酶活性。土壤酸性磷酸酶活性值由大到小依次為 T2(1.73)>CK(1.34)>T1(1.31)，T2處理的土壤磷酸酶活性顯著高于CK和T1處理，CK與T1處理間未形成顯著性差異。這是由于化肥中含無(wú)機(jī)磷成分，與酶促反應(yīng)產(chǎn)物相同，不利于酶促反應(yīng)向正方向進(jìn)行，所以施用化肥處理的土壤酸性磷酸酶活性降低，低于生物有機(jī)肥和對(duì)照處理，這與張輝[23]等的研究一致。

與土壤蔗糖酶活性和酸性磷酸酶活性趨勢(shì)不同，各處理土壤脲酶活性表現(xiàn)為T(mén)1(3.84)>T2(3.14)>CK(1.81)，且差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。這是因?yàn)槌Ｒ?guī)施肥處理施入的尿素對(duì)土壤脲酶起刺激作用，大大提高了其土壤脲酶活性，而生物有機(jī)肥將大量有機(jī)質(zhì)帶入土壤，同樣激發(fā)了土壤脲酶活性。

2.2.2 不同施肥處理對(duì)核桃園土壤氧化還原酶活性的影響 各處理間過(guò)氧化氫酶活性均無(wú)顯著差異(表3)。其中，常規(guī)施肥處理的過(guò)氧化氫酶活性值最高(3.72)，其次為生物有機(jī)肥處理(3.64)，最后為對(duì)照(3.63)。這可能是由于化肥對(duì)微生物產(chǎn)生一定的毒害作用，從而激發(fā)了過(guò)氧化氫酶的活性。尤彩霞等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同有機(jī)肥處理對(duì)溫室土壤表層過(guò)氧化氫酶活性的影響不是很明顯。

由表3還可以看出， T2與T1處理土壤脫氫酶活性均較高，分別達(dá)到了1.47 TF μg/(g·h)和1.34 TF μg/(g·h)，分別比CK處理高出156.2%和135.1%，均與CK處理差異極顯著(P<0.01)，T2與T1之間無(wú)顯著差異。說(shuō)明生物有機(jī)肥和常規(guī)施肥均可提高土壤脫氫酶活性，而施用生物有機(jī)肥的土壤脫氫酶活性略高于常規(guī)施肥的土壤。Christine H. Stark[25]等人研究結(jié)果顯示施用有機(jī)肥處理的土壤脫氫酶活性比常規(guī)施肥高； 申進(jìn)文[26]等人指出，脫氫酶活性與土壤活性有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而生物有機(jī)肥的施入提高了土壤活性有機(jī)質(zhì)含量，因此，生物有機(jī)肥處理土壤脫氫酶活性最高。

表3 不同施肥處理土壤酶活性Table 3 Soil enzyme activities of different fertilizer treatments

注(Note): 同行數(shù)據(jù)后不同小、大寫(xiě)字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same row mean significantly different at the 5% and 1% levels, respectively.

2.3 不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

表4 不同施肥處理下的土壤理化性狀Table 4 Soil physical and chemical characteristics in different fertilizer treatments

注(Note): 同行數(shù)據(jù)后不同小、大寫(xiě)字母分別表示處理間差異達(dá)5%和1%顯著水平 Values followed by different small and capital letters in same row mean significantly different at the 5% and 1% levels, respectively.

3 討論

生物有機(jī)肥是在有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)混肥的基礎(chǔ)上接種有益微生物而生產(chǎn)的一種肥料，既能在作物生長(zhǎng)前期快速提供作物一定的速效養(yǎng)分，又可在作物生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)微生物的生命活動(dòng)分解有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)釋放養(yǎng)分，或固定空氣中的游離氮，不斷地供作物生長(zhǎng)需要，發(fā)揮速效和長(zhǎng)效兼有的作用[29]。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，其群落的組成和活性對(duì)土壤肥力的保持具有重要意義。本文用 Biolog 方法研究了施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤中微生物群落代謝的影響，結(jié)果表明，生物有機(jī)肥處理的ELISA反應(yīng)顏色變化率(AWCD)、微生物群落Shannon指數(shù)和豐富度指數(shù)(S)顯著高于施用化肥處理，并與不施肥處理間的Shannon指數(shù)差異顯著，Shannon均勻度顯著低于其他處理，表明生物有機(jī)肥提高了土壤微生物整體代謝能力和數(shù)量，且提高物種多樣性和豐富度，即生物有機(jī)肥將土壤中本不存在的微生物帶入土壤，還可使某些菌株形成優(yōu)勢(shì)菌群，這些菌株很可能是生物有機(jī)肥中所添加的功能微生物。Chen Sheng-nan[30]等人的大田試驗(yàn)表明，接種微生物菌劑可顯著提高土壤AWCD值與豐富度指數(shù)，且改變土壤微生物功能多樣性。Bo Liu[31]等用Biolog方法研究了土壤微生物群落功能多樣性，結(jié)果表明有機(jī)肥處理的Shannon指數(shù)與碳源利用率均極顯著高于化肥處理。微生物對(duì)六大類(lèi)碳源代謝圖譜表明，相對(duì)于對(duì)照處理，施用生物有機(jī)肥處理的土壤微生物加強(qiáng)了對(duì)六大類(lèi)碳源，尤其是多聚物類(lèi)碳源的利用能力，這可能是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥所添加的菌株利用多聚物類(lèi)碳源的能力較強(qiáng)或多為利用該種碳源的菌株。常規(guī)施肥處理對(duì)各類(lèi)碳源的利用能力與對(duì)照相比較低，但整體趨勢(shì)相似。因此，生物有機(jī)肥改變了土壤微生物對(duì)六大類(lèi)碳源的利用情況，在一定程度上改變了土壤微生物群落功能。邵麗[32]等通過(guò)對(duì)六大類(lèi)碳源代謝分析發(fā)現(xiàn)， 生物復(fù)混肥處理的土壤微生物碳代謝群落結(jié)構(gòu)與其他處理有所不同。主成分分析結(jié)果與AWCD值、六大類(lèi)碳源的利用情況相似，常規(guī)施肥和有機(jī)肥都能改變土壤微生物群落功能，且生物有機(jī)肥處理的微生物群落結(jié)構(gòu)與對(duì)照處理差異更大，起分異作用的碳源種類(lèi)主要為糖類(lèi)。Ajay Nair[33]等用PCA分析Biolog數(shù)據(jù)，得到相似結(jié)論，即施用有機(jī)肥對(duì)土壤微生物活性和功能多樣性產(chǎn)生了顯著影響。

土壤酶活性作為一個(gè)敏感的生化指標(biāo)，能夠反映土壤質(zhì)量在時(shí)間序列或各種不同條件下的變化，在植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化中起重要作用，酶活性會(huì)隨著施肥種類(lèi)、管理與耕作方式、作物種類(lèi)、土壤水分和環(huán)境條件的變化而受到影響；大量研究表明施有機(jī)肥可增加土壤酶活性[34-35]。本研究顯示，施入生物有機(jī)肥后土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶和脫氫酶活性均得到顯著提高，其中，蔗糖酶活性、脫氫酶活性與Biolog結(jié)果一致。蔗糖酶是以蔗糖為酶促基質(zhì)的，而B(niǎo)iolog主成分分析顯示，生物有機(jī)肥處理的土壤微生物對(duì)糖類(lèi)利用較多，糖類(lèi)水解后形成蔗糖，因此蔗糖酶活性增高；另外，碳水化合物與有機(jī)酸(Biolog碳源)可以作為氫的供體，生物有機(jī)肥處理土壤微生物的AWCD值顯著高于其他處理，也說(shuō)明此處理土壤脫氫酶活性較高；土壤酸性磷酸酶活性的提高可能是由于生物有機(jī)肥中含解磷菌。生物有機(jī)肥的施用對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的提高較小，這與袁玲[36]等的研究結(jié)果一致，但也有研究認(rèn)為施用有機(jī)肥對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的提高顯著[37]，這可能是由于所研究的土壤類(lèi)型、施肥方式及肥料用量不同的緣故；土壤脲酶活性比常規(guī)施肥處理低，是因?yàn)榛手心蛩氐氖┤雽?duì)土壤脲酶起刺激作用，大大提高了其土壤脲酶活性。常規(guī)施肥處理則僅提高了土壤脲酶和脫氫酶活性，對(duì)其他土壤酶活性的影響不顯著。

長(zhǎng)期施用有機(jī)肥在提高土壤全量和速效養(yǎng)分等方面有良好的作用[38]；張夫道等[39]在一些長(zhǎng)期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，施有機(jī)肥料區(qū)土壤含氮量均高于化肥區(qū)和不施肥區(qū)。施用生物有機(jī)肥相對(duì)不施肥處理土壤養(yǎng)分含量有明顯變化，土壤理化性質(zhì)得到改善。隨生物有機(jī)肥的施入，土壤pH顯著升高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量均顯著提高，其中土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量升高是核桃產(chǎn)量和品質(zhì)提高的重要因素。土壤速效養(yǎng)分也表現(xiàn)出類(lèi)似趨勢(shì)，尤其是土壤速效磷含量高，這可能主要是因?yàn)樯镉袡C(jī)肥中含有解磷菌，可作用于土壤中難溶或不溶的磷并使土壤釋放出大量速效磷，而土壤速效鉀含量變化不大，可能與土壤速效鉀含量高，解鉀菌所釋放的速效鉀不足以使生物有機(jī)肥處理速效鉀含量高于其他處理有關(guān)。雖然化肥也可使土壤養(yǎng)分得到一定提高，但提高效果不如生物有機(jī)肥，且施用化肥使土壤pH值降低，不利于核桃的生長(zhǎng)。

總之，相對(duì)于不施肥處理來(lái)說(shuō)，生物有機(jī)肥處理增加了土壤養(yǎng)分含量，提高了微生物群落的物種豐富度，增強(qiáng)了土壤微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使土壤酶活性向有利于核桃生長(zhǎng)的水平靠近；Shannon均勻度顯著低于其他處理，是否土壤中功能微生物成為優(yōu)勢(shì)種群還有待通過(guò)DGGE、克隆等分子生物學(xué)手段進(jìn)行研究。常規(guī)施肥處理雖在一定程度上提高了土壤養(yǎng)分含量，但降低了微生物群落物種豐富度和土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其對(duì)土壤酶活性的影響不顯著。

4 結(jié)論

1)生物有機(jī)肥提高了土壤微生物整體代謝能力且提高了物種多樣性和豐富度，改變了土壤微生物對(duì)六大類(lèi)碳源的利用情況，在一定程度上改變了土壤微生物群落功能。主成分分析結(jié)果表明，常規(guī)施肥和生物有機(jī)肥都能改變土壤微生物群落功能，起分異作用的碳源種類(lèi)主要為糖類(lèi)。

2)施生物有機(jī)肥后土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶和脫氫酶活性均得到顯著提高，土壤脲酶活性低于常規(guī)施肥處理；常規(guī)施肥處理則僅提高了土壤脲酶和脫氫酶活性。

3)施生物有機(jī)肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全量氮、磷、鉀和速效磷含量，提高土壤pH，使土壤理化性質(zhì)得到改善。常規(guī)施肥雖然可以提高土壤養(yǎng)分含量，但效果不如生物有機(jī)肥。

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Effectsofbio-organicfertilizeronsoilmicrobialcommunityandenzymesactivitiesinwalnutorchardsoftheQinling-BashanRegion

SUN Wei1, QIAN Xun1, FU Qing-xia1, HU Ting1, GU Jie1,2, WANG Xiao-juan1, GAO Hua1,2*

(1CollageofResourceandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China；2ResearchCenterofRecycleAgriculturalEngineeringandTechnologyofShaanxiProvince,Yangling,Shaanxi712100,China)

A field experiment was conducted in Qinling-Bashan Region of Shaanxi province to investigate the influence of different fertilization treatments on soil microbial community, enzymes activities and soil nutrients in walnut orchards. There were three treatments, control (CK), conventional fertilizer treatment (T1) and bio-organic fertilizer treatment (T2). The effect of bio-organic fertilizer addition on microbial community metabolic profiles was analyzed with the Biolog (ECO Microplate) method. The results show that the average well color development (AWCD), Shannon index and richness index (S) of microbial community of the T2 treatment are all significantly higher than those of the T1 treatment. Utilization of six carbon source types by soil microbial community shows that the soil microbial community of the bio-organic fertilizer treatment enhances consumption of all the six carbon source types, which indicates the soil microbial community function is changed to some extent. Principal components analysis demonstrates that there are larger differences on utilization of carbon substrates by soil microbial community between the T2 and CK treatment and between the T1 and control, which indicates that the function of soil microbial community is modified by fertilization regimes. The soil sucrase, acidic phosphatase and dehydrogenase activities are improved significantly, and soil urease activity is changed significantly after the application of bio-organic fertilizer in comparison with the control, while soil catalase activities are similar between the two treatments. The contents of total soil nitrogen, total phosphorus, total potassium and available phosphorus of the T2 treatment are significantly higher than those of the CK. In addition, soil pH is increased in the T2 treatment, and decreased in the T1 treatment in comparison with CK treatment. It is concluded that application of bio-organic fertilizer could not only change the function of microbial community, improve the activities of soil sucrase, acidic phosphatase, urease and dehydrogenase, but also increase the contents of soil nutrients.

bio-organic fertilizer; microbial community; enzyme activity; soil physical and chemical characteristics

2013-01-16接受日期2013-04-29

國(guó)家林業(yè)局科技推廣項(xiàng)目([2010]39)； 國(guó)家自然科學(xué)基金(40871119, 41171203)； 農(nóng)業(yè)部“948”項(xiàng)目(2010-Z20)資助。

孫薇(1987—)，女，山東淄博人，碩士研究生, 主要從事環(huán)境微生物方面的研究。E-mail: sunwei20090@163.com * 通信作者 E-mail: gaohua@163.com

S144； S154.3

A

1008-505X(2013)05-1224-10