不同沼肥處理對葡萄栽培土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響

毛寧 楊建霞 張希彪 王金成 馬世榮

摘? ? 要：以葡萄栽培土壤為研究對象，通過大田試驗，研究了有機肥、化肥及沼渣分別和沼液配施等不同處理對葡萄栽培土壤不同土層微生物類群及酶活性的影響。結果表明，有機肥+沼液和沼渣+沼液處理土壤中細菌數(shù)量顯著增加，分別增長了39.76%和79.59%，真菌數(shù)量顯著減少，分別減少了43.91%和56.68%。施用沼肥+沼液及有機肥+沼液處理后，0～20 cm和20～30 cm土層土壤脲酶和蛋白酶活性均較對照顯著增加，增幅為27.6%～110.6%;有機肥+沼液和化肥+沼液處理中，0～20 cm土層土壤過氧化氫酶活性顯著高于對照，分別提高了25.4%和27.1%;各處理與對照相比，磷酸酶活性均無顯著變化，然而沼液+沼渣處理磷酸酶活性在各土層均為最高，且顯著高于化肥+沼液處理。沼渣、沼液施肥可顯著提高葡萄栽培土壤中細菌和放線菌數(shù)量，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高土壤蛋白酶和脲酶活力。

關鍵詞：沼肥;葡萄栽培土壤;土壤微生物數(shù)量;土壤酶活性

中圖分類號：S663.4? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.08.010

Abstract： Taking the grope plarilint soil as the research object， through field experiment， this study focused on the effects of the combined fertilization of? organic manure， chemical fertilizer， biogas residue and biogas slurry on the microbial groups and enzyme activities in grape planting soil. The results showed that the number of bacteria in the soil treated with organic fertilizer+biogas slurry and biogas residue+biogas slurry increased by 39.76% and 79.59% respectively， and the number of fungi decreased by 43.91% and 56.68% respectively. In the biogas residue +biogas slurry and organic fertilizer+biogas slurry treatments， the urease and protease activities in 0～20 cm and 20～30 cm soil layers increased significantly compared with the control， with an increase of 27.6%～110.6%; in organic fertilizer+biogas slurry and chemical fertilizer+biogas slurry treatments， the catalase activities in 0～20 cm soil layers were significantly higher than the control， with an increase of 25.4% and 27.1%， respectively. The phosphatase activities in each treatment had no significant change. However， the phosphatase activity of biogas slurry + biogas residue treatment was the highest in all soil layers， and was significantly higher than that of chemical fertilizer+biogas slurry treatment.? Biogas residue and biogas slurry treatment could significantly increase the number of bacteria and actinomycetes in grape soil， improve the soil micro ecological environment， and increase the activity of soil protease and urease.

Key words： biogas manure; grape planting soil; soil microbial community; soil enzyme activity

近年來，隨著化肥的大量使用及作物栽培年限的增加，土壤質(zhì)量下降導致農(nóng)作物連續(xù)高產(chǎn)受到很大程度限制[1]。施用微生物發(fā)酵肥替代化肥是農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[2]。

沼肥是農(nóng)家肥等有機物腐熟發(fā)酵之后的產(chǎn)物，其通過厭氧發(fā)酵和多種復雜的生化過程可有效降解大分子有機物為易吸收的小分子物質(zhì)，并殺滅蟲卵和致病菌。其富含大量元素、微量元素、多種氨基酸、B族維生素、水解酶、有機酸和植物激素等[3]。因此，沼渣常用做底肥、葉面肥等，沼液?？扇〈视米鲎贩省＝陙?，隨著沼氣發(fā)酵技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，沼肥在我國大量產(chǎn)出，并在農(nóng)村設施栽培和生態(tài)物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用[4]。然而，隨著沼渣沼液排放量的增加，由于沼肥成分相對比較復雜，各地產(chǎn)沼肥成分差異較大，其對不同農(nóng)作物肥效并不相同，對農(nóng)林土壤環(huán)境的影響也日益增大。

土壤酶和微生物是重要的土壤肥力因子，它們一起推動著土壤的生物化學過程，是敏感的土壤質(zhì)量指標[5-6]。目前對沼肥處理下作物土壤酶活性及微生物生態(tài)等環(huán)境因子的影響的均有研究[7-9]，但是土壤組成結構復雜，不同地區(qū)土壤理化性質(zhì)各異，目前關于沼液還田的研究主要集中在作物產(chǎn)量[10]、肥料利用效率、土壤碳、氮礦化[11-12]、微生物數(shù)量[13-14]等方面，而且主要以單施沼液為主[15]。關于沼液還田，尤其是隴東黃土高原地區(qū)沼液、化肥配施對露地葡萄栽培土壤微生物菌群結構、土壤酶活的交互效應及環(huán)境評價報道較少。

本研究以沼液、沼渣作為還田肥料，通過與有機肥、化肥對比施肥試驗，探討不同施肥處理對葡萄園栽培土壤微生物和酶活性的影響，確定最優(yōu)施肥方案，為沼肥在當?shù)氐膹V泛高效應用及沼氣資源農(nóng)業(yè)循環(huán)利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗樣地位于甘肅省慶陽市鎮(zhèn)原縣郭塬王溝圈村葡萄園。該地位于甘肅省最東部，屬黃河中游內(nèi)陸地區(qū)。以大陸性氣候為主，年平均氣溫9.5～10.7 ℃，無霜期140～180 d，年平均降水量為485 mm。土壤質(zhì)地為黃綿土。土壤基礎養(yǎng)分狀況為：有機質(zhì) 25.61 g·kg-1，堿解氮 86.28 mg·kg-1，速效磷 16.23 mg·kg-1，速效鉀287.12 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

沼肥包括沼液和沼渣，取自正常產(chǎn)氣3個月以上的沼氣池，經(jīng)過濾后使用。由慶陽市鎮(zhèn)原縣鴻翔養(yǎng)殖專業(yè)戶提供，為牛糞發(fā)酵的殘留物。沼渣、沼液主要肥效成分（測定地點：蘭州市化肥農(nóng)藥農(nóng)膜商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心）：（1）沼液：有機質(zhì)1.2%，總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）為0.8%，總氮為0.2%，磷為0.2%，鉀為0.4%，待測的重金屬中，除Pb外，含量為20 mg·kg-1（≤50）， As、Hg、Cd、Cr等其他重金屬含量均為0 mg·kg-1（未測出），符合國家標準。（2）沼渣：有機質(zhì)2.4%，總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）為1.2%，總氮為1.0%，磷為0.6%，鉀為0.8%，重金屬與沼液測定結果相同。

有機肥為腐熟牛糞，化肥包括：尿素，硫酸鉀和磷酸氫二銨（簡稱二銨）。試驗栽培葡萄品種為夏黑葡萄，種植密度為4 500株·hm-2，種植年限4 年。

1.3 試驗方案及土樣采集

本試驗于2017年5月在慶陽市郭塬王溝圈村葡萄園進行，采用有機肥、化肥、沼渣和沼液配施，設4種不同施肥處理：（1）對照：農(nóng)戶常規(guī)施肥，不施底肥;（2）有機肥+沼液;（3）化肥+沼液;（4）沼渣+沼液。

每處理重復3次，隨機排列，每小區(qū)面積25 m2。其中化肥施用量按當?shù)販y土配方施肥法確定，純有機肥區(qū)和純沼渣肥區(qū)按當?shù)厥┓柿晳T確定。不同處理追施沼液或化肥時，保持灌水量相同，其它管理措施與當?shù)卮筇镆恢?。具體施肥種類、時期及用量見表1。

每小區(qū)用蛇形取樣法采集土樣，用土鉆分別取不同深度（0～20、20～30、30～50cm）的土壤樣品1 kg，4分法混勻后分為2份，一份鮮土樣24 h內(nèi)測定土壤微生物，另一份土樣風干后、過1 mm尼龍篩測定土壤酶活性。

1.4 土壤酶活測定

過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法、脲酶采用靛酚比色法、蛋白酶采用茚三酮比色法、磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法[17]。

1.5 土壤微生物測定

采用參考文獻[18]平板涂布法測定土壤中細菌、真菌及放線菌數(shù)量，同時計算B/F值（即細菌與真菌數(shù)量比值）。細菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌用孟加拉紅培養(yǎng)基，放線菌用改良高氏1號培養(yǎng)基[18]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

每個指標做3次重復，結果取平均值，并計算標準差。用Excel進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 16.0進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理土壤微生物數(shù)量

從表2可見，不同施肥處理對葡萄種植土壤3大類群微生物數(shù)量均有顯著影響。與常規(guī)施肥相比，有機肥+沼液和沼渣+沼液處理土壤中細菌數(shù)量顯著增加，分別增長了39.76%和79.59%，真菌數(shù)量顯著減少，分別減少了43.91%和56.68%?；?沼液處理結果與之相反，細菌和放線菌數(shù)量均較常規(guī)施肥降低，分別減少了10.77%和63.81%，而真菌數(shù)量顯著上升，提高了20.58%。有機肥+沼液和化肥+沼液處理中放線菌數(shù)量均顯著降低，分別減少了22.94%和63.81%。

綜合來看，沼渣+沼液處理中細菌、放線菌及有機肥+沼液處理中細菌數(shù)量均明顯上升，而真菌數(shù)量顯著降低，說明土壤微生物區(qū)系有向細菌型轉變的趨勢;而化肥+沼液處理中趨勢相反，放線菌數(shù)量顯著減少、真菌積累可能會提高土傳病害發(fā)生的幾率，這可能與化肥長期施用后土壤理化性質(zhì)及微生境變化導致 pH值下降有關。而土壤B/F值變化規(guī)律表現(xiàn)為：沼渣+沼液>有機肥+沼液>化肥+沼液，由此可更明顯的看出，施用沼渣+沼液可顯著改變土壤微生物構成，使葡萄種植土壤微生物組成由真菌型往細菌型轉變。沼渣和有機肥作為基肥均能較好的改善土壤微生態(tài)環(huán)境，增加土壤有機質(zhì)含量，并積累大量微生物生長必須的碳和氮及多種生長因子，為微生物的繁殖和積累提供較好的營養(yǎng)基質(zhì)和生存條件。

2.2 不同施肥處理土壤蛋白酶活性

蛋白酶能促進土壤中氮素的轉化，使蛋白質(zhì)水解生成肽和氨基酸，使蛋白質(zhì)等含氮化合物水解為氨，供植物吸收利用[17，19]。不同土層深度樣品中，各施肥處理土壤蛋白酶活性變化趨勢均為：沼渣+沼液>有機肥+沼液>化肥+沼液>對照（圖1）。其中0～20 cm土層蛋白酶活性最高，沼渣+沼液和有機肥+沼液處理均較對照顯著增加，分別增加了110.6%和63.8%;20～30 cm土層沼渣+沼液和有機肥+沼液處理亦較對照顯著增加，分別增加了29.8%和31.2%;30～50 cm土層各處理樣品蛋白酶活性無顯著差別。這說明沼渣+沼液處理對土壤蛋白酶性有較好的的促進作用，這可能是由于沼渣中含有較多類似蛋白酶活性物質(zhì)。從圖1還可看出，表層（0～20 cm）和亞表層（20～30 cm）土壤酶活性高于深層土壤（30～50 cm），這與土壤物理性質(zhì)相關，隨著土層加深，土壤的透氣性變差，微生物活動減少，從而降低了土壤蛋白酶活性。

2.3 不同施肥處理土壤磷酸酶活性

磷酸酶可催化土壤中的有機磷轉化為無機磷，而無機磷在土壤中的利用率更高，故土壤磷酸酶對土壤磷的高效利用具有重要意義[17，19]。圖2表明，0～20 cm土層各施肥處理磷酸酶活性與對照組相比差異均不顯著，而沼渣+沼液和有機肥+沼液處理中磷酸酶活性均顯著高于化肥+沼液處理，分別提高了15.6%和14.3%。20～30 cm土層各處理與對照相比亦無顯著差異，沼渣+沼液處理磷酸酶活性顯著高于有機肥+沼液和化肥+沼液處理;30～50 cm土層沼渣+沼液處理磷酸酶活性顯著高于其他處理。隨著土層加深，磷酸酶活性逐漸降低，各處理表層（0～20 cm）和亞表層（20～30 cm）的土壤磷酸酶活性相對較高。

2.4 不同施肥處理土壤脲酶活性

脲酶是土壤氮循環(huán)的一種關鍵酶，在土壤中廣泛存在，能分解尿素，使其水解成氨和二氧化碳，其活性在一定程度上決定著土壤氮肥的利用率[20]。圖3表明，0～20 cm土層，各處理土壤脲酶活性順序為：沼渣+沼液>有機肥+沼液>化肥+沼液>對照，各處理間差異均達顯著水平，其中沼渣+沼液和有機肥+沼液處理脲酶活性較對照分別高出42.1%和27.6%;20～30 cm和30～50 cm土層，沼渣+沼液和有機肥+沼液處理脲酶活性均顯著高于其他處理，化肥+沼液處理脲酶水平最低，沼渣+沼液和有機肥+沼液處理無顯著差異。各處理土壤脲酶活性均表現(xiàn)為由表層—深層逐漸降低。

2.5 不同施肥處理土壤過氧化氫酶活性

土壤過氧化氫酶可促進過氧化氫的分解，從而可減少過氧化氫對作物的毒害作用，且與土壤碳素和有機質(zhì)的循環(huán)轉化密切相關[21]。由圖4可知，0～20 cm土層有機肥+沼液和化肥+沼液處理中土壤過氧化氫酶活性均顯著高于對照，分別高出25.4%和27.1%，沼渣+沼液處理與對照無顯著差別。20～30 cm土層內(nèi)，有機肥+沼液處理過氧化氫酶活性顯著高于對照，高出15.3%，其他處理與對照差別不顯著;30～50 cm土層化肥+沼液處理土壤過氧化氫酶活性顯著低于其他3種處理。此外，隨著土層加深，對照組土壤過氧化氫酶活性逐漸升高，而化肥+沼液處理逐漸降低，其他2種處理過氧化氫酶活性無明顯變化。

3 結論與討論

土壤微生物作為分解者，對于土壤新陳代謝具有重要作用，是土壤養(yǎng)分吸收與轉化的推動力之一，與土壤肥力密切相關[22]。已有研究表明，沼渣作為基肥，可對藍莓[3]、枸杞[10]、水稻[11]、西蘭花[15]、玉米[16]、娃娃菜[23]等多種作物根際土壤微生物數(shù)量組成有顯著影響。本試驗結果表明，沼渣+沼液處理葡萄栽培土壤中細菌和放線菌數(shù)量均顯著增加，分別增長了79.59%和12.67%，真菌數(shù)量顯著減少，較對照降低了56.68%，其B/F值最高，為129.9。有機肥+沼液處理細菌數(shù)量顯著上升，而發(fā)放線菌和真菌數(shù)量顯著下降，其B/F值為78.1;化肥+沼液處理結果與之相反，細菌和放線菌數(shù)量均較常規(guī)施肥降低，分別減少了10.77%和63.81%，而真菌數(shù)量顯著上升，其B/F值最低，為23.2。由此說明，沼渣作為基肥施入，相比傳統(tǒng)農(nóng)家有機肥和化肥，使葡萄種植土壤微生物區(qū)系有向細菌型轉變的趨勢。此外，由有機肥+沼液處理和對照相比可看出，沼液作為追肥噴施亦能較好的改善土壤微生態(tài)環(huán)境。綜合來看，通過沼渣和沼液處理，可增加土壤并積累大量微生物生長必須的碳和氮及多種生長因子，為微生物的繁殖和積累提供較好的營養(yǎng)基質(zhì)和生存條件，調(diào)節(jié)土壤微生物組成，降低土傳病害的發(fā)生率，利于保持土壤質(zhì)量和作物生長。

土壤酶活性可反映土壤中各種生物化學過程的方向和強度，從而可作為衡量土壤性質(zhì)和肥力水平的重要指標[23-24]。本試驗中，施用沼肥+沼液及有機肥+沼液處理后，0～20 cm和20～30 cm土層土壤脲酶和蛋白酶活性均較對照顯著增加，增幅為27.6%～110.6%;有機肥+沼液和化肥+沼液處理中，0～20 cm土層土壤過氧化氫酶活性顯著高于對照，分別提高了25.4%和27.1%;各處理與對照相比，磷酸酶活性均無顯著變化，然而沼液+沼渣處理磷酸酶活性在各土層均為最高，且顯著高于化肥+沼液處理。

總體而言，沼渣+沼液處理對于土壤脲酶和蛋白酶活性具有明顯促進作用，這可能是由于土壤脲酶和蛋白酶均與土壤氮素循環(huán)密切相關，而沼渣+沼液處理中土壤微生物組成逐漸向細菌型轉變，各種功能菌群數(shù)量增加，土壤微生態(tài)的改善刺激并加速了土壤氮素循環(huán)，從而增加了氮素轉化相關酶類的活性。

有機肥+沼液與化肥+沼液處理土壤過氧化氫酶活性均較對照顯著增高，由于過氧化氫酶具有清除自由基的抗氧化作用[25]，說明沼液作為追肥噴施不但能改善土壤微生態(tài)環(huán)境，而且能夠增加土壤減毒能力。各處理與對照相比，土壤堿性磷酸酶變化不顯著，原因可能是由于磷酸酶主要通過促進有機磷及無機聚磷酸鹽轉化為正磷酸鹽供給作物吸收，而這些含磷肥料在施入土壤后容易被土壤鹽離子包被形成配合物而降低其轉運效率與作物的可利用性[17]，從而抑制了土壤堿性磷酸酶活性的表達。

不同處理土壤蛋白酶和脲酶均總體表現(xiàn)為上層土壤大于深層土壤，而磷酸酶和氧化還原酶活性隨土層深度增加規(guī)律并不明顯。這可能是由于供試土壤類型、理化性質(zhì)和特殊的生態(tài)特征影響，及過氧化氫酶和磷酸酶對試驗處理引起的環(huán)境變化響應相對較弱所致。

綜上所述，沼渣作為底肥、沼液作為追肥可顯著提高葡萄栽培土壤中細菌和放線菌數(shù)量、改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高土壤蛋白酶和脲酶活力。土壤酶活性的提高又會加速土壤養(yǎng)分循環(huán)利用，減少土壤中全氮磷鉀等大量元素的累積，促進其向速效養(yǎng)分方向轉化。由此可見，土壤作為一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，沼渣基肥和沼液追肥配施對于降低化肥用量，提高土壤肥力具有重要作用，并在綠色農(nóng)業(yè)及沼氣產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面具有廣闊的應用前景。

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