商洛核桃-桔梗復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中桔梗根際土壤微生物數(shù)量特征與酶活性研究

彭曉邦

（商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000）

商洛核桃-桔梗復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中桔梗根際土壤微生物數(shù)量特征與酶活性研究

彭曉邦

（商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000）

以商洛市洛南縣育林村核桃-桔梗林藥復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用平板稀釋法對(duì)林下土壤微生物細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量特征進(jìn)行比較分析，采用比色法和滴定法分別對(duì)5種土壤酶 （脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、硝酸還原酶、過氧化氫酶）活性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合系統(tǒng)土壤3大類群微生物 （細(xì)菌、真菌、放線菌）數(shù)量均高于單作模式。土壤酶活性表現(xiàn)為復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶活性均高于單作模式；復(fù)合系統(tǒng)桔梗根際土壤蔗糖酶活性在距核桃樹0.5 m處高于單作模式，而復(fù)合系統(tǒng)桔梗根際土壤硝酸還原酶活性均低于單作模式。與單作模式相比，復(fù)合系統(tǒng)可以增加桔梗根際土壤微生物數(shù)量，提高桔梗根際土壤酶活性。

土壤微生物；土壤酶；復(fù)合系統(tǒng)；根際土壤；桔梗；核桃

文獻(xiàn)著錄格式：彭曉邦.商洛核桃-桔梗復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中桔梗根際土壤微生物數(shù)量特征與酶活性研究 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（12）：2010-2012，2014.

農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)是一種傳統(tǒng)的土地資源利用和經(jīng)營(yíng)方式［1］，隨著資源短缺、環(huán)境惡化等問題的日益嚴(yán)峻，農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)不僅引起眾多發(fā)展中國(guó)家的普遍關(guān)注，而且也受到一些發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視［2-3］，復(fù)合農(nóng)林業(yè)已經(jīng)成為現(xiàn)代可持續(xù)農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)之一。桔梗（Platycodon grandiflorus）為桔?？疲–ampanulaceae）多年生草本植物，其入藥部位為根部，性味微溫、苦、辛［4］，具有利咽排膿和宣肺祛痰的功能［5］，是一種藥、食、觀賞兼用的經(jīng)濟(jì)植物。作為五大商藥之一，桔梗更是被譽(yù)為商洛參［6］，在國(guó)內(nèi)外享有良好的聲譽(yù)，種植桔梗已經(jīng)成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)。核桃 （Juglans regia）又名胡桃、羌桃，性溫味甘，具有健胃、補(bǔ)血、養(yǎng)神等功效［7］。商洛核桃品種繁多，素有 “核桃之鄉(xiāng)”的美稱，核桃產(chǎn)業(yè)是當(dāng)?shù)卣娃r(nóng)民的主打產(chǎn)業(yè)之一。生產(chǎn)中把核桃和桔梗進(jìn)行林藥套種是提高土地利用效率，增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，促進(jìn)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效途徑之一［2］。近年來有關(guān)農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)的研究較為廣泛［8-10］，但關(guān)于農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中桔梗與土壤微生物之間相關(guān)性的研究鮮有報(bào)道。本研究以商洛核桃-桔梗林藥復(fù)合系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析研究復(fù)合系統(tǒng)中桔梗根際土壤微生物數(shù)量特征與酶活性的變化規(guī)律，為核桃-桔梗復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)構(gòu)建和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理提供一定的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

供試土壤采自洛南縣景村鎮(zhèn)育林村核桃-桔梗林藥復(fù)合系統(tǒng)中二年生桔梗植株根際土壤，采樣時(shí)分別采取距離核桃樹根部0.5，1.0和1.5 m處桔梗的根際土壤，并采取單作桔梗的根際土壤作為對(duì)照。

1.2方法

利用常規(guī)平板計(jì)數(shù)法［11］測(cè)出土壤微生物種群（細(xì)菌、真菌、放線菌）數(shù)量，找出土壤微生物種群數(shù)量特征。脲酶活性測(cè)定用苯酚鈉比色法［12］；過氧化氫酶活性的測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法［13］；蔗糖酶活性的測(cè)定用 3，5-二硝基水楊酸比色法［12］；蛋白酶活性的測(cè)定用茚三酮比色法［14］；硝酸還原酶活性的測(cè)定用磺胺萘胺比色法［15］。

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

2　結(jié)果與分析

2.1根際土壤微生物數(shù)量特征

由表1可以看出，復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤微生物總數(shù)隨著距核桃樹越來越遠(yuǎn)而逐漸減少，且復(fù)合系統(tǒng)中微生物總數(shù)均高于單作。桔梗根際土壤微生物數(shù)量從大到小依次排序?yàn)榫鄻?.5 m＞距樹1.0 m＞距樹1.5 m＞單作桔梗。不同處理桔梗根際土壤微生物中細(xì)菌數(shù)量都明顯大于其他微生物數(shù)量，細(xì)菌約占土壤微生物總數(shù)的99%以上，放線菌次之 （占全部微生物總量的0.35%～0.47%），真菌最少 （所占比例僅為0.09%～0.12%）。

表1　不同處理桔梗根際土壤微生物數(shù)量

2.1.1細(xì)菌

由圖1可知，復(fù)合系統(tǒng)中桔梗根際土壤的細(xì)菌數(shù)量隨著距核桃樹越來越遠(yuǎn)而逐漸減少，且復(fù)合系統(tǒng)中桔梗根際土壤細(xì)菌數(shù)量均高于單作。距樹0.5 m處桔梗根際土壤細(xì)菌數(shù)量最多，占細(xì)菌總數(shù)的55.94%；單作桔梗根際土壤的細(xì)菌數(shù)量最少，占細(xì)菌總數(shù)的29.03%；與單作相比較，復(fù)合系統(tǒng)中距樹0.5 m、距樹1.0 m和距樹1.5 m桔梗根際土壤細(xì)菌數(shù)量分別是單作的1.84，1.34和1.08倍。

圖1　不同處理桔梗根際土壤細(xì)菌數(shù)量

2.1.2真菌

由圖2可知，復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤真菌數(shù)量變化趨勢(shì)與細(xì)菌數(shù)量的變化趨勢(shì)相似，真菌數(shù)量隨著桔梗與核桃樹距離的增大而逐漸減少，且復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤真菌數(shù)量均高于單作。距核桃樹0.5 m處真菌數(shù)量最多，占其總數(shù)的28.9%；單作模式最少，占其總數(shù)的21.28%。與單作相比，復(fù)合系統(tǒng)中距樹0.5 m，距樹1.0 m和距樹1.5 m桔梗根際土壤真菌數(shù)量分別比單作模式高出36.13%，29.57%和4.20%。

圖2　不同處理桔梗根際土壤真菌數(shù)量

2.1.3放線菌

由圖3可看出，復(fù)合系統(tǒng)不同處理放線菌數(shù)量變化趨勢(shì)和細(xì)菌、真菌的數(shù)量變化趨勢(shì)相似，都是隨著距離的增大而微生物數(shù)量逐漸減小，且復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤微生物放線菌數(shù)量均高于單作桔梗根際土壤放線菌數(shù)量。距離核桃樹0.5 m處桔梗根際土壤微生物放線菌數(shù)量最多，占放線菌總數(shù)的29.71%，單作桔梗根際土壤放線菌數(shù)量最少，占其總數(shù)的20.82%。與單作相比，復(fù)合系統(tǒng)中距樹0.5 m，距樹1.0 m和距樹1.5 m桔梗根際土壤放線菌數(shù)量分別比單作模式高出 42.68%，32.93%和4.63%。

圖3　不同處理桔梗根際土壤放線菌數(shù)量

2.2根際土壤酶活性

2.2.1脲酶活性

2.2.2蔗糖酶活性

土壤蔗糖酶活性以24 h后1 g土壤中葡萄糖的質(zhì)量 （mg）表示，它可以促進(jìn)蔗糖轉(zhuǎn)化分解為葡萄糖和果糖，為土壤微生物提供能源，所以土壤蔗糖酶活性可以用來表示土壤熟化程度［16］。復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤蔗糖酶活性隨著距核桃樹越來越遠(yuǎn)而呈V形變化趨勢(shì)。桔梗根際土壤蔗糖酶活性在距樹0.5 m處最高，為463.45 mg.g-1；距樹1.0 m處活性最低，僅為321.06 mg.g-1；而在距樹1.5 m處活性又升高，為392.68 mg.g-1。與單作相比，復(fù)合系統(tǒng)距樹0.5 m處桔梗根際土壤蔗糖酶活性高出單作7.99%，而距樹1.0 m和1.5 m處的桔梗根際土壤蔗糖酶活性分別低于單作25.18%和8.50%。

2.2.3蛋白酶活性

蛋白酶活性以24 h后1 g土壤中氨基氮的質(zhì)量（mg）表示，它參與土壤中蛋白質(zhì)及其他含氮有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化，對(duì)土壤氮循環(huán)起著不可替代的作用［16］。復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤蛋白酶活性隨著距核桃樹越來越遠(yuǎn)呈先升高后下降的變化趨勢(shì)，且復(fù)合系統(tǒng)均明顯高于單作系統(tǒng)。與單作系統(tǒng)比較，復(fù)合系統(tǒng)中距樹0.5 m，1.0 m和1.5 m的桔梗根際土壤蛋白酶活性分別比單作模式高出10.53%，13.84%和10.81%。

2.2.4硝酸還原酶活性

硝酸還原酶活性以1 h后1 g土壤中甘氨酸的質(zhì)量 （μg）表示，它參與了土壤中的反硝化過程，是一種專一性酶［17］。復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤硝酸還原酶活性隨著距核桃樹越來越遠(yuǎn)呈V形變化趨勢(shì)，且其活性均低于單作。與單作系統(tǒng)相比，復(fù)合系統(tǒng)中距樹0.5 m，1.0 m和1.5 m的桔梗根際土壤硝酸還原酶活性分別比單作模式低14.67%，31.97%和7.86%。

2.2.5過氧化氫酶活性

土壤過氧化氫酶活性以1 h后1 g土壤消耗0.1 mol.L-1的KMnO4的體積（m L）表示，它參與土壤中的一些氧化還原反應(yīng)，可有效避免土壤中過氧化氫的累積，保護(hù)生物體不受過氧化氫的危害［16］。復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤過氧化氫酶的活性隨著距核桃樹越來越遠(yuǎn)而呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，其最大值出現(xiàn)在距樹1.0 m處，活性為1.57 m L.g-1；最小值在距樹1.5 m處，活性為1.42 m L.g-1。與單作系統(tǒng)相比，復(fù)合系統(tǒng)中距樹0.5 m，1.0 m和1.5 m的桔梗根際土壤過氧化氫酶活性分別高出單作 29.91%，34.18% 和21.36%。

3　小結(jié)與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，單作和復(fù)合系統(tǒng)土壤3大類群微生物數(shù)量關(guān)系均表現(xiàn)為細(xì)菌＞放線菌＞真菌，其原因可能是由于放線菌對(duì)養(yǎng)分、水分的競(jìng)爭(zhēng)能力弱于細(xì)菌，故而表現(xiàn)為不同處理桔梗根際土壤放線菌數(shù)量均低于細(xì)菌，由于真菌對(duì)合成底物的競(jìng)爭(zhēng)能力低于放線菌，所以不同處理桔梗根際土壤真菌數(shù)量最少［18］。本研究中，核桃-桔梗復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤微生物數(shù)量均明顯高于單作桔梗根際土壤微生物數(shù)量，說明復(fù)合系統(tǒng)有利于微生物的生存，這與張向前等［19］對(duì)間作玉米根際土壤微生物的研究結(jié)果一致。復(fù)合系統(tǒng)中隨著桔梗距離核桃樹越來越遠(yuǎn)，其根際土壤三大類群微生物數(shù)量均逐漸減少，其原因可能是由于距離核桃樹越近，土壤中根系分泌物越多，土壤微生物數(shù)量相對(duì)較多，而距核桃樹越遠(yuǎn)，土壤中核桃樹的根系分泌物越少，微生物數(shù)量相對(duì)減少。核桃樹根系分泌物對(duì)林下土壤微生物數(shù)量的影響機(jī)制還有待與進(jìn)一步深入研究。

土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度與方向，與土壤肥力狀況有著顯著相關(guān)性，是土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一［20］。本研究中，復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤脲酶和蛋白酶活性均高于單作模式，這與雍太文等［21］對(duì)玉米/大豆復(fù)合系統(tǒng)土壤酶活性的研究結(jié)果相一致，說明復(fù)合系統(tǒng)在一定程度上提高了土壤肥力，進(jìn)而為作物的生長(zhǎng)提供了更有利的條件；而復(fù)合系統(tǒng)不同處理桔梗根際土壤硝酸還原酶活性均低于單作模式，這說明核桃-桔梗復(fù)合經(jīng)營(yíng)可有效抑制土壤中氮的反硝化作用，以提供更多的 NH3-N，供植物吸收利用［21］；復(fù)合系統(tǒng)桔梗根際土壤過氧化氫酶活性均高于單作模式，這與許景偉等［22］對(duì)黑松混交林土壤酶活性

的研究發(fā)現(xiàn)相一致，說明復(fù)合系統(tǒng)可更好地阻止過氧化氫對(duì)生物體的毒害作用。相比單作模式，復(fù)合系統(tǒng)可增加桔梗根際土壤微生物數(shù)量，提高根際土壤酶活性，對(duì)桔梗根際土壤肥力有一定的改善作用，為林下桔梗生長(zhǎng)提供更有利的土壤環(huán)境。

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（責(zé)任編輯：張瑞麟）

S 182

A

0528-9017（2015）12-2010-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20151229

2015-07-28

陜西省科技計(jì)劃項(xiàng)目 （2014KJXX-79）；商洛市政府科技項(xiàng)目 （SK2014-01-06）

彭曉邦 （1980-），男，陜西周至人，副教授，博士，從事植物生態(tài)學(xué)的教學(xué)科研工作。E-mail：xbpeng1898@sina.com。