生物腐殖酸對(duì)鹽堿土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響

袁婉潼

(遼寧省阜新市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，遼寧阜新 123000)

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生物腐殖酸對(duì)鹽堿土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響

袁婉潼

(遼寧省阜新市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，遼寧阜新 123000)

土地鹽堿化屬于土地荒漠化的一種，致使土壤肥力下降，植物根系吸水困難，作物減產(chǎn)，嚴(yán)重影響畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。據(jù)估計(jì)，全球的鹽堿地面積達(dá)9.5億hm2，我國的鹽堿地面積達(dá)3 600萬hm2，占我國可利用土地面積的4.88%[1]。目前,鹽堿地的改良方法主要包括利用化學(xué)物質(zhì)如脫硫石膏[2-3]、黃鐵礦[4]、糠醛渣[5]、古龍酸母液[6]等來改變土壤的堿性環(huán)境和利用有機(jī)肥給鹽堿土壤提供有機(jī)質(zhì)[7-8]等。生物腐殖酸是以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，經(jīng)過多種微生物在一定條件下發(fā)酵轉(zhuǎn)化而成，含有大量的低分子量有機(jī)酸、氨基酸和有機(jī)質(zhì)[9]，因而生物腐殖酸被應(yīng)用于鹽堿土既可以改變土壤的堿性環(huán)境，又可以提供有機(jī)質(zhì)。它是一種潛在的鹽堿土壤改良劑。生物腐殖酸含有大量的有機(jī)酸，而有機(jī)酸被認(rèn)為是微生物最重要的底物之一[10]。同時(shí)，腐殖酸中還含有大量的礦物質(zhì)、氨基酸等養(yǎng)分元素，因而能夠促進(jìn)土壤微生物的生長。

對(duì)鹽堿地的改良效果可以用土壤質(zhì)量來表示，而土壤微生物和土壤酶活性是土壤質(zhì)量指標(biāo)的重要組成部分。土壤微生物是土壤生化反應(yīng)的推動(dòng)者和參與者，是土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的重要組成部分，被認(rèn)為是表征土壤質(zhì)量變化最敏感、最有潛力的指標(biāo)[11]。于江等[12]研究了生物腐殖酸對(duì)甘草生物量的影響，發(fā)現(xiàn)中量施肥處理(450 kg/hm2)的增產(chǎn)效果最為顯著，而高量處理(750 kg/hm2)對(duì)甘草生物量表現(xiàn)出明顯的抑制作用。Mylonas等[13]研究也表明，低濃度腐殖酸能夠顯著增加煙草苗的根數(shù)和根長，而高濃度時(shí)對(duì)根長具有抑制作用?？梢?，外源物料的施用對(duì)作物產(chǎn)量和土壤功能來說存在相對(duì)飽和點(diǎn)，符合科學(xué)施肥原則中的報(bào)酬遞減率。黃元炯等[14-15]研究表明，腐殖酸促進(jìn)了褐土、潮棕壤土壤微生物的增殖。土壤酶是土壤生物化學(xué)過程的主要調(diào)節(jié)者，指示土壤總生物學(xué)活性，表征土壤的綜合肥力特征及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進(jìn)程。它可作為衡量生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)量變化的預(yù)警指標(biāo)和敏感指標(biāo)[16]。蛋白酶和脲酶與土壤的氮循環(huán)密切相關(guān)[17]。磷酸酶是土壤磷循環(huán)中的關(guān)鍵酶[18]。由于生物腐殖酸含有一定量的氮素和磷素，加入土壤后會(huì)導(dǎo)致土壤氮含量和磷含量的增加，進(jìn)而導(dǎo)致土壤中蛋白酶、脲酶和磷酸酶活性的提高。脫氫酶活性已經(jīng)被普遍應(yīng)用于評(píng)估土壤微生物的代謝活性。由于生物腐殖酸促進(jìn)微生物數(shù)量的增殖，因而脫氫酶活性被提高了。淀粉酶與土壤碳循環(huán)密切相關(guān)。由于生物腐殖酸含有豐富的有機(jī)質(zhì)，加入土壤后能夠顯著地提高土壤的碳含量，進(jìn)而誘導(dǎo)土壤淀粉酶活性的提高。過氧化氫酶可以保護(hù)植物免受過氧化物的損害，與有機(jī)質(zhì)循環(huán)密切相關(guān)，其活性與土壤總有機(jī)碳含量正相關(guān)[19]。由于生物腐殖酸加入土壤后導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量隨著施肥量增加而不斷提高，因而過氧化氫酶活性也不斷提高。于江等[12，20]研究都表明，腐殖酸能夠顯著提高土壤脲酶、磷酸酶、淀粉酶、過氧化氫酶的活性。由于土壤酶活性的底物專一性和反應(yīng)專一性，研究人員很難從單獨(dú)一個(gè)酶活性評(píng)價(jià)整體土壤狀態(tài)，所以將幾種土壤酶活性整合起來，開發(fā)出一些土壤質(zhì)量指標(biāo)來表達(dá)土壤重要生態(tài)功能，其中包括土壤肥力生物指數(shù)(BIF)、酶活性指數(shù)(EAN)。Stefanic等[21]報(bào)道了BIF在一系列土壤中的值(0.9～17.2)。Beck[22]報(bào)道了EAN在耕種土壤的值(1～4)。筆者擬從土壤微生物數(shù)量和酶活性的角度評(píng)估生物腐殖酸對(duì)鹽堿土壤質(zhì)量的影響，為生物腐殖酸的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況取遼寧省盤錦市大洼縣濱海地區(qū)0～20 cm土層的黏壤土，土壤pH為9.21，有機(jī)碳7.28 g/kg，全氮0.60 g/kg，全磷0.44 g/kg，全鉀13.06 g/kg，堿解氮29.97 mg/kg，有效磷11.63 mg/kg，速效鉀573 mg/kg。供試生物腐殖酸購自沈陽某公司，基本性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)含量32.15%，游離腐殖酸含量16.33%，水溶性腐殖酸7.26%，富里酸含量6.08%，胡敏酸含量25.62%，胡敏素含量6.87%。

1.2試驗(yàn)方法黃瓜盆栽試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理：①對(duì)照(CK),不施肥;②生物腐殖酸用量為150 kg/hm2(低量腐殖酸);③ 生物腐殖酸用量為450 kg/hm2(中量腐殖酸)；④生物腐殖酸用量為750 kg/hm2(高量腐殖酸)。每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)。向每盆土壤中均勻地撒入大小一致的5粒黃瓜種子。當(dāng)黃瓜發(fā)芽后苗高10 cm時(shí)，將每盆土壤的黃瓜間苗至3棵。在黃瓜培養(yǎng)期間，通過澆水使各盆土壤的田間持水量保持在60%。經(jīng)過120 d的盆栽試驗(yàn)，對(duì)每盆中的黃瓜植株、果實(shí)分別進(jìn)行收獲，清洗，晾干，稱重，同時(shí)測定株高。分別收集每個(gè)盆中的新鮮土壤，過2 mm篩，徹底混合均勻，測定土壤的可培養(yǎng)微生物數(shù)量和酶活性；風(fēng)干后，測定土壤pH和電導(dǎo)率(EC)。

1.3指標(biāo)測定與方法土壤微生物數(shù)量的測定采用平板計(jì)數(shù)法，細(xì)菌的培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌的培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌的培養(yǎng)采用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基。堿性磷酸酶(AP)活性的測定采用對(duì)硝基苯磷酸鹽法[23]。脫氫酶(DH)活性的測定采用氯化三苯基四氮唑比色法。淀粉酶(AM)活性的測定采用二硝基水楊酸比色法。脲酶(UR)活性的測定采用次氯酸鈉比色法[24]。過氧化氫酶(CA)活性的測定采用容量法[25]。蛋白酶(PR)活性的測定采用茚三酮比色法[26]。土壤pH的測定用復(fù)合電極pH計(jì)，土壤(質(zhì)量)∶水(體積)為1.0∶2.5。土壤電導(dǎo)率測定用電導(dǎo)率儀，土壤(質(zhì)量)∶水(體積)為1∶5。

BIF=(1.5 ×DH+k×100 ×CA) / 2

式中，k為比例系數(shù)，一般取0.01[27]。

1.4數(shù)據(jù)分析所有的數(shù)據(jù)均在烘干(105 ℃)土壤質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行顯著性差異比較，用Excel 2010進(jìn)行繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1盆栽黃瓜的產(chǎn)量指標(biāo)和土壤鹽堿指標(biāo)從表1可以看出，4個(gè)處理黃瓜株高、結(jié)實(shí)量和全株生物量的變化規(guī)律比較一致，即低量腐殖酸處理比對(duì)照有所提高，不過在這2個(gè)處理之間不存在差異。這3個(gè)指標(biāo)在中量腐殖酸處理下最高，且在0.05水平顯著高于對(duì)照，分別比對(duì)照提高了1.52倍、1.61倍和1.29倍，而在高量腐殖酸處理下這3個(gè)指標(biāo)都比中量腐殖酸處理有所降低，其中株高在高量腐殖酸處理和中量腐殖酸處理之間差異在0.05水平顯著，而結(jié)實(shí)量和全株生物量則在2個(gè)處理之間差異不顯著。可見，中量生物腐殖酸處理對(duì)鹽堿土壤黃瓜產(chǎn)量的提高效果最為明顯，而高量腐殖酸處理則表現(xiàn)出一定的抑制作用。

鹽堿土壤的pH和EC值都隨著生物腐殖酸用量的增加而不斷降低，不過pH只在高量腐殖酸處理下在0.05水平顯著低于對(duì)照，EC值在中量和高量腐殖酸處理下都在0.05水平顯著低于對(duì)照。生物腐殖酸中含有大量的有機(jī)酸類物質(zhì)，能夠中和鹽堿土壤中的堿性，然而由于鹽堿土壤本身具有很強(qiáng)的緩沖性能，因而在低量和中量腐殖酸對(duì)土壤pH沒有顯著的影響，只有在高量腐殖酸處理下土壤pH的下降才很明顯。生物腐殖酸中的胡敏酸是親水膠體，可以吸附土壤中的陽離子，因而土壤的電導(dǎo)率呈現(xiàn)降低的趨勢。

表1　生物腐殖酸對(duì)盆栽黃瓜產(chǎn)量和土壤鹽堿指標(biāo)的影響

注：同列不同小寫字母表示在0.05 水平差異顯著。

Note:Different lowercases in the same row show significant differences at 0.05 level.

2.2生物腐殖酸對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響從表2可以看出，土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量的變化在4個(gè)處理中表現(xiàn)出相同的規(guī)律。低量腐殖酸處理土壤微生物數(shù)量比對(duì)照有所增加，然而這2個(gè)處理之間不存在差異；土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量在中量腐殖酸處理中最多，在0.05水平顯著高于其他3個(gè)處理，分別比對(duì)照提高了1.77倍和1.94倍；高量腐殖酸處理土壤微生物數(shù)量土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量比中量腐殖酸處理在0.05水平顯著降低。土壤放線菌數(shù)量則隨著生物腐殖酸用量的增加而一直增加，其中，中量和高量腐殖酸處理土壤放線菌數(shù)量在0.05水平顯著高于對(duì)照。

表2　生物腐殖酸對(duì)土壤細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量的影響

注：同列不同小寫字母表示在0.05 水平差異顯著。

Note:Different lowercases in the same row show significant differences at 0.05 level.

注：不同小寫字母表示在0.05水平顯著?！ote:Different lowercases indicate significant differences at 0.05 level.圖1　生物腐殖酸對(duì)土壤酶活性的影響Fig.1　Effect of BHC on activity of soil enzymes

由于生物腐殖酸中含有大量的可溶性物質(zhì)，高量生物腐殖酸會(huì)形成較高的滲透壓，從而對(duì)細(xì)菌和真菌的生長和繁殖有一定的抑制作用。而對(duì)于放線菌，由于放線菌適合于偏堿性環(huán)境中生長，pH過高會(huì)抑制放線菌的增殖。該研究中高量腐殖酸處理將土壤pH降低了0.43個(gè)單位，其土壤pH對(duì)放線菌的增殖起促進(jìn)作用，且其促進(jìn)效果超過由于滲透壓較高而產(chǎn)生的抑制效果，所以高量腐殖酸處理下土壤放線菌數(shù)量繼續(xù)增加。

從表2可以看出，土壤微生物中均以細(xì)菌占絕對(duì)優(yōu)勢，細(xì)菌數(shù)量占微生物總數(shù)量的81.43%～91.56%；放線菌數(shù)量次之，占微生物總數(shù)量的8.21%～18.28%；由于真菌適宜于偏酸性環(huán)境中生存，該研究土壤中真菌比例最少，占0.23%～0.30%。

注：不同小寫字母表示差異在0.05水平顯著。　Note:Different lowercases indicate significant differences at 0.05 level.圖2　生物腐殖酸對(duì)土壤肥力生物指數(shù)(BIF)的影響Fig.2　Effect of BHC on biological index of soil fertility(BIF)

注：不同小寫字母表示差異在0.05水平顯著。　Note:Different lowercases indicate significant differences at 0.05 level.圖3　生物腐殖酸對(duì)土壤酶活力指數(shù)(EAN)的影響Fig.3　Effect of BHC on index of soil enzyme activity(EAN)

2.3生物腐殖酸對(duì)土壤酶活性的影響從圖1可以看出，除了淀粉酶和過氧化氫酶活性之外，4種處理的其他土壤酶活性表現(xiàn)出在中量腐殖酸處理中最高，在0.05水平顯著高于其他處理，高量腐殖酸處理次之，對(duì)照最低。土壤酶活性主要來源于土壤微生物的分泌。由于中量腐殖酸處理中土壤微生物數(shù)量最多，在該處理下土壤酶活性要在0.05水平顯著高于其他處理。

土壤淀粉酶活性隨著生物腐植酸施用量的增加而提高，在0.05水平顯著高于對(duì)照，且高量腐殖酸處理最高。低量、中量和高量腐殖酸處理下土壤過氧化氫酶活性都在0.05水平顯著高于對(duì)照，且高量腐殖酸處理略高于中量腐殖酸處理。

從圖2、3可以看出，中量腐殖酸處理土壤肥力生物指數(shù)和酶活性指數(shù)最大，高量腐殖酸處理土壤肥力生物指數(shù)和酶活性指數(shù)次之，而其與中量腐殖酸處理間差異不顯著，對(duì)照最低。

生物腐殖酸處理下鹽堿土壤的土壤肥力生物指數(shù)與酶活性指數(shù)提高，表明生物腐殖酸的加入導(dǎo)致鹽堿土壤微生物的代謝活動(dòng)加強(qiáng)。土壤肥力生物指數(shù)與酶活性指數(shù)在中量腐殖酸處理下最高，意味著該施用量下生物腐殖酸處理的鹽堿土壤肥力最高，作物產(chǎn)量最大，而在對(duì)照中最低，作物產(chǎn)量也最低。

3結(jié)論與討論

研究表明，生物腐殖酸能夠增加鹽堿土壤黃瓜產(chǎn)量，降低鹽堿土壤的pH和電導(dǎo)率，其中中量腐殖酸(450 kg/hm2)對(duì)黃瓜產(chǎn)量的提高效果最好，高量腐殖酸處理(750 kg/hm2)對(duì)鹽堿土壤鹽堿度的降低效果最好。生物腐殖酸處理能夠提高鹽堿土壤微生物數(shù)量和酶活性，其中中量腐殖酸處理的提高效果最好，土壤肥力最高，高量腐殖酸處理效果次之，而對(duì)照的土壤肥力最低。結(jié)合黃瓜產(chǎn)量、鹽堿度指標(biāo)、土壤微生物數(shù)量和酶活性，發(fā)現(xiàn)中量和高量生物腐殖酸處理能夠顯著改善鹽堿土壤質(zhì)量，增加作物產(chǎn)量，其中以中量生物腐殖酸的效果最好。

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摘要[目的]從土壤微生物的角度，評(píng)估生物腐殖酸生態(tài)質(zhì)量。[方法]設(shè)置CK(0)、低量(150 kg/hm2)、中量(450 kg/hm2)、高量(750 kg/hm2)生物腐殖酸的鹽堿土壤盆栽試驗(yàn)，測定盆栽黃瓜產(chǎn)量和鹽堿度指標(biāo)，同時(shí)測定土壤微生物數(shù)量和酶活性。[結(jié)果]中量腐殖酸處理盆栽黃瓜的結(jié)實(shí)量和全株生物量的增加幅度最大，與對(duì)照(CK)相比增幅達(dá)1.61倍和1.29倍，而高量腐殖酸處理鹽堿土壤的pH和電導(dǎo)率的降低幅度最大。與對(duì)照相比，中量腐殖酸處理在0.05水平顯著提高土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量和蛋白酶、脲酶、磷酸酶和脫氫酶活性，同時(shí)在0.05水平顯著提高土壤生物肥力指數(shù)(BIF)和酶活性指數(shù)(EAN)。高量腐殖酸處理對(duì)土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響也在0.05水平顯著高于對(duì)照，僅次于中量腐殖酸處理，而低量腐殖酸處理則與對(duì)照之間沒有顯著差異。[結(jié)論]中量和高量生物腐殖酸處理能夠明顯改善鹽堿土壤質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量，其中中量生物腐殖酸的效果最好。

關(guān)鍵詞生物腐殖酸；鹽堿土壤；微生物數(shù)量；酶活性

Effect of Biological Humic Acid on Microbe Number and Enzyme Activities of Alkali-saline Soil

YUAN Wan-tong(Fuxin Experiment Middle School,Fuxin,Liaoning 123000)

Abstract[Objective] To evaluate the ecological quality of biological humic acid (BHC) from soil microbes.[Method] Alkali-saline soil pot experiments of control (0),low application rate (150 kg/hm2),medium application rate (450 kg/hm2) and medium application rate (750 kg/hm2) of BHC were conducted,and the yield and alkaline index of cucumber,soil microbes quantity and enzyme activities were determined.[Result] The results showed that cucumber yield and biological biomass of whole plant in medium application rate of BHC was highest,the increase rate of which were 1.61 times and 1.29 times than that of control.The decrease rate of alkali-saline soil pH and EC in high application rate of BHC was highest.Compared with control,number of soil bacteria,fungi and activities of protease,urease,phosphatase,dehydrogenase were increased significantly by BHC at medium application rate; biological index of fertility (BIF) and enzyme activity number (EAN) were also significantly enhanced,respectively.BHC at high application rate also significantly enhanced soil microbe number and enzyme activities,and its effect was secondary to that of BHC at medium application rate.The effect of BHC at low application rate on soil microbe number and enzyme activities was not significantly different from that of control.[Conclusion] Soil quality and crop yield can be improved by BHC at meidium and high application rate,and the effect of BHC at medium application rate is best.

Key wordsBiological humic acid (BHC); Alkali-saline soil; Soil microbe number; Soil enzyme activities

收稿日期2015-12-04

作者簡介袁婉潼(1998- )，女，遼寧阜新人，高中生。

基金項(xiàng)目國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41301248)。

中圖分類號(hào)S 154.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)01-001-04