生物腐殖酸對鹽堿土壤微生物數量和酶活性的影響

袁婉潼

(遼寧省阜新市實驗中學，遼寧阜新 123000)

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生物腐殖酸對鹽堿土壤微生物數量和酶活性的影響

袁婉潼

(遼寧省阜新市實驗中學，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，嚴重影響畜牧業(yè)和農業(yè)的發(fā)展。據估計，全球的鹽堿地面積達9.5億hm2，我國的鹽堿地面積達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物質如脫硫石膏[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)境和利用有機肥給鹽堿土壤提供有機質[7-8]等。生物腐殖酸是以農業(yè)廢棄物為原料，經過多種微生物在一定條件下發(fā)酵轉化而成，含有大量的低分子量有機酸、氨基酸和有機質[9]，因而生物腐殖酸被應用于鹽堿土既可以改變土壤的堿性環(huán)境，又可以提供有機質。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酸，而有機酸被認為是微生物最重要的底物之一[10]。同時，腐殖酸中還含有大量的礦物質、氨基酸等養(yǎng)分元素，因而能夠促進土壤微生物的生長。

對鹽堿地的改良效果可以用土壤質量來表示，而土壤微生物和土壤酶活性是土壤質量指標的重要組成部分。土壤微生物是土壤生化反應的推動者和參與者，是土壤有機無機復合體的重要組成部分，被認為是表征土壤質量變化最敏感、最有潛力的指標[11]。于江等[12]研究了生物腐殖酸對甘草生物量的影響，發(fā)現中量施肥處理(450 kg/hm2)的增產效果最為顯著，而高量處理(750 kg/hm2)對甘草生物量表現出明顯的抑制作用。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和根長，而高濃度時對根長具有抑制作用?？梢?，外源物料的施用對作物產量和土壤功能來說存在相對飽和點，符合科學施肥原則中的報酬遞減率。黃元炯等[14-15]研究表明，腐殖酸促進了褐土、潮棕壤土壤微生物的增殖。土壤酶是土壤生物化學過程的主要調節(jié)者，指示土壤總生物學活性，表征土壤的綜合肥力特征及養(yǎng)分轉化進程。它可作為衡量生態(tài)系統(tǒng)土壤質量變化的預警指標和敏感指標[16]。蛋白酶和脲酶與土壤的氮循環(huán)密切相關[17]。磷酸酶是土壤磷循環(huán)中的關鍵酶[18]。由于生物腐殖酸含有一定量的氮素和磷素，加入土壤后會導致土壤氮含量和磷含量的增加，進而導致土壤中蛋白酶、脲酶和磷酸酶活性的提高。脫氫酶活性已經被普遍應用于評估土壤微生物的代謝活性。由于生物腐殖酸促進微生物數量的增殖，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。由于生物腐殖酸含有豐富的有機質，加入土壤后能夠顯著地提高土壤的碳含量，進而誘導土壤淀粉酶活性的提高。過氧化氫酶可以保護植物免受過氧化物的損害，與有機質循環(huán)密切相關，其活性與土壤總有機碳含量正相關[19]。由于生物腐殖酸加入土壤后導致土壤有機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專一性，研究人員很難從單獨一個酶活性評價整體土壤狀態(tài)，所以將幾種土壤酶活性整合起來，開發(fā)出一些土壤質量指標來表達土壤重要生態(tài)功能，其中包括土壤肥力生物指數(BIF)、酶活性指數(EAN)。Stefanic等[21]報道了BIF在一系列土壤中的值(0.9～17.2)。Beck[22]報道了EAN在耕種土壤的值(1～4)。筆者擬從土壤微生物數量和酶活性的角度評估生物腐殖酸對鹽堿土壤質量的影響，為生物腐殖酸的進一步應用提供理論基礎。

1材料與方法

1.1試驗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，基本性質為：有機質含量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試驗方法黃瓜盆栽試驗設置4個處理：①對照(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)。每個處理6個重復。向每盆土壤中均勻地撒入大小一致的5粒黃瓜種子。當黃瓜發(fā)芽后苗高10 cm時，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%。經過120 d的盆栽試驗，對每盆中的黃瓜植株、果實分別進行收獲，清洗，晾干，稱重，同時測定株高。分別收集每個盆中的新鮮土壤，過2 mm篩，徹底混合均勻，測定土壤的可培養(yǎng)微生物數量和酶活性；風干后，測定土壤pH和電導率(EC)。

1.3指標測定與方法土壤微生物數量的測定采用平板計數法，細菌的培養(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)采用改良高氏一號培養(yǎng)基。堿性磷酸酶(AP)活性的測定采用對硝基苯磷酸鹽法[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的測定用復合電極pH計，土壤(質量)∶水(體積)為1.0∶2.5。土壤電導率測定用電導率儀，土壤(質量)∶水(體積)為1∶5。

BIF=(1.5 ×DH+k×100 ×CA) / 2

式中，k為比例系數，一般取0.01[27]。

1.4數據分析所有的數據均在烘干(105 ℃)土壤質量的基礎上進行計算。所有的試驗數據應用SPSS軟件進行顯著性差異比較，用Excel 2010進行繪圖。

2結果與分析

2.1盆栽黃瓜的產量指標和土壤鹽堿指標從表1可以看出，4個處理黃瓜株高、結實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照有所提高，不過在這2個處理之間不存在差異。這3個指標在中量腐殖酸處理下最高，且在0.05水平顯著高于對照，分別比對照提高了1.52倍、1.61倍和1.29倍，而在高量腐殖酸處理下這3個指標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，而結實量和全株生物量則在2個處理之間差異不顯著。可見，中量生物腐殖酸處理對鹽堿土壤黃瓜產量的提高效果最為明顯，而高量腐殖酸處理則表現出一定的抑制作用。

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水平顯著低于對照。生物腐殖酸中含有大量的有機酸類物質，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的緩沖性能，因而在低量和中量腐殖酸對土壤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，因而土壤的電導率呈現降低的趨勢。

表1　生物腐殖酸對盆栽黃瓜產量和土壤鹽堿指標的影響

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生物腐殖酸對土壤微生物數量的影響從表2可以看出，土壤細菌和真菌數量的變化在4個處理中表現出相同的規(guī)律。低量腐殖酸處理土壤微生物數量比對照有所增加，然而這2個處理之間不存在差異；土壤細菌和真菌數量在中量腐殖酸處理中最多，在0.05水平顯著高于其他3個處理，分別比對照提高了1.77倍和1.94倍；高量腐殖酸處理土壤微生物數量土壤細菌和真菌數量比中量腐殖酸處理在0.05水平顯著降低。土壤放線菌數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量在0.05水平顯著高于對照。

表2　生物腐殖酸對土壤細菌、放線菌和真菌數量的影響

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。　Note:Different lowercases indicate significant differences at 0.05 level.圖1　生物腐殖酸對土壤酶活性的影響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，高量生物腐殖酸會形成較高的滲透壓，從而對細菌和真菌的生長和繁殖有一定的抑制作用。而對于放線菌，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個單位，其土壤pH對放線菌的增殖起促進作用，且其促進效果超過由于滲透壓較高而產生的抑制效果，所以高量腐殖酸處理下土壤放線菌數量繼續(xù)增加。

從表2可以看出，土壤微生物中均以細菌占絕對優(yōu)勢，細菌數量占微生物總數量的81.43%～91.56%；放線菌數量次之，占微生物總數量的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?！ote:Different lowercases indicate significant differences at 0.05 level.圖2　生物腐殖酸對土壤肥力生物指數(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　生物腐殖酸對土壤酶活力指數(EAN)的影響Fig.3　Effect of BHC on index of soil enzyme activity(EAN)

2.3生物腐殖酸對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和酶活性指數最大，高量腐殖酸處理土壤肥力生物指數和酶活性指數次之，而其與中量腐殖酸處理間差異不顯著，對照最低。

生物腐殖酸處理下鹽堿土壤的土壤肥力生物指數與酶活性指數提高，表明生物腐殖酸的加入導致鹽堿土壤微生物的代謝活動加強。土壤肥力生物指數與酶活性指數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，作物產量最大，而在對照中最低，作物產量也最低。

3結論與討論

研究表明，生物腐殖酸能夠增加鹽堿土壤黃瓜產量，降低鹽堿土壤的pH和電導率，其中中量腐殖酸(450 kg/hm2)對黃瓜產量的提高效果最好，高量腐殖酸處理(750 kg/hm2)對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，而對照的土壤肥力最低。結合黃瓜產量、鹽堿度指標、土壤微生物數量和酶活性，發(fā)現中量和高量生物腐殖酸處理能夠顯著改善鹽堿土壤質量，增加作物產量，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，評估生物腐殖酸生態(tài)質量。[方法]設置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，測定盆栽黃瓜產量和鹽堿度指標，同時測定土壤微生物數量和酶活性。[結果]中量腐殖酸處理盆栽黃瓜的結實量和全株生物量的增加幅度最大，與對照(CK)相比增幅達1.61倍和1.29倍，而高量腐殖酸處理鹽堿土壤的pH和電導率的降低幅度最大。與對照相比，中量腐殖酸處理在0.05水平顯著提高土壤細菌、真菌數量和蛋白酶、脲酶、磷酸酶和脫氫酶活性，同時在0.05水平顯著提高土壤生物肥力指數(BIF)和酶活性指數(EAN)。高量腐殖酸處理對土壤微生物數量和酶活性的影響也在0.05水平顯著高于對照，僅次于中量腐殖酸處理，而低量腐殖酸處理則與對照之間沒有顯著差異。[結論]中量和高量生物腐殖酸處理能夠明顯改善鹽堿土壤質量，提高作物產量，其中中量生物腐殖酸的效果最好。

關鍵詞生物腐殖酸；鹽堿土壤；微生物數量；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。

基金項目國家自然科學基金項目(41301248)。

中圖分類號S 154.3

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)01-001-04