不同施肥年限對(duì)贛南臍橙果園土壤酶活性及微生物種群的影響

管冠 姚鋒先 劉桂東 盧占軍

摘要：贛南臍橙享譽(yù)全國(guó)，但長(zhǎng)期的化肥施用使得當(dāng)?shù)毓麍@土壤退化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，制約了當(dāng)?shù)啬毘犬a(chǎn)業(yè)發(fā)展，也危害了臍橙果實(shí)的品質(zhì)安全。本研究通過(guò)平板計(jì)數(shù)法、比色法測(cè)定了不同施肥年限的臍橙果園土壤微生物種群數(shù)量、土壤酶活性。在施肥年限8年以內(nèi)，細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量隨著施肥年限的增加而增加，而超過(guò)8年之后，臍橙果園土壤微生物的數(shù)量呈下降趨勢(shì)；同時(shí)土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性也呈現(xiàn)出類似規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，在贛南臍橙果園中化肥的長(zhǎng)期施用不利于土壤微生物種群的穩(wěn)定，同時(shí)也會(huì)造成土壤酶活性降低。

關(guān)鍵詞：臍橙果園；施肥年限；土壤微生物；土壤酶活性

中圖分類號(hào)： S666.406文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）02-0382-03

收稿日期：2015-08-14

基金項(xiàng)目：江西省自然科學(xué)基金 （編號(hào)：20133BAB21001）；江西省教育廳科技項(xiàng)目（編號(hào)：GJJ150990）；江西省對(duì)外科技合作項(xiàng)目（編號(hào)：20141BDH8001）。

作者簡(jiǎn)介：管冠（1985—），男，湖北黃石人，博士，講師，主要從事土壤生物學(xué)研究。E-mail：guanguan_1985@aliyun.com。

通信作者：盧占軍，博士，副教授，從事植物病理學(xué)研究。E-mail：76640059@qq.com。在贛南地區(qū)，紐荷爾是當(dāng)?shù)胤N植的主要臍橙品種，總產(chǎn)量世界第二，種植面積10.2萬(wàn) hm2，居世界之最[1]。作為我國(guó)臍橙主產(chǎn)區(qū)之一，贛南地區(qū)果園目前突出的問(wèn)題是化肥施用量過(guò)高，施用年限較長(zhǎng)；有機(jī)肥施用量少，由此導(dǎo)致的土壤退化現(xiàn)象以及生態(tài)環(huán)境污染日益嚴(yán)重，直接影響了臍橙植株的正常生長(zhǎng)，也危害了臍橙果實(shí)的品質(zhì)安全[2]。贛南地區(qū)屬山地丘陵地區(qū)，土壤偏酸，而長(zhǎng)期施用化肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化加重，嚴(yán)重影響臍橙對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用[3]。有研究表明，目前增加化肥施用量對(duì)果園臍橙產(chǎn)量增長(zhǎng)的促進(jìn)效果呈逐漸下降趨勢(shì)，化肥的長(zhǎng)期施用也會(huì)對(duì)臍橙果園的土壤肥力特性造成深刻的負(fù)面影響[4]。最直接的問(wèn)題就是肥料損失大、利用率低、直接造成土壤養(yǎng)分不平衡、土壤環(huán)境發(fā)生改變，特別是土壤生物學(xué)性質(zhì)惡化。

土壤生物學(xué)性質(zhì)的好壞與土壤微生物活動(dòng)息息相關(guān)，微生物在土壤中發(fā)生的代謝活動(dòng)能夠在很大程度上影響植物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用[5]。在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物種群與土壤酶活性之間也存在密切的聯(lián)系，有機(jī)質(zhì)的添加能夠有效地促進(jìn)土壤微生物種群數(shù)量增多，提高土壤酶活性[6]。大量研究表明，土壤微生物土壤酶活性能直觀地反映土壤質(zhì)量的變化，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量不可缺少的指標(biāo)[7]。

根據(jù)我國(guó)贛南地區(qū)臍橙果園施用肥料的現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為長(zhǎng)期施用化肥是導(dǎo)致果園土壤環(huán)境惡化的關(guān)鍵因素之一，探究化肥施用年限對(duì)土壤生物學(xué)性狀特別是土壤微生物與土壤酶的影響具有重要的意義。本試驗(yàn)通過(guò)研究不同施肥年限的紐荷爾臍橙果園的土壤生物學(xué)特性，分析土壤微生物種群、土壤酶與土壤施肥年限的內(nèi)在關(guān)系，為贛南臍橙果園土壤質(zhì)量的評(píng)測(cè)提供土壤生物學(xué)的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為國(guó)內(nèi)臍橙果園土壤施肥年限的相關(guān)研究提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)及材料選擇

試驗(yàn)在贛州市信豐縣進(jìn)行（25.16°N，115.03°E）。選擇已進(jìn)入掛果期，肥料施用以化肥為主，管理措施基本一致，面積不低于2.67 hm2，樹(shù)齡不同的紐荷爾臍橙果園（其中果園的化肥施用年限分別為4、6、8、10、12年）。每個(gè)果園采用隨機(jī)多點(diǎn)采集土樣5個(gè)，同時(shí)采集各果園路邊無(wú)肥料施用影響的土壤作對(duì)照（CK），將采集的土壤分別裝袋、記錄。采集完畢后帶回實(shí)驗(yàn)室，在自然狀況下風(fēng)干，風(fēng)干后碾細(xì)過(guò)2 mm篩后供測(cè)試分析用，研究不同施肥年限對(duì)臍橙土壤微生物種群數(shù)量、酶活性的影響。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1土壤微生物數(shù)量測(cè)定細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定；真菌采用孟加拉紅培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定；放線菌采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定[8]。

1.2.2土壤酶活性的測(cè)定磷酸酶活性采用PNPP法[9]測(cè)定，脲酶活性采用苯酚鈉比色法[9]測(cè)定，蔗糖酶活性采用水楊酸比色法[10-11]測(cè)定。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)采用Excel 2007 進(jìn)行處理，SigmaPlot 10.0作圖，采用SAS 8.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析、顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同施肥年限對(duì)臍橙果園微生物數(shù)量的影響

在本試驗(yàn)條件下，化肥的施用能使作物土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量增加。如在施用化肥8年的臍橙果園土壤中，其細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均高于路邊對(duì)照處理（CK）土壤，分別增加39%～135%、25%～91%、58%～219%。由此可見(jiàn)，短期的化肥施用對(duì)土壤放線菌數(shù)量的增加效果相比其他2種微生物更為明顯。

而隨著化肥施用年限的增加，臍橙果園土壤中的微生物數(shù)量表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)特征。試驗(yàn)結(jié)果表明，施肥年限在6～10年的果園土壤其細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均明顯高于施肥年限12年的土壤。如在施肥年限為8年的果園土壤中，土壤的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量要比施肥年限12年的果園土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量多88%～217%、171%～314%、41%～186%。在施肥年限達(dá)到10年后，果園土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量減少，其中土壤細(xì)菌、真菌與果園路邊未施肥對(duì)照相比差異不大，而放線菌數(shù)量則明顯低于果園路邊未施肥對(duì)照處理（CK）。

大量研究表明，隨著施肥與種植年限的增加，土壤中的有機(jī)物也會(huì)隨之累積，在土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況下，微生物活動(dòng)更加頻繁[12]。劉桂婷等報(bào)道，在種植5年內(nèi)，土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量隨種植年限增大有逐漸上升的趨勢(shì)，種植5～9年趨于平穩(wěn)[13]。在本試驗(yàn)中，施用化肥的果園土壤微生物數(shù)量要高于果園路邊不施肥對(duì)照土壤（CK），可以認(rèn)為，合理化肥施用能夠促進(jìn)土壤微生物數(shù)量的增加，這一結(jié)果也與前人研究結(jié)果[14]一致。值得注意的是，在本試驗(yàn)條件下，施肥年限超過(guò)10年的贛南臍橙果園土壤中，其微生物數(shù)量發(fā)生了顯著下降（表1）。不同的土壤類型以及不同的作物種類都會(huì)對(duì)土壤微生物的生存環(huán)境造成影響，從而導(dǎo)致其數(shù)量發(fā)生變化[15]。而10年以上的化肥施用對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定程度的破壞，不利于土壤微生物的生長(zhǎng)，尤其是在贛南山地果園土壤，其影響更為顯著。表1不同施肥年限對(duì)臍橙果園微生物種群數(shù)量影響

年限

（年）細(xì)菌（×105 CFU/g）真菌（×104 CFU/g）放線菌（×104 CFU/g）樣品CK樣品CK樣品CK41.60±0.38b1.40±0.37b0.83±0.45a0.62±0.33a3.00±0.90b1.70±0.32a63.70±1.40a2.40±0.67a1.10±0.29a0.71±0.14a5.30±1.70ab1.70±0.28a84.30±1.10a2.30±0.76a1.20±0.25a0.76±0.15a6.20±2.10a2.60±1.10a102.80±1.10ab2.10±0.92ab0.86±0.17a0.56±0.22a4.80±2.50ab1.80±0.73a121.70±0.13b1.60±0.21b0.35±0.07b0.65±0.14a2.90±0.23b1.75±0.10a注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05）。

2.2不同種植年限對(duì)土壤酶活性的影響

試驗(yàn)在2013—2014年進(jìn)行，土壤為掛果期0～20 cm表層土樣。不同施肥年限對(duì)臍橙果園土壤酶活性影響如圖1所示，數(shù)據(jù)為5次重復(fù)的平均值，標(biāo)準(zhǔn)差用柱線表示。

2.2.1對(duì)蔗糖酶活性的影響與相同果園路邊土樣不施肥的空白對(duì)照（CK）相比，在施用化肥后，臍橙果園土壤的蔗糖酶活性均有不同程度的提高（圖1-a）。其中施用化肥8年后的果園土壤蔗糖酶活性提高最為明顯，增加幅度達(dá)到 16%～53%。

而不同的施肥年限也會(huì)影響土壤蔗糖酶活性。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，隨施肥年限的延長(zhǎng)，果園土壤的蔗糖酶活性逐步提高，到8年達(dá)到峰值，為52.3 mg/（g·d）蔗糖，之后逐步下降。值得注意的是，在施肥年限10年以后，土壤蔗糖酶活性顯著降低。施肥年限為8年的果園土壤比施肥年限12年的果園土壤蔗糖酶活性要高91%～153%。

土壤蔗糖酶又叫轉(zhuǎn)化酶，主要參與土壤有機(jī)碳循環(huán)，能夠有效地將土壤中的蔗糖水解，生成葡萄糖和果糖，從而為土壤的各種微生物提供碳源[16]。研究表明，土壤蔗糖酶活性與土壤有機(jī)碳的累積相關(guān)，同時(shí)其活性也與土壤碳氮比相關(guān)[17]。本試驗(yàn)表明隨著種植年限的增加，土壤中蔗糖酶活性增加，超過(guò)一定范圍施肥年限，蔗糖酶活性下降，這與杜靜靜等的報(bào)道一致[18]。果園土壤蔗糖酶活性略高于果園路邊未施肥對(duì)照組（CK），但沒(méi)有顯著性差異，表明化肥的施用對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響并不直接，而在化肥施用8～10年之后，蔗糖酶活性顯著下降，說(shuō)明土壤蔗糖酶活性更有可能是由于微生物種群數(shù)量與代謝發(fā)生的改變而對(duì)其造成的影響。

2.2.2對(duì)脲酶活性的影響相對(duì)于土壤蔗糖酶，與相同果園路邊土樣不施肥的空白對(duì)照（CK）相比，在施用化肥后，臍橙果園土壤的脲酶活性的提高幅度更為顯著（圖1-b）。與土壤蔗糖酶表現(xiàn)出的特征類似，在施用化肥8年后的果園土壤脲酶活性的提高最為明顯，相比對(duì)照處理（CK）增加幅度達(dá)到108%～125%。

在本試驗(yàn)條件下，化肥施用年限對(duì)土壤脲酶活性的影響趨勢(shì)與土壤蔗糖酶活性類似，同樣也是在施肥年限8年時(shí)達(dá)到峰值，為45.3 mg/（g·d）氨態(tài)氮，年限再往上增加土壤脲酶活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但在不同施肥年限的影響下，其變化幅度不如土壤蔗糖酶顯著。

土壤脲酶是一種酰胺酶，與尿素的形態(tài)轉(zhuǎn)化效率直接相關(guān)，主要作用是水解有機(jī)物分子中的肽鍵，在尿素的分解過(guò)程中扮演不可替代的角色[19]。在本試驗(yàn)中，相比土壤蔗糖酶活性，化肥的施用對(duì)土壤脲酶活性的促進(jìn)作用更大。說(shuō)明土壤脲酶活性與化肥施用，尤其是氮肥的施用聯(lián)系更為緊密[20]。在贛南臍橙果園，氮肥的施用以尿素為主，作為土壤脲酶作用的底物，尿素的施用能夠有效地促進(jìn)土壤脲酶活性的提高。與土壤蔗糖酶表現(xiàn)出的趨勢(shì)一致，以施肥年限8年為分界，果園土壤脲酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律，而不施肥對(duì)照處理（CK）的土壤脲酶活性則沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著差異變化。推測(cè)其原因可能是由于化肥的施用年限過(guò)長(zhǎng)在一定程度上破壞土壤的土著生態(tài)系統(tǒng)，土壤酸化板結(jié)，導(dǎo)致微生物活動(dòng)下降、脲酶活性下降[21]。

2.2.3對(duì)酸性磷酸酶活性的影響土壤酶主要來(lái)源于植物根系與土壤微生物，其中酸性磷酸酶的作用是在酸性條件下催化土壤中磷酸單酯和磷酸二酯水解，將有機(jī)磷酯水解為無(wú)機(jī)磷酸。在其水解作用下，贛南臍橙果園酸性土壤中的有機(jī)磷會(huì)轉(zhuǎn)化成小分子無(wú)機(jī)磷供植物吸收利用，是土壤磷素肥力指標(biāo)之一[22]。

施肥年限對(duì)土壤酸性磷酸酶活性的影響趨勢(shì)與之前2種酶一致，都呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，但前期的升高幅度更大，后期的降低幅度更小（圖1-c）。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，相比土壤蔗糖酶與脲酶，化肥的施用能夠更有效地促進(jìn)土壤酸性磷酸酶活性的增加，與果園路邊未施肥對(duì)照（CK）相比，在施肥年限4～12年間，土壤酸性磷酸酶活性都有顯著上升（升幅分別為38%～65%、52%～80%、61%～79%、46%～71%、65%～102%）。同時(shí)，施肥年限長(zhǎng)的果園土壤酸性磷酸酶活性顯著高于施肥年限4年的土壤。如在施肥年限為8年的果園土壤中，土壤磷酸酶活性要比施肥年限4年的果園土壤磷酸酶活性高42%～58%。

在本試驗(yàn)中，隨著施肥年限的增加，磷酸酶活性增加。對(duì)照組和試驗(yàn)組中的變化趨勢(shì)是一致的，且對(duì)照組和試驗(yàn)組的磷酸酶活性差異比較明顯。主要原因可能是隨著施肥年限的增加，土壤中的有機(jī)磷增加，底物濃度增加，導(dǎo)致磷酸酶活性增加，以此來(lái)提高臍橙無(wú)機(jī)磷的利用率[22]。對(duì)照組中的磷酸酶活性增加可能是因?yàn)橥寥乐辛姿崦富钚圆蛔阌跐M足正常的植物生長(zhǎng)需要，而刺激根系分泌磷酸酶[24]。超過(guò)一定施肥年限，環(huán)境愈加惡劣，微生物數(shù)量下降，作物根系作用受限，磷酸酶來(lái)源減少，使得磷酸酶活性下降。

3結(jié)論

不同施肥年限的贛南臍橙果園土壤試驗(yàn)結(jié)果表明，與無(wú)化肥影響的路邊對(duì)照土壤相比，化肥的施用能夠顯著提高土壤酶活性及土壤微生物數(shù)量。與8年化肥施用年限的果園相比，施肥年限達(dá)到10年的果園土壤酶活性及土壤微生物種群數(shù)量發(fā)生了明顯下降。因此，在贛南臍橙果園中，化肥的長(zhǎng)期施用既不利于土壤微生物種群的穩(wěn)定，同時(shí)也會(huì)造成土壤酶活性降低。

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