添加纖維素酶對(duì)綠肥還田設(shè)施土壤酶活性及微生物種群數(shù)量的影響

曲繼松++張麗娟++朱倩楠

摘要：為了研究添加纖維素酶對(duì)綠肥還田設(shè)施土壤酶活性及微生物種群數(shù)量的影響，設(shè)置4個(gè)處理：空白對(duì)照T1（CK1）處理，單獨(dú)添加纖維素酶的T2（CK2）處理，單獨(dú)處理高丹草的T3（CK3）處理，高丹草還田添加纖維素酶的T4處理。結(jié)果表明：在高丹草還田過(guò)程中添加適量纖維素酶制劑，與空白對(duì)照相比，土壤蔗糖酶活性提高23.24%，脲酶活性提高48.86%，磷酸酶活性提高30.19%，多酚氧化酶活性提高33.84%；T4處理的細(xì)菌數(shù)量比T1處理高48.23%，T4處理的真菌數(shù)量比T1處理高12.39%，放線菌、芽孢桿菌數(shù)量變化規(guī)律與細(xì)菌、真菌相似，T4處理的放線菌、芽孢桿菌數(shù)量均為最多，分別比T1處理高26.21%、86.79%。綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑能夠顯著提高多種土壤酶活性，有利于土壤微生物數(shù)量的快速增加，從而增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量。

關(guān)鍵詞：綠肥還田；纖維素酶；設(shè)施土壤；土壤酶活性；微生物種群數(shù)量

中圖分類號(hào)： S154.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0484-02

纖維素酶是一種重要的酶產(chǎn)品，是一種復(fù)合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、內(nèi)切β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶等組成，還有很高活力的木聚糖酶。由于纖維素酶在生產(chǎn)飼料、乙醇、紡織品和食品等領(lǐng)域具有巨大的市場(chǎng)潛力，已被國(guó)內(nèi)外業(yè)內(nèi)人士看好，將是繼糖化酶、淀粉酶、蛋白酶之后的第4大工業(yè)酶種，甚至在中國(guó)完全有可能成為第1大酶種，因此纖維素酶是酶制劑工業(yè)中的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

土壤微生物是土壤生物區(qū)系中最重要的功能組分和土壤生物群落的重要類群，參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解及腐殖質(zhì)的形成等過(guò)程[1]，其數(shù)量、活性和多樣性是評(píng)價(jià)土壤健康程度或者土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[2]。土壤微生物在土壤食物網(wǎng)中占有重要的生態(tài)位，其變化會(huì)直接或間接地影響食物網(wǎng)其他生態(tài)位的生物活性、分布和豐富度、群落結(jié)構(gòu)、數(shù)量及多樣性[3]，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。因此，本試驗(yàn)旨在研究添加纖維素酶對(duì)綠肥還田設(shè)施土壤酶活性及微生物種群數(shù)量的影響，以期為日光溫室低肥力土壤研究、減少化肥用量、探索發(fā)展低碳日光溫室農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地氣候

試驗(yàn)地點(diǎn)位于旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園清水河岸西側(cè)海原縣高崖鄉(xiāng)三分灣村槽式日光溫室內(nèi)，地處寧夏中部干旱帶，地理位置36°51′27.18″N、105°58′37.26″E，海拔 1 368 m，位于黃土高原西北部，屬黃河中游黃土丘陵溝壑區(qū)。該地大陸性季風(fēng)氣候明顯，其特點(diǎn)是春暖遲、夏熱短、秋涼早、冬寒長(zhǎng)；年均氣溫7 ℃，1月均溫-6.7 ℃，7月均溫19.7 ℃，≥10 ℃積溫2 398 ℃，無(wú)霜期149～171 d；在年降水量方面，多年平均降水量286 mm，最高706 mm，最低325 mm；年均蒸發(fā)量 2 180 mm；年均太陽(yáng)總輻射量5 642×109 J/m2；年日照時(shí)間 2 710 h。

試驗(yàn)時(shí)間為2013年6月20日—2014年1月20日。

1.2試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

供試土壤前茬為禮品西瓜，其0～20 cm表層土壤堿解氮肥力為偏低的5級(jí)水平（30～60 mg/kg），有機(jī)質(zhì)為極缺的6級(jí)水平（<0.60%），速效磷為中等偏低的4級(jí)水平（5～10 mg/kg），速效鉀為極豐富的1級(jí)水平（>160 mg/kg） [4]。試驗(yàn)地為黏壤土，其0～20 cm表層土壤具體理化性狀為：pH值8.27，全鹽含量1.32 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量4.52 g/kg，堿解氮含量36.0 mg/kg，速效磷含量7.8 mg/kg，速效鉀含量190.0 mg/kg，田間持水量32.44%。

綠肥為生長(zhǎng)60 d的高丹草，收割后用鍘刀鍘成2～3 cm 長(zhǎng)還田，纖維素酶制劑由陜西沃德生物酶有限公司提供。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，分別為T1、T2、T3、T4，具體設(shè)置見表1，以空白處理T1為對(duì)照1（CK1），以單獨(dú)添加纖維素酶處理T2為對(duì)照2（CK2），以單獨(dú)高丹草處理T3為對(duì)照3（CK3），以高丹草還田加纖維素酶為處理T4。高丹草種植時(shí)間為2013年6月20日，翻壓時(shí)間為2013年8月20日。

1.3試驗(yàn)方法

測(cè)定時(shí)間為綠肥翻壓后的第60天（10月20日）。蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定（以NH3-N計(jì)），磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，多酚氧化酶采用鄰苯三酚比色法測(cè)定[5]。微生

2結(jié)果與分析

2.1添加纖維素酶對(duì)綠肥還田設(shè)施土壤酶活性的影響

由表2可見，單獨(dú)添加纖維素酶制劑對(duì)設(shè)施土壤蔗糖酶活性影響較小，影響差值僅為0.70%，差異不顯著；綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑可顯著提高設(shè)施土壤蔗糖酶活性，綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑的T4處理比單一綠肥還田的T3處理高13.91%，比單一施用纖維素酶制劑的T2處理高22.38%，比對(duì)照T1處理高23.24%；單一施用纖維素酶制劑的T2處理比單一綠肥還田的T3處理低6.92%。

脲酶能夠催化尿素水解成二氧化碳、氨氣，其活性的高低在一定程度上反映了土壤供氮水平狀況[14]。在脲酶活性方面，綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑的T4處理比單一綠肥還田的T3處理高11.32%，比單一施用纖維素酶制劑的T2處理高47.02%，比對(duì)照T1處理高48.86%；單一施用纖維素酶制劑的T2處理比空白對(duì)照T1處理高1.25%，單一施用纖維素酶制劑的T2處理比單一綠肥還田的T3處理低24.29%。

土壤磷酸酶是植物根系與微生物的分泌產(chǎn)物，與土壤磷素轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，是土壤磷素肥力的指標(biāo)。在磷酸酶活性方面，從表2可以看出，T4處理（1.892 1 mg/g）磷酸酶活性高于T1處理（1.453 3 mg/g） 30.19%，T4處理比T2 （CK2） 處理高3008%，比T3（CK3） 處理高7.45%，而且處理間有顯著差異。

土壤多酚氧化酶主要來(lái)源于根圈微生物、植物根系分泌物及動(dòng)植物殘?bào)w分解釋放的酶，是一種復(fù)合性酶。其大小關(guān)系依然是T4>T3>T2>T1，且處理間有顯著差異。其中T4處理比T3處理高4.65%，T2處理比T1處理高1.58%，但T3處理比T1處理高27.90%，T4處理比T2處理高31.77%（表2），因此可以判斷：綠肥還田比添加纖維素酶更有益于土壤多酚氧化酶活性的增強(qiáng)。

2.2添加纖維素酶對(duì)綠肥還田設(shè)施土壤微生物種群數(shù)量的影響

從表3可知，T4處理的細(xì)菌數(shù)量最大，為2.09×106個(gè)/g，其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他處理，且各處理差異顯著；其中T4處理比T3處理高9.42%，T2處理比T1處理高8.51%，但T3處理比T1處理高35.46%，T4處理比T2處理高36.60%，T3處理比T2處理高24.84%，因此可以得出：綠肥還田比添加纖維素酶更有益于細(xì)菌數(shù)量的增加。

由表3還可以看出，T4處理的真菌數(shù)量最高，為1.27×103個(gè)/g，與其他處理之間差異顯著，T4處理比T3處理高 4.96%，T2處理比T1處理高5.31%，但T3處理比T1處理高7.08%，T4處理比T2處理高6.72%%，T3處理比T2處理高1.68%，可見綠肥還田與添加纖維素酶對(duì)真菌數(shù)量的影響差異不顯著。

放線菌和芽孢桿菌數(shù)量變化規(guī)律與細(xì)菌、真菌相似，T4處理的放線菌數(shù)量和芽孢桿菌的數(shù)量均為最多，分別達(dá)到 6.02×105、3.96×105個(gè)/g，CK1（T1）處理均為最少，且大小關(guān)系均為T4>T3>T2>T1，只是差異大小不同。在放線菌數(shù)量變化方面，T4處理與T3處理差異不顯著，較T2、T1處理顯著，而芽孢桿菌數(shù)量變化方面各處理差異顯著（表3）。

3結(jié)論

土壤蔗糖酶是評(píng)價(jià)土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化強(qiáng)度的酶類，其活性不僅可以表征土壤生物學(xué)活性的強(qiáng)度，也可以作為評(píng)價(jià)土壤熟化程度和肥力水平的指標(biāo)。綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑處理的土壤蔗糖酶活性比不作任何處理的T1處理高23.24%，差異極顯著。在脲酶方面，綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑的T4處理比T1處理高48.86%；T4處理（1.892 1 mg/g）磷酸酶活性高于CK1（1.454 6 mg/g） 30.19%；T4處理的土壤多酚氧化酶活性比T1處理高33.84%；本試驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)为?dú)添加纖維素酶制劑能夠增強(qiáng)多種土壤酶活性，但差異不顯著，而綠肥還田能夠顯著增強(qiáng)多種土壤酶活性，同時(shí)綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑也能夠顯著增加多種土壤酶活性。

土壤微生物量與土壤的肥力相關(guān)，土壤的有機(jī)質(zhì)含量越高，其微生物量也越大，土壤中細(xì)菌、放線菌密度也高；隨著土

壤有機(jī)質(zhì)含量下降，細(xì)菌、放線菌生長(zhǎng)受到抑制[6]。在微生物種群數(shù)量方面，T4處理的細(xì)菌數(shù)量比T1處理高48.23%，T4處理的真菌數(shù)量比T1處理高12.39%；放線菌、芽孢桿菌數(shù)量變化規(guī)律與細(xì)菌、真菌相似，T4處理的放線菌、芽孢桿菌數(shù)量均最多，分別比T1處理高26.21%、86.79%。在綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑處理的設(shè)施土壤細(xì)菌、放線菌、真菌、芽孢桿菌數(shù)量顯著增加。結(jié)果表明，綠肥還田過(guò)程中添加纖維素酶制劑更有利于土壤微生物的快速增加，從而提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量。

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