蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)（FBO）對(duì)茶園土壤微生物特征及酶活性的影響

唐勁馳，周波，黎健龍，唐顥，操君喜

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蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)（FBO）對(duì)茶園土壤微生物特征及酶活性的影響

唐勁馳，周波，黎健龍，唐顥，操君喜*

廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院飲用植物研究所 廣東省茶樹(shù)資源創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640

連續(xù)5年對(duì)蚯蚓生物有機(jī)培肥的茶園土壤微生物特征以及酶活性變化情況進(jìn)行了研究，分析了蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)（FBO）對(duì)茶園土壤微生物特征及酶活性的影響。結(jié)果表明，蚯蚓生物有機(jī)培肥處理（100% FBO）可以顯著增加0~20?cm土層微生物量碳、呼吸速率、微生物熵、細(xì)菌、真菌和放線菌等表征土壤微生物數(shù)量和活性的指標(biāo)，并可以顯著提升過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶的活性（<0.05）。在20~40?cm土層，100% FBO處理的微生物和酶活性相關(guān)指標(biāo)也高于CK，但多數(shù)未達(dá)到顯著水平。蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)可以顯著增加表層土壤微生物的數(shù)量和活性，并提升與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的幾類酶的活性，有利于受損茶園土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建，全面提升土壤質(zhì)量。

蚯蚓；生物有機(jī)培肥技術(shù)；土壤微生物；土壤酶；茶園土壤

茶是世界三大植物飲料之一，因其獨(dú)特品質(zhì)及保健功效日益受到世界各地消費(fèi)者的青睞[1]。我國(guó)是世界上最大的茶葉生產(chǎn)國(guó)，種植面積和產(chǎn)量均居世界第一位[2]。茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)與茶園土壤質(zhì)量和培肥措施密切相關(guān)[4-6]，但是近年來(lái)大量化學(xué)肥料的施用嚴(yán)重影響了土壤質(zhì)量。蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)（Fertilization bio-organic technology，F(xiàn)BO）是由法國(guó)發(fā)展研究院的Lavelle教授和印度薩姆巴珀大學(xué)B K senapati教授共同合作開(kāi)發(fā)的一種利用土壤工程生物蚯蚓和農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物共同作用，激活土壤生態(tài)系統(tǒng)，全面提升土壤質(zhì)量的新型培肥措施。茶園土壤微生物是茶園生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，參與并推動(dòng)著土壤養(yǎng)分的循環(huán)和轉(zhuǎn)化，微生物及酶活性的特征直接影響茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)[7-10]，能夠反映蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)對(duì)茶園土壤生態(tài)系統(tǒng)和土壤質(zhì)量改良的作用效果。本試驗(yàn)研究了連續(xù)5年采用蚯蚓生物有機(jī)培肥條件下，茶園土壤微生物特征以及酶活性變化的情況，以期為該技術(shù)在茶園土壤培肥中的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院飲用植物研究所英德試驗(yàn)基地，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均日照時(shí)數(shù)1?631.7?h；平均氣溫21.1℃；平均有霜日6?d；年均降水量1?906.2?mm，多集中4~9月；年平均蒸發(fā)量1?717.9?mm；年平均相對(duì)濕度77%。試驗(yàn)區(qū)位于24°18′N，113°23′E，占地約0.4?hm2。茶樹(shù)品種為金萱，茶齡4~5年。土壤類型為赤紅壤，土壤pH值5.86，有

機(jī)質(zhì)17.66?g·kg-1，全氮0.99?g·kg-1，全磷0.39?g·kg-1，全鉀24.86?g·kg-1，堿解氮94.89?mg·kg-1，有效磷4.50?mg·kg-1，速效鉀96.15?mg·kg-1。

1.2 供試材料

供試蚯蚓：選擇當(dāng)?shù)匾吧贩N中數(shù)量最多、適應(yīng)能力較強(qiáng)的壯偉環(huán)毛蚓（A.）和皮質(zhì)遠(yuǎn)盲蚓（A.），在試驗(yàn)基地的蚯蚓養(yǎng)殖池進(jìn)行人工繁育增殖后備用。

供試有機(jī)物料：廄肥和稻草。廄肥以牛糞為主，有機(jī)碳含量為180?g·kg-1，全氮含量為10?g·kg-1，C/N為18:1；稻草有機(jī)碳含量為410?g·kg-1，全氮含量為8?g·kg-1，C/N為51:1。

常規(guī)化學(xué)肥料：尿素，全氮含量為46.4%。

1.3 試驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)地為80?m×50?m（長(zhǎng)×寬）的長(zhǎng)方形地塊，茶樹(shù)行距為1.5?m，9個(gè)小區(qū)隨機(jī)排列，小區(qū)面積為2?2m×12?m（長(zhǎng)×寬）=264?m2，小區(qū)和小區(qū)之間設(shè)置2?m寬的隔離行，試驗(yàn)田四周設(shè)置5?m寬保護(hù)行。

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：100%蚯蚓生物有機(jī)培肥（100% FBO）、50%蚯蚓生物有機(jī)培肥（50% FBO）和常規(guī)化學(xué)培肥（CK），每個(gè)處理3次重復(fù)。100% FBO完全采用有機(jī)肥+蚯蚓的施肥模式，有機(jī)肥的投入量根據(jù)當(dāng)?shù)夭鑸@有機(jī)肥施用習(xí)慣確定；CK處理中化肥的用量根據(jù)當(dāng)?shù)厥┯没什鑸@的施肥習(xí)慣用量確定；50% FBO處理為100% FBO處理中有機(jī)肥用量和蚯蚓投入量的一半（表1）。

試驗(yàn)于2009年11月開(kāi)始，第1年施肥按照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)用量進(jìn)行，100% FBO和50% FBO的有機(jī)肥作基肥一次開(kāi)溝施入，CK的尿素均分4次作追肥施入。2010年5月按設(shè)計(jì)用量在100% FBO和50% FBO處理的小區(qū)中接種蚯蚓，接種的蚯蚓中壯偉環(huán)毛蚓（A.）和皮質(zhì)遠(yuǎn)盲蚓（A.）各一半。之后每年在11月僅按照設(shè)計(jì)用量進(jìn)行施肥，不再接種蚯蚓。灌溉、防蟲(chóng)，以及采茶、修剪等茶園管理均按普通茶園管理方式進(jìn)行。

1.4 樣品測(cè)定方法

土壤基礎(chǔ)呼吸的測(cè)定采用NaOH密閉吸收法，用單位重量土壤在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的CO2的量表示，呼吸速率為單位有機(jī)碳含量的基礎(chǔ)呼吸量，單位為g·kg-1·d-1。微生物量碳采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法測(cè)定。微生物熵用微生物量碳與有機(jī)碳的百分比來(lái)表示。代謝熵用單位微生物量碳每天產(chǎn)生的CO2量表示，單位為mg·g-1。細(xì)菌、真菌、放線菌的測(cè)定采用平板計(jì)數(shù)法[11]。過(guò)氧化氫酶的測(cè)定采用KMnO4容量法，活性以30?min內(nèi)每克土壤消耗的高錳酸鉀（0.02?mol·L-1）的量表示，單位為mL·g-1。脲酶的測(cè)定采用苯酚鈉比色法，活性以每千克土壤每天產(chǎn)生的NH4+-N的量表示，單位為g·kg-1·d-1。轉(zhuǎn)化酶的測(cè)定采用滴定法，酶活性以每克土壤37℃培養(yǎng)24?h后消耗的硫代硫酸鈉（0.1?mol·L-1）表示，單位為mL·g-1·d-1。磷酸酶的測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法（酸性磷酸酶用pH 5.0的醋酸鹽緩沖液，堿性磷酸酶用pH 9.6的硼酸鹽緩沖液），活性均以37℃恒溫培養(yǎng)24?h后每克土壤中生成酚的毫克數(shù)表示，單位為mg·g-1·d-1[12]。蚯蚓田間調(diào)查采用驅(qū)蟲(chóng)劑結(jié)合手揀法進(jìn)行，驅(qū)蟲(chóng)劑選擇芥末乙酸懸液。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

不同處理間的差異分析采用方差和多重比較進(jìn)行。采用主成分分析（Principal components analysis）借助ADE-4軟件，將茶園土壤微生物特征和酶活性特征指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，利用二維空間載荷圖和得分圖反映不同處理綜合屬性的差異情況，并對(duì)其顯著水平進(jìn)行判別分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SAS 8.0和ADE-4軟件包[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓數(shù)量變化特征

不同處理茶園土壤中現(xiàn)有的蚯蚓數(shù)量如圖1所示。100% FBO處理的大蚓類和小蚓類的數(shù)量均顯著高于常規(guī)化肥處理（CK），50%FBO處理的小蚓類也顯著高于常規(guī)化肥處理。

2.2 FBO對(duì)茶園土壤微生物特征的影響

土壤微生物特征見(jiàn)表2。在0~20?cm土層，100%FBO處理的微生物量碳、呼吸速率和微生物熵都顯著高于CK（常規(guī)化肥）處理（<0.05），而微生物的代謝熵則顯著低于CK；細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量也都是100% FBO處理最高，顯著高于CK。與0~20?cm土層不同的是在20~40?cm土層，100% FBO處理除了微生物量碳顯著高于CK外，呼吸速率、微生物熵、細(xì)菌、真菌和放線菌等指標(biāo)雖然較CK處理也都有所升高，但是差異均未達(dá)到顯著水平；而100% FBO處理的微生物代謝熵與0~20?cm土層情況相同，也顯著低于CK處理。

2.3 FBO對(duì)茶園土壤酶活性特征的影響

土壤酶活性見(jiàn)表3。在0~20?cm土層，100% FBO處理的過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶的活性均顯著高于50% FBO和CK處理；50% FBO和CK處理相比，5種酶的活性也均有所升高，其中轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶活性與CK間的差異達(dá)到顯著水平。在20~40?cm土層，各處理5種酶的活性與0~20?cm土層相比均有大幅度的下降；100% FBO處理的過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶活性顯著高于CK處理，氧化氫酶、脲酶活性顯著高于50% FBO處理；50% FBO處理的脲酶、轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶活性顯著高于CK處理。在0~20?cm和20~40?cm土層中，3個(gè)處理的酸性磷酸酶活性均未達(dá)到顯著差異。

2.4 FBO對(duì)茶園土壤微生物和酶學(xué)特征影響的綜合分析

采用主成分分析對(duì)土壤微生物和酶活性變化進(jìn)行綜合分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。第1主成分和第2主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為88.59%，

并且判別分析的<0.0001，說(shuō)明第1主成分和第2主成分能夠代表土壤微生物和酶屬性指標(biāo)的主要信息。由圖2-a的主成分因子載荷圖可見(jiàn)，第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為71.19%，相關(guān)性較大的指標(biāo)依次為脲酶、真菌、轉(zhuǎn)化酶、細(xì)菌、放線菌、過(guò)氧化氫酶、堿性磷酸酶、酸性磷酸酶和呼吸速率；第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為17.40%，相關(guān)性較大的指標(biāo)主要有代謝熵、微生物熵和微生物量碳。由圖2-b的主成分得分圖可見(jiàn)，3個(gè)處理在0~20?cm土層差異較大，并且這種差異主要來(lái)源于第1主成分；而3個(gè)處理的綜合屬性在20~40?cm土層的差異較小。綜上所述，100% FBO處理在0~20?cm土層促進(jìn)了微生物和酶的綜合屬性指標(biāo)向第1主成分的正方向偏移，這種效果在20~40?cm土層則迅速減弱。

2.5 FBO條件下茶園土壤微生物和酶學(xué)特征的相關(guān)分析

為進(jìn)一步明確蚯蚓生物有機(jī)培肥對(duì)土壤微生物和酶的影響，分析了在蚯蚓生物有機(jī)培肥條件下，不同土層中，微生物特征指標(biāo)和主要土壤酶活性指標(biāo)之間的相關(guān)性（表4）。通過(guò)分析可見(jiàn)，在0~20?cm土層內(nèi)，微生物數(shù)量和活性相關(guān)的指標(biāo)與過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶多數(shù)都表現(xiàn)出顯著或極顯著的相關(guān)性；而在20~40?cm土層內(nèi)，微生物數(shù)量和活性的相關(guān)指標(biāo)與測(cè)試的5種酶活性指標(biāo)相關(guān)性多數(shù)未達(dá)到顯著水平。

3 結(jié)論與討論

近年來(lái)，化學(xué)肥料的大量施用在一定程度上提升茶葉產(chǎn)量的同時(shí)，卻造成了茶園土壤板結(jié)、酸化等問(wèn)題，土壤生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，生態(tài)功能下降[14-15]。于是，研究者希望通過(guò)施用有機(jī)肥，并添加各種菌種、蚯蚓等方式加速有機(jī)肥的分解，促進(jìn)茶園土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。本研究在同一茶園中進(jìn)行了連續(xù)5年的蚯蚓生物有機(jī)培肥，利用農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物和蚯蚓的共同作用培肥茶園土壤，蚯蚓作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中生物量最大的動(dòng)物，它們?cè)谕寥乐械娜∈澈屯诰蚧顒?dòng)能夠強(qiáng)烈改變土壤的生物化學(xué)性質(zhì)[16-17]，引起微生物及酶活性的變化，結(jié)合新投入的有機(jī)廢棄物，可以激活被破壞的土壤生態(tài)系統(tǒng)，在不施或少施化肥的情況下，提升土壤質(zhì)量。該技術(shù)是否有效，土壤微生物及酶活性的提升是關(guān)鍵指標(biāo)[18]。

表4 蚯蚓生物有機(jī)培肥下茶園土壤微生物和酶屬性的相關(guān)分析

注：相關(guān)系數(shù)，n=9，“*”表示兩個(gè)指標(biāo)間相關(guān)性顯著（<0.05），“**”表示兩指標(biāo)間相關(guān)性極顯著（<0.01）。

Note: The correlation coefficient, n = 9, "*" indicated that the correlation between the two indexes were significantly (<0.05), "**" indicated that the correlation between the two indexes were very significantly (<0.01).

在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物量碳是土壤有機(jī)碳中最活躍的部分，對(duì)土壤中養(yǎng)分和物質(zhì)的循環(huán)具有重要作用[19]。土壤微生物代謝熵的變化能反映微生物對(duì)碳的利用效率，進(jìn)而體現(xiàn)出土壤生態(tài)系統(tǒng)的演變和受干擾程度[20]。過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和磷酸酶是與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的幾種酶類，同時(shí)其活性的變化也極易受到微生物種群變化的影響[21-22]。因而，本文選擇上述指標(biāo)來(lái)表征蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)對(duì)茶園土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響。分析發(fā)現(xiàn)，100%FBO處理的微生物量碳、呼吸速率、微生物熵、細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物相關(guān)指標(biāo)均顯著高于CK（常規(guī)化肥處理），過(guò)氧化氫酶、脲酶、轉(zhuǎn)化酶和堿性磷酸酶的活性也都顯著高于CK，特別是在0~20?cm土層這種趨勢(shì)更明顯。而主成分分析和相關(guān)分析的結(jié)果，也進(jìn)一步證明了蚯蚓生物有機(jī)培肥技術(shù)對(duì)茶園土壤生態(tài)系統(tǒng)的改良效果。

綜上所述，連續(xù)5年的茶園蚯蚓生物有機(jī)培肥試驗(yàn)證明，該技術(shù)可以顯著增加土壤微生物的數(shù)量和活性，并提升與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化密切相關(guān)的酶類的活性，有利于受損茶園土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建，全面提升土壤質(zhì)量。

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Effects of Earthworm Bio-organic Fertilization Technology on Soil Microbial Characteristics and Enzyme Activities of Tea Plants

TANG Jinchi, ZHOU Bo, LI Jianlong, TANG Hao, CAO Junxi*

Drinkable Plants Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangdong Provincial Key Laboratory of Tea Plant Resources Innovation and Utilization, Guangzhou 510640, China

Tea garden soil which had been fertilized five years was chosen for the study, and soil microbial characteristics and enzyme activities were studied. The results showed that: Earthworm bio-organic fertilization treatment (100% FBO) could significantly increase soil microbial biomass carbon, respiration rate, microbial quotient, level of bacteria, fungi and actinomycetes in 0-20?cm soil level, and could significantly improve the activity of catalase, urease, invertase and alkaline phosphatases in soil (<0.05). In 20-40?cm soil level, the indicators of microorganisms and enzyme activities under 100% FBO treatment were also higher than CK, but most of them did not reach significant level. Bio-organic fertilization technology could significantly increase the number and activity of soil microorganisms, and upgrading soil enzymes activity which was related to soil nutrient. This would help to restore or rebuild the damaged soil ecosystem of tea garden, and to enhance soil quality.

earthworm, fertilization bio-organic technology, soil microbial, soil enzyme, soil of tea garden

S571.1；S154

A

1000-369X（2016）01-045-07

2015-02-12

2015-10-03

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015B070701012、2015A020208004）、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015A030313563）、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（粵科規(guī)財(cái)字[2014]208號(hào)）。

唐勁馳，女，副研究員，主要從事茶樹(shù)栽培營(yíng)養(yǎng)生理研究。*通訊作者：junxic@126.com