種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物的影響

林冬梅，林占熺，蘇德偉，鄭 丹，林 輝，林興生，李 晶，梅 蘭,2

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 菌草研究所/國家菌草工程技術(shù)研究中心,福建 福州350002；2.福建農(nóng)林大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物的影響

林冬梅1，林占熺1，蘇德偉1，鄭 丹1，林 輝1，林興生1，李 晶1，梅 蘭1,2

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 菌草研究所/國家菌草工程技術(shù)研究中心,福建 福州350002；2.福建農(nóng)林大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

為改良烏蘭布和沙漠東緣沙質(zhì)荒漠化土地，探討了種植巨菌草和綠洲1號2種菌草對土壤養(yǎng)分含量、酶活性及微生物的影響。結(jié)果表明，與未種植菌草的沙質(zhì)荒漠地(CK)相比，種植巨菌草和綠洲1號均可顯著提高沙質(zhì)荒漠化土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀、全氮、全磷含量，增幅分別為93.15%、30.91%、51.12%、75.38%、8.11%和245.21%、36.97%、23.97%、73.38%、10.81%；種植巨菌草和綠洲1號均可顯著提高土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶(綠洲1號除外)、酸性磷酸酶活性，增幅分別為25.00%、39.18%、508.69%、718.18%和13.46%、2.24%、43.14%、109.09%，巨菌草的種植效果顯著優(yōu)于綠洲1號；種植巨菌草和綠洲1號均可顯著提高土壤細菌、真菌、放線菌及微生物總數(shù)，增幅分別為2 715.75%、20.66%、94.24%、2 139.08%和2 054.72%、57.02%、66.51%、1 616.92%，總體以種植巨菌草微生物數(shù)量增加最多；種植巨菌草和綠洲1號后，細菌所占微生物總數(shù)比例分別提高25.76%和25.50%，而真菌、放線菌所占比例分別降低了94.62%、91.12%和91.39%、90.38%。綜上，種植菌草對土壤起到了一定的改良作用，其中巨菌草改良效果更佳。

烏蘭布和沙漠； 荒漠化土壤； 菌草； 土壤養(yǎng)分； 土壤酶活性； 土壤微生物

土地荒漠化是全球性環(huán)境問題，在世界范圍內(nèi)均有分布，世界1/3的土地可能會受到荒漠化的威脅[1]。我國荒漠化土地面積約為332.7萬km2，占國土總面積的34%[2]；沙化土地面積達173.97萬km2，占國土面積的近20%[3]。據(jù)不完全統(tǒng)計，荒漠化造成的經(jīng)濟損失每天高達1.76億元，結(jié)合全年荒漠化的其他附帶影響，經(jīng)濟損失近642億元[4]。因此，對荒漠化土地進行積極、有效、可持續(xù)地防治，適時推進荒漠化土地改良，不斷變荒漠為綠洲，對改善周邊地區(qū)人民的生活水平，提高生活質(zhì)量，統(tǒng)籌地區(qū)經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益，推動生態(tài)文明建設(shè)穩(wěn)步向前具有重要作用。

烏蘭布和沙漠地處內(nèi)蒙古西部阿拉善盟和巴彥淖爾市境內(nèi)，西至吉蘭泰鹽池，南至賀蘭山北麓，東北與河套平原相鄰，東臨黃河。烏蘭布和沙漠海拔為1 028～1 054 m，東西寬為110 km，南北長為170 km，總面積約為1.0萬km2。烏蘭布和沙漠東緣流動沙丘較多，入黃流沙量大，流沙段超過20 km。據(jù)統(tǒng)計，烏蘭布和沙漠每年入黃沙量高達7.72×107kg，此處的沙量占黃河總沙量的37%[5]，對黃河流域的生產(chǎn)活動造成了巨大的危害。近年來，烏蘭布和沙漠仍以較快的速度向東移動，這也加劇了磴口縣土地荒漠化程度，迫使該地區(qū)直接增加3×105hm2荒漠化土地，對黃河流域廣大地區(qū)以及周邊京、津一帶造成嚴重威脅。風(fēng)沙的快速移動對周邊設(shè)施和工程造成了嚴重破壞，因此，該區(qū)域也被國家列為全國沙質(zhì)荒漠化嚴重發(fā)展類型區(qū)[6]。近年來，眾多的科技工作者先后對荒漠化的研究和治理做了大量的工作，主要運用的治理措施有人工封育、退耕還林、撂荒地、防護林建設(shè)、飛播林草、草地改良、家庭畜群草庫倫建設(shè)等[7-9]，不同的治理措施都取得了一定的成效，其中許多治理措施都需要通過植物播種或改良來達到理想的效果。菌草作為一種優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)多抗廣適的植物新品種，在生態(tài)治理、環(huán)境保護等領(lǐng)域已經(jīng)取得了眾多的研究成果[10-14]，但是，通過種植菌草改良沙質(zhì)荒漠化土地的研究卻鮮有報道。鑒于此，在烏蘭布和沙漠東緣種植菌草，探討種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤養(yǎng)分含量、酶活性及微生物的影響，旨在為荒漠化土地的改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2013年5—10月在內(nèi)蒙古阿拉善盟烏蘭布和生態(tài)沙產(chǎn)業(yè)示范區(qū)巴彥木仁查漢套海進行，該區(qū)域位于烏蘭布和沙漠東部邊緣地帶，年平均降水量為144.5 mm，無霜期為125 d左右，土壤以風(fēng)沙土為主。

1.2 試驗設(shè)計

選取具有代表性的菌草品種巨菌草(Pennisetumsp.)和綠洲1號(Arundosp.)進行條栽種植，另設(shè)未種植菌草的沙質(zhì)荒漠地為對照(CK),每塊試驗地3個重復(fù)小區(qū)，每個小區(qū)的面積為10 m×10 m,株、行距分別為0.4、0.6 m，各個小區(qū)之間設(shè)置間距為2 m的隔離帶。試驗小區(qū)施肥350 kg/hm2，其中N為150 kg/hm2，P2O5為50 kg/hm2，K2O為150 kg/hm2。

1.3 土樣采集

于2013年9月30日，按照隨機、等量、多點混合的原則，在各試驗小區(qū)采用S形布點，選取5個抽樣方，每個抽樣方隨機選取3個采樣點，清除地面植被和凋落物等，鏟除表土(1 cm左右)，等量采集耕作層(0～20 cm)沙土樣品，最后將采取的各樣點土壤置于塑料布上剔除石礫、植物殘根等雜物，混合，各試驗區(qū)分別選取約1 kg的土樣。最后將各試驗區(qū)的土樣置于聚乙烯袋中，于低溫環(huán)境下盡快帶回實驗室。將部分土樣置于搪瓷盤中，于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，用于土壤養(yǎng)分含量和酶活性分析；另一部分置于4 ℃冰箱中，用于測定土壤微生物數(shù)量。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤養(yǎng)分含量 土壤有機質(zhì)含量采用油浴加熱—K2Cr2O7容量法測定[15]，堿解氮含量采用堿解擴散法測定[16]，速效磷含量采用鉬藍比色法測定[17]，速效鉀含量采用火焰分光光度法測定[17]，全氮含量采用凱氏定氮法測定[18]，全磷含量采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測定[19]，全鉀含量采用NaOH熔融—火焰光度計法測定[20]。

1.4.2 土壤酶活性 土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[21]，蔗糖酶活性采用二硝基水楊酸比色法測定[22-23]，脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定[24]，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉法測定[25]。

1.4.3 土壤微生物數(shù)量 培養(yǎng)細菌、真菌和放線菌的培養(yǎng)基分別為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和改良高氏1號培養(yǎng)基。細菌30 ℃恒溫倒置培養(yǎng)，真菌和放線菌28 ℃恒溫倒置培養(yǎng)，2 d 后統(tǒng)計細菌數(shù)量，7 d 后統(tǒng)計放線菌數(shù)量，14 d 后統(tǒng)計真菌數(shù)量[26]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010、SPSS 11.5進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 烏蘭布和沙漠東緣種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤有機質(zhì)含量是評價土壤肥力高低的重要指標(biāo)[27]。由表1可見，與CK相比，在沙質(zhì)荒漠化土地上種植菌草顯著提高了土壤有機質(zhì)含量，且不同菌草品種之間差異顯著。其中，種植綠洲1號對土壤有機質(zhì)含量的提高效果最好，較CK提高245.21%；種植巨菌草后，土壤有機質(zhì)含量較CK提高 93.15%。

表1 烏蘭布和沙漠東緣種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤養(yǎng)分含量的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

與CK相比，種植菌草還顯著提高了土壤速效磷、速效鉀、全氮、全磷含量，種植巨菌草和綠洲1號分別使上述指標(biāo)顯著提高30.91%、51.12%、75.38%、8.11%和36.97%、23.97%、73.38%、10.81%。其中，巨菌草處理土壤速效鉀含量顯著高于綠洲1號處理，增幅達21.90%，其余上述指標(biāo)在2個菌草處理之間無顯著差異。另外，種植菌草后，土壤中的堿解氮和全鉀含量降低，其中堿解氮含量降低最為顯著，巨菌草和綠洲1號處理分別較CK顯著降低了56.74%和70.59%。

綜上，種植菌草總體上可提高土壤養(yǎng)分含量，改善土壤質(zhì)量，進而有利于當(dāng)?shù)厣成参锏纳L。

2.2 烏蘭布和沙漠東緣種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤酶活性的影響

土壤酶活性是反映土壤質(zhì)量的重要生物活性指標(biāo)，也是判斷土壤微生物代謝和物質(zhì)轉(zhuǎn)化等各類生物化學(xué)進程的重要依據(jù)[28]。由表2可知，與CK相比，種植菌草總體上顯著提高了沙質(zhì)荒漠化土壤酶活性，尤其是巨菌草，其種植效果顯著優(yōu)于綠洲1號。其中，種植巨菌草后，土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性分別較CK顯著提高25.00%、39.18%、508.69%、718.18%，可見，種植巨菌草對酸性磷酸酶活性的提高效果最好，脲酶次之；種植綠洲1號后，土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性分別較CK提高13.46%、2.24%、43.14%、109.09%，除脲酶外，其余均差異顯著，種植綠洲1號對酸性磷酸酶活性的提高效果最好。由此表明，種植菌草對于提高沙地土壤酶活性、改善土壤質(zhì)量具有一定作用。

表2 烏蘭布和沙漠東緣種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤酶活性的影響

2.3 烏蘭布和沙漠東緣種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤微生物的影響

從表3可以看出，種植菌草可顯著提高沙質(zhì)荒漠化土壤微生物數(shù)量，有效改善微生物種群結(jié)構(gòu)。其中，與CK相比，種植巨菌草后，土壤細菌、真菌、放線菌、微生物總數(shù)分別顯著提高2 715.75%、20.66%、94.24%、2 139.08%，可見種植巨菌草對土壤細菌數(shù)量的提高效果最好；種植綠洲1號后，土壤中細菌、真菌、放線菌、微生物總數(shù)分別顯著提高2 054.72%、57.02%、66.51%、1 616.92%，可見，種植綠洲1號同樣對土壤細菌數(shù)量的提高效果最好。此外，菌草種植不僅改變了土壤三大微生物的數(shù)量，同時引發(fā)了土壤微生物結(jié)構(gòu)的變化。與CK相比，種植巨菌草和綠洲1號后，細菌所占微生物總數(shù)比例分別提高25.76%和25.50%，而真菌、放線菌所占微生物總數(shù)比例分別降低了94.62%、91.12%和91.39%、90.38%。綜上說明，種植菌草有利于增加土壤微生物數(shù)量，尤其是細菌，可改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。

表3 烏蘭布和沙漠東緣種植菌草對沙質(zhì)荒漠化土壤微生物數(shù)量的影響

3 結(jié)論與討論

土壤養(yǎng)分是自然界物質(zhì)循環(huán)和能量流動的主要驅(qū)動力之一，對土壤中的各項活動起著至關(guān)重要的作用。土壤養(yǎng)分為土壤中微生物的生命活動提供了能量來源，加快了有機質(zhì)的分解和腐殖質(zhì)的形成，并促進了土壤中各類物質(zhì)的快速轉(zhuǎn)化和循環(huán)，其含量狀況對土壤肥力起到關(guān)鍵作用[29]。王文彪等[30]研究表明，沙棗、楊樹、旱柳、楊樹-大白檸條等4種類型植被對庫布齊沙漠土壤養(yǎng)分均有一定的提升作用，其中楊樹林最為突出，有機質(zhì)含量增加18.72%，堿解氮含量增加41.87%。王銳[31]研究指出，騰格里沙漠東緣種植甘草、楊柴和檸條均能增加土壤有機質(zhì)含量。本研究結(jié)果表明，種植菌草可提高土壤養(yǎng)分含量，進而有利于當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土作物的生長。巨菌草和綠洲1號對土壤養(yǎng)分含量的影響各不相同，其中土壤有機質(zhì)含量增幅最高，分別較對照提高93.15%和245.21%。

土壤酶活性是影響土壤生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)，同時也是表征土壤中生物活動強弱的重要參數(shù)。土壤酶活性的高低在一定程度上反映了土壤在自然生態(tài)環(huán)境下生物化學(xué)過程的相對強弱，不同類型的土壤酶在土壤腐殖質(zhì)、水溶性有機質(zhì)、氮等養(yǎng)分的循環(huán)和轉(zhuǎn)化中起著十分重要的作用[32]。王少昆等[33]研究表明，在科爾沁沙地流動沙丘種植樟子松、小葉楊可顯著提高土壤酶活性，其中脲酶活性增加最為顯著，分別是對照組的29.93倍和37.46倍，其次為脫氫酶。李亮等[34]研究表明，在烏蘭布和沙漠東北部沙區(qū)種植檸條、沙棗和沙棘等9種不同植物，土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性得到增強。本研究結(jié)果表明，種植菌草顯著提高了沙質(zhì)荒漠化土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性，其中巨菌草的種植效果優(yōu)于綠洲1號。巨菌草處理與CK的土壤脲酶和酸性磷酸酶活性存在顯著差異，這可能與巨菌草根系龐大及其根系分泌物密切相關(guān)。

土壤微生物在土壤中參與各類生物化學(xué)反應(yīng)，對土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)起著重要作用[35]。同時，微生物的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)變化是土壤質(zhì)量變化的主要參數(shù)[36]。土壤微生物是土壤養(yǎng)分(N、P、S等)的重要儲備庫，是植物生長所需養(yǎng)分的重要來源[37]。王仲科等[38]研究表明，在新疆石河子古爾班通古特沙漠南緣人工種植芨芨草，可顯著提高土壤微生物總數(shù)及各類群微生物數(shù)量。李亮等[34]研究也表明，通過在烏蘭布和沙漠東北部沙區(qū)種植檸條等不同植物，土壤微生物數(shù)量發(fā)生變化，其中細菌數(shù)量顯著增加。本研究表明，種植菌草后，土壤微生物數(shù)量顯著增多，尤其是細菌，其中巨菌草對土壤微生物數(shù)量的影響最大，綠洲1號的效果次之；土壤微生物數(shù)量的變化影響了土壤微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)，細菌所占微生物總數(shù)比例提高，而真菌和放線菌所占微生物總數(shù)比例大幅下降。巨菌草與綠洲1號根系差異較大，其根系形態(tài)、根系分泌物和分布模式差異，可能是導(dǎo)致對土壤微生物影響存在差異的原因，具體作用機制還有待進一步的研究。

綜上所述，在烏蘭布和沙漠東緣沙質(zhì)荒漠化土壤種植菌草可以提高土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性，增加土壤微生物數(shù)量，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，增強土壤的生產(chǎn)性能，為荒漠化土壤改良提供了新途徑。

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Effect of Planting Juncao on Nutrients,Enzyme Activities and Microorganisms of Desertified Soils

LIN Dongmei1,LIN Zhanxi1,SU Dewei1,ZHENG Dan1,LIN Hui1,LIN Xingsheng1,LI Jing1,MEI Lan1,2

(1.Juncao Research Institute,Fujian Agriculture and Forestry University/National Engineering Research Center of Juncao,Fuzhou 350002,China; 2.College of Life Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)

To improve the desertified soils at the eastern edge of Ulanbuh desert,the effects of plantingPennisetumsp.andArundosp.on the nutrient content,enzyme activities and microbes of soil were studied.The results showed that plantingPennisetumsp.andArundosp.could significantly increase the contents of organic matter,available phosphorus,available potassium,total nitrogen,total phosphorus in soil,with the increase rate of 93.15%,30.91%,51.12%,75.38%,8.11%% for plantingPennisetumsp.and 245.21%,36.97%,23.97%,73.38%,10.81% for plantingArundosp.respectively.PlantingPennisetumsp.andArundosp.could significantly increase the activities of catalase,sucrase,urease(exceptArundosp.),acid phosphatase in soil,with the increase rate of 25.00%,39.18%,508.69%,718.18% for plantingPennisetumsp.and 13.46%,2.24%,43.14%,109.09% for plantingArundosp.respectively,the effect of plantingPennisetumsp.was much better thanArundosp.PlantingPennisetumsp.andArundosp.could significantly increase the quantity of bacteria,fungi,actinomycetes,microorganisms in soil,with the increase rate of 2 715.75%,20.66%,94.24%,2 139.08% for plantingPennisetumsp.and 2 054.72%,57.02%,66.51%,1 616.92% for plantingArundosp.respectively,the quantity of microorganisms in total increased more for plantingPennisetumsp..After plantingPennisetumsp.andArundosp.the proportion of bacteria accounting for the soil microorganism significantly increased by 25.76% and 25.50% respectively,while the proportion of fungi and actinomycetes accounting for the soil microorganism decreased by 94.62%,91.12% and 91.39%,90.38% respectively.In conclusion,planting Juncao had certain improvement for soil,andPennisetumsp.had the better improvement effect.

Ulanbuh desert; desertified soils; Juncao; soil nutrients; soil enzyme activities; soil microorganisms

2016-10-20

福建省教育廳中青年教師教育科研項目(JA13096)；國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201504412)；福建省菌草生態(tài)產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心科研專項(JCXTGG21)；國家菌草工程技術(shù)研究中心基金項目(JCJJ14014)

林冬梅(1975-)，女，福建連城人，助理研究員，博士，主要從事菌草技術(shù)研究與開發(fā)工作。 E-mail：juncao_mark@163.com。林占熺為同等貢獻作者

Q948.15

A

1004-3268(2017)05-0061-05