施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤微生物數(shù)量和酶活性影響

魏世清， 李金懷， 蒲小東， 覃文能， 黃凌志

(1.廣西林業(yè)科學(xué)研究院， 廣西 南寧 530002； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所， 四川 成都 610041)

沼液是人、畜糞便及農(nóng)作物秸稈等各種有機(jī)物經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵后的附產(chǎn)物，它既富含對(duì)植物生長(zhǎng)起關(guān)鍵作用的氮、磷、鉀3大營養(yǎng)素，又含有豐富的硼、銅、錳、鋅等微量元素[1]。油茶成林按3∶1施用沼肥與復(fù)合肥，能有效促進(jìn)油茶生長(zhǎng)，提高油茶產(chǎn)量[2]。耿晨光[3]等研究發(fā)現(xiàn)，沼液灌溉于葡萄園地對(duì)土壤微生物C和N不會(huì)造成影響，在適當(dāng)?shù)南夤喔攘肯拢右簩?duì)園林地土壤微生物和酶活性不會(huì)造成負(fù)面影響，沼液應(yīng)用于園林地中進(jìn)行消解利用是安全可行的。沼液園林地消解利用能提高土壤微生物量碳與土壤有機(jī)碳比率，但未達(dá)到顯著性水平。馮偉[4]等研究發(fā)現(xiàn)，基施25%沼液氮肥+追肥75%化學(xué)氮肥在整個(gè)生育期對(duì)微生物總生物量的促進(jìn)作用比較顯著，全施沼液處理的微生物總量相對(duì)較低，不利于微生物繁殖。本試驗(yàn)開展施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤微生物數(shù)量和酶活性影響，為油茶施用沼肥提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)在廣西林科院油茶試驗(yàn)林進(jìn)行，地理位置為N22°56′，E108°21′，海拔95.0 m。試驗(yàn)地為山坡地，坡向?yàn)闁|坡，年均降雨量為1347.2 mm，年均相對(duì)濕度約80%，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候類型。所選試驗(yàn)油茶成林為8年生，行距約2.5 m，株距約2.0 m，油茶樹密度130～140 株·畝-1。沼液和沼渣取自廣西林科院周邊沼氣工程，復(fù)合肥市場(chǎng)購買，養(yǎng)分含量N，P，K為13%，9%，8%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)對(duì)象為生長(zhǎng)較為一致的油茶林，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為5個(gè)處理，各個(gè)處理施肥量見表1。試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用隨機(jī)區(qū)組，每個(gè)處理10株油茶林，每個(gè)處理重復(fù)3次。試驗(yàn)時(shí)間為2012年2月～2013年2月。2012年3月30日，沼渣與復(fù)合肥一次性施入，沼液施入量占總量50%，6月20日施入剩余50%沼液。在油茶樹冠外圍滴水線開約10 cm深溝，對(duì)油茶林施肥采用溝施，施肥后及時(shí)復(fù)土。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 試驗(yàn)方法及測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 土樣采集及測(cè)定

分別在2012年4月底、8月初、10月中旬、12月底采集試驗(yàn)小區(qū)油茶林地土壤。每小區(qū)設(shè)置5個(gè)固定土壤采樣點(diǎn)，采集15～20 cm土壤后混合裝入塑料袋中用于理化性質(zhì)分析。同時(shí)采集試驗(yàn)小區(qū)油茶林根際土壤。用小鐵鏟找到油茶根系，采用抖落法收集根際土，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)采集三株油茶樹根際土壤混合后裝入滅菌的牛皮紙袋后帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤微生物數(shù)量和酶活測(cè)定。

1.3.2 根際土壤微生物數(shù)量測(cè)定

采用稀釋平板法對(duì)根際土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量進(jìn)行測(cè)定。土壤細(xì)菌、放線菌、真菌分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏一號(hào)培養(yǎng)基、馬鈴薯蔗糖瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)計(jì)數(shù)。

1.3.3 根際土壤酶活測(cè)定

根際土壤酶活性參照關(guān)松蔭[5]方法測(cè)定。蔗糖酶活性采用3.5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定；蛋白酶活性采用茚三酮比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析利用SPSS17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和多重比較，并采用Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)與制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤微生物數(shù)量影響

2.1.1 施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤細(xì)菌數(shù)量影響

土壤微生物參與土壤生態(tài)中各種物質(zhì)循環(huán)，使有機(jī)態(tài)的營養(yǎng)元素轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)的可供植物直接吸收利用的元素，其數(shù)量直接影響土壤生物化學(xué)活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化速率[6]。

注：小寫字母表示在5%水平上差異顯著，下同圖1 不同處理對(duì)根際土壤細(xì)菌數(shù)量季節(jié)變化影響

由圖1可以看出，不同處理對(duì)油茶林根際土壤細(xì)菌數(shù)量影響呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，各處理呈現(xiàn)一致變化趨勢(shì)，細(xì)菌數(shù)量峰值出現(xiàn)在8月，4月次之，12月的細(xì)菌數(shù)量最低。4月和8月以處理2細(xì)菌數(shù)量最高，并與處理5差異達(dá)顯著水平。10月細(xì)菌數(shù)量最高為處理3，并與處理1、處理5差異顯著。12月各處理之間土壤細(xì)菌數(shù)量差異不顯著。處理2，處理3，處理4在各季節(jié)中細(xì)菌數(shù)量都高于處理1和處理5，但3個(gè)處理之間差異都未達(dá)到顯著水平。說明沼肥與復(fù)合肥配施能明顯增加油茶林根際土壤中細(xì)菌數(shù)量，特別是以3∶1比例配施，其細(xì)菌數(shù)量顯著高于純施復(fù)合肥的處理。

2.1.2 施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤真菌數(shù)量影響

由圖2可以看出，不同處理對(duì)油茶林根際土壤真菌數(shù)量影響呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，各處理真菌數(shù)量表現(xiàn)出一致變化趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在4月，隨后緩慢下降。處理2各個(gè)季節(jié)真菌數(shù)量高于其他處理，其中4月和10月處理2與處理1和處理5之間真菌數(shù)量差異達(dá)顯著水平，8月和12月各處理之間真菌數(shù)量差異不顯著。同時(shí)也可以看出處理5在各季節(jié)中真菌數(shù)量最低，說明施用沼肥能明顯增加油茶林土壤真菌數(shù)量，特別是以3∶1比例混施復(fù)合肥效果最好。

圖2 不同處理對(duì)根際土壤真菌數(shù)量季節(jié)變化影響

2.1.3 施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤放線菌數(shù)量影響

由圖3可以看出，不同處理對(duì)油茶林根際土壤放線菌數(shù)量影響呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，除了處理5，各處理放線菌數(shù)量變化趨勢(shì)一致，從4月逐漸增加，10月達(dá)到峰值，10月放線菌數(shù)量最少。處理2放線菌數(shù)量高于其他處理。8月和10月處理1～4顯著高于處理5。說明用沼肥一定程度上可以增加油茶林根際土壤中放線菌數(shù)量。

圖3 不同處理對(duì)根際土壤放線菌數(shù)量季節(jié)變化影響

2.2 施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤酶活性影響

2.2.1 施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤蔗糖酶活性影響

蔗糖酶對(duì)增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用。研究證明，蔗糖酶與土壤許多因子有相關(guān)性。

圖4 不同處理對(duì)根際土壤蔗糖酶活性季節(jié)變化影響

一般情況下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越強(qiáng)。蔗糖酶不僅能夠表征土壤生物學(xué)活性強(qiáng)度，也可以作為評(píng)價(jià)土壤熟化程度和土壤肥力水平的指標(biāo)之一。

從圖4可以看出，不同處理對(duì)油茶林根際土壤蔗糖酶活性影響呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，各處理蔗糖酶活性在4月份表現(xiàn)普遍較高，12月份蔗糖酶活性最低。4月處理2蔗糖酶活性高于其他處理，但差異不顯著。8月處理2蔗糖酶活性顯著高于處理4和處理5，與處理1、處理3差異不顯著。10月處理3和處理4蔗糖酶活性顯著高于處理5。12月處理1蔗糖酶活性高于其他處理，但各處理之間差異不顯著。從整體來看，施用沼肥的處理根際土壤蔗糖酶活性高于純施復(fù)合肥的處理。

2.2.2 施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤過氧化氫酶活性影響

過氧化氫酶在土壤中分布廣泛，其作用是催化過氧化氫的分解，從而可以消除過氧化氫在土壤中積累，減輕其對(duì)植物的毒害。土壤過氧化氫酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量、微生物數(shù)量有關(guān)[7]。

圖5 不同處理對(duì)根際土壤過氧化氫酶活性季節(jié)變化影響

從圖5可以看出，不同處理對(duì)油茶林根際土壤過氧化氫酶活性影響在季節(jié)變化上表現(xiàn)出一定差異，8月和10月土壤中過氧化氫酶活性較高，4月和12月過氧化氫酶活性稍有降低。4月處理2過氧化氫酶活性高于其他處理，并與處理5差異顯著。8月處理4過氧化氫酶活性高于其他處理，并顯著高于處理1。10月各處理差異不顯著。12月處理2過氧化氫酶活性高于其他處理，并與處理1，處理4，處理5差異顯著。從整體來看，處理2，處理3，處理4過氧化氫酶活性明顯高于處理1，處理5。說明沼肥與復(fù)合肥配施對(duì)提高油茶林根際土壤過氧化氫酶活性有較好的促進(jìn)作用。

2.2.3 施用沼肥對(duì)油茶林根際土壤蛋白酶活性影響

土壤酶是表征土壤中物質(zhì)、能量代謝旺盛程度和土壤質(zhì)量水平的一個(gè)重要生物指標(biāo)。其中土壤蛋白酶可以水解蛋白質(zhì)為短肽，以短肽進(jìn)一步水解為氨基酸，這些水解產(chǎn)物是植物的氮源之一，土壤蛋白酶活性的高低在一定程度上反映了土壤的氮素營養(yǎng)狀況。

從圖6可以看出，不同處理對(duì)油茶林根際土壤蛋白酶活性影響在季節(jié)變化上表現(xiàn)一定差異，4月和8月各處理蛋白酶活性普遍高于10月和12月。4月處理2蛋白酶內(nèi)活性高于其他處理，處理5蛋白酶活性最低，但各處理之間差異不顯著。8月處理4蛋白酶活性高于其他處理，處理2活性最低，二者之間差異顯著。10月處理4蛋白酶活性高于其他處理，處理5活性最低，但各處理之間差異不顯著。12月處理2蛋白酶活性高于其他處理，與其他處理之間差異不顯著。從整體看，處理2，處理3，處理4蛋白酶活性略高于其他處理，說明施用沼肥在一定程度上能提高油茶林根際土壤蛋白酶活性。

2.3 根際土壤微生物數(shù)量、酶活性與土壤養(yǎng)分之間相關(guān)性分析

為探討試驗(yàn)中根際土壤微生物、酶活性與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系，對(duì)三者進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。從表2可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀這四種養(yǎng)分指標(biāo)[2]相互之間存在密切關(guān)系，互為極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀保持動(dòng)態(tài)平衡，相互影響相互之間的含量。

圖6 不同處理對(duì)根際土壤蛋白酶活性季節(jié)變化影響

細(xì)菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)(0.984)、速效氮(0.971)、速效磷(0.669)呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀(0.518)呈顯著正相關(guān)。真菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)(0.978)、速效氮(0.965)、速效磷(0.675)呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀(0.530)呈顯著正相關(guān)。放線菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)(0.984)、速效氮(0.988)、速效磷(0.761)、速效鉀(0.608)呈極顯著正相關(guān)。這說明根際土壤中微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分含量存在密切關(guān)系。根際土壤微生物通過分解有機(jī)質(zhì)，參與土壤碳、氮、磷、鉀等養(yǎng)分轉(zhuǎn)化來影響土壤的養(yǎng)分水平。

注：**：在0.01 水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)。*：在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

土壤蔗糖酶與土壤養(yǎng)分、根際微生物數(shù)量之間存在密切關(guān)系，除了與速效鉀(0.543)呈顯著相關(guān)外，與有機(jī)質(zhì)(0.978)、速效氮(0.967)、速效磷(0.695)、細(xì)菌數(shù)量(0.984)、真菌數(shù)量(0.982)、放線菌數(shù)量(0.946)均呈極顯著正相關(guān)。過氧化氫酶和蛋白酶活性均與土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量之間呈極顯著正相關(guān)。

從上面分析可以看出，土壤微生物、酶活性和養(yǎng)分各因素之間密切相關(guān)，土壤微生物減少，土壤酶活性將下降，土壤的主要養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率將減弱。同樣，土壤肥力的降低也影響土壤微生物的數(shù)量。土壤微生物、土壤酶和土壤肥力在土壤中成為一個(gè)整體，共同造成不同土壤之間的差異。

3 討論與結(jié)論

3.1 沼肥與復(fù)合肥配施對(duì)油茶根際土壤微生物數(shù)量影響

根際是一個(gè)很特別的微區(qū)域，由于植物根系的影響，使其周圍的微域在物理、化學(xué)和生物特性方面與土壤主體不同。根際土壤微生物對(duì)植物生長(zhǎng)及營養(yǎng)元素流動(dòng)起重要作用，同時(shí)也受植物類型、土壤質(zhì)地及管理措施的影響[8]。已有研究表明不同作物的根際有其特定的微生物群落，就是在同一作物在不同時(shí)期和營養(yǎng)狀態(tài)下，其根際微生物數(shù)量也呈現(xiàn)一定的動(dòng)態(tài)變化[9]。其中，細(xì)菌是植物根際有益微生物的主要群體，影響著土壤微生物的總體數(shù)量，對(duì)抑制病原真菌的數(shù)量和種類、增加土壤微生物群落的多樣性、提高土壤酶活性具有重要的作用。研究表明在黃瓜重茬土壤中加入沼渣對(duì)增加土壤中細(xì)菌的數(shù)量、降低有害真菌的數(shù)量有顯著的影響，以沼渣為肥料不僅具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用，還能夠恢復(fù)土壤種群平衡、抑制病原真菌的發(fā)生[10]。

本試驗(yàn)中，同等施氮條件下，沼肥與復(fù)合肥配施比例不同對(duì)油茶林根際土壤微生物數(shù)量產(chǎn)生了較大影響，并在不同季節(jié)差異明顯。各處理根際土壤細(xì)菌數(shù)量峰值出現(xiàn)在8月，4月次之，12月的細(xì)菌數(shù)量最低。除了季節(jié)變化影響外，可能與施肥時(shí)間有關(guān)，沼渣、沼液除了在3月進(jìn)行一次施肥外，還在6月進(jìn)行了一次沼液追肥，可能是沼肥施用改變了根際土壤養(yǎng)分含量和可溶性有機(jī)質(zhì)含量，加上適宜的溫度促使微生物繁殖，并通過改變肥料的有效性而直接影響其他根際微生物群落。研究表明，有機(jī)肥與無機(jī)肥配合施用增加了土壤細(xì)菌數(shù)量，但減少了真菌數(shù)量[11]。本試驗(yàn)中，各處理根際土壤真菌數(shù)量出現(xiàn)在4月，而放線菌數(shù)量峰值出現(xiàn)在10月。

研究表明全施沼液處理的小麥土壤微生物總量相對(duì)較低，可能是由于土壤碳氮比例失調(diào)，不利于微生物繁殖[4]，本試驗(yàn)中純施沼肥或純施復(fù)合肥的處理根際土壤細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量普遍低于沼肥與復(fù)合肥配施的處理。沼肥與復(fù)合肥配施能明顯增加根際土壤中細(xì)菌、真菌數(shù)量，特別是以3∶1比例混施，油茶林根際土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量顯著高于純施復(fù)合肥的處理。因此認(rèn)為沼肥與復(fù)合肥配施能有效改善油茶林根際微生物數(shù)量。

3.2 沼肥與復(fù)合肥配施對(duì)油茶根際土壤酶活性影響

土壤酶是土壤的重要組成部分，主要來自土壤微生物、動(dòng)植物殘?bào)w及活體動(dòng)植物分泌物，是一類具有催化物質(zhì)生物化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)。土壤酶參與土壤中各類生物化學(xué)過程在內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)，其活性在很大程度上反映了土壤健康水平[12]。因此，土壤酶活性的提高與微生物的增殖有關(guān)外，還可能與有機(jī)肥促進(jìn)根系生理代謝有關(guān)。研究表明，施用有機(jī)肥可以提高土壤酶活性[13]，這一結(jié)論在本實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步得到證實(shí)。不同處理對(duì)油茶林根際土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、蛋白酶活性影響呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。各處理蔗糖酶活性在4月份表現(xiàn)普遍較高，過氧化氫酶活性較高的集中在8月和10月；蛋白酶活性高峰期出現(xiàn)在4月和8月，而12月蔗糖酶、過氧化氫酶以及蛋白酶活性普遍降低，說明根際土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、蛋白酶活性受季節(jié)變化影響較大。從研究結(jié)果看，處理2，處理3，處理4蔗糖酶、過氧化氫酶、蛋白酶活性普遍高于其他處理，說明純施沼肥或者純復(fù)合肥不利于提高根際土壤酶活性，而沼肥與復(fù)合肥配施在一定程度上能提高油茶林根際土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、蛋白酶活性。

綜上，沼肥施用與根際土壤微生物及酶活性有密切關(guān)系，油茶在生長(zhǎng)過程中將影響根際微生物形成和土壤酶活性變化。反之，根際微生物的大量繁殖和旺盛活動(dòng)以及土壤酶活性的高低又必將對(duì)油茶生長(zhǎng)及產(chǎn)量產(chǎn)生影響。同時(shí)，施用肥料種類及配比、土壤和微生物之間關(guān)系十分密切，沼肥這種有機(jī)肥料促進(jìn)了油茶生長(zhǎng)，根系系統(tǒng)又促進(jìn)了微生物的繁衍。而微生物的繁衍又可促進(jìn)土壤有機(jī)物轉(zhuǎn)化，從而形成作物與微生物在土壤載體中的相互依存相互促進(jìn)的關(guān)系。因此沼肥在油茶種植推廣應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)一步完善如何合理施肥以及種植管理措施，使沼肥利用在提高油茶產(chǎn)量及品質(zhì)、土壤肥力改善等方面發(fā)揮作用。