灌水上限和施肥量對(duì)溫室番茄根際土壤酶及微生物活性的影響

李耀霞 郁繼華 張國(guó)斌 吳洮男

摘要：采用田間試驗(yàn)方法，設(shè)3個(gè)灌水上限W1（70% θF）、W2（80% θF）、W3（90% θF）和常規(guī)灌水4個(gè)水平，灌水下限為田間持水率的50%，N、P、K施肥量及配比設(shè)4個(gè)水平，分別為 F1[N（228 kg/hm2）、P2O5 （132 kg/hm2）、K2O（300 kg/hm2）]，F(xiàn)2[N（285 kg/hm2）、P2O5（165 kg/hm2）、K2O（375 kg/hm2）]，F(xiàn)3[N（342 kg/hm2）、P2O5（198 kg/hm2）、K2O（450 kg/hm2）]及常規(guī)施肥，研究不同灌水上限和施肥配比調(diào)控措施對(duì)日光溫室番茄根際土壤酶及微生物活性的影響。結(jié)果表明，所有處理中，常規(guī)灌水施肥（CK）處理的EC值均低于其他處理，以處理F1W3為最高;pH以處理F2W2最低，有機(jī)質(zhì)含量以處理F2W2、F2W3的高于其他處理，可促進(jìn)植株的生長(zhǎng);細(xì)菌、真菌和放線菌在不同生育期的數(shù)量變化不同，但細(xì)菌數(shù)量在各生育期根際微生物的組成中占優(yōu)勢(shì)，且均在結(jié)果中期達(dá)到最高，均以處理F2W2的數(shù)量最高，分別為50.00×107、107.67×106和30.00×105 CFU/g;土壤酶總體表現(xiàn)為隨灌水上限和施肥量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，蔗糖酶在結(jié)果前期和后期以處理F2W2為最高，過(guò)氧化氫酶除結(jié)果前期以處理F3W3最高外，其他處理均以處理F2W2最高，與常規(guī)灌水施肥（CK）處理存在顯著差異。灌水上限和施肥組合在F2W2處理?xiàng)l件下，可提高溫室番茄根際土壤酶及微生物活性，改善土壤環(huán)境，提高肥力和產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：番茄;灌水上限;施肥量;微生物;土壤酶

中圖分類號(hào)：S641.2 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）24-0128-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.24.031 ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of irrigation limits and fertilizing amount on enzyme and

microbial activity in greenhouse tomato rhizosphere soil

LI Yao-xia，YU Ji-hua，ZHANG Guo-bin，WU Tao-nan

（College of Horticulture，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China）

Abstract： Using a field test method， seted 3 irrigation upper limits W1（70% θF），W2（80% θF），W3（90% θF） and conventional irrigation 4 levels， the lower irrigation limit was 50% of field water holding capacity， NPK fertilization amount and ratio design 4 levels， respectively F1[N（228 kg/hm2）、P2O5 （132 kg/hm2）、K2O（300 kg/hm2）]，F(xiàn)2[N（285 kg/hm2）、P2O5（165 kg/hm2）、K2O（375 kg/hm2）]，F(xiàn)3[N（342 kg/hm2）、P2O5（198 kg/hm2）、K2O（450 kg/hm2）] and conventional fertilization，the effects of different regulation measures of irrigation upper limit and fertilization ratio on soil enzyme， micro-activity and biological activity in tomato rhizosphere of solar greenhouse were study. The results showed that the EC value of CK treatment was lower than that of other treatments， and the treatment of F1W3 was the highest. The pH value of treatment F2W2 was the lowest， and the organic matter content of treatment F2W2 and F2W3 were higher than other treatments. The number of bacteria， fungi and actinomycetes varied in different growth stages， and the number of bacteria was dominant in rhizosphere microorganism composition at different growth stages， and they all reached the highest level in the mid-fruiting stage， the number was the highest under treatment of F2W2， which were 50.00×107 CFU/g（dry substrate）， 107.67×106 CFU/g（dry substrate） and 30.00×105 CFU/g（dry substrate）， respectively.The overall performance of soil enzymes increased first and then decreased with the increase of irrigation upper limit and fertilization amount， sucrase was the highest under treatment of F2W2 at the early and late fruiting stages， catalase was the highest under treatment of F2W2， except treatment of F3W3 at the early fruiting stage was highest， and which was a significant difference with conventional irrigation and fertilization （CK） treatments. The upper irrigation limit and fertilization combination under the condition of F2W2 treatment can increase the soil enzyme and microbial activity in the rhizosphere soil of greenhouse tomato， improve soil environment， increase fertility and increase yield.

Key words： tomato; upper limit of irrigation water; fertilizer rate; microbes; soil enzyme

水和肥是作物生長(zhǎng)過(guò)程中不可缺少的物質(zhì)來(lái)源，同時(shí)也是調(diào)控作物生長(zhǎng)的重要影響因素[1]，且土壤中的水分、養(yǎng)分在一定程度上會(huì)影響土壤的微生物特征[2-4]和土壤酶的活性。土壤酶活性的高低可反映土壤生物活性、生化反應(yīng)強(qiáng)度以及土壤肥力狀況[5]，土壤微生物對(duì)環(huán)境變化非常敏感，是土壤環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)[6]。植物根系及殘?bào)w、土壤動(dòng)物及其遺骸和微生物所分泌的酶，能催化土壤中復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)化合物，供植物利用[7]，因此提高土壤中酶和微生物的活性，可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，防治和減輕病蟲危害，增加作物的產(chǎn)量[8，9]。研究表明，土壤微生物量與土壤酶活性較其他土壤性質(zhì)更迅速地響應(yīng)水肥管理、種植模式以及土地利用方式的變化[10-12]。前人就土壤水分下限和滴灌施肥量對(duì)作物生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了大量的研究[13-18]，而關(guān)于土壤水分下限和滴灌施肥量對(duì)作物根際土壤酶和微生物的活性研究很少，且對(duì)土壤水分上限和滴灌施肥量對(duì)作物根際土壤酶和微生物的活性研究鮮見報(bào)道。鑒于此，本試驗(yàn)研究溫室滴灌條件下控制不同灌水上限和施肥量對(duì)溫室番茄根際土壤酶及微生物活性的影響，為溫室合理水肥控制和提高作物產(chǎn)量提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年8月至2018年1月在甘肅省榆中市清水驛鄉(xiāng)綢泥河村日光溫室內(nèi)進(jìn)行，平均海拔1 790 m，年平均氣溫7.4 ℃，年平均降水量400 mm，全年無(wú)霜期150 d。供試土壤質(zhì)地為黏質(zhì)土，其耕層土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)灌水上限和施肥量2個(gè)因素，灌水上限設(shè)W1（70% θF）、W2（80% θF）、W3（90% θF）和常規(guī)灌水4個(gè)水平，灌水下限統(tǒng)一設(shè)定為田間持水率（θF）的50%。NPK施肥量及配比設(shè)4個(gè)水平，分別為F1：N（228 kg/hm2）、P2O5（132 kg/hm2）、K2O（300 kg/hm2）;F2：N（285 kg/hm2）、P2O5（165 kg/hm2）、K2O（375 kg/hm2）;F3：N（342 kg/hm2）、P2O5（198 kg/hm2）、K2O（450 kg/hm2）及常規(guī)施肥，如表2所示，共10個(gè)處理，3次重復(fù)。追肥在開花初期進(jìn)行滴灌施肥，每15 d施肥1次。

供試的番茄品種為英石大紅，試驗(yàn)供水采用滴灌，灌水量由水表控制。每小區(qū)面積約為15 m×1.1 m，每小區(qū)3個(gè)重復(fù)，各小區(qū)之間隨機(jī)排列。滴灌帶為固定、單行布置方式。壟長(zhǎng)15 m，寬0.65 m，高0.15 m，壟間距0.45 m，每壟2行，每行鋪設(shè)滴灌帶，滴頭間距35 cm，番茄秧苗按滴頭間距定植，定植行距18 cm，并設(shè)有保護(hù)行。另外，定植前各處理施用肥料種類和數(shù)量相同，追肥時(shí)將肥料溶于水中，通過(guò)首部灌溉控制系統(tǒng)的施肥罐計(jì)量滴灌施入。每2 d測(cè)定1次0～20 cm土壤水分，各處理灌水始點(diǎn)為水分達(dá)到設(shè)計(jì)田間持水率的下限，灌水量計(jì)算公式[19]為M=r×p×h×θF×（q1-q2）。式中，M為灌水量;r為土壤體積質(zhì)量，本試驗(yàn)中為0～20 cm土壤，取1.15 g/cm3;p為土壤濕潤(rùn)比，取50%;h為灌水濕潤(rùn)層厚度，取0.25 m;θF為最大田間持水率（31.95%）;q1為土壤水分上限;q2為土壤水分下限（以相對(duì)田間持水率表示）。

1.3 ?土樣采集與預(yù)處理

在番茄結(jié)果前期（開花期）、中期（果實(shí)轉(zhuǎn)色）與后期（拉秧），按5點(diǎn)采樣法分別采集各試驗(yàn)小區(qū)0～20 cm土壤層的土樣。采樣后將各土壤樣品混合均勻分為3部分裝入自封袋，第一部分放入4 ℃冰柜中保存用于基質(zhì)微生物活性的測(cè)定，第二部分風(fēng)干用于土壤酶活性的測(cè)定，第三部分測(cè)定土壤含水率。

1.4 ?測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 ?土壤理化性質(zhì)的測(cè)定 ?pH使用PHS-3C型pH計(jì)測(cè)定;利用（DDS-307A）雷磁電導(dǎo)儀測(cè)定EC;有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定。

1.4.2 ?土壤微生物活性的測(cè)定 ?微生物數(shù)量的測(cè)定采用稀釋平板計(jì)數(shù)法。細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，28 ℃恒溫培養(yǎng)3 d;真菌用馬丁氏（Martin）培養(yǎng)基，25 ℃恒溫培養(yǎng)5 d;放線菌用高氏一號(hào)培養(yǎng)基，28 ℃恒溫培養(yǎng)7 d。每個(gè)土樣選取2個(gè)濃度梯度，每個(gè)濃度3次重復(fù)[20]。

1.4.3 ?土壤酶活性的測(cè)定 ?土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法，以NH3-N（mg/g）基質(zhì)（37 ℃，24 h）表示;蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，以葡萄糖（mg/g）基質(zhì)（37 ℃，24 h）表示;過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，以0.1 mol/L KMnO4（mL/g）基質(zhì)（25 ℃，1 h）表示[7]。

1.5 ?數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SAS、SPSS 16.0軟件進(jìn)行單、雙因素方差分析（ANOVA）。所有圖表均采用Excel軟件處理。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同水肥處理對(duì)番茄根際土壤理化性質(zhì)的影響

EC是表示土壤中所含的鹽量，pH常用于衡量土壤酸堿的強(qiáng)弱，有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分，是植物營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源之一，可促進(jìn)土壤生物的活動(dòng)。從表3可以看出，不同水肥處理造成了土壤化學(xué)性質(zhì)的變化。各生育期常規(guī)灌水施肥（CK）處理的EC值均低于其他處理，以處理F1W3最高，除與處理F1W1無(wú)顯著差異外，與其他各處理之間均差異顯著;隨著生育期的推進(jìn)，番茄根際土壤pH呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，均以處理F2W2最小，且與處理CK存在顯著差異;有機(jī)質(zhì)含量呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，在結(jié)果前期、后期以處理F2W3最高，結(jié)果中期以處理F2W2最高，明顯高于其他處理。

2.2 ?不同水肥處理對(duì)番茄根際土壤微生物數(shù)量的影響

微生物是土壤中最具活力的組成部分，進(jìn)行著一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，在土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和腐殖質(zhì)形成過(guò)程中有重要作用，并且積極參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，其生命活動(dòng)直接影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[21]。由表4可知，細(xì)菌和真菌的數(shù)量隨生育時(shí)期的推進(jìn)呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，放線菌的數(shù)量隨生育時(shí)期的推進(jìn)呈上升的趨勢(shì)，三者均在結(jié)果中期達(dá)到最高，以處理F2W2的數(shù)量最高，分別為50.00×107 CFU/g（干土壤）、107.67×106 CFU/g（干土壤）和30.00×105 CFU/g（干土壤），并與常規(guī)灌水施肥處理CK的差異均達(dá)到顯著水平。此外，雖然3種菌在不同生育期的數(shù)量變化不同，但細(xì)菌數(shù)量在各生育時(shí)期根際微生物的組成中一直占居優(yōu)勢(shì)。

2.3 ?不同水肥處理對(duì)番茄根際土壤酶活性的影響

圖1至圖3為不同水肥處理對(duì)番茄根際土壤酶活性的影響。由于不同處理的水肥供給使溫室番茄的土壤養(yǎng)分和水分狀況產(chǎn)生了差異，影響了土壤內(nèi)的水氣環(huán)境，從而使得土壤中酶學(xué)特性發(fā)生不同程度的變化，總體上表現(xiàn)為隨灌水上限和施肥量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)。土壤中蔗糖酶是由植物根系分泌產(chǎn)生的，與土壤有機(jī)質(zhì)和土壤團(tuán)聚體表面積有關(guān)，能反映土壤的肥力水平和生物學(xué)活性強(qiáng)度[22]。由圖1可知，蔗糖酶活性在結(jié)果前期和后期以處理F2W2為最高，分別為189.02、166.86 mg/g·d，高于常規(guī)灌水施肥處理（CK）50.21%和10.44%，在結(jié)果后期由于養(yǎng)分的充分轉(zhuǎn)化，而有所下降。

土壤脲酶主要來(lái)源于植物和微生物，是決定土壤中N轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶，其活性高低反映了各種生化過(guò)程的方向和強(qiáng)度[23]。由圖2可見，番茄根際土壤脲酶活性隨生育時(shí)期的推進(jìn)呈先增強(qiáng)后減弱的變化趨勢(shì)，各處理均以結(jié)果中期的活性最高，結(jié)果后期的活性最低。在同一生育時(shí)期，脲酶活性的整體變化趨勢(shì)表現(xiàn)為隨灌水上限和施肥量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)， 表明增加水肥供給有利于提高土壤脲酶的活性，加速土壤中氮素養(yǎng)分的循環(huán)。所有處理均以處理F2W2的酶活性最高，且與常規(guī)灌水施肥（CK）處理均存在顯著差異。

過(guò)氧化氫酶存在于生物體和土壤中，能促進(jìn)過(guò)氧化氫分解為水和氧氣，從而降低了過(guò)氧化氫的毒害作用。由圖3可知，過(guò)氧化氫酶的活性隨生育時(shí)期的推進(jìn)呈先增強(qiáng)后減弱的變化趨勢(shì)。在同一灌水上限條件下，結(jié)果前期過(guò)氧化氫酶的活性隨施肥量的增加而增強(qiáng)，這是由于前期植株生長(zhǎng)旺盛，根系活力強(qiáng)，結(jié)果中期和后期過(guò)氧化氫酶的活性隨施肥量的增加先增強(qiáng)后減弱，說(shuō)明過(guò)量施肥會(huì)抑制過(guò)氧化氫酶的活性;在同一施肥量下，過(guò)氧化氫酶活性大體上隨灌水上限的增加而增強(qiáng)，說(shuō)明增加土壤含水量有利于促進(jìn)過(guò)氧化氫酶活性的增強(qiáng)。所有處理中除結(jié)果前期以處理F3W3最高外，其他處理均以處理F2W2最高，與CK處理均存在顯著差異。

2.4 ?不同水肥處理效應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)

為了全面系統(tǒng)地反映不同灌水上限和施肥量對(duì)番茄根際土壤的影響，避免因試驗(yàn)測(cè)定的指標(biāo)數(shù)目繁多，且各指標(biāo)間存在相互重疊很難評(píng)價(jià)水肥配比的優(yōu)劣，對(duì)所測(cè)得的9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，綜合成3個(gè)新的主成分指標(biāo)（表5）。由表5可知，3個(gè)主成分分別代表土壤酶活性指標(biāo)（過(guò)氧化氫酶）、土壤理化性質(zhì)指標(biāo)（有機(jī)質(zhì)）和EC，特征值為別為4.53、1.96、1.23，方差貢獻(xiàn)率分別為40.68%、30.67%、14.35%，累積貢獻(xiàn)率為85.70%，符合分析的要求，且進(jìn)一步分析各水肥處理的綜合得分（表6），由高到低依次為F2W2、F3W2、F2W3、F3W3、F1W3、F1W2、

CK、F2W1、F1W1、F3W1。

3 ?結(jié)論與討論

研究了不同灌水上限和施肥量對(duì)溫室番茄根際土壤酶及微生物活性的影響。結(jié)果表明，不同的灌水上限和施肥量對(duì)溫室番茄根際土壤EC、pH和有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生不同的影響。適當(dāng)?shù)墓嗨舷藓褪┓柿靠梢越档屯寥繣C和pH，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高養(yǎng)分含量，促進(jìn)植株生長(zhǎng)提高產(chǎn)量。3種菌在不同生育期的數(shù)量變化不同，但細(xì)菌數(shù)量在各生育時(shí)期根際微生物的組成中占優(yōu)勢(shì)，所有處理中，以F2W2處理下的細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量最高，說(shuō)明施肥量在F2[N（285 kg/hm2）、P2O5（165 kg/hm2）、K2O（375 kg/hm2）]和灌水上限W2（80%）條件下，有利于土壤微生物活性的提高，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。由于不同處理的水肥供給使溫室番茄的土壤養(yǎng)分和水分狀況產(chǎn)生了差異，影響了土壤內(nèi)的水氣環(huán)境，從而使土壤中酶活特性發(fā)生不同程度的變化，總體表現(xiàn)為隨灌水上限和施肥量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，所有處理中3種酶活性均以處理F2W2最高，促進(jìn)了養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，提高了土壤肥力。

番茄在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)中后期和生殖生長(zhǎng)期間對(duì)水肥的要求較高，灌水和施肥是其獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵[24]。Vepslinen等[24]認(rèn)為化學(xué)肥料可通過(guò)改善土壤理化性質(zhì)和微生物區(qū)系來(lái)影響土壤酶活性，改善土壤，所以適宜的水肥配比對(duì)提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量具有重要影響。綜合考慮溫室番茄根際土壤的各項(xiàng)指標(biāo)，處理F2W2是最適宜的水肥組合，是利于節(jié)水節(jié)肥增產(chǎn)的番茄生長(zhǎng)的適宜灌水上限和施肥量，因此80%灌水上限和施肥配比為N（285 kg/hm2）、P2O5（165 kg/hm2）、K2O（375 kg/hm2）時(shí)可為番茄的水肥一體化灌水施肥制度提供參考。不同研究者的試驗(yàn)結(jié)論不盡相同，可能是因?yàn)楦鞯貐^(qū)氣候條件的差異、土壤及地力基礎(chǔ)的不同以及供試材料的不同，會(huì)導(dǎo)致各指標(biāo)對(duì)水分、養(yǎng)分的反應(yīng)有所不同[14]。本試驗(yàn)只對(duì)溫室番茄開花結(jié)果期不同灌溉上限和施肥量處理的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了研究，但對(duì)其苗期灌溉施肥指標(biāo)未涉及;另外，灌溉上限處理的設(shè)計(jì)為每10%田間持水量為一個(gè)處理，在更小的范圍內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)是否存在差異，還有待于進(jìn)一步研究。

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