不同林下魔芋土壤微生物區(qū)系與酶活性分析

高鈺琪，李 博，門海軍，李 艷 ，張麗瓊

(安康學(xué)院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物科技學(xué)院，陜西 安康 725000)

1 引言

魔芋(Amorphophalluskonjac)系天南星科魔芋屬多年生草本植物，主產(chǎn)于中國、日本、朝鮮、韓國等亞洲國家。我國魔芋種植歷史悠久，已有二千多年的栽培歷史，主產(chǎn)于長江流域、西南和西北的四川、云南、貴州、湖北、湖南、陜西等地[1]。近年來魔芋病害隨著魔芋種植面積的不斷擴(kuò)大以及魔芋連作年限的增加而不斷加重。其中以魔芋軟腐病較為突出、其發(fā)生具有傳播廣、危害大、污染嚴(yán)重等特點(diǎn)。安康魔芋產(chǎn)區(qū)軟腐病發(fā)病田塊占調(diào)查田塊的88.3%，發(fā)病大田一般減產(chǎn)20%～40%，嚴(yán)重者甚至絕收[2～5]。魔芋軟腐病已成為陜南山區(qū)及全國魔芋產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的制約性難題。崔鳴[6]研究表明，根據(jù)魔芋喜陰怕強(qiáng)光、喜溫怕高溫、喜濕怕干旱和水噴等特性，從魔芋立體種植展開研究，讓叢林中來的魔芋回到叢林中，實(shí)行原生態(tài)種植，研究林下套種魔芋技術(shù)取得了很好的成效并在全國進(jìn)行了推廣。

試驗(yàn)從安康市嵐皋縣藺河鎮(zhèn)立新村的刺槐林、杉樹林、泡桐樹林和漆樹林四種林木及附近農(nóng)田采集土壤樣品進(jìn)行土壤微生物區(qū)系和酶活性的測定，探索土壤微生物和酶活性對魔芋的抗病促生長作用和機(jī)理，推廣微生物農(nóng)藥為主的防治方法、科學(xué)合理使用高效、低毒、無污染的農(nóng)藥和多元化生物方法，提高防治效果和農(nóng)藥的利用率，減少農(nóng)藥用量；增施有機(jī)肥、優(yōu)化施肥方式，提高肥料的利用率，本課題的完成能為解決魔芋連作障礙中的病害問題提供參考依據(jù)，有利于提高林下魔芋產(chǎn)量和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)魔芋高產(chǎn)栽培，促進(jìn)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展和農(nóng)民效益增收，促進(jìn)區(qū)域性支柱產(chǎn)業(yè)又好又快發(fā)展。極大地提高農(nóng)民種植魔芋的積極性，推動(dòng)林下魔芋產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。拓寬農(nóng)民致富的路子，提高山區(qū)人民生活幸福指數(shù)，使人民生活水平越來越高。該項(xiàng)技術(shù)采用生物防治技術(shù)，符合生產(chǎn)有機(jī)食品、綠色食品及無公害的清潔生產(chǎn)理念，可以為安康地區(qū)大規(guī)模開發(fā)綠色無公害農(nóng)副產(chǎn)品，開展清潔生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。但是有關(guān)林下魔芋高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培缺乏可靠實(shí)驗(yàn)證明，林下魔芋土壤微生物性質(zhì)與酶活性綜合研究更是少之甚少。有待于我們廣大科學(xué)工作者在林下魔芋栽培研究中積極探索，攻堅(jiān)克難，為林下魔芋高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供科學(xué)指導(dǎo)?？偠灾?，采用生物防治技術(shù)對魔芋優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培以及對土壤肥力的促進(jìn)和土壤的改良具有較強(qiáng)的作用，可用于農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步研究以及推廣。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 采樣區(qū)概況 藺河鎮(zhèn)立新村位于嵐皋縣嵐河中游，介于北緯32.18°～32.19°，東經(jīng)109.3°～109.4°，海拔858～1 280 m，屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫潤，四季分明，雨量充足，無霜期長。冬季一般不會(huì)有凍害，夏季雨量足且多有伏旱，秋季涼爽并多連陰雨，春季干燥。年平均氣溫15～17℃。年均降水量1 050 mm，年均降雨日數(shù)為94 d，最多達(dá)145 d(1974年)，最少為68 d(1972年)。極端的年份雨量最多為1 240 mm(2003年)，極端的年份最少雨量為450 mm(1966年)。每年6-9月一般為雨量集中期，其中7月最多。自然條件得天獨(dú)厚，是魔芋最適生長地之一[7]。

2.1.2 樣品采集 2017年3月上旬在安康市嵐皋縣藺河鎮(zhèn)立新村選擇刺槐I、泡桐、刺槐II、杉樹和漆樹林五處林下和一處大田魔芋的土壤，五處林地分別處于不同地理位置，刺槐I海拔1 242 m，pH6.94；泡桐海拔1 232 m，pH6.72；刺槐II海拔1 277.5 m，pH6.96；杉樹海拔1 215 m，pH6.99；漆樹林海拔904.5 m ,pH 7.0,大田地海拔858 m, pH6.94。采用五點(diǎn)采樣法，除去表面的枯枝落葉，采集0～20 cm的土壤剖面，樣方大小為長寬高10×10 cm，每個(gè)采樣點(diǎn)采取五個(gè)土樣，每個(gè)樣品采集約100 g。土樣密封帶回實(shí)驗(yàn)室后，每個(gè)樣品混勻后四分法分為兩份，一份去雜、過篩后貯藏于4?的冰箱內(nèi)，用于測定土壤微生物數(shù)量；另一份風(fēng)干、去雜、過篩后用于測定土壤酶活性。

2.1.3 培養(yǎng)基 細(xì)菌、真菌和放線菌的培養(yǎng)分別采用牛肉膏蛋白胨、馬鈴薯蔗糖(PDA)及高氏1號培養(yǎng)基[8]。

2.2 方法

2.2.1 土壤微生物分離計(jì)數(shù) 采用常規(guī)稀釋涂布平板法進(jìn)行微生物的分離：準(zhǔn)確稱取10 g土樣放入裝有90 mL無菌水的三角瓶進(jìn)行倍比稀釋處理，稀釋倍數(shù)為10-1～10-7。分別取10-1、10-2、10-3三個(gè)稀釋水平的土樣懸浮液0.1 mL均勻涂布于PDA培養(yǎng)基上用于培養(yǎng)真菌；分別取10-3、10-4、10-5三個(gè)稀釋水平的土樣懸浮液0.1 mL均勻涂布于高氏1號培養(yǎng)基上用于培養(yǎng)放線菌；分別取10-5、10-6、10-7三個(gè)稀釋水平的土樣懸浮液0.1 mL均勻涂布于牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上用于培養(yǎng)細(xì)菌。每個(gè)稀釋水平重復(fù)3皿，于28～30℃恒溫培養(yǎng)，細(xì)菌1～2 d，放線菌5～7 d，真菌2～7 d，觀察菌落形態(tài)，統(tǒng)計(jì)微生物數(shù)量。

微生物數(shù)量的計(jì)算方法：

每克鮮土含菌量=(每皿有效菌數(shù)×稀釋度×20×102)/鮮土樣品量×水分系數(shù)

2.2.2 土壤酶活性的測定 尿酶活性測定：采用靛酚藍(lán)比色法測定酶促反應(yīng)的氨釋放量(mg·g-1·d-1)。過氧化氫酶活性測定：采用高錳酸鉀滴定法。蔗糖酶活性測定：采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定酶促反應(yīng)生成的葡萄糖量(mg·g-1·d-1)。磷酸酶活性測定：采用磷酸苯二鈉法測定酶促反應(yīng)的酚釋放量(mg·g-1·h-1)。

3 結(jié)果分析

3.1 土壤微生物區(qū)系分析

表1 不同林下土壤微生物區(qū)系分析

由表1可知，刺槐I和刺槐II林下魔芋土壤中細(xì)菌數(shù)量差異性不顯著，但泡桐、杉樹和漆樹之間差異性顯著。刺槐I、泡桐、刺槐II、杉樹和漆樹林下細(xì)菌數(shù)量均高于大田土壤，分別較大田高43.12%、36.67%、43.54%、16.67%和7.9%。刺槐I、漆樹和刺槐II林下土壤中真菌數(shù)量差異性顯著，但泡桐和杉樹之間差異性不顯著。刺槐I、泡桐、刺槐II、杉樹和漆樹林下真菌數(shù)量均低于大田土壤，分別較大田低10.52%、13.5%、7.69%、13.55%、31.25%。刺槐II、杉樹林與泡桐、漆樹和大田土壤中放線菌數(shù)量差異性不顯著，刺槐I、泡桐、刺槐II、杉樹和漆樹林下放線菌數(shù)量均高于大田土壤，分別較大田高20%、4.96%、17.87%、14.43%和7.1%,刺槐林下隨著海拔升高細(xì)菌和真菌數(shù)量增加，放線菌減少。

3.2 土壤酶活性分析

3.2.1 脲酶活性 土壤脲酶活性：由圖1可以看出，刺槐I、刺槐II、漆樹林林下土壤的脲酶活性與大田土壤差異不顯著。泡桐和杉樹林下土壤的脲酶活性均低于大田，其分別較大田低13.5%和20.1%。

圖1 土壤脲酶活性

3.2.2 磷酸酶活性 土壤磷酸酶活性：刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林與大田土壤差異性顯著，均高于大田土壤，分別較大田高148%、35.2%、125%、131%、108%。

圖2 土壤磷酸酶活性

3.2.3 蔗糖酶活性 由圖3可以看出，泡桐、刺槐I、杉樹林土壤蔗糖酶活性差異不顯著，刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林的土壤蔗糖酶活性均低于大田土壤，分別較大田低83.2%、9.6%、7.9%、7.8%、28.6%。

圖3 土壤蔗糖酶活性

3.2.4 過氧化氫酶活性 由圖4可看出，刺槐II與杉樹、泡桐與漆樹林下土壤的過氧化氫酶活性差異性不顯著。但刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林林下土壤過氧化氫酶活性均高于大田土壤，分別較大田高87.5%、43.8%、62.5%、84.4%、42.7%。

圖4 土壤過氧化氫酶活性

4 討論

(1)通過土壤微生物區(qū)系分析試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)刺槐I、泡桐、刺槐樹II、杉樹和漆樹林下魔芋土壤中的細(xì)菌和放線菌數(shù)量均增加，真菌數(shù)量均減少。該結(jié)果與何斐等[9]的研究結(jié)果一致，三大類微生物的數(shù)量表明，林下土壤微生物的區(qū)系狀態(tài)良好。刺槐I、泡桐、刺槐樹II、杉樹林下土壤中細(xì)菌與大田相比差異性顯著；刺槐I、刺槐樹II和杉樹林下土壤放線菌與大田相比差異性顯著；刺槐I、泡桐、刺槐樹II、杉樹和漆樹林下魔芋土壤中的真菌數(shù)量均減少，并且與大田相比差異性均顯著，泡桐和杉樹林之間真菌數(shù)量差異不顯著。微生物是林下土壤微環(huán)境的重要部分，土壤微生物可以分解林下土壤中的殘枝敗葉，加速林下土壤微生態(tài)的物質(zhì)循環(huán)，從而提高土壤酶活性，影響林木的正常生長發(fā)育和林下魔芋的產(chǎn)量和品質(zhì)。

(2)土壤酶對土壤中許多化學(xué)反應(yīng)和土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生重要影響，可以客觀的反映土壤內(nèi)部微生態(tài)。

刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林和泡桐林下土壤蔗糖酶活性均低于大田土壤。而蔗糖酶可以提高土壤中的易溶性營養(yǎng)物質(zhì)。研究結(jié)果表明，土壤蔗糖酶活性受許多林下土壤因素的影響，如與土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量，微生物數(shù)量及土壤呼吸強(qiáng)度等有關(guān)。總的來說，土壤越肥沃，其蔗糖酶活性越高。蔗糖酶活性不僅是土壤微生物學(xué)活性強(qiáng)弱程度的一種表現(xiàn)，也是土壤腐熟程度和肥力水平的一種體現(xiàn)[10～11]。由此可推斷出林下魔芋土壤中的微生物較大田活躍，比大田土壤肥沃。

過氧化氫酶普遍存在于生物殘?bào)w和土壤中，它有利于過氧化氫的分解防止它對生物體產(chǎn)生毒害作用。過氧化氫酶活性不僅影響土壤微生物數(shù)量，而且還影響土壤中的有機(jī)質(zhì)含量。筆者研究中林下與大田過氧化氫酶活性比較得出，刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林過氧化氫酶活性均高于大田土壤，由此可推斷林下魔芋土壤有機(jī)質(zhì)含量高，林下生物體遭受過氧化氫的毒害率低。

刺槐I、刺槐II、漆樹林林下土壤的脲酶活性與大田土壤差異不顯著。泡桐和杉樹林下土壤中的脲酶活性均沒有大田高。脲酶普遍存在于林下土壤中，它所產(chǎn)生的酶促產(chǎn)物是氨，氨是一種植物氮源。脲酶與尿素和氮肥的水解緊密相連。有機(jī)肥料中也有游離的脲酶存在。同時(shí)，脲酶活性也受土壤其他因素的影響。所以刺槐林和漆樹林下土壤對尿素和氮肥的吸收能力較強(qiáng)，大田土壤在施肥過程中可參考，適當(dāng)增施脲酶以利于土壤對尿素和氮肥的吸收。

刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林與大田土壤磷酸酶活性差異性顯著，均高于大田土壤。土壤有機(jī)磷轉(zhuǎn)化受多種因子影響，其中，磷酸酶影響最大，它加速了有機(jī)磷的脫磷速度。蘭吉萍[11]等研究結(jié)果表明，磷酸酶活性越高，土壤氮、碳含量越高，而且磷酸酶的活性也受有效磷含量和土壤pH的影響。磷酸酶活性是有關(guān)土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向與強(qiáng)度的重要體現(xiàn)。由此可推斷出，林下魔芋土壤脫磷速度快，土壤碳、氮含量高，建議施肥過程中采取少量多施的方法，以提高磷肥的利用率。

5 結(jié)論

林下魔芋的土壤微生物區(qū)系和酶活性反映了林下土壤質(zhì)量較好，其土壤根際微環(huán)境優(yōu)于大田土壤，其中四種林下刺槐林下最好，并且海拔越高，土壤環(huán)境越好。