不同土壤質(zhì)地棉花根際微生物及酶活性與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性研究

劉松濤 田春麗 曹雯梅

摘要 采用池栽方式，研究潮土3種不同質(zhì)地土壤棉花花鈴期根際微生物數(shù)量和酶活性及其與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性。結(jié)果表明，在棉花-土壤質(zhì)地-微生物相互作用的生態(tài)系統(tǒng)中，土壤微生物和酶活性受土壤質(zhì)地和棉花生長發(fā)育二方面影響。相關(guān)分析顯示，細(xì)菌、真菌是影響壤土中速效磷的主要微生物，磷酸酶是影響3種質(zhì)地中速效磷、堿解氮及砂土中速效鉀的主要酶。細(xì)菌、真菌、磷酸酶可作為評判棉花根際土壤肥力的生物學(xué)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 土壤質(zhì)地;棉花;根際微生物;土壤酶活性;相關(guān)性

中圖分類號(hào) S562 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）05-0165-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.05.046

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract A poolculture experiment was carried out by cultivating cotton in sandy，loamy and clayey texture of Chao soil，and studied on the variation features of rhizosphere microorganisms and enzyme activities of cotton during the flowering and bollforming stage and their correlation with nutrients of the soils.The results indicated that the number of rhizosphere microorganisms and enzyme activities were affected by both the soil texture and development of cotton in the interaction system of the cotton，soil texture and microorganisms.Correlation analysis showed that bacteria and fungi were the most important microorganisms affecting soil available P.Phosphatase was the most important enzyme affecting soil available P and alkalihydrolyzable N in defferent soil textures，and available K in loam.It indicated that bacteria fungi and Phosphatase can be used as the biological indices of soil fertilization properties at the cotton rhizosphere.

Key words Soil texture;Cotton;Rhizosphere microorganisms;Soil enzyme activities;Correlation

土壤微生物和酶是土壤中主要的有機(jī)體，是土壤中最活躍的部分。細(xì)菌、真菌、放線菌是土壤中主要的微生物，以土壤中各種有機(jī)物為物質(zhì)基礎(chǔ)，參與土壤各種養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與循環(huán)[1-2]，是土壤養(yǎng)分有效釋放的主要調(diào)節(jié)者[2]。土壤酶主要來自于土壤微生物、作物根系分泌物、動(dòng)植物殘?bào)w[3]，是土壤生化過程的產(chǎn)物，參與土壤有機(jī)物的分解，對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生一定影響，其活性對土壤條件反應(yīng)較為敏感，常被用于評判土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的指標(biāo)[4-6]。土壤質(zhì)地是土壤重要的物理性質(zhì)之一，研究表明，不同土壤質(zhì)地因其理化性質(zhì)不同對土壤微生物、酶活性[6-8]及速效養(yǎng)分含量[9-10]產(chǎn)生較大影響，但集中在玉米[7，10]、小麥[9]、煙草[6]等作物，且研究表明作物根際土壤微生物量和酶活性不僅受不同質(zhì)地的影響，還與作物及其生長發(fā)育進(jìn)程密切相關(guān)[11]。棉花根際微生物量及酶活性亦有研究[12-14]，而不同土壤質(zhì)地棉花根際微生物量及酶活性的研究鮮見報(bào)道。土壤環(huán)境的微小變化將會(huì)引起土壤微生物及酶活性的改變[4，12-19]。為了解棉花、土壤質(zhì)地、微生物三者之間的關(guān)系，筆者分析了不同土壤質(zhì)地棉花根際微生物數(shù)量和酶活性的變化特征及其與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性，以期從棉花根際微生物數(shù)量及酶活性變化評價(jià)土壤質(zhì)地對棉花生長發(fā)育的影響，了解棉花根際土壤微生物及土壤酶與土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分的內(nèi)在聯(lián)系，為棉花生產(chǎn)合理布局及不同質(zhì)地棉花高產(chǎn)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年4月—2016年11月在河南省農(nóng)業(yè)高新科技園池栽區(qū)進(jìn)行，該區(qū)屬北暖溫帶氣候區(qū)，日平均氣溫14.5 ℃，年均降雨量在628 mm左右，無霜期219～226 d，≥10 ℃的有效積溫4 750～5 100 ℃。根據(jù)河南省潮土典型土壤質(zhì)地特征，共設(shè)砂土（L）、壤土（S）和粘土（C）3種質(zhì)地，每種質(zhì)地24池，每池由水泥板（長×寬×高為1 m×1 m×0.06 m）圍成，長、寬、高各1 m，每池面積1 m.2，下不封底。池面與地面相平，以保證池面以上的小氣候與大田相同。同一質(zhì)地的24池排為無間隔的2排，不同質(zhì)地的池區(qū)間隔1 m寬的觀測道。試驗(yàn)前茬為紫花苜蓿，移栽前3種質(zhì)地土壤的基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為魯研棉21，4月12日育苗，5月10日移栽，每池4株，每株距池邊25 cm，株間距為50 cm。移栽前每池施高鉀復(fù)合肥（17-17-17）50 g，折合495 kg/hm.2。初花期每池追施高鉀復(fù)合肥31 g，折合為310.5 kg/hm.2，其他管理同豐產(chǎn)田常規(guī)管理。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品采集與處理。

主要研究棉花營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)階段的花鈴期根際微生物數(shù)量及酶活性，7月2日初花期第一次取土樣，以后每間隔11 d取樣一次，即分別在7月2日、7月13日、7月24日、8月4日和8月15日5個(gè)時(shí)間點(diǎn)取樣。取樣時(shí)，去除表層雜物，取0～20 cm土層的根區(qū)土為樣品，每份樣品分3份，一份立即于-20 ℃保存，用于測定根際微生物的數(shù)量，第二份立即帶回室內(nèi)測定土壤水分含量（烘干法），第三份自然風(fēng)干，用于測定土壤酶活性和養(yǎng)分含量。

1.3.2 土壤微生物數(shù)量及酶活性測定。真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基;細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基;放線菌采用高氏 1 號(hào)培養(yǎng)基。真菌、細(xì)菌、放線菌計(jì)數(shù)采用稀釋平板法[20-21]。土壤磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性參考嚴(yán)昶升[20]及許光輝等[21]測定。土壤磷酸酶活性測定用磷酸苯二鈉比色法，磷酸酶活性在37 ℃下，1 g干土培養(yǎng)24 h釋放出酚的毫克數(shù)表示;土壤脲酶活性測定用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法， 脲酶活性在37 ℃以下， 1 g干土培養(yǎng)24 h分解尿素產(chǎn)生的NH3-N毫克數(shù)表示;土壤蔗糖酶活性測定用3，5-二硝基水楊酸比色法， 蔗糖酶活性在37 ℃以下，1 g干土培養(yǎng)24 h分解蔗糖產(chǎn)生的葡萄糖毫克數(shù)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種質(zhì)地土壤根際微生物數(shù)量及酶活性與土壤含水量的相關(guān)性

由表2可知，土壤含水量與土壤微生物數(shù)量均呈負(fù)相關(guān)，而與土壤酶活性均呈正相關(guān)。表明土壤含水量越高，土壤通氣性越差，不利于微生物代謝活動(dòng)，而有利于酶活性的提高。不同土壤質(zhì)地相比，土壤含水量與黏土、砂土中細(xì)菌分別呈極顯著及顯著負(fù)相關(guān)，與壤土中土壤微生物數(shù)量及酶活性相關(guān)均不顯著，即不同質(zhì)地間土壤含水量與土壤微生物數(shù)量、酶活性的相關(guān)程度為黏土>砂土>壤土。上述分析表明，為提高土壤微生物數(shù)量及酶活性，首先需控制好黏土中含水量，然后是砂質(zhì)土，而壤土對水分的調(diào)控性最大。

2.2 3種質(zhì)地土壤根際微生物數(shù)量及酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性 土壤有機(jī)質(zhì)是植物生長源泉，也是土壤中微生物的能源物質(zhì)，同時(shí)也是影響植物養(yǎng)分吸收的重要因素。因此，土壤有機(jī)質(zhì)含量直接影響土壤根際微生物數(shù)量、種類和土壤酶活性等。表3表明，不同質(zhì)地間3種微生物數(shù)量與有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)，但其相關(guān)程度不同質(zhì)地間及不同微生物類群間有較大差異。以黏土中的有機(jī)質(zhì)與細(xì)菌、真菌數(shù)量相關(guān)程度最大，均達(dá)極顯著;壤土的有機(jī)質(zhì)與細(xì)菌、真菌數(shù)量相關(guān)顯著;砂土中有機(jī)質(zhì)僅與真菌數(shù)量相關(guān)顯著。不同質(zhì)地間酶活性與有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)，但其相關(guān)程度不同質(zhì)地間差異較小，均未顯著水平。

2.3 3種質(zhì)地土壤根際微生物數(shù)量及酶活性與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)性

表4表明，不同質(zhì)地間3種微生物數(shù)量與堿解氮（黏土除外）呈正相關(guān)，但其相關(guān)程度不同質(zhì)地間及不同微生物類群間有較大差異。微生物數(shù)量與速效磷、速效鉀含量的相關(guān)性質(zhì)及程度不同質(zhì)地及微生物類群間有較大差異，3種微生物數(shù)量與砂土、黏土中速效磷、速效鉀（黏土中放線菌除外）呈負(fù)相關(guān)，而壤土中則表現(xiàn)為正相關(guān);以壤土中細(xì)菌、真菌與速效磷的相關(guān)程度最大，分別達(dá)相關(guān)顯著、極顯著，砂土中僅細(xì)菌與速效磷呈顯著負(fù)相關(guān)。

不同質(zhì)地間3種酶活性與土壤養(yǎng)分（除速效鉀）有相同的相關(guān)性，即與速效磷呈正相關(guān)，與堿解氮呈負(fù)相關(guān)，但其相關(guān)程度不同質(zhì)地及不同酶類間有較大差異。以黏土中的磷酸酶與土壤養(yǎng)分相關(guān)程度最大，表現(xiàn)為與堿解氮、速效磷相關(guān)極顯著;以砂土中磷酸酶與土壤養(yǎng)分相關(guān)顯著的指標(biāo)最多，其中與堿解氮、速效磷、速效鉀均相關(guān)顯著。不同質(zhì)地間速效鉀與土壤養(yǎng)分相關(guān)的性質(zhì)及程度均有較大差異，與砂土、黏土中的3種酶及壤土中的脲酶呈正相關(guān)，與壤土中磷酸酶、蔗糖酶呈負(fù)相關(guān)，其中僅與砂土中的磷酸酶相關(guān)顯著，其余指標(biāo)均不顯著。

研究表明，豐富的有機(jī)質(zhì)有利于土壤微生物及酶的代謝活動(dòng)，而土壤含水量越高，土壤空氣越少，不利于土壤微生物（這里的土壤微生物含量是在有氧條件下測定的）代謝活動(dòng)，而有利于土壤酶活性的提高。3種質(zhì)地磷酸酶活性均與速效磷含量相關(guān)顯著，進(jìn)一步說明磷酸酶活性可以表征土壤有效磷狀況。

3 討論

土壤養(yǎng)分狀況是土壤微生物及酶代謝活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)[6]，而土壤微生物及酶是植物營養(yǎng)的活性庫，其種類及數(shù)量在一定程度上反映了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化程度及養(yǎng)分的存在狀態(tài)。結(jié)構(gòu)良好、有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤，能夠?yàn)橥寥牢⑸锘顒?dòng)提供優(yōu)良的生境，有利于土壤微生物的生長。土壤微生物與土壤肥力密切相關(guān)已為許多研究證實(shí)，但集中在壤土上[2，5]，沈宏等[2]研究表明，壤土上玉米根際土壤微生物數(shù)量、酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著正相關(guān);徐強(qiáng)等[5]研究顯示，玉米與辣椒間作土壤各速效養(yǎng)分與各生物因子均呈顯著或極顯著正相關(guān)，蔗糖酶是影響堿解氮的最主要因子，脲酶是影響有效磷的最主要因子，細(xì)菌是影響有效鉀的最主要因子。該研究對3種典型土壤質(zhì)地棉花根際微生物數(shù)量及酶活性與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析表明，3種質(zhì)地土壤微生物數(shù)量及酶活性與有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)，表明豐富的有機(jī)質(zhì)有利于土壤微生物及酶活性的代謝活動(dòng)，這與眾多研究一致。

不同質(zhì)地間土壤微生物數(shù)量及酶活性與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性有較大差異。不同質(zhì)地微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分相關(guān)性的差異，主要表現(xiàn)在壤土與砂土、黏土在速效磷、速效鉀二種養(yǎng)分上，速效磷、速效鉀與砂土、黏土中微生物數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，與壤土中微生物數(shù)量呈正相關(guān)，且壤土中速效磷與細(xì)菌、真菌相關(guān)顯著或極顯著。這可能是砂土和黏土中不缺磷，磷素不是棉花生長發(fā)育的限制因子，但是壤土植棉的主要限制因子;不同質(zhì)地間土壤酶活性與土壤養(yǎng)分相關(guān)性的差異主要表現(xiàn)在速效鉀含量上，僅在砂土中速效鉀與磷酸酶活性相關(guān)顯著，表明鉀是砂土植棉的限制肥料。分析得出，棉花根際細(xì)菌、真菌及磷酸酶與不同質(zhì)地土壤養(yǎng)分相關(guān)顯著或極顯著的指標(biāo)最多，表明它們對棉花根際土壤環(huán)境變化反應(yīng)最敏感，可用細(xì)菌、真菌、磷酸酶活性評判棉花根際土壤養(yǎng)分狀況。

4 結(jié)論

不同土壤質(zhì)地棉花根際微生物數(shù)量及酶活性有較大差異，微生物數(shù)量均以壤土中最多，其次是黏土;土壤酶活性基本表現(xiàn)出黏土中最高，其次是壤土;但壤土與黏土間微生物數(shù)量及酶活性差異均不顯著，而均顯著或極顯著高于砂土中的含量。棉花根際微生物數(shù)量及酶活性受土壤質(zhì)地和棉花生長發(fā)育兩方面的影響，且棉花生長發(fā)育的影響程度大于土壤質(zhì)地。在棉花生產(chǎn)布局時(shí)，鑒于棉花為雙子葉植物，出苗、保苗較難，而壤土耕作質(zhì)量高，水、肥、氣、熱協(xié)調(diào)能力強(qiáng)，建議優(yōu)先安排在壤土上;其次是黏土。在棉花高產(chǎn)管理上，為增強(qiáng)土壤微生物活性，提高養(yǎng)分利用率，應(yīng)增施有機(jī)肥，且壤質(zhì)土植棉應(yīng)增施磷肥，黏質(zhì)土植棉氮肥、磷肥要適量，并加強(qiáng)水分管理，在砂質(zhì)土植棉應(yīng)增施鉀肥。

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