不同施肥模式對(duì)龍竹土壤酶活性及微生物的影響

朱禮月，宋 衛(wèi)，劉蔚漪，輝朝茂，涂丹丹

(西南林業(yè)大學(xué) 叢生竹工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650224)

土壤具有保護(hù)環(huán)境、維持生物生產(chǎn)力的作用，能為動(dòng)植物提供合適的生存條件[1]，其受到水、熱、氣、肥等多種因素影響，在一系列有效培育措施下，可讓植株具備更加適宜的生長(zhǎng)條件. 土壤酶活性和土壤微生物是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)[2]，土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行各種生命活動(dòng)的一種重要催化物質(zhì)，可提高林地的代謝能力，帶動(dòng)土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化，參與土壤有機(jī)質(zhì)循環(huán)分解、密切影響土壤質(zhì)量，在促進(jìn)土壤生化反應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用[3-4]. 有研究表明，土壤微生物如細(xì)菌、放線菌、真菌在土壤中變成腐殖質(zhì)，通過(guò)吸收、轉(zhuǎn)化動(dòng)物殘?bào)w等分解過(guò)程，從而增加土壤養(yǎng)分. 土壤微生物和酶活性則會(huì)受水分、施肥等因素影響[5-6]，通過(guò)施加有機(jī)肥，可提高土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量以及土壤酶的活性[7]，同時(shí)施加含碳、氮的肥料能加快微生物新陳代謝，促進(jìn)微生物的繁殖[8]. 相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，具有較高肥力水平的土壤施肥后可有效促進(jìn)土壤微生物大量繁殖生長(zhǎng)，施有機(jī)肥、氮肥和磷肥對(duì)土壤細(xì)菌和真菌群落多樣性分布的影響比對(duì)照顯著[9-10].

龍竹(Dendrocalamus giganteusMunro)屬禾本科(Gramineae)竹亞科(Bambusoideae)牡竹屬(Dendrocalamus)，是世界上最大的竹子之一，龍竹桿高約20～30 m，胸徑約15～30 cm[11]. 在中國(guó)西南地區(qū)，龍竹是一個(gè)分布廣泛、種植覆蓋面積較大、生產(chǎn)量高的大型叢生竹林種類(lèi)，稈型高大、材質(zhì)堅(jiān)韌，用途廣泛，是云南省發(fā)展人工竹林的主要典型代表性栽培竹種[12]. 現(xiàn)階段，對(duì)龍竹主要開(kāi)展了栽培技術(shù)、竹材性質(zhì)、病蟲(chóng)害等方面的研究，比較全面的竹類(lèi)施肥研究主要集中在毛竹等散生竹類(lèi)中并且效果顯著[13]. 目前云南龍竹栽培技術(shù)落后，多為粗放經(jīng)營(yíng)，竹材的產(chǎn)量和質(zhì)量遠(yuǎn)低于市場(chǎng)需求，隨著竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)竹材的需求量越來(lái)越大，而江浙一帶毛竹的經(jīng)營(yíng)方式值得我們借鑒. 現(xiàn)在農(nóng)村勞動(dòng)力向城市流動(dòng)，不僅難以找到合適的勞工，且勞動(dòng)力成本也非常高，如果能利用竹腔肥則能大大減低勞動(dòng)力成本；采用有機(jī)肥能夠就地取材，同時(shí)能有效解決農(nóng)村環(huán)境污染的問(wèn)題；綠肥實(shí)施方便，能有效改善土壤質(zhì)量. 為探究有機(jī)肥、復(fù)合肥、竹腔肥、綠肥等不同施肥模式對(duì)龍竹土壤酶活性與微生物量的影響，調(diào)整龍竹的施肥配比、施肥模式，推動(dòng)云南西南部龍竹培育技術(shù)的發(fā)展，試驗(yàn)對(duì)人工龍竹林不同施肥模式后的土壤特性進(jìn)行了分析，為云南省龍竹竹材大面積生產(chǎn)提供一些有價(jià)值的施肥建議，促進(jìn)龍竹的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的提升.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2018 年11 月在云南省臨滄市滄源縣勐角鄉(xiāng)勐甘村(99°15′11.52″～99°15′12.96″E， 23°11′13.15″～23°11′17.72″N)試驗(yàn)地進(jìn)行. 試驗(yàn)地海拔1 330～1 350 m，屬亞熱帶低緯山地季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.2 ℃，年平均降雨量1 425～1 595 mm，全年近4/5 時(shí)間為無(wú)霜期，年極端最高氣溫34.6 ℃，最低氣溫-1.3 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 115 h，屬于適宜龍竹生長(zhǎng)的區(qū)域.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共選取330 叢龍竹，設(shè)置5 個(gè)小區(qū)分別為A、B、C、D、CK，每個(gè)小區(qū)66 叢(面積約0.2 hm2) , A 小區(qū)施有機(jī)肥，B 小區(qū)施復(fù)合肥，C 小區(qū)施竹腔肥，D 小區(qū)施綠肥，CK 為對(duì)照組（表1）. 根據(jù)研究項(xiàng)目組前期豐產(chǎn)試驗(yàn)確定復(fù)合肥施肥量為5 kg/叢，氮、磷、鉀配比為22∶8∶15，有機(jī)肥經(jīng)測(cè)定氮、磷、鉀配比為5.6∶2.1∶4，結(jié)合復(fù)合肥氮、磷、鉀配比計(jì)算，有機(jī)肥施肥量20 kg/叢；竹腔肥由江西省林科院和江西省林業(yè)科技推廣總站研發(fā)，參照毛竹竹腔施肥的用量進(jìn)行，2 mL/株；綠肥種類(lèi)為光葉紫花苕子(Vicia sativaL.)，生產(chǎn)廠家推薦用量為75 kg/hm2.

表1 試驗(yàn)因素水平表Tab. 1 Test factor level table

1.3 樣品采集

1.3.1 土樣采集 2019 年11 月進(jìn)行土樣采集及測(cè)定，在每個(gè)處理樣地隨機(jī)選取3 個(gè)竹兜根部，利用五點(diǎn)梅花采樣，采集表層0～20 cm 的土壤進(jìn)行均勻混合，剔除植物根系和大塊石礫后分成等量的3 份，分別裝入寫(xiě)好標(biāo)簽的自封袋中，其中2 份于冰箱中4 ℃ 放置，用于土壤酶活性和微生物的測(cè)定，1 份放常溫，用于測(cè)定土壤其他性質(zhì).

1.3.2 新竹生物量采集 2019 年12 月進(jìn)行新竹生物量數(shù)據(jù)采集測(cè)定，對(duì)5 個(gè)小區(qū)15 塊樣地共330 叢龍竹進(jìn)行每木檢尺調(diào)查，并按樣地立竹的徑級(jí)(1.0～20.0 cm)分布情況每個(gè)小區(qū)分別選擇6～8 cm、10～12 cm、14～16 cm 樣竹各3 株，共45 株. 將樣竹的竹稈、竹枝、竹葉分離，然后稱量鮮重并采樣，將樣品置于105 ℃的烘箱中烘至恒量，最后計(jì)算出單株生物量.

1.4 測(cè)試方法

1.4.1 土壤酶活性測(cè)定 土壤酶活性參照文獻(xiàn)[14]中的方法進(jìn)行測(cè)定，其中脲酶(Ure)活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定，蔗糖酶(Suc)活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，酸性磷酸酶(Acp)活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，酸性蛋白酶活性采用茚三酮比色法測(cè)定.

1.4.2 微生物測(cè)定 土壤微生物計(jì)數(shù)采用稀釋涂布平板法[15]. 細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌采用馬丁式瓊脂培養(yǎng)基，放線菌采用高氏1 號(hào)培養(yǎng)基，固氮菌采用阿須貝培養(yǎng)基. 土壤微生物數(shù)量按照每g 干土形成的菌落數(shù)表示.

1.5 數(shù)據(jù)分析 利用SPSS22.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，5 種施肥水平作為處理變量，所有處理的平均值采用單因素方差分析法ANOVA進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P<0.05），采用Microsoft Excel 2010軟件整理和作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對(duì)龍竹土壤酶活性的影響

2.1.1 對(duì)土壤酸性磷酸酶活性的影響 如圖1 所示，A 和D 的酸性磷酸酶活性與CK 相比較顯著增加(P<0.05)，分別增加2.30%和6.20%. B 和C 的土壤酸性磷酸酶活性與CK 相比有所降低，降幅為1.55%、22.74%. 不同施肥模式對(duì)龍竹土壤酸性磷酸酶活力影響為(μmol·g-1·d-1)：D(4.796)>A(4.620)>CK(4.516)>B(4.446)>C(3.489).

2.1.2 對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響 如圖1 所示，D、B 和A 的土壤蔗糖酶活性與CK 相比較顯著增加，分別增加30.68%、3.67%和1.06%，而C 的土壤蔗糖酶活性與CK 相比降幅為29.16%. 不同施肥模式 龍 竹 對(duì) 土 壤 蔗 糖 酶 活 力 影 響 為(mg·g-1·d-1)：D(31.567)>B(25.043)>A(24.411)>CK(24.156)>C(17.123).

圖1 不同施肥模式對(duì)龍竹土壤酶活性的影響Fig. 1 Effects of different fertilization methods on soil enzyme activity of D. giganteus

2.1.3 對(duì)土壤酸性蛋白酶活性的影響 如圖1 所示，A、B 和C 的酸性蛋白酶活性比CK 顯著增加28.92%、62.10%和60.57%，D 與CK 的酸性蛋白酶相接近，只低0.84%. 不同施肥模式對(duì)龍竹土壤酸性蛋白酶活力影響為(mg·g-1·d-1)：B(4.461)>C(4.419)>A(3.548)>D(2.775)>CK(2.752).

2.1.4 對(duì)土壤脲酶活性的影響 如圖1 所示，A、B、C 和D 的土壤脲酶活性與CK 相比均有所降低，降幅為93.32%、82.53%、72.30%、54.68%. 不同施肥模式對(duì)龍竹土壤脲酶活力影響為(μg·g-1·d-1)：CK(661.956)>D(299.993)>C(183.352)>B(115.645)>A(44.210).

2.2 不同施肥模式對(duì)土壤微生物的影響

2.2.1 對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響 如圖2 所示，A、C 和D 的細(xì)菌數(shù)量與CK 相比均顯著增加，幅度分別為194.78%、88.44%、321.28%、1 069.07%. 不同施肥模式對(duì)龍竹土壤細(xì)菌數(shù)量影響為(cfu·g-1)：D(1.044×108)>C(0.376×108)>A(0.263×108)>B(0.168×108)>CK(0.089×108).

2.2.2 對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響 如圖2 所示，A、B、C 和D 的真菌數(shù)量與CK 相比均有所降低，降幅為63.48%、58.26%、60.29%、76.06%. 不同施肥模式土壤真菌數(shù)量影響為(cfu·g-1)：CK(0.575×107)>B(0.240×107)>C(0.228×107)>A(0.210×107)>D(0.138×107).

2.2.3 對(duì)土壤放線菌數(shù)量的影響 如圖2 所示，A、C 和D 的放線菌數(shù)量與CK 相比均顯著增加107.82%、19.03%、3.42%、34.16%. 不同施肥模式對(duì)龍竹土壤放線菌數(shù)量影響為(cfu·g-1)：A(1.42×107)>D(0.92×107)>B(0.81×107)>C(0.71×107)>CK(0.68×107).

2.2.4 對(duì)土壤固氮菌數(shù)量的影響 如圖2 所示，A、B 和D 的固氮菌數(shù)量比CK 顯著增加，幅度分別為40.61%、30.51%、37.45%，C 的固氮菌數(shù)量與CK 相比有所降低，降幅為7.96%. 不同施肥模式對(duì)龍竹土壤固氮菌數(shù)量影響為(cfu·g-1)：A(4.59×105)>D(4.49×105)>B(4.26×105)>CK(3.27×105)>C(3.01×105).

圖2 不同施肥模式對(duì)土壤微生物的影響Fig. 2 Effects of different fertilization methods on microbial quantity in rhizosphere of D. giganteus

2.3 土壤酶活性與微生物量的相關(guān)性分析 由表2可得出，酸性蛋白酶與脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性之間顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.589*、r=-0.550*、r=-0.625*），酸性磷酸酶與蔗糖酶活性極顯著正相關(guān)（r=0.781**），脲酶與蔗糖酶、酸性磷酸酶活性之間相關(guān)性不顯著. 脲酶與真菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)（r=0.828**），與放線菌數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.571*），而與細(xì)菌、固氮菌數(shù)量之間相關(guān)性不顯著. 蔗糖酶與固氮菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)（r=0.695**），與細(xì)菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)（r=0.570*），而與真菌、放線菌數(shù)量之間相關(guān)性不顯著. 酸性磷酸酶與固氮菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)（r=0.689**），而與細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量之間相關(guān)性均不顯著.酸性蛋白酶則與4 種微生物數(shù)量之間相關(guān)性均不顯著.

表2 土壤酶活性與微生物數(shù)量的相關(guān)矩陣Tab. 2 Correlation matrix between soil enzyme activity and the number of microorganisms

2.4 不同施肥模式對(duì)龍竹新竹生物量的影響 生物量直觀地反映出龍竹新竹的生長(zhǎng)情況. 由表3 可知，A、B 和C 龍竹新竹的總生物量比CK 分別增加了72.55%、246.43%、31.14%，D 的龍竹新竹總生物量比CK 則下降24.53%. 其中施用復(fù)合肥的林分龍竹新竹平均胸徑最大，各林分新竹生物量 排 序 為（kg·hm-2）：B(48 127.18)>A(23 971.13)>C(18 218.58)>CK(13 892.14)>D(10 484.75).

表3 不同施肥模式龍竹新竹生物量Tab. 3 The biomass of new D. giganteus bamboos with different fertilization modes

3 討論與結(jié)論

3.1 討論 施肥會(huì)顯著改變土壤酶活性，而酶活性提高會(huì)促進(jìn)土壤代謝，同時(shí)使土壤養(yǎng)分所處的形態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而提高土壤肥力并改善土壤性質(zhì)[16-17]. 研究表明綠肥可顯著提高龍竹林土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性，與葉協(xié)鋒等[18]對(duì)植煙的研究結(jié)果相同. CK 的土壤脲酶活性最高，而施肥對(duì)龍竹土壤脲酶活性無(wú)積極影響，反而對(duì)其產(chǎn)生抑制作用，這與周東興等[19]對(duì)玉米、大豆的研究結(jié)果相反，這可能與試驗(yàn)地立地條件、土壤性狀、施肥用量配比以及施肥時(shí)間不同有關(guān).

研究中綠肥處理的細(xì)菌數(shù)量顯著高于其他處理，這與譚杰輝、嚴(yán)嘉惠、杜威等[20-22]對(duì)黃土高原半干旱土壤、水稻的研究結(jié)果相同，表明綠肥能提高土壤質(zhì)量，使土壤保持相對(duì)較高的含水量，為微生物生長(zhǎng)提供良好的生存環(huán)境，增加細(xì)菌數(shù)量[21-23].施有機(jī)肥的土壤放線菌、固氮菌數(shù)量顯著高于其他處理，與李俊強(qiáng)等[24]的研究結(jié)果相同，CK 的真菌數(shù)量最高，與徐雙[25]等的研究結(jié)果相反，結(jié)果表明施肥對(duì)龍竹土壤真菌數(shù)量起抑制作用，可能與施肥能促進(jìn)某些特定微生物生長(zhǎng)、抑制其他微生物生長(zhǎng)，導(dǎo)致真菌多樣性下降有關(guān)[26]. 總體而言，與CK 相比，施肥顯著提高了龍竹土壤微生物數(shù)量.

土壤酶活性與土壤微生物相互關(guān)聯(lián)，二者與植物生長(zhǎng)關(guān)系密切[27-28]. 不同土壤酶之間存在某種共同底物，其中一種酶與之結(jié)合后，會(huì)釋放信息物質(zhì)激活或抑制其他酶的活性[29]. 研究中酸性蛋白酶與脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性之間顯著負(fù)相關(guān)，酸性磷酸酶與蔗糖酶活性極顯著正相關(guān)；脲酶與真菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)，與放線菌數(shù)量呈顯著的負(fù)相關(guān)，結(jié)果與馬朋等[30]的研究結(jié)果有相似之處，這可能與真菌是脲酶產(chǎn)生的組成物質(zhì)之一，而脲酶質(zhì)量隨真菌數(shù)量增加而增加有關(guān)[31]. 脲酶與放線菌數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)，可能是放線菌分泌物存在脲酶抑制物以及試驗(yàn)地土壤特性不同所導(dǎo)致. 研究中蔗糖酶與固氮菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)，與細(xì)菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)，表明蔗糖酶與細(xì)菌群落轉(zhuǎn)化有直接關(guān)聯(lián)，蔗糖酶可使植物根際分泌物發(fā)生變化，促進(jìn)細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)與代謝[32]. 酸性磷酸酶與固氮菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明固氮菌顯著影響酸性磷酸酶活性，原因可能是土壤固氮菌會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)自身代謝去適應(yīng)環(huán)境的酸堿變化[33].

本研究中施用復(fù)合肥后的龍竹新竹胸徑和生物量最大，竹腔肥的胸徑低于復(fù)合肥及有機(jī)肥，高于CK 但促進(jìn)作用不明顯，這與楊慧英等[34]研究得出施竹腔肥能顯著促進(jìn)毛竹成竹量和新竹平均胸徑的結(jié)果不同. 結(jié)果不一致的原因可能有以下幾點(diǎn)：一是施肥時(shí)間都安排在發(fā)筍期結(jié)束后，但毛竹與龍竹的發(fā)筍期不一致，毛竹發(fā)筍期在上半年4～6 月份左右[34-36]，而龍竹發(fā)筍期為下半年6～10 月份[37]，施肥時(shí)林地環(huán)境條件不同；二是試驗(yàn)地為龍竹試驗(yàn)示范林的私人承包林地，竹林整體管理較為精細(xì)，施肥地塊在試驗(yàn)前每年進(jìn)行林地?fù)嵊? 因此，竹腔施肥對(duì)龍竹新竹生物量的影響不顯著，對(duì)龍竹的增產(chǎn)效果沒(méi)有復(fù)合肥和有機(jī)肥明顯.

施綠肥和有機(jī)肥后的龍竹林地土壤酶活性及微生物數(shù)量表現(xiàn)良好，但新竹生物量的增產(chǎn)效果不如復(fù)合肥，這可能由于綠肥和有機(jī)肥短期內(nèi)可提升土壤質(zhì)量，但肥效反應(yīng)需要一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，同時(shí)綠肥肥效與土壤環(huán)境、管理措施、不同種類(lèi)綠肥混合相關(guān)聯(lián)[38]. 本次試驗(yàn)僅施用單一綠肥，對(duì)于龍竹生長(zhǎng)的促進(jìn)效果不明顯，需將綠肥與其它種類(lèi)的肥料合理配施或者是多種綠肥混合配施才能夠有效提升產(chǎn)量[39]. 研究?jī)H采集了1 年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)論僅是短期結(jié)果的呈現(xiàn)，對(duì)于不同施肥模式對(duì)龍竹生長(zhǎng)的長(zhǎng)期影響機(jī)制有待進(jìn)一步跟進(jìn)，后續(xù)將對(duì)此深入研究討論.

3.2 結(jié)論 施肥改善了研究區(qū)龍竹土壤質(zhì)量，顯著影響土壤酶活性和土壤微生物數(shù)量，施肥后土壤酶活性與微生物二者相互影響關(guān)聯(lián). 受限于試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，綠肥與有機(jī)肥肥效暫未有效發(fā)揮，復(fù)合肥對(duì)龍竹新竹胸徑及生物量的影響明顯高于有機(jī)肥、竹腔肥和綠肥.