不同施肥對(duì)葡萄苗根際微生物量、土壤酶活性和生理的影響

劉 芳，汪航飛，蒲春燕，蔡紫陽(yáng)，吳三林

（樂(lè)山師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，四川 樂(lè)山 614000）

葡萄（Vitis viniferaL.）作為世界四大水果之一，美味可口，深受人們的喜愛(ài)。近年來(lái)，葡萄種植在我國(guó)迅猛發(fā)展，年產(chǎn)量由2010 年的813.5 萬(wàn)t，增加到2020 年1 431.4 萬(wàn)t[1]。葡萄植株根系發(fā)達(dá)、蔓多葉大、長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)和果多產(chǎn)高，故對(duì)養(yǎng)分的需求量也較大[2]，部分葡萄種植戶為了追求經(jīng)濟(jì)效益，長(zhǎng)期大量地施用化肥，導(dǎo)致土壤理化性狀發(fā)生改變，進(jìn)而造成土壤板結(jié)、土壤養(yǎng)分失調(diào)和土壤肥力下降，土壤微生物結(jié)構(gòu)數(shù)量失衡，更嚴(yán)重的破壞葡萄根際微環(huán)境[3-5]。根際微環(huán)境是指土壤-根系-微生物相互作用的微區(qū)域[6-7]。健康的根際微環(huán)境則具有較高的根際微生物的數(shù)量和種類，豐富的根際微生物不僅能參與土壤生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成等物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)[8]，還能和植物根系形成一種共生體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)植物的抗逆性[9]。根際微生物組被認(rèn)為是植物第二基因組的一部分[10]。并認(rèn)為可通過(guò)改善根際微生物結(jié)構(gòu)，可提高土壤酶活性，改善植物生長(zhǎng)的土壤微環(huán)境，進(jìn)一步促進(jìn)植物生長(zhǎng)和發(fā)育[11]。

研究表明，施用微生物菌肥，有機(jī)肥等措施均能改善根際微環(huán)境。而健康的根際微環(huán)境不僅需要較高土壤有機(jī)質(zhì)含量，還需要適宜的土壤酸堿度和濕度[12]。竹纖維菌肥是將改性后的竹纖維融合到微生物肥中，形成的具有超強(qiáng)持水性的新型微生物肥，能長(zhǎng)時(shí)間維持土壤濕潤(rùn)，持續(xù)改善土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與利用，顯著促進(jìn)根系生長(zhǎng)，有效解決植物根際微生物在土壤中的適應(yīng)性問(wèn)題[13-16]。

本試驗(yàn)研究不同施肥處理對(duì)3個(gè)品種的葡萄苗根葡萄根際微生物的數(shù)量、土壤酶活性及葡萄生長(zhǎng)的影響，以期為竹資源的開(kāi)發(fā)利用，果園葡萄根際微環(huán)境的改善，提供行之有效的參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年2—4月進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于四川省樂(lè)山市五通橋區(qū)冠英鎮(zhèn)牟子嘴，東經(jīng)103°43＇53″，北緯29°29＇45″，海拔323.96 m。試驗(yàn)地為黏性土壤，土壤肥力一致，有機(jī)質(zhì)3.44%。

1.2 試驗(yàn)材料

供試葡萄品種為妮娜女王（Nina Queen）、夏黑（Summer Black）和陽(yáng)光玫瑰（Shine Muscat）。供試肥料為腐熟雞糞有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)含量≥45%，氮磷鉀≥5%）、“凱爾豐”微生物菌肥（由四川凱爾豐農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥0.2億/g，有機(jī)質(zhì)含量≥35%，N+P2O5+K2O≥8.0%，含腐殖酸、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌）、“科斯?jié)櫋敝窭w維微生物菌肥（由竹類病蟲(chóng)防控與資源開(kāi)發(fā)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，有效活菌數(shù)≥5 億/g，有機(jī)質(zhì)含量≥60%，含改性竹纖維多糖、枯草芽孢桿菌和棕色固氮菌）。

1.3 試驗(yàn)處理

葡萄采用Y 形架式種植，株行距為3 m×2 m。各品種以單株葡萄為單位，分別設(shè)置3種施肥方式：CK 組施加腐熟有機(jī)肥4 500 kg/hm2；復(fù)合微生物菌肥組施加腐熟有機(jī)肥2 250 kg/hm2+普通微生物菌肥1 800 kg/hm2；竹纖維菌肥組施加腐熟有機(jī)肥2 250 kg/hm2+竹纖維微生物菌肥120 kg/hm2。各組同時(shí)還施入過(guò)磷酸鈣1 000 kg/hm2，硫酸鎂40 kg/hm2，硫酸亞鐵40 kg/hm2。每處理重復(fù)3 次，完全隨機(jī)排列，于2月中旬作基肥穴施。定植后常規(guī)管理，2個(gè)月后取樣測(cè)定根際土壤微生物數(shù)量、土壤酶活性和葉生理指標(biāo)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

分別采集各處理葡萄苗根際土壤，采樣深度為5～30 cm，采樣時(shí)用小鏟挖出部分葡萄根系，去掉附著在根上較大的土塊，用無(wú)菌毛刷采集黏著于根上的土壤，裝入進(jìn)無(wú)菌袋，封口，置于冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定[17]。

1.4.1 根際土壤養(yǎng)分含量測(cè)定

采用中西恒大土壤肥料養(yǎng)分檢測(cè)儀ZX-QXM，結(jié)合配套試劑盒進(jìn)行土壤速效氮、磷、鉀含量測(cè)定。

1.4.2 根際微生物分離計(jì)數(shù)

葡萄植株根際微生物主要為細(xì)菌、真菌和放線菌3大類群，均采用稀釋涂布平板法進(jìn)行分離計(jì)數(shù)，結(jié)果以每克土壤中菌落形成單位數(shù)(cfu)表示[18]。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)，真菌采用馬鈴薯培養(yǎng)基培養(yǎng)，放線菌采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)[18]。分別取1 g 土樣進(jìn)行梯度稀釋后接種，將牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的平板倒置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，馬鈴薯培養(yǎng)基和高氏一號(hào)培養(yǎng)基的平板倒置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h，對(duì)菌落數(shù)在30～300的平板進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算每克土壤中菌落形成單位數(shù)，取平均值。

1.4.3 根際土壤酶活性測(cè)定

苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定土壤脲酶[19]294-297，以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示土壤脲酶活性(Ure)，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=2.183 8x+0.056 1，R2=0.995 3；高錳酸鉀滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶[19]320-324，以每g 干土1 h 內(nèi)消耗的0.1 mol/L KMnO4毫升數(shù)表示過(guò)氧化氫酶活性；3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖酶[19]274-276，以24 h后1 g土壤酶解產(chǎn)生的葡萄糖毫克數(shù)表示蔗糖酶活性，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=0.327 5x+0.074 8，R2=0.993 5；磷酸苯二鈉比色法測(cè)定磷酸酶[19]309-313，以24 h后1 g土壤中釋放出酚的毫克數(shù)表示磷酸酶活性，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=1.647 6x+0.053 3，R2=0.993 9。

1.4.4 葡萄葉生理指標(biāo)測(cè)定

采摘主蔓健康功能葉，裝入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。葉綠素含量采用分光光度法測(cè)定[20]；葉片含水量采取烘干稱重法測(cè)定[20]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、圖表制作、方差分析、差異顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析；采用SSR 法進(jìn)行多重比較，P＜0.05 為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)葡萄根際土壤養(yǎng)分含量的影響

從表1可以看出，妮娜女王、夏黑和陽(yáng)光玫瑰3個(gè)品種葡萄根際土壤中速效氮、速效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)為竹纖維菌肥組＞復(fù)合微生物菌肥組＞CK組，且差異顯著。與復(fù)合微生物菌肥組比較，3個(gè)品種葡萄苗施加竹纖維菌肥后速效氮含量增幅分別為8.85%、18.37%和23.21%；速效磷含量增幅分別為1.44%、31.22%和155.22%；速效鉀含量增幅分別為141.12%、40.75%和103.68%。

表1 不同施肥處理對(duì)葡萄根際土壤養(yǎng)分含量的影響Table 1 Effects of different fertilization treatments on nutrient content of grape rhizosphere soil mg·L-1

2.2 不同施肥處理對(duì)葡萄根際微生物數(shù)量的影響

從表2 可以看出，3 個(gè)品種葡萄根際微生物數(shù)量均為細(xì)菌＞放線菌＞真菌。施用復(fù)合微生物菌肥和竹纖維菌肥都對(duì)葡萄根際微生物的數(shù)量產(chǎn)生了顯著影響。與CK組比較，3個(gè)品種葡萄的復(fù)合微生物菌肥組和竹纖維菌肥組的細(xì)菌、真菌和放線菌含量均顯著高于CK 組。與復(fù)合微生物菌肥組比較，3個(gè)品種葡萄的竹纖維菌肥組的細(xì)菌含量均顯著增加，增幅分別為13.89%、32.82%和40.17%，而真菌和放線菌含量無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

表2 不同施肥處理下3個(gè)品種葡萄根際微生物的數(shù)量Table 2 Number of rhizosphere microorganisms in four grape varieties under different fertilization treatments

2.3 不同施肥處理對(duì)葡萄根際土壤酶活性的影響

不同施肥處理對(duì)妮娜女王、夏黑和陽(yáng)光玫瑰3個(gè)葡萄品種根際土壤脲酶活性的影響見(jiàn)圖1(a)。從圖1(a)中可以看出，3個(gè)品種葡萄的根際土壤脲酶活性均表現(xiàn)為竹纖維菌肥處理組最高，平均為0.30 mg/g；復(fù)合微生物菌肥組次之，平均為0.22 mg/g；CK 組最低，平均為0.19 mg/g。與CK 組比較，妮娜女王、夏黑的復(fù)合微生物菌肥組增幅較小，僅為11.55%和12.91%，而竹纖維菌肥組增幅較高，分別為60.22%和74.93%。與復(fù)合微生物菌肥組比較，竹纖維菌肥組增幅也較高，分別為43.63%和54.92%。在陽(yáng)光玫瑰中，復(fù)合微生物菌肥組和竹纖維菌肥組增幅均相對(duì)較小。過(guò)氧化氫酶活性見(jiàn)圖1(b)，3個(gè)品種葡萄的根際土壤過(guò)氧化氫酶活性均表現(xiàn)為竹纖維菌肥處理組最高，平均為40.28 mL/g；復(fù)合微生物菌肥組次之，平均為38.54 mL/g；CK組最低，平均為33.71 mL/g。與CK 組比較，妮娜女王的復(fù)合微生物菌肥組增幅相對(duì)較大，為25.23%，且竹纖維菌肥組增幅也較大，為31.32%；夏黑、陽(yáng)光玫瑰的復(fù)合微生物菌肥組增幅均較小，分別為5.77%和12.76%，且竹纖維菌肥組增幅也均較小，分別為13.76%和13.56%。與復(fù)合微生物菌肥比較，妮娜女王、夏黑和陽(yáng)光玫瑰3個(gè)葡萄品種增幅均較小，分別為4.86%、7.55%和0.71%。蔗糖酶活性見(jiàn)圖1(c)，3 個(gè)品種葡萄的根際土壤蔗糖酶活性均表現(xiàn)為竹纖維菌肥處理組最高，平均為15.48 mg/g；復(fù)合微生物菌肥組次之，平均為27.24 mg/g；CK 組最低，平均為7.60 mg/g。與CK 組比較，妮娜女王和陽(yáng)光玫瑰的復(fù)合微生物菌肥組增幅較小，僅為11.25%和2.81%，而妮娜女王竹纖維菌肥組增幅高達(dá)158.63%，陽(yáng)光玫瑰增幅也較大，為32.99%；夏黑的復(fù)合微生物菌肥組增幅較大，為42.80%，且竹纖維菌肥組增幅高達(dá)110.07%。與復(fù)合微生物菌肥比較，妮娜女王的竹纖維菌肥組增幅高達(dá)132.46%；夏黑增幅較高，為47.81%；陽(yáng)光玫瑰的增幅相對(duì)較小，為29.36%。磷酸酶活性見(jiàn)圖1(d)，3個(gè)品種葡萄的根際土壤磷酸酶活性均表現(xiàn)為竹纖維菌肥處理組最高，平均為5.02 mg/g；復(fù)合微生物菌肥組次之，平均為3.03 mg/g；CK 組最低，平均為2.43 mg/g。與CK組比較，妮娜女王和陽(yáng)光玫瑰的復(fù)合微生物菌肥組增幅較小，分別為6.41%和8.32%，而竹纖維菌肥組增幅較大，分別為55.5%和23.64%；而夏黑的復(fù)合微生物菌肥組增幅高達(dá)97.53%，且竹纖維菌肥組增幅高達(dá)392.24%。與復(fù)合微生物菌肥比較，夏黑的竹纖維菌肥組高達(dá)149.2%，妮娜女王的增幅較大，為46.14%；陽(yáng)光玫瑰增幅較小，為14.14%。

圖1 不同施肥處理3個(gè)品種葡萄根際土壤酶活性Figure 1 Enzyme activities in rhizosphere soil of three grape varieties under different fertilization treatments

2.4 不同施肥處理對(duì)3 個(gè)品種葡萄葉片生理的影響

從表3 可以看出，不同施肥處理對(duì)各葡萄品種的生理指標(biāo)含量的影響不同。不同處理對(duì)3個(gè)品種葡萄葉片葉綠素a 含量影響差異不顯著，而竹纖維菌肥和復(fù)合微生物菌肥處理的葉綠素b和總?cè)~綠素的含量顯著高于CK 組，竹纖維菌肥和復(fù)合微生物菌肥處理之間差異不顯著；施加竹纖維菌肥后妮娜女王葡萄的葉相對(duì)含水量相較于CK組和復(fù)合微生物菌肥組均得到顯著提高。施加竹纖維菌肥和復(fù)合微生物菌肥的夏黑和陽(yáng)光玫瑰葡萄的葉相對(duì)含水量顯著高于CK 組的，竹纖維菌肥組較復(fù)合微生物菌肥組有增加，但增幅較小，差異不顯著。

表3 不同施肥處理對(duì)各品種葡萄葉片生理指標(biāo)的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on leaf physiological indexes of grape varieties

3 討論

3.1 不同施肥處理對(duì)葡萄根際土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤養(yǎng)分含量是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，其中速效氮、磷和鉀是土壤中能夠被植物根系直接吸收利用的養(yǎng)分，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的促進(jìn)作用[21]。本研究結(jié)果表明，相對(duì)CK組施加復(fù)合微生物菌肥和竹纖維菌肥均能顯著增加妮娜女王、夏黑和陽(yáng)光玫瑰3 個(gè)品種葡萄根際土壤中速效氮、速效磷以及速效鉀含量（P＜0.05），竹纖維菌肥組顯著高于復(fù)合微生物菌肥組（P＜0.05），這與徐劍敏等[22]的研究結(jié)果一致。說(shuō)明施加竹纖維菌肥能夠更好地增加土壤有效養(yǎng)分含量，提高土壤肥力。

3.2 不同施肥處理對(duì)3 個(gè)品種葡萄根際微生物量的影響

根際微生物是根際微域環(huán)境的重要組成部分。根際微生物參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、元素循環(huán)和促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)形成，同時(shí)也是植物獲取土壤養(yǎng)分提高生產(chǎn)力的驅(qū)動(dòng)者[23]。根際微生物數(shù)量是衡量根際活力和質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[24]。本研究結(jié)果表明：施用竹纖維菌肥和復(fù)合微生物菌肥均能顯著提高3種葡萄根際土壤細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量（P＜0.05），且竹纖維菌肥較復(fù)合微生物菌肥能夠更加顯著提高細(xì)菌的數(shù)量（P＜0.05），而真菌和放線菌含量無(wú)顯著差異（P＞0.05），這與成思軒等[15]的研究結(jié)果一致。進(jìn)一步可說(shuō)明施加竹纖維菌肥能夠通過(guò)顯著提高根際微生物的數(shù)量，從而提高根際土壤的養(yǎng)分利用的有效性。

3.3 不同施肥處理對(duì)3 個(gè)品種葡萄根際土壤酶活性的影響

土壤酶通過(guò)催化土壤基質(zhì)轉(zhuǎn)化進(jìn)程釋放出大量可溶性養(yǎng)分，提供植物積累干物質(zhì)所需元素與能量，影響著整個(gè)根際生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[25]。其中土壤脲酶能夠催化尿素水解成氨，可以表征土壤中有機(jī)態(tài)N的轉(zhuǎn)化情況，土壤脲酶活性受土壤水分和微生物數(shù)量等影響，又與土壤供氮能力有密切關(guān)系；土壤過(guò)氧化氫酶活性與土壤的呼吸強(qiáng)度、土壤微生物活動(dòng)密切相關(guān)；其值的大小能反應(yīng)土壤解除呼吸過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)氧化氫能力的高低；土壤蔗糖酶反映了土壤中有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化及土壤呼吸強(qiáng)度；土壤磷酸酶能夠促進(jìn)土壤中有機(jī)磷化合物的水解，是生成植物所能利用的無(wú)機(jī)態(tài)磷的關(guān)鍵酶類[10,26-27]。本研究結(jié)果表明：竹纖維菌肥組的土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性均大幅提高，復(fù)合微生物菌肥組有增幅，但增幅相對(duì)較?。粌煞N菌肥對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響均較小，但仍有小幅提高，且表現(xiàn)為竹纖維菌肥高于復(fù)合微生物菌肥，這與陳龍等[28]的研究結(jié)果一致。說(shuō)明施加竹纖維菌肥能夠通過(guò)提高根際土壤微生物數(shù)量，進(jìn)一步提高根際土壤各種酶活性，進(jìn)而促進(jìn)土壤基質(zhì)轉(zhuǎn)化。但同一施肥處理在不同葡萄品種間的酶活性增幅差異較大，說(shuō)明根際土壤酶活性不僅與pH 值、溫度和濕度等環(huán)境因素有關(guān)，可能還與不同品種葡萄植株的生長(zhǎng)需求及其在根際的互作效應(yīng)有關(guān)。通過(guò)對(duì)竹纖維菌肥組3個(gè)品種葡萄根際土壤中脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶以及磷酸酶活性較復(fù)合微生物菌肥組的增幅進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，施加竹纖維菌肥對(duì)提高夏黑葡萄的脲酶、過(guò)氧化氫酶、磷酸酶活性和妮娜女王的蔗糖酶活性最為有效。

3.4 不同施肥處理對(duì)3 個(gè)品種葡萄葉葉綠素和相對(duì)含水量的影響

葉綠素是植株光合作用的關(guān)鍵色素，參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化等多個(gè)過(guò)程，對(duì)植株有機(jī)物質(zhì)的積累起著重要作用[29]；而葉相對(duì)含水量是衡量植物生長(zhǎng)和抗逆性的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，不同處理對(duì)3 個(gè)品種葡萄葉葉綠素a 含量的影響差異不顯著，竹纖維菌肥處理的3 個(gè)品種的葡萄較CK組均能顯著提高葉綠素b、總?cè)~綠素的含量、葉相對(duì)含水量，竹纖維菌肥組略高于復(fù)合微生物菌肥組，但除妮娜女王葡萄葉相對(duì)含水量差異顯著外，其他品種的均差異不顯著。

4 結(jié)論

綜上所述，施用竹纖維菌肥能夠有效解決植物根際微生物在土壤中的適應(yīng)性問(wèn)題，顯著提高葡萄根際土壤的微生物數(shù)量；提高根際土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性，促進(jìn)土壤基質(zhì)中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，增加土壤養(yǎng)分氮、磷和鉀含量，提升葡萄苗葉葉綠素含量和相對(duì)含水量等。