土壤調(diào)理劑對(duì)露天煤礦排土場(chǎng)土壤酶活和微生物多樣性的影響

于鑫鑫，王 芷，劉 莉

1.國能準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 自治區(qū)鄂爾多斯 010300；2.上海理工大學(xué)健康科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200093；3.中國科學(xué)院上海高等研究院，上海 201210；4.上海有機(jī)固廢生物轉(zhuǎn)化工程技術(shù)研究中心，上海 200241

黑岱溝露天煤礦位于我國優(yōu)質(zhì)煤炭資源富集的內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，總占地面積65.46 km2，是我國建設(shè)的四大露天礦之一。近年來，礦區(qū)煤炭的大量開采造成了生態(tài)環(huán)境破壞和土地資源耗竭[1]。因此，提高礦區(qū)土地利用率、改善土壤生態(tài)環(huán)境意義重大。露天煤礦在開采過程中產(chǎn)生的損毀地主要為排土場(chǎng)，一般占礦山用地的50%以上[2]。排土場(chǎng)表層土壤存在孔隙度小、保水能力差、徑流嚴(yán)重、養(yǎng)分貧瘠、微生物活性弱、不利于植物生長等問題[3]。

將土壤調(diào)理劑應(yīng)用于土壤改良是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。土壤調(diào)理劑是指在障礙土壤中用來改善土壤的物理、化學(xué)、生物性狀的物料，進(jìn)而改良土壤結(jié)構(gòu)、改善土壤水分狀況或土壤生態(tài)環(huán)境。目前已有將有機(jī)肥、保水劑、微生物菌劑兩兩組合制成土壤調(diào)理劑的研究。如曹遠(yuǎn)博等[4]的研究表明，在黃土坡地使用保水劑和有機(jī)肥制成的土壤調(diào)理劑能夠有效改善土壤的抗侵蝕能力，對(duì)削弱地表徑流也有正面作用。蔣美佳等[5]發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥和保水劑配施可有效減少氮素的淋失。王榮等[6]發(fā)現(xiàn)使用保水劑和有機(jī)肥的實(shí)驗(yàn)組與使用傳統(tǒng)水溶肥的對(duì)照組相比，明顯提高了0～20 cm 土壤的電導(dǎo)率和養(yǎng)分含量，降低了土壤酸堿度，進(jìn)而提高了黃瓜的產(chǎn)量和營養(yǎng)質(zhì)量。李想等[7,8]在廢棄鐵尾礦中使用了含有保水劑和有機(jī)肥的土壤調(diào)理劑，發(fā)現(xiàn)0～20 cm 層的土壤性質(zhì)得到了明顯改善，但是單獨(dú)使用有機(jī)肥并不能達(dá)到這種效果；在此基礎(chǔ)上，通過設(shè)置兩種材料的不同使用條件和使用量，研究紫花苜蓿和紫穗槐的生長發(fā)育狀況，結(jié)果表明20 L/m3的保水劑與22.49 kg/m2的有機(jī)肥對(duì)實(shí)驗(yàn)裸尾礦土壤的植物生長發(fā)育的促進(jìn)效果良好?？诐萚2]使用膠質(zhì)芽孢桿菌與苜蓿根瘤菌雙接種處理，顯著提高了排土場(chǎng)的土壤熟化程度和復(fù)墾效果。在康藏高原地區(qū)以6 種牧草為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行土壤改良的田間實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在同一保濕處理下，多數(shù)牧草的各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)表現(xiàn)為：菌劑與肥料配施>單施微生物菌劑>單施復(fù)合肥>不施肥，且在雙倍保濕劑下表現(xiàn)更好[9]。宋雙雙等[10]將不同濃度的微生物菌劑與保水劑進(jìn)行搭配，混合使用到種植油松和紫花苜蓿的土壤中，發(fā)現(xiàn)不同濃度組合對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的提升效果不同，高濃度的保水劑和菌劑會(huì)顯著提高土壤速效氮的含量，中濃度的菌劑用量能使土壤持水能力得到提升，過量則會(huì)降低保水劑的保水效果。

本研究主要針對(duì)排土場(chǎng)土壤恢復(fù)利用后的種植層土壤進(jìn)行改良，將有機(jī)肥、保水劑和微生物菌劑三者聯(lián)合制成土壤調(diào)理劑來改善排土場(chǎng)土壤微生物環(huán)境。目前，共同使用這3 種材料進(jìn)行礦區(qū)復(fù)墾土壤改良的研究較少，本研究不僅可為露天煤礦排土場(chǎng)復(fù)墾土壤的改良提供理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)，同時(shí)也能為其他干旱地區(qū)土壤改良提供研究資料。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試土壤取自內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗黑岱溝露天煤礦排土場(chǎng)標(biāo)高1 330 m 處的新排土樣。土樣自然風(fēng)干，過孔徑1 mm 篩，用于盆栽實(shí)驗(yàn)。該土壤pH 為8.7，電導(dǎo)率97 μs/cm，有機(jī)質(zhì)含量為1.82 g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為32.67、2.0、148.72 mg/kg。實(shí)驗(yàn)使用的土壤調(diào)理劑中保水劑、有機(jī)肥、微生物菌劑的具體信息見表1。根據(jù)實(shí)地考察情況，小白菜為當(dāng)?shù)爻Ｒ娊?jīng)濟(jì)作物，且生長周期相對(duì)較短，因此以小白菜作為驗(yàn)證植物。

表1 實(shí)驗(yàn)材料

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究通過在溫室中進(jìn)行盆栽實(shí)驗(yàn)。利用塑料PP 盒做容器（直徑11 cm，高11.5 cm 的圓柱體），使用電鉆在底部均勻的打8 個(gè)直徑1 cm 的孔用于排水，每盆裝入1 kg 風(fēng)干后的排土場(chǎng)土壤。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)研究，將5‰（以占盆栽用土總重量計(jì)算）保水劑和30%（以占盆栽用土總重量計(jì)算）有機(jī)肥與排土場(chǎng)土壤進(jìn)行混合，均勻裝入盆中。播散小白菜種子前，為每盆干土澆水500 mL，確保土壤完全濕透，然后添加微生物菌劑，微生物菌劑使用總量梯度設(shè)置為0 mL/盆、5 mL/盆、10 mL/盆，每次以設(shè)置的總使用量的1/5 混在澆灌用水中，第一次在播種前使用，后續(xù)每7 d 施用1 次；然后分別在第0、25 和50天3 個(gè)階段取樣檢測(cè)土壤酶活和微生物多樣性。設(shè)置4 個(gè)處理組，分別為對(duì)照組（CK）、5‰保水劑和30%有機(jī)肥（W0）、5‰保水劑和30%有機(jī)肥以及5 mL 微生物菌劑（W1）、5‰保水劑和30%有機(jī)肥以及10 mL 微生物菌劑（W2），每個(gè)處理均設(shè)置3 次重復(fù)。

1.3 土壤指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 6 種土壤酶活

土壤酶活采用《土壤酶及其研究方法》[11]進(jìn)行測(cè)定。其中，過氧化氫酶（S-CA）酶活采用比色法測(cè)定，纖維素酶（S-CL）酶活采用3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定，蔗糖酶（S-SC）酶活采用3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定，脲酶（S-UE）酶活采用苯酚鈉比色法測(cè)定，堿性磷酸酶（S-AKP）酶活采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，堿性蛋白酶（S-ALPT）酶活采用比色法測(cè)定。

1.3.2 土壤微生物多樣性

每個(gè)土壤樣本稱取10 g（每個(gè)樣本由對(duì)應(yīng)的3個(gè)平行樣混合均勻），交付上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進(jìn)行高通量測(cè)序，包括土壤總DNA 的提取、純化與定量，以帶有barcode 序列的338F-806R 為引物進(jìn)行PCR 擴(kuò)增，PCR 擴(kuò)增采用細(xì)菌通用引物為338F：5’-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3’及806R：5’-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3’。

1.4 數(shù)據(jù)分析

通過SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果顯示平均值、±標(biāo)準(zhǔn)誤差；采用Origrin9.1 進(jìn)行繪圖；微生物多樣性分析采用Illumina 公司Miseq PE300 平臺(tái)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤酶活的影響

對(duì)各組土壤在3 個(gè)時(shí)間點(diǎn)的過氧化氫酶（SCA）、纖維素酶（S-CL）、蔗糖酶（S-SC）、脲酶（SUE）、堿性磷酸酶（S-AKP）、堿性蛋白酶（S-ALPT）這6 種酶的酶活進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析，探究4 個(gè)分組的土壤條件是否會(huì)對(duì)6 種酶活性產(chǎn)生影響，得出主體間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果，見表2。

表2 6 種土壤酶活性的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)

2.1.1 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤過氧化氫酶（S-CA）酶活的影響

從圖1 中可以看出，CK 組過氧化氫酶（S-CA）酶活隨著種植時(shí)間的增長，活性呈下降趨勢(shì)，但添加了土壤調(diào)理劑的3 組處理隨著種植時(shí)間的改變，其過氧化氫酶酶活均呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)。在第0 天時(shí)，添加了土壤調(diào)理劑的土壤并沒有比對(duì)照組擁有更高的過氧化氫酶活性，但是到25 和50 d 時(shí)，只要添加了保水劑與有機(jī)肥的土壤，其過氧化氫酶活性都顯著提高，而菌劑的兩個(gè)不同使用量處理組并沒有帶來更有效的結(jié)果。

圖1 土壤酶活變化

2.1.2 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤纖維素酶（S-CL）酶活的影響

從圖1 中可以看出，所有處理組的土壤纖維素酶（S-CL）酶活隨著種植時(shí)間的增長，均呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)。所有分組第0 天的纖維素酶酶活無顯著差異。在第25 天和第50 天時(shí)，發(fā)現(xiàn)使用5 mL 菌劑的組始終擁有明顯的高纖維素酶活性，使用了保水劑和有機(jī)肥的組較對(duì)照組也擁有更顯著的高纖維素酶活性。

2.1.3 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤蔗糖酶（S-SC）酶活的影響

從圖1 中可以看出，無論在哪個(gè)種植時(shí)間點(diǎn)，3個(gè)實(shí)驗(yàn)組的蔗糖酶（S-SC）酶活都顯著高于CK 組。在同一時(shí)間下，分析各處理組之間的蔗糖酶酶活差異發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥和保水劑的添加能夠明顯提高土壤蔗糖酶活性，但菌劑的兩個(gè)使用量對(duì)于土壤蔗糖酶活性沒有明顯影響。

2.1.4 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤脲酶（S-UE）酶活的影響

從圖1 中可以看到，隨著種植時(shí)間的變化，除了添加10 mL 微生物菌劑的處理組呈現(xiàn)脲酶（S-UE）酶活逐步降低的趨勢(shì)，其他3 組均呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)。在同一時(shí)間下，對(duì)照組的土壤脲酶活性在任何時(shí)間內(nèi)均顯著低于其他處理組，說明有機(jī)肥和保水劑的添加能夠提高土壤脲酶活性，但菌劑的兩個(gè)使用量并沒有對(duì)土壤脲酶活性帶來明顯改變。

2.1.5 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤堿性磷酸酶（S-AKP）酶活的影響

從圖1 中可以看出，除添加了10 mL 微生物菌劑的土壤堿性磷酸酶（S-AKP）酶活隨著種植時(shí)間的變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)外，其余所有處理組均呈現(xiàn)隨種植進(jìn)程活性逐漸升高的趨勢(shì)。在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，對(duì)照組的堿性磷酸酶活性均顯著低于其他的改良處理組，但各處理組之間差異均不顯著。這說明有機(jī)肥和保水劑的添加對(duì)于土壤堿性磷酸酶的活性有提升作用，但菌劑的兩個(gè)使用量沒有帶來類似的效果。

2.1.6 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤堿性蛋白酶（S-ALPT）酶活的影響

從圖1 中可以看出，隨著種植進(jìn)程的時(shí)間變化，CK 組的土壤堿性蛋白酶（S-ALPT）酶活呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，而其余3 個(gè)處理組均呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)。根據(jù)主體間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果可知，分組不起作用，即土壤堿性蛋白酶活性不受土壤改良材料的影響。

2.2 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤微生物多樣性的影響

由高通量測(cè)序結(jié)果進(jìn)行OTU 物種分類可知，在12 個(gè)樣本中共檢測(cè)出40 個(gè)細(xì)菌門。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析前先對(duì)所有樣本按照最小樣本數(shù)進(jìn)行抽平，抽平序列數(shù)為27 142 條序列，選取相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行Alpha多樣性分析，結(jié)果如表3 所示。

表3 不同處理組對(duì)土壤微生物多樣性的影響

如表3 所示，所有處理組在任何時(shí)期的樣本測(cè)序覆蓋度均達(dá)到98.50%以上。Sobs 指數(shù)值越大，代表群落豐富度越高。分析可知，隨著時(shí)間的變化，4個(gè)分組群落豐富度逐漸升高；在同一時(shí)間的土壤樣品中，CK 組的群落豐富度明顯低于其余3 個(gè)處理組；對(duì)于3 個(gè)菌劑添加量不同的處理組，在第0 天時(shí)，菌劑添加量多的樣本土壤微生物豐富度反而更低，但到中后期階段，能看到添加菌劑組的土壤微生物豐富度已然追趕上來，說明所用的菌劑產(chǎn)品和用量可能在長時(shí)間下才能對(duì)實(shí)驗(yàn)土壤發(fā)揮作用。Shannon 指數(shù)能夠反映群落的多樣性，Shannon 指數(shù)值越大，代表群落擁有越高的多樣性。由上表可知，各處理組隨著時(shí)間的變化，Shannon 指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)；在3 個(gè)檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)，CK 組的Shannon 指數(shù)均低于其余3 個(gè)處理組，說明添加土壤調(diào)理劑，增加了土壤微生物多樣性；僅微生物菌劑用量不同的W0、W1、W2 組整體上來講，微生物菌劑用量越多，微生物多樣性越高，說明菌劑的添加有利于提高土壤中微生物的多樣性水平。

2.3 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤微生物群落組成的影響

在門水平上對(duì)所有樣本的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并繪制bar 圖，見圖2。

圖2 門水平上不同樣本的土壤細(xì)菌組成相對(duì)豐度

在門水平上將樣本中相對(duì)豐度<1%的類群歸為其他，相對(duì)豐度>1%的類群有12 個(gè)，如圖2 所示。可以看到，在所有樣本中，放線菌門（Actinobacteriota）和變形菌門（Proteobacteria）的含量都是最多的，且在任何一個(gè)樣本中，兩種菌門的總豐度均超過了50%，說明放線菌門和變形菌門在實(shí)驗(yàn)土壤中是主要優(yōu)勢(shì)類群。到后期時(shí)，對(duì)照組土壤中的放線菌門豐度大幅度降低，而變形菌門豐度卻大幅度提高，兩者豐度總量輕微下降，其他3 個(gè)處理組在兩個(gè)菌門豐度上變化趨勢(shì)也與之相似，但變化程度沒有對(duì)照組大，且豐度總量始終小于對(duì)照組。可以看到，對(duì)于其它菌門來說，在任何一個(gè)時(shí)間內(nèi)，3 個(gè)處理組豐度明顯高于對(duì)照組，且10 mL 菌劑處理組在第50 天時(shí)的混合土樣中，除上述兩菌門外的菌門總豐度超過了40%。在所有樣本中平均豐度第3～12 名的菌門分別為綠彎菌門（Chloroflexi）、 擬桿菌門（Bacteroidota）、厚壁菌門（Firmicutes）、芽單胞桿菌門（Gemmatiomonadota）、髕骨細(xì)菌門（Patescibacteria）、粘球菌門（Myxococcota）、異常球菌-棲熱菌門（Deinococcota）、藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）、放線菌門（Actinobacteriota）、蛭弧菌門Bdellovibrionota。相比對(duì)照組，3 個(gè)處理組中綠彎菌門和擬桿菌門的含量要明顯更高，隨著時(shí)間變化，各處理組中這兩個(gè)菌門總含量逐漸增多。4 個(gè)處理組隨著時(shí)間變化，各自樣本中厚壁菌門的含量均呈逐漸下降的狀態(tài)，但處理組含量始終高于對(duì)照組，且在第0 天時(shí)，各處理組中厚壁菌門含量的排名為W2>W1>W0>CK（見圖3）。對(duì)于芽單胞桿菌門、髕骨細(xì)菌門、粘球菌門、異常球菌-棲熱菌門這4 個(gè)菌門，在處理組的含量均高于對(duì)照組。對(duì)照組在3 個(gè)時(shí)期的藍(lán)細(xì)菌含量要明顯多于其他3 個(gè)處理組，且對(duì)照組隨著時(shí)間變化，藍(lán)細(xì)菌含量也逐漸升高。對(duì)于放線菌門和Bdellovibrionota這兩個(gè)菌門，在4 個(gè)分組中含量相對(duì)較少，且兩個(gè)菌門的最大含量分別出現(xiàn)在對(duì)照組的第25 天和第50天的土壤樣品中。對(duì)于被歸為其他的類群，在4 個(gè)分組中隨著時(shí)間進(jìn)程，豐度均呈現(xiàn)增加的狀態(tài)。

圖3 門水平上的VENN 圖

從VENN 圖中，能夠清楚地看到不同處理組在不同時(shí)間下的菌門種類數(shù)量、共同含有的菌門和獨(dú)有菌門?？梢钥吹剑瑢?duì)照組在0～25 d 含有的菌門總數(shù)沒有變化，25～50 d 增加了2 個(gè)菌門；W0 組在0～25 d 含有的菌門總數(shù)也沒有變化，25～50 d 只增加了1 個(gè)菌門；W1 組在0～25 d 含有的菌門總數(shù)增加了5 種，但是25～50 d 沒有變化；W2 組在兩個(gè)階段分別增加了5 個(gè)菌門和3 個(gè)菌門，成為菌門數(shù)數(shù)量最多的組。整個(gè)時(shí)間進(jìn)程里，4 個(gè)處理組的共有菌門數(shù)從16 個(gè)增加到了19 個(gè)，說明可能是種植小白菜帶來的共同改變。但是觀察4 個(gè)處理組的特有菌門發(fā)現(xiàn)，只有對(duì)照組的獨(dú)有菌門數(shù)量最多，且到后期增加到4 個(gè)菌門，分別是GAL15、迷蹤菌門（Elusimicrobiota）、梭桿菌門（Fusobacteriota）和硝化螺旋菌門（Nitrospirota），W0 組最后的獨(dú)有菌門是Hydrothermae，而W1 和W2 組最終沒有獨(dú)有的菌門。

為了解樣本間的細(xì)菌群落Beta 多樣性差異，對(duì)4 個(gè)處理組的12 個(gè)樣本，在3 個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，分別進(jìn)行OTU 水平上的PCA 分析，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 OTU 水平上的PCA 分析

由PCA 分析結(jié)果圖可以清楚地看到，無論在哪個(gè)種植期，對(duì)照組與3 個(gè)處理組之間在OTU 水平上的物種組成差異顯著。根據(jù)12 個(gè)樣本在圖中的象限分布可知，只要使用了保水劑和有機(jī)肥的土壤在同一種植時(shí)間的土壤細(xì)菌多樣性沒有顯著差異，但3個(gè)有改良材料的處理組在初始第0 天的土壤細(xì)菌多樣性明顯與后期的不同，25 d 和50 d 的區(qū)別不明顯，說明隨著種植時(shí)間的增長，土壤微生物環(huán)境發(fā)生了變化。

綜上可知，保水劑與有機(jī)肥的使用能顯著改變土壤微生物環(huán)境，且隨著時(shí)間的推移能夠發(fā)生進(jìn)一步改變，但是微生物菌劑的兩個(gè)用量帶來的影響不顯著。

2.4 土壤微生物與6 種土壤酶活的關(guān)聯(lián)性分析

從圖5 中可以明顯看出，只存在與土壤過氧化氫酶酶活有顯著負(fù)相關(guān)性的菌門——裝甲菌門（0.05 顯著水平），由此可推測(cè)，因?yàn)閷?duì)照組中高豐度的裝甲菌門導(dǎo)致其過氧化氫酶酶活整體顯著低于處理組。土壤纖維素酶酶活不受這15 種菌門影響，同樣也驗(yàn)證了是否添加保水劑和有機(jī)肥對(duì)其沒有影響。與土壤脲酶酶活有顯著正相關(guān)性的菌門，只有擬桿菌門（0.05 顯著水平）和熱脫硫桿菌門（0.1 顯著水平），相反有顯著負(fù)相關(guān)性的菌門有藍(lán)細(xì)菌門（0.05顯著水平）、裝甲菌門、硝化螺旋菌門和變形菌門（0.1 顯著水平）。推測(cè)是對(duì)照組中低豐度的擬桿菌門以及高豐度的藍(lán)細(xì)菌門、變形菌門、裝甲菌門、硝化螺旋菌門導(dǎo)致其脲酶活性整體顯著低于處理組。第25 天時(shí)，使用菌劑組的脲酶酶活顯著高于不使用組的原因可能是使用組的熱脫硫桿菌豐度更高。與土壤蔗糖酶酶活有顯著正相關(guān)性的菌門，分別是擬桿菌門和厚壁菌門（0.05 顯著水平），有顯著負(fù)相關(guān)性的菌門有藍(lán)細(xì)菌門（0.01 顯著水平）、裝甲菌門（0.05顯著水平）和蛭弧菌門（0.1 顯著水平）。推測(cè)是對(duì)照組中低豐度的擬桿菌門、厚壁菌門以及高豐度的藍(lán)細(xì)菌門、裝甲菌門、蛭弧菌門導(dǎo)致其蔗糖酶酶活整體顯著低于處理組。與土壤堿性蛋白酶酶活有顯著正相關(guān)性的菌門，分別是蛭弧菌門（0.05 顯著水平）、裝甲菌門、棲熱菌門和酸桿菌門（0.1 顯著水平），而有顯著負(fù)相關(guān)性的菌門是放線菌門（0.1 顯著水平）。推測(cè)主要是因?yàn)殡S時(shí)間變化，各分組土壤中的蛭弧菌門豐度均升高導(dǎo)致各分組的堿性蛋白酶活性升高。與土壤堿性磷酸酶酶活有顯著正相關(guān)性的菌門，分別是綠彎菌門、浮霉菌門（0.01 顯著水平），粘球菌門、Sumerlaeota（0.05 顯著水平），棲熱菌門、疣微菌門、芽單胞桿菌門、髕骨細(xì)菌門（0.1 顯著水平），相反，有顯著負(fù)相關(guān)性的菌門只有硝化螺旋菌門（0.1顯著水平）。推測(cè)是對(duì)照組中低豐度的綠彎菌門、芽單胞桿菌門、粘球菌門、棲熱菌門、疣微菌門、髕骨細(xì)菌門以及高豐度的硝化螺旋菌門導(dǎo)致其速效鉀含量顯著低于處理組。

圖5 基于門水平的物種與土壤酶活性關(guān)系熱圖

3 討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，堿性蛋白酶酶活只隨著種植時(shí)間進(jìn)程而逐漸升高，并不受土壤調(diào)理劑添加的影響，推測(cè)可能是小白菜根系分泌物影響了其活性，而微生物菌劑的使用并沒有使其他種類的酶活性發(fā)生顯著變化。以往的許多研究表明，微生物菌劑的使用能夠影響土壤酶的活性。例如宋以玲等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在種植棉花的土壤中分別使用滅菌和常規(guī)的復(fù)合微生物菌劑會(huì)對(duì)土壤性質(zhì)、微生物環(huán)境以及棉花的生長發(fā)育情況帶來不同程度的效果，但整體上來看，兩種菌劑的使用都能提高土壤脲酶和蔗糖酶的活性，此外菌劑用量的變化對(duì)土壤不同酶活性的影響也有差別。借此推測(cè)，可能是本實(shí)驗(yàn)使用的菌劑產(chǎn)品不適合使用的土壤，但其中的具體原因還需對(duì)菌劑的成分進(jìn)行研究后才能決斷。針對(duì)過氧化氫酶、纖維素酶以及過氧化氫酶酶活隨時(shí)間呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律，推測(cè)可能是受土壤微生物環(huán)境的影響，也可能受土壤pH 或者養(yǎng)分的影響。對(duì)此，前人也進(jìn)行了大量研究，但結(jié)果并不相同。有研究[13]發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)，但與土壤有效磷、速效鉀等養(yǎng)分間并不存在顯著相關(guān)，也有研究[14]認(rèn)為土壤微生物數(shù)量與土壤肥力具有顯著的相關(guān)性，微生物數(shù)量的增多能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，從而促使養(yǎng)分循環(huán)速率，而土壤酶活性的升高也常伴隨著土壤熟化程度的提高。本實(shí)驗(yàn)中還能看到蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶和纖維素酶的活性在有保水劑和有機(jī)肥的處理下明顯要高于對(duì)照組，只能說明這兩種改良材料的實(shí)驗(yàn)用量組合添加相比對(duì)照組對(duì)這幾種酶的活性具有提高作用。如果想知道每種酶活性具體受哪種材料的影響以及用量的影響，還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)分析。

一般認(rèn)為，微生物群落多樣性水平高的土壤擁有更強(qiáng)的抗逆能力，本實(shí)驗(yàn)中所有處理組隨時(shí)間而增加的土壤微生物群落豐富度和多樣性，不但說明小白菜根系的生長發(fā)育為土壤微生物環(huán)境帶來改變，使土壤質(zhì)量向良好方向發(fā)展，同時(shí)也驗(yàn)證了以往研究中植物在生長過程中會(huì)對(duì)土壤微生物群落產(chǎn)生影響的結(jié)論。也有許多研究[15-16]表明，植物類型不同，對(duì)土壤微生物環(huán)境帶來的影響也會(huì)不同。關(guān)于保水劑對(duì)土壤微生物環(huán)境的影響研究也有很多，沈穎[17]的研究結(jié)果表明，其所使用的保水劑對(duì)土壤細(xì)菌群落沒有顯著影響。本研究中的保水劑種類及用量是否起到了顯著提升土壤微生物群落多樣性還有待于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析確定。

本研究發(fā)現(xiàn)，擬桿菌門豐度增加與土壤過氧化氫酶、蔗糖酶活性的提高具有相關(guān)性；綠彎菌門豐度的增加起到了提高土壤堿性磷酸酶活性的作用；厚壁菌門豐度的增加有起到提高蔗糖酶活性的作用；粘球菌門豐度的增加起到了提高土壤堿性磷酸酶活性的作用；單胞桿菌門豐度的增加起到了提高堿性磷酸酶活性的作用；變形菌門是土壤細(xì)菌中的最大一門，在多種類型土壤中的豐度都較高，有研究認(rèn)為變形菌門對(duì)重金屬有較好的耐受力[8]，本實(shí)驗(yàn)中變形菌門豐度的提升起到了降低土壤脲酶活性的作用；經(jīng)研究，藍(lán)細(xì)菌門大多具有固氮作用，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，藍(lán)細(xì)菌門豐度增加主要起到了降低土壤脲酶、蔗糖酶活性的作用；蛭弧菌門豐度的提升起到了提高堿性蛋白酶活性的作用；裝甲菌門豐度的提升起到了降低土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶活性的作用。硝化螺旋菌門豐度提升起到了降低脲酶、堿性磷酸酶活性的作用。而土壤堿性磷酸酶活性的提高也受熱脫硫桿菌、棲熱菌門、疣微菌門和髕骨細(xì)菌門豐度增大的影響。

4 結(jié)論

使用由保水劑、有機(jī)肥和微生物菌劑制成的土壤調(diào)理劑能夠提高土壤過氧化氫酶、纖維素酶、蔗糖酶、脲酶和土壤堿性磷酸酶的活性。土壤微生物群落豐富度和多樣性隨著小白菜種植時(shí)間進(jìn)程均有提升，使用土壤調(diào)理劑的土壤能夠?qū)崿F(xiàn)更高的土壤細(xì)菌群落豐富度和多樣性，土壤中的優(yōu)勢(shì)菌門始終是放線菌門和變形菌門，提升土壤酶活性的菌門有擬桿菌門、厚壁菌門、綠彎菌門、粘球菌門和芽單胞桿菌門，起到與之相反作用的有變形菌門、藍(lán)細(xì)菌門、蛭弧菌門、裝甲菌門和硝化螺旋菌門。