不同土壤菌配置對贛南山區(qū)土壤酶活性及微生物數(shù)量的影響

周進(jìn)波 劉波 王賢寧

摘? 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，工程施工后期的跡地恢復(fù)是保護(hù)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡的重要環(huán)節(jié)。為解決這一問題，采用土壤菌配置加客土噴播技術(shù)進(jìn)行跡地恢復(fù)，將不同的土壤菌配置（DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3）加入噴播基質(zhì)中并通過噴播的方式鋪設(shè)到贛南山區(qū)邊坡。針對贛南山區(qū)邊坡后期跡地恢復(fù)問題，提出最優(yōu)的土壤菌配置模式。結(jié)果表明，土壤菌的施用，促進(jìn)土壤微生物活動，加速土壤中的生化反應(yīng)，加入土壤菌能顯著提高贛南山區(qū)邊坡土壤的過氧化氫酶活性、蔗糖酶活性、中性磷酸酶活性和纖維素酶活性，能顯著提高土壤中真菌、細(xì)菌、放線菌以及微生物的總數(shù)量，其中土壤菌DL1+DL2配置模式下對提高贛南山區(qū)土壤酶活性以及微生物數(shù)量效果最明顯。

關(guān)鍵詞：贛南山區(qū)；土壤菌；土壤酶活性；土壤微生物數(shù)量；生態(tài)平衡

中圖分類號：X3? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0068-06

Abstract： With the continuous development of China's economic construction， site restoration in the later stage of project construction is an important link to protect the environment and maintain ecological balance. In order to solve this problem， the soil bacteria configuration and guest soil spray seeding technology were used to restore the trace. different soil bacteria configurations （DL1+DL2， DL1+DL3， DL2+DL3， and DL1+DL2+DL3） were added to the spray seeding substrate and laid to the slope of the mountain area of southern Jiangxi. In order to solve the problem of slope restoration in the later stage of mountain slope in southern Jiangxi， the optimal allocation model of soil bacteria was put forward. The results showed that the application of soil bacteria promoted the activity of soil microorganisms and accelerated the biochemical reaction in soil. the addition of soil bacteria could significantly increase the activities of catalase， sucrase， neutral phosphatase and cellulase， and the total number of fungi， bacteria， acti-nomycetes and microorganisms in the slope soil of southern Jiangxi province. Among them， the DL1+DL2 configuration mode of soil bacteria has the most obvious effect on improving the soil enzyme activity and the number of microorganisms in the mountainous area of southern Jiangxi.

Keywords： southern Jiangxi mountainous area; soil bacteria; soil enzyme activity; number of soil microorganisms; ecological balance

贛南屬南方紅壤區(qū)，降雨集中、溝壑縱橫、土壤結(jié)構(gòu)差，不利的自然地理條件極易造成水土流失。此外，過度開發(fā)和不合理的耕作方式也是導(dǎo)致水土流失的主要原因。輸變電項目的建設(shè)對山地丘陵地貌及地表植被產(chǎn)生擾動和損毀，加劇水土流失，產(chǎn)生崩崗、山區(qū)石漠化、土地退化等現(xiàn)象，對丘陵山區(qū)生態(tài)安全、糧食安全、防洪安全和人居安全造成威脅。

客土噴播技術(shù)起源于英美，并在日本得到積極推廣，是一種較為有效的邊坡植被復(fù)綠技術(shù)。近年來，客土噴播技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用到山體邊坡生態(tài)修復(fù)中[1]，然而噴播基質(zhì)無法與邊坡巖壁土壤有效融合，并且隨著時間的推移，土體養(yǎng)分逐漸流失導(dǎo)致土壤肥力降低，使山體巖壁邊坡呈現(xiàn)出裸露、缺肥、無土的狀態(tài)，導(dǎo)致邊坡植被面臨干、熱、脫落等威脅，無法實現(xiàn)植被復(fù)綠的長期維持，因此在土層薄的情況下進(jìn)行邊坡巖壁植被恢復(fù)，目前面臨的最主要問題是噴播基質(zhì)的組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)及巖壁-基質(zhì)界面融合度[2]；土壤菌是維系土壤生態(tài)系統(tǒng)功能穩(wěn)定的主導(dǎo)因子[3]，其作用主要體現(xiàn)在分解土壤有機(jī)質(zhì)和促進(jìn)腐殖質(zhì)形成[4]，促進(jìn)植物菌根的形成[5]，產(chǎn)生土壤微量氣體[6]，吸收、固定并釋放養(yǎng)分[7]等，有研究表明，用篩選好的微生物菌種加入噴播基質(zhì)中，對加速山體巖面的風(fēng)化產(chǎn)生了有利作用[8]。將土壤菌加入噴播基質(zhì)并施用于邊坡巖壁之后，在土壤菌的作用下，邊坡巖壁與噴施基質(zhì)界面融合性得到了有效提高，并且可形成一個最適合植物生長的“生育基盤”，可長期維持邊坡巖壁的植被復(fù)綠，減少邊坡裸露、植被脫落的情況。目前土壤菌加客土噴播技術(shù)在輸變電項目邊坡治理上還未見報道，本研究以吉埠變電站北側(cè)邊坡土壤為試驗對象，研究噴播基質(zhì)中不同土壤菌配置對土壤酶活性和微生物數(shù)量的影響，土壤酶活性情況在一定程度上可以反映土壤養(yǎng)分的循環(huán)情況，從而分析篩選出最佳的土壤菌配置模式，為指導(dǎo)贛南山區(qū)邊坡治理以及長期維持邊坡植被復(fù)綠提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1? 材料與方法

1.1? 研究區(qū)概況

本項目研究區(qū)位于贛州市，地處江西省南部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為19.8 ℃，年平均降雨量為1 318.9 mm，土壤類型以花崗巖母質(zhì)發(fā)育的紅壤為主，土壤質(zhì)地主要為砂質(zhì)壤土，是崩崗主要發(fā)生區(qū)域。根據(jù)《江西省水土保持公報（2021）》，全省水力侵蝕總面積23 326.19 km2，占全省土地總面積的13.96%。從全省11個設(shè)區(qū)市的水土流失現(xiàn)狀來看，水力侵蝕面積最大的是位于贛南的贛州市。贛州市是典型的南方山地丘陵區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降水量1 500.40 mm，土壤以由花崗巖風(fēng)化物發(fā)育形成的紅壤為主，是崩崗主要發(fā)生區(qū)域。該區(qū)水土流失以水力侵蝕為主，侵蝕面積為6 865.55 km2，占土地總面積的17.43%。

1.2? 試驗材料

1.2.1? 土壤菌的發(fā)酵

將3種土壤菌，即枯草芽孢桿菌（DL1）、哈茨木霉菌（DL2）和地衣芽孢桿菌（DL3）先接入液體培養(yǎng)基，振蕩24 h，再接入發(fā)酵罐中發(fā)酵，發(fā)酵過程中隔一定時間抽取土壤菌測定其濕重，當(dāng)變化曲線達(dá)到峰值后第一次下降時，將土壤菌接出至已消毒的塑料瓶中。

1.2.2? 土壤菌的不同配置

選取上述3種土壤菌進(jìn)行配置，在基質(zhì)中的配置方式有3種菌混合、2種菌混合和無菌（對照組），共5種配置方式（對照組、DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3），每種配置方式做3個重復(fù)，各土壤菌種均等比例混合后分別混入噴播基質(zhì)土中，每種配置模式種菌的含量為100 mL。

1.3? 試驗布設(shè)

試驗布設(shè)于贛縣區(qū)吉埠鎮(zhèn)新建吉埠變電站北側(cè)邊坡（E115°11′8.14″，N25°59′53.05″），設(shè)計4種不同土壤菌配置（DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3）及一個對照（空白），按照2.0 L·m-2的標(biāo)準(zhǔn)將加入了土壤菌的噴播基質(zhì)均勻噴涂于試驗區(qū)土壤表面。為此，現(xiàn)場共設(shè)置了5個試驗小區(qū)，每個小區(qū)長1.5 m，寬3.5 m。分別標(biāo)記為：空白組、DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3和DL1+DL2+DL3。

1.3.1? 土壤菌噴播試驗施工工序

坡面整理—將不同土壤菌加入客土基質(zhì)—客土噴播—播撒草種—后期養(yǎng)護(hù)和觀測。

1.3.2? 坡面整理

考慮坡面的施工性和種子的噴灑，需對坡面進(jìn)行處理，保證坡面的平整性、滲透性和整體的施工性能。

1.3.3? 配方

將不同配比模式的土壤菌加入噴播基質(zhì)中，配比模式為枯草芽孢桿菌+哈茨木霉菌、哈茨木霉菌+地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌+地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌+哈茨木霉菌+地衣芽孢桿菌。

1.3.4? 客土噴播

將加入了土壤菌的噴播基質(zhì)，均勻地噴灑于樣方坡面。

1.3.5? 播撒草種

主要選用適合當(dāng)?shù)厣L的草種，使用撒播的形式進(jìn)行，撒播后用耙子耙勻，使得種子被土覆蓋，防止種子的流失。

1.3.6? 后期養(yǎng)護(hù)和觀測

每月進(jìn)行采樣觀測，采樣主要為采集土樣，觀測主要為觀測樣地中土壤酶活性。

1.4? 樣品采集與分析

分別于2023年9月、10月、11月和12月進(jìn)場采集試驗土樣，每組樣品采取3組重復(fù)。土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、纖維素酶和中性磷酸酶活性的測定方法均參照《土壤酶及其研究法》[9]。

1.4.1? 土壤蔗糖酶、纖維素酶活性

土壤蔗糖酶、纖維素酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，以24 h每克土生成的葡萄糖的毫克數(shù)來表示蔗糖酶活性，以24 h每克土生成的葡萄糖的毫克數(shù)來表示纖維素酶活性。

1.4.2? 過氧化氫酶活性

采用高錳酸鉀容量法測定，以每克土1 min消耗的0.02 mol·L-1的KMnO4體積表示。

1.4.3? 中性磷酸酶

采用磷酸苯二鈉比色法測定。

1.4.4? 微生物數(shù)量采用真菌、細(xì)菌、放線菌數(shù)量表示

土壤微生物（細(xì)菌、真菌、放線菌）數(shù)量采用固體平板計數(shù)法測定，接種采用稀釋涂布法。微生物培養(yǎng)基種類見表1。

1.5? 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2018、SPSS 22等軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，Origin 8.5和WPS作圖。

2? 結(jié)果與討論

2.1? 不同土壤菌配置對贛南山區(qū)邊坡土壤酶活性的影響

共有DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3和CK（對照） 5種土壤菌配置模式，不同的配置模式下土壤過氧化氫酶活性的變化如圖1所示，其中DL1+DL2配置模式下土壤過氧化氫酶活性最高，平均為2.03 μmol·g-1·d-1，其次是DL1+DL2+DL3，平均為1.88 μmol·g-1·d-1，DL1+DL3和DL2+DL3較低，平均為1.55、1.57 μmol·g-1·d-1。DL1+DL2最高，與CK相比，土壤過氧化氫酶活性提高了36.2%，且差異達(dá)到了顯著水平。

各土壤菌配置模式下土壤纖維素酶活性的變化如圖2所示，不同土壤菌配置模式下土壤纖維素酶活性表現(xiàn)為DL1+DL2+DL3最高，平均為8.63 mg·g-1·d-1，DL1+DL2次之，平均為8.02 mg·g-1·d-1，DL1+DL3和DL2+DL3較低，平均為7.66 mg·g-1·d-1和6.90 mg·g-1·d-1。DL1+DL2+DL3最高，與CK相比，土壤纖維素酶活性提高了57.2%，且差異達(dá)到了顯著水平。

各土壤菌配置模式下土壤蔗糖酶活性的變化如圖3所示，不同土壤菌配置模式下土壤蔗糖酶活性表現(xiàn)為DL1+DL2最高，平均為6.57 mg·g-1·d-1，DL1+DL2+DL3次之，平均為6.2 mg·g-1·d-1，DL1+DL3和DL2+DL3較低，平均為5.84 mg·g-1·d-1和5.77 mg·g-1·d-1。DL1+DL2配置模式下，土壤蔗糖酶活性與CK相比顯著提高了26.3%。

各土壤菌配置模式下土壤中性磷酸酶活性的變化如圖4所示，不同土壤菌配置模式下土壤中性磷酸酶活性表現(xiàn)為DL1+DL2最高，平均為6.04 μmol·g-1·d-1，DL1+DL3次之，平均為5.82 μmol·g-1·d-1，DL2+DL3和DL1+DL2+DL3較低，平均為5.12 μmol·g-1·d-1和5.26 μmol·g-1·d-1。DL1+DL2配置模式下，土壤中性磷酸酶活性與CK相比顯著提高了51.8%。

2.2? 不同土壤菌配置對贛南山區(qū)邊坡土壤微生物數(shù)量的影響

如圖5所示，DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3配置模式下，土壤中細(xì)菌數(shù)量均高于CK，各土壤菌配置模式下土壤中細(xì)菌數(shù)量平均為44.77×104 CFU·g-1（DL1+DL2）、43.63×104 CFU·g-1（DL1+DL2+DL3）、34.98×104 CFU·g-1（DL1+DL3）、36.88×104 CFU·g-1（DL2+DL3）。土壤中細(xì)菌數(shù)量最高的配置模式為DL1+DL2，其次是DL1+DL2+DL3配置模式，DL1+DL3和DL2+DL3配置模式下土壤中細(xì)菌數(shù)量較低，低于DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式，CK最低。細(xì)菌數(shù)量較高的2種配置模式DL1+DL2和DL1+DL2+DL3相較于CK，細(xì)菌數(shù)量提高了59.2%和55.2%，且差異水平均顯著。

如圖6所示，DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3配置模式下，土壤中真菌數(shù)量均高于CK，各土壤菌配置模式下土壤中真菌數(shù)量平均為2.46×104 CFU·g-1（DL1+DL2）、2.33×104 CFU·g-1（DL1+DL2+DL3）、2.05×104 CFU·g-1（DL2+DL3）、2.02× 104 CFU·g-1（DL1+DL3）。土壤中真菌數(shù)量最高的配置模式為DL1+DL2，其次是DL1+DL2+DL3配置模式，DL1+DL3和DL2+DL3配置模式下土壤中真菌數(shù)量較低，低于DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式，CK最低。真菌數(shù)量較高的2種配置模式DL1+DL2和DL1+DL2+DL3相較于CK，真菌數(shù)量提高了62.9%和54.3%，且差異水平均為顯著。

如圖7所示，DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3和DL1+DL2+DL3配置模式下，土壤中放線菌數(shù)量均高于CK，各土壤菌配置模式下土壤中放線菌數(shù)量平均為0.18×104 CFU·g-1（DL1+DL2+DL3）、0.16×104 CFU·g-1（DL2+DL3）、0.15×104 CFU·g-1（DL1+DL2、DL1+DL3）。土壤中放線菌數(shù)量最高的配置模式為DL1+DL2+DL3，其次是DL2+DL3配置模式，DL1+DL2和DL1+DL3配置模式下土壤中放線菌數(shù)量較低，低于DL1+DL2+DL3和DL2+DL3配置模式，CK最低。放線菌數(shù)量較高的2種配置模式DL1+DL2+DL3和DL2+DL3相較于CK，放線菌數(shù)量提高了63.6%和45.5%，且差異水平均為顯著。

如圖8所示，DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3配置模式下，土壤中微生物總數(shù)量均高于CK，各土壤菌配置模式下土壤中微生物總數(shù)量平均為47.38×104 CFU·g-1（DL1+DL2）、46.14×104 CFU·g-1（DL1+DL2+DL3）、39.09×104 CFU·g-1（DL2+DL3）、37.15×104 CFU·g-1（DL1+DL3）。土壤中微生物總數(shù)量最高的配置模式為DL1+DL2，其次是DL1+DL2+DL3配置模式，DL1+DL3和DL2+DL3配置模式下土壤中微生物總數(shù)量數(shù)量較低，低于DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式，CK最低。微生物總數(shù)量較高的2種配置模式DL1+DL2和DL1+DL2+DL3相較于CK，微生物總數(shù)量提高了59.3%和55.1%，且差異水平均顯著。

3? 結(jié)論與展望

土壤酶是指土壤中其他生物細(xì)胞、土壤中的微生物以及植物根系產(chǎn)生的和胞外酶的總稱[10]，能加速土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)[11]，主要來自于動物、植物以及微生物的活體或殘體。土壤酶活性目前可作為檢測土壤肥力和土壤環(huán)境變化重要指標(biāo)。土壤菌施用能夠有效地提高贛南山區(qū)坡面土壤的酶活性，土壤菌施用后，邊坡土壤過氧化氫酶活性、蔗糖酶活性、中性磷酸酶活性、纖維素酶活性均有所提高，其中以DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式提高效果最為顯著。

土壤微生物對維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)境平衡有著極其重要的作用，土壤微生物主要由細(xì)菌、真菌和放線菌等組成。微生物對維系土壤生態(tài)系統(tǒng)功能穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用，可作為土壤中碳、氮、硫和磷等養(yǎng)分元素循環(huán)的“轉(zhuǎn)化器”，土壤菌施用能夠有效地提高贛南山區(qū)坡面土壤的微生物數(shù)量，土壤菌施用后，邊坡土壤細(xì)菌數(shù)量、真菌數(shù)量、放線菌數(shù)量以及微生物總數(shù)量均有所提高，其中以DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式提高效果最為顯著。

本研究成果可指導(dǎo)贛南山區(qū)輸變電工程施工后期的跡地恢復(fù)，提高山區(qū)輸變電工程的安全性，有效控制水土流失，將“爛山地貌”和侵蝕劣地發(fā)展為可利用地，提升植被恢復(fù)效果，改善生態(tài)環(huán)境。但本研究對不同土壤菌配置模式在贛南山區(qū)邊坡土壤酶活性和微生物數(shù)量的研究主要限于酶活性以及微生物數(shù)量指標(biāo)的增減以及差異性變化，雖然在一定程度上反映了施用土壤菌的積極作用，但對土壤酶活性以及微生物數(shù)量和土壤肥力之間的相關(guān)性分析來說，還不夠深入。今后的研究當(dāng)中，應(yīng)考慮加入植被恢復(fù)情況，深入從不同角度探索土壤菌施用對贛南山區(qū)跡地的恢復(fù)效果。在之后的試驗中，可加入當(dāng)?shù)乜鼓嫘暂^強(qiáng)的樹種或草種并對樹種草種的根系活力進(jìn)行分析研究，分析研究土壤菌施用對植物根系、植株生長情況的影響，以篩選出最適宜于邊坡跡地恢復(fù)種植的樹種或草種。

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