氮肥施用量對越橘根域微生物數量及根際效應的影響

唐雪東，趙珊珊，李亞東*，吳 林，張志東，劉海廣

（1.吉林農業(yè)大學園藝學院，長春 130118；2.吉林省林業(yè)科學研究院，長春 130033）

越橘，杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium spp.），多年生灌木，生長要求濕潤、疏松、有機質含量高、強酸性的土壤條件，解決土壤問題是進行越橘商業(yè)化生產和產業(yè)化栽培的關鍵[1-3]。微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最具活力的組成部分，通過對土壤物理、化學和生物學性質及其變化過程的影響調節(jié)土壤質量[4]。因此，研究土壤微生物對揭示土壤養(yǎng)分轉化、釋放機制和土壤質量變化過程都具有重要意義。

關于栽培果樹的土壤微生物研究國內外有一些報道[5-6]，但在越橘上尚未見報道，本文利用來源廣、經濟價值相對低廉且在改善土壤的理化性質、促進土壤養(yǎng)分循環(huán)方面表現良好的秸稈再配施不同比例的氮肥，改良土壤，進行越橘栽培試驗，研究其對越橘根域微生物數量及根際效應的影響，探討不同土壤條件對越橘根域微生物數量的影響，以期為越橘根域微生物的研究及越橘栽培的土壤條件優(yōu)化提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗于2009年5月～2011年2月在吉林農業(yè)大學越橘設施栽培基地和漿果研究所進行。該試驗地（東經125°24′31″，北緯43°48′21″），年平均氣溫2.1～6.7℃，冬季寒冷且低溫時間長，年低溫極值均在-30℃以下，長春地區(qū)最低達-36.5℃。春季干旱多風，年平均無霜期120～155 d，降雨500～800 mm。土壤類型為黑土。

1.2 供試品種

供試植株為組培繁殖高叢半高叢越橘品種北陸（Northland）的二年生苗木。

1.3 試驗設計

本試驗采用盆栽，盆的規(guī)格為上直徑30 cm，下直徑20 cm，高22 cm的黑桶，裝滿秸稈約重800 g、裝滿園田土約重8 000 g。秸稈經風干磨碎過1 mm篩，其含碳270 mg·kg-1，含氮3 mg·kg-1，碳氮比為90∶1；試驗設5個處理N1～N5，處理中玉米秸稈與園土的配比按1∶10的比例進行，處理中每盆施加秸稈的重量約為400 g，每盆植株施入不等量的尿素，按占秸稈重量的0、0.5%、1%、1.5%、2%施入氮肥（純氮），換算成尿素分別為0、4、8、12、16 g，施入等量的磷肥-過磷酸鈣，每盆10 g，再加入硫磺粉1 kg·m-3，混拌均勻。每個處理5個重復，每個重復5株，共計25株。以不施加氮肥的處理N1為對照（CK），掛好標簽，田間管理一致。

1.4 土壤樣品采集

以抖根法采集根際土、非根際土，在越橘根系集中分布區(qū)（0～20 cm），挖取一定量的根系，輕輕拍打抖動，抖落的土壤為非根際土，將沾根的大塊土除去，再將附著在根系上的土壤用毛刷輕輕刷下即為根際土樣，完全隨機處理，3次重復。將所采土樣帶回實驗室除去植物殘根、石塊，自然風干，研磨過篩后用磨口瓶盛裝、備用。

1.5 測定項目和方法

1.5.1 細菌、放線菌、真菌數量測定方法

采用稀釋平板法[16]。測定細菌、放線菌、真菌數量的培養(yǎng)基分別為：牛肉膏-蛋白胨培養(yǎng)基、ISP 4號培養(yǎng)基、察氏（Czapack）培養(yǎng)基。取3個連續(xù)稀釋度，3次重復進行數量測定。預備試驗測得真菌最適宜的稀釋度為10-3、10-4、10-5；放線菌為10-4、10-5、10-6；細菌為 10-5、10-6、10-7。但這并不是一個固定不變的取值，隨著培養(yǎng)時間延長，各處理中微生物數量會發(fā)生變化，根據變化選擇適宜濃度。培養(yǎng)皿直徑為10 cm，培養(yǎng)基用量約20 mL·皿-1；細菌、放線菌的菌落計數范圍30～300 cfu·皿-1，真菌的菌落計數范圍10～100 cfu·皿-1。根據菌落形態(tài)特征分別測定不同微生物數量。

1.5.2 菌數計算

不同試驗處理稱取待測土樣5～10 g（記下準確重量），經105℃烘干至恒重，置于干燥器中，待冷卻后稱重，按公式計算土壤含水量：土壤含水量（%）＝鮮重（FW）-干重（DW）/鮮重（FW）×100%，最后計算單位重量土壤（DW）中的微生物數量；各試驗處理用烘至恒重的濾紙（W1）過濾根際和非根際土壤懸濁液，得到根際和非根際土壤后，置于烘箱105～108℃烘6～8 h至恒重（W2）。獲得根際和非根際土壤DW（W＝W2-W1），計算單位重量土壤（DW）中的微生物數量（菌數·g-1±DW）＝菌落平均數×稀釋倍數/DW。

1.6 數據處理

數據分析用Excel 2003和DPS 9.50軟件進行，采用新復極差法進行差異顯著性檢驗；用根土比（R/S）大小表示根際效應強弱。

2 結果與分析

2.1 秸稈配施不同比例的氮肥對越橘根際和非根際細菌數量的影響

由圖1可知，添加不同氮肥的各處理，細菌在年周期的變化規(guī)律呈低-高-低的變化趨勢，即萌芽期開始上升，新梢停長期達到高峰，秋季落葉期又下降。由表1可知，同一生育時期隨著施氮量的增加（0、0.5%、1%、1.5%、2%），細菌數量呈先增加后下降的變化趨勢，各個時期不同處理細菌數量平均值大小順序為N3＞N2＞N4＞N1＞N5，加入秸稈重量1%氮的N3處理各時期細菌數量最高，如新梢停長期根際和非根際土壤細菌數量分別是對照的251.5%和238.4%，與對照存在極顯著差異（P＜0.01）；施入秸稈重量2%氮的N5處理根際和非根際細菌數量最低，分別是對照的98.5%和82.1%；而且各時期不同處理均是根際細菌數量高于非根際，表現出明顯的根際效應，如加入秸稈重量1%氮肥的處理N3從萌芽期到落葉期，R/S值分別為1.456、1.178、1.865、1.351、1.957，表現出明顯的正向根際效應。

表1 秸稈配施氮肥越橘根際與非根際細菌數量差異Table1 Difference of bacteria number in rhizosphere and non-rhizosphere of different straw and nitrogen in blueberry (×106cfu·g-1dry soil)

圖1 不同施氮量越橘根域細菌數量的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of bacteria in blueberry root-zone adding different nitrogen fertilizer in soil

2.2 秸稈配施不同比例氮肥對越橘根際和非根際真菌數量的影響

由表2可知，施加不同氮肥的各處理越橘根域真菌數量隨施氮量的增加呈先增加后下降趨勢，如加入1.5%氮肥的N4處理不同時期真菌數量最多，根際真菌數量萌芽期最高，為對照的192.1%，非根際真菌數量果實成熟期最高，為對照的130.2%，均與對照存在極顯著差異（P＜0.01）；加入秸稈重量2%氮的N5處理各時期真菌數量較低，如新梢旺長期根際和非根際真菌數量分別是對照的89.9%和88.5%，與對照差異不顯著（P＜0.01）。

從圖2中可以看出，添加不同氮肥處理，年周期越橘根域真菌變化趨勢基本一致，呈現低-高-低的變化規(guī)律。萌芽期各處理越橘根域真菌數量較多，新梢停長期降至最低，果實成熟期真菌數量明顯增多，落葉休眠期真菌數量又迅速下降。年生長周期內不同處理真菌根際效應方向不同，如N3處理從萌芽期到落葉期，越橘根際和非根際真菌數量的R/S值分別為1.178、1.413、2.188、0.638和1.268，N4處理從萌芽期到落葉期越橘根際和非根際真菌數量的R/S值分別為1.449、1.420、1.844、0.724和0.759，即N3處理在果實成熟期、N4處理在果實成熟期和落葉期，非根際真菌數量高于根際，表現為根際負向效應，其他時期各處理多表現為根際真菌數量高于非根際，表現出正向根際效應。

表2 秸稈配施氮肥越橘根際與非根際真菌數量差異Table2 Difference of fungi quantities in rhizosphere and non-rhizosphere of straw mixing nitrogen in blueberry(×104cfu·g-1dry soil)

圖2 不同施氮量越橘根域真菌數量的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of fungi in blueberry root-zone adding different nitrogen fertilizer in soil

2.3 秸稈配施氮肥對越橘根際和非根際放線菌數量的影響

秸稈配施不同比例氮肥各處理越橘根際放線菌的數量僅次于細菌（見表3），而且同一生育時期隨施氮量增加（0、0.5%、1%、1.5%、2%），放線菌數量也呈先增加后下降趨勢，加入秸稈重量1%和1.5%氮肥的N3和N4處理，放線菌數量較高，如新梢停長期N3處理根際和非根際放線菌數量分別是對照的159.8%和134.3%，N4處理分別是對照的167.1%和143.3%，均與對照存在極顯著差異（P＜0.01）；從圖3中可以看出，秸稈配施氮肥的各處理越橘年生長周期內放線菌數量變化基本為低-高-低型。各處理越橘放線菌數量均以新梢停長期最多，如N3時期根際和非根際放線菌數量分別比萌芽期增加268.3%和157%；而且各時期不同處理均是根際放線菌數量高于非根際，如加入秸稈重量1%氮肥的處理N3從萌芽期到落葉期，R/S值分別為1.258、1.503、1.802、1.300和1.901，表現出明顯的正向根際效應，而且新梢停長期根際效應最強。

表3 秸稈配施氮肥越橘根際與非根際放線菌數量的差異Table3 Difference of actinomyces quantities in rhizosphere and nonrhizosphere of straw mixing nitrogen in blueberry (×105cfu·g-1dry soil)

圖3 不同施氮量越橘根域放線菌數量的動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of actinomyces in blueberry root-zone under different nitrogen fertilizer in soil

3 討論

3.1 氮肥施用量對越橘根域土壤微生物數量的影響

本試驗相同秸稈不同施氮量的各處理中，隨著施氮量的增加，細菌、放線菌、真菌的數量均呈先增加后下降的變化趨勢。其中，細菌以加入秸稈重量1%氮處理的數量最高，真菌、放線菌以1.5%氮處理的數量最大，且與對照的差異均達到顯著水平。說明一定范圍內氮肥水平的增加，可促進越橘根系發(fā)展，從而使根量增加、根系分泌物增多，強大的根土系統(tǒng)促進微生物繁衍，胡俊等研究證明這一點，他認為微生物可促進土壤有機質的分解和養(yǎng)分的釋放，增施氮肥可明顯地促進土壤中細菌和放線菌的生長繁殖[7]。而微生物繁衍又可促進土壤有機物礦化，從而形成作物與微生物在土壤載體中相互依存、相互促進的關系。另外，加入2%氮肥處理，微生物總量較低，主要是因為過高的氮素，使土壤C/N減小，微生物可利用的碳相對減少，說明微生物活性除與根系代謝分泌物有關外，還與可利用碳源有關，在有機碳源充足情況下，施氮水平越高，微生物數量越多，這與Kandeler等研究結果一致[8]，他認為土壤微生物的生長受土壤資源的限制，由于微生物利用高C/N，故其生長受氮素限制；但當碳源不足時，施氮水平高的處理根際微生物活性反而會降低，即土壤中C/N在很大程度上決定土壤微生物活性，這與馬冬云[9]和郭天財[10]在小麥根際微生物的研究及趙奎軍[11]在甜菜地土壤微生物上的研究結果大體一致，認為秸稈碳氮比較高，作為一種含碳豐富的能源物質，直接施入土壤會刺激微生物生長，施用一定量氮肥可增加土壤中微生物數量，而過多氮肥有可能抑制微生物數量增長。

3.2 根際微生物的數量與植物生育期的關系

已有研究表明，不同作物根際有其特定的微生物群落，就是同一作物在不同生育時期和營養(yǎng)狀態(tài)下，其根際微生物數量也呈現一定的動態(tài)變化[12-13]。本研究結果表明，越橘從萌芽期到果實成熟期，隨著溫度逐漸升高，根際細菌和放線菌數量呈先增加后減少的變化趨勢，并在新梢停長期達到最大值，落葉期開始降低；真菌數量在萌芽期較高，隨著越橘的生長開始降低，到新梢停長期降至最低，到果實成熟期增加到最大值，落葉期又開始下降，這是因為越橘及所處的生育時期和氣象條件不同所致，張亞平等[13]在甜茶上的研究說明了這一點，他認為根際微生物數量隨著生育時期的變化是不同生育時期根系生理代謝、脫落物和分泌物的差異造成的，因為根際微生物主要的營養(yǎng)源和能源是植物根系活動的分泌物和脫落物，同時，微生物的活動還受到氣候條件的影響。萌芽期越橘植株地上和地下部分的發(fā)育較慢，加之，此期外界氣溫較低，不利根際微生物的繁殖；新梢迅速生長期和新梢停長期，越橘植株發(fā)育迅速，地上和地下部分生理代謝活動最旺盛，根系分泌物的數量可能最多，加之此期氣溫較適合微生物的繁殖，這樣就有利于根際微生物的擴大與發(fā)展，因此，此期根際微生物數量達到最大；而落葉期，越橘生長發(fā)育幾近停止，加之此期外界氣溫低，不利于微生物繁殖[14]；另外，根際還有一些有害代謝產物的累積，也不利于根際微生物的生存，細菌對此尤為敏感，所以，其數量出現劇烈下降，對空間和營養(yǎng)等競爭能力也隨之下降，根際環(huán)境日益惡化，這一切反而有利于拮抗能力強的放線菌和真菌的繁殖，所以此期數量增多[15]。

4 結論

a.施氮影響越橘根際和非根際土壤微生物的數量，隨施氮量增加，微生物數量呈先增加后降低的變化規(guī)律，適宜的施氮量應為秸稈重量的1%～1.5%。

b.生育期不同，越橘根際微生物數量亦發(fā)生變化，萌芽期根際細菌、放線菌、真菌數量均較少；新梢迅速生長期與新梢停長期根際細菌、放線菌數量較多；真菌受環(huán)境條件影響其變化較復雜；落葉期根際細菌與真菌數量多呈下降趨勢，而放線菌則有升有降，其規(guī)律性不明顯。

c.不同根域處理，越橘根際微生物細菌和放線菌數量高于非根際，表現出明顯的根際效應，真菌由于環(huán)境因素等影響，不同生育期根際效應強度差異較大。

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