生物有機肥對盆栽小白菜土壤酶活性和微生物數(shù)量的影響

荊瑞勇, 王麗艷, 郭永霞

(黑龍江八一農(nóng)墾大學, 黑龍江 大慶 163319)

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生物有機肥對盆栽小白菜土壤酶活性和微生物數(shù)量的影響

荊瑞勇, 王麗艷, 郭永霞

(黑龍江八一農(nóng)墾大學, 黑龍江 大慶 163319)

生物有機肥對綠色有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展至關重要，國內(nèi)外生物有機肥品種繁多，篩選適宜本地的生物有機肥意義重大。采用施4種生物有機肥盆栽四季小白菜試驗，定期采集土樣檢測少量施生物有機肥處理(2 g/kg)的土壤酶和微生物數(shù)量的動態(tài)變化。結果發(fā)現(xiàn)，施肥1周時，生物有機肥可促進土壤過氧化氫酶及脲酶活性，而降低了土壤細菌數(shù)量，2周時，生物有機肥可明顯刺激細菌增殖，提高土壤蛋白酶、轉化酶及磷酸酶活性。3周時生物有機肥仍可促進土壤磷酸酶活性，而其他酶活性恢復至對照水平，4周時，生物有機肥處理的土壤過氧化氫酶、脲酶、蛋白酶及磷酸酶活性及土壤真菌數(shù)量恢復至對照水平。在檢測中期，由國外引進的生物有機肥BF1在不施化肥時可明顯改善土壤微生物學特性，有待深入研究。以上結果為篩選優(yōu)良生物有機肥提供理論依據(jù)。

生物有機肥; 土壤酶; 微生物數(shù)量; 四季小白菜

生物有機肥是一種帶有活性微生物的有機肥，兼有生物肥和有機肥優(yōu)點，可增產(chǎn)增收，改良土壤，同時提高產(chǎn)品品質(zhì)，減少病害。據(jù)報道施用有機肥或生物有機肥可改善品質(zhì)的作物有很多，如黃瓜[1]、甘藍[2]、胡麻[3]、花生[4]、香草蘭[5]、冬小麥[6]、櫻桃[7]、香蕉[8]、可可[9]等等。四季小白菜是常見的食用蔬菜，生長周期短，出苗后近一個月即可上市。篩選適用于生長期短食用蔬菜的生物有機肥，改良土壤，提高產(chǎn)品品質(zhì)，具有重要意義。

土壤微生物數(shù)量和酶活性是影響土壤微生態(tài)環(huán)境的重要因素，驅動土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分的轉化。施用生物有機肥，可提高土壤脲酶、磷酸酶及轉化酶活性[7-8,10-13]，且與土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分間呈顯著或極顯著正相關[13]。生物有機肥亦可提高土壤細菌數(shù)量和放線菌數(shù)量，降低土壤真菌數(shù)量[2,8]。已報道生物有機肥施用的土壤有沼澤潮土[14]、水稻土[8]、鹽漬土[11]等。但土壤類型、耕作、施肥方式復雜多樣，施肥對土壤酶和土壤微生物數(shù)量影響不盡相同，而且農(nóng)田生物有機肥施用量5 000～22 500 kg/hm2，甚至更多。至目前為止，減少生物有機肥施用量，對于生育期短的食用蔬菜施用少量生物有機肥對土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響并不清楚。本研究針對我國東北草甸黑鈣土，少量施用幾種生物有機肥，對種植短生育期食用蔬菜的土壤微生物數(shù)量及酶活性進行調(diào)查，為篩選適宜于種植生育期短食用蔬菜的生物有機肥，改善土壤肥力，合理施肥提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試土壤為草甸黑鈣土，土壤有機質(zhì)3.08%，堿解氮178.5 mg/kg，有效磷25.4 mg/kg，速效鉀257.4 mg/kg，pH值為7.88；供試植物為四季小白菜，由哈爾濱金龍農(nóng)業(yè)有限公司生產(chǎn)。供試生物有機肥有4種，分別為：BF1是澳大利亞引進生物肥，活菌數(shù)≥0.2×108CFU/g；BF2是肉蛋白生物有機肥，有機質(zhì)含量≥25%，粗蛋白≥9%，氨基酸≥3%，鈣鎂硫≥8%，總養(yǎng)分(有機氮、有機磷、有機鉀)≥6%，活菌數(shù)≥0.2×108CFU/g；BF3是植物生長精生物肥，CuO≥6%、MgO≥5%、SiO2≥3%，活菌數(shù)≥0.2×108CFU/g；BF4是蓮花生物有機肥料，氨基酸≥10%、有機質(zhì)≥20%、腐植酸≥15%，活菌數(shù)≥0.2×108CFU/g。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 本試驗采用盆栽試驗探討幾種生物有機肥對土壤微生物和酶活性的影響，供試塑料盆的口徑為14 cm，高為13 cm，每盆裝入土壤3.5 kg，設7個處理分別是：處理一不施肥(CK)、處理二僅施化肥，磷酸氫二胺用量300 kg/hm2(F)、處理三為化肥+BF1、處理四為化肥+BF2、處理五為化肥+BF3、處理六為化肥+BF4、處理七為BF1(BF5)，不施化肥，以上處理的生物有機肥施用量均為2 g/kg，化肥用量均為磷酸氨二胺300 kg/hm2。每處理3次重復，共計21盆。2013年6月8日種植小白菜，先將每盆土樣用同量的水濕透，播種后覆干土，于玻璃溫室中生長培養(yǎng)。種植4 d時，每盆留水白菜幼苗6株。水分管理為：前期每隔2 d澆水一次，后期每隔1 d澆水一次，每處理澆水量及澆水時間一致。在盆栽后7，14，21，28 d分別取盆栽小白菜盆中央土壤樣品，取樣深度約為8—10 cm。測定土壤細菌、放線菌及真菌數(shù)量；土壤過氧化氫酶、脲酶、蛋白酶、轉化酶、磷酸酶等各項指標。

1.2.2 測定指標 土壤過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法、蛋白酶采用茚三酮比色法、脲酶采用靛酚藍比色法、轉化酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法、磷酸酶采用氯代二溴對苯醌亞胺比色法[15]；土壤細菌數(shù)量、放線菌及真菌數(shù)量分別于牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏一號培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基采用平板計數(shù)法測定。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)均采用Excel軟件和SPSS 20.0軟件進行ANOVA方差分析、多重比較(LSD，p≤0.05)。

2 結果與分析

2.1 生物有機肥料對土壤酶活性的影響

施用生物有機肥料處理的土壤酶活性的動態(tài)變化見表1。7 d時，施用生物有機肥均可提高過氧化氫酶(CAT)活性，BF1較F處理最大可提高CAT活性7.4%；BF2和BF4處理較F處理蛋白酶活性均受到抑制，分別抑制6.6%和6.7%，其他處理無顯著差異；F處理較CK處理顯著抑制脲酶、轉化酶和磷酸活性，分別可抑制42.2%，25.0%和53.4%。而施用生物有機肥可緩解這種抑制作用，各生物有機肥處理較F處理脲酶活性均顯著提高，BF3處理可提高88.5%；而施用生物有機肥BF1和BF2較F處理出現(xiàn)抑制轉化酶和磷酸酶作用，分別抑制轉化酶的28.8%和45.4%、磷酸酶活性的15.8%和27.6%；BF3和BF4出現(xiàn)促進作用，較F處理均提高轉化酶24.1%、磷酸酶10.8%。BF5處理亦抑制了轉化酶活性。表明，不同種類的生物有機肥施入土壤時，對土壤碳、磷循環(huán)有著不同的響應。

14d時，F(xiàn)處理較CK處理降低CAT活性，但BF2較F處理仍促進CAT活性；生物有機肥處理較F處理均可提高土壤蛋白酶、磷酸酶和轉化酶活性，最高處理分別為BF4，BF4和BF1，較F處理分別可提高16.2%，23.7%和33.6%。但生物有機肥處理脲酶活性均較低，BF1、BF3和BF4處理較F處理的脲酶活性均受到抑制，BF1最大可抑制54.8%；此時，土壤微生物大量增殖，需要大量的碳源供應，促使轉化酶、磷酸酶、蛋白酶活性增大。

21d時，F(xiàn)處理較CK處理CAT活性顯著提高，提高約3%。而施用生物肥處理較F處理差異較小；此時，生物有機肥可促進蛋白酶、脲酶及磷酸酶活性，最高分別為處理BF4，BF1和BF1，分別較F處理可提高17.2%，1.6倍和34.6%。而施用生物肥較F處理可抑制轉化酶活性，F(xiàn)1處理最高可抑制86.0%；表明當土壤中氨態(tài)氮、磷素被作物或土壤微生物利用后，解除了底物的反饋抑制作用，又可提高其脲酶、磷酸酶的活性。

28d時，各處理CAT、磷酸酶、脲酶活性恢復至對照水平。生物有機肥處理的蛋白酶活性亦恢復至對照水平，甚至出現(xiàn)抑制蛋白酶活性，BF4處理較F處理可抑制6.7%。而生物肥處理較F處理促進轉化酶活性，最高為BF4處理可提高89.8%；這可能與后期小白菜根系分泌物較多有關。

2.2 生物有機肥對土壤微生物數(shù)量的影響

由表1可以看出，7 d時，施用化肥和生物有機肥均可促進土壤細菌的數(shù)量，其中F處理較CK處理可提高1.56倍，而生物肥處理中BF1較CK處理可提高土壤細菌數(shù)量的80%，但較F處理明顯抑制細菌的增殖；施用化肥和生物肥均可抑制土壤放線菌數(shù)量，其中，BF4處理較CK處理可抑制47.2%；F處理較CK處理可明顯提高土壤真菌數(shù)量54.5%，而BF2和BF3可減緩這種抑制作用。BF5處理較CK明顯增加真菌數(shù)量，約提高1.73倍。

表1 施用生物有機肥處理土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的動態(tài)變化

注：CK為不施肥處理，F(xiàn)為僅施化肥處理；BF1—BF5為不同生物有機肥；n=3。

14d時，化肥和生物有機肥對細菌仍具有促進作用，BF2處理較CK處理最大可提高1.96倍，BF5處理可提高61.4%；施用化肥和生物有機肥處理仍抑制土壤放線菌數(shù)量，其中BF1處理抑制效果最明顯，可抑制48.5%；而BF3處理較F處理明顯促進真菌數(shù)量，其他處理真菌數(shù)量無顯著差異。

21d時，BF1和BF4較F處理對細菌數(shù)量仍具有明顯促進作用，分別提高22.4%和35.6%，而BF2和BF3較F處理的細菌呈現(xiàn)出抑制作用，分別抑制37.2%和15.1%；F處理較CK處理放線菌數(shù)量明顯增多，提高31.7%，BF1和BF3處理較F處理放線菌數(shù)量明顯增多，分別提高17.9%和33.0%；而各處理的真菌數(shù)量無顯著差異。

28d時，施用化肥和生物有機肥處理均表現(xiàn)出對細菌數(shù)量的抑制作用，其中BF4處理較F處理可抑制42.2%；施用化肥和生物有機肥處理對放線菌數(shù)量有促進作用，其中，F(xiàn)處理促進效果最明顯，可提高1.46倍，而添加生物有機肥處理抑制了這種作用，較F處理仍呈現(xiàn)出抑制作用。而BF5處理可提高放線菌數(shù)量66.4%；施化肥處理真菌數(shù)量已恢復至對照水平。施用生物有機肥處理較F處理恢復至對照水平，而BF2處理甚至出現(xiàn)抑制土壤真菌數(shù)量，抑制38.7%。

2.3 土壤酶活性和微生物數(shù)量的相關性

過氧化氫酶與蛋白酶呈顯著正相關；轉化酶與脲酶、磷酸酶呈顯著正相關；細菌數(shù)量與脲酶呈現(xiàn)顯著負相關；放線菌數(shù)量與脲酶呈極顯著負相關；真菌數(shù)量與脲酶、轉化酶活性呈極顯著負相關。轉化酶、磷酸酶與過氧化氫酶、蛋白酶呈極顯著負相關。

表2 土壤酶活性和微生物數(shù)量間相關性分析

**表示極顯著相關(p<0.05)；*表示顯著相關(p<0.01)。

3 討論與結論

本研究旨在了解在種植生育期短的蔬菜土壤中少量施入不同生物有機肥對土壤肥力的影響，而土壤酶、微生物數(shù)量從不同角度表征土壤生物化學代謝過程、微生態(tài)環(huán)境[20]。當施肥7 d時，土壤中加入化肥較不施肥CK處理均可提高細菌數(shù)量，真菌數(shù)量，抑制土壤脲酶、磷酸酶、轉化酶活性及放線菌的增殖，可能由于施入土壤化肥后土壤中釋放大量氨態(tài)氮和磷素，底物濃度的增大抑制了土壤脲酶和磷酸酶的活性，但有利于微生物的增殖，其中細菌和真菌的增殖較快，放線菌的增殖受到抑制。施生物有機肥處理與僅施化肥處理相比過氧化氫酶、脲酶活性增加，這與杜社妮[16]及谷思玉[15]等的研究相似，施用生物有機肥或有機肥可提高土壤過氧化氫酶及脲酶的活性、而與本研究的生物有機肥施用量大小及施肥時間長短不同。但對過氧化氫酶活性的影響較小，與袁嶺等的[18]研究結果一致。施用生物有機肥處理較化肥處理抑制細菌的增殖，一些生物有機肥處理呈現(xiàn)出抑制放線菌數(shù)量增殖(BF3和BF4)，蛋白酶(BF2和BF4)、轉化酶(BF1和BF2)及磷酸酶(BF1和BF2)的活性，而一些生物有機肥呈現(xiàn)出激活過氧化氫酶(BF1和BF4)、轉化酶(BF3和BF4)、磷酸酶(BF3和BF4)。這可能與不同生物肥所含微生物種類不同，對土著微生物及微生態(tài)環(huán)境響應不同造成。

施肥14 d時，由于本研究施入生物有機肥的量較小，生物有機肥較化肥處理的過氧化氫酶活性影響較小，但仍可以明顯激活細菌的增殖，提高蛋白酶、轉化酶、磷酸酶的活性。這與前人研究結果一致[22-23]，表明少量施用生物有機肥對土壤微生態(tài)環(huán)境具有明顯改善，促進土壤物質(zhì)代謝能力。丁文娟等[8]研究種植香蕉的水稻土中施入生物有機肥也可提高土壤酶活性，促進細菌的增殖，與本文研究結果一致。而本研究中部分生物有機肥較化肥處理抑制了放線菌的增殖(BF1)、脲酶活性(BF1，BF3和BF4)。僅BF3生物肥促進真菌的增殖。這可能是由于施入少量的生物有機肥較化肥處理相比，生物肥中所帶有有益微生物數(shù)量并不一定占有菌群優(yōu)勢，而施入土壤中氨態(tài)氮肥在細菌的增殖過程中仍存有一定濃度，對土壤脲酶活性可產(chǎn)生反饋抑制作用。僅施BF1生物有機肥處理BF5與CK相比，蛋白酶、脲酶、轉化酶及磷酸酶及土壤細菌數(shù)量均有所提高。

施肥21 d時，供試生物有機肥較化肥處理對過氧化氫酶、蛋白酶、真菌數(shù)量影響較小，促進磷酸酶活性，抑制轉化酶活性，部分生物有機肥可促進脲酶活性(BF1和BF4)、細菌的增殖(BF1和BF4)和放線菌的增殖(BF1和BF3)，而部分生物有機肥較化肥處理抑制細菌增殖(BF2和BF3)。據(jù)田小明等[14]報道連續(xù)施用生物有機肥，隨著其用量的增加，微生物量及脲酶活性也在增加。而本研究施入少量生物有機肥在四季小白菜的生長旺盛期也可促進土壤細菌的增殖和脲酶的活性。在此階段，僅施BF1生物有機肥的處理BF5與對照相比，過氧化氫酶、蛋白酶、磷酸酶、脲酶、轉化酶及細菌數(shù)量均有明顯的增殖。表明僅施BF1生物有機肥可在種植四季小白菜生育期后期也可改善土壤理化性質(zhì)。而王延軍等[19]認為生物有機肥與有機肥配施效果更好。本研究與張輝等[6]及陳波等[7]的研究結果相似，施用生物有機無機復合肥可提高土壤轉化酶、脲酶、磷酸酶及土壤微生物數(shù)量，其中，張輝等[6]研究時生物有機無機復合肥的施用量為6 670 kg/hm2，與本研究生物有機肥施用量約5 250 kg/hm2相近。但種植作物及選用測定的生長時期不同。

施肥28 d時，生物有機肥處理較化肥處理的土壤真菌數(shù)量、蛋白酶、過氧化氫酶、脲酶、磷酸酶活性基本恢復至對照水平，土壤生物有機肥仍抑制放線菌的增殖，激活了轉化酶活性?？赡苡捎谛“撞松┢?，植物體較大，土壤中根系分泌物較多，產(chǎn)生一些轉化酶可利用底物，刺激轉化酶活性的增高。而對BF1生物有機肥與CK處理對比，土壤酶活性恢復至對照水平。

土壤酶主要由微生物及植物根系的分泌作用，是土壤養(yǎng)分轉化的重要標志，土壤轉化酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酶參與土壤C素、N素及P素循環(huán)，而過氧化酶參與土壤物質(zhì)與能量轉化過程，表征土壤總的生物活性及肥力狀況[16]。經(jīng)相關性分析發(fā)現(xiàn)，過氧化氫酶與蛋白酶呈顯著正相關關系，轉化酶與脲酶、磷酸酶呈顯著正相關關系，而轉化酶、磷酸酶與過氧化氫酶、蛋白酶存在彼此消長的關系。而陳歡等[10]經(jīng)長期定位施肥發(fā)現(xiàn)，過氧化氫酶與脲酶、轉化酶呈顯著正相關關系，而與磷酸酶呈消長關系?？赡苡捎谕寥李愋?草甸黑鈣土與砂姜黑土)、種植作物(四季小白菜和小麥、玉米)及肥料種類(生物有機肥和有機肥)不同，導致微生物參與的代謝途徑不同所致。而我們以前研究也發(fā)現(xiàn)土壤放線菌數(shù)量與土壤脲酶呈現(xiàn)顯著負相關關系[21]，可能與土壤類型有關。

綜上所述，本研究在種植四季小白菜時施入少量生物有機肥(5 250 kg/hm2)，在施肥7 d時生物有機肥可促進土壤過氧化氫酶和脲酶活性，降低了土壤細菌數(shù)量，土壤蛋白酶及轉化及磷酸酶活性因生物有機肥種類而異，施肥14 d時，生物有機肥可明顯刺激細菌增殖，提高土壤蛋白酶、轉化酶及磷酸酶的活性。施肥21 d時生物有機肥處理較施化肥處理仍可促進磷酸酶活性，而過氧化氫酶及蛋白酶活性已恢復至對照水平，僅施生物BF1與不施肥處理相比，在14 d至21 d期間可明顯提高土壤細菌數(shù)量，促進土壤蛋白酶、脲酶、轉化酶及磷酸酶活性。施肥28 d時，施用少量生物有機肥處理較化肥處理的土壤過氧化氫酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性以及土壤真菌數(shù)量恢復至對照水平。此外，由國外引進的生物有機肥BF1在不施化肥的情況下，可改善土壤微生態(tài)環(huán)境，因此在土壤肥力較好的土壤類型中適宜施用BF1生物有機肥，有望達到土壤可持續(xù)利用的目的。

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Effects of Bioorganic Fertilizers on Soil Enzyme Activities and Amount of Microorganism in Pakchoi Pot Experiment

JING Ruiyong, WANG Liyan, GUO Yongxia

(HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity,Daqing,Heilongjiang163319,China)

Bioorganic fertilizer is vital for development of green organic agriculture, and there are a great variety of bio-organic fertilizers at home and abroad. It is of significance of screening appropriate local bioorganic fertilizers. In this paper, pakchoi was cultivated with four bioorganic fertilizers, dynamic changes of soil enzyme activities and amount of microorganism in the treatment with bio-organic fertilizer (2 g/kg) were detected by regular sampling in pot experiment. The results showed that bioorganic fertilizers could promote the activities of catalase and urease and reduce the amount of soil bacteria at the first week after fertilization. Bioorganic fertilizers significantly stimulated the bacteria proliferation, improved the activities of soil protease, sucrose and phosphatase in 2 weeks after fertilization. In 3 weeks after fertilization bioorganic fertilizers still promoted the activity of soil phosphatase, howerer, the other enzyme activity returned to control level. In 4 weeks after fertilization the activities of catalase, urease, protease and phosphatase and the amount of fungi in treatment with bioorganic fertilizer returned to control level. In the middle of detection, the abroad bioorganic fertilizer(BF1) could improve soil microbial properties when no chemical fertilizer was not applied, which needs to further study. The above results can provide the theoretical basis for selecting excellent bioorganic fertilizer.

bioorganic fertilizer; soil enzyme; amount of microorganism; pakchoi

2014-12-01

2014-12-25

國家自然科學基金(31300425)

荊瑞勇(1978—),男,內(nèi)蒙人,博士,講師,主要從事微生物生態(tài)的教學與科研。E-mail:jry_2002@126.com

郭永霞(1970—),女,黑龍江人,博導,教授,主要從事生物技術方面教學與科研。E-mail: gyxia@163.com

S154.3

1005-3409(2015)02-0079-05