腐植酸銨對連作棉田土壤微生物特性的影響*

王永強(qiáng)，陳 林，銀永安，王 靜

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，新疆 石河子 832000）

腐植酸銨對連作棉田土壤微生物特性的影響*

王永強(qiáng)，陳 林，銀永安*，王 靜

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，新疆 石河子 832000）

本研究通過分析施用腐植酸銨肥對新疆地區(qū)連作棉田土壤微生物種群、微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響，從而認(rèn)識連作棉田土壤微生物特性對腐植酸銨肥的響應(yīng)，以期明確微生物對環(huán)境質(zhì)量變化的指示作用，從而為施用腐植酸銨肥料培肥土壤提供理論支撐。試驗(yàn)采用稀釋平板計(jì)數(shù)法、氯仿熏蒸-K2SO4提取法和相關(guān)的酶測定法。結(jié)果表明，施用腐植酸銨肥可以顯著提高土壤細(xì)菌、真菌、放線菌種群數(shù)量，提高最大比例分別為109%、100%和80.6%；施用腐植酸銨肥可以顯著提高土壤微生物量碳、氮、磷，提高最大比例分別為153%、200%和229%，且能顯著增加棉田土壤蛋白酶、堿性磷酸酶和多酚氧化酶活性。當(dāng)腐植酸銨肥施用量為450kg/hm2時(shí)，土壤的微生物活性最大。

腐植酸銨；連作棉田；微生物；微生物量；酶活性

眾所周知，腐植酸類物質(zhì)可以提高土壤陽離子交換能力，調(diào)節(jié)土壤pH值，刺激有益微生物的生長和繁殖，減少病原體，提高植株自然抗病、抗蟲害的能力，同時(shí)降低微生物對外源有機(jī)物質(zhì)的礦化，有效增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)生物穩(wěn)定性。近年來，將土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)組成、微生物生物量以及土壤酶活性等土壤微生物特性作為衡量土壤健康狀況的指標(biāo)來指導(dǎo)土壤生態(tài)系統(tǒng)的管理已逐漸成為研究熱點(diǎn)。土壤微生物活性變化指標(biāo)的研究對建立現(xiàn)代有機(jī)農(nóng)業(yè)土壤健康質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的生物學(xué)預(yù)警體系起著至關(guān)重要的作用。自20世紀(jì)90年代中期以來，土壤質(zhì)量的微生物學(xué)特性及分子生態(tài)足跡作為對生態(tài)系統(tǒng)演變的靈敏響應(yīng)不斷得到專家學(xué)者的注意[1-3]；人們不再只關(guān)注施肥對土壤理化性質(zhì)的影響，慢慢的也在重視施肥對土壤微生物學(xué)特性的影響。

新疆是我國棉花的主栽區(qū)，連續(xù)20年棉花種植總面積和總產(chǎn)量都位居全國第一，但在棉花豐收的背景下，種植結(jié)構(gòu)單一，連作現(xiàn)象十分嚴(yán)重，棉花黃萎病發(fā)病率和發(fā)病面積都在逐年增加，目前已成為制約新疆棉花高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要因素。因此，棉花生產(chǎn)要可持續(xù)發(fā)展就必須先解決棉花黃萎病的問題。近年來，國內(nèi)外在治理棉花黃萎病方面推出了抗病棉、農(nóng)業(yè)防治和化學(xué)防治等一系列措施，但效果并不理想[4-5]，腐植酸肥料對土壤微生物特性影響的研究較少，王書奇[6]等人的研究表明，黃腐酸（FA）類物質(zhì)對棉花枯黃萎病具有明顯的抑制效果。本研究于2014年在天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所棉花試驗(yàn)點(diǎn)施用腐殖酸銨肥料，探討連作棉田土壤微生物特性變化規(guī)律，以期提高土壤微生物數(shù)量、微生物量及土壤酶活性，為改善連作棉田土壤質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在新疆石河子天業(yè)農(nóng)業(yè)研究所棉花試驗(yàn)點(diǎn)開展。試驗(yàn)共設(shè)4個處理，分別為：對照CK（不施肥）、低量（150kg/hm2，T1）、中量（450kg/hm2，T2）、高量（750kg/hm2，T3）腐植酸銨。腐植酸銨在播種前施入。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個小區(qū)面積為0.07hm2。

小區(qū)按隨機(jī)區(qū)組排列，在2013年10月20日施肥前取表層0～30cm土壤測其基礎(chǔ)理化性質(zhì)，采集的土壤樣品應(yīng)先在室內(nèi)干燥通風(fēng)處自然晾干，然后研磨，最后通過0.900mm和0.150mm篩后備用。試驗(yàn)土壤質(zhì)地為壤土，pH值8.31，總鹽0.49s/m，有機(jī)質(zhì)11.8g/kg，堿解氮41.5mg/kg，速效磷10.6mg/kg，速效鉀371mg/kg。

1.2 采樣方法

施用腐植酸銨后第60天取土樣，采樣深度為0～30cm。

1.3 測試方法

土壤微生物數(shù)量測定采用稀釋平板表面涂布法，細(xì)菌、真菌、放線菌培養(yǎng)分別采用牛肉膏蛋白瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基以及改良高氏一號培養(yǎng)基；土壤酶活性的測定方法參考關(guān)松蔭[7]的方法；土壤微生物量測定方法采用氯仿熏蒸直接提取法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用SPSS19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸銨對棉花土壤微生物數(shù)量的影響

表1 腐植酸銨對土壤微生物數(shù)量的影響 cfu/g

由表1可以看出，所有施加腐植酸銨肥料處理的土壤，細(xì)菌、放線菌及真菌的數(shù)量都顯著高于CK，說明腐植酸銨能夠有效提高連作棉田土壤微生物的活性。但是，不同腐殖酸銨肥料用量下其微生物影響效果不同，其中影響最大的是細(xì)菌，真菌次之，放線菌影響最小。與CK相比，細(xì)菌數(shù)量（T2）最高的提高了109%；真菌數(shù)量（T2）最高的提高了100%；放線菌數(shù)量（T3）提高了80.6%。

2.2 腐植酸銨對棉花土壤微生物量的影響

表2 腐植酸銨對土壤微生物量的影響 mg/kg

土壤中微生物量C、N、P不僅是土壤有效養(yǎng)分的儲存庫，同時(shí)也是作物生長利用養(yǎng)分的重要來源，是土壤肥力變化的重要依據(jù)之一。由表2可以看出，在0～30cm土層，與不施肥處理（CK）相比，腐植酸銨處理的土壤微生物量碳、氮、磷有顯著的增加，微生物量碳分別增加了20.2%、153.0%和69.6%，微生物量氮分別增加了120%、200%和136%，微生物量磷分別增加了95.0%、229.0%和101.0%。均為T2＞T3＞T1。

2.3 腐植酸銨對土壤酶活性的影響

表3 腐植酸銨對土壤酶活性的影響

土壤蛋白酶活性高低在一定程度上反映了土壤氮素營養(yǎng)狀況，腐植酸銨處理的蛋白酶活性顯著高于CK處理，說明腐植酸銨能顯著提高土壤中蛋白酶活性，延長腐植酸銨肥料在土壤中的肥效。

土壤磷酸酶能夠催化土壤有機(jī)磷化合物礦化，有效分解轉(zhuǎn)化土壤中的有機(jī)磷，提高土壤中有效磷含量，是評價(jià)土壤磷素轉(zhuǎn)化方向的重要指標(biāo)[8]。土壤中施入腐植酸銨可以增加土壤堿性磷酸酶的活性，其中，T2處理達(dá)到了顯著水平（p＜0.05）。

多酚氧化酶是表征土壤腐植質(zhì)化程度的專性酶。施腐植酸銨可以明顯提高土壤中多酚氧化酶活性，4個處理土壤多酚氧化酶活性表現(xiàn)為：T2＞T1＞T3＞CK。

土壤過氧化氫酶可以有效分解過氧化氫，防止過氧化氫毒害生物體。施腐植酸銨對土壤過氧化氫酶活性沒有明顯增加效果，說明施加腐植酸銨肥料對棉田土壤過氧化氫酶活性影響不大。

2.4 土壤酶活性與土壤微生物數(shù)量和微生物量之間的相關(guān)分析

表4 土壤酶活性與土壤微生物之間的相關(guān)性

由表4可以看出，土壤中可培養(yǎng)的細(xì)菌、真菌、放線菌與土壤蛋白酶以及堿性磷酸酶活性之間呈顯著或者極顯著關(guān)系，說明土壤中與氮素、磷素有關(guān)的酶活性和土壤中的微生物密切相關(guān)，除多酚氧化酶與放線菌存在顯著相關(guān)性外，土壤中的微生物與多酚氧化酶和過氧化氫酶不存在相關(guān)性，說明土壤中的微生物與腐殖質(zhì)有關(guān)的酶關(guān)系不大。

微生物量碳、氮、磷與土壤蛋白酶和堿性磷酸酶活性存在極顯著關(guān)系，與多酚氧化酶和過氧化氫酶無顯著關(guān)系，表明土壤微生物生物量碳、氮與氮素、磷素有關(guān)的酶密切相關(guān)，而與腐植質(zhì)有關(guān)的酶相關(guān)性不大；微生物量碳和氮不但可以敏感地反映出不同肥料處理間微生物總生物量上的差異，也能從一定程度上反映出不同肥料處理之間土壤酶活性的大小。這正好印證了氮素、磷素有關(guān)的酶與腐植質(zhì)有關(guān)的酶不存在相關(guān)性。

3 討論

3.1 腐植酸銨對微生物種群數(shù)量的影響

土壤微生物種群數(shù)量對環(huán)境變化極其敏感，本試驗(yàn)通過施加腐植酸銨肥料必然會對其產(chǎn)生一定的影響。王利賓等人研究表明[9]，施加腐植酸肥料會顯著增加土壤中微生物數(shù)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施加腐植酸銨肥料可以有效增加連作棉田土壤微生物數(shù)量，但隨著施肥量的增加，微生物數(shù)量表現(xiàn)為下降趨勢。分析其原因，可能是由于腐植酸銨肥料具有促進(jìn)作物根系生長發(fā)育的作用，在一定量的情況下可以增加作物根系數(shù)量及其分泌物，改善土壤微環(huán)境，從而增加土壤中微生物數(shù)量。但是過量的施加腐植酸銨肥料會造成植株產(chǎn)生脅迫作用以及土壤環(huán)境干燥等不利因素，因而造成土壤中微生物數(shù)量下降。

3.2 腐植酸銨對土壤微生物量的影響

土壤微生物量是指土壤中除了活的植物體 （如植物根系等）外，體積小于5×103um3的生物總量，一直為國際土壤學(xué)界研究的熱點(diǎn)[10]。土壤微生物量碳和氮的含量直接決定了土壤生物肥力，同時(shí)也從很大程度上反映出了土壤中微生物活動狀況。本研究結(jié)果表明，施加腐植酸銨肥料后連作棉田土壤微生物量碳、氮、磷都顯著大于對照土壤。這與劉蘭蘭[11]等的研究相同，施加腐植酸銨肥料不僅促進(jìn)根系生長，改善作物根際微環(huán)境，還可以活化土壤增加土壤養(yǎng)分含量，為微生物提供充足的碳源、氮源和磷源。

3.3 腐植酸銨對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)新陳代謝的重要動力，能全面反映出土壤生物學(xué)肥力變化，是判別不利環(huán)境下或者人為擾動下土壤生態(tài)系統(tǒng)的早期預(yù)警指標(biāo)。Vepslinen等[12]研究表明，施用有機(jī)肥料或化學(xué)肥料有助于改善土壤理化性質(zhì)和微生物區(qū)系，提高土壤酶活性。該試驗(yàn)結(jié)果表明，不同施肥處理對土壤酶活性的影響也有著顯著的差異，施加腐植酸銨肥料能顯著增加土壤蛋白酶、堿性磷酸酶及多酚氧化酶活性，但對過氧化氫酶活性沒有影響，土壤過氧化氫酶活性呈現(xiàn)不變趨勢。試驗(yàn)結(jié)果表明，連作棉田土壤酶活性受土壤氮含量的影響趨勢表現(xiàn)不一；主要是因?yàn)橛绊懲寥烂富钚缘囊蛩匕ㄍ寥篮?、土壤有機(jī)質(zhì)組成成分、分解轉(zhuǎn)化等多種因素，造成土壤酶活性變化規(guī)律復(fù)雜化。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，施加腐植酸銨肥料可以顯著改善土壤微生物特性及酶活性。

（1）從土壤三大微生物數(shù)量變化看，施加腐植酸銨肥料可以顯著提高連作棉田土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量，但是不同微生物種群對其響應(yīng)存在一定的差異，且肥料的施用量也對三大菌群數(shù)量有顯著影響；（2）從土壤微生物量變化情況看，施用腐植酸銨能顯著地增加土壤微生物量碳、氮、磷的含量，且變化規(guī)律與土壤微生物數(shù)量變化規(guī)律相同；（3）從土壤酶活性變化情況看，施加腐植酸銨肥料能顯著增加連作棉田土壤蛋白酶、堿性磷酸酶及多酚氧化酶；（4）從土壤酶活性與土壤微生物之間的相關(guān)性來看，土壤微生物與腐殖質(zhì)有關(guān)的酶關(guān)系不大，且氮素、磷素有關(guān)的酶與腐殖質(zhì)有關(guān)的酶不存在相關(guān)性。

綜上所述，通過施加腐植酸銨肥料可以提高土壤肥力，改善土壤微生物環(huán)境及微生物特性，實(shí)現(xiàn)培肥地力的目的。當(dāng)腐植酸銨肥施用量為450kg/hm2時(shí)，土壤的微生物活性最大。

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2015—07—06

新疆第八師石河子市科技基礎(chǔ)條件平臺建設(shè)計(jì)劃；新疆第八師石河子市農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目“滴灌生物有機(jī)肥的研制與應(yīng)用”（2014ny17）。

*通訊作者：銀永安（1983-），男，陜西渭南人，博士，副研究員，從事節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)高產(chǎn)生理與品質(zhì)性狀研究。Email：yinyongan1983@163.com。