旱田改水田對黑土pH及微生物類群的影響

杜春梅 頓圓圓 王妍 韓月新 張海軍 董錫文

摘要 [目的] 探明旱田改水田后黑土酸堿度及土壤微生物的變化。 [方法] 通過5點采樣法取樣，利用平板菌落計數(shù)法對相關微生物類群數(shù)量進行研究。 [結果] 旱田改為水田后，土壤pH顯著上升；細菌和真菌數(shù)量明顯增多，放線菌數(shù)量變化不明顯，纖維素分解菌數(shù)量逐漸下降，在5～10 cm土層，其數(shù)量較旱田顯著降低（P<0.05），有機磷細菌和無機磷細菌數(shù)量略有增加；在0～5 cm土層水田的B/F比旱田顯著降低，但其他土層間B/F差異不大。 [結論] 短期旱田改水田能初步緩解土壤的酸化問題；旱田改水田后土壤微生物數(shù)量發(fā)生了變化；水田中各土層間B/F較一致，說明土壤微生物類群結構更為穩(wěn)定。

關鍵詞 黑土；旱田；水田；pH；微生物

中圖分類號 S154.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）06-0103-03

Effects of Turning Dry Land into Paddy Land on pH Value and Groups of Microorganisms in Black Soil

DU Chun-mei1，2，DUN Yuan-yuan1，WANG Yan1，DONG Xi-wen1，2* et al

（1.College of Life Science，Jiamusi University，Jiamusi，Heilongjiang 154007； 2.Institute of Applied Microbiology，Jiamusi University，Jiamusi，Heilongjiang 154007）

Abstract [Objective] To explore the changes of microorganisms groups and pH value in black soil after turning dry land into paddy land.[Method] Five points sampling method was adopted to take samples，and tablet colony counting method was used to study the numbers of soil microorganisms. [Result] The results showed that the soil pH value increased significantly after turning dry land into paddy land.The numbers of bacteria and fungi increased significantly，but actinomycetes had no change.Cellulose utilization microorganisms decreased in the depth from 5 to 10 cm significantly（P<0.05）.Organic and inorganic phosphorus bacteria increased slightly.B/F value in paddy field decreased obviously than that in dry land，especially in the above depth of soil. [Conclusion] The soil acidification can be remitted in first year after turning dry land into paddy land.The numbers of soil microorganisms change significantly after turning dry land into paddy land.The B/F values among every depth have no difference in paddy field which show that the structure of soil microorganism groups are more stable.

Key words Black soil；Dry land；Paddy land；pH；Microorganisms

東北黑土區(qū)是世界上四大片黑土區(qū)之一[1]，為我國重要的商品糧生產(chǎn)基地。但自開墾以來，不合理的施肥和不科學的農業(yè)管理，使得東北黑土農田面臨土壤肥力下降、土壤酸化等影響農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴峻問題。隨著“旱改水”工程的推進，黑龍江省旱田改水田種植面積越來越大[2]，旱田改水田后，勢必引起黑土土壤理化性質及微生物群落結構發(fā)生改變。

土壤微生物直接參與土壤的碳、氮循環(huán)，其活性和數(shù)量直接影響土壤有機質的運轉以及作物所需養(yǎng)分的提供及貯存，從而改善土壤結構，抑制植物病害的發(fā)生[3]。目前，關于黑土微生物方面的研究很多，但關于黑土旱田改水田后土壤 pH 及土壤微生物類群結構變化的研究較少。筆者對黑龍江地區(qū)黑土旱田改水田的土壤pH和微生物類群進行研究，以期為黑土的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

樣品采集于黑龍江省巴彥縣西集鎮(zhèn)靠山屯（水田：127°15′26.94″ E，46°10′31.22″ N，旱田改水田時間為1年；旱田：127°15′37.64″ E，46°10′33.94″ N）。利用5點采樣法分別采取0～5、5～10和10～20 cm 3個深度的土層，各土樣去除秸稈落葉，單獨裝袋記錄后帶回實驗室備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 pH的測定。將土樣按土∶水=1.0∶2.5浸提，用PHB-8型酸度計（上海佑科）測量土壤的pH，重復3次。

1.2.2 土壤微生物的培養(yǎng)。

細菌、放線菌、真菌固體培養(yǎng)基分別采用牛肉膏蛋白胨、高氏 Ⅰ 號和馬丁氏孟加拉紅選擇性培養(yǎng)基[4]，纖維素分解菌、無機磷細菌和有機磷細菌3種功能菌的固體培養(yǎng)基配制參照《土壤微生物研究原理與方法》[5]。

1.2.3 微生物的分離。

稱取10 g新鮮土樣，放入裝有90 mL無菌水的三角瓶（內放置20 個小玻璃珠）中，振蕩30 min，使土樣充分打散，按10倍稀釋法將土樣制成系列濃度梯度的土壤稀釋液，將0.1 mL適宜濃度土壤稀釋液涂布于各種固體培養(yǎng)基上，適宜溫度下培養(yǎng)3～5 d后觀察計數(shù)，每個土樣重復3次[6]。

土壤微生物數(shù)量采用平板菌落計數(shù)法。1 g干土菌落形成單位數(shù)（CFU/g）=（同一稀釋度平板上菌落平均數(shù)×10×稀釋倍數(shù)）×（1-含水率）/10。

1.3 數(shù)據(jù)分析 所有數(shù)據(jù)均采用Excel和SPSS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 旱田改水田對土壤pH的影響

土壤pH是衡量土壤酸堿度、反映土壤質量的重要化學性質之一，影響土壤的養(yǎng)分轉化及土壤微生物活性，進而影響土壤肥力[7-8]。由圖1可知，旱田pH在不同土層深度無明顯變化，但隨著土層深度的增加，水田pH明顯升高。在同一土層深度，水田的pH顯著高于旱田的pH（P<0.05）。其原因可能是硝酸鹽肥料的施入引起土壤pH增加[9]，或者植物殘留物在微生物的分解作用下給土壤補充大量的鹽基陽離子，增加了土壤的pH[10-11]。

2.2 旱田改水田對主要微生物類群的影響

土壤微生物是

反映土壤生化過程趨向的重要指標，并能夠預測土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的變化[12]。細菌、放線菌和真菌是土壤微生物的三大類群，與土壤有機質的分解和積累有密切關系。由表1可知，隨著土層深度的增加，旱田和水田土壤中細菌的數(shù)量明顯減少，且水田0～10 cm土層中細菌的數(shù)量顯著高于旱田（P<0.05）。這主要是由于表層土壤通氣良好，有利于細菌生長，同時，細菌生長也需要較高的濕度。隨著土壤深度的增加，放線菌數(shù)量雖明顯減少，但在同一土層，旱田和水田土壤中放線菌數(shù)量無顯著差異，說明旱田改水田對土壤中放線菌的生長影響不大。旱田中真菌數(shù)量以5～10 cm土層最多，說明此層土壤通氣和濕度均能很好地滿足其生長。水田中0～5 cm 土壤真菌數(shù)量顯著高于其他土層中真菌數(shù)量，說明真菌對氧氣的需求較多。水田表層土壤中真菌的數(shù)量顯著高于旱田（P<0.05），原因可能是作物殘體和根系殘留物及根系分泌物在土壤中積累產(chǎn)生的差異，使土壤微生物所得到的碳源數(shù)量及性質發(fā)生了變化，進而使土壤微生物的數(shù)量在不同種植方式下有所差別[13-14]。

2.3 旱田改水田對纖維素分解菌和磷細菌數(shù)量的影響

纖維素分解菌是土壤有機殘體分解的中心環(huán)節(jié)，其分解強度反映了土壤微生物對有機殘體分解的程度和速度，直接關系到土壤有機質的形成與積累[15]。磷細菌根據(jù)其分解無機磷、有機磷的形式分為無機磷細菌和有機磷細菌，它們能將土壤中無效態(tài)磷轉化成有效態(tài)磷，被植物吸收利用[16-17]。由圖2可知，旱田改水田后，隨著土層深度的增加，纖維素分解菌的數(shù)量逐漸下降，在5～10 cm土層，其數(shù)量較旱田顯著降低（P<0.05）。無機磷細菌和有機磷細菌在數(shù)量上略有增加。

2.4 旱田改水田對土壤B/F的影響

細菌數(shù)量和真菌數(shù)量的比值（B/F）是土壤微生物區(qū)系結構的一個重要特征指標，也是反映土壤質量的指標之一[18-19]。當土壤中真菌數(shù)量及其組成比例大幅度提高時，土傳病害發(fā)生的危險性增加，土壤質量下降[20]。由圖3可知，隨著土層深度的增加，旱田土壤B/F值顯著降低，水田土壤B/F保持相對穩(wěn)定。說明水田環(huán)境上下層土壤間相差不大，比較一致，而旱田土壤的不同土層間環(huán)境變化較大，尤其是真菌數(shù)量增長較多，使得B/F明顯降低。從變化幅度看，無論是旱田還是水田0～5 cm土壤B/F變化幅度均最大，可能是此層土壤受地表環(huán)境影響較大，導致細菌和真菌數(shù)量變化空間較大。

2.5 相關性分析

由表2可知，pH與真菌數(shù)量呈極顯著負相關，說明pH的增加會對真菌的數(shù)量造成較大影響。細菌、放線菌和真菌之間均呈極顯著正相關，說明微生物的三大類群之間關系密切，共同影響土壤養(yǎng)分的轉化與土壤的健康程度。纖維素分解菌與細菌和真菌均呈顯著正相關，但與有機磷細菌呈極顯著負相關。

3 結論與討論

旱田改為水田后，土壤pH顯著上升。土壤旱田改為水田后，其生態(tài)環(huán)境發(fā)生了變化，勢必引起相應微生物類群的改變。其原因可能是旱田改水田后土壤含水量變化影響離子在固相、液相之間的分配，鹽類的溶解與解離，進而影響土壤的酸堿度[21]；也可能與長期施用肥料有關，在一定作用范圍內，施用有機肥對土壤pH具有微調與緩沖作用[22]，說明短期旱田改水田能初步緩解土壤的酸化問題。

旱田改為水田后細菌和真菌數(shù)量明顯增多，放線菌數(shù)量變化不明顯，纖維素分解菌數(shù)量逐漸下降，在5～10 cm土層，其數(shù)量較旱田顯著降低（P<0.05）。有機磷細菌和無機磷細菌在平均數(shù)量上略有增加，與龔雪等[23]的研究結果一致。說明旱田經(jīng)初期灌水有利于好氧型及喜濕微生物的生長，放線菌對濕度的變化敏感性較差，受影響較小。微生物與環(huán)境、微生物之間的關系密切[24]，纖維素分解菌與細菌和真菌均呈顯著正相關，說明其關系更為密切，但有機磷細菌的積累不利于纖維素分解菌的增加。

水田中B/F比較穩(wěn)定，但旱田B/F變化較大，說明水田環(huán)境的穩(wěn)定帶來的是微生物類群的結構穩(wěn)定，而相對應的旱田則環(huán)境變化明顯[25]，尤其表層土壤環(huán)境變化更為明顯，它影響微生物類群的結構，進而影響土壤質量。

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