水肥運籌對麥田微生物多樣性和土壤酶活性的影響

王祁，孟自力

（商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南商丘 476000）

小麥?zhǔn)俏覈诙蠹Z食作物[1]，合理水肥運籌，不僅能有效提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，更重要的是可以合理改善土壤環(huán)境。麥田土壤性質(zhì)極其復(fù)雜，其中土壤酶活性能快速地響應(yīng)水肥運籌，施用有機(jī)肥可提高麥田土壤中的酶活性[2-3]，并且土壤酶活性受田間水分管理和施肥措施的影響[4]。該次試驗通過分析水分- 有機(jī)肥的不同方案的施用對小麥根際土壤酶活性和微生物多樣性的的影響，探索實現(xiàn)小麥的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙優(yōu)的最佳水肥運籌模式，以期為我國麥田糧食安全作出貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018年10月至2019年6月在河南省商丘市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)賈寨鎮(zhèn)保衛(wèi)村進(jìn)行，該地區(qū)屬暖溫帶亞濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫為14℃，年降水量達(dá)到700 mm，兩合土，土層深度0～30 cm、全氮77.8 mg/kg、有機(jī)質(zhì)2.2 mg/kg、速效鉀93.37 mg/kg、速效磷35.31 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試小麥品種為“商麥188”。研究中主要進(jìn)行如下4個處理。T1 處理：施加2000 kg/hm2有機(jī)肥，300 kg/hm2尿素，并保證供水充分；T2 處理：施肥同T1 尿素，水分脅迫；T3 處理：采用常規(guī)方法進(jìn)行施肥，僅施加500 kg/hm2尿素，保證供水充分；T4 處理：施肥同T3，水分脅迫。其中充分供水的灌水下限按照田間質(zhì)量持水率（FH）70%進(jìn)行計算，水分脅迫的則按60% FH 計算，采用地面灌水的方式。播種時，施入基肥，包括磷鉀肥100 kg/hm2、有機(jī)肥120 kg/hm2。通過設(shè)計隨機(jī)區(qū)組，各處理均設(shè)置3 次重復(fù)，12 個小區(qū)大小為9 m×3 m，面積為27 m2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 麥田根際取樣。在灌漿期進(jìn)行土樣采集工作。取樣前后，都需要對土壤質(zhì)量含水率進(jìn)行測定，要使充分供水、水分脅迫處理的含水率分別維持在70%，60%FH，確保水分處理準(zhǔn)確。以隨機(jī)的方式，運用多點取樣法，采集5點的混合土樣。在冬小麥根際土壤的收集方面，主要運用抖根法，先從土壤中整體挖出10～30 cm 間的植株根系，并抖掉其中松散結(jié)合的土體，刷下緊密結(jié)合根系的土壤，可作為根際土樣品。充分混合上述5 份相同處理的根際土壤，完成后將這些土壤分為2 個部分，分別放置保存于4℃的冰箱及-80℃的液氮中極速冷凍，前者用于對土壤酶活性的測定，后者用于對土壤微生物多樣性的測定，各取3 次重復(fù)。

1.3.2 土壤酶活性測定。土壤堿性磷酸酶活性的測定，可運用磷酸苯二鈉比色法進(jìn)行；土壤蔗糖酶活性的測定則可使用土壤蔗糖酶活性法。

為了解通過土壤纖維素酶催化纖維素降解而形成的還原糖量，可通過蒽酮比色法進(jìn)行測定，進(jìn)一步獲取土壤纖維素酶活性的值；土壤脲酶活性的測定，則可采用靛酚藍(lán)比色法，是指通過脲酶水解尿素而形成的NH3-N，測定在波長為240 nm 下，土壤反應(yīng)后吸光度的變化情況，所得出的值則可用于表示土壤過氧化氫酶活性高低[5]。

1.3.3 微生物多樣性測定。在具體測定時，可啟用高通量測序16sRNA 技術(shù)，基本步驟如下：①獲得土壤樣品；②提取DNA；③對合格樣品進(jìn)行檢測DNA；④PCR 擴(kuò)增、混樣、建庫，并做好檢測工作；⑤文庫經(jīng)過檢測合格后，即可通過Illu-minaMiseq/Hiseq 高通量測序平臺測序樣品，之后通過測序獲取Raw Data 數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)控；⑥聚類OTU，分類物種；⑦分析微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)，最后基于各個分類水平上統(tǒng)計物種注釋的群落結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2010 和DPS12.5 軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對麥田土壤酶活性的影響

如表1 所示，在處理條件下不同的情況下，測量麥田土壤酶活性的結(jié)果。在水分管理措施一樣的情況下，T1 和T3 間，T2 和T4 間均不存在顯著的差異；同時進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)T1、T3 的脲酶活性分別高于T2、T4。這可充分說明添加有機(jī)肥，對麥田土壤脲酶活性的影響并不大，而充分供水的影響較大。

表1 土壤酶活性

通過分析發(fā)現(xiàn)不同的處理方法，也會影響到過氧化氫酶、土壤蔗糖酶及堿性磷酸酶活性。研究結(jié)果表明經(jīng)T1處理的上述各項均衡較高。在水分管理條件一樣的情況下，對比T3、T4，T1 與T3 處理的上述指標(biāo)的活性均較高，且其差異顯著水平大。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)假設(shè)施肥條件一樣，則經(jīng)過T1，T3 處理的上述活性也遠(yuǎn)高于T2，T4，且其中存在較大的差異性。對比僅施加常規(guī)肥的情況，如施加有機(jī)肥，則上述各項活性較高；對比水分脅迫的措施，如果供水充分，則土壤酶的活性顯著提高。在水分管理相同的情況下，分析氧化氫酶活性可知，如果供水措施充分，則土壤酶活性可顯著提高。在水分管理同樣的情況下，對比T3 處理，T1 處理的過氧化氫酶活性較高；而T2低于T4，且差異十分顯著。綜上所述，在保證供水充分的情況下，對比常規(guī)施用化肥，施用有機(jī)肥更有利于提高過氧化氫酶活性。但是如果水分脅迫，則與之相反。

2.2 各處理對麥田土壤微生物多樣性的影響

如表2 所示，各處理覆蓋值均高于95%，這表明該次測序結(jié)果可一定程度說明多樣性的微生物。通過分析多樣性指數(shù)，如Shannon、Simpson 等表明4 個處理間的多樣性指數(shù)都有較大的差異性。一般認(rèn)為Shannon 指數(shù)越高，則表明樣本具有多樣性[6]。

表2 各處理的群落結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)

通過上述2 個指標(biāo)分析可以看出：從土壤微生物多樣性的角度分析，T1 處理與其他3 個處理方式存在顯著的差異性，其土壤微生物多樣性最高，最低的是T4。綜上，相較于施用常規(guī)肥，施加有機(jī)肥，可顯著提高土壤生物多樣性，同時在供水充分的情況下，其作用更為明顯。與此同時處理方法不同，其豐富度、均勻度也會有較大的差異性。對比T4 處理，T2 處理的這2 個指標(biāo)均較高，這說明相較于施用常規(guī)化肥，施用有機(jī)肥能夠使微生物顯著提高均勻度與豐富度；同時對比T2 處理，T1 處理較高，對比T4 處理，T3 處理也較高。這能夠充分說明相較于水分脅迫，供水充分更有利于微生物提高均勻度、豐富度。綜上Evenness、Evenness 和Shannon、Shannon、Richness 等 多 樣性指數(shù)分析可知，施加有機(jī)肥能夠使微生物的豐富度、均勻度都得到提高，讓小麥根際土壤微生物的多樣性得以改善，且對比水分脅迫的情況下，供水充分的改善效應(yīng)更為顯著。

3 結(jié)論

在供水充足的情況下，施加有機(jī)肥的意義重大。此舉能夠讓土壤顯著提高酶活性，具體體現(xiàn)過氧化氫酶、纖維素酶等方面。同時對比水分脅迫的情況，能夠保證供水充分，則提高土壤酶活性的情況更為顯著。換言之，如果水分脅迫，則是否施加有機(jī)肥，對土壤的該值影響并不大，即作用較弱。具體體現(xiàn)在微生物豐富度、均勻度以及小麥根際土壤微生物多樣性等方面。綜上所述，要改善微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤酶活性，就必須保證水分合理供應(yīng)，并施加有機(jī)肥，要正確把控作物需肥、需水期。