不同施肥處理對(duì)盆栽辣椒土壤酶活性及土壤微生物含量的影響

彭宇，閆會(huì)轉(zhuǎn)，肖中林，賈凱，燕存堯，王妍欣

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/新疆特色園藝作物種質(zhì)資源與高校生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091）

0 引言

【研究意義】過量投入[1]化肥、農(nóng)藥等，會(huì)破環(huán)土壤營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，土壤中硝酸鹽淋溶[2]。使用肥料增效劑[3]、生物炭[4]、腐殖酸[5]、有機(jī)肥、聚谷氨酸[6]等，或與豆科植物輪作[7]，利用水肥一體化減少化肥用量。提高土壤酶活性和微生物含量對(duì)促進(jìn)土壤代謝、增加土壤肥力、優(yōu)化植物種植技術(shù)有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤中的氮素大多為有機(jī)氮，有機(jī)氮只有通過微生物及酶的礦化后才能轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镂绽孟鯌B(tài)氮和氨態(tài)氮[9]。土壤酶作為土壤中的一個(gè)重要組分，參與一系列生化反應(yīng)、土壤發(fā)生發(fā)育、形成土壤肥力[10]。土壤中微生物是指活的有機(jī)體，是最活躍的土壤肥力因子之一。當(dāng)其類別和數(shù)量變化時(shí)，通常該土壤的生物活性水平也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】利用有機(jī)肥替代化肥對(duì)植物產(chǎn)量和品質(zhì)研究居多[8]，而對(duì)有機(jī)肥如何改善土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性狀的研究較少。土壤理化環(huán)境的改善會(huì)促進(jìn)土壤酶活性及微生物含量。當(dāng)土壤有益菌含量增加后，會(huì)促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分尤其是氮元素的吸收，進(jìn)一步提高肥料利用率。有機(jī)肥中的養(yǎng)分多以有機(jī)態(tài)存在而不能被作物直接吸收，需配合無(wú)機(jī)肥施用，有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施便成了提高土壤肥力和增產(chǎn)增收的有效方法。研究有機(jī)肥替代化肥后對(duì)其土壤酶活性以及微生物含量的影響就顯得尤為重要?！緮M解決的關(guān)鍵問題】辣椒最佳養(yǎng)分用量指標(biāo)，建立合理的有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施的施肥模式。為化肥減施，有機(jī)肥改善土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性狀的研究等提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)內(nèi)（86°37′33″～88°58′24″E、42°45′32″～44°08′00″N）進(jìn)行，該地區(qū)為溫帶大陸性干旱氣候，年平均降水286 mm，年平均溫度6.9℃。2020年5～9月的平均溫度為26.4～15.6℃。土壤基本理化性質(zhì)為容量0.19?？紫抖?.65，酸堿度pH6.66，EC 0.15 ms/cm。

辣椒品種石研天椒（螺絲椒，購(gòu)自烏魯木齊市頭屯河區(qū)五一農(nóng)場(chǎng)）、紅龍23號(hào)（色素椒，購(gòu)自石河子市）均為新疆地區(qū)主栽品種。營(yíng)養(yǎng)缽長(zhǎng)60 cm、寬20 cm、高25 cm。氨基酸液體有機(jī)肥（每1g中含N 3.6%、K2O 1.3%及P2O51.2%）由新疆美麗擴(kuò)科達(dá)拉農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。其他肥料為普通市售肥料：尿素（含N46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、磷酸二氫鉀（含P2O552%、K2O 34%）、硫酸鉀（含K2O 52%）、腐熟的羊糞?；|(zhì)配比為草炭∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別設(shè)6個(gè)處理，其中CK處理按照每生產(chǎn)1 000 kg辣椒需吸收純N 3.12 kg、P2O50.88 kg、K2O 3.87 kg施肥。其他處理氨基酸液體肥的量按照減少化肥的含氮量的多少確定?；矢贩时壤秊?：6，分別于門椒膨大期追施20%、對(duì)椒膨大期追施30%、辣椒盛果期追施50%，于2020年5月6日、5月7日定植，栽培管理隨常規(guī)。表1、表2

表1 各個(gè)時(shí)期各處理氮肥施用量及氨基酸肥施用量Table 1 Amount of nitrogen fertilizer and amino acid fertilizer applied in each stage and treatment

表2 各個(gè)時(shí)期其他類別肥料施用量Table 2 Other types of fertilizer application by period

1.2.2 土樣處理

各處理隨機(jī)選取3株，于盛果期（2020年9月17日）采土樣，棄掉表層土及貼營(yíng)養(yǎng)缽周際土，留根際土壤，pH與EC值的測(cè)定使用自然狀態(tài)下風(fēng)干的土樣，測(cè)定土壤酶活性與土壤微生物含量需要過40目篩（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分樣篩），土壤酶活性采用自然風(fēng)干土樣測(cè)定，土壤微生物使用鮮土樣測(cè)定。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)

采用實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)FE20（Mettler Toledo）測(cè)定pH。采用電導(dǎo)率儀測(cè)定EC值。靛酚藍(lán)比色法測(cè)定脲酶（Urease）活性[11]。使用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定過氧化氫酶（Solid-Catalase，S-CAT）和土壤脫氫酶（Soil dehydrogenase，s DHA）。

土壤微生物含量采用傳統(tǒng)的平板計(jì)數(shù)法（Plate count method）參考[12]方法。細(xì)菌、真菌、放線菌分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、改良馬丁培養(yǎng)基及高氏1號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)計(jì)數(shù)，細(xì)菌的稀釋濃度分別為10-3、10-4、10-5；真菌的稀釋濃度10-1、10-2、10-3，放線菌的稀釋濃度為10-3、10-4、10-5。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2010及SPSS Base Ver.19.0進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基酸液體有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)土壤酶活性的影響

研究表明，氨基酸液體有機(jī)肥替代化肥處理脲酶活性水平顯著高于僅使用化肥處理的。且整體趨勢(shì)隨著替代量的增加而增加。增長(zhǎng)速率先增大后減小，且于T5（即替代量為50%時(shí)達(dá)到最高）時(shí)達(dá)到最大值。T4相比CK增長(zhǎng)292%，T5相比CK增長(zhǎng)332%，T5的替代量可作為最佳替代量。圖1

圖1 不同處理下脲酶活性變化Fig.1 Effect of different treatments on urease activity

氨基酸液體有機(jī)肥替代化肥的處理過氧化氫酶活性水平均顯示高于僅使用化肥的處理。整體趨勢(shì)呈先升高后降低的趨勢(shì)，石研天椒中T2、T3、T4、T5各處理間無(wú)顯著性差異。紅龍23號(hào)中T1、T2、T3之間無(wú)顯著性差異，T4、T5之間無(wú)顯著性差異。紅龍23號(hào)于T1處理達(dá)到最大，最大值較CK增長(zhǎng)26.7%，石研天椒于T5處理達(dá)到最大，最大值較CK增長(zhǎng)21.5%。圖2

圖2 不同處理下過氧化氫酶活性變化Fig.2 Effect of different treatments on Catalase activity

隨著氨基酸有機(jī)肥替代量的增加，脫氫酶活性除T3處理外均高于CK處理。T2、T4處理為最加替代量，T4為最佳施肥處理。圖3

圖3 不同處理下脫氫酶活性變化Fig.3 Effect of different treatments on Dehydrogenase activity

2.2 氨基酸液體有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)土壤微生物含量的影響

研究表明，細(xì)菌數(shù)量最多，放線菌次之，真菌的含量最少。處理間顯示放線菌和細(xì)菌的含量會(huì)隨著氨基酸液體肥替代化肥量的增加而增加，真菌相反。放線菌，CK于其他處理間均顯示顯著性差異，T3、T4間無(wú)顯著性差異。細(xì)菌，石研天椒中CK較T1、T2無(wú)顯著性差異，T3、T4、T5較CK顯著性增多。紅龍23號(hào)中細(xì)菌數(shù)量顯示先增多后減少的趨勢(shì)，但有機(jī)肥替代化肥的處理依然高于CK，其中在T4達(dá)到峰值。真菌，石研天椒的其他處理較CK的顯著性降低的特點(diǎn)，T4、T5無(wú)顯著性差異。其中紅龍23號(hào)的其他處理較CK的顯著性降低，但之間無(wú)顯著性差異。氨基酸液體有機(jī)肥有助于放線菌和細(xì)菌含量的提高而抑制真菌的生長(zhǎng)。表3

表3 不同處理下微生物含量變化Table 3 Effect of different treatments on microbial content

2.3 氨基酸液體有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)土壤pH及EC值的影響

研究表明，利用氨基酸液體有機(jī)肥部分替代化肥后各處理間，pH值較CK處理有所提高，但增加不明顯。利用氨基酸液體有機(jī)肥部分替代化肥后各處理間EC值顯示出先升高后降低的趨勢(shì)，并在T2達(dá)到最高且各處理的EC值均高于CK處理，不同品種之間大體趨勢(shì)相同。其中石研天椒品種于T2處理時(shí)達(dá)到最高，最高值為2.197 mS/cm，T1處理EC值為1.801 mS/cm，剩余處理皆低于1.8 mS/cm。2個(gè)品種分別在T3、T4、T5的替代量下差異不顯著。圖4，圖5

圖4 不同處理下土壤p H變化Fig.4 Effect of different treatments on soil pH

圖5 不同處理下土壤EC值變化Fig.5 Effect of different treatments on soil EC value

2.4 各指標(biāo)之間的相關(guān)性

研究表明，pH值與脲酶活性及土壤放線菌數(shù)量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，與真菌數(shù)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系；EC值與過氧化氫酶、脫氫酶活性及放線菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與真菌數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；脲酶活性與過氧化氫酶活性、脫氫酶活性存在相關(guān)性，與放線菌數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與真菌數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；過氧化氫酶活性與細(xì)菌存在相關(guān)性，與真菌數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；脫氫酶與細(xì)菌數(shù)與放線菌數(shù)存在顯著正相關(guān)關(guān)系，2個(gè)品種間無(wú)顯著性差異。表4

表4 各指標(biāo)之間相關(guān)性Table.4 Analysis of correlation among indicators

3 討論

3.1 氨基酸液體有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)土壤酶活性的影響

脲酶可將土壤中的尿素水解成作為植物氮源之一的氨[13]。過氧化氫酶通過分解過氧化氫來(lái)反應(yīng)土壤的氧化還原能力。清除土壤中的毒害物質(zhì)，其活性與土壤微生物活動(dòng)有關(guān)，表征著土壤生物氧化過程強(qiáng)弱、土壤的生物化學(xué)活性、土壤呼吸強(qiáng)度及肥力狀況[14]。N增加或P減少，會(huì)引起土壤酸化，改變土壤養(yǎng)分有效性和微生物結(jié)構(gòu)[4]。

土壤酶作為一種生物催化劑，催化土壤系統(tǒng)內(nèi)的各類生物化學(xué)反應(yīng)[16]，提高基質(zhì)生化活性和有機(jī)磷的分解、轉(zhuǎn)化及生物有效性。其直接影響土壤能量代謝、有機(jī)碳的含量、物質(zhì)轉(zhuǎn)化及養(yǎng)分釋放和固定[17]。被視作表征衡量土壤生物學(xué)活性、土壤肥力、環(huán)境質(zhì)量和生產(chǎn)力的重要指標(biāo)[18-19]?？捎脕?lái)評(píng)價(jià)土壤中各營(yíng)養(yǎng)元素之間的轉(zhuǎn)化，以及不同農(nóng)業(yè)措施對(duì)作物需肥特性的影響[20]。

利用堆肥配施化肥處理的sDHA及脲酶活性顯著高于僅使用化肥的處理[21]。有機(jī)肥替代處理顯著提高S-CAT活性[22-24]?；蕼p量并配施有機(jī)肥的情況下同樣顯著提高植煙土壤酶活性，并增加植煙土壤的有機(jī)質(zhì)和活性、有機(jī)碳含量[25]。配施有機(jī)肥，土壤脲酶、蔗糖酶、S-CAT活性均顯著提高[26-29]。作物種植時(shí)間和鹽度也同樣都會(huì)對(duì)酶活性造成影響。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥使土壤顆粒有機(jī)質(zhì)含量增加，細(xì)菌多樣性增加，大部分酶活性增加[30]。以上結(jié)論皆與試驗(yàn)結(jié)果相符，試驗(yàn)中脲酶活性于T5（即替代量為50%時(shí)達(dá)到最高）時(shí)達(dá)到最大值。與陳宵宇[31]N3M3（有機(jī)肥替代量為50%）的試驗(yàn)結(jié)果保持一致性。根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果有機(jī)肥的替代量大于50%后脲酶活性將不再繼續(xù)升高。酶活性的提高可能與有機(jī)肥可以為植物提供豐富的有機(jī)氮和有機(jī)質(zhì)有關(guān)。氮肥對(duì)土壤酶活性的影響與水分供應(yīng)量有關(guān)，低的含水量加低施氮量有利于提高土壤脲酶和S-CAT的活性[32]。也不是越多有機(jī)肥替代化肥酶活性越高[33]。有機(jī)肥大量投入對(duì)脲酶活性提高無(wú)促進(jìn)作用[34]。

3.2 氨基酸液體有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)土壤微生物的影響

土壤中的微生物主要包括細(xì)菌、放線菌、真菌三大微生物類群及原生動(dòng)物和病毒等，其中細(xì)菌占土壤微生物總數(shù)的70%至90%[35]。土壤微生物的種類與土壤養(yǎng)分含量和農(nóng)作物產(chǎn)量呈正相關(guān)，如真菌可以通過分解木質(zhì)素、纖維素和果膠增加土壤肥力[36]。植物根系分泌物會(huì)吸引有益微生物，幫助植物從土壤中吸收養(yǎng)分、固定N、P、K、促進(jìn)土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與循環(huán)、活化土壤養(yǎng)分、提高土壤中氮、磷等元素轉(zhuǎn)化速率的作用和有機(jī)質(zhì)的礦化分解。土壤微生物含量可用作判斷植物健康狀況的指標(biāo)、群落的構(gòu)成，也可用作預(yù)測(cè)農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展?jié)摿涂茖W(xué)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的一項(xiàng)指標(biāo)[37]。

有機(jī)肥對(duì)土壤微生物群落的影響顯著高于無(wú)機(jī)肥[38]，可提高土壤微生物群落的平衡性[39]，改善土壤微生物的營(yíng)養(yǎng)條件，增加功能微生物含量，調(diào)節(jié)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，顯著提高土壤養(yǎng)分含量[40-41]。有機(jī)肥提高微生物含量，在作物根系外圍形成一層保護(hù)層，可以減少病原菌的侵入，提高作物抗病能力[42-43]。生物有機(jī)肥部分替代化肥增加油菜和萵筍根際土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，降低真菌數(shù)量，提高土壤質(zhì)量。并且這種影響于生物有機(jī)肥的種類無(wú)關(guān)[44]。萵苣季和小白菜季生育期間土壤細(xì)菌數(shù)量呈上升趨勢(shì)，真菌、放線菌數(shù)量呈先升后降趨勢(shì)，且栽培后季整體較前季高[45]。施用有機(jī)肥可以引入活性菌群分解有機(jī)質(zhì)，顯著增加細(xì)菌生物量，調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[46]。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，施用氨基酸液體肥較僅施用化肥的處理相比顯著提高了放線菌和細(xì)菌的含量，抑制了真菌的生長(zhǎng)。但三大類群的微生物數(shù)量整體低于其前人試驗(yàn)的研究結(jié)果，可能與不同栽培模式有關(guān)，耕地的微生物數(shù)量要顯著大于基質(zhì)栽培，亦或是與栽培年限有關(guān)。

3.3 不同的施肥處理對(duì)土壤p H及EC值的影響

試驗(yàn)中利用氨基酸液體有機(jī)肥部分替代化肥后各處理間測(cè)得的土壤pH值較CK處理有所提高，但增加不明顯，與陳金泉等[47]長(zhǎng)期施用有機(jī)肥替代化肥的處理的pH值顯著高于無(wú)機(jī)肥處理，證明有機(jī)肥可有效緩解土壤酸化的結(jié)果不同，可能是因?yàn)樵囼?yàn)的年限不同造成的。有機(jī)肥處理可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量但對(duì)全氮含量無(wú)大的影響[48]。與溫延臣等[49]連續(xù)3年用有機(jī)肥替代化肥與單施化肥相比，土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量顯著提高的試驗(yàn)結(jié)果不同。EC值體現(xiàn)基質(zhì)中的可溶性離子的濃度，植物生長(zhǎng)的EC值的理想值位于1.2～1.8 mS/cm。辣椒發(fā)生鹽害的臨界值為1.12，T2的EC大于2，對(duì)該處理的養(yǎng)分吸收有一定的阻礙作用。隨著替代量的增加，T3、T4、T5處理EC值含量降低，氨基酸有機(jī)肥能夠通過改變土壤中可溶性物質(zhì)含量以改善土壤質(zhì)量。

3.4 對(duì)土壤酶活性與土壤微生物含量的相關(guān)性

試驗(yàn)結(jié)果顯示，3種酶都顯示同土壤微生物含量成極顯著相關(guān)，可能與大多數(shù)的酶由微生物產(chǎn)生有關(guān)。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可提高土壤酶活性和微生物含量。如在冬小麥與夏季稻輪作種植模式下無(wú)機(jī)肥減量30%～50%時(shí)配施不同比例的有機(jī)肥可提高作物產(chǎn)量，土壤脲酶、S-CAT和磷酸酶活性以及土壤微生物總量[50]。在化肥減量20%～40%情況下，配施生物有機(jī)肥不僅不會(huì)導(dǎo)致棉花減產(chǎn)，還能改善土壤微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)和土壤酶活性[51]。

4 結(jié)論

4.1 氨基酸液體有機(jī)肥替代不同比例的化肥后，2個(gè)品種的辣椒均顯示土壤脲酶活性、S-CAT活性、sDHA活性增強(qiáng)，酶活性顯示出先升高后變平緩或減低的趨勢(shì)。HL中土壤脲酶活性T4處理相比CK增長(zhǎng)292%，T5處理相比CK增長(zhǎng)332%。2個(gè)品種的變化趨勢(shì)基本保持一致。S-CAT活性對(duì)于SY于T5處理達(dá)到最大，最大值較CK增長(zhǎng)21.5%。HL于T1處理達(dá)到最大，最大值較CK增長(zhǎng)26.7%。sDHA活性對(duì)于HL在T2達(dá)到最高，較CK增長(zhǎng)37.2%，于T3到達(dá)最小，最CK減少19.5%。SY在T5達(dá)到最高，較CK增長(zhǎng)26.1%，T3較CK增長(zhǎng)0.1%。

4.2 氨基酸液體有機(jī)肥替代不同比例的化肥后，提高土壤細(xì)菌、放線菌的含量，抑制真菌含量。SY品種中土壤放線菌含量表現(xiàn)為T5＞T4＞T3＞T2＞T1＞CK，其中T5最高為38×104cfu/g。土壤細(xì)菌含量表現(xiàn)為T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞CK，其中T4最高為63×104 cfu/g。土壤真菌含量表現(xiàn)為CK＞T1＞T2＞T3＞T4＞T5，其中T5最低為19.33×10 cfu/g。HL各處理不同菌種的含量較SY表現(xiàn)出一致性。

4.3 氨基酸液體有機(jī)肥替代的處理較CK對(duì)于土壤pH這項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)出增高，但增高不顯著，其中SY中T4處理較CK增長(zhǎng)最多，增長(zhǎng)0.12。