遼西半干旱區果糧間作對土壤微生物和酶的影響

蔡倩等

摘要：通過田間小區試驗，分析遼西風沙半干旱區果糧間作模式下土壤微生物、酶活性變化規律，研究土壤微生物和酶活性的關系。結果發現，在整個生長季中，3個間作模式的土壤細菌、放線菌和真菌數量及脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性均表現為仁用杏間作高于仁用杏單作模式，且差異顯著；果糧間作模式中土微生物數量與土壤酶活性呈正相關，其中土壤細菌數量與脲酶活性、酸性磷酸酶活性呈顯著或極顯著正相關；放線菌數量與酸性磷酸酶、過氧化氫酶活性呈顯著或極顯著正相關。以上結果表明，果糧間作模式提高了土壤微生物數量和酶活性，改善了土壤微環境。

關鍵詞：遼西半干旱區；杏樹；間作物；土壤微生物；土壤酶活性

中圖分類號： S344.2；S154文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0361-03

遼西半干旱區位于科爾沁沙地南部，為半固定和固定沙地，冬、春季起沙風達691次以上，平均風速3.33 m/s、最大瞬間風速32 m/s，大風危害嚴重[1]。科爾沁沙地土地荒漠化的迅速發展，加劇了該地區生態環境的惡化[2]。因此，做好防風固沙工作不僅對本地區植被恢復、重建和提高土地的生產力具有重要意義[3]，而且對保護和改善遼寧東南部城市的生態環境更具有十分重要的意義。而果糧間作模式作為風沙治理的關鍵措施，在該地區得到了廣泛推廣，對促進該地區生態環境的迅速恢復，當地經濟、社會的協調發展起到了有力的推動作用。近年來，人們在林糧復合模式經濟效益分析方面作了大量工作，而對人工固沙系統中十分重視的土壤微生物、土壤酶活性的研究較少。因此，本試驗研究了果糧間作系統中土壤微生物和土壤酶動態變化及二者的關系，旨在對該地區果糧間作模式的進一步推廣應用提供理論依據。

1材料與方法

1.1供試材料與試驗處理

試驗于2010年在遼寧省彰武縣章古臺鎮風沙地改良利用研究所的試驗站進行，供試土壤為沙土，其基礎理化性質為有機質含量0.87%，堿解氮含量12.6 mg/kg，速效磷含量675 mg/kg，速效鉀含量40.23 mg/kg。本試驗以十年生仁用杏超仁為試材，砧木為山杏。仁用杏與作物間作2年，仁用杏株行距為2 m×12 m，間作物行間距0.5 m，共設3個處理：（1）仁用杏間作大豆（Ⅰ）；（2）仁用杏間作花生（Ⅱ）；（3）仁用杏間作谷子（Ⅲ）。以仁用杏單作為對照（CK），株行距為 2 m×5 m。分別于開花期（5月2日）、果實硬核期（6月20日）、果實轉黃期（7月11日）、秋梢生長期（8月20日）和秋梢停長期（9月21日）用土鉆取仁用杏樹干水平距離約2 m處（即與間作物交界處）0～20 cm 土樣。采用4分法取樣，將3份土樣混勻，過直徑4 mm篩，去除植物殘根石塊。部分鮮土測定微生物數量；其余土壤自然風干后，過1.00、0.15 mm篩，用于土壤酶活性的測定，完全隨機處理，3次重復。

1.2試驗方法

1.2.1測定方法用稀釋平板法測定土壤細菌、真菌與放線菌數量，分別采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基、馬丁孟加拉紅培養基與改良高氏一號培養基[4]，結果以1 g鮮土所含數量表示。脲酶活性采用苯酚鈉比色法，結果以培養1 d后1 g干土轉化生成氨態氮（NH3-N）的體積（mL）表示；酸性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，結果以培養1 d后1 g干土中釋出的酚的質量（mg）表示；過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定容量法，結果以培養1 min后1 g干土所消耗0.1 mol/L KMnO4的體積（mL）表示[5-6]。

1.2.2數據分析方法采用DPS 7.0數據處理系統進行統計分析，Excel 2003進行作圖。

2結果與分析

2.1仁用杏不同間作模式對土壤微生物數量動態變化的影響

2.1.1對細菌數量的影響土壤細菌是土壤微生物的主要組成成分，在土壤微生物中數量最多，能分解各種有機物質[7-8]。在整個生長季中土壤細菌的動態變化呈“升高—降低”的趨勢。開花期各處理細菌數量相對較少；開花期至果實轉黃期細菌數量迅速增加；在果實轉黃期土壤細菌數量達到最大值；之后細菌數量又緩慢降低。在整個生長季中細菌數量表現為間作大豆>間作花生>間作谷子，均極顯著高于CK，細菌數量分別比對照提高26.59%、19.51%、13.34%；此外，3個間作處理之間的細菌數量均差異顯著（圖1）。

2.1.2對放線菌數量的影響放線菌在數量上僅次于細菌，它對土壤中的有機化合物的分解及土壤腐殖質的合成起重要作用，并能分泌抗生素，拮抗土壤中的病原菌[8]。在整個生長季，放線菌數量的動態變化呈“升高—降低”的趨勢。開花期各處理放線菌數量差異較小。間作大豆、間作花生、間作谷子處理放線菌數量均極少在秋梢生長期達到高峰，分別為3553萬、34.21萬、33.18萬 CFU/g，分別比對照高2487%、2404%、21.54%，均極顯著高于對照。此外，3個間作處理之間的放線菌數量差異顯著（圖2）。

2.1.3對真菌數量的影響真菌參與土壤有機質的分解與腐殖質的形成，并且參與土壤中的氨化作用與團聚體的形成，數量上低于其他種類微生物，但在生物量上卻占有極其重要的地位[7-8]。在整個生長季真菌數量的動態變化呈“升高—降低—升高”的趨勢。開花期各處理真菌數量差異不大，在果實硬核期間作大豆處理高于其他處理。果實轉黃期各處理真菌數量均達到高峰，間作大豆、間作花生、間作谷子處理真菌數量峰值分別為1.531萬、1.446萬、1.468萬 CUF/g。果實轉黃期至秋梢生長期各處理真菌數量又呈下降趨勢，秋梢停長期各處理均有小幅回升。在整個生長季中真菌數量為間作大豆>間作谷子>間作花生>CK，分別比對照提高2194%、18.33%、17.56%，均極顯著高于對照。此外，3個間作處理之間的真菌數量差異顯著（圖3）。

2.2仁用杏不同間作模式對土壤酶活性動態變化的影響

2.2.1對土壤脲酶活性的影響脲酶是土壤中最活躍的水解酶類之一，能水解施入土壤中的尿素，釋放出供作物利用的銨，在土壤氮素循環中有重要作用[9-10]。各處理土壤脲酶活性動態變化均顯“減弱—增強—減弱—增強”的趨勢。開花期各處理土壤脲酶活性差異較小，在果實轉黃期到達最強，間作大豆、間作花生、間作谷子處理脲酶活性峰值分別為1.64、161、1.80 mL/（g·d）。整個生長季中脲酶活性為間作大豆>間作花生>間作谷子>CK，并且分別比對照提高15.32%、1449%、0.34%。間作大豆和間作花生極顯著高于對照（圖4）。

2.2.2對土壤酸性磷酸酶活性的影響土壤中的磷大部分以有機磷化合物的形式存在，磷酸酶能酶促磷酸單脂和磷酸二脂水解，積累的磷酸酶對土壤磷素的有效性具有重要作用[5，11]。從圖5中可看出，各處理酸性磷酸酶活性的動態變化趨勢相似，均呈現“增強—減弱—增強”的變化趨勢。在果實硬核期間作大豆、間作花生、間作谷子處理酸性磷酸酶活性均達到高峰，分別為0.061、0.065、0.050 mL/（g·d）。整個生長季酸性磷酸酶活性為間作花生>間作大豆>間作谷子>CK，并且分別比對照提高30.42%、22.21%、10.69%。間作大豆和間作花生之間差異不顯著，但均與對照差異極顯著（圖5）。

2.2.3對土壤過氧化氫酶活性的影響過氧化氫酶能促進H2O2分解成分子氧和水，防止H2O2在土壤中積累，從而對生物體產生毒害作用[11-13]。各處理過氧化氫酶活性的動態變化趨勢均顯“增強—減弱—增強”的趨勢。在果實硬核期間作大豆、間作花生、間作谷子處理過氧化氫酶活性均達到最強，分別為0.010 25、0.010 55、0.011 85 mL/（g·min）。在果實硬核期達到最低，分別為0.006 4、0.006 25、0.006 3 mL/（g·min）。在整個生長季中過氧化氫酶活性為間作谷子>間作花生>間作大豆>CK，且分別比對照提高17.73%、14.77%、14.33%。均與對照均呈現極顯著差異（圖6）。

2.3土壤微生物數量與酶活性的相關性

本試驗對仁用杏花期、果實硬核期、果實轉黃期、秋梢生長期和秋梢停長期的土壤酶活性和微生物數量相關性進行分析。在果糧間作模式中，土壤細菌數量與放線菌數量和酸性磷酸酶呈極顯著正相關，與脲酶活性呈顯著正相關；放線菌數量與過氧化氫酶活性呈極顯著正相關，與酸性磷酸酶活性呈顯著正相關；真菌數量與細菌數量、放線菌數量、脲酶活性、酸性磷酸酶活性、過氧化氫酶活性相關性均不顯著（表1）。3結論與討論

土壤微生物是土壤生態系統的重要組成部分，土壤—植物系統與土壤微生物之間存在相互作用、互為條件的關系[14]。王瑛等在麥棉間作中發現，間作相對于單作提高了土壤細菌和真菌的數量[15-16]。本研究結果表明，仁用杏間作大豆、花生和谷子模式中的土壤細菌、真菌、放線菌數量均極顯著高于仁用杏單作模式，可見果糧間作能明顯增加土壤微生物數量。這可能是由于間作能緩解水分競爭，改善土壤水分狀況，同時果樹與作物根系的互作可以使根系土壤中含有更多的維生素、碳水化合物、氨基酸和有機酸等，從而明顯提高土壤中的微生物數量[17-18]。

土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學過程的強度和方向，它與肥力狀況和農業措施有著顯著的相關性，是土壤肥力評價的重要指標之一[19]。本試驗結果表明，仁用杏間作大豆和花生模式中土壤脲酶活性均顯著強于仁用杏單作模式，與張恩和等的研究結果[20]相似。可能是因為大豆和花生均屬于豆科作物，具有固氮作用，對氮營養需求量小，而仁用杏對氮營養需求大，在仁用杏與大豆、花生間作中，仁用杏根系進入大豆和花生根區吸收氮養分，降低了大豆和花生根際土壤氮營養，刺激了大豆和花生根區土壤中脲酶活性的增強[21]。仁用杏間作花生、大豆和谷子3種間作模式酸性磷酸酶活性均強于仁用杏單作，可見果糧間作模式均不同程度增強了土壤酶活性。土壤酶活性的增強能改善土壤養分狀況，提高植物共生期間的養分轉化，促進植物對有效養分的吸收，從而保證間作期間的土壤養分供應[22]。

普遍認為，土壤酶主要來源于土壤微生物的代謝過程[23]。本試驗結果表明土壤細菌數量與脲酶活性和磷酸酶活性呈顯著或極顯著正相關，土壤放線菌數量與磷酸酶活性和過氧化氫酶活性呈顯著或極顯著正相關，可見果糧間作模式中土壤細菌對脲酶和酸性磷酸酶活性有較大的促進作用，土壤放線菌對酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性有較大的促進作用[24]。

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