添加纖維素酶對綠肥還田設(shè)施土壤酶活性及微生物種群數(shù)量的影響

曲繼松++張麗娟++朱倩楠

摘要：為了研究添加纖維素酶對綠肥還田設(shè)施土壤酶活性及微生物種群數(shù)量的影響，設(shè)置4個處理：空白對照T1（CK1）處理，單獨添加纖維素酶的T2（CK2）處理，單獨處理高丹草的T3（CK3）處理，高丹草還田添加纖維素酶的T4處理。結(jié)果表明：在高丹草還田過程中添加適量纖維素酶制劑，與空白對照相比，土壤蔗糖酶活性提高23.24%，脲酶活性提高48.86%，磷酸酶活性提高30.19%，多酚氧化酶活性提高33.84%；T4處理的細菌數(shù)量比T1處理高48.23%，T4處理的真菌數(shù)量比T1處理高12.39%，放線菌、芽孢桿菌數(shù)量變化規(guī)律與細菌、真菌相似，T4處理的放線菌、芽孢桿菌數(shù)量均為最多，分別比T1處理高26.21%、86.79%。綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑能夠顯著提高多種土壤酶活性，有利于土壤微生物數(shù)量的快速增加，從而增加土壤的有機質(zhì)含量。

關(guān)鍵詞：綠肥還田；纖維素酶；設(shè)施土壤；土壤酶活性；微生物種群數(shù)量

中圖分類號： S154.3文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0484-02

纖維素酶是一種重要的酶產(chǎn)品，是一種復(fù)合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、內(nèi)切β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶等組成，還有很高活力的木聚糖酶。由于纖維素酶在生產(chǎn)飼料、乙醇、紡織品和食品等領(lǐng)域具有巨大的市場潛力，已被國內(nèi)外業(yè)內(nèi)人士看好，將是繼糖化酶、淀粉酶、蛋白酶之后的第4大工業(yè)酶種，甚至在中國完全有可能成為第1大酶種，因此纖維素酶是酶制劑工業(yè)中的一個新的增長點。

土壤微生物是土壤生物區(qū)系中最重要的功能組分和土壤生物群落的重要類群，參與土壤有機質(zhì)的分解及腐殖質(zhì)的形成等過程[1]，其數(shù)量、活性和多樣性是評價土壤健康程度或者土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[2]。土壤微生物在土壤食物網(wǎng)中占有重要的生態(tài)位，其變化會直接或間接地影響食物網(wǎng)其他生態(tài)位的生物活性、分布和豐富度、群落結(jié)構(gòu)、數(shù)量及多樣性[3]，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。因此，本試驗旨在研究添加纖維素酶對綠肥還田設(shè)施土壤酶活性及微生物種群數(shù)量的影響，以期為日光溫室低肥力土壤研究、減少化肥用量、探索發(fā)展低碳日光溫室農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗地氣候

試驗地點位于旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園清水河岸西側(cè)海原縣高崖鄉(xiāng)三分灣村槽式日光溫室內(nèi)，地處寧夏中部干旱帶，地理位置36°51′27.18″N、105°58′37.26″E，海拔 1 368 m，位于黃土高原西北部，屬黃河中游黃土丘陵溝壑區(qū)。該地大陸性季風(fēng)氣候明顯，其特點是春暖遲、夏熱短、秋涼早、冬寒長；年均氣溫7 ℃，1月均溫-6.7 ℃，7月均溫19.7 ℃，≥10 ℃積溫2 398 ℃，無霜期149～171 d；在年降水量方面，多年平均降水量286 mm，最高706 mm，最低325 mm；年均蒸發(fā)量 2 180 mm；年均太陽總輻射量5 642×109 J/m2；年日照時間 2 710 h。

試驗時間為2013年6月20日—2014年1月20日。

1.2試驗材料與試驗地概況

供試土壤前茬為禮品西瓜，其0～20 cm表層土壤堿解氮肥力為偏低的5級水平（30～60 mg/kg），有機質(zhì)為極缺的6級水平（<0.60%），速效磷為中等偏低的4級水平（5～10 mg/kg），速效鉀為極豐富的1級水平（>160 mg/kg） [4]。試驗地為黏壤土，其0～20 cm表層土壤具體理化性狀為：pH值8.27，全鹽含量1.32 g/kg，有機質(zhì)含量4.52 g/kg，堿解氮含量36.0 mg/kg，速效磷含量7.8 mg/kg，速效鉀含量190.0 mg/kg，田間持水量32.44%。

綠肥為生長60 d的高丹草，收割后用鍘刀鍘成2～3 cm 長還田，纖維素酶制劑由陜西沃德生物酶有限公司提供。試驗設(shè)置4個處理，分別為T1、T2、T3、T4，具體設(shè)置見表1，以空白處理T1為對照1（CK1），以單獨添加纖維素酶處理T2為對照2（CK2），以單獨高丹草處理T3為對照3（CK3），以高丹草還田加纖維素酶為處理T4。高丹草種植時間為2013年6月20日，翻壓時間為2013年8月20日。

1.3試驗方法

測定時間為綠肥翻壓后的第60天（10月20日）。蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定（以NH3-N計），磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法測定，多酚氧化酶采用鄰苯三酚比色法測定[5]。微生

2結(jié)果與分析

2.1添加纖維素酶對綠肥還田設(shè)施土壤酶活性的影響

由表2可見，單獨添加纖維素酶制劑對設(shè)施土壤蔗糖酶活性影響較小，影響差值僅為0.70%，差異不顯著；綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑可顯著提高設(shè)施土壤蔗糖酶活性，綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑的T4處理比單一綠肥還田的T3處理高13.91%，比單一施用纖維素酶制劑的T2處理高22.38%，比對照T1處理高23.24%；單一施用纖維素酶制劑的T2處理比單一綠肥還田的T3處理低6.92%。

脲酶能夠催化尿素水解成二氧化碳、氨氣，其活性的高低在一定程度上反映了土壤供氮水平狀況[14]。在脲酶活性方面，綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑的T4處理比單一綠肥還田的T3處理高11.32%，比單一施用纖維素酶制劑的T2處理高47.02%，比對照T1處理高48.86%；單一施用纖維素酶制劑的T2處理比空白對照T1處理高1.25%，單一施用纖維素酶制劑的T2處理比單一綠肥還田的T3處理低24.29%。

土壤磷酸酶是植物根系與微生物的分泌產(chǎn)物，與土壤磷素轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，是土壤磷素肥力的指標(biāo)。在磷酸酶活性方面，從表2可以看出，T4處理（1.892 1 mg/g）磷酸酶活性高于T1處理（1.453 3 mg/g） 30.19%，T4處理比T2 （CK2） 處理高3008%，比T3（CK3） 處理高7.45%，而且處理間有顯著差異。

土壤多酚氧化酶主要來源于根圈微生物、植物根系分泌物及動植物殘體分解釋放的酶，是一種復(fù)合性酶。其大小關(guān)系依然是T4>T3>T2>T1，且處理間有顯著差異。其中T4處理比T3處理高4.65%，T2處理比T1處理高1.58%，但T3處理比T1處理高27.90%，T4處理比T2處理高31.77%（表2），因此可以判斷：綠肥還田比添加纖維素酶更有益于土壤多酚氧化酶活性的增強。

2.2添加纖維素酶對綠肥還田設(shè)施土壤微生物種群數(shù)量的影響

從表3可知，T4處理的細菌數(shù)量最大，為2.09×106個/g，其數(shù)量遠遠高于其他處理，且各處理差異顯著；其中T4處理比T3處理高9.42%，T2處理比T1處理高8.51%，但T3處理比T1處理高35.46%，T4處理比T2處理高36.60%，T3處理比T2處理高24.84%，因此可以得出：綠肥還田比添加纖維素酶更有益于細菌數(shù)量的增加。

由表3還可以看出，T4處理的真菌數(shù)量最高，為1.27×103個/g，與其他處理之間差異顯著，T4處理比T3處理高 4.96%，T2處理比T1處理高5.31%，但T3處理比T1處理高7.08%，T4處理比T2處理高6.72%%，T3處理比T2處理高1.68%，可見綠肥還田與添加纖維素酶對真菌數(shù)量的影響差異不顯著。

放線菌和芽孢桿菌數(shù)量變化規(guī)律與細菌、真菌相似，T4處理的放線菌數(shù)量和芽孢桿菌的數(shù)量均為最多，分別達到 6.02×105、3.96×105個/g，CK1（T1）處理均為最少，且大小關(guān)系均為T4>T3>T2>T1，只是差異大小不同。在放線菌數(shù)量變化方面，T4處理與T3處理差異不顯著，較T2、T1處理顯著，而芽孢桿菌數(shù)量變化方面各處理差異顯著（表3）。

3結(jié)論

土壤蔗糖酶是評價土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化強度的酶類，其活性不僅可以表征土壤生物學(xué)活性的強度，也可以作為評價土壤熟化程度和肥力水平的指標(biāo)。綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑處理的土壤蔗糖酶活性比不作任何處理的T1處理高23.24%，差異極顯著。在脲酶方面，綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑的T4處理比T1處理高48.86%；T4處理（1.892 1 mg/g）磷酸酶活性高于CK1（1.454 6 mg/g） 30.19%；T4處理的土壤多酚氧化酶活性比T1處理高33.84%；本試驗結(jié)果表明：單獨添加纖維素酶制劑能夠增強多種土壤酶活性，但差異不顯著，而綠肥還田能夠顯著增強多種土壤酶活性，同時綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑也能夠顯著增加多種土壤酶活性。

土壤微生物量與土壤的肥力相關(guān)，土壤的有機質(zhì)含量越高，其微生物量也越大，土壤中細菌、放線菌密度也高；隨著土

壤有機質(zhì)含量下降，細菌、放線菌生長受到抑制[6]。在微生物種群數(shù)量方面，T4處理的細菌數(shù)量比T1處理高48.23%，T4處理的真菌數(shù)量比T1處理高12.39%；放線菌、芽孢桿菌數(shù)量變化規(guī)律與細菌、真菌相似，T4處理的放線菌、芽孢桿菌數(shù)量均最多，分別比T1處理高26.21%、86.79%。在綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑處理的設(shè)施土壤細菌、放線菌、真菌、芽孢桿菌數(shù)量顯著增加。結(jié)果表明，綠肥還田過程中添加纖維素酶制劑更有利于土壤微生物的快速增加，從而提高土壤的有機質(zhì)含量。

參考文獻：

[1]Vargas Gil S，Meriles J，Conforto C，et al. Response of soil microbial communities to different management practices in surface soils of a soybean agroecosystem in Argentina[J]. European Journal of Soil Biology，2011，47（1）：55-60.

[2]Sotomayor-Ramírez D，Espinoza Y，Acosta-Martínez V. Land use effects on microbial biomass C，β-glucosidase and β-glucosaminidase activities，and availability，storage，and age of organic C in soil[J]. Biology & Fertility of Soils，2009，45（5）：487-497.

[3]Sanchez-Moreno S，F(xiàn)erris H，Young-Mathews A A，et al. Abundance，diversity and connectance of soil food web channels along environmental gradients in an agricultural landscape[J]. Soil Biology & Biochemistry，2011，43（12）：2374-2383.

[4]全國土壤普查辦公室.中國土壤[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998.

[5]關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986：260-376.

[6]韓寶坤，杜艷華. 非無菌操作下分離尖孢鐮刀菌的培養(yǎng)基[J]. 植物病理學(xué)報，2001，31（4）：373-373.

[7]李阜棣，喻子牛，何紹江.農(nóng)業(yè)微生物學(xué)實驗技術(shù)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996：305-306.韋穎，李鵬善，曹晨亮，等. 酸模葉蓼對水位變化的生長響應(yīng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（5）：486-489.