不同林下魔芋土壤微生物區系與酶活性分析

高鈺琪，李 博，門海軍，李 艷 ，張麗瓊

(安康學院 現代農業與生物科技學院，陜西 安康 725000)

1 引言

魔芋(Amorphophalluskonjac)系天南星科魔芋屬多年生草本植物，主產于中國、日本、朝鮮、韓國等亞洲國家。我國魔芋種植歷史悠久，已有二千多年的栽培歷史，主產于長江流域、西南和西北的四川、云南、貴州、湖北、湖南、陜西等地[1]。近年來魔芋病害隨著魔芋種植面積的不斷擴大以及魔芋連作年限的增加而不斷加重。其中以魔芋軟腐病較為突出、其發生具有傳播廣、危害大、污染嚴重等特點。安康魔芋產區軟腐病發病田塊占調查田塊的88.3%，發病大田一般減產20%～40%，嚴重者甚至絕收[2～5]。魔芋軟腐病已成為陜南山區及全國魔芋產業化開發的制約性難題。崔鳴[6]研究表明，根據魔芋喜陰怕強光、喜溫怕高溫、喜濕怕干旱和水噴等特性，從魔芋立體種植展開研究，讓叢林中來的魔芋回到叢林中，實行原生態種植，研究林下套種魔芋技術取得了很好的成效并在全國進行了推廣。

試驗從安康市嵐皋縣藺河鎮立新村的刺槐林、杉樹林、泡桐樹林和漆樹林四種林木及附近農田采集土壤樣品進行土壤微生物區系和酶活性的測定，探索土壤微生物和酶活性對魔芋的抗病促生長作用和機理，推廣微生物農藥為主的防治方法、科學合理使用高效、低毒、無污染的農藥和多元化生物方法，提高防治效果和農藥的利用率，減少農藥用量；增施有機肥、優化施肥方式，提高肥料的利用率，本課題的完成能為解決魔芋連作障礙中的病害問題提供參考依據，有利于提高林下魔芋產量和品質，實現魔芋高產栽培，促進農業科技發展和農民效益增收，促進區域性支柱產業又好又快發展。極大地提高農民種植魔芋的積極性，推動林下魔芋產業的進一步發展。拓寬農民致富的路子，提高山區人民生活幸福指數，使人民生活水平越來越高。該項技術采用生物防治技術，符合生產有機食品、綠色食品及無公害的清潔生產理念，可以為安康地區大規模開發綠色無公害農副產品，開展清潔生產奠定基礎。但是有關林下魔芋高產優質栽培缺乏可靠實驗證明，林下魔芋土壤微生物性質與酶活性綜合研究更是少之甚少。有待于我們廣大科學工作者在林下魔芋栽培研究中積極探索，攻堅克難，為林下魔芋高產優質栽培提供科學指導。總而言之，采用生物防治技術對魔芋優質高產栽培以及對土壤肥力的促進和土壤的改良具有較強的作用，可用于農業的進一步研究以及推廣。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 采樣區概況 藺河鎮立新村位于嵐皋縣嵐河中游，介于北緯32.18°～32.19°，東經109.3°～109.4°，海拔858～1 280 m，屬亞熱帶大陸性季風氣候，氣候溫潤，四季分明，雨量充足，無霜期長。冬季一般不會有凍害，夏季雨量足且多有伏旱，秋季涼爽并多連陰雨，春季干燥。年平均氣溫15～17℃。年均降水量1 050 mm，年均降雨日數為94 d，最多達145 d(1974年)，最少為68 d(1972年)。極端的年份雨量最多為1 240 mm(2003年)，極端的年份最少雨量為450 mm(1966年)。每年6-9月一般為雨量集中期，其中7月最多。自然條件得天獨厚，是魔芋最適生長地之一[7]。

2.1.2 樣品采集 2017年3月上旬在安康市嵐皋縣藺河鎮立新村選擇刺槐I、泡桐、刺槐II、杉樹和漆樹林五處林下和一處大田魔芋的土壤，五處林地分別處于不同地理位置，刺槐I海拔1 242 m，pH6.94；泡桐海拔1 232 m，pH6.72；刺槐II海拔1 277.5 m，pH6.96；杉樹海拔1 215 m，pH6.99；漆樹林海拔904.5 m ,pH 7.0,大田地海拔858 m, pH6.94。采用五點采樣法，除去表面的枯枝落葉，采集0～20 cm的土壤剖面，樣方大小為長寬高10×10 cm，每個采樣點采取五個土樣，每個樣品采集約100 g。土樣密封帶回實驗室后，每個樣品混勻后四分法分為兩份，一份去雜、過篩后貯藏于4?的冰箱內，用于測定土壤微生物數量；另一份風干、去雜、過篩后用于測定土壤酶活性。

2.1.3 培養基 細菌、真菌和放線菌的培養分別采用牛肉膏蛋白胨、馬鈴薯蔗糖(PDA)及高氏1號培養基[8]。

2.2 方法

2.2.1 土壤微生物分離計數 采用常規稀釋涂布平板法進行微生物的分離：準確稱取10 g土樣放入裝有90 mL無菌水的三角瓶進行倍比稀釋處理，稀釋倍數為10-1～10-7。分別取10-1、10-2、10-3三個稀釋水平的土樣懸浮液0.1 mL均勻涂布于PDA培養基上用于培養真菌；分別取10-3、10-4、10-5三個稀釋水平的土樣懸浮液0.1 mL均勻涂布于高氏1號培養基上用于培養放線菌；分別取10-5、10-6、10-7三個稀釋水平的土樣懸浮液0.1 mL均勻涂布于牛肉膏蛋白胨培養基上用于培養細菌。每個稀釋水平重復3皿，于28～30℃恒溫培養，細菌1～2 d，放線菌5～7 d，真菌2～7 d，觀察菌落形態，統計微生物數量。

微生物數量的計算方法：

每克鮮土含菌量=(每皿有效菌數×稀釋度×20×102)/鮮土樣品量×水分系數

2.2.2 土壤酶活性的測定 尿酶活性測定：采用靛酚藍比色法測定酶促反應的氨釋放量(mg·g-1·d-1)。過氧化氫酶活性測定：采用高錳酸鉀滴定法。蔗糖酶活性測定：采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定酶促反應生成的葡萄糖量(mg·g-1·d-1)。磷酸酶活性測定：采用磷酸苯二鈉法測定酶促反應的酚釋放量(mg·g-1·h-1)。

3 結果分析

3.1 土壤微生物區系分析

表1 不同林下土壤微生物區系分析

由表1可知，刺槐I和刺槐II林下魔芋土壤中細菌數量差異性不顯著，但泡桐、杉樹和漆樹之間差異性顯著。刺槐I、泡桐、刺槐II、杉樹和漆樹林下細菌數量均高于大田土壤，分別較大田高43.12%、36.67%、43.54%、16.67%和7.9%。刺槐I、漆樹和刺槐II林下土壤中真菌數量差異性顯著，但泡桐和杉樹之間差異性不顯著。刺槐I、泡桐、刺槐II、杉樹和漆樹林下真菌數量均低于大田土壤，分別較大田低10.52%、13.5%、7.69%、13.55%、31.25%。刺槐II、杉樹林與泡桐、漆樹和大田土壤中放線菌數量差異性不顯著，刺槐I、泡桐、刺槐II、杉樹和漆樹林下放線菌數量均高于大田土壤，分別較大田高20%、4.96%、17.87%、14.43%和7.1%,刺槐林下隨著海拔升高細菌和真菌數量增加，放線菌減少。

3.2 土壤酶活性分析

3.2.1 脲酶活性 土壤脲酶活性：由圖1可以看出，刺槐I、刺槐II、漆樹林林下土壤的脲酶活性與大田土壤差異不顯著。泡桐和杉樹林下土壤的脲酶活性均低于大田，其分別較大田低13.5%和20.1%。

圖1 土壤脲酶活性

3.2.2 磷酸酶活性 土壤磷酸酶活性：刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林與大田土壤差異性顯著，均高于大田土壤，分別較大田高148%、35.2%、125%、131%、108%。

圖2 土壤磷酸酶活性

3.2.3 蔗糖酶活性 由圖3可以看出，泡桐、刺槐I、杉樹林土壤蔗糖酶活性差異不顯著，刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林的土壤蔗糖酶活性均低于大田土壤，分別較大田低83.2%、9.6%、7.9%、7.8%、28.6%。

圖3 土壤蔗糖酶活性

3.2.4 過氧化氫酶活性 由圖4可看出，刺槐II與杉樹、泡桐與漆樹林下土壤的過氧化氫酶活性差異性不顯著。但刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林林下土壤過氧化氫酶活性均高于大田土壤，分別較大田高87.5%、43.8%、62.5%、84.4%、42.7%。

圖4 土壤過氧化氫酶活性

4 討論

(1)通過土壤微生物區系分析試驗發現刺槐I、泡桐、刺槐樹II、杉樹和漆樹林下魔芋土壤中的細菌和放線菌數量均增加，真菌數量均減少。該結果與何斐等[9]的研究結果一致，三大類微生物的數量表明，林下土壤微生物的區系狀態良好。刺槐I、泡桐、刺槐樹II、杉樹林下土壤中細菌與大田相比差異性顯著；刺槐I、刺槐樹II和杉樹林下土壤放線菌與大田相比差異性顯著；刺槐I、泡桐、刺槐樹II、杉樹和漆樹林下魔芋土壤中的真菌數量均減少，并且與大田相比差異性均顯著，泡桐和杉樹林之間真菌數量差異不顯著。微生物是林下土壤微環境的重要部分，土壤微生物可以分解林下土壤中的殘枝敗葉，加速林下土壤微生態的物質循環，從而提高土壤酶活性，影響林木的正常生長發育和林下魔芋的產量和品質。

(2)土壤酶對土壤中許多化學反應和土壤理化性質產生重要影響，可以客觀的反映土壤內部微生態。

刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林和泡桐林下土壤蔗糖酶活性均低于大田土壤。而蔗糖酶可以提高土壤中的易溶性營養物質。研究結果表明，土壤蔗糖酶活性受許多林下土壤因素的影響，如與土壤有機質、氮、磷含量，微生物數量及土壤呼吸強度等有關。總的來說，土壤越肥沃，其蔗糖酶活性越高。蔗糖酶活性不僅是土壤微生物學活性強弱程度的一種表現，也是土壤腐熟程度和肥力水平的一種體現[10～11]。由此可推斷出林下魔芋土壤中的微生物較大田活躍，比大田土壤肥沃。

過氧化氫酶普遍存在于生物殘體和土壤中，它有利于過氧化氫的分解防止它對生物體產生毒害作用。過氧化氫酶活性不僅影響土壤微生物數量，而且還影響土壤中的有機質含量。筆者研究中林下與大田過氧化氫酶活性比較得出，刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林過氧化氫酶活性均高于大田土壤，由此可推斷林下魔芋土壤有機質含量高，林下生物體遭受過氧化氫的毒害率低。

刺槐I、刺槐II、漆樹林林下土壤的脲酶活性與大田土壤差異不顯著。泡桐和杉樹林下土壤中的脲酶活性均沒有大田高。脲酶普遍存在于林下土壤中，它所產生的酶促產物是氨，氨是一種植物氮源。脲酶與尿素和氮肥的水解緊密相連。有機肥料中也有游離的脲酶存在。同時，脲酶活性也受土壤其他因素的影響。所以刺槐林和漆樹林下土壤對尿素和氮肥的吸收能力較強，大田土壤在施肥過程中可參考，適當增施脲酶以利于土壤對尿素和氮肥的吸收。

刺槐I、刺槐II、漆樹林、杉樹林、泡桐林與大田土壤磷酸酶活性差異性顯著，均高于大田土壤。土壤有機磷轉化受多種因子影響，其中，磷酸酶影響最大，它加速了有機磷的脫磷速度。蘭吉萍[11]等研究結果表明，磷酸酶活性越高，土壤氮、碳含量越高，而且磷酸酶的活性也受有效磷含量和土壤pH的影響。磷酸酶活性是有關土壤磷素生物轉化方向與強度的重要體現。由此可推斷出，林下魔芋土壤脫磷速度快，土壤碳、氮含量高，建議施肥過程中采取少量多施的方法，以提高磷肥的利用率。

5 結論

林下魔芋的土壤微生物區系和酶活性反映了林下土壤質量較好，其土壤根際微環境優于大田土壤，其中四種林下刺槐林下最好，并且海拔越高，土壤環境越好。