黃芩種植地土壤微生物數量特征及土壤酶活性研究

彭曉邦，秦紹龍

(1.商洛學院，陜西 商洛 726000;2.資源植物利用與健康產品研究創新團隊,陜西 商洛 726000)

黃芩是唇形科類黃芩屬多年生的草本植物[1]，抗菌作用強，在農業病害防治問題上有著非常理想的作用[2]，主要分布于山東、陜西、山西、甘肅四大產區，而陜西省商洛市則為黃芩的優生產地[3]。作為商洛五大商藥之一，黃芩的集約化種植已成為了發展陜西商洛市經濟和當地農民脫貧和致富的支柱性產業，正是由于黃芩的這種種植方式，導致其病害問題加劇，已嚴重影響到黃芩的產量和質量[4]。土壤微生物數量特征是指示土壤質量好壞以及衡量土壤肥力高低的重要指標，而土壤酶活性可作為土壤肥力的活力指標[5～6]。因此，研究不同種植地黃芩根際土壤微生物數量特征和常見的土壤酶活性變化，為黃芩的規范化種植和連作障礙發生機理的研究提供理論依據，對提高中藥材產量和質量具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本實驗選取商洛市商州區冀村小麥-黃芩輪作土壤、黃芩連作3 a和連作4 a黃芩根際土壤以及周圍閑置的荒地為試驗對象。用五點采樣法采取土壤表層以下10～15 cm的根際土壤，取樣2～5 kg裝入無菌袋后放入4℃冰箱中儲存處理。將采取的土壤樣品取出進行風干處理，過篩后于4℃冰箱中保存用于測定土壤微生物數量及酶活性。

1.2 數據測定

細菌、真菌、放線菌均采用稀釋涂布平板計數法[7]測定。采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法[8]對脲酶進行測定、用3，5-二硝基水楊酸比色法[8]對蔗糖酶進行測定、用高錳酸鉀滴定法[8]對過氧化氫酶進行測定。

1.3 數據處理

采用Excel2007統計軟件進行數據統計和處理。

2 結果與分析

2.1 土壤微生物數量的變化

2.1.1 土壤微生物總量的變化 土壤微生物作為土壤生態系統中非常重要的組成部分，同時也將參與調控凋落物的分解、土壤中營養成分的轉化以及循環等一系列土壤的生理生態過程。其中微生物總量是作為土壤肥力高低及質量好壞、土壤中物質代謝旺盛程度的一項指標。如表1所示，在四種采樣地中：輪作地的微生物總量最高(約為連作4 a的2倍)；連作地的次之，且連作3 a的微生物總量高于連作4 a地；荒地的微生物總量最低。即總體變化趨勢為小麥-黃芩輪作地>黃芩連作3 a地>黃芩連作4年地>荒地。

2.1.2 土壤細菌數量的變化 四種采樣地土壤細菌數量變化(圖1所示)表現為小麥-黃芩輪作地最高、黃芩連作地次之、荒地最少，且細菌的數量在微生物總數中占比最大。結合表1可以看出小麥-黃芩輪作地細菌數量約為黃芩連作4 a地的2倍，占該采樣地微生物總量的87.60%；連作3 a地細菌數量占比87.48%，比連作4 a地多了9.00%；荒地的細菌數量占比90.67%。

表1 不同種植方式黃芩根際土壤微生物數量

2.1.3 土壤放線菌數量的變化 四種采樣地土壤放線菌數量的變化(圖2所示)趨勢和細菌一致，均表現為小麥-黃芩輪作地最多，黃芩連作地次之，荒地最少。結合表1可以看出小麥-黃芩輪作地的放線菌數量約為黃芩連作4 a地的2倍，占比12.22%；黃芩連作3 a地占比12.26%，比黃芩連作4 a地放線菌數量多了8.00%；荒地放線菌數量占比8.82%。

2.1.4 土壤真菌數量的變化 不同黃芩種植地的土壤真菌數量變化(圖3所示)趨勢同細菌與放線菌相比有明顯差異，表現為黃芩連作地真菌數量最多，明顯多于小麥-黃芩輪作地和荒地。結合表1可以看出黃芩連作4 a地真菌數量遠遠超過黃芩連作3 a地真菌數量，多了13.00%。四種采樣地土壤真菌數量變化趨勢總體表現為黃芩連作4年地最高，占比0.54%；連作3年地和輪作地次之，分別占比0.26%、0.18%；荒地最少，占比0.51%。

2.2 土壤酶活性的變化

2.2.1 土壤過氧化氫酶活性的變化 過氧化氫酶能夠參與土壤中有害物質過氧化氫的分解，從而減輕植物所受到的毒害作用。圖4中可以看出：種植年限會對根際土壤中過氧化氫酶活性產生影響，與連作3 a的土壤相比，連作4 a的土壤過氧化氫酶活性明顯降低；且連作地過氧化氫酶活性明顯高于輪作地。土壤過氧化氫酶活性變化趨勢總體表現為：黃芩連作3 a>黃芩連作4 a>小麥-黃芩輪作>荒地。

2.2.2 土壤脲酶活性的變化 脲酶能夠影響尿素的轉化及促進尿素的分解，可直接參與到土壤中一些氮素的轉化。如圖5所示：黃芩連作3 a和連作4 a根際土壤脲酶活性均顯著高于小麥-黃芩輪作地土壤脲酶活性，荒地土壤脲酶活性最低，且連作3 a地脲酶活性高于連作4年地脲酶活性。土壤中脲酶活性變化趨勢總體表現為：黃芩連作3 a>黃芩連作4 a>小麥-黃芩輪作地>荒地。

2.2.3 土壤蔗糖酶活性的變化 蔗糖酶在一定程度上能夠增加土壤中碳水化合物，從而使得土壤的肥力水平得到有效改善。圖6所示可以看出：黃芩連作3 a和連作4 a土壤蔗糖酶活性相差不大，說明連作年限對土壤蔗糖酶活性影響不顯著；輪作地的蔗糖酶活性遠高于連作地。土壤中蔗糖酶活性變化趨勢總體表現為：小麥-黃芩輪作>黃芩連作>荒地。

3 討論

3.1 不同種植模式對黃芩根際土壤微生物數量的影響

土壤微生物類群在土壤的生態系統中有著非常重要的作用，其數量特征可以表征出土壤肥力的高低。本研究發現連作年限對黃芩根際土壤中的微生物數量有影響，連作3 a黃芩根際土壤中細菌和放線菌的數量分別比連作4 a黃芩根際土壤中細菌和放線菌數量高了9.00%和8.00%，這與張向東等[9]對黃芩根際土壤中細菌和放線菌的數量變化研究及陳慧[10]對地黃根際土壤中細菌數量變化的研究結論一致，說明土壤中細菌和放線菌的數量會隨著連作年限的增加而降低；而真菌數量的變化趨勢正好相反，連作3 a的黃芩根際土壤中的真菌數量要比連作4 a黃芩根際土壤中的真菌數量低13.00%，這與陳慧等[11]對白術連作地真菌數量變化趨勢的研究結論一致，說明土壤中真菌的數量會隨著連作年限的增加而增加。本研究發現，隨著黃芩連作年限的增加細菌和放線菌數量減少，真菌的數量增加，而孫秀山等[12]研究發現，隨著花生田連作年限的增加細菌和放線菌的數量也呈現增加的趨勢，而真菌則表現為減少的趨勢，這與筆者研究結果剛好相反，其原因可能是研究對象不同、作物的生長環境不同等原因導致連作年限對土壤微生物影響的變化規律差異較大。彭曉邦等[13]研究發現黃芩能夠產生一定的化感物質，且化感物質的數量以及種類會影響作物根際土壤微生物群落的數量特征[14]，因此黃芩根際土壤微生物的數量變化特征有待進一步研究。

3.2 不同種植模式對黃芩根際土壤酶活性的影響

土壤酶活性能夠反應植物體的生理生態過程，在土壤生態系統中起著非常重要的作用。在本研究所采集的四種土樣中，脲酶和過氧化氫酶活性的變化趨勢基本一致，均表現為黃芩連作>小麥-黃芩輪作>荒地。與黃芩連作地的蔗糖酶活性相比，小麥-黃芩輪作地的蔗糖酶活性則要高出很多，這說明輪作種植模式會使得土壤中有效營養物質增加，且能提高土壤的肥力水平，從而對作物的生長起到一定的促進作用。筆者研究中，連作年限對黃芩根際土壤中的過氧化氫酶和脲酶活性有顯著影響，連作3 a黃芩根際土壤中的過氧化氫酶和脲酶活性均高于連作4 a黃芩根際土壤中的過氧化氫酶和脲酶活性，這與孫秀山等[12]對連作花生田根際土壤中過氧化氫酶和脲酶活性的研究及陳慧等[11]對白術連作地過氧化氫酶和脲酶活性變化趨勢的研究結論一致，說明連作年限對過氧化氫酶和脲酶活性有影響，連作年限越短過氧化氫酶和脲酶活性越高。小麥-黃芩輪作地的蔗糖酶活性高于黃芩連作地的蔗糖酶活性，這與孫秀山等[12]對連作花生田根際土壤中蔗糖酶活性的研究結論一致，說明輪作種植方式會在一定程度上提高土壤中蔗糖酶的活性。筆者研究發現，黃芩連作地的過氧化氫酶和脲酶活性均高于小麥-黃芩輪作地的過氧化氫酶和脲酶活性，且連作年限對蔗糖酶活性影響不顯著，這與趙慶芳等[15]對不同當歸種植地根際土壤中脲酶和過氧化氫酶活性的研究結果及陳慧等[10]對地黃連作蔗糖酶活性的研究結果不一致，其原因可能是研究對象不同、其生長環境不同以及連作年限不同等諸多因素導致研究結果各異。本研究發現，黃芩連作地的土壤微生物真菌數量較高，這種結果的可能原因是由于黃芩連作時間較長，破壞了土壤的生態平衡，土壤類型由細菌型轉向真菌型，導致有害菌類積累，造成土壤有害物質增加，土壤肥力及熟化程度降低，影響作物的質量和產量[15]。

4 結論

不同種植地根際土壤微生物的三大類群組成比例基本一致，均為細菌居于多數，放線菌次之，真菌的數量最少。土壤微生物數量變化趨勢總體表現為小麥-黃芩輪作>黃芩連作3 a>黃芩連作4 a>荒地；土壤脲酶和過氧化氫酶活性的變化趨勢均表現為黃芩連作>小麥-黃芩輪作>荒地。小麥-黃芩輪作地蔗糖酶活性最高，說明小麥-黃芩輪作能夠有效提高土壤蔗糖酶活性。小麥-黃芩輪作能有效提高土壤微生物數量和土壤蔗糖酶活性。