付 海 麗

（1.德州學(xué)院 生態(tài)與園林建筑學(xué)院，山東 德州 253023；2.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

側(cè)柏（Platycladus orientalis）具有較強(qiáng)的抗干旱能力，在防風(fēng)固沙、水土保持等方面具有重要作用，是我國營造海岸林和荒山荒灘造林的先鋒樹種[1]，同時(shí)也是國內(nèi)最廣泛應(yīng)用的園林綠化樹種之一。側(cè)柏壽命長，在其生長發(fā)育的生命周期中與土壤微生物，特別是根際土壤微生物有著緊密的關(guān)系。探討施肥對側(cè)柏根際土壤微生物及土壤酶活性的影響，對于選擇合適的施肥措施，創(chuàng)造良好的微生態(tài)環(huán)境，從而更好地促進(jìn)側(cè)柏的生長具有重要的實(shí)踐意義。土壤微生物是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的驅(qū)動力，它們參與土壤有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)等過程[2]。土壤酶是土壤中動植物殘?bào)w分解、植物根系分泌物及土壤微生物代謝的產(chǎn)物，參與土壤中許多重要的生物化學(xué)過程[3]。土壤中的酶和微生物活性高低可以代表土壤中物質(zhì)代謝的旺盛程度，在一定程度上能反映作物對養(yǎng)分的吸收利用與生長發(fā)育狀況等，是土壤肥力的重要因子[4]。根際是距離根系表面0～4 mm的土壤區(qū)域，受到植物根系的直接影響，也是植物和微生物交流比較活躍的土壤微區(qū)。植物根際與非根際土壤的微生物種類、數(shù)量的差別呈現(xiàn)出特殊的根際效應(yīng)，在這一區(qū)域內(nèi)，微生物種群豐富，研究和利用這一豐富的微生物資源庫，正越來越受到人們的重視。

牛糞是一種豐富的有機(jī)肥資源，僅次于豬糞資源，居第2位，占畜禽糞便的1/3[5]。近年來，許多學(xué)者利用牛糞在小麥[6]、玉米[7]、大豆[8]等農(nóng)作物上進(jìn)行了深入的研究，并取得了良好的增產(chǎn)效應(yīng)，而關(guān)于牛糞在側(cè)柏方面的應(yīng)用，尤其是對側(cè)柏根際微域土壤微生物狀況的研究尚未見報(bào)道。為此，本研究以腐熟好的牛糞為供試原料，開展了牛糞與化肥配施對一年生側(cè)柏裸根苗根際土壤微生物數(shù)量、微生物多樣性及土壤酶活性的研究，旨在為選擇合適的施肥措施，創(chuàng)造以有益微生物占優(yōu)勢的土壤微生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)側(cè)柏根際生態(tài)的動態(tài)平衡，為側(cè)柏的園林綠化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與供試材料

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在山東省林業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)苗圃，供試土壤為潮土，土壤速效氮21.35 mg/kg，速效磷19.46 mg/kg，速效鉀 62.00 mg/kg，有機(jī)質(zhì)5.71 g/kg。試驗(yàn)所用牛糞采自附近養(yǎng)殖場，并經(jīng)腐熟發(fā)酵好、風(fēng)干后施用，其基本理化性狀為：含水量22.18%，有機(jī)質(zhì)116.85 g/kg，全氮7.61 g/kg，全磷5.59 g/kg，全鉀3.24 g/kg。所用化肥為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。供試材料選用山東省林業(yè)科學(xué)研究院培育的一年生側(cè)柏裸根苗，平均地徑0.86±0.03 cm，平均株高53.28±0.15 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4個處理：處理1，不施肥（CK）；處理2，單施化肥(CF)；處理3，牛糞(CM)；處理4，牛糞提供50%的氮，化肥提供50%的氮(CM+CF)。每個處理8盆，共計(jì)32盆。除CK外，各處理均為等養(yǎng)分量，N、P和K含量分別為2.06、1.54、0.89 g[9]，各處理P和K不足部分分別用過磷酸鈣、氯化鉀補(bǔ)足。試驗(yàn)用盆購自市場的棱柱型塑料盆，盆高20 cm，邊長30 cm。于2013年4月6日盆栽試驗(yàn)時(shí)，將肥料與土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土10.5 kg。

1.3 取樣和分析測定方法

2013年9月26日將每個處理的所有根系進(jìn)行挑選并用水沖洗，放在一個盛有少量水的長方形平盤中，小心地將根分開，避免根重疊和堆積，然后采用WinRHIZ2003b根系分析系統(tǒng)對根系進(jìn)行掃描，并分析計(jì)算出根表面積、總根長和根尖數(shù)；根系活力采用 TTC還原法測定，以單位鮮重根系還原的TTC量表示；采用烘干法稱量根系的生物量，并計(jì)算出比根表面積。同時(shí)參考Wang等[10]的方法采集根際土，并將所取根際土壤樣品充分混勻后風(fēng)干，過2 mm篩供土壤生物學(xué)性狀的測定。

土壤微生物數(shù)量采用稀釋平板計(jì)數(shù)法，細(xì)菌采用牛肉蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基；放線菌采用改良高氏1號培養(yǎng)基；真菌采用馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基。脲酶測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；過氧化氫酶測定采用高錳酸鉀滴定法；多酚氧化酶測定采用鄰苯三酚比色法；蔗糖酶測定采用Na2S2O3滴定法[12]。土壤微生物量碳、氮的測定用氯仿熏蒸法。土壤微生物多樣性指數(shù)計(jì)算公式[11]：

式中，Pi為i類群個體數(shù)占總個體數(shù)的比例。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

采用 Excel 2007處理數(shù)據(jù)并制圖，采用SAS軟件進(jìn)行方差分析和多重比較（LSD法，P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系形態(tài)特征和根系活力

由表1可見，不同處理的側(cè)柏根系形態(tài)特征和根系活力存在明顯的差異。與CK相比，各施肥處理均明顯提高了側(cè)柏根系的生物量、表面積、比根表面積和總根長，而CM+CF處理的提高幅度最大，并顯著高于其它處理，其中根表面積分別比CK、CF和CM處理提高110.01%、59.27%和28.54%，總根長分別提高 92.27%、52.24%和 22.88%；CM 處理的根系生物量、表面積、比根表面積和總根長均顯著高于CF處理。

根尖既包括須根根尖，也包括根毛根尖；須根數(shù)和根毛數(shù)越多，根系與土壤接觸的面積就越大, 固定的土壤體積就越大，保持的水分也就越多，同時(shí)根系的有效吸收面積就越多[13]。CM+CF處理的根尖數(shù)最多，分別比CK、CF和CM處理增加37.79%、34.45%和16.64%，差異均達(dá)到顯著水平；CM處理的根尖數(shù)明顯多于CK和CF處理，而CK和CF處理之間無顯著性差異。

根系活力大小在一定程度上可反映根系吸收養(yǎng)分能力的強(qiáng)弱，其大小直接影響植物個體的生長發(fā)育和營養(yǎng)水平等。由表1可知，各處理根系活力的大小次序?yàn)椋篊M+CF＞CM＞CF≈CK，CM+CF處理的根系活力最高，其次是CM處理，均顯著高于CF和CK處理，而CF和CK處理的差異不顯著。數(shù)據(jù)表明，牛糞與化肥配施對側(cè)柏根系形態(tài)特征和根系活力的影響作用最顯著。

表1 配施牛糞對側(cè)柏根系形態(tài)特征和根系活力的影響

2.2根際土壤微生物數(shù)量及微生物量碳、氮

由表2可見，不同處理側(cè)柏根際土壤中的各生理類群數(shù)量差異顯著，并且均以細(xì)菌占居優(yōu)勢，放線菌次之，而真菌最少。同CK相比，各施肥處理均明顯增加了側(cè)柏根際土壤的細(xì)菌數(shù)、放線菌數(shù)、真菌數(shù)和微生物總量。在各施肥處理中，CM+CF和CM處理的三個功能微生物數(shù)量和微生物總量均顯著高于CF處理；CM+CF處理的細(xì)菌數(shù)、放線菌數(shù)和微生物總量均是最高，并顯著高于其它處理，而真菌數(shù)與CM處理無顯著性差異。其中，CM+CF處理的細(xì)菌數(shù)分別比CK、CF和CM處理增加143.55%、59.61%和19.08%，放線菌數(shù)分別增加87.22%、48.06%和16.94%。

土壤微生物量碳、氮作為土壤肥力水平的活指標(biāo)，對了解土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及循環(huán)具有重要意義。從表2可知，CM+CF處理的微生物量碳、氮含量均是最高，并顯著高于其它處理，分別比CF處理提高62.22%和45.35%；其次是CM處理，微生物量碳、氮含量均顯著高于CK和CF處理；CF處理的微生物量氮含量顯著高于 CK，而微生物量碳含量與 CK差異不顯著。由此可見，施用牛糞能顯著增加側(cè)柏根際土壤的微生物數(shù)量及微生物量碳、氮，尤其是牛糞與化肥的配合施用。

表2 配施牛糞對側(cè)柏根際土壤微生物數(shù)量及微生物量碳、氮的影響

2.3 根際土壤微生物多樣性指數(shù)

本試驗(yàn)通過 Shannon 指數(shù)公式分別計(jì)算了側(cè)柏根際土壤微生物多樣性指數(shù)（圖 1）。結(jié)果表明，不同處理使側(cè)柏根際土壤的微生物多樣性指數(shù)存在一定的差異，說明不同處理的側(cè)柏根際土壤微生物群落的豐富度不同。CM+CF處理的微生物多樣性指數(shù)最高，其次是CM處理，均顯著高于CF和CK處理，這與微生物總量的變化趨勢一致；而CF處理的微生物多樣性指數(shù)明顯低于CK，這與微生物總量的變化趨勢不一致，這可能是由于單施化肥使側(cè)柏根際微域環(huán)境可能會適合于某一類或幾類微生物的生長，而對其它類群微生物的生存不一定產(chǎn)生影響，即對各類微生物的作用不同，結(jié)果使土壤中微生物總數(shù)可能較高，但其微生物多樣性指數(shù)不一定高[11]。這也進(jìn)一步證明了施用牛糞對側(cè)柏根際土壤微生物群落的作用效果要明顯優(yōu)于單施化肥。

2.4 根際土壤酶活性

不同處理對側(cè)柏根際土壤酶活性的影響如表3所示?？梢钥闯?，同CK相比，各施肥處理均顯著增強(qiáng)了土壤酶活性。在三個施肥處理中，CM和CM+CF處理的脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性均明顯高于CF處理，而CM+CF處理的過氧化氫酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性均是最高，且顯著高于CM處理，但脲酶活性與CM處理無顯著性差異。其中，CM+CF處理多酚氧化酶活性的提高幅度最大，分別比CK、CF和CM處理提高69.64%、37.68%和17.28%。數(shù)據(jù)顯示，施用牛糞處理的側(cè)柏根際土壤酶活性均明顯高于單施化肥處理。除脲酶外，牛糞與化肥配施處理對側(cè)柏根際土壤酶活性的提高幅度最顯著，這與側(cè)柏根際土壤微生物數(shù)量的變化趨勢相一致。

圖1配施牛糞對側(cè)柏根際土壤微生物多樣性指數(shù)的影響

表3 配施牛糞對側(cè)柏根際土壤酶活性的影響

3 討論與結(jié)論

根際是植物-土壤-微生物相互作用的特殊生態(tài)環(huán)境，植物根系以多種形式向周圍的土壤釋放有機(jī)物質(zhì)，并以其自身的活動影響這部分土壤的理化及生物學(xué)性狀，特別是影響微生物區(qū)系的發(fā)育[14]。土壤微生物各主要生理類群直接參與土壤碳、氮等營養(yǎng)元素循環(huán)和能量流動，其數(shù)量和活性直接關(guān)系到土壤肥力的高低。本試驗(yàn)研究認(rèn)為，不同的施肥措施使側(cè)柏根際土壤微生物各生理類群的數(shù)量差異顯著，且均以細(xì)菌占絕對優(yōu)勢、放線菌次之、真菌最少，這與陳汝等[15]在不同蘋果砧木上的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，施用牛糞的兩個處理使側(cè)柏根際土壤中細(xì)菌、放線菌、真菌和微生物總量均明顯高于對照和單施化肥處理。這主要是因?yàn)椋?）牛糞本身帶入了大量活的微生物，在某種程度上起到了“接種”的作用；2）大部分微生物在土壤中實(shí)際上處于一種低營養(yǎng)狀態(tài)，當(dāng)牛糞加入土壤后，為微生物提供了新的能源，使微生物在種群數(shù)量上發(fā)生了較大的改變；3）施用牛糞處理能明顯改善根系形態(tài)特征，使根表面積、比根表面積、總根長和根尖數(shù)顯著增加，同時(shí)增強(qiáng)了根系活力，從而有利于刺激根系分泌物的生成，而根系分泌物尤其是低分子有機(jī)化合物可以通過改變根際pH、Eh和螯合作用來影響根際元素的溶解度和有效性，進(jìn)而直接或間接影響根際土壤微生物的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)[16]。此外，同單施化肥相比，牛糞和牛糞-化肥配施處理還顯著提高了側(cè)柏根際土壤的微生物量碳、氮含量，而微生物量碳、氮是土壤中有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分的一種短暫且最有效的貯存形式，是土壤養(yǎng)分的源和庫，對土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及循環(huán)起著重要的作用。

根際微生物數(shù)量和種類越多，土壤生物活性越強(qiáng)，對植物生長的促進(jìn)作用越明顯，但微生物數(shù)量和種類的變化趨勢有時(shí)并不完全一致。本試驗(yàn)通過對微生物多樣性指數(shù)的研究得出，牛糞和牛糞-化肥配施處理的微生物多樣性指數(shù)與微生物總量的變化趨勢一致，而對照和單施化肥處理的微生物多樣性指數(shù)與微生物總量的變化趨勢相反，這表明微生物總數(shù)高的側(cè)柏根際土壤，其多樣性指數(shù)不一定高。這也進(jìn)一步印證了施用牛糞相比單施化肥能明顯地提高微生物群落的豐富度。

土壤酶參與土壤中的各種代謝過程和能量轉(zhuǎn)化，是土壤生物化學(xué)特征的重要組成部分[17]。從本研究可知，施用牛糞的兩個處理均能明顯提高根際土壤的酶活性，這與李華等[18]在小麥-玉米輪作體系中的研究結(jié)果一致。這主要是由于施用牛糞既能為土壤酶提供更多、更豐富的酶促基質(zhì)，發(fā)揮底物誘導(dǎo)作用，同時(shí)還能提高腐殖質(zhì)含量，而腐殖質(zhì)能夠通過離子交換、離子鍵或共價(jià)鍵等與土壤酶結(jié)合，固定土壤酶[19]。本研究還得出，牛糞與化肥配施處理的根際土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性均高于牛糞處理。這主要是由于牛糞與化肥搭配施用能更好地調(diào)節(jié)土壤碳氮比，改善土壤理化性狀，更有助于側(cè)柏和土壤微生物的生長，使更多的酶伴隨著旺盛的根系活動和土壤動物、微生物的生活活動而進(jìn)入土壤，從而更有利于土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的提高[20]。

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