馬 麗

(商丘師范學(xué)院生物與食品學(xué)院植物與微生物互作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南商丘476000)

土壤是生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，在植物生長發(fā)育過程中，不僅作為營養(yǎng)庫供給營養(yǎng)，還具有涵養(yǎng)雨水、支撐以及穩(wěn)定和緩沖環(huán)境變化等作用［1］。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分，其種類多、數(shù)量大，參與生物固氮、土壤有機(jī)質(zhì)的分解和腐殖質(zhì)的形成等過程，對土壤有機(jī)質(zhì)的礦化分解和土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化起著非常重要的作用［2-4］。果園土壤微生物的種類和數(shù)量在一定程度上反映了果園土壤肥力狀況，與果樹的生長及產(chǎn)量的形成有一定的關(guān)系，而不同樹齡果園的根系空間分布不同［5-6］，土壤有機(jī)碳儲量［7］、土壤理化性狀［8］、水肥營養(yǎng)狀況［9-10］也不同，進(jìn)而土壤微生物的分布也受到影響。因此，研究不同樹齡果園土壤微生物狀況有利于對不同樹齡果園進(jìn)行合理施肥及耕作管理，進(jìn)而提高果樹產(chǎn)量和品質(zhì)。目前，對于果園土壤微生物的研究多集中于耕作措施［11-12］、水肥管理［13-14］、覆蓋模式［15］等對土壤微生物的影響，且研究品種多為蘋果［16］、葡萄［17］、臍橙［18］、蜜橘［19］等。梨是我國栽培歷史悠久、種植面積大、產(chǎn)量多的主要果樹之一，也是國內(nèi)外栽培的大宗果樹之一，而目前對不同樹齡梨園土壤微生物和酶活性的研究鮮見報(bào)道。鑒于此，以豫東地區(qū)寧陵萬畝梨園為研究對象，調(diào)查了不同樹齡梨園不同土層深度土壤微生物包括細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量分布特征，研究了土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性空間變化，以期為評估不同樹齡梨園的土壤質(zhì)量以及指導(dǎo)不同樹齡梨園的合理管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于河南省商丘市寧陵縣石橋鄉(xiāng)萬畝梨園(34°45'N，115°32'E)，該區(qū)地處豫東平原，年平均氣溫14.2℃，無霜期216 d，年平均降雨量720 mm。土壤類型以砂壤土為主，梨樹品種以酥梨為主。

1.2 研究方法

選擇樹齡為 3、5、10、22、53、89 a 的梨園為研究對象，梨樹特征見表1。在結(jié)果末期每個(gè)樹齡的梨園選取3個(gè)樣點(diǎn)，選擇樹體大小、樹勢基本一致的代表性梨樹，沿2個(gè)行間方向選取距離樹干100 cm處設(shè)點(diǎn)采樣，每點(diǎn)選取3個(gè)土層深度(0～20、20～40、40～60 cm)，每個(gè)樣點(diǎn)2個(gè)行間方向同層土樣采用四分法進(jìn)行均勻混合，裝入塑封保鮮袋，放入冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室，剔除土壤雜物后，將土樣分為2份，1份新鮮土樣立即測定土壤微生物數(shù)量，另1份風(fēng)干后研磨過篩，用于測定土壤酶活性。

表1 不同樹齡梨園梨樹特征

1.3 指標(biāo)測定

土壤蔗糖酶活性采用3，5–二硝基水楊酸比色法進(jìn)行測定，用37℃條件下培養(yǎng)24 h后每克土壤中所含葡萄糖的質(zhì)量表示;脲酶活性采用次氯酸鈉－苯酚鈉比色法進(jìn)行測定，用37℃條件下培養(yǎng)24 h后每克土壤中所含NH3－N的質(zhì)量表示;過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法進(jìn)行測定，用每克土壤20 min所消耗的 0.01 mol/L KMnO4的量表示［20］。土壤微生物包括細(xì)菌、真菌、放線菌的測定采用平板稀釋計(jì)數(shù)法，烘干法測定土壤含水率，用每克干土中的微生物數(shù)量表示［21］。土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀氧化法［22］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 17.0進(jìn)行Duncan氏差異顯著性檢驗(yàn)和Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹齡梨園土壤有機(jī)質(zhì)特征

由表2可知，0～20 cm土層內(nèi)，3 a和5 a梨園土壤有機(jī)質(zhì)含量最高(分別為 10.16、10.13 g/kg)，分別較其他各樹齡梨園高 28.28%～82.08%、27.90%～81.54%，且差異顯著，而 89 a梨園最低(5.58 g/kg)，顯著低于其他各樹齡梨園;20～40 cm土層內(nèi)，3、5、10 a梨園顯著高于 22、53、89 a 梨園;40～60 cm 土層也表現(xiàn)為3 a梨園最高(6.11 g/kg)，而89 a梨園最低(3.58 g/kg)?？傮w上，各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量隨樹齡的增加而降低。不同土層間相比較，各樹齡梨園均表現(xiàn)為0～20 cm ＞20～40 cm＞40～60 cm，且 0～20 cm土層顯著高于20～40 cm土層，而40～60 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，表明梨園土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加而降低。

表2 不同樹齡梨園土壤有機(jī)質(zhì)含量變化 g/kg

2.2 不同樹齡梨園土壤酶活性的變化

由表3可知，土壤蔗糖酶和脲酶活性均隨土層深度增加而降低，而各土層間過氧化氫酶活性差異不顯著。不同樹齡梨園之間相比較，0～20 cm土層5 a梨園蔗糖酶活性最高，比其他梨園高5.73%～31.39%，20～40 cm和40～60 cm土層均以10 a梨園最高，分別比其他梨園高 7.10% ～30.69%和9.94% ～30.07%，蔗糖酶活性隨樹齡的增加呈先增加后降低趨勢?？傮w上，土壤脲酶活性隨梨園樹齡的增加而逐漸降低。不同樹齡梨園土壤過氧化氫酶活性差異不顯著。

表3 不同樹齡梨園不同土層土壤酶活性的變化

不同土層的土壤酶活性相比較，0～20 cm和20～40 cm土層蔗糖酶活性均顯著高于40～60 cm土層，各樹齡0～20 cm和20～40 cm土層平均土壤蔗糖酶活性分別比40～60 cm土層高102.52%和82.66%;土壤脲酶除22 a和89 a梨園，其他樹齡梨園均表現(xiàn)為0～20 cm土層顯著高于20～40 cm和40～60 cm土層，各樹齡0～20 cm土層平均土壤脲酶活性分別比20～40 cm和40～60 cm土層高53.44%和90.45%，表明土壤蔗糖酶和脲酶活性隨土層深度的增加而降低。過氧化氫酶活性在各樹齡梨園不同土層間差異均未達(dá)到顯著水平，表明0～60 cm土層內(nèi)過氧化氫酶受土層深度的影響變化不大。

2.3 不同樹齡梨園土壤微生物的數(shù)量特征

2.3.1 不同樹齡梨園土壤微生物的數(shù)量分布 由表 4 可知，3、5、10、22、53、89 a 梨園在試驗(yàn)研究深度0～60 cm的土層范圍內(nèi)，土壤細(xì)菌數(shù)量為3.26×107～33.96×107cfu/g，細(xì)菌平均數(shù)量隨樹齡的增加逐漸減少，不同土層土壤細(xì)菌數(shù)量也大致表現(xiàn)出隨樹齡的增加而逐漸減少的趨勢。其中，0～20 cm土層各樹齡間差異均達(dá)到顯著水平;20～40 cm土層3 a和5 a梨園顯著高于其他樹齡梨園，分別為32.79×107cfu/g和24.56×107cfu/g;40～60 cm 土層3 a 梨園細(xì)菌數(shù)量最高，為 22.37×107cfu/g，89 a梨園最低，為 3.26×107cfu/g，且均與其他梨園差異顯著。不同土層細(xì)菌數(shù)量比較，除53 a和89 a梨園，其他各梨園均隨土層深度的增加而減少，且0～20 cm土層與40～60 cm土層均達(dá)到差異顯著水平;0～20、20～40、40～60 cm 土層各梨園細(xì)菌平均值 分 別 為 19.69× 107、17.76× 107、13.13×107cfu/g。

表4 不同樹齡梨園不同土層土壤微生物數(shù)量的變化

土壤真菌數(shù)量在相同土層深度均表現(xiàn)為10 a和22 a梨園最高，顯著高于其他樹齡梨園，3 a和5 a梨園最低。不同土層相比較，3、10、22 a梨園0～20 cm土層分布最多，5、53、89 a梨園20～40 cm 土層分布最多，各樹齡梨園0～20、20～40、40～60 cm 土層真菌數(shù)量平均值分別為 12.07×103、12.47×103、7.71×103cfu/g。

土壤放線菌數(shù)量在相同土層深度上均表現(xiàn)為10 a梨園最低，53 a和89 a梨園最高。0～20 cm土層89 a梨園土壤放線菌數(shù)量顯著高于其他各樹齡梨園，其次為53 a梨園，且與其他各樹齡梨園差異顯著;20～40 cm土層89 a梨園顯著高于其他各樹齡梨園，其次為53 a梨園，且與其他各樹齡梨園差異顯著，10 a和3 a梨園差異不顯著;40～60 cm土層53 a和89 a梨園高于5 a和22 a梨園，但差異不顯著，10 a梨園顯著低于其他各樹齡梨園(3 a除外)?？傮w上，不同土層放線菌數(shù)量隨土層深度增加呈現(xiàn)減少的趨勢，這與細(xì)菌和真菌分布類似。

2.3.2 不同樹齡梨園土壤微生物的組成變化 由圖1可知，梨園各土層土壤微生物總量總體上隨樹齡的增加而逐漸降低，而相同樹齡不同土層間土壤微生物總量也表現(xiàn)為隨土層深度的增加而減少，這與細(xì)菌變化趨勢一致(表4)。梨園土壤三大微生物細(xì)菌、真菌、放線菌在數(shù)量組成上，細(xì)菌數(shù)量占絕對優(yōu)勢，分別為真菌和放線菌的104倍和103倍，因此，微生物總量的變化主要取決于細(xì)菌的變化。由表5可知，不同梨園土壤微生物組成中，細(xì)菌數(shù)量最多，占總微生物數(shù)量99%以上，其次為放線菌，真菌最少。隨樹齡的增加，不同微生物數(shù)量組成呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，細(xì)菌數(shù)量組成表現(xiàn)為隨樹齡的增加而逐漸減小，而真菌和放線菌則隨樹齡的增加而增加。隨深度的增加，細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量組成總體上變化不大。

圖1 不同樹齡梨園土壤微生物總量的變化

2.4 梨園樹齡、土壤酶活性與土壤微生物相關(guān)性分析

由表6可知，樹齡與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶活性呈負(fù)相關(guān)，其中與土壤脲酶活性相關(guān)性達(dá)極顯著水平，與土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，其中與細(xì)菌相關(guān)性達(dá)顯著水平，而與放線菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)含量與蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶活性呈正相關(guān)，其中與脲酶和過氧化氫酶活性相關(guān)性達(dá)到顯著水平，與細(xì)菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)，與放線菌數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)。此外，土壤脲酶活性與細(xì)菌數(shù)量呈顯著 正相關(guān)，與放線菌數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)。

表5 不同樹齡梨園土壤微生物數(shù)量組成

表6 梨園各指標(biāo)相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

土壤酶是土壤中的生物催化劑，能夠加速土壤生化反映速度，在土壤肥力評價(jià)中，酶活性是一項(xiàng)重要指標(biāo)［23］。一般認(rèn)為，樹齡對果園土壤酶活性有一定的影響，本研究中，土壤蔗糖酶活性大致隨樹齡的增加呈先升高后降低的趨勢。杜俊龍等［24］通過對棗園土壤酶活性的研究表明，3、5、10、15 a樹齡棗園隨種植年限的增加而增加，這與本研究結(jié)果一致。但隨樹齡的繼續(xù)增加，土壤蔗糖酶活性反而降低。同一年限不同土壤土層間蔗糖酶活性表現(xiàn)為隨土壤深度增加不斷減小，這與杜俊龍等［24］、杜靜靜［25］研究結(jié)果一致。蔗糖酶是分解土壤腐殖質(zhì)進(jìn)行土壤能量轉(zhuǎn)化的重要酶類［26］，隨土層深度的增加，土壤腐殖質(zhì)減少，進(jìn)而蔗糖酶活性降低。土壤脲酶活性隨梨園樹齡的增加而逐漸降低，同一樹齡不同土壤深度表現(xiàn)為隨土壤深度增加而減小，這與前人研究結(jié)果［27］相似。土壤脲酶活性與土壤肥力有一定的關(guān)系，土壤肥力越高，脲酶活性越強(qiáng)［28］，土壤有機(jī)質(zhì)含量在一定程度上反映了土壤肥力狀況，而土壤脲酶的變化與土壤有機(jī)質(zhì)變化一致。不同樹齡、不同土層深度過氧化氫酶活性差異不顯著?，F(xiàn)階段關(guān)于過氧化氫酶活性與樹齡和土層深度的關(guān)系研究并未得出一致的結(jié)論。王靜等［29］研究表明，過氧化氫酶活性與種植年限的相關(guān)性不顯著，這與本研究結(jié)果相似。本研究中，0～60 cm土層過氧化氫酶活性受土層深度的影響變化不大。楊恒山等［30］研究認(rèn)為，過氧化氫酶活性隨土壤深度增加而增加。杜俊龍等［24］認(rèn)為，過氧化氫酶活性與土層深度有關(guān)，但樹齡不同，過氧化氫酶活性表現(xiàn)也不相同，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

土壤細(xì)菌、真菌、放線菌作為土壤微生物的主要群體，影響著土壤的形成和發(fā)育，有利于土壤有機(jī)物質(zhì)的分解、礦化和腐殖化，對養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)有重要的作用。因此，微生物數(shù)量可以在一定程度上反映土壤的肥力狀況［31］。本研究中，各梨園土壤微生物類群組成以細(xì)菌為主(細(xì)菌數(shù)量占總微生物的99%以上)，且細(xì)菌數(shù)量隨樹齡的增加逐漸減少，同時(shí)隨土層深度增加有減少的趨勢;真菌數(shù)量表現(xiàn)為壯齡梨園(10 a和22 a)＞老齡梨園(53 a和89 a)＞幼齡梨園(3 a和5 a)，不同土層深度真菌分布與細(xì)菌類似，表現(xiàn)出隨土層深度增加而減少的趨勢;放線菌數(shù)量分布則表現(xiàn)為老齡梨園(53 a和89 a)最高，而10 a梨園最低，不同土層深度放線菌分布與細(xì)菌和真菌類似，均表現(xiàn)為隨土層深度增加而逐漸減少;但微生物總量變化與細(xì)菌保持一致，即隨樹齡的增加而逐漸減少，且隨土層深度增加也表現(xiàn)為逐漸減少的趨勢，這與前人研究結(jié)果相似［16］。微生物數(shù)量隨樹齡的增加而逐漸減少，原因可能是幼齡梨園表層土壤的耕作活動(dòng)較為頻繁，土壤孔隙度大，增加了土壤中氧含量，有利于土壤微生物的生長繁殖，而老齡梨園受人為干擾較大，土壤容重增加，孔隙度降低，土壤氧含量下降，抑制了好氧微生物的繁殖。此外，隨土層深度增加，土壤中營養(yǎng)物質(zhì)(主要為土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì))相應(yīng)減少，土壤微生物數(shù)量與土壤的肥沃程度存在一定的相關(guān)性［16，19］，這也是造成微生物數(shù)量減少的原因。

土壤微生物數(shù)量和酶活性能在一定程度上反映土壤的肥力狀況，本研究初步分析了樹齡、土壤酶活性與微生物數(shù)量之間的關(guān)系，結(jié)果顯示，梨園樹齡與土壤細(xì)菌數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)，即細(xì)菌數(shù)量隨樹齡增加而減少。但有研究指出盛果期細(xì)菌數(shù)量最大［16，31］，原因可能是微生物分布除了受果園年齡影響外，還受土壤養(yǎng)分狀況、孔隙度、溫度和濕度等外部因素的影響，因此造成了研究結(jié)果不一致。另外，本研究表明，樹齡與土壤脲酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，土壤脲酶活性在一定程度上反映了土壤氮素的情況［32］，因此梨園隨樹齡的增加，氮素供應(yīng)能力有所下降。

綜上所述，土壤微生物生態(tài)特征與樹齡存在著一定的關(guān)系，這種關(guān)系同時(shí)受到人類活動(dòng)的影響，隨梨園樹齡增長，土壤微生物生態(tài)特征及土壤營養(yǎng)狀況發(fā)生變化，可能會影響果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)，因此，需要合理進(jìn)行土壤調(diào)控管理以保證梨園土壤微生物生態(tài)平衡。

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