不同土壤质地棉花根际微生物及酶活性与土壤理化性质相关性研究

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　　摘要 采用池栽方式，研究潮土3种不同质地土壤棉花花铃期根际微生物数量和酶活性及其与土壤理化性质的相关性。结果表明，在棉花-土壤质地-微生物相互作用的生态系统中，土壤微生物和酶活性受土壤质地和棉花生长发育二方面影响。相关分析显示，细菌、真菌是影响壤土中速效磷的主要微生物，磷酸酶是影响3种质地中速效磷、碱解氮及砂土中速效钾的主要酶。细菌、真菌、磷酸酶可作为评判棉花根际土壤肥力的生物学指标。
　　关键词 土壤质地;棉花;根际微生物;土壤酶活性;相关性
　　中图分类号 S562  文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）05-0165-03
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.05.046
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Abstract A poolculture experiment was carried out by cultivating cotton in sandy，loamy and clayey texture of Chao soil，and studied on the variation features of rhizosphere microorganisms and enzyme activities of cotton during the flowering and bollforming stage and their correlation with nutrients of the soils.The results indicated that the number of rhizosphere microorganisms and enzyme activities were affected by both the soil texture and development of cotton in the interaction system of the cotton，soil texture and microorganisms.Correlation analysis showed that bacteria and fungi were the most important microorganisms affecting soil available P.Phosphatase was the most important enzyme affecting soil available P and alkalihydrolyzable N in defferent soil textures，and available K in loam.It indicated that bacteria fungi and Phosphatase can be used as the biological indices of soil fertilization properties at the cotton rhizosphere.
　　Key words Soil texture;Cotton;Rhizosphere microorganisms;Soil enzyme activities;Correlation
　　土壤微生物和酶是土壤中主要的有機体，是土壤中最活跃的部分。细菌、真菌、放线菌是土壤中主要的微生物，以土壤中各种有机物为物质基础，参与土壤各种养分的转化与循环[1-2]，是土壤养分有效释放的主要调节者[2]。土壤酶主要来自于土壤微生物、作物根系分泌物、动植物残体[3]，是土壤生化过程的产物，参与土壤有机物的分解，对土壤理化性质产生一定影响，其活性对土壤条件反应较为敏感，常被用于评判土壤生态系统变化的指标[4-6]。土壤质地是土壤重要的物理性质之一，研究表明，不同土壤质地因其理化性质不同对土壤微生物、酶活性[6-8]及速效养分含量[9-10]产生较大影响，但集中在玉米[7，10]、小麦[9]、烟草[6]等作物，且研究表明作物根际土壤微生物量和酶活性不仅受不同质地的影响，还与作物及其生长发育进程密切相关[11]。棉花根际微生物量及酶活性亦有研究[12-14]，而不同土壤质地棉花根际微生物量及酶活性的研究鲜见报道。土壤环境的微小变化将会引起土壤微生物及酶活性的改变[4，12-19]。为了解棉花、土壤质地、微生物三者之间的关系，笔者分析了不同土壤质地棉花根际微生物数量和酶活性的变化特征及其与土壤养分的相关性，以期从棉花根际微生物数量及酶活性变化评价土壤质地对棉花生长发育的影响，了解棉花根际土壤微生物及土壤酶与土壤质地、土壤养分的内在联系，为棉花生产合理布局及不同质地棉花高产管理提供依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　试验于2015年4月—2016年11月在河南省农业高新科技园池栽区进行，该区属北暖温带气候区，日平均气温14.5 ℃，年均降雨量在628 mm左右，无霜期219～226 d，≥10 ℃的有效积温4 750～5 100 ℃。根据河南省潮土典型土壤质地特征，共设砂土（L）、壤土（S）和粘土（C）3种质地，每种质地24池，每池由水泥板（长×宽×高为1 m×1 m×0.06 m）围成，长、宽、高各1 m，每池面积1 m.2，下不封底。池面与地面相平，以保证池面以上的小气候与大田相同。同一质地的24池排为无间隔的2排，不同质地的池区间隔1 m宽的观测道。试验前茬为紫花苜蓿，移栽前3种质地土壤的基本理化性质见表1。
　　1.2 试验材料
　　供试品种为鲁研棉21，4月12日育苗，5月10日移栽，每池4株，每株距池边25 cm，株间距为50 cm。移栽前每池施高钾复合肥（17-17-17）50 g，折合495 kg/hm.2。初花期每池追施高钾复合肥31 g，折合为310.5 kg/hm.2，其他管理同丰产田常规管理。 　　1.3 测定项目与方法
　　1.3.1 土壤样品采集与处理。
　　主要研究棉花营养生长与生殖生长并进阶段的花铃期根际微生物数量及酶活性，7月2日初花期第一次取土样，以后每间隔11 d取样一次，即分别在7月2日、7月13日、7月24日、8月4日和8月15日5个时间点取样。取样时，去除表层杂物，取0～20 cm土层的根区土为样品，每份样品分3份，一份立即于-20 ℃保存，用于测定根际微生物的数量，第二份立即带回室内测定土壤水分含量（烘干法），第三份自然风干，用于测定土壤酶活性和养分含量。
　　1.3.2 土壤微生物数量及酶活性测定。真菌采用马丁氏培养基;细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基;放线菌采用高氏 1 号培养基。真菌、细菌、放线菌计数采用稀释平板法[20-21]。土壤磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性参考严昶升[20]及许光辉等[21]测定。土壤磷酸酶活性测定用磷酸苯二钠比色法，磷酸酶活性在37 ℃下，1 g干土培养24 h释放出酚的毫克数表示;土壤脲酶活性测定用苯酚钠—次氯酸钠比色法， 脲酶活性在37 ℃以下， 1 g干土培养24 h分解尿素产生的NH3-N毫克数表示;土壤蔗糖酶活性测定用3，5-二硝基水杨酸比色法， 蔗糖酶活性在37 ℃以下，1 g干土培養24 h分解蔗糖产生的葡萄糖毫克数表示。
　　2 结果与分析
　　2.1 3种质地土壤根际微生物数量及酶活性与土壤含水量的相关性
　　由表2可知，土壤含水量与土壤微生物数量均呈负相关，而与土壤酶活性均呈正相关。表明土壤含水量越高，土壤通气性越差，不利于微生物代谢活动，而有利于酶活性的提高。不同土壤质地相比，土壤含水量与黏土、砂土中细菌分别呈极显著及显著负相关，与壤土中土壤微生物数量及酶活性相关均不显著，即不同质地间土壤含水量与土壤微生物数量、酶活性的相关程度为黏土>砂土>壤土。上述分析表明，为提高土壤微生物数量及酶活性，首先需控制好黏土中含水量，然后是砂质土，而壤土对水分的调控性最大。
　　2.2 3种质地土壤根际微生物数量及酶活性与土壤有机质的相关性 土壤有机质是植物生长源泉，也是土壤中微生物的能源物质，同时也是影响植物养分吸收的重要因素。因此，土壤有机质含量直接影响土壤根际微生物数量、种类和土壤酶活性等。表3表明，不同质地间3种微生物数量与有机质呈正相关，但其相关程度不同质地间及不同微生物类群间有较大差异。以黏土中的有机质与细菌、真菌数量相关程度最大，均达极显著;壤土的有机质与细菌、真菌数量相关显著;砂土中有机质仅与真菌数量相关显著。不同质地间酶活性与有机质呈正相关，但其相关程度不同质地间差异较小，均未显著水平。
　　2.3 3种质地土壤根际微生物数量及酶活性与土壤养分含量的相关性
　　表4表明，不同质地间3种微生物数量与碱解氮（黏土除外）呈正相关，但其相关程度不同质地间及不同微生物类群间有较大差异。微生物数量与速效磷、速效钾含量的相关性质及程度不同质地及微生物类群间有较大差异，3种微生物数量与砂土、黏土中速效磷、速效钾（黏土中放线菌除外）呈负相关，而壤土中则表现为正相关;以壤土中细菌、真菌与速效磷的相关程度最大，分别达相关显著、极显著，砂土中仅细菌与速效磷呈显著负相关。
　　不同质地间3种酶活性与土壤养分（除速效钾）有相同的相关性，即与速效磷呈正相关，与碱解氮呈负相关，但其相关程度不同质地及不同酶类间有较大差异。以黏土中的磷酸酶与土壤养分相关程度最大，表现为与碱解氮、速效磷相关极显著;以砂土中磷酸酶与土壤养分相关显著的指标最多，其中与碱解氮、速效磷、速效钾均相关显著。不同质地间速效钾与土壤养分相关的性质及程度均有较大差异，与砂土、黏土中的3种酶及壤土中的脲酶呈正相关，与壤土中磷酸酶、蔗糖酶呈负相关，其中仅与砂土中的磷酸酶相关显著，其余指标均不显著。
　　 研究表明，丰富的有机质有利于土壤微生物及酶的代谢活动，而土壤含水量越高，土壤空气越少，不利于土壤微生物（这里的土壤微生物含量是在有氧条件下测定的）代谢活动，而有利于土壤酶活性的提高。3种质地磷酸酶活性均与速效磷含量相关显著，进一步说明磷酸酶活性可以表征土壤有效磷状况。
　　3 讨论
　　土壤养分状况是土壤微生物及酶代谢活动的物质基础[6]，而土壤微生物及酶是植物营养的活性库，其种类及数量在一定程度上反映了土壤有机质的矿化程度及养分的存在状态。结构良好、有机质含量较高的土壤，能够为土壤微生物活动提供优良的生境，有利于土壤微生物的生长。土壤微生物与土壤肥力密切相关已为许多研究证实，但集中在壤土上[2，5]，沈宏等[2]研究表明，壤土上玉米根际土壤微生物数量、酶活性与土壤有机质含量显著正相关;徐强等[5]研究显示，玉米与辣椒间作土壤各速效养分与各生物因子均呈显著或极显著正相关，蔗糖酶是影响碱解氮的最主要因子，脲酶是影响有效磷的最主要因子，细菌是影响有效钾的最主要因子。该研究对3种典型土壤质地棉花根际微生物数量及酶活性与土壤养分的相关性分析表明，3种质地土壤微生物数量及酶活性与有机质呈正相关，表明丰富的有机质有利于土壤微生物及酶活性的代谢活动，这与众多研究一致。
　　不同质地间土壤微生物数量及酶活性与土壤养分的相关性有较大差异。不同质地微生物数量与土壤养分相关性的差异，主要表现在壤土与砂土、黏土在速效磷、速效钾二种养分上，速效磷、速效钾与砂土、黏土中微生物数量呈负相关，与壤土中微生物数量呈正相关，且壤土中速效磷与细菌、真菌相关显著或极显著。这可能是砂土和黏土中不缺磷，磷素不是棉花生长发育的限制因子，但是壤土植棉的主要限制因子;不同质地间土壤酶活性与土壤养分相关性的差异主要表现在速效钾含量上，仅在砂土中速效钾与磷酸酶活性相关显著，表明钾是砂土植棉的限制肥料。分析得出，棉花根际细菌、真菌及磷酸酶与不同质地土壤养分相关显著或极显著的指标最多，表明它们对棉花根际土壤环境变化反应最敏感，可用细菌、真菌、磷酸酶活性评判棉花根际土壤养分状况。 　　4 结论
　　不同土壤质地棉花根际微生物数量及酶活性有较大差异，微生物数量均以壤土中最多，其次是黏土;土壤酶活性基本表现出黏土中最高，其次是壤土;但壤土与黏土间微生物数量及酶活性差异均不显著，而均显著或极显著高于砂土中的含量。棉花根际微生物数量及酶活性受土壤质地和棉花生长发育两方面的影响，且棉花生长发育的影响程度大于土壤质地。在棉花生产布局时，鉴于棉花为双子叶植物，出苗、保苗较难，而壤土耕作质量高，水、肥、气、热协调能力强，建议优先安排在壤土上;其次是黏土。在棉花高产管理上，为增强土壤微生物活性，提高养分利用率，应增施有机肥，且壤质土植棉应增施磷肥，黏质土植棉氮肥、磷肥要适量，并加强水分管理，在砂质土植棉应增施钾肥。
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