不同肥料对油茶林土壤微生物及酶活性的影响

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　　摘要：以赣无油茶无性系（Camellia oleifera Abel）为材料，分别设施用油茶专用肥（ZYF）、生物有机肥（YJF）、复合肥（FHF）和不施肥（CK）4个处理，研究不同肥料处理下油茶林土壤微生物及土壤酶活性的季节变化。结果表明：施用不同肥料对土壤细菌数量有明显的促进作用，效果最好的是ZYF；ZYF、YJF施肥处理对于提高油茶林土壤中放线菌数量效果较好；有机肥对提高土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量效果最好；YJF施肥处理对提高脲酶活性效果最佳，其次是ZYF；脲酶活性基本趋势为夏季含量最高，秋季含量最低；YJF施肥处理对于提高土壤酶整体效果最好。综合分析可知，油茶林土壤微生物学特性之间具有密切的相关关系，在一定程度上能表征土壤健康状况，可作为评价土壤肥力的生物指标。
　　关键词：油茶；肥料；土壤微生物量；土壤酶
　　中图分类号： S154.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）06-0461-04
　　收稿日期：2015-05-06
　　基金项目：国家自然科学基金（编号：31260194）；国际植物营养研究所（IPNI）项目（编号：Jiangxi-29）；中央财政林业科技成果推广示范项目（编号：[2011]TK056）；江西农业大学自然科学创新发展基金（编号：09004090）。
　　作者简介：王华（1972―），女，江西鄱阳人，博士，高级实验师，主要从事土壤微生物研究。E-mail：mengyiwanghua@sina.com。
　　通信作者：郭晓敏，教授，博士，博士生导师，主要从事林地养分管理研究。E-mail：gxmjxau@163.com。油茶（Camellia oleifera Abel）是山茶科山茶属油脂含量较高且具有较高栽培经济价值的一类植物的总称。油茶集生态效益、经济效益、社会效益于一身，对于推进山区综合开发、促进农民就业增收、维护国家粮油安全、加快国土绿化进程都具有十分重要的作用[1]。研究表明，科学合理地施肥能够促进油茶生长、改善光合作用、提高油茶产量等[2-5]。根据肥料类型、作物特点及土壤性质，选择合适的肥料进行科学施肥是提高养分利用效率，争取油茶高产、优质、高效的必由之路。土壤微生物作为林地生态系统的重要成员，参与物质循环、能量流动，是土壤中最活跃的部分，对土壤养分及其对林木营养供给有着重要意义[6]。微生物群落结构变化直接影响土壤质量，对土壤微生物种类进行区分和数量统计可以有效判断土壤的营养状况，土壤酶是土壤生物化学过程的积极参与者，其活性反映土壤中多种生物化学过程的强度，它也是评价土壤肥力的重要指标[7]。土壤微生物量一直被世界各国学者作为土壤质量的生物指标进行研究探讨，不仅能够在一定程度上反映土壤微生物总量，而且能够反映土壤微生物活性[8]。目前已有一些关于油茶林土壤微生物及酶活性的报道[9-11]。本研究探讨油茶专用肥、有机肥、复合肥对油茶林土壤微生物学特性及土壤酶活性的影响，旨在为油茶林合理施肥和改善土壤养分循环提供依据。
　　1材料与方法
　　1.1试验地概况
　　试验地位于江西省九江市庐山区海会镇，该地属中国亚热带东部季风区域，气候温和，雨量充沛，年均降水量为 1 437 mm，年平均气温15～18 ℃，年平均日照时间1 932 h，成土母质主要为花岗岩、片麻岩、石英砂岩等，土层深厚，试验地前茬种植茶树。土壤pH值4.4，铵态氮（NH+4-N）含量 28. 48 mg/kg，硝态氮（NO-3-N）含量11.75 mg/kg，全磷含量 1.95 mg/kg，全钾含量49.47 mg/kg，油茶树龄8年，栽植密度2 500株/hm2[ 12 ]。
　　1.2材料
　　赣油茶无性系由江西林业科学研究院提供。生物有机肥由江西农业大学和绿源生物工程有限公司共同研制，有机质含量30%、腐殖酸含量20%、氮磷钾含量6%，N ∶ P2O5 ∶ K2O=1 ∶ 1 ∶ 1。油茶专用肥由江西农业大学研制，氮磷钾含量266%，N ∶ P2O5 ∶ K2O=1 ∶ 0.8 ∶ 1，添加硼砂、硫酸锌、氧化钙等中微量元素。复合肥从市场直接购买，氮、磷、钾养分含量均为15%。
　　1.3试验设计
　　选择生长较为一致的8年生油茶，采用随机区组试验设计，重复3次，设4个施肥处理：YJF，生物有机肥 2 kg/（株・年）；ZYF，油茶无机专用肥1 kg/（株・年）；FHF，复合肥0.6 kg/（株・年）；CK，不施肥（表1）。施肥方法：沟施法（沿树冠滴水线挖环状沟施入），分2次施入（5月、11月初）。每个处理20株，处理间设置保护行。2009年起施肥。
　　1.4样品采集
　　每个处理、每个样区分别在根区选5点（靠近施肥点离油茶主根50～60 cm），采集0～20 cm的表层土壤，并将5个点的土壤混匀，过2 mm筛，去掉根等杂物。一份自然风干用于土壤酶测定，一份放入冰箱于0～4 ℃保存，用于土壤微生物性质测定。采样时间分别为：2012年6月28日（夏）、2012年9月27日（秋）、2013年1月12日（冬）、2013年3月22日（春）。
　　1.5方法
　　采用平板稀释法进行微生物菌落计数。采用牛肉膏蛋白胨培养基培养细菌，采用高氏一号培养基培养放线菌，采用马丁孟加拉红培养基培养真菌[13]。采用高锰酸钾滴定法测定土壤过氧化氢酶活性，其活性以1 g土壤1 h内消耗 0.1 mol/L KMnO4体积（mL）表示。采用二硝基水杨酸比色法测定土壤蔗糖酶活性，其活性以1 g土壤在37 ℃在24 h释放的葡萄糖质量（mg）表示；采用磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶活性，其活性以24 h后1 g土壤所含磷质量（mg）表示；采用苯酚比色法测定土壤脲酶活性，其活性以24 h后100 g土壤中NH3-N质量（mg）表示[14]。采用三氯甲烷熏蒸提取法测定土壤微生物量碳。采用熏蒸提取-茚三酮比色法[15]测定土壤微生物量氮。 　　1.6数据处理
　　运用Excel软件处理数据，运用SPSS17.0 软件统计并分析相关数据。
　　2结果与分析
　　2.1不同肥料处理下土壤微生物数量的季节变化
　　细菌、放线菌及真菌是构成土壤微生物群体的主要种类，在土壤有机物质分解、矿化、营养循环中起重要作用，其数量在一定程度上可以表征土壤肥力水平。由表2可知，春季施用YJF、ZYF、FHF细菌数量较CK显著增加；夏季、秋季、冬季不同肥料处理下细菌数量均存在显著差异；夏季不同肥料处理下细菌数量由高到低依次为：ZYF>FHF>YJF>CK；秋季不同肥料处理下细菌数量由高到低依次为：YJF>ZYF>FHF>CK；冬季不同肥料处理下细菌数量由高到低依次为：ZYF>YJF>FHF>CK。ZYF、YJF、FHF处理下油茶土壤中细菌数量与CK相比，年平均量分别增长114.16%、68.23%、5064%。由此可见，施用不同肥料对土壤细菌数量有明显的促进作用，效果最好的是ZYF。这可能是由于专用肥中添加的钙、硼、锌等中微量元素使得缺素土壤养分均衡，从而有利于细菌生长繁殖。不同施肥处理下细菌数量随季节的变化规律基本一致，秋季细菌数量最多，其次是夏季，冬季、春季细菌数量较少。夏季、秋季水热状况良好，细菌数量呈明显上升趋势；秋季油茶林地上部分杂草枯萎，果实采摘前进行除草使得死亡植株覆盖在土壤表层，增加了土壤有机质含量，有利于细菌的生长；春季、冬季气温低，细菌数量偏少。
　　由表2可还可见，不同施肥处理下，春季与秋季放线菌数量变化趋势为：YJF>ZYF>FHF>CK，夏季为：ZYF>YJF>FHF>CK，冬季为：YJF>FHF>ZYF>CK。与CK相比，ZYF处理下，放线菌数量年平均量增加了39.23%，YJF、FHF处理下，放线菌数量年平均量分别增加了35.30%、17.40%。ZYF和YJF施肥处理对于提高油茶林土壤中放线菌数量效果较好。油茶专用肥配方以及有机肥中的有机质及腐殖质为放线菌生长繁殖提供了较好的土壤环境，使得放线菌数量增加。土壤微生物的季节动态变化是一个较为复杂的问题，受土壤类型、植物群落、气候条件、土壤营养状况等因素的影响，夏季土壤放线菌数量最多与夏季气温高及土壤水分状况有利于放线菌生长等因素有关。施用不同肥料对土壤中真菌数量均有显著促进作用，不同施肥处理下，春季、夏季、冬季真菌数量变化规律为：FHF>ZYF>YJF>CK；秋季为：ZYF>YJF>FHF>CK。与CK相比，FHF、ZYF、YJF施肥处理下油茶土壤中真菌数量年平均量分别增长67.88%、61.68%、35.16%。FHF施肥处理对于增加土壤中真菌数量整体效果最佳，其次是ZYF处理。复合肥氮磷钾含量对真菌数量有较大影响，氮磷钾含量较高的复合肥与专用肥有利于真菌数量增加，含量较低的有机肥增加效果不如它们。土壤中真菌的数量具有明显的季节变化规律，春季最多，其次是秋季、夏季，冬季真菌数量最少。真菌数量与土壤温度、含水量等有关，春季气温回升，土壤湿润有利于真菌生长。冬季气温低，土壤干燥不利于真菌繁殖，因而数量减少。
　　2.2不同肥料处理油茶林土壤微生物量碳、氮的变化
　　由图1可知，春季土壤微生物量碳含量由高到低依次为：YJF>ZYF>FHF>CK，夏季土壤微生物量碳含量由高到低依次为：ZYF>YJF>FHF>CK，秋季土壤微生物量碳含量由高到低依次为：FHF>YJF> ZYF>CK，冬季土壤微生物量碳含量由高到低依次为：YJF>FHF>ZYF>CK。YJF、 ZYF、FHF施肥处理下油茶土壤中土壤微生物量碳含量与CK相比年平均量分别增加47.92%、39.17%、37.36%。
　　由图2可见，春季土壤微生物量氮含量由高到低依次为：YJF>ZYF>FHF>CK，夏季土壤微生物量氮含量由高到低依次为：YJF>ZYF>FHF>CK；秋季土壤微生物量氮含量由高到低依次为：YJF >FHF>ZYF>CK，冬季土壤微生物量氮含
　　量由高到低依次为：YJF>FHF>ZYF>CK。YJF、FHF、ZYF处理油茶土壤中土壤微生物量氮含量与CK相比年平均量分别增加53.01%、27.32%、19.33%。有机肥对提高土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量效果最好，有机肥富含有机质、腐殖酸，可有效改善和增加土壤中可培养及不可培养的微生物群落。有机肥处理有效增加土壤微生物量，在改善土壤养分转化和循环、提高土壤肥力方面发挥着积极作用。夏季和秋季土壤微生物量碳和氮含量较春季、冬季高，这可能是由于夏季、秋季气温及降水丰富等条件有利于微生物生长。
　　2.3不同肥料处理土壤酶的季节变化
　　由图3可知，FHF、ZYF、YJF处理土壤中蔗糖酶活性与CK相比年平均量分别增长42.34%、22.28%、18.50%。由此可见，FHF处理对提高蔗糖酶活性效果最好。 FHF、ZYF、YJF处理下不同季节土壤中蔗糖酶活性表现一致，春季含量显著高于其他季节，夏季、秋季、冬季之间蔗糖酶活性无显著差异。由图4可知，春季YJF和ZYF处理下油茶林土壤中脲酶活性无显著差异，这2种处理脲酶活性均显著高于FHF处理，CK处理下油茶林土壤中脲酶活性最低。夏季不同施肥处理下脲酶活性基本趋势为ZYF>YJF>FHF>CK，秋季为YJF>ZYF>FHF>CK，冬季不同施肥处理间脲酶活性均存在显著差异：YJF>FHF>ZYF>CK。与CK相比，YJF、ZYF、FHF施肥处理下脲酶活性年均增长率分别为：28.38%、2383%、17.73%。YJF施肥处理对提高脲酶活性效果最佳，其次是ZYF处理。同一季节间脲酶活性基本趋势为夏季含量最高，秋季含量最低。
　　由图5可知，春季FHF和ZYF施肥处理下土壤过氧化氢酶活性无显著差异，含量均高于YJ处理F，CK最低。夏季
　　ZYF、YJF、FHF施肥处理下土壤过氧化氢酶活性无显著差异，都显著高于CK。秋季施肥处理下土壤过氧化氢酶活性由高到低依次为：YJF>FHF>ZYF>CK。冬季YJF处理下土壤过氧化氢酶活性最大，其次是FHF、ZYF处理，CK最低。YJF、FHF、ZYF处理与CK相比，过氧化氢酶活性年平均量分别增加15.72%、11.11% 、8.8%。对于提高过氧化氢酶活性，YJF施肥处理最好。不同季节间过氧化氢酶活性均存在显著差异，且各处理活性大小均为：夏季>秋季>春季>冬季。 　　从图6可以看出，春季ZYF、YJF、FHF施肥处理下磷酸酶活性无显著差异，但均显著高于CK。夏季不同施肥处理下磷酸酶活性由高到低依次为：ZYF>FHF>YJF>CK。秋季不同施肥处理下磷酸酶活性由高到低依次为：YJF>ZYF>FHF>CK。冬季磷酸酶活性由高到低依次为：ZYF>YJF>FHF>CK。与CK相比，ZYF、YJF、FHF处理下磷酸酶酶活性年平均增长率分别为14.20%、12.12%、8.57%。ZYF处理对提高磷酸酶活性最佳，其次是YJF处理。ZYF处理下夏季和秋季土壤磷酸酶活性无显著差异，春季和冬季间无显著差异。YJF和CK处理下，秋季土壤磷酸酶活性最高、其次是夏季，
　　春季、冬季较低。FHF处理下夏季和秋季土壤磷酸酶活性较高，其次是春季，冬季最低。施肥使土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氧酶、磷酸酶活性明显增强。YJF施肥处理对于提高土壤酶活性整体效果最好，YJF除了具有一定的肥效作用外，还具有功能微生物所起到的功效作用。土壤酶活性与功能微生物代谢活性密切相关，因此YJF有利于改善和提高油茶林土壤内部的土壤酶活性。不同施肥处理下土壤酶活性季节动态变化趋势复杂，蔗糖酶在春季含量较高可能与土壤真菌数量有关；其他酶在夏季含量较高，可能与微生物数量、土壤温度、水分状况等因素有关。
　　2.4不同肥料处理下油茶林土壤微生物特性及酶活性相关性分析
　　从表3可以看出，细菌数量与过氧化氢酶、磷酸酶以及微生物量碳、微生物量氮之间存在极显著相关；放线菌与过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶以及微生物量碳之间存在极显著相关；真菌与蔗糖酶、磷酸酶及微生物量碳之间存在显著或极显著相关；土壤微生物量碳与土壤微生物量氮之间也存在极显著相关。由此可见，油茶林土壤微生物学特性之间具有密切的相关关系，它们在一定程度上能表征土壤健康状况，可作为评价土壤肥力的生物指标。
　　3结论与讨论
　　施肥是治理油茶低产问题的关键生产技术措施，不同的肥料与土壤营养的循环及健康状况密切相关。土壤微生物数量、微生物生物量以及土壤酶活性受施肥方式、植物根际分泌物、温度、降水量等多种因素共同影响。本试验结果表明，不同肥料处理下油茶林土壤中微生物数量均增加，效果最佳的是油茶专用肥。油茶专用肥是根据对土壤养分含量特点的分析和油茶的需肥规律，结合当地的习惯施肥水平、自然气候条件，因地制宜地研制的。除了含氮、磷、钾养分外，油茶专用肥中还根据当地土壤缺素状况添加了钙、镁等中微量元素。由于土壤中的养分元素是多样的，不同土壤中养分丰缺程度也各不相同，土壤肥力水平对微生物的影响非常复杂。土壤微生物的生命活动不仅需要能源，也需要生命元素，土壤养分限制因子及其水平会影响到微生物的生命活动。因此，油茶专用肥配方养分比较全面均衡，有利于微生物菌落的生长繁殖。
　　土壤微生物量占土壤有机质的比例很低，但它是土壤中最为活跃的成分，在土壤碳、氮、磷等循环过程中起着重要的作用。本研究结果表明，施肥处理能增加油茶林土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量，其中施用生物有机肥对提高油茶林土壤中土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量效果最好。有机肥中有机质和腐殖酸含量高，为土壤生物创造良好的微生态环境，可有效增加微生物群落。施用有机肥不但增加了土壤养分，同时也为微生物生长提供充足的碳源。有机质可被土壤微生物吸收并成为其机体的一部分，这样不仅提高了土壤有机碳的积累，而且提高了土壤的微生物生物量。土壤营养元素循环中，土壤酶也起着重要的作用，土壤中与物质和能量转化有关的生物化学过程都是在土壤酶的作用下进行的。土壤酶活性分析结果显示，油茶林土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性均表现为施肥处理高于不施肥，生物有机肥整体效果较好。生物有机肥中的有机养分、无机养分及有益微生物既能够互相促进提高肥效，直接为土壤微生物提供有机能源，又能够通过改善根际土壤环境促进微生物的繁衍并延缓土壤微生物的衰减速率，使其长时间保持旺盛的生命力，从而能够激活脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶等土壤有益酶的生物活性。此外，有机肥本身带有外源酶，有利于土壤酶活性的提高，因此施生物有机肥具有很好的培肥增产效果。
　　综上所述，施肥有利于油茶林土壤微生物增加和土壤酶活性提高，尤其是油茶专用肥和生物有机肥。因此，在生产实践中应改变以往只施复合肥的模式，加强油茶专用肥和生物有机肥的应用，改良土壤，提高土壤肥力。本试验结果显示，土壤微生物和酶活性能较早地反映或预示土壤变化，所以可以作为跟踪土壤质量的生物指标，可用于科学评价土壤健康质量和可持续发展的潜力预测。
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