有机和常规栽培水稻根际土壤生物活性比较研究

向 敏，裴正峰，黄鹤春，王 丹，林 胜，杨玲玉，何修金，檀文娟

（1.巢湖职业技术学院 生物技术系，安徽 巢湖238000；2.安徽省富硒香生物食品集团有限公司，安徽 巢湖238056）

有机和常规栽培水稻根际土壤生物活性比较研究

向 敏1，裴正峰1，黄鹤春2，王 丹1，林 胜1，杨玲玉2，何修金2，檀文娟2

（1.巢湖职业技术学院 生物技术系，安徽 巢湖238000；2.安徽省富硒香生物食品集团有限公司，安徽 巢湖238056）

目的：明确有机栽培、常规栽培水稻生育期间根际土壤微生物（细菌、放线菌、真菌）数量与酶（酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶）活性的变化。方法：采用大田栽培试验与调查采样研究相结合，以嘉花1号为材料，研究有机生产模式和常规生产模式水稻根际土壤的微生物数量和酶活性变化，并进行相关分析。结果：水稻生长的不同时期，有机生产模式的土壤微生物量生物量碳C、土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶均高于常规栽培，其中以过氧化氢酶活性提高最为显著。结论：有机生产模式能够提高土壤质量，有利于土壤的可持续利用。

水稻；有机栽培；常规栽培；根际微生物；酶活性

有机农业生产体系的核心是通过正确培肥土壤，建立平衡的土壤生态系统，恢复农业生态系统的生物多样性和良性循环［1］（P25-26）。根际是植物与土壤接触的微域环数量和土壤酶活性的动态变化，以了解生产模式、土壤生物活性之间的相互联系，为水稻土的科学、合理持续利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

试验于2010年5月至11月，在安徽省巢湖市坝镇“富硒香有机农业生态园”农田里进行。该农业生态园为农业部中绿华夏有机产品认证中心认证的有机水稻生产基地（编号COFCC-R-0702-0028），经度为117°55′，纬度为31°31′，属亚热带季风气候，气候资源比较丰富，日照时数2035h～2270h，年降水量1025mm～1158mm。

1.2 试验材料

1.2.1 供试品种 供试水稻品种为“嘉花1号”。

1.2.2 供试土壤 供试土壤为黄棕壤基础上发育形成的水稻土，耕作层厚度25cm，一年两熟，前茬为油菜。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验设计2个处理，即：有机稻栽培模式和常规稻栽培模式。每个处理3个重复，随机区组排列，各小区面积均为200m2，小区间开0.25m沟相隔离，四周设2m保护行。

1.3.2 肥料施用及病虫防治情况 采用有机稻生产模式（ORG）的只施用有机肥（堆肥和鸡粪）和生物防治方法，不使用任何化肥和化学农药。采用常规生产模式（CON）的施用少量的干鸡粪，并配施尿素（含氮46%）、磷酸二铵（含氮14%、含磷40%）等化肥，病虫害防治以化学防治为主。

1.3.3 栽培管理 有机稻栽培模式和常规稻栽培模式均采用直播栽培方式。5月18日播种，幼苗期保持田面湿润促进苗；3～6叶期田间保持3.0～5.0cm的水层不断水；6叶期以后开始搁田，多次轻搁，控蘖促根壮秆；拔节期到抽穗期勤灌活水，田间保持水深3.0～5.0cm；灌浆黄熟期保持干湿交替，防止断水过早；收获前15d排干田水。

1.3.4 土壤理化性质测定 在水稻栽植前15d，分别采用重铬酸钾容量法、半微量凯氏定氮法、靛酚蓝比色法、酚二磺酸比色法、改良Bray-Kurtz浸提法（HCL＋NH4F）、四苯硼钠比浊法测定稻田土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾含量［2］（P231-233），有机栽培和常规栽培稻田土壤基本理化性质见表1。

1.3.5 土壤采集 分别在水稻直播当日（0d）、秧苗期（10d）、分 蘖 期 （50d）、拔 节 期 （75d）、抽 穗 期（100d）、灌浆期（125d）、成熟期（150d）取样，田间每试验小区取5点，各点选2～3丛稻株，挖掘面积为10cm×10cm、深度为15cm。取样时轻轻带土取出植株，取下黏附在水稻根系的土壤，用药匙将附着在水稻根上的土壤刮下，得到土壤混合样，略阴干过2mm筛后，一部分风干保存，用于土壤养分测定，另一部分4℃保存鲜样（＜72h），用于土壤微生物类群、数量、生物量碳、酶活性等分析［3］（P226-228）。

1.3.6 土壤区系微生物分析 分别采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基、改良高氏1号培养基、马丁-孟加拉红链霉素培养基，通过稀释平板法对土壤细菌、放线菌、真菌进行计数，计数结果折合成1g干土中微生物数量［4］（P69-74）。

土壤微生物生物量C用氯仿熏蒸，0.5mol·L-1K2SO4提取，TOS-5000A自动分析仪测定［5］（P74-75）。1.3.7 土壤酶活性测定［6］（P274-276）土壤酸性磷酸酶测定采用磷酸苯二钠比色法，结果以24h后1g土壤中释放的酚的毫克数表示。蛋白酶采用茚三酮比色法，结果以24h后1g土壤中酶促反应后生成的甘氨酸毫克数表示。脲酶采用靛酚比色法（NH4＋比色法）测定，结果以24h后1g土壤中NH4＋-N的毫克数表示。过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法（JOHSOH法），结果以1g土中所消耗的0.1mol·L-1KMnO4毫升数表示。

表1 供试土壤的理化性质

2 结果与分析

2.1 土壤微生物生物量C的变化

在土壤生态系统中，微生物生物量作为有机质降解、养分转化和循环的动力，直接影响到养分循环及其生物有效性，是比较敏感的生物学指标［7］（P197-202）。表2表明，有机栽培水稻土壤微生物生物量C均高于同期常规栽培水稻土，其中拔节期最明显（有机栽培高于常规栽培24.14%）。秧苗期后不同处理土壤微生物生物量C均有所下降，这与长时间淹水以及水稻地上、地下部分快速生长并与微生物争斗养分，使微生物的生长与繁衍受到抑制有关。就水稻全生育期土壤微生物生物量C的均值而言，有机栽培和常规栽培分别为 507.39mg·kg-1、475.14mg·kg-1。试验结果表明，有机栽培水稻土壤微生物生物量C高于同期常规栽培土壤，这有利于水稻土的持续利用。

表2 各处理水稻不同生育期土壤微生物生物量C的变化

2.2 土壤微生物三大类群组成及变化

细菌是土壤微生物中数量最多的一个微生物类群；土壤放线菌在土壤中参与有机物的分解，数量仅次于细菌；真菌参与土壤中有机质的分解和腐殖质的形成、土壤中的氨化作用以及团聚体的形成等［8］（P35-37）。由表3可知，有机栽培根际土壤细菌、放线菌、真菌数量均高于常规栽培，以拔节期最为显著，有机栽培稻田土壤根际细菌、放线菌、真菌数量分别高于常规栽培稻田21.44%、36.35%、27.65%。表明有机稻田不施用化肥、不使用化学农药，长期施用农家肥，可改善土壤团粒结构，有利于微生物生长繁殖，特别是有益于能分泌抗生素、拮抗土壤中病原菌的放线菌繁殖。

表3 各处理水稻不同生育期根际土壤微生物数量变化

2.3 土壤酶活性变化

土壤酶以结合态或游离态存在于土壤固相或土壤溶液中，参与土壤有机质的分解与合成及氮、磷、钾等一切物质循环，是反映土壤肥力的有效生物学指标［6］（P323）。土壤磷酸酶可促进有机磷化合物分解，为植物提供有效磷素，提高土壤磷素的有效性；蛋白酶能酶促蛋白质水解成氨基酸，其活性与土壤中氮素营养的转化状况有极其重要的关系；脲酶能促进土壤中含氮有机化合物尿素分子酰胺肽键的水解，直接参与尿素的形态转化，其活性表征土壤的氮素情况；土壤过氧化氢酶能破坏土壤生化反应中生成的过氧化氢，有利于解除过氧化氢对土壤和生物的毒害作用，减轻对植物的危害［9-11］。

研究（表4）表明，有机栽培水稻土壤根际酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶活性平均值高于常规栽培的4.85%、8.73%、7.86%、13.82%；在水稻移栽当日（0d），有机农田土壤根际酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶活性高于常规栽培农田的2.02%、2.74%、5.79%、6.47%；拔节期（水稻移栽75d），有机农田土壤根际酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶活性高于常规栽培农田的6.92%、10.01%、9.10%，达到最大值；而过氧化氢酶活性，在抽穗期（水稻移栽后100d）有机农田高于常规栽培农田13.55%，达到最大值。灌浆期和成熟期，水稻土壤活性均呈下降趋势，灌浆期（水稻移栽后125d）有机农田土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶活性高于常规栽培的6.42%、7.22%、7.06%、8.42%，成熟期（水稻移栽后150d）有机农田土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶、过氧化氢酶活性高于常规栽培的4.39%、6.76%、6.31%、6.82%。

表4 各处理水稻不同生育期根际土壤酶活性变化

3 小结与讨论

微生物各生理类群在土壤微生态环境中发挥着重要作用，他们在物质转化与分解中具有特定的功能。土壤细菌参与有机质的分解、氨化作用等；土壤放线菌能分泌抗生素，拮抗土壤中的病原菌；真菌的数量虽然比细菌少的多，但其生物量却很大，在土壤中起重要作用［12］［13］。本研究中有机栽培水稻根际土壤细菌、放线菌、真菌数量和比例明显高于常规栽培，说明有机培栽有利于稻田土壤微生物的生长和繁殖，增加土壤肥力；特别是放线菌数量的增加，一定程度上说明有机栽培可提高作物的抗逆性［14］。

水稻有机栽培与常规栽培相比，水稻生长的不同时期，有机栽培模式水稻根际土壤微生物生物量C、酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶和过氧化氢酶均高于常规栽培模式。就水稻全生育期而言，有机栽培土壤微生物生物量C平均值高于常规栽培的5.19%（2.42%～9.87%，抽穗期达最大值），土壤酸性磷酸酶、脲酶、蛋白酶和过氧化氢酶活性分别高于常规栽培的2.20%～6.92%、2.74%～10.01%、5.79%～9.10%、6.47%～13.55%，从而可以加速土壤养分矿化、改善速效养分的供给水平，有利于水稻土的持续利用。

土壤酶活性大小反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向，但多年来对不同作物乃至同一作物土壤酶活性的研究结果并不一致。土壤酶活性受多种因素的控制，因此其变化只间接表明营养物质的转化情况。此外，有研究表明，微生物与根系微生物的数量有着密切关系，微生物生物量的积累依赖根系微生物的释放，而根系分泌物的种类则决定了根际微生物的种类［15］。因此，有待于运用现代分子生物学技术对有机栽培和常规栽培水稻根系分泌物的种类与数量及其对土壤微生物的影响进行研究，以进一步揭示水稻有机栽培的生理生态与分子机制。

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The Rice Rhizosphere Soil Biological Activity in the Organic and Conventional Farming Systems

XIANG Min1，PEI Zheng-feng1，HUANG He-chun2，WANG Dan1，LIN-Sheng1，YANG Ling-yu2，HE Xiu-jin2，TAN Wen-juan2

（1.Department of Biotechnology，Chaohu Vocational and Technical College，Chaohu238000，China；2.Anhui Fuxixiang Bio-Food Group Co.Ltd，Chaohu238056，China）

Objective：Field experiments were carried out to clear the rhizosphere soil microbes（bacteria，actinomycetes，fungi）during rice growth and changes in enzymatic（acid phosphatase，urease，protease，catalase）activity in the organic and conventional farming systems.Method：by cultivation experiments，sampling and survey，Jiahua 1were used to study the rice rhizosphere soil microbial quantities and the changes of enzymatic activity in the organic and conventional farming systems and analyze the correlation.Result：The rice growth in different periods，organic production patterns of soil microbial biomass carbon，soil acid phosphatase，urease，protease，catalase were higher than those of conventional cultivation，the catalase activity increased most significantly.Conclusion：The organic mode of production can improve soil quality，and conducive to the sustainable use of soil.

rice；organic cultivation；conventional cultivation；rhizosphere microbes；enzymatic activity

S511.04

A

1009-9735（2012）02-0077-04

2011-12-01

国家星火计划项目（2011GA710034）；巢湖市科技计划项目（2009CHKJ05）；巢湖职业技术学院自然科研项目（ZRKX200801）。

向敏（1966-），男，安徽巢湖人，副教授，硕士，研究方向：生物技术。