氮肥施用量对越橘根域微生物数量及根际效应的影响

唐雪东，赵珊珊，李亚东*，吴 林，张志东，刘海广

（1.吉林农业大学园艺学院，长春 130118；2.吉林省林业科学研究院，长春 130033）

越橘，杜鹃花科（Ericaceae）越橘属（Vaccinium spp.），多年生灌木，生长要求湿润、疏松、有机质含量高、强酸性的土壤条件，解决土壤问题是进行越橘商业化生产和产业化栽培的关键[1-3]。微生物是土壤生态系统中最具活力的组成部分，通过对土壤物理、化学和生物学性质及其变化过程的影响调节土壤质量[4]。因此，研究土壤微生物对揭示土壤养分转化、释放机制和土壤质量变化过程都具有重要意义。

关于栽培果树的土壤微生物研究国内外有一些报道[5-6]，但在越橘上尚未见报道，本文利用来源广、经济价值相对低廉且在改善土壤的理化性质、促进土壤养分循环方面表现良好的秸秆再配施不同比例的氮肥，改良土壤，进行越橘栽培试验，研究其对越橘根域微生物数量及根际效应的影响，探讨不同土壤条件对越橘根域微生物数量的影响，以期为越橘根域微生物的研究及越橘栽培的土壤条件优化提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验于2009年5月～2011年2月在吉林农业大学越橘设施栽培基地和浆果研究所进行。该试验地（东经125°24′31″，北纬43°48′21″），年平均气温2.1～6.7℃，冬季寒冷且低温时间长，年低温极值均在-30℃以下，长春地区最低达-36.5℃。春季干旱多风，年平均无霜期120～155 d，降雨500～800 mm。土壤类型为黑土。

1.2 供试品种

供试植株为组培繁殖高丛半高丛越橘品种北陆（Northland）的二年生苗木。

1.3 试验设计

本试验采用盆栽，盆的规格为上直径30 cm，下直径20 cm，高22 cm的黑桶，装满秸秆约重800 g、装满园田土约重8 000 g。秸秆经风干磨碎过1 mm筛，其含碳270 mg·kg-1，含氮3 mg·kg-1，碳氮比为90∶1；试验设5个处理N1～N5，处理中玉米秸秆与园土的配比按1∶10的比例进行，处理中每盆施加秸秆的重量约为400 g，每盆植株施入不等量的尿素，按占秸秆重量的0、0.5%、1%、1.5%、2%施入氮肥（纯氮），换算成尿素分别为0、4、8、12、16 g，施入等量的磷肥-过磷酸钙，每盆10 g，再加入硫磺粉1 kg·m-3，混拌均匀。每个处理5个重复，每个重复5株，共计25株。以不施加氮肥的处理N1为对照（CK），挂好标签，田间管理一致。

1.4 土壤样品采集

以抖根法采集根际土、非根际土，在越橘根系集中分布区（0～20 cm），挖取一定量的根系，轻轻拍打抖动，抖落的土壤为非根际土，将沾根的大块土除去，再将附着在根系上的土壤用毛刷轻轻刷下即为根际土样，完全随机处理，3次重复。将所采土样带回实验室除去植物残根、石块，自然风干，研磨过筛后用磨口瓶盛装、备用。

1.5 测定项目和方法

1.5.1 细菌、放线菌、真菌数量测定方法

采用稀释平板法[16]。测定细菌、放线菌、真菌数量的培养基分别为：牛肉膏-蛋白胨培养基、ISP 4号培养基、察氏（Czapack）培养基。取3个连续稀释度，3次重复进行数量测定。预备试验测得真菌最适宜的稀释度为10-3、10-4、10-5；放线菌为10-4、10-5、10-6；细菌为 10-5、10-6、10-7。但这并不是一个固定不变的取值，随着培养时间延长，各处理中微生物数量会发生变化，根据变化选择适宜浓度。培养皿直径为10 cm，培养基用量约20 mL·皿-1；细菌、放线菌的菌落计数范围30～300 cfu·皿-1，真菌的菌落计数范围10～100 cfu·皿-1。根据菌落形态特征分别测定不同微生物数量。

1.5.2 菌数计算

不同试验处理称取待测土样5～10 g（记下准确重量），经105℃烘干至恒重，置于干燥器中，待冷却后称重，按公式计算土壤含水量：土壤含水量（%）＝鲜重（FW）-干重（DW）/鲜重（FW）×100%，最后计算单位重量土壤（DW）中的微生物数量；各试验处理用烘至恒重的滤纸（W1）过滤根际和非根际土壤悬浊液，得到根际和非根际土壤后，置于烘箱105～108℃烘6～8 h至恒重（W2）。获得根际和非根际土壤DW（W＝W2-W1），计算单位重量土壤（DW）中的微生物数量（菌数·g-1±DW）＝菌落平均数×稀释倍数/DW。

1.6 数据处理

数据分析用Excel 2003和DPS 9.50软件进行，采用新复极差法进行差异显著性检验；用根土比（R/S）大小表示根际效应强弱。

2 结果与分析

2.1 秸秆配施不同比例的氮肥对越橘根际和非根际细菌数量的影响

由图1可知，添加不同氮肥的各处理，细菌在年周期的变化规律呈低-高-低的变化趋势，即萌芽期开始上升，新梢停长期达到高峰，秋季落叶期又下降。由表1可知，同一生育时期随着施氮量的增加（0、0.5%、1%、1.5%、2%），细菌数量呈先增加后下降的变化趋势，各个时期不同处理细菌数量平均值大小顺序为N3＞N2＞N4＞N1＞N5，加入秸秆重量1%氮的N3处理各时期细菌数量最高，如新梢停长期根际和非根际土壤细菌数量分别是对照的251.5%和238.4%，与对照存在极显著差异（P＜0.01）；施入秸秆重量2%氮的N5处理根际和非根际细菌数量最低，分别是对照的98.5%和82.1%；而且各时期不同处理均是根际细菌数量高于非根际，表现出明显的根际效应，如加入秸秆重量1%氮肥的处理N3从萌芽期到落叶期，R/S值分别为1.456、1.178、1.865、1.351、1.957，表现出明显的正向根际效应。

表1 秸秆配施氮肥越橘根际与非根际细菌数量差异Table1 Difference of bacteria number in rhizosphere and non-rhizosphere of different straw and nitrogen in blueberry (×106cfu·g-1dry soil)

图1 不同施氮量越橘根域细菌数量的动态变化Fig.1 Dynamic changes of bacteria in blueberry root-zone adding different nitrogen fertilizer in soil

2.2 秸秆配施不同比例氮肥对越橘根际和非根际真菌数量的影响

由表2可知，施加不同氮肥的各处理越橘根域真菌数量随施氮量的增加呈先增加后下降趋势，如加入1.5%氮肥的N4处理不同时期真菌数量最多，根际真菌数量萌芽期最高，为对照的192.1%，非根际真菌数量果实成熟期最高，为对照的130.2%，均与对照存在极显著差异（P＜0.01）；加入秸秆重量2%氮的N5处理各时期真菌数量较低，如新梢旺长期根际和非根际真菌数量分别是对照的89.9%和88.5%，与对照差异不显著（P＜0.01）。

从图2中可以看出，添加不同氮肥处理，年周期越橘根域真菌变化趋势基本一致，呈现低-高-低的变化规律。萌芽期各处理越橘根域真菌数量较多，新梢停长期降至最低，果实成熟期真菌数量明显增多，落叶休眠期真菌数量又迅速下降。年生长周期内不同处理真菌根际效应方向不同，如N3处理从萌芽期到落叶期，越橘根际和非根际真菌数量的R/S值分别为1.178、1.413、2.188、0.638和1.268，N4处理从萌芽期到落叶期越橘根际和非根际真菌数量的R/S值分别为1.449、1.420、1.844、0.724和0.759，即N3处理在果实成熟期、N4处理在果实成熟期和落叶期，非根际真菌数量高于根际，表现为根际负向效应，其他时期各处理多表现为根际真菌数量高于非根际，表现出正向根际效应。

表2 秸秆配施氮肥越橘根际与非根际真菌数量差异Table2 Difference of fungi quantities in rhizosphere and non-rhizosphere of straw mixing nitrogen in blueberry(×104cfu·g-1dry soil)

图2 不同施氮量越橘根域真菌数量的动态变化Fig.2 Dynamic changes of fungi in blueberry root-zone adding different nitrogen fertilizer in soil

2.3 秸秆配施氮肥对越橘根际和非根际放线菌数量的影响

秸秆配施不同比例氮肥各处理越橘根际放线菌的数量仅次于细菌（见表3），而且同一生育时期随施氮量增加（0、0.5%、1%、1.5%、2%），放线菌数量也呈先增加后下降趋势，加入秸秆重量1%和1.5%氮肥的N3和N4处理，放线菌数量较高，如新梢停长期N3处理根际和非根际放线菌数量分别是对照的159.8%和134.3%，N4处理分别是对照的167.1%和143.3%，均与对照存在极显著差异（P＜0.01）；从图3中可以看出，秸秆配施氮肥的各处理越橘年生长周期内放线菌数量变化基本为低-高-低型。各处理越橘放线菌数量均以新梢停长期最多，如N3时期根际和非根际放线菌数量分别比萌芽期增加268.3%和157%；而且各时期不同处理均是根际放线菌数量高于非根际，如加入秸秆重量1%氮肥的处理N3从萌芽期到落叶期，R/S值分别为1.258、1.503、1.802、1.300和1.901，表现出明显的正向根际效应，而且新梢停长期根际效应最强。

表3 秸秆配施氮肥越橘根际与非根际放线菌数量的差异Table3 Difference of actinomyces quantities in rhizosphere and nonrhizosphere of straw mixing nitrogen in blueberry (×105cfu·g-1dry soil)

图3 不同施氮量越橘根域放线菌数量的动态变化Fig.3 Dynamic changes of actinomyces in blueberry root-zone under different nitrogen fertilizer in soil

3 讨论

3.1 氮肥施用量对越橘根域土壤微生物数量的影响

本试验相同秸秆不同施氮量的各处理中，随着施氮量的增加，细菌、放线菌、真菌的数量均呈先增加后下降的变化趋势。其中，细菌以加入秸秆重量1%氮处理的数量最高，真菌、放线菌以1.5%氮处理的数量最大，且与对照的差异均达到显著水平。说明一定范围内氮肥水平的增加，可促进越橘根系发展，从而使根量增加、根系分泌物增多，强大的根土系统促进微生物繁衍，胡俊等研究证明这一点，他认为微生物可促进土壤有机质的分解和养分的释放，增施氮肥可明显地促进土壤中细菌和放线菌的生长繁殖[7]。而微生物繁衍又可促进土壤有机物矿化，从而形成作物与微生物在土壤载体中相互依存、相互促进的关系。另外，加入2%氮肥处理，微生物总量较低，主要是因为过高的氮素，使土壤C/N减小，微生物可利用的碳相对减少，说明微生物活性除与根系代谢分泌物有关外，还与可利用碳源有关，在有机碳源充足情况下，施氮水平越高，微生物数量越多，这与Kandeler等研究结果一致[8]，他认为土壤微生物的生长受土壤资源的限制，由于微生物利用高C/N，故其生长受氮素限制；但当碳源不足时，施氮水平高的处理根际微生物活性反而会降低，即土壤中C/N在很大程度上决定土壤微生物活性，这与马冬云[9]和郭天财[10]在小麦根际微生物的研究及赵奎军[11]在甜菜地土壤微生物上的研究结果大体一致，认为秸秆碳氮比较高，作为一种含碳丰富的能源物质，直接施入土壤会刺激微生物生长，施用一定量氮肥可增加土壤中微生物数量，而过多氮肥有可能抑制微生物数量增长。

3.2 根际微生物的数量与植物生育期的关系

已有研究表明，不同作物根际有其特定的微生物群落，就是同一作物在不同生育时期和营养状态下，其根际微生物数量也呈现一定的动态变化[12-13]。本研究结果表明，越橘从萌芽期到果实成熟期，随着温度逐渐升高，根际细菌和放线菌数量呈先增加后减少的变化趋势，并在新梢停长期达到最大值，落叶期开始降低；真菌数量在萌芽期较高，随着越橘的生长开始降低，到新梢停长期降至最低，到果实成熟期增加到最大值，落叶期又开始下降，这是因为越橘及所处的生育时期和气象条件不同所致，张亚平等[13]在甜茶上的研究说明了这一点，他认为根际微生物数量随着生育时期的变化是不同生育时期根系生理代谢、脱落物和分泌物的差异造成的，因为根际微生物主要的营养源和能源是植物根系活动的分泌物和脱落物，同时，微生物的活动还受到气候条件的影响。萌芽期越橘植株地上和地下部分的发育较慢，加之，此期外界气温较低，不利根际微生物的繁殖；新梢迅速生长期和新梢停长期，越橘植株发育迅速，地上和地下部分生理代谢活动最旺盛，根系分泌物的数量可能最多，加之此期气温较适合微生物的繁殖，这样就有利于根际微生物的扩大与发展，因此，此期根际微生物数量达到最大；而落叶期，越橘生长发育几近停止，加之此期外界气温低，不利于微生物繁殖[14]；另外，根际还有一些有害代谢产物的累积，也不利于根际微生物的生存，细菌对此尤为敏感，所以，其数量出现剧烈下降，对空间和营养等竞争能力也随之下降，根际环境日益恶化，这一切反而有利于拮抗能力强的放线菌和真菌的繁殖，所以此期数量增多[15]。

4 结论

a.施氮影响越橘根际和非根际土壤微生物的数量，随施氮量增加，微生物数量呈先增加后降低的变化规律，适宜的施氮量应为秸秆重量的1%～1.5%。

b.生育期不同，越橘根际微生物数量亦发生变化，萌芽期根际细菌、放线菌、真菌数量均较少；新梢迅速生长期与新梢停长期根际细菌、放线菌数量较多；真菌受环境条件影响其变化较复杂；落叶期根际细菌与真菌数量多呈下降趋势，而放线菌则有升有降，其规律性不明显。

c.不同根域处理，越橘根际微生物细菌和放线菌数量高于非根际，表现出明显的根际效应，真菌由于环境因素等影响，不同生育期根际效应强度差异较大。

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