生物有机肥对盆栽小白菜土壤酶活性和微生物数量的影响

荆瑞勇, 王丽艳, 郭永霞

(黑龙江八一农垦大学, 黑龙江 大庆 163319)



生物有机肥对盆栽小白菜土壤酶活性和微生物数量的影响

荆瑞勇, 王丽艳, 郭永霞

(黑龙江八一农垦大学, 黑龙江 大庆 163319)

生物有机肥对绿色有机农业的发展至关重要，国内外生物有机肥品种繁多，筛选适宜本地的生物有机肥意义重大。采用施4种生物有机肥盆栽四季小白菜试验，定期采集土样检测少量施生物有机肥处理(2 g/kg)的土壤酶和微生物数量的动态变化。结果发现，施肥1周时，生物有机肥可促进土壤过氧化氢酶及脲酶活性，而降低了土壤细菌数量，2周时，生物有机肥可明显刺激细菌增殖，提高土壤蛋白酶、转化酶及磷酸酶活性。3周时生物有机肥仍可促进土壤磷酸酶活性，而其他酶活性恢复至对照水平，4周时，生物有机肥处理的土壤过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶及磷酸酶活性及土壤真菌数量恢复至对照水平。在检测中期，由国外引进的生物有机肥BF1在不施化肥时可明显改善土壤微生物学特性，有待深入研究。以上结果为筛选优良生物有机肥提供理论依据。

生物有机肥; 土壤酶; 微生物数量; 四季小白菜

生物有机肥是一种带有活性微生物的有机肥，兼有生物肥和有机肥优点，可增产增收，改良土壤，同时提高产品品质，减少病害。据报道施用有机肥或生物有机肥可改善品质的作物有很多，如黄瓜[1]、甘蓝[2]、胡麻[3]、花生[4]、香草兰[5]、冬小麦[6]、樱桃[7]、香蕉[8]、可可[9]等等。四季小白菜是常见的食用蔬菜，生长周期短，出苗后近一个月即可上市。筛选适用于生长期短食用蔬菜的生物有机肥，改良土壤，提高产品品质，具有重要意义。

土壤微生物数量和酶活性是影响土壤微生态环境的重要因素，驱动土壤有机质和养分的转化。施用生物有机肥，可提高土壤脲酶、磷酸酶及转化酶活性[7-8,10-13]，且与土壤有机质和养分间呈显著或极显著正相关[13]。生物有机肥亦可提高土壤细菌数量和放线菌数量，降低土壤真菌数量[2,8]。已报道生物有机肥施用的土壤有沼泽潮土[14]、水稻土[8]、盐渍土[11]等。但土壤类型、耕作、施肥方式复杂多样，施肥对土壤酶和土壤微生物数量影响不尽相同，而且农田生物有机肥施用量5 000～22 500 kg/hm2，甚至更多。至目前为止，减少生物有机肥施用量，对于生育期短的食用蔬菜施用少量生物有机肥对土壤微生物数量和酶活性的影响并不清楚。本研究针对我国东北草甸黑钙土，少量施用几种生物有机肥，对种植短生育期食用蔬菜的土壤微生物数量及酶活性进行调查，为筛选适宜于种植生育期短食用蔬菜的生物有机肥，改善土壤肥力，合理施肥提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试土壤为草甸黑钙土，土壤有机质3.08%，碱解氮178.5 mg/kg，有效磷25.4 mg/kg，速效钾257.4 mg/kg，pH值为7.88；供试植物为四季小白菜，由哈尔滨金龙农业有限公司生产。供试生物有机肥有4种，分别为：BF1是澳大利亚引进生物肥，活菌数≥0.2×108CFU/g；BF2是肉蛋白生物有机肥，有机质含量≥25%，粗蛋白≥9%，氨基酸≥3%，钙镁硫≥8%，总养分(有机氮、有机磷、有机钾)≥6%，活菌数≥0.2×108CFU/g；BF3是植物生长精生物肥，CuO≥6%、MgO≥5%、SiO2≥3%，活菌数≥0.2×108CFU/g；BF4是莲花生物有机肥料，氨基酸≥10%、有机质≥20%、腐植酸≥15%，活菌数≥0.2×108CFU/g。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 本试验采用盆栽试验探讨几种生物有机肥对土壤微生物和酶活性的影响，供试塑料盆的口径为14 cm，高为13 cm，每盆装入土壤3.5 kg，设7个处理分别是：处理一不施肥(CK)、处理二仅施化肥，磷酸氢二胺用量300 kg/hm2(F)、处理三为化肥+BF1、处理四为化肥+BF2、处理五为化肥+BF3、处理六为化肥+BF4、处理七为BF1(BF5)，不施化肥，以上处理的生物有机肥施用量均为2 g/kg，化肥用量均为磷酸氨二胺300 kg/hm2。每处理3次重复，共计21盆。2013年6月8日种植小白菜，先将每盆土样用同量的水湿透，播种后覆干土，于玻璃温室中生长培养。种植4 d时，每盆留水白菜幼苗6株。水分管理为：前期每隔2 d浇水一次，后期每隔1 d浇水一次，每处理浇水量及浇水时间一致。在盆栽后7，14，21，28 d分别取盆栽小白菜盆中央土壤样品，取样深度约为8—10 cm。测定土壤细菌、放线菌及真菌数量；土壤过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、转化酶、磷酸酶等各项指标。

1.2.2 测定指标 土壤过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法、蛋白酶采用茚三酮比色法、脲酶采用靛酚蓝比色法、转化酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法、磷酸酶采用氯代二溴对苯醌亚胺比色法[15]；土壤细菌数量、放线菌及真菌数量分别于牛肉膏蛋白胨培养基、高氏一号培养基、孟加拉红培养基采用平板计数法测定。

1.2.3 数据分析 数据均采用Excel软件和SPSS 20.0软件进行ANOVA方差分析、多重比较(LSD，p≤0.05)。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥料对土壤酶活性的影响

施用生物有机肥料处理的土壤酶活性的动态变化见表1。7 d时，施用生物有机肥均可提高过氧化氢酶(CAT)活性，BF1较F处理最大可提高CAT活性7.4%；BF2和BF4处理较F处理蛋白酶活性均受到抑制，分别抑制6.6%和6.7%，其他处理无显著差异；F处理较CK处理显著抑制脲酶、转化酶和磷酸活性，分别可抑制42.2%，25.0%和53.4%。而施用生物有机肥可缓解这种抑制作用，各生物有机肥处理较F处理脲酶活性均显著提高，BF3处理可提高88.5%；而施用生物有机肥BF1和BF2较F处理出现抑制转化酶和磷酸酶作用，分别抑制转化酶的28.8%和45.4%、磷酸酶活性的15.8%和27.6%；BF3和BF4出现促进作用，较F处理均提高转化酶24.1%、磷酸酶10.8%。BF5处理亦抑制了转化酶活性。表明，不同种类的生物有机肥施入土壤时，对土壤碳、磷循环有着不同的响应。

14d时，F处理较CK处理降低CAT活性，但BF2较F处理仍促进CAT活性；生物有机肥处理较F处理均可提高土壤蛋白酶、磷酸酶和转化酶活性，最高处理分别为BF4，BF4和BF1，较F处理分别可提高16.2%，23.7%和33.6%。但生物有机肥处理脲酶活性均较低，BF1、BF3和BF4处理较F处理的脲酶活性均受到抑制，BF1最大可抑制54.8%；此时，土壤微生物大量增殖，需要大量的碳源供应，促使转化酶、磷酸酶、蛋白酶活性增大。

21d时，F处理较CK处理CAT活性显著提高，提高约3%。而施用生物肥处理较F处理差异较小；此时，生物有机肥可促进蛋白酶、脲酶及磷酸酶活性，最高分别为处理BF4，BF1和BF1，分别较F处理可提高17.2%，1.6倍和34.6%。而施用生物肥较F处理可抑制转化酶活性，F1处理最高可抑制86.0%；表明当土壤中氨态氮、磷素被作物或土壤微生物利用后，解除了底物的反馈抑制作用，又可提高其脲酶、磷酸酶的活性。

28d时，各处理CAT、磷酸酶、脲酶活性恢复至对照水平。生物有机肥处理的蛋白酶活性亦恢复至对照水平，甚至出现抑制蛋白酶活性，BF4处理较F处理可抑制6.7%。而生物肥处理较F处理促进转化酶活性，最高为BF4处理可提高89.8%；这可能与后期小白菜根系分泌物较多有关。

2.2 生物有机肥对土壤微生物数量的影响

由表1可以看出，7 d时，施用化肥和生物有机肥均可促进土壤细菌的数量，其中F处理较CK处理可提高1.56倍，而生物肥处理中BF1较CK处理可提高土壤细菌数量的80%，但较F处理明显抑制细菌的增殖；施用化肥和生物肥均可抑制土壤放线菌数量，其中，BF4处理较CK处理可抑制47.2%；F处理较CK处理可明显提高土壤真菌数量54.5%，而BF2和BF3可减缓这种抑制作用。BF5处理较CK明显增加真菌数量，约提高1.73倍。

表1 施用生物有机肥处理土壤微生物数量和土壤酶活性的动态变化

注：CK为不施肥处理，F为仅施化肥处理；BF1—BF5为不同生物有机肥；n=3。

14d时，化肥和生物有机肥对细菌仍具有促进作用，BF2处理较CK处理最大可提高1.96倍，BF5处理可提高61.4%；施用化肥和生物有机肥处理仍抑制土壤放线菌数量，其中BF1处理抑制效果最明显，可抑制48.5%；而BF3处理较F处理明显促进真菌数量，其他处理真菌数量无显著差异。

21d时，BF1和BF4较F处理对细菌数量仍具有明显促进作用，分别提高22.4%和35.6%，而BF2和BF3较F处理的细菌呈现出抑制作用，分别抑制37.2%和15.1%；F处理较CK处理放线菌数量明显增多，提高31.7%，BF1和BF3处理较F处理放线菌数量明显增多，分别提高17.9%和33.0%；而各处理的真菌数量无显著差异。

28d时，施用化肥和生物有机肥处理均表现出对细菌数量的抑制作用，其中BF4处理较F处理可抑制42.2%；施用化肥和生物有机肥处理对放线菌数量有促进作用，其中，F处理促进效果最明显，可提高1.46倍，而添加生物有机肥处理抑制了这种作用，较F处理仍呈现出抑制作用。而BF5处理可提高放线菌数量66.4%；施化肥处理真菌数量已恢复至对照水平。施用生物有机肥处理较F处理恢复至对照水平，而BF2处理甚至出现抑制土壤真菌数量，抑制38.7%。

2.3 土壤酶活性和微生物数量的相关性

过氧化氢酶与蛋白酶呈显著正相关；转化酶与脲酶、磷酸酶呈显著正相关；细菌数量与脲酶呈现显著负相关；放线菌数量与脲酶呈极显著负相关；真菌数量与脲酶、转化酶活性呈极显著负相关。转化酶、磷酸酶与过氧化氢酶、蛋白酶呈极显著负相关。

表2 土壤酶活性和微生物数量间相关性分析

**表示极显著相关(p<0.05)；*表示显著相关(p<0.01)。

3 讨论与结论

本研究旨在了解在种植生育期短的蔬菜土壤中少量施入不同生物有机肥对土壤肥力的影响，而土壤酶、微生物数量从不同角度表征土壤生物化学代谢过程、微生态环境[20]。当施肥7 d时，土壤中加入化肥较不施肥CK处理均可提高细菌数量，真菌数量，抑制土壤脲酶、磷酸酶、转化酶活性及放线菌的增殖，可能由于施入土壤化肥后土壤中释放大量氨态氮和磷素，底物浓度的增大抑制了土壤脲酶和磷酸酶的活性，但有利于微生物的增殖，其中细菌和真菌的增殖较快，放线菌的增殖受到抑制。施生物有机肥处理与仅施化肥处理相比过氧化氢酶、脲酶活性增加，这与杜社妮[16]及谷思玉[15]等的研究相似，施用生物有机肥或有机肥可提高土壤过氧化氢酶及脲酶的活性、而与本研究的生物有机肥施用量大小及施肥时间长短不同。但对过氧化氢酶活性的影响较小，与袁岭等的[18]研究结果一致。施用生物有机肥处理较化肥处理抑制细菌的增殖，一些生物有机肥处理呈现出抑制放线菌数量增殖(BF3和BF4)，蛋白酶(BF2和BF4)、转化酶(BF1和BF2)及磷酸酶(BF1和BF2)的活性，而一些生物有机肥呈现出激活过氧化氢酶(BF1和BF4)、转化酶(BF3和BF4)、磷酸酶(BF3和BF4)。这可能与不同生物肥所含微生物种类不同，对土著微生物及微生态环境响应不同造成。

施肥14 d时，由于本研究施入生物有机肥的量较小，生物有机肥较化肥处理的过氧化氢酶活性影响较小，但仍可以明显激活细菌的增殖，提高蛋白酶、转化酶、磷酸酶的活性。这与前人研究结果一致[22-23]，表明少量施用生物有机肥对土壤微生态环境具有明显改善，促进土壤物质代谢能力。丁文娟等[8]研究种植香蕉的水稻土中施入生物有机肥也可提高土壤酶活性，促进细菌的增殖，与本文研究结果一致。而本研究中部分生物有机肥较化肥处理抑制了放线菌的增殖(BF1)、脲酶活性(BF1，BF3和BF4)。仅BF3生物肥促进真菌的增殖。这可能是由于施入少量的生物有机肥较化肥处理相比，生物肥中所带有有益微生物数量并不一定占有菌群优势，而施入土壤中氨态氮肥在细菌的增殖过程中仍存有一定浓度，对土壤脲酶活性可产生反馈抑制作用。仅施BF1生物有机肥处理BF5与CK相比，蛋白酶、脲酶、转化酶及磷酸酶及土壤细菌数量均有所提高。

施肥21 d时，供试生物有机肥较化肥处理对过氧化氢酶、蛋白酶、真菌数量影响较小，促进磷酸酶活性，抑制转化酶活性，部分生物有机肥可促进脲酶活性(BF1和BF4)、细菌的增殖(BF1和BF4)和放线菌的增殖(BF1和BF3)，而部分生物有机肥较化肥处理抑制细菌增殖(BF2和BF3)。据田小明等[14]报道连续施用生物有机肥，随着其用量的增加，微生物量及脲酶活性也在增加。而本研究施入少量生物有机肥在四季小白菜的生长旺盛期也可促进土壤细菌的增殖和脲酶的活性。在此阶段，仅施BF1生物有机肥的处理BF5与对照相比，过氧化氢酶、蛋白酶、磷酸酶、脲酶、转化酶及细菌数量均有明显的增殖。表明仅施BF1生物有机肥可在种植四季小白菜生育期后期也可改善土壤理化性质。而王延军等[19]认为生物有机肥与有机肥配施效果更好。本研究与张辉等[6]及陈波等[7]的研究结果相似，施用生物有机无机复合肥可提高土壤转化酶、脲酶、磷酸酶及土壤微生物数量，其中，张辉等[6]研究时生物有机无机复合肥的施用量为6 670 kg/hm2，与本研究生物有机肥施用量约5 250 kg/hm2相近。但种植作物及选用测定的生长时期不同。

施肥28 d时，生物有机肥处理较化肥处理的土壤真菌数量、蛋白酶、过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶活性基本恢复至对照水平，土壤生物有机肥仍抑制放线菌的增殖，激活了转化酶活性。可能由于小白菜生育末期，植物体较大，土壤中根系分泌物较多，产生一些转化酶可利用底物，刺激转化酶活性的增高。而对BF1生物有机肥与CK处理对比，土壤酶活性恢复至对照水平。

土壤酶主要由微生物及植物根系的分泌作用，是土壤养分转化的重要标志，土壤转化酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酶参与土壤C素、N素及P素循环，而过氧化酶参与土壤物质与能量转化过程，表征土壤总的生物活性及肥力状况[16]。经相关性分析发现，过氧化氢酶与蛋白酶呈显著正相关关系，转化酶与脲酶、磷酸酶呈显著正相关关系，而转化酶、磷酸酶与过氧化氢酶、蛋白酶存在彼此消长的关系。而陈欢等[10]经长期定位施肥发现，过氧化氢酶与脲酶、转化酶呈显著正相关关系，而与磷酸酶呈消长关系。可能由于土壤类型(草甸黑钙土与砂姜黑土)、种植作物(四季小白菜和小麦、玉米)及肥料种类(生物有机肥和有机肥)不同，导致微生物参与的代谢途径不同所致。而我们以前研究也发现土壤放线菌数量与土壤脲酶呈现显著负相关关系[21]，可能与土壤类型有关。

综上所述，本研究在种植四季小白菜时施入少量生物有机肥(5 250 kg/hm2)，在施肥7 d时生物有机肥可促进土壤过氧化氢酶和脲酶活性，降低了土壤细菌数量，土壤蛋白酶及转化及磷酸酶活性因生物有机肥种类而异，施肥14 d时，生物有机肥可明显刺激细菌增殖，提高土壤蛋白酶、转化酶及磷酸酶的活性。施肥21 d时生物有机肥处理较施化肥处理仍可促进磷酸酶活性，而过氧化氢酶及蛋白酶活性已恢复至对照水平，仅施生物BF1与不施肥处理相比，在14 d至21 d期间可明显提高土壤细菌数量，促进土壤蛋白酶、脲酶、转化酶及磷酸酶活性。施肥28 d时，施用少量生物有机肥处理较化肥处理的土壤过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性以及土壤真菌数量恢复至对照水平。此外，由国外引进的生物有机肥BF1在不施化肥的情况下，可改善土壤微生态环境，因此在土壤肥力较好的土壤类型中适宜施用BF1生物有机肥，有望达到土壤可持续利用的目的。

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Effects of Bioorganic Fertilizers on Soil Enzyme Activities and Amount of Microorganism in Pakchoi Pot Experiment

JING Ruiyong, WANG Liyan, GUO Yongxia

(HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity,Daqing,Heilongjiang163319,China)

Bioorganic fertilizer is vital for development of green organic agriculture, and there are a great variety of bio-organic fertilizers at home and abroad. It is of significance of screening appropriate local bioorganic fertilizers. In this paper, pakchoi was cultivated with four bioorganic fertilizers, dynamic changes of soil enzyme activities and amount of microorganism in the treatment with bio-organic fertilizer (2 g/kg) were detected by regular sampling in pot experiment. The results showed that bioorganic fertilizers could promote the activities of catalase and urease and reduce the amount of soil bacteria at the first week after fertilization. Bioorganic fertilizers significantly stimulated the bacteria proliferation, improved the activities of soil protease, sucrose and phosphatase in 2 weeks after fertilization. In 3 weeks after fertilization bioorganic fertilizers still promoted the activity of soil phosphatase, howerer, the other enzyme activity returned to control level. In 4 weeks after fertilization the activities of catalase, urease, protease and phosphatase and the amount of fungi in treatment with bioorganic fertilizer returned to control level. In the middle of detection, the abroad bioorganic fertilizer(BF1) could improve soil microbial properties when no chemical fertilizer was not applied, which needs to further study. The above results can provide the theoretical basis for selecting excellent bioorganic fertilizer.

bioorganic fertilizer; soil enzyme; amount of microorganism; pakchoi

2014-12-01

2014-12-25

国家自然科学基金(31300425)

荆瑞勇(1978—),男,内蒙人,博士,讲师,主要从事微生物生态的教学与科研。E-mail:jry_2002@126.com

郭永霞(1970—),女,黑龙江人,博导,教授,主要从事生物技术方面教学与科研。E-mail: gyxia@163.com

S154.3

1005-3409(2015)02-0079-05