添加纤维素酶对绿肥还田设施土壤酶活性及微生物种群数量的影响

曲继松++张丽娟++朱倩楠

摘要：为了研究添加纤维素酶对绿肥还田设施土壤酶活性及微生物种群数量的影响，设置4个处理：空白对照T1（CK1）处理，单独添加纤维素酶的T2（CK2）处理，单独处理高丹草的T3（CK3）处理，高丹草还田添加纤维素酶的T4处理。结果表明：在高丹草还田过程中添加适量纤维素酶制剂，与空白对照相比，土壤蔗糖酶活性提高23.24%，脲酶活性提高48.86%，磷酸酶活性提高30.19%，多酚氧化酶活性提高33.84%；T4处理的细菌数量比T1处理高48.23%，T4处理的真菌数量比T1处理高12.39%，放线菌、芽孢杆菌数量变化规律与细菌、真菌相似，T4处理的放线菌、芽孢杆菌数量均为最多，分别比T1处理高26.21%、86.79%。绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂能够显著提高多种土壤酶活性，有利于土壤微生物数量的快速增加，从而增加土壤的有机质含量。

关键词：绿肥还田；纤维素酶；设施土壤；土壤酶活性；微生物种群数量

中图分类号： S154.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）05-0484-02

纤维素酶是一种重要的酶产品，是一种复合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶等组成，还有很高活力的木聚糖酶。由于纤维素酶在生产饲料、乙醇、纺织品和食品等领域具有巨大的市场潜力，已被国内外业内人士看好，将是继糖化酶、淀粉酶、蛋白酶之后的第4大工业酶种，甚至在中国完全有可能成为第1大酶种，因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。

土壤微生物是土壤生物区系中最重要的功能组分和土壤生物群落的重要类群，参与土壤有机质的分解及腐殖质的形成等过程[1]，其数量、活性和多样性是评价土壤健康程度或者土壤质量的重要指标[2]。土壤微生物在土壤食物网中占有重要的生态位，其变化会直接或间接地影响食物网其他生态位的生物活性、分布和丰富度、群落结构、数量及多样性[3]，在土壤生态系统中发挥着重要作用。因此，本试验旨在研究添加纤维素酶对绿肥还田设施土壤酶活性及微生物种群数量的影响，以期为日光温室低肥力土壤研究、减少化肥用量、探索发展低碳日光温室农业提供理论依据和技术支撑。

1材料与方法

1.1试验地气候

试验地点位于旱作节水高效农业科技园清水河岸西侧海原县高崖乡三分湾村槽式日光温室内，地处宁夏中部干旱带，地理位置36°51′27.18″N、105°58′37.26″E，海拔 1 368 m，位于黄土高原西北部，属黄河中游黄土丘陵沟壑区。该地大陆性季风气候明显，其特点是春暖迟、夏热短、秋凉早、冬寒长；年均气温7 ℃，1月均温-6.7 ℃，7月均温19.7 ℃，≥10 ℃积温2 398 ℃，无霜期149～171 d；在年降水量方面，多年平均降水量286 mm，最高706 mm，最低325 mm；年均蒸发量 2 180 mm；年均太阳总辐射量5 642×109 J/m2；年日照时间 2 710 h。

试验时间为2013年6月20日—2014年1月20日。

1.2试验材料与试验地概况

供试土壤前茬为礼品西瓜，其0～20 cm表层土壤碱解氮肥力为偏低的5级水平（30～60 mg/kg），有机质为极缺的6级水平（<0.60%），速效磷为中等偏低的4级水平（5～10 mg/kg），速效钾为极丰富的1级水平（>160 mg/kg） [4]。试验地为黏壤土，其0～20 cm表层土壤具体理化性状为：pH值8.27，全盐含量1.32 g/kg，有机质含量4.52 g/kg，碱解氮含量36.0 mg/kg，速效磷含量7.8 mg/kg，速效钾含量190.0 mg/kg，田间持水量32.44%。

绿肥为生长60 d的高丹草，收割后用铡刀铡成2～3 cm 长还田，纤维素酶制剂由陕西沃德生物酶有限公司提供。试验设置4个处理，分别为T1、T2、T3、T4，具体设置见表1，以空白处理T1为对照1（CK1），以单独添加纤维素酶处理T2为对照2（CK2），以单独高丹草处理T3为对照3（CK3），以高丹草还田加纤维素酶为处理T4。高丹草种植时间为2013年6月20日，翻压时间为2013年8月20日。

1.3试验方法

测定时间为绿肥翻压后的第60天（10月20日）。蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，脲酶采用苯酚-次氯酸钠比色法测定（以NH3-N计），磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定，多酚氧化酶采用邻苯三酚比色法测定[5]。微生

2结果与分析

2.1添加纤维素酶对绿肥还田设施土壤酶活性的影响

由表2可见，单独添加纤维素酶制剂对设施土壤蔗糖酶活性影响较小，影响差值仅为0.70%，差异不显著；绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂可显著提高设施土壤蔗糖酶活性，绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂的T4处理比单一绿肥还田的T3处理高13.91%，比单一施用纤维素酶制剂的T2处理高22.38%，比对照T1处理高23.24%；单一施用纤维素酶制剂的T2处理比单一绿肥还田的T3处理低6.92%。

脲酶能够催化尿素水解成二氧化碳、氨气，其活性的高低在一定程度上反映了土壤供氮水平状况[14]。在脲酶活性方面，绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂的T4处理比单一绿肥还田的T3处理高11.32%，比单一施用纤维素酶制剂的T2处理高47.02%，比对照T1处理高48.86%；单一施用纤维素酶制剂的T2处理比空白对照T1处理高1.25%，单一施用纤维素酶制剂的T2处理比单一绿肥还田的T3处理低24.29%。

土壤磷酸酶是植物根系与微生物的分泌产物，与土壤磷素转化密切相关，是土壤磷素肥力的指标。在磷酸酶活性方面，从表2可以看出，T4处理（1.892 1 mg/g）磷酸酶活性高于T1处理（1.453 3 mg/g） 30.19%，T4处理比T2 （CK2） 处理高3008%，比T3（CK3） 处理高7.45%，而且处理间有显著差异。

土壤多酚氧化酶主要来源于根圈微生物、植物根系分泌物及动植物残体分解释放的酶，是一种复合性酶。其大小关系依然是T4>T3>T2>T1，且处理间有显著差异。其中T4处理比T3处理高4.65%，T2处理比T1处理高1.58%，但T3处理比T1处理高27.90%，T4处理比T2处理高31.77%（表2），因此可以判断：绿肥还田比添加纤维素酶更有益于土壤多酚氧化酶活性的增强。

2.2添加纤维素酶对绿肥还田设施土壤微生物种群数量的影响

从表3可知，T4处理的细菌数量最大，为2.09×106个/g，其数量远远高于其他处理，且各处理差异显著；其中T4处理比T3处理高9.42%，T2处理比T1处理高8.51%，但T3处理比T1处理高35.46%，T4处理比T2处理高36.60%，T3处理比T2处理高24.84%，因此可以得出：绿肥还田比添加纤维素酶更有益于细菌数量的增加。

由表3还可以看出，T4处理的真菌数量最高，为1.27×103个/g，与其他处理之间差异显著，T4处理比T3处理高 4.96%，T2处理比T1处理高5.31%，但T3处理比T1处理高7.08%，T4处理比T2处理高6.72%%，T3处理比T2处理高1.68%，可见绿肥还田与添加纤维素酶对真菌数量的影响差异不显著。

放线菌和芽孢杆菌数量变化规律与细菌、真菌相似，T4处理的放线菌数量和芽孢杆菌的数量均为最多，分别达到 6.02×105、3.96×105个/g，CK1（T1）处理均为最少，且大小关系均为T4>T3>T2>T1，只是差异大小不同。在放线菌数量变化方面，T4处理与T3处理差异不显著，较T2、T1处理显著，而芽孢杆菌数量变化方面各处理差异显著（表3）。

3结论

土壤蔗糖酶是评价土壤中物质转化强度的酶类，其活性不仅可以表征土壤生物学活性的强度，也可以作为评价土壤熟化程度和肥力水平的指标。绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂处理的土壤蔗糖酶活性比不作任何处理的T1处理高23.24%，差异极显著。在脲酶方面，绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂的T4处理比T1处理高48.86%；T4处理（1.892 1 mg/g）磷酸酶活性高于CK1（1.454 6 mg/g） 30.19%；T4处理的土壤多酚氧化酶活性比T1处理高33.84%；本试验结果表明：单独添加纤维素酶制剂能够增强多种土壤酶活性，但差异不显著，而绿肥还田能够显著增强多种土壤酶活性，同时绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂也能够显著增加多种土壤酶活性。

土壤微生物量与土壤的肥力相关，土壤的有机质含量越高，其微生物量也越大，土壤中细菌、放线菌密度也高；随着土

壤有机质含量下降，细菌、放线菌生长受到抑制[6]。在微生物种群数量方面，T4处理的细菌数量比T1处理高48.23%，T4处理的真菌数量比T1处理高12.39%；放线菌、芽孢杆菌数量变化规律与细菌、真菌相似，T4处理的放线菌、芽孢杆菌数量均最多，分别比T1处理高26.21%、86.79%。在绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂处理的设施土壤细菌、放线菌、真菌、芽孢杆菌数量显著增加。结果表明，绿肥还田过程中添加纤维素酶制剂更有利于土壤微生物的快速增加，从而提高土壤的有机质含量。

参考文献：

[1]Vargas Gil S，Meriles J，Conforto C，et al. Response of soil microbial communities to different management practices in surface soils of a soybean agroecosystem in Argentina[J]. European Journal of Soil Biology，2011，47（1）：55-60.

[2]Sotomayor-Ramírez D，Espinoza Y，Acosta-Martínez V. Land use effects on microbial biomass C，β-glucosidase and β-glucosaminidase activities，and availability，storage，and age of organic C in soil[J]. Biology & Fertility of Soils，2009，45（5）：487-497.

[3]Sanchez-Moreno S，Ferris H，Young-Mathews A A，et al. Abundance，diversity and connectance of soil food web channels along environmental gradients in an agricultural landscape[J]. Soil Biology & Biochemistry，2011，43（12）：2374-2383.

[4]全国土壤普查办公室.中国土壤[M]. 北京：中国农业出版社，1998.

[5]关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京：农业出版社，1986：260-376.

[6]韩宝坤，杜艳华. 非无菌操作下分离尖孢镰刀菌的培养基[J]. 植物病理学报，2001，31（4）：373-373.

[7]李阜棣，喻子牛，何绍江.农业微生物学实验技术[M]. 北京：中国农业出版社，1996：305-306.韦颖，李鹏善，曹晨亮，等. 酸模叶蓼对水位变化的生长响应[J]. 江苏农业科学，2016，44（5）：486-489.