施用沼肥对油茶林根际土壤微生物数量和酶活性影响

魏世清， 李金怀， 蒲小东， 覃文能， 黄凌志

(1.广西林业科学研究院， 广西 南宁 530002； 2.农业农村部沼气科学研究所， 四川 成都 610041)

沼液是人、畜粪便及农作物秸秆等各种有机物经微生物厌氧发酵后的附产物，它既富含对植物生长起关键作用的氮、磷、钾3大营养素，又含有丰富的硼、铜、锰、锌等微量元素[1]。油茶成林按3∶1施用沼肥与复合肥，能有效促进油茶生长，提高油茶产量[2]。耿晨光[3]等研究发现，沼液灌溉于葡萄园地对土壤微生物C和N不会造成影响，在适当的消解灌溉量下，沼液对园林地土壤微生物和酶活性不会造成负面影响，沼液应用于园林地中进行消解利用是安全可行的。沼液园林地消解利用能提高土壤微生物量碳与土壤有机碳比率，但未达到显著性水平。冯伟[4]等研究发现，基施25%沼液氮肥+追肥75%化学氮肥在整个生育期对微生物总生物量的促进作用比较显著，全施沼液处理的微生物总量相对较低，不利于微生物繁殖。本试验开展施用沼肥对油茶林根际土壤微生物数量和酶活性影响，为油茶施用沼肥提供技术参考。

1 试验材料及方法

1.1 试验地点与材料

试验在广西林科院油茶试验林进行，地理位置为N22°56′，E108°21′，海拔95.0 m。试验地为山坡地，坡向为东坡，年均降雨量为1347.2 mm，年均相对湿度约80%，属于亚热带季风气候类型。所选试验油茶成林为8年生，行距约2.5 m，株距约2.0 m，油茶树密度130～140 株·亩-1。沼液和沼渣取自广西林科院周边沼气工程，复合肥市场购买，养分含量N，P，K为13%，9%，8%。

1.2 试验设计

试验对象为生长较为一致的油茶林，试验设计为5个处理，各个处理施肥量见表1。试验设计采用随机区组，每个处理10株油茶林，每个处理重复3次。试验时间为2012年2月～2013年2月。2012年3月30日，沼渣与复合肥一次性施入，沼液施入量占总量50%，6月20日施入剩余50%沼液。在油茶树冠外围滴水线开约10 cm深沟，对油茶林施肥采用沟施，施肥后及时复土。

表1 试验设计

1.3 试验方法及测定指标

1.3.1 土样采集及测定

分别在2012年4月底、8月初、10月中旬、12月底采集试验小区油茶林地土壤。每小区设置5个固定土壤采样点，采集15～20 cm土壤后混合装入塑料袋中用于理化性质分析。同时采集试验小区油茶林根际土壤。用小铁铲找到油茶根系，采用抖落法收集根际土，每个试验小区采集三株油茶树根际土壤混合后装入灭菌的牛皮纸袋后带回实验室用于土壤微生物数量和酶活测定。

1.3.2 根际土壤微生物数量测定

采用稀释平板法对根际土壤中细菌、真菌、放线菌数量进行测定。土壤细菌、放线菌、真菌分别采用牛肉膏蛋白胨培养基、高氏一号培养基、马铃薯蔗糖琼脂培养基培养计数。

1.3.3 根际土壤酶活测定

根际土壤酶活性参照关松荫[5]方法测定。蔗糖酶活性采用3.5-二硝基水杨酸比色法测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；蛋白酶活性采用茚三酮比色法测定。

1.4 数据分析

数据分析利用SPSS17.0软件进行单因素方差分析和多重比较，并采用Excel2010进行数据相关统计与制表。

2 结果与分析

2.1 施用沼肥对油茶林根际土壤微生物数量影响

2.1.1 施用沼肥对油茶林根际土壤细菌数量影响

土壤微生物参与土壤生态中各种物质循环，使有机态的营养元素转化为无机态的可供植物直接吸收利用的元素，其数量直接影响土壤生物化学活性及土壤养分的组成与转化速率[6]。

注：小写字母表示在5%水平上差异显著，下同图1 不同处理对根际土壤细菌数量季节变化影响

由图1可以看出，不同处理对油茶林根际土壤细菌数量影响呈现明显的季节变化，各处理呈现一致变化趋势，细菌数量峰值出现在8月，4月次之，12月的细菌数量最低。4月和8月以处理2细菌数量最高，并与处理5差异达显著水平。10月细菌数量最高为处理3，并与处理1、处理5差异显著。12月各处理之间土壤细菌数量差异不显著。处理2，处理3，处理4在各季节中细菌数量都高于处理1和处理5，但3个处理之间差异都未达到显著水平。说明沼肥与复合肥配施能明显增加油茶林根际土壤中细菌数量，特别是以3∶1比例配施，其细菌数量显著高于纯施复合肥的处理。

2.1.2 施用沼肥对油茶林根际土壤真菌数量影响

由图2可以看出，不同处理对油茶林根际土壤真菌数量影响呈现明显的季节变化，各处理真菌数量表现出一致变化趋势，峰值出现在4月，随后缓慢下降。处理2各个季节真菌数量高于其他处理，其中4月和10月处理2与处理1和处理5之间真菌数量差异达显著水平，8月和12月各处理之间真菌数量差异不显著。同时也可以看出处理5在各季节中真菌数量最低，说明施用沼肥能明显增加油茶林土壤真菌数量，特别是以3∶1比例混施复合肥效果最好。

图2 不同处理对根际土壤真菌数量季节变化影响

2.1.3 施用沼肥对油茶林根际土壤放线菌数量影响

由图3可以看出，不同处理对油茶林根际土壤放线菌数量影响呈现明显的季节变化，除了处理5，各处理放线菌数量变化趋势一致，从4月逐渐增加，10月达到峰值，10月放线菌数量最少。处理2放线菌数量高于其他处理。8月和10月处理1～4显著高于处理5。说明用沼肥一定程度上可以增加油茶林根际土壤中放线菌数量。

图3 不同处理对根际土壤放线菌数量季节变化影响

2.2 施用沼肥对油茶林根际土壤酶活性影响

2.2.1 施用沼肥对油茶林根际土壤蔗糖酶活性影响

蔗糖酶对增加土壤中易溶性营养物质起着重要作用。研究证明，蔗糖酶与土壤许多因子有相关性。

图4 不同处理对根际土壤蔗糖酶活性季节变化影响

一般情况下，土壤肥力越高，蔗糖酶活性越强。蔗糖酶不仅能够表征土壤生物学活性强度，也可以作为评价土壤熟化程度和土壤肥力水平的指标之一。

从图4可以看出，不同处理对油茶林根际土壤蔗糖酶活性影响呈现明显的季节变化，各处理蔗糖酶活性在4月份表现普遍较高，12月份蔗糖酶活性最低。4月处理2蔗糖酶活性高于其他处理，但差异不显著。8月处理2蔗糖酶活性显著高于处理4和处理5，与处理1、处理3差异不显著。10月处理3和处理4蔗糖酶活性显著高于处理5。12月处理1蔗糖酶活性高于其他处理，但各处理之间差异不显著。从整体来看，施用沼肥的处理根际土壤蔗糖酶活性高于纯施复合肥的处理。

2.2.2 施用沼肥对油茶林根际土壤过氧化氢酶活性影响

过氧化氢酶在土壤中分布广泛，其作用是催化过氧化氢的分解，从而可以消除过氧化氢在土壤中积累，减轻其对植物的毒害。土壤过氧化氢酶活性与土壤有机质含量、微生物数量有关[7]。

图5 不同处理对根际土壤过氧化氢酶活性季节变化影响

从图5可以看出，不同处理对油茶林根际土壤过氧化氢酶活性影响在季节变化上表现出一定差异，8月和10月土壤中过氧化氢酶活性较高，4月和12月过氧化氢酶活性稍有降低。4月处理2过氧化氢酶活性高于其他处理，并与处理5差异显著。8月处理4过氧化氢酶活性高于其他处理，并显著高于处理1。10月各处理差异不显著。12月处理2过氧化氢酶活性高于其他处理，并与处理1，处理4，处理5差异显著。从整体来看，处理2，处理3，处理4过氧化氢酶活性明显高于处理1，处理5。说明沼肥与复合肥配施对提高油茶林根际土壤过氧化氢酶活性有较好的促进作用。

2.2.3 施用沼肥对油茶林根际土壤蛋白酶活性影响

土壤酶是表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指标。其中土壤蛋白酶可以水解蛋白质为短肽，以短肽进一步水解为氨基酸，这些水解产物是植物的氮源之一，土壤蛋白酶活性的高低在一定程度上反映了土壤的氮素营养状况。

从图6可以看出，不同处理对油茶林根际土壤蛋白酶活性影响在季节变化上表现一定差异，4月和8月各处理蛋白酶活性普遍高于10月和12月。4月处理2蛋白酶内活性高于其他处理，处理5蛋白酶活性最低，但各处理之间差异不显著。8月处理4蛋白酶活性高于其他处理，处理2活性最低，二者之间差异显著。10月处理4蛋白酶活性高于其他处理，处理5活性最低，但各处理之间差异不显著。12月处理2蛋白酶活性高于其他处理，与其他处理之间差异不显著。从整体看，处理2，处理3，处理4蛋白酶活性略高于其他处理，说明施用沼肥在一定程度上能提高油茶林根际土壤蛋白酶活性。

2.3 根际土壤微生物数量、酶活性与土壤养分之间相关性分析

为探讨试验中根际土壤微生物、酶活性与土壤养分之间的关系，对三者进行了相关性分析，结果见表2。从表2可以看出，土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾这四种养分指标[2]相互之间存在密切关系，互为极显著正相关关系，表明土壤中有机质、氮、磷、钾保持动态平衡，相互影响相互之间的含量。

图6 不同处理对根际土壤蛋白酶活性季节变化影响

细菌数量与有机质(0.984)、速效氮(0.971)、速效磷(0.669)呈极显著正相关，与速效钾(0.518)呈显著正相关。真菌数量与有机质(0.978)、速效氮(0.965)、速效磷(0.675)呈极显著正相关，与速效钾(0.530)呈显著正相关。放线菌数量与有机质(0.984)、速效氮(0.988)、速效磷(0.761)、速效钾(0.608)呈极显著正相关。这说明根际土壤中微生物数量与土壤养分含量存在密切关系。根际土壤微生物通过分解有机质，参与土壤碳、氮、磷、钾等养分转化来影响土壤的养分水平。

注：**：在0.01 水平(双侧)上极显著相关。*：在 0.05 水平(双侧)上显著相关。

土壤蔗糖酶与土壤养分、根际微生物数量之间存在密切关系，除了与速效钾(0.543)呈显著相关外，与有机质(0.978)、速效氮(0.967)、速效磷(0.695)、细菌数量(0.984)、真菌数量(0.982)、放线菌数量(0.946)均呈极显著正相关。过氧化氢酶和蛋白酶活性均与土壤养分、微生物数量之间呈极显著正相关。

从上面分析可以看出，土壤微生物、酶活性和养分各因素之间密切相关，土壤微生物减少，土壤酶活性将下降，土壤的主要养分转化速率将减弱。同样，土壤肥力的降低也影响土壤微生物的数量。土壤微生物、土壤酶和土壤肥力在土壤中成为一个整体，共同造成不同土壤之间的差异。

3 讨论与结论

3.1 沼肥与复合肥配施对油茶根际土壤微生物数量影响

根际是一个很特别的微区域，由于植物根系的影响，使其周围的微域在物理、化学和生物特性方面与土壤主体不同。根际土壤微生物对植物生长及营养元素流动起重要作用，同时也受植物类型、土壤质地及管理措施的影响[8]。已有研究表明不同作物的根际有其特定的微生物群落，就是在同一作物在不同时期和营养状态下，其根际微生物数量也呈现一定的动态变化[9]。其中，细菌是植物根际有益微生物的主要群体，影响着土壤微生物的总体数量，对抑制病原真菌的数量和种类、增加土壤微生物群落的多样性、提高土壤酶活性具有重要的作用。研究表明在黄瓜重茬土壤中加入沼渣对增加土壤中细菌的数量、降低有害真菌的数量有显著的影响，以沼渣为肥料不仅具有促进植物生长的作用，还能够恢复土壤种群平衡、抑制病原真菌的发生[10]。

本试验中，同等施氮条件下，沼肥与复合肥配施比例不同对油茶林根际土壤微生物数量产生了较大影响，并在不同季节差异明显。各处理根际土壤细菌数量峰值出现在8月，4月次之，12月的细菌数量最低。除了季节变化影响外，可能与施肥时间有关，沼渣、沼液除了在3月进行一次施肥外，还在6月进行了一次沼液追肥，可能是沼肥施用改变了根际土壤养分含量和可溶性有机质含量，加上适宜的温度促使微生物繁殖，并通过改变肥料的有效性而直接影响其他根际微生物群落。研究表明，有机肥与无机肥配合施用增加了土壤细菌数量，但减少了真菌数量[11]。本试验中，各处理根际土壤真菌数量出现在4月，而放线菌数量峰值出现在10月。

研究表明全施沼液处理的小麦土壤微生物总量相对较低，可能是由于土壤碳氮比例失调，不利于微生物繁殖[4]，本试验中纯施沼肥或纯施复合肥的处理根际土壤细菌、真菌、放线菌数量普遍低于沼肥与复合肥配施的处理。沼肥与复合肥配施能明显增加根际土壤中细菌、真菌数量，特别是以3∶1比例混施，油茶林根际土壤细菌、放线菌数量显著高于纯施复合肥的处理。因此认为沼肥与复合肥配施能有效改善油茶林根际微生物数量。

3.2 沼肥与复合肥配施对油茶根际土壤酶活性影响

土壤酶是土壤的重要组成部分，主要来自土壤微生物、动植物残体及活体动植物分泌物，是一类具有催化物质生物化学反应的活性物质。土壤酶参与土壤中各类生物化学过程在内的物质循环，其活性在很大程度上反映了土壤健康水平[12]。因此，土壤酶活性的提高与微生物的增殖有关外，还可能与有机肥促进根系生理代谢有关。研究表明，施用有机肥可以提高土壤酶活性[13]，这一结论在本实验中进一步得到证实。不同处理对油茶林根际土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、蛋白酶活性影响呈现明显的季节变化。各处理蔗糖酶活性在4月份表现普遍较高，过氧化氢酶活性较高的集中在8月和10月；蛋白酶活性高峰期出现在4月和8月，而12月蔗糖酶、过氧化氢酶以及蛋白酶活性普遍降低，说明根际土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、蛋白酶活性受季节变化影响较大。从研究结果看，处理2，处理3，处理4蔗糖酶、过氧化氢酶、蛋白酶活性普遍高于其他处理，说明纯施沼肥或者纯复合肥不利于提高根际土壤酶活性，而沼肥与复合肥配施在一定程度上能提高油茶林根际土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、蛋白酶活性。

综上，沼肥施用与根际土壤微生物及酶活性有密切关系，油茶在生长过程中将影响根际微生物形成和土壤酶活性变化。反之，根际微生物的大量繁殖和旺盛活动以及土壤酶活性的高低又必将对油茶生长及产量产生影响。同时，施用肥料种类及配比、土壤和微生物之间关系十分密切，沼肥这种有机肥料促进了油茶生长，根系系统又促进了微生物的繁衍。而微生物的繁衍又可促进土壤有机物转化，从而形成作物与微生物在土壤载体中的相互依存相互促进的关系。因此沼肥在油茶种植推广应用时需要进一步完善如何合理施肥以及种植管理措施，使沼肥利用在提高油茶产量及品质、土壤肥力改善等方面发挥作用。