不同林下魔芋土壤微生物区系与酶活性分析

高钰琪，李 博，门海军，李 艳 ，张丽琼

(安康学院 现代农业与生物科技学院，陕西 安康 725000)

1 引言

魔芋(Amorphophalluskonjac)系天南星科魔芋属多年生草本植物，主产于中国、日本、朝鲜、韩国等亚洲国家。我国魔芋种植历史悠久，已有二千多年的栽培历史，主产于长江流域、西南和西北的四川、云南、贵州、湖北、湖南、陕西等地[1]。近年来魔芋病害随着魔芋种植面积的不断扩大以及魔芋连作年限的增加而不断加重。其中以魔芋软腐病较为突出、其发生具有传播广、危害大、污染严重等特点。安康魔芋产区软腐病发病田块占调查田块的88.3%，发病大田一般减产20%～40%，严重者甚至绝收[2～5]。魔芋软腐病已成为陕南山区及全国魔芋产业化开发的制约性难题。崔鸣[6]研究表明，根据魔芋喜阴怕强光、喜温怕高温、喜湿怕干旱和水喷等特性，从魔芋立体种植展开研究，让丛林中来的魔芋回到丛林中，实行原生态种植，研究林下套种魔芋技术取得了很好的成效并在全国进行了推广。

试验从安康市岚皋县蔺河镇立新村的刺槐林、杉树林、泡桐树林和漆树林四种林木及附近农田采集土壤样品进行土壤微生物区系和酶活性的测定，探索土壤微生物和酶活性对魔芋的抗病促生长作用和机理，推广微生物农药为主的防治方法、科学合理使用高效、低毒、无污染的农药和多元化生物方法，提高防治效果和农药的利用率，减少农药用量；增施有机肥、优化施肥方式，提高肥料的利用率，本课题的完成能为解决魔芋连作障碍中的病害问题提供参考依据，有利于提高林下魔芋产量和品质，实现魔芋高产栽培，促进农业科技发展和农民效益增收，促进区域性支柱产业又好又快发展。极大地提高农民种植魔芋的积极性，推动林下魔芋产业的进一步发展。拓宽农民致富的路子，提高山区人民生活幸福指数，使人民生活水平越来越高。该项技术采用生物防治技术，符合生产有机食品、绿色食品及无公害的清洁生产理念，可以为安康地区大规模开发绿色无公害农副产品，开展清洁生产奠定基础。但是有关林下魔芋高产优质栽培缺乏可靠实验证明，林下魔芋土壤微生物性质与酶活性综合研究更是少之甚少。有待于我们广大科学工作者在林下魔芋栽培研究中积极探索，攻坚克难，为林下魔芋高产优质栽培提供科学指导。总而言之，采用生物防治技术对魔芋优质高产栽培以及对土壤肥力的促进和土壤的改良具有较强的作用，可用于农业的进一步研究以及推广。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 采样区概况 蔺河镇立新村位于岚皋县岚河中游，介于北纬32.18°～32.19°，东经109.3°～109.4°，海拔858～1 280 m，属亚热带大陆性季风气候，气候温润，四季分明，雨量充足，无霜期长。冬季一般不会有冻害，夏季雨量足且多有伏旱，秋季凉爽并多连阴雨，春季干燥。年平均气温15～17℃。年均降水量1 050 mm，年均降雨日数为94 d，最多达145 d(1974年)，最少为68 d(1972年)。极端的年份雨量最多为1 240 mm(2003年)，极端的年份最少雨量为450 mm(1966年)。每年6-9月一般为雨量集中期，其中7月最多。自然条件得天独厚，是魔芋最适生长地之一[7]。

2.1.2 样品采集 2017年3月上旬在安康市岚皋县蔺河镇立新村选择刺槐I、泡桐、刺槐II、杉树和漆树林五处林下和一处大田魔芋的土壤，五处林地分别处于不同地理位置，刺槐I海拔1 242 m，pH6.94；泡桐海拔1 232 m，pH6.72；刺槐II海拔1 277.5 m，pH6.96；杉树海拔1 215 m，pH6.99；漆树林海拔904.5 m ,pH 7.0,大田地海拔858 m, pH6.94。采用五点采样法，除去表面的枯枝落叶，采集0～20 cm的土壤剖面，样方大小为长宽高10×10 cm，每个采样点采取五个土样，每个样品采集约100 g。土样密封带回实验室后，每个样品混匀后四分法分为两份，一份去杂、过筛后贮藏于4?的冰箱内，用于测定土壤微生物数量；另一份风干、去杂、过筛后用于测定土壤酶活性。

2.1.3 培养基 细菌、真菌和放线菌的培养分别采用牛肉膏蛋白胨、马铃薯蔗糖(PDA)及高氏1号培养基[8]。

2.2 方法

2.2.1 土壤微生物分离计数 采用常规稀释涂布平板法进行微生物的分离：准确称取10 g土样放入装有90 mL无菌水的三角瓶进行倍比稀释处理，稀释倍数为10-1～10-7。分别取10-1、10-2、10-3三个稀释水平的土样悬浮液0.1 mL均匀涂布于PDA培养基上用于培养真菌；分别取10-3、10-4、10-5三个稀释水平的土样悬浮液0.1 mL均匀涂布于高氏1号培养基上用于培养放线菌；分别取10-5、10-6、10-7三个稀释水平的土样悬浮液0.1 mL均匀涂布于牛肉膏蛋白胨培养基上用于培养细菌。每个稀释水平重复3皿，于28～30℃恒温培养，细菌1～2 d，放线菌5～7 d，真菌2～7 d，观察菌落形态，统计微生物数量。

微生物数量的计算方法：

每克鲜土含菌量=(每皿有效菌数×稀释度×20×102)/鲜土样品量×水分系数

2.2.2 土壤酶活性的测定 尿酶活性测定：采用靛酚蓝比色法测定酶促反应的氨释放量(mg·g-1·d-1)。过氧化氢酶活性测定：采用高锰酸钾滴定法。蔗糖酶活性测定：采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定酶促反应生成的葡萄糖量(mg·g-1·d-1)。磷酸酶活性测定：采用磷酸苯二钠法测定酶促反应的酚释放量(mg·g-1·h-1)。

3 结果分析

3.1 土壤微生物区系分析

表1 不同林下土壤微生物区系分析

由表1可知，刺槐I和刺槐II林下魔芋土壤中细菌数量差异性不显著，但泡桐、杉树和漆树之间差异性显著。刺槐I、泡桐、刺槐II、杉树和漆树林下细菌数量均高于大田土壤，分别较大田高43.12%、36.67%、43.54%、16.67%和7.9%。刺槐I、漆树和刺槐II林下土壤中真菌数量差异性显著，但泡桐和杉树之间差异性不显著。刺槐I、泡桐、刺槐II、杉树和漆树林下真菌数量均低于大田土壤，分别较大田低10.52%、13.5%、7.69%、13.55%、31.25%。刺槐II、杉树林与泡桐、漆树和大田土壤中放线菌数量差异性不显著，刺槐I、泡桐、刺槐II、杉树和漆树林下放线菌数量均高于大田土壤，分别较大田高20%、4.96%、17.87%、14.43%和7.1%,刺槐林下随着海拔升高细菌和真菌数量增加，放线菌减少。

3.2 土壤酶活性分析

3.2.1 脲酶活性 土壤脲酶活性：由图1可以看出，刺槐I、刺槐II、漆树林林下土壤的脲酶活性与大田土壤差异不显著。泡桐和杉树林下土壤的脲酶活性均低于大田，其分别较大田低13.5%和20.1%。

图1 土壤脲酶活性

3.2.2 磷酸酶活性 土壤磷酸酶活性：刺槐I、刺槐II、漆树林、杉树林、泡桐林与大田土壤差异性显著，均高于大田土壤，分别较大田高148%、35.2%、125%、131%、108%。

图2 土壤磷酸酶活性

3.2.3 蔗糖酶活性 由图3可以看出，泡桐、刺槐I、杉树林土壤蔗糖酶活性差异不显著，刺槐I、刺槐II、漆树林、杉树林、泡桐林的土壤蔗糖酶活性均低于大田土壤，分别较大田低83.2%、9.6%、7.9%、7.8%、28.6%。

图3 土壤蔗糖酶活性

3.2.4 过氧化氢酶活性 由图4可看出，刺槐II与杉树、泡桐与漆树林下土壤的过氧化氢酶活性差异性不显著。但刺槐I、刺槐II、漆树林、杉树林、泡桐林林下土壤过氧化氢酶活性均高于大田土壤，分别较大田高87.5%、43.8%、62.5%、84.4%、42.7%。

图4 土壤过氧化氢酶活性

4 讨论

(1)通过土壤微生物区系分析试验发现刺槐I、泡桐、刺槐树II、杉树和漆树林下魔芋土壤中的细菌和放线菌数量均增加，真菌数量均减少。该结果与何斐等[9]的研究结果一致，三大类微生物的数量表明，林下土壤微生物的区系状态良好。刺槐I、泡桐、刺槐树II、杉树林下土壤中细菌与大田相比差异性显著；刺槐I、刺槐树II和杉树林下土壤放线菌与大田相比差异性显著；刺槐I、泡桐、刺槐树II、杉树和漆树林下魔芋土壤中的真菌数量均减少，并且与大田相比差异性均显著，泡桐和杉树林之间真菌数量差异不显著。微生物是林下土壤微环境的重要部分，土壤微生物可以分解林下土壤中的残枝败叶，加速林下土壤微生态的物质循环，从而提高土壤酶活性，影响林木的正常生长发育和林下魔芋的产量和品质。

(2)土壤酶对土壤中许多化学反应和土壤理化性质产生重要影响，可以客观的反映土壤内部微生态。

刺槐I、刺槐II、漆树林、杉树林和泡桐林下土壤蔗糖酶活性均低于大田土壤。而蔗糖酶可以提高土壤中的易溶性营养物质。研究结果表明，土壤蔗糖酶活性受许多林下土壤因素的影响，如与土壤有机质、氮、磷含量，微生物数量及土壤呼吸强度等有关。总的来说，土壤越肥沃，其蔗糖酶活性越高。蔗糖酶活性不仅是土壤微生物学活性强弱程度的一种表现，也是土壤腐熟程度和肥力水平的一种体现[10～11]。由此可推断出林下魔芋土壤中的微生物较大田活跃，比大田土壤肥沃。

过氧化氢酶普遍存在于生物残体和土壤中，它有利于过氧化氢的分解防止它对生物体产生毒害作用。过氧化氢酶活性不仅影响土壤微生物数量，而且还影响土壤中的有机质含量。笔者研究中林下与大田过氧化氢酶活性比较得出，刺槐I、刺槐II、漆树林、杉树林、泡桐林过氧化氢酶活性均高于大田土壤，由此可推断林下魔芋土壤有机质含量高，林下生物体遭受过氧化氢的毒害率低。

刺槐I、刺槐II、漆树林林下土壤的脲酶活性与大田土壤差异不显著。泡桐和杉树林下土壤中的脲酶活性均没有大田高。脲酶普遍存在于林下土壤中，它所产生的酶促产物是氨，氨是一种植物氮源。脲酶与尿素和氮肥的水解紧密相连。有机肥料中也有游离的脲酶存在。同时，脲酶活性也受土壤其他因素的影响。所以刺槐林和漆树林下土壤对尿素和氮肥的吸收能力较强，大田土壤在施肥过程中可参考，适当增施脲酶以利于土壤对尿素和氮肥的吸收。

刺槐I、刺槐II、漆树林、杉树林、泡桐林与大田土壤磷酸酶活性差异性显著，均高于大田土壤。土壤有机磷转化受多种因子影响，其中，磷酸酶影响最大，它加速了有机磷的脱磷速度。兰吉萍[11]等研究结果表明，磷酸酶活性越高，土壤氮、碳含量越高，而且磷酸酶的活性也受有效磷含量和土壤pH的影响。磷酸酶活性是有关土壤磷素生物转化方向与强度的重要体现。由此可推断出，林下魔芋土壤脱磷速度快，土壤碳、氮含量高，建议施肥过程中采取少量多施的方法，以提高磷肥的利用率。

5 结论

林下魔芋的土壤微生物区系和酶活性反映了林下土壤质量较好，其土壤根际微环境优于大田土壤，其中四种林下刺槐林下最好，并且海拔越高，土壤环境越好。