水肥运筹对麦田微生物多样性和土壤酶活性的影响

王祁，孟自力

（商丘市农林科学院，河南商丘 476000）

小麦是我国第二大粮食作物[1]，合理水肥运筹，不仅能有效提高小麦的产量和品质，更重要的是可以合理改善土壤环境。麦田土壤性质极其复杂，其中土壤酶活性能快速地响应水肥运筹，施用有机肥可提高麦田土壤中的酶活性[2-3]，并且土壤酶活性受田间水分管理和施肥措施的影响[4]。该次试验通过分析水分- 有机肥的不同方案的施用对小麦根际土壤酶活性和微生物多样性的的影响，探索实现小麦的经济效益和环境效益的双优的最佳水肥运筹模式，以期为我国麦田粮食安全作出贡献。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年10月至2019年6月在河南省商丘市城乡一体化示范区贾寨镇保卫村进行，该地区属暖温带亚湿润季风气候，年平均气温为14℃，年降水量达到700 mm，两合土，土层深度0～30 cm、全氮77.8 mg/kg、有机质2.2 mg/kg、速效钾93.37 mg/kg、速效磷35.31 mg/kg。

1.2 试验设计

供试小麦品种为“商麦188”。研究中主要进行如下4个处理。T1 处理：施加2000 kg/hm2有机肥，300 kg/hm2尿素，并保证供水充分；T2 处理：施肥同T1 尿素，水分胁迫；T3 处理：采用常规方法进行施肥，仅施加500 kg/hm2尿素，保证供水充分；T4 处理：施肥同T3，水分胁迫。其中充分供水的灌水下限按照田间质量持水率（FH）70%进行计算，水分胁迫的则按60% FH 计算，采用地面灌水的方式。播种时，施入基肥，包括磷钾肥100 kg/hm2、有机肥120 kg/hm2。通过设计随机区组，各处理均设置3 次重复，12 个小区大小为9 m×3 m，面积为27 m2。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 麦田根际取样。在灌浆期进行土样采集工作。取样前后，都需要对土壤质量含水率进行测定，要使充分供水、水分胁迫处理的含水率分别维持在70%，60%FH，确保水分处理准确。以随机的方式，运用多点取样法，采集5点的混合土样。在冬小麦根际土壤的收集方面，主要运用抖根法，先从土壤中整体挖出10～30 cm 间的植株根系，并抖掉其中松散结合的土体，刷下紧密结合根系的土壤，可作为根际土样品。充分混合上述5 份相同处理的根际土壤，完成后将这些土壤分为2 个部分，分别放置保存于4℃的冰箱及-80℃的液氮中极速冷冻，前者用于对土壤酶活性的测定，后者用于对土壤微生物多样性的测定，各取3 次重复。

1.3.2 土壤酶活性测定。土壤碱性磷酸酶活性的测定，可运用磷酸苯二钠比色法进行；土壤蔗糖酶活性的测定则可使用土壤蔗糖酶活性法。

为了解通过土壤纤维素酶催化纤维素降解而形成的还原糖量，可通过蒽酮比色法进行测定，进一步获取土壤纤维素酶活性的值；土壤脲酶活性的测定，则可采用靛酚蓝比色法，是指通过脲酶水解尿素而形成的NH3-N，测定在波长为240 nm 下，土壤反应后吸光度的变化情况，所得出的值则可用于表示土壤过氧化氢酶活性高低[5]。

1.3.3 微生物多样性测定。在具体测定时，可启用高通量测序16sRNA 技术，基本步骤如下：①获得土壤样品；②提取DNA；③对合格样品进行检测DNA；④PCR 扩增、混样、建库，并做好检测工作；⑤文库经过检测合格后，即可通过Illu-minaMiseq/Hiseq 高通量测序平台测序样品，之后通过测序获取Raw Data 数据，进行数据质控；⑥聚类OTU，分类物种；⑦分析微生物多样性及群落结构，最后基于各个分类水平上统计物种注释的群落结构。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2010 和DPS12.5 软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 各处理对麦田土壤酶活性的影响

如表1 所示，在处理条件下不同的情况下，测量麦田土壤酶活性的结果。在水分管理措施一样的情况下，T1 和T3 间，T2 和T4 间均不存在显著的差异；同时进一步分析发现T1、T3 的脲酶活性分别高于T2、T4。这可充分说明添加有机肥，对麦田土壤脲酶活性的影响并不大，而充分供水的影响较大。

表1 土壤酶活性

通过分析发现不同的处理方法，也会影响到过氧化氢酶、土壤蔗糖酶及碱性磷酸酶活性。研究结果表明经T1处理的上述各项均衡较高。在水分管理条件一样的情况下，对比T3、T4，T1 与T3 处理的上述指标的活性均较高，且其差异显著水平大。除此之外，研究还发现假设施肥条件一样，则经过T1，T3 处理的上述活性也远高于T2，T4，且其中存在较大的差异性。对比仅施加常规肥的情况，如施加有机肥，则上述各项活性较高；对比水分胁迫的措施，如果供水充分，则土壤酶的活性显著提高。在水分管理相同的情况下，分析氧化氢酶活性可知，如果供水措施充分，则土壤酶活性可显著提高。在水分管理同样的情况下，对比T3 处理，T1 处理的过氧化氢酶活性较高；而T2低于T4，且差异十分显著。综上所述，在保证供水充分的情况下，对比常规施用化肥，施用有机肥更有利于提高过氧化氢酶活性。但是如果水分胁迫，则与之相反。

2.2 各处理对麦田土壤微生物多样性的影响

如表2 所示，各处理覆盖值均高于95%，这表明该次测序结果可一定程度说明多样性的微生物。通过分析多样性指数，如Shannon、Simpson 等表明4 个处理间的多样性指数都有较大的差异性。一般认为Shannon 指数越高，则表明样本具有多样性[6]。

表2 各处理的群落结构多样性指数

通过上述2 个指标分析可以看出：从土壤微生物多样性的角度分析，T1 处理与其他3 个处理方式存在显著的差异性，其土壤微生物多样性最高，最低的是T4。综上，相较于施用常规肥，施加有机肥，可显著提高土壤生物多样性，同时在供水充分的情况下，其作用更为明显。与此同时处理方法不同，其丰富度、均匀度也会有较大的差异性。对比T4 处理，T2 处理的这2 个指标均较高，这说明相较于施用常规化肥，施用有机肥能够使微生物显著提高均匀度与丰富度；同时对比T2 处理，T1 处理较高，对比T4 处理，T3 处理也较高。这能够充分说明相较于水分胁迫，供水充分更有利于微生物提高均匀度、丰富度。综上Evenness、Evenness 和Shannon、Shannon、Richness 等 多 样性指数分析可知，施加有机肥能够使微生物的丰富度、均匀度都得到提高，让小麦根际土壤微生物的多样性得以改善，且对比水分胁迫的情况下，供水充分的改善效应更为显著。

3 结论

在供水充足的情况下，施加有机肥的意义重大。此举能够让土壤显著提高酶活性，具体体现过氧化氢酶、纤维素酶等方面。同时对比水分胁迫的情况，能够保证供水充分，则提高土壤酶活性的情况更为显著。换言之，如果水分胁迫，则是否施加有机肥，对土壤的该值影响并不大，即作用较弱。具体体现在微生物丰富度、均匀度以及小麦根际土壤微生物多样性等方面。综上所述，要改善微生物群落结构，提高土壤酶活性，就必须保证水分合理供应，并施加有机肥，要正确把控作物需肥、需水期。