生物肥与碳酰胺配施对大樱桃根际土壤微环境及单果重的影响

陈 莹， 刘 琼， 田春青， 郭海丽， 高圣钰, 牛红云， 刘 丹

(1.山东省林业保护和发展服务中心， 山东 济南 250109； 2.山东铭源人力资源管理有限公司， 山东 济南 250013； 3.山东省林草种质资源中心 ， 山东 济南 250102； 4.山东农业工程学院 ， 山东 德州 251100；5.山东省航空应急救援中心， 山东 济南 250000)

近年来，我国农业发展正处于从传统向现代化转型的阶段，得益于国家政策红利和农业现代化技术发展，我国粮食产量实现了持续增产，在此转变过程中化肥的大量施用为进一步提高农林生产效益发挥重要作用，然而生态环境不断恶化，土壤肥力持续下降等问题也随之出现，影响了土壤微生物活性，进而影响作物的产量与品质，不利于农业的可持续发展[1]。因此，新型肥料，特别是生物有机肥的研发与应用受到了众多国家的高度重视。生物肥是一类微生物活体制品，它是凭借微生物生命活动及其代谢产物而为作物提供特定的肥效[2]。其主要原理是利用微生物的各项生命代谢活动来为作物生长提供其所需的营养元素或者通过微生物新陈代谢过程中产生的多种生理活性物质来调节植物生长[3]。研究发现，施用生物肥可以提高肥料的利用率，增加土壤的肥力，通过改善土壤生态环境，来达到提升作物品质和丰产的目的[4-5]。

根际是由土壤-微生物-酶组成的一个特殊微生态系统，因为根系生理活动影响使其与原土体在生物学特性、物理和化学等方面有较大的差异[6]。土壤微生物生物量是土壤中有效养分的储备库，驱动物质转化的同时参与了土壤内部养分循环；而酶活性是土壤生态系统中最活跃的组分，也是土壤生物活性的表征，二者不仅是植物营养元素的活性库，还是土壤有机物转化的执行者[7-9]。大量研究表明[6-11]，施肥不但能明显增加土壤肥力，而且对土壤微生物数量、多样性和活性以及土壤酶活性产生一定影响。

大樱桃(Prunusavium)又名欧洲甜樱桃、西洋实樱，蔷薇科(Rosaceae)李属(Prunus)植物，在落叶果树中果实成熟时间仅次于樱桃(Prunuspseudocerasus)，且果实色泽鲜艳、香味浓郁，在食用和医疗保健等方面具有多重利用价值，目前大樱桃已在全国多地进行推广栽培，产业前景广阔[5]。施肥是大樱桃栽培管理过程中的重要环节之一，施肥效应不仅与施肥量、土壤特性、植物本身等因素有关，还与肥料种类等密切相关[12-14]。多年来，大樱桃施肥仍然以化肥为主，虽然能显著提高大樱桃产量，但化肥的养分利用率偏低，容易引起土壤板结，进而导致大樱桃果实品质的降低。可见，科学有效的施肥技术对于大樱桃栽培显得尤为重要。目前，关于大樱桃施生物肥的研究报道相对较少，尤其是针对生物肥与碳酰胺(即尿素)配合施用的应用研究更是鲜见报道。鉴于此，本研究选用生物肥为供试原料，进行了生物肥与碳酰胺配施对5年生大樱桃根系活力与根际土壤微生物数量、酶活性及其单果重的研究，为探讨施用生物肥对大樱桃微生态环境的影响提供理论依据，也为生物肥的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤为潮土，土壤中速效氮含量37.65 mg·kg-1，速效磷含量16.22 mg·kg-1，速效钾含量72.50 mg·kg-1，有机碳含量8.19 g·kg-1。供试生物肥为从市场购买的果蔬专用商品生物肥(氮、磷、钾总养分≥5%，有机质≥45%，有效活菌数≥0.2亿·克-1)；供试化肥为过磷酸钙(CaP2H4O8)、碳酰胺(CH4N2O)及硫酸钾(K2SO4)[15]。大樱桃为5年生‘甜心’，嫁接砧木是吉塞拉5号，无病虫害，生长状况相近。

1.2 试验设计

试验地位于山东省林草种质资源中心高官寨保育库(117°14′46.32″E， 36°54′24.63″N)。2019年3月中旬，开始进行大田试验，采用完全随机区组设计，共设置4个处理，即： CK为不施肥；CF为100%的氮由碳酰胺提供(342.45 kg·hm-2)；BF为100%的氮由生物肥提供(6300kg·hm-2)； BF+CF为生物肥和碳酰胺各提供50%的氮(碳酰胺171.23 kg·hm-2，生物肥3150 kg·hm-2)[16-17]。重复3次，共计12个小区。每小区面积为12 m×8.5 m=102 m2，每小区内有大樱桃10株。除CK外，其余等量，N、P、K含量相当于157.5、45.0、172.5 kg·hm-2，分别用CaP2H4O8与K2SO4来补足各处理P与K的不足部分[17]。

1.3 测定

2019年9月26日，采集根系样品与根际土，对每小区的10棵植株进行采集。在土壤水分含量适中时采用剥落分离法[18]取样，将带土植株取出，轻轻抖落大块不含根系的土壤，用力将根表面附着的土壤全部抖落，迅速装入塑料袋内(根际土) 。根际土混匀后迅速带回实验室，用四分法取适量土样分成2份，一份新鲜土样过2 mm筛立即测定微生物数量，一份土样风干过1 mm筛后测定酶活性[19-20]。同时，用水冲洗根系，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)比色法测定根系活力[21]，其原理是植物根系中脱氢酶引起TTC还原，生成红色而不溶于水的三苯基甲臜(TTF)，根系活力越高，生成的TTF越多。计算公式如下：

根系活力=四氮唑还原量 /(根重×时间)

(1)

式中：根系活力(μg·g-1·h-1)；四氮唑还原量 (μg)；根重 (g)；时间 (h)。

细菌、放线菌与真菌分别选用牛肉蛋白胨琼脂培养基、改良高氏1号培养基与马丁-孟加拉红培养基，并采用稀释平板计数法测定微生物数量[16，22]。过氧化氢酶、脲酶、多酚氧化酶与蔗糖酶活性分别采用高锰酸钾滴定法、苯酚钠-次氯酸钠比色法、邻苯三酚比色法与Na2S2O3滴定法的方法进行酶活性测定[22]。

果实成熟后在试验田中从不同区组采集大樱桃果实，并从中随机选取10个代表果，测量单果重[23]。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0软件进行数据统计分析，采用单因素方差分析(One-way ANOVA)与最小显著差异法(LSD)比较不同处理组间的差异，差异显著性水平α为0.05[13，17]。

2 结果与分析

2.1 根系活力

反映根系吸收功能的重要指标之一是根系活力，根系特性与发育状况与植株对土壤水分、养分的吸收有直接关系[24]。因此，根系活力大小影响着大樱桃植株生长。不同施肥处理都能显著提高大樱桃的根系活力(见图1)。BF+CF处理的根系活力最大，分别较CK、CF和BF处理显著提高81.93%、43.16%和16.62%；其次为BF处理，较CK、CF处理显著提高56%、22.76%。以上分析可知：施用生物肥相比单施化肥能明显提高大樱桃的根系活力，其中提高幅度更大的是生物肥与碳酰胺配施，增强了大樱桃根系吸收能力。

注： 不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。图1 不同施肥处理下大樱桃的根系活力Fig.1 Root activity of Prunus avium under the different fertilization treatments

2.2 根际土壤微生物

根际土壤微生物对果树生长与营养元素的流动起着至关重要的作用[25]。如表1所示：3个不同施肥处理的4项根际土壤微生物数量指标均显著高

表1 不同施肥处理下大樱桃的根际土壤微生物数量Tab.1 Microbial population in rhizosphere soil of Prunus avium under the different fertilization treatments×104 CFU·g-1处理细菌放线菌真菌微生物总量CK257.02±16.84 d78.54±9.32 d2.97±0.46 c338.53±0.03 dCF325.78±23.09 c93.86±3.53 c4.33±0.25 b423.97±0.06 cBF460.92±12.57 b122.37±5.94 b5.94±0.16 a589.23±0.09 bBF+CF518.33±10.65 a143.98±6.60 a6.08±0.10 a668.39±0.05 a 注: 数据为平均值±标准差,同一列中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

于CK。对各个施肥处理结果比较分析发现：BF和BF+CF处理的4项微生物数量指标均明显高于CF处理，BF+CF处理下的细菌数、放线菌数和微生物总量均显著高于其他处理，只有真菌数量与BF处理相比无显著差异。此外，BF+CF处理的细菌数与CK、CF、BF处理相比分别显著增加101.67%、59.10%、12.46%。综上所述：单独或搭配施入生物肥均能显著增加大樱桃根际土壤的微生物数量，生物肥与碳酰胺配施的增幅最大。

2.3 根际土壤酶活性

不同施肥处理下的土壤酶活性与CK相比差异显著，均有不同程度的增加(见表2)。CF与BF、BF+CF施肥处理相比，土壤酶活性明显低于后面2种处理，且差异显著；在BF和BF+CF生物肥处理中，后者的脲酶、蔗糖酶活性最高，显著高于前者，但过氧化氢酶、多酚氧化酶活性与前者相比差异不显著。其中，对蔗糖酶活性增幅最大的是BF+CF处理，较CK处理提高了78.92%，较CF与BF处理分别提高42.79%与17.39%。综上所述：同单施化肥相比，施用生物肥能明显提高大樱桃根际土壤的这4种酶活性，其中生物肥与碳酰胺配施对脲酶和蔗糖酶活性的提高幅度最大。

表2 不同施肥处理下大樱桃的根际土壤酶活性Tab.2 Enzyme activity in rhizosphere soil of Prunus avium under the different fertilization treatments处理过氧化氢酶/(mL 0.1 NKMnO4·g-1·h-1)脲酶/(mg NH3-N·g-1·h-1)蔗糖酶/(mL 0.1NNa2S2O3·g-1·h-1)多酚氧化酶/(mg gallic acid·g-1·h-1)CK1.36±0.03 c1.59±0.08 d1.66±0.12 d0.63±0.09 cCF1.52±0.05 b1.87±0.06 c2.08±0.07 c0.80±0.03 bBF1.64±0.02 a2.09±0.03 b2.53±0.16 b0.96±0.03 aBF+CF1.68±0.03 a2.36±0.06 a2.97±0.10 a0.93±0.05 a

2.4 单果重

由图2可知：各处理单果重的大小次序为BF+CF>BF≈CF>CK，BF+CF处理的单果重最大，分别较CK、CF与BF处理显著高出20.13%、9.81%与8.23%；BF和CF 2种处理虽然无显著性差异，但仍显著高于CK(分别高出10.99%和9.40%)。综上所述：不同施肥措施相比对照均能显著提高大樱桃的单果重，其中生物肥与碳酰胺配施处理对单果重的增幅最大，这对于提高大樱桃的商品率和产量具有重要意义。

图2 不同施肥处理下大樱桃的单果重Fig.2 Single fruit weight of Prunus avium under different fertilization treatments

3 结论与讨论

根际是植物-土壤-微生物与周围环境相互作用的场所，根际微域的养分可以直接被植物根系所吸收，这对于植物高效利用土壤养分具有重要的影响作用[26-27]，而根系活力作为根系吸收功能的重要指标，与根际土壤之间具有密切的关联[24，28]。在本试验中，施用生物肥的2个处理同单施化肥相比能显著提高大樱桃的根系活力，这表明施生物肥有助于提升大樱桃的根系活性。

有研究表明，根际是一个多因素相关联的复杂系统，包括植物根系、细菌、放线菌、真菌与土壤动物等[29]。相关研究认为，施用有机肥或有机无机配施可提高根际土壤微生物数量[16]。我们通过研究得出了相似的结论：在单施化肥与对照处理相比之下，生物肥或生物肥-碳酰胺配施处理的根际土壤细菌、放线菌、真菌的数量与微生物总量均显著升高，证明施用生物肥能促进土壤微生物的快速生长，主要原因是生物肥本身带入了大量活的微生物，相当于发挥了“接种”的作用；同时土壤中多数微生物处于低营养状态，当施入生物肥后，为它们提供了新能源，促进了微生物的快速繁殖。但孙运杰等[4]在蓝莓上的研究认为，施用生物肥处理相比对照却显著降低了土壤细菌数和微生物总量；徐宪斌[20]在玉米上的研究发现，施肥处理能明显增加根际土壤的细菌数、真菌数与微生物总量，而对放线菌数无显著影响；涂佳等[30]在各施肥处理下的泡桐根间对比发现，真菌数量明显高于对照，而细菌、放线菌数量除个别高于对照外，其余均低于对照。造成这些差异可能受作物种类、土壤性状、试验周期等因素影响。

土壤酶作为有机物转化的重要执行者，其活性与土壤营养物质的转化紧密相关，测定土壤酶活性的大小，有助于对土壤供肥性能作出合理的评判[31]。Garcia等[32]认为土壤酶活性作为土壤肥力的评价指标是完全可行的，但大多数学者却认为，单一的酶活性并不能客观地反映出土壤肥力的真实水平，而应综合考虑那些与土壤肥力密切相关且分布广泛的土壤酶活性。本文共研究了不同施肥条件下具有代表性的4种土壤酶活性，结果显示不同施肥处理对大樱桃根际土壤酶活性具有显著的影响。生物肥或生物肥-碳酰胺配施处理较单施化肥处理能明显提高大樱桃根际土壤酶活性，这与井大炜等对杨树苗根际土壤生物学特征的研究结果相似[16]。生物肥一方面能为土壤酶提供丰富的酶促基质，发挥底物诱导作用，另一方面还能提高根际土壤的腐殖质含量，从而腐殖质通过离子键、共价键或离子交换等方式固定土壤酶[4]。此外，生物肥与碳酰胺搭配处理的根际土壤微生物数量、酶活性均高于生物肥处理。究其原因可能是生物肥与碳酰胺搭配有助于协调土壤的C/N比值，改善土壤理化性状，促进大樱桃与土壤微生物生物量的生长，使更多的酶伴随着大樱桃的根系活动与土壤动物、微生物的代谢活动进入土壤，同时施入的碳酰胺能使土壤中消耗的氮得到及时补充，所以加快了根际土壤微生物的繁殖速度，进而提高了土壤微生物数量与酶活性[33-35]。同时，生物肥与碳酰胺配施能明显提高大樱桃的单果重，这说明根系活力与根际土壤微生物数量、酶活性的改善，增强了大樱桃的根系活性，并使根际土壤微生态环境得到优化，进而提升了根际土壤的供肥性，有利于促进大樱桃果实的生长。土壤酶与土壤理化性状存在紧密的联系[36]，施肥对土壤酶活性与土壤理化性状具有基本相似的影响，因此在实际生产中可通过增施生物肥-无机肥配施来改善土壤理化性状，增强土壤酶活性，且能减少施加化肥的用量，明显提升肥料利用率，这对于改善生态环境进而实现经济林可持续发展具有重要意义。