不同土壤菌配置对赣南山区土壤酶活性及微生物数量的影响

周进波 刘波 王贤宁

摘  要：随着我国经济建设的不断发展，工程施工后期的迹地恢复是保护环境、维护生态平衡的重要环节。为解决这一问题，采用土壤菌配置加客土喷播技术进行迹地恢复，将不同的土壤菌配置（DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3）加入喷播基质中并通过喷播的方式铺设到赣南山区边坡。针对赣南山区边坡后期迹地恢复问题，提出最优的土壤菌配置模式。结果表明，土壤菌的施用，促进土壤微生物活动，加速土壤中的生化反应，加入土壤菌能显著提高赣南山区边坡土壤的过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、中性磷酸酶活性和纤维素酶活性，能显著提高土壤中真菌、细菌、放线菌以及微生物的总数量，其中土壤菌DL1+DL2配置模式下对提高赣南山区土壤酶活性以及微生物数量效果最明显。

关键词：赣南山区；土壤菌；土壤酶活性；土壤微生物数量；生态平衡

中图分类号：X3      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）19-0068-06

Abstract： With the continuous development of China's economic construction， site restoration in the later stage of project construction is an important link to protect the environment and maintain ecological balance. In order to solve this problem， the soil bacteria configuration and guest soil spray seeding technology were used to restore the trace. different soil bacteria configurations （DL1+DL2， DL1+DL3， DL2+DL3， and DL1+DL2+DL3） were added to the spray seeding substrate and laid to the slope of the mountain area of southern Jiangxi. In order to solve the problem of slope restoration in the later stage of mountain slope in southern Jiangxi， the optimal allocation model of soil bacteria was put forward. The results showed that the application of soil bacteria promoted the activity of soil microorganisms and accelerated the biochemical reaction in soil. the addition of soil bacteria could significantly increase the activities of catalase， sucrase， neutral phosphatase and cellulase， and the total number of fungi， bacteria， acti-nomycetes and microorganisms in the slope soil of southern Jiangxi province. Among them， the DL1+DL2 configuration mode of soil bacteria has the most obvious effect on improving the soil enzyme activity and the number of microorganisms in the mountainous area of southern Jiangxi.

Keywords： southern Jiangxi mountainous area; soil bacteria; soil enzyme activity; number of soil microorganisms; ecological balance

赣南属南方红壤区，降雨集中、沟壑纵横、土壤结构差，不利的自然地理条件极易造成水土流失。此外，过度开发和不合理的耕作方式也是导致水土流失的主要原因。输变电项目的建设对山地丘陵地貌及地表植被产生扰动和损毁，加剧水土流失，产生崩岗、山区石漠化、土地退化等现象，对丘陵山区生态安全、粮食安全、防洪安全和人居安全造成威胁。

客土喷播技术起源于英美，并在日本得到积极推广，是一种较为有效的边坡植被复绿技术。近年来，客土喷播技术被越来越广泛地应用到山体边坡生态修复中[1]，然而喷播基质无法与边坡岩壁土壤有效融合，并且随着时间的推移，土体养分逐渐流失导致土壤肥力降低，使山体岩壁边坡呈现出裸露、缺肥、无土的状态，导致边坡植被面临干、热、脱落等威胁，无法实现植被复绿的长期维持，因此在土层薄的情况下进行边坡岩壁植被恢复，目前面临的最主要问题是喷播基质的组成物质结构及岩壁-基质界面融合度[2]；土壤菌是维系土壤生态系统功能稳定的主导因子[3]，其作用主要体现在分解土壤有机质和促进腐殖质形成[4]，促进植物菌根的形成[5]，产生土壤微量气体[6]，吸收、固定并释放养分[7]等，有研究表明，用筛选好的微生物菌种加入喷播基质中，对加速山体岩面的风化产生了有利作用[8]。将土壤菌加入喷播基质并施用于边坡岩壁之后，在土壤菌的作用下，边坡岩壁与喷施基质界面融合性得到了有效提高，并且可形成一个最适合植物生长的“生育基盘”，可长期维持边坡岩壁的植被复绿，减少边坡裸露、植被脱落的情况。目前土壤菌加客土喷播技术在输变电项目边坡治理上还未见报道，本研究以吉埠变电站北侧边坡土壤为试验对象，研究喷播基质中不同土壤菌配置对土壤酶活性和微生物数量的影响，土壤酶活性情况在一定程度上可以反映土壤养分的循环情况，从而分析筛选出最佳的土壤菌配置模式，为指导赣南山区边坡治理以及长期维持边坡植被复绿提供理论依据和技术支撑。

1  材料与方法

1.1  研究区概况

本项目研究区位于赣州市，地处江西省南部，属亚热带季风气候，年平均气温为19.8 ℃，年平均降雨量为1 318.9 mm，土壤类型以花岗岩母质发育的红壤为主，土壤质地主要为砂质壤土，是崩岗主要发生区域。根据《江西省水土保持公报（2021）》，全省水力侵蚀总面积23 326.19 km2，占全省土地总面积的13.96%。从全省11个设区市的水土流失现状来看，水力侵蚀面积最大的是位于赣南的赣州市。赣州市是典型的南方山地丘陵区，属亚热带季风气候，多年平均降水量1 500.40 mm，土壤以由花岗岩风化物发育形成的红壤为主，是崩岗主要发生区域。该区水土流失以水力侵蚀为主，侵蚀面积为6 865.55 km2，占土地总面积的17.43%。

1.2  试验材料

1.2.1  土壤菌的发酵

将3种土壤菌，即枯草芽孢杆菌（DL1）、哈茨木霉菌（DL2）和地衣芽孢杆菌（DL3）先接入液体培养基，振荡24 h，再接入发酵罐中发酵，发酵过程中隔一定时间抽取土壤菌测定其湿重，当变化曲线达到峰值后第一次下降时，将土壤菌接出至已消毒的塑料瓶中。

1.2.2  土壤菌的不同配置

选取上述3种土壤菌进行配置，在基质中的配置方式有3种菌混合、2种菌混合和无菌（对照组），共5种配置方式（对照组、DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3），每种配置方式做3个重复，各土壤菌种均等比例混合后分别混入喷播基质土中，每种配置模式种菌的含量为100 mL。

1.3  试验布设

试验布设于赣县区吉埠镇新建吉埠变电站北侧边坡（E115°11′8.14″，N25°59′53.05″），设计4种不同土壤菌配置（DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3）及一个对照（空白），按照2.0 L·m-2的标准将加入了土壤菌的喷播基质均匀喷涂于试验区土壤表面。为此，现场共设置了5个试验小区，每个小区长1.5 m，宽3.5 m。分别标记为：空白组、DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3和DL1+DL2+DL3。

1.3.1  土壤菌喷播试验施工工序

坡面整理—将不同土壤菌加入客土基质—客土喷播—播撒草种—后期养护和观测。

1.3.2  坡面整理

考虑坡面的施工性和种子的喷洒，需对坡面进行处理，保证坡面的平整性、渗透性和整体的施工性能。

1.3.3  配方

将不同配比模式的土壤菌加入喷播基质中，配比模式为枯草芽孢杆菌+哈茨木霉菌、哈茨木霉菌+地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌+地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌+哈茨木霉菌+地衣芽孢杆菌。

1.3.4  客土喷播

将加入了土壤菌的喷播基质，均匀地喷洒于样方坡面。

1.3.5  播撒草种

主要选用适合当地生长的草种，使用撒播的形式进行，撒播后用耙子耙匀，使得种子被土覆盖，防止种子的流失。

1.3.6  后期养护和观测

每月进行采样观测，采样主要为采集土样，观测主要为观测样地中土壤酶活性。

1.4  样品采集与分析

分别于2023年9月、10月、11月和12月进场采集试验土样，每组样品采取3组重复。土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、纤维素酶和中性磷酸酶活性的测定方法均参照《土壤酶及其研究法》[9]。

1.4.1  土壤蔗糖酶、纤维素酶活性

土壤蔗糖酶、纤维素酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，以24 h每克土生成的葡萄糖的毫克数来表示蔗糖酶活性，以24 h每克土生成的葡萄糖的毫克数来表示纤维素酶活性。

1.4.2  过氧化氢酶活性

采用高锰酸钾容量法测定，以每克土1 min消耗的0.02 mol·L-1的KMnO4体积表示。

1.4.3  中性磷酸酶

采用磷酸苯二钠比色法测定。

1.4.4  微生物数量采用真菌、细菌、放线菌数量表示

土壤微生物（细菌、真菌、放线菌）数量采用固体平板计数法测定，接种采用稀释涂布法。微生物培养基种类见表1。

1.5  数据处理

采用Microsoft Excel 2018、SPSS 22等软件进行统计分析，Origin 8.5和WPS作图。

2  结果与讨论

2.1  不同土壤菌配置对赣南山区边坡土壤酶活性的影响

共有DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3和CK（对照） 5种土壤菌配置模式，不同的配置模式下土壤过氧化氢酶活性的变化如图1所示，其中DL1+DL2配置模式下土壤过氧化氢酶活性最高，平均为2.03 μmol·g-1·d-1，其次是DL1+DL2+DL3，平均为1.88 μmol·g-1·d-1，DL1+DL3和DL2+DL3较低，平均为1.55、1.57 μmol·g-1·d-1。DL1+DL2最高，与CK相比，土壤过氧化氢酶活性提高了36.2%，且差异达到了显著水平。

各土壤菌配置模式下土壤纤维素酶活性的变化如图2所示，不同土壤菌配置模式下土壤纤维素酶活性表现为DL1+DL2+DL3最高，平均为8.63 mg·g-1·d-1，DL1+DL2次之，平均为8.02 mg·g-1·d-1，DL1+DL3和DL2+DL3较低，平均为7.66 mg·g-1·d-1和6.90 mg·g-1·d-1。DL1+DL2+DL3最高，与CK相比，土壤纤维素酶活性提高了57.2%，且差异达到了显著水平。

各土壤菌配置模式下土壤蔗糖酶活性的变化如图3所示，不同土壤菌配置模式下土壤蔗糖酶活性表现为DL1+DL2最高，平均为6.57 mg·g-1·d-1，DL1+DL2+DL3次之，平均为6.2 mg·g-1·d-1，DL1+DL3和DL2+DL3较低，平均为5.84 mg·g-1·d-1和5.77 mg·g-1·d-1。DL1+DL2配置模式下，土壤蔗糖酶活性与CK相比显著提高了26.3%。

各土壤菌配置模式下土壤中性磷酸酶活性的变化如图4所示，不同土壤菌配置模式下土壤中性磷酸酶活性表现为DL1+DL2最高，平均为6.04 μmol·g-1·d-1，DL1+DL3次之，平均为5.82 μmol·g-1·d-1，DL2+DL3和DL1+DL2+DL3较低，平均为5.12 μmol·g-1·d-1和5.26 μmol·g-1·d-1。DL1+DL2配置模式下，土壤中性磷酸酶活性与CK相比显著提高了51.8%。

2.2  不同土壤菌配置对赣南山区边坡土壤微生物数量的影响

如图5所示，DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3配置模式下，土壤中细菌数量均高于CK，各土壤菌配置模式下土壤中细菌数量平均为44.77×104 CFU·g-1（DL1+DL2）、43.63×104 CFU·g-1（DL1+DL2+DL3）、34.98×104 CFU·g-1（DL1+DL3）、36.88×104 CFU·g-1（DL2+DL3）。土壤中细菌数量最高的配置模式为DL1+DL2，其次是DL1+DL2+DL3配置模式，DL1+DL3和DL2+DL3配置模式下土壤中细菌数量较低，低于DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式，CK最低。细菌数量较高的2种配置模式DL1+DL2和DL1+DL2+DL3相较于CK，细菌数量提高了59.2%和55.2%，且差异水平均显著。

如图6所示，DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3配置模式下，土壤中真菌数量均高于CK，各土壤菌配置模式下土壤中真菌数量平均为2.46×104 CFU·g-1（DL1+DL2）、2.33×104 CFU·g-1（DL1+DL2+DL3）、2.05×104 CFU·g-1（DL2+DL3）、2.02× 104 CFU·g-1（DL1+DL3）。土壤中真菌数量最高的配置模式为DL1+DL2，其次是DL1+DL2+DL3配置模式，DL1+DL3和DL2+DL3配置模式下土壤中真菌数量较低，低于DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式，CK最低。真菌数量较高的2种配置模式DL1+DL2和DL1+DL2+DL3相较于CK，真菌数量提高了62.9%和54.3%，且差异水平均为显著。

如图7所示，DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3和DL1+DL2+DL3配置模式下，土壤中放线菌数量均高于CK，各土壤菌配置模式下土壤中放线菌数量平均为0.18×104 CFU·g-1（DL1+DL2+DL3）、0.16×104 CFU·g-1（DL2+DL3）、0.15×104 CFU·g-1（DL1+DL2、DL1+DL3）。土壤中放线菌数量最高的配置模式为DL1+DL2+DL3，其次是DL2+DL3配置模式，DL1+DL2和DL1+DL3配置模式下土壤中放线菌数量较低，低于DL1+DL2+DL3和DL2+DL3配置模式，CK最低。放线菌数量较高的2种配置模式DL1+DL2+DL3和DL2+DL3相较于CK，放线菌数量提高了63.6%和45.5%，且差异水平均为显著。

如图8所示，DL1+DL2、DL1+DL3、DL2+DL3、DL1+DL2+DL3配置模式下，土壤中微生物总数量均高于CK，各土壤菌配置模式下土壤中微生物总数量平均为47.38×104 CFU·g-1（DL1+DL2）、46.14×104 CFU·g-1（DL1+DL2+DL3）、39.09×104 CFU·g-1（DL2+DL3）、37.15×104 CFU·g-1（DL1+DL3）。土壤中微生物总数量最高的配置模式为DL1+DL2，其次是DL1+DL2+DL3配置模式，DL1+DL3和DL2+DL3配置模式下土壤中微生物总数量数量较低，低于DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式，CK最低。微生物总数量较高的2种配置模式DL1+DL2和DL1+DL2+DL3相较于CK，微生物总数量提高了59.3%和55.1%，且差异水平均显著。

3  结论与展望

土壤酶是指土壤中其他生物细胞、土壤中的微生物以及植物根系产生的和胞外酶的总称[10]，能加速土壤有机质的化学反应[11]，主要来自于动物、植物以及微生物的活体或残体。土壤酶活性目前可作为检测土壤肥力和土壤环境变化重要指标。土壤菌施用能够有效地提高赣南山区坡面土壤的酶活性，土壤菌施用后，边坡土壤过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、中性磷酸酶活性、纤维素酶活性均有所提高，其中以DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式提高效果最为显著。

土壤微生物对维持土壤生态系统的内环境平衡有着极其重要的作用，土壤微生物主要由细菌、真菌和放线菌等组成。微生物对维系土壤生态系统功能稳定发挥着重要作用，可作为土壤中碳、氮、硫和磷等养分元素循环的“转化器”，土壤菌施用能够有效地提高赣南山区坡面土壤的微生物数量，土壤菌施用后，边坡土壤细菌数量、真菌数量、放线菌数量以及微生物总数量均有所提高，其中以DL1+DL2和DL1+DL2+DL3配置模式提高效果最为显著。

本研究成果可指导赣南山区输变电工程施工后期的迹地恢复，提高山区输变电工程的安全性，有效控制水土流失，将“烂山地貌”和侵蚀劣地发展为可利用地，提升植被恢复效果，改善生态环境。但本研究对不同土壤菌配置模式在赣南山区边坡土壤酶活性和微生物数量的研究主要限于酶活性以及微生物数量指标的增减以及差异性变化，虽然在一定程度上反映了施用土壤菌的积极作用，但对土壤酶活性以及微生物数量和土壤肥力之间的相关性分析来说，还不够深入。今后的研究当中，应考虑加入植被恢复情况，深入从不同角度探索土壤菌施用对赣南山区迹地的恢复效果。在之后的试验中，可加入当地抗逆性较强的树种或草种并对树种草种的根系活力进行分析研究，分析研究土壤菌施用对植物根系、植株生长情况的影响，以筛选出最适宜于边坡迹地恢复种植的树种或草种。

参考文献：

[1] 陈波，包志毅.国外采石场的生态和景观恢复[J].水土保持学报，2003，17（5）：70-73.

[2] 陈辉跃.闽南裸露山体整治与植被恢复技术初探[J].亚热带水土保持，2007，19（1）：59-61，68.

[3] FALKOWSKI P G， FENCHEL T， DELONG E F. The microbial engines that drive Earth's biogeochemical cycles[J]. Science，2008，320（5879）：1034-1039.

[4] MAIKE H， NICO E， STEFAN S. Seasonal changes in the soil microbial community in a grassland plant diversity gradient four years after establishment[J]. Soil Biology & Biochemistry， 2008（40）：2588-2595.

[5] 石兆勇，张晓锋，王发园.菌根真菌对土壤呼吸的影响[J].生态环境学报，2010，19（1）：233-238.

[6] SMITH K A， BALL T， CONEN F， et al. Exchange of greenhouse gases between soil and atmosphere： interactions of soil physical factors and biological processes[J]. Advances in Animal Biosciences，2010，1（1）：360.

[7] NIELSEN U N， AYRES E， WALL D H， et al. Soil biodiversity and carbon cycling： a review and synthesis of studies examining diversity-function relationships[J]. European Journal of Soil Science，2011，62（1）：105-116.

[8] 王丽，张金池，梦莉，等.土壤菌对植被生长及喷播基质物理结构的影响[J].水土保持学报，2011，25（2）：144-152.

[9] 关松荫.土壤酶及其研究法[M].北京：农业出版社，1986.

[10] 陈明.新疆典型荒漠植被立地土壤酶活性及微生物数量研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2008.

[11] 尹君，高如泰，刘文菊，等.土壤酶活性与土壤cd污染评价指标[J].农业环境保护，1999，18（3）：130-132.