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放線菌制劑對大棚黃瓜土壤微生物區系及酶活性的影響

2020-03-02 02:18郭曉冬譚雪蓮
甘肅農業科技 2020年1期
關鍵詞:土壤酶活性土壤微生物黃瓜

郭曉冬 譚雪蓮

摘要:以武山縣塑料大棚黃瓜連作10 a的土壤為對象,研究了放線菌制劑對大棚黃瓜土壤微生物群落結構和酶活性的影響。結果表明,除結果期外,與不施放線菌處理相比,穴施2 g放線菌制劑時,硝化細菌、亞硝化細菌、纖維素厭氧分解菌數量顯著升高,土壤真菌數量則呈下降趨勢,在拉秧期降低了48.86%;穴施4 g放線菌制劑的土壤蔗糖酶活性顯著升高。說明放線菌制劑對大棚黃瓜連作土壤的微生態環境有明顯的改善效果。

關鍵詞:黃瓜;連作;放線菌制劑;土壤微生物;土壤酶活性

中圖分類號:S642.2;S154.3? ? 文獻標志碼:A? ? 文章編號:1001-1463(2020)01-0001-08

doi:10.3969/j.issn.1001-1463.2020.01.001

Effect of Actinomycetes on Soil Microflora and Enzyme Activities in Cucumber Greenhouse

GUO Xiaodong? 1, TAN Xuelian 2, 3

(1. Institute of Soil, Fertilizer and Water-saving Agriculture, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou Gansu 730070, China; 2. Institute of Dryland Agriculture, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou Gansu 730070, China; 3. Key Laboratory of Efficient Utilization of Water in Dry Farming, Lanzhou Gansu 730070, China)

Abstract:The test took the soil which had grew cucumber for ten years as materials in Wushan County greenhouse, the effects of actinomycetes on microbial community structure and enzyme activity in greenhouse cucumber soil were studied. The results showed that compared with the non-actinomycetes treatment, in addition to the fruit stage, the number of nitrifying bacteria, nitrite bacteria and cellulose anaerobic decomposing bacteria increased significantly when 2 g actinomycetes were applied to the hole, while the number of soil fungi showed a decreasing trend, which decreased by 48.86% at the seedling rearing stage;the soil sucrase activity of 4 g actinomycetes was significantly increased. The results showed that actinomycetes could improve the microecological environment of cucumber continuous cropping soil.

Key words:Cucumber;Continuous cropping;Actinomycetes;Soil microorganism;Soil enzyme activity

隨著農業產業結構的調整及蔬菜產業的發展,中國已成為世界設施蔬菜栽培面積最大的國家,設施蔬菜產業已成為一些區域的農業支柱產業,是農民增收、農業增效最有效的措施。但目前中國雖是設施蔬菜栽培大國,但并非強國。由于設施蔬菜栽培缺乏基于品種特性、土壤、設施環境的科學量化的管理措施,設施的可持續利用周期較短。加之經濟利益的驅使,設施蔬菜栽培過程中出現種植品種單一、復種指數高等問題,連作障礙現象日益突出,出現了設施內土壤環境惡化、設施蔬菜病蟲害加重、蔬菜品質變劣、產量降低等一系列不良現象,使設施蔬菜生產的可持續發展受到嚴重的威脅[1? ]。

關于連作障礙機理的研究,諸多學者主要是從土壤養分、土壤酶活性、土壤微生物、根系分泌物等多方面進行分析研究[2 - 4 ]。土壤微生物群落結構的失調和酶活性的變化會造成作物生長發育不良,不僅使作物的產量和品質受到影響,還會使土壤的質量下降、病蟲害加劇。生物菌肥能夠分泌大量的抗菌素,可以殺死真菌和有害細菌,使多種致病細菌和真菌的生長受到抑制,具有明顯的抗病作用[5 ]。魏保國等[6 ]發現,一定量的生物菌肥與化肥施入番茄連作土壤后,使番茄的產量提高,明顯促進了植株的生長。也有研究指出,大棚黃瓜連作土壤中,施用EM菌劑可以明顯的緩解土壤的連作障礙[7 ]。

放線菌制劑具有促進植物根系生長、提高酶活性、降解土壤中作物根系產生的毒素、抑制土壤中病原菌的生長等作用。為了探索放線菌制劑在黃瓜上的應用效果,我們以武山縣塑料大棚黃瓜連作10 a的土壤為研究對象,主要研究放線菌制劑對土壤微生物區系和酶活性的影響,旨在揭示土壤連作障礙的機理,為防治土壤連作障礙提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

指示黃瓜品種為津優35-2。供試放線菌制劑為康照牌放線菌活菌制劑(密旋鏈霉菌),有效活菌數大于20億/g,由楊凌康照農業開發有限公司與楊凌千普農業開發有限公司聯合研制,甘肅省農業科學院旱地農業研究所參與研制前期菌種的選擇及相關菌劑的提供。

1.2? ?試驗地概況

試驗于2016年3 — 7月在武山縣洛門鎮新龍村進行。試驗前耕層土壤含有機質16.5 g/kg、全鹽0.91 g/kg、速效磷156.6 mg/kg、速效鉀192 mg/kg、速效氮101.5 mg/kg,pH為8.39。該地區屬于溫暖半濕潤區,年降水量為450~500 mm,年蒸發量為1 644 mm。平均日照2 199 h,年總輻射量為488.6 kJ/cm2,年日照百分率為50%。最熱月份平均氣溫為21.4 ℃,最冷月份平均氣溫為-3.4 ℃,年均氣溫9~10 ℃。無霜期較長,180~190 d,≥10 ℃的作物生長期176 d。光熱水條件極為優越,適合蔬菜的種植。

1.3? ?試驗設計

試驗設置在連作黃瓜10 a的塑料大棚內,隨機區組設計。根據放線菌制劑施用量的不同,共設3個處理,分別為CK(0 g / 穴),T1(2 g / 穴),T2(4 g / 穴),重復3次,小區面積36 m2(9 m×4 m)。其他栽培管理措施一致。

1.4? ?供試樣品采集

采用“對角線法”布設5個采樣點進行土樣采集。用鏟子鏟除1 cm左右的表土,以避免外界雜質與土樣混雜。隨機選取植株,連同根系土壤一起用鐵鏟挖出,抖落掉根系外圍土壤,采集0~20 cm根際土。將采好的土壤樣品裝入無菌袋中并標記。

將同小區內的土樣混合均勻后用“四分法”處理,保留2份土樣,其中1份土壤樣品過1 mm的篩,放入4 ℃冰箱中保存,用于其微生物數量的測定;另1份土壤樣品放在蔭涼處自然風干,過篩,用于測定土壤酶活性、養分和化學性質。

1.5? ?測定項目與方法

1.5.1? ? 土壤養分與pH測定? ? 土壤全鹽含量的測定采用電導法,速效磷含量的測定采用0.5 mol/L NaHCO3法,速效鉀含量采用1 N NH4OAc浸 提-火焰光 度 法,速效氮含量測定采用擴散法,有機質含量的測定采用重鉻酸 鉀-硫酸氧化法,土壤pH測定采用電位法[8 ]。

1.5.2? ? 土壤微生物測定? ? 細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基,真菌采用馬丁氏培養基,放線菌的測定采用改良高氏1號培養基,氨化細菌采用蛋白胨瓊脂培養基,亞硝化細菌采用銨鹽培養基,硝化細菌采用亞硝酸鹽培養基,纖維素好氧分解菌采用赫奇遜培養基,纖維素厭氧分解菌采用磷酸銨鈉培養基[9 ]。

采用稀釋平板計數法測定細菌(10-4)、氨化細菌(10-4)、真菌(10-1)、放線菌(10-3)數量,每個稀釋度重復3次,28 ℃恒溫培養,細菌培養36 h,真菌培養3 d,放線菌培養5 d,取出計數。

采用最大或然數(MPN)法測定亞硝化細菌、硝化細菌(10-3、10-4、10-5、10-6)及纖維素好氧分解菌、纖維素厭氧分解菌(10-1、10-2、10-3、10-4)的數量。每管培養基中接種土壤懸液1 mL,每1稀釋度重復3次,另有1管接1 mL無菌水作為對照,于28 ℃培養箱中培養14 d。根據各種菌的生長特性,觀察、記錄結果。

1.5.3? ? 土壤酶活性測定? ? 過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法,多酚氧化酶采用碘量滴定法,脲酶采用苯酚-次氯酸鈉比色法,蔗糖酶采用3,5-二硝基水楊酸法[9 ]。

1.6? ?數據整理與分析

采用Excel辦公軟件進行數據整理,采用SPSS 19.0應用軟件進行顯著性分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?放線菌制劑對土壤微生物區系的影響

通過表1可以看出,定植前黃瓜土壤中的真菌數量為4.91×103 CFU/g。幼苗期,T1、T2處理真菌數量分別較CK降低了40.37%和17.13%。開花期,與CK相比,T2處理真菌數量升高了17.45%,T1處理則降低了15.57%。結果期,T2處理真菌數量較CK顯著升高了44.25%。拉秧期,T1、T2處理分別較CK顯著降低了48.86%和37.50%??傮w而言,與對照相比,除結果期外,穴施2 g放線菌制劑的土壤真菌數量降低,可能是由于該劑量抑制了真菌的生長,改善了土壤微生物群落結構。

定植前土壤中放線菌數量為4.25×105 CFU/g。幼苗期,與CK相比,T1、T2處理放線菌數量顯著降低了32.94%和30.59%。開花期,T1處理放線菌數量為1.56×105 CFU/g,較CK升高了17.29%;T2處理放線菌數量為0.35×105 CFU/g,較CK降低了73.68%。在結果期,T1和T2處理放線菌數量分別為2.83×105、2.86×105 CFU/g,與CK相比,分別升高了31.02%和32.41%。在拉秧期,T1、T2處理較CK分別升高了75.15%、61.54%。

連作促使土壤微生物區系從高肥的“細菌型”土壤向低肥的“真菌型”土壤轉化,因此可用B/F(細菌/真菌)的值直觀表征土壤肥力的高低。由表2可知,在定植前,土壤B/F值較低,為1.00×103 CFU/g。在幼苗期,各處理間差異不顯著。在開花期,與CK相比,T1、T2處理的B/F值降低了21.99%、56.03%。在結果期,T2處理的B/F值為0.98×103 CFU/g,較CK顯著降低了52.63%。在拉秧期,T1、T2處理的B/F值分別為3.62×103 CFU/g、2.83×103 CFU/g,與CK相比顯著升高162.32%、105.07%。

2.2? ?放線菌制劑對土壤微生物比值的影響

由表2可知,定植前,細菌、真菌、放線菌在微生物總量中所占的比值分別為91.98 %、0.09%、 7.93%。在開花期,與CK相比,T1處理細菌/微生物總量降低了3.09百分點,真菌與放線菌在微生物總量中的占比分別升高了0.01、3.07百分點;T2處理細菌/微生物總量和真菌/微生物總量分別升高了1.94、0.09百分點,放線菌/微生物總量降低了2.03百分點。在結果期,與CK相比,T1處理細菌/微生物總量降低了1.55百分點,放線菌/微生物總量升高了1.55百分點。在拉秧期,與CK相比,T1處理細菌/微生物總量、真菌/微生物總量降低了1.77、0.04百分點,放線菌/微生物總量的值升高了1.82百分點;T2處理的細菌/微生物總量、真菌/微生物總量的值降低了1.50、0.04百分點,放線菌/微生物總量的值升高了1.54百分點??傮w而言,與對照相比,結果期、拉秧期放線菌/微生物總量的值升高。

2.3? ?放線菌制劑對土壤微生物生理類群的影響

氨化細菌作用于含氮有機化合物,使其分解并釋放氨。從表3可以看出,定植前土壤氨化細菌數量為8.28×106 CFU/g。在開花期,與CK相比,T2處理氨化細菌數量較CK升高了9.79%,T1處理較CK降低了7.69%。在結果期,與CK相比,T1處理氨化細菌數量升高了29.41%,T2處理的氨化細菌數量較CK降低了14.85%。在拉秧期,T1、T2處理的氨化細菌數量分別為2.91×106 CFU/g、3.81×106 CFU/g,分別較CK升高了4.67%和37.05%。

硝化作用是氮素循環中微生物作用的重要環節,土壤中的亞硝化細菌參與土壤的硝化作用,使土壤中的銨態氮氧化成亞硝酸鹽。由表3可知,在定植前,土壤亞硝化細菌數量為3.31×103 MPN/g。在幼苗期,T1、T2處理亞硝化細菌數量均升高,分別為CK的7.8、5.1倍。在開花期,T1、T2處理的亞硝化細菌數量分別為CK的3.0倍和6.6倍。在結果期,T1處理亞硝化細菌數量較CK降低了87.44%;T2處理的亞硝化細菌數量顯著升高,為CK的2.3倍。在拉秧期,T1、T2處理的亞硝化細菌數量為155.84×103 MPN/g、115.31×103 MPN/g,分別為CK的2.0倍和1.5倍。

在硝化作用過程中,硝化細菌氧化亞硝酸鹽為硝酸鹽。由表3可知,定植前,大棚黃瓜土壤的硝化細菌數量為2.76×104 MPN/g。在幼苗期, T1處理硝化細菌數量為CK的84.2倍。在開花期,與CK相比,T1、T2處理硝化細菌數量均升高,分別為CK的1.5倍和7.2倍。在結果期,T1處理的硝化細菌數量為2.21×104 MPN/g,較CK降低了32.83%。在拉秧期,與CK相比,T1、T2處理的硝化細菌數量顯著升高,分別為CK的2.7倍和6.0倍。

纖維素的分解在自然界碳素循環過程中發揮著重要的作用,既可以提高土壤的肥力,又能增加作物的產量。從表3可以看出,在定植前,土壤中的纖維素好氧分解菌數量為121.47×102 MPN/g。在幼苗期,T1、T2處理纖維素好氧分解菌數量均降低,分別較CK降低了19.99%、98.19%。在開花期,與CK相比,T1、T2處理纖維素好氧分解菌數量分別升高了328.09%和14.98%。在結果期,T1、T2處理纖維素好氧分解菌數量較CK顯著降低了82.06%、67.83%。在拉秧期,與CK相比,T1處理纖維素好氧分解菌數量顯著降低95.92%。

由表3可知,在定植前,土壤中纖維素厭氧分解菌的數量為49.69×102 MPN/g。在幼苗期,T1、T2處理纖維素厭氧分解菌數量較CK分別升高了69.76%、846.00%。在開花期,T1、T2處理纖維素厭氧分解菌數量較CK分別升高了444.84%、436.55%。在結果期,與CK相比,T1、T2處理纖維素厭氧分解菌數量分別升高了1 706.18%、1 698.91%。在拉秧期,T1、T2處理纖維素厭氧分解菌數量為114.28×102 MPN/g、47.17×102 MPN/g,分別較CK升高了143.41%和0.47%。

2.4? ?放線菌制劑對土壤酶活性的影響

過氧化氫酶能夠促進過氧化氫分解為水和氧氣,從而降低過氧化氫的毒害作用。由表4可知,在定植前,大棚黃瓜土壤中的過氧化氫酶活性為1.23 mL/g。在幼苗期,T2處理的過氧化氫酶活性為1.25 mL/g,較CK顯著降低了13.79%。在開花期和結果期,CK、T1、T2處理的過氧化氫酶活性差異不顯著。在拉秧期,CK、T1、T2處理的過氧化氫酶活性分別為0.91、1.04、1.08 mL/g,與CK相比,T1、T2處理的過氧化氫酶活性分別升高14.29%、18.68%。

有機質的轉化和腐殖質的形成離不開土壤多酚氧化酶的作用。由表4可知,在定植前,土壤中的多酚氧化酶活性為10.5 mg/kg。在幼苗期,T1、T2處理的多酚氧化酶活性分別較CK升高了55.42%、39.76%。在開花期,與CK相比,T1、T2處理的多酚氧化酶活性分別降低了3.74%、20.56%。在結果期,T1處理的多酚氧化酶活性為9.8 mg/kg,較CK升高了13.95%。在拉秧期,T1、T2處理的多酚氧化酶活性降低,分別較CK降低了3.66%、10.98%。

土壤蔗糖酶是土壤碳代謝的關鍵酶,有利于增加土壤中易溶性營養物質。從表4可以看出,在定植前,大棚黃瓜土壤中的蔗糖酶活性為10.54 mg/(g·h)。在幼苗期,與CK相比,T1、T2處理的蔗糖酶活性分別升高了8.88%、20.04%。在開花期,T2處理的蔗糖酶活性是11.74 mg/(g·h),較CK升高了10.23%。在結果期,與CK相比,T1、T2處理的蔗糖酶活性均降低,其中T1處理顯著降低了9.55%。在拉秧期,與CK相比,T1、T2處理的蔗糖酶活性分別較CK升高21.07%、19.54%。

土壤脲酶促進土壤氮素的轉化。由表4可知,定植前,大棚黃瓜土壤中的脲酶活性為45.56 mg/(g·h)。在幼苗期,T1、T2處理的脲酶活性分別較CK升高了7.03%、12.93%。在開花期,與CK相比,T1、T2處理的脲酶活性分別升高了12.72%、6.94%。在結果期,各處理間差異不顯著。在拉秧期,與CK相比,T1、T2處理的脲酶活性分別升高了0.96%、4.86%。除結果期外,施用放線菌制劑后土壤的脲酶活性均有升高,促進了土壤氮素的轉化。

3? ?小結與討論

試驗結果表明,放線菌制劑對大棚黃瓜連作土壤的微生物區系和酶活性有明顯的影響。除結果期外,大棚黃瓜土壤中穴施2 g放線菌制劑時,顯著提高了土壤硝化細菌、亞硝化細菌、纖維素厭氧分解菌數量,真菌數量則呈下降趨勢,穴施4 g放線菌制劑顯著提高了蔗糖酶活性。我們通過試驗還發現,與對照相比,施用放線菌制劑后,土壤中的硝化細菌、亞硝化細菌、纖維素厭氧分解菌數量升高,這表明施用放線菌制劑有效地改善了土壤的微生物群落結構。

土壤微生物對土壤中植物有效養分的吸收和轉化、土壤生物修復及有害生物的綜合防治都有著十分重要的作用,它是土壤生態系統的重要組成成分。因此,土壤微生物是判定生態系統是否受到干擾或污染最靈敏和最有用的生物學指標[10 - 11 ]。不同菌劑的施用會形成代謝類型不同的土壤微生物種群,導致土壤微生物功能多樣性發生變化,改變土壤的微生物群落結構[12 ]。

安亞虹等[13 ]的研究表明,施用微生物制劑后,明顯的修復了設施黃瓜土壤的連作障礙。張鴻雁等[14 ]在研究放線菌制劑對人參生長及根域土壤微生物區系的影響時發現,施用放線菌制劑后,土壤中有益菌增多,病原真菌數量減少。而本試驗的結果表明,施用放線菌制劑后,大棚黃瓜土壤中的細菌數量下降。這可能是由于施用放線菌制劑后,土壤中的放線菌比例增加引起的。張麗娟等[15 ]研究發現,施入生物菌肥有利于改善設施哈密瓜土壤的微生物群落結構,抑制土壤中真菌的生長,促進放線菌、細菌的繁殖。本試驗中,大棚黃瓜土壤中施入放線菌制劑2 g/穴時,土壤中的真菌數量在苗期、開花期、拉秧期呈現下降趨勢,在苗期降低最為明顯,較不添加放線菌制劑降低40.37%,這與上述研究結論一致。

土壤中的含氮有機物無法被植物直接利用,必須經過微生物的分解之后才能被吸收利用,而氨化細菌、亞硝化細菌、硝化細菌在自然界的氮素循環中起到至關重要的作用。有機氮的分解過程主要包括氨化作用和硝化作用,氨化細菌能夠分解氨基化合物并生成氨,亞硝化細菌可以將氨轉化成亞硝酸鹽,硝化細菌又將亞硝酸鹽轉化成硝酸鹽。氨化作用在有機氮的分解過程中占主導地位。

纖維素分解菌的分布與土壤的性狀、肥力有不可分割的關系。土壤酶來源于土壤微生物的代謝、根系分泌物的釋放及動植物殘體的分解,是保證土壤生物-化學過程能夠持續進行的重要動力[16 ]。土壤酶活性與土壤養分含量的高低和施肥措施等都有直接關 系[17 ]。劉素慧等[18 ]研究發現,施用EM后,可以有效地改善連作大蒜根際土壤的微生物結構,并且使得根際土壤的脲酶、多酚氧化酶和過氧化氫酶活性增強。也有研究指出,微生物菌肥均能夠增加黃瓜連作土壤中過氧化氫酶、脲酶、淀粉酶和蔗糖酶活性,但不同生物菌肥,對不同酶活性的增加效果不相同[19 ]。本試驗顯示,與不施放線菌菌劑相比,穴施4 g放線菌菌劑土壤過氧化氫酶活性在苗期顯著降低,拉秧期顯著升高,其他生育期無明顯差異。這與李金嵐[20 ]的與不施生物菌肥相比,各處理土壤過氧化氫酶活性顯著升高,且隨著生物菌肥施入量的增加逐漸增強的結論不一致。由此可見,不同作物、不同生物菌肥,施肥量的不同,土壤中酶活性的變化不同。土壤連作障礙是否得到緩解,還需要結合作物生長、產量、果實品質的變化以及病蟲害的發生情況進一步求證。

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(本文責編:陳? ? 偉)

收稿日期:2019 - 09 - 12

基金項目:甘肅省農業科學院科技支撐計劃(2017GAAS41);甘肅省農業科學院“土壤培肥及退化修復”科技創新團隊(2015GAAS03);公益性行業(農業)科研專項(201503120);甘肅省農業科學院科技創新專項計劃(2017GAAS28)資助。

作者簡介:郭曉冬(1964 — ),女,陜西渭南人,研究員,主要從事土壤及蔬菜栽培生理生態研究工作。Email:guoxiaodong@gsagr.ac.cn。

通信作者:譚雪蓮(1979 — ),女,吉林樺甸人,博士,主要從事作物抗旱生理方面的研究工作。Email:tanxuelian_2002@163.com。

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