不同粒徑砂礫石覆蓋對砂田西瓜土壤微生物和酶活性的影響

康恩祥，何寶林，劉曉偉，邵存應

（1.甘肅省農業科學院旱地農業研究所，蘭州，730070；2.甘肅省莊浪縣林業局）

砂田是我國西北干旱、半干旱地區獨特的、傳統的抗旱耕作形式，屬土壤覆蓋和水土保持方法之一。砂田栽培是一種具有綜合效能的旱作覆蓋技術，符合免耕法的原理，可改善土壤的熱狀況，其蓄水保墑、增溫保溫、促進早熟的作用是其他免耕覆蓋方式不具備的；其快速入滲、減少蒸發和地表徑流、保持水土、減少養分損失、抑制雜草滋生以及壓堿穩水的效果亦優于其他覆蓋方式[1]。

土壤微生物和酶是土壤中生物活動的產物，參與枯落物的分解、腐殖質及各種有機化合物的分解與合成、土壤養分的固定與釋放，直接影響土壤的生物化學活性及土壤養分的組成與轉化，是生態系統中物質循環和能量流動過程中最為活躍的生物活性物質[2]。因此用土壤微生物與土壤酶參數來評估土壤質量已經日益受到研究者的重視。不同粒徑砂礫石覆蓋對土壤溫度、水分的影響有差異，而土壤微生物和酶的變化在此過程中具有重要的作用。筆者以梯田建設聞名的甘肅省莊浪縣為試驗區，在西瓜梯田地通過鋪設不同粒徑砂礫石，對其土壤微生物和酶活性進行分析對比，旨在為梯田砂覆蓋條件下的作物種植和土壤管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試西瓜品種為西農8號，種子由甘肅省農業科學院提供。

1.2 試驗設計

試驗于2010年3月在甘肅省莊浪縣萬泉鎮3 a梯田地進行，鋪設由萬泉砂廠提供的過不同直徑篩網的砂礫石5 cm厚，用游標卡尺測定過篩砂礫石的直徑。試驗設卵石（直徑80～120 mm，處理C）、豆砂（直徑 10～20 mm，處理 B）和毛砂（直徑 1～3 mm，處理A）3個處理，以露地為對照（CK）。小區面積6 m×20 m，667 m2種植密度400株，采用雙蔓整枝，每株留1個瓜，各處理重復3次。田間水肥及其他管理同當地商品瓜。

1.3 土壤中微生物的種類和數量測定

①細菌、放線菌、真菌數量用平板稀釋法測定西瓜定植50 d后，在小區植株周圍3 cm的范圍內進行取樣，先將表層5 cm厚的礫石刮去，然后向下取20～30 cm處的土壤作為測定用樣品。注意盡量取貼附于西瓜根系表面的土壤，以保證根際微生物區系的完整。樣品裝于滅菌的紙袋中，置于4℃冰箱內備用。

平板稀釋法分離微生物所用培養基、培養時間及溫度見表1。培養結束，從3個稀釋度中選出生長好、菌落均勻的1組計數。

表1 土壤中微生物的分離測數工作參數

每1 g干土壤菌數=計數皿平均菌落數×計數皿稀釋倍數×10。

②硝化菌、氨化菌、纖維素分解菌用最大或然法測定 土樣及稀釋液制備同上。分離微生物所用培養基、培養時間及溫度見表1。培養結束，用事先配制好的指示劑檢測微生物生長情況，然后記錄微生物生長管數，計算并查表得菌數近似值。

每1 g干土壤菌數=菌數近似值×數量指示第一位數字的稀釋倍數。

上述微生物的分離及培養基配制均需在嚴格的無菌條件下操作。培養基配方、配制過程及微生物測定方法詳見李阜棣等[3]的方法。

1.4 土壤中酶活性的測定

①磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定，活性值以10 g土壤24 h酶促反應消耗磷酸苯二鈉生成酚的數量來表示。

②蛋白酶活性用白明膠比色法測定，活性值以2 g土壤24 h酶促反應消耗白明膠生成甘氨酸的量來表示。

③纖維素酶活性用羧甲基纖維素比色法測定，活性值以10 g土壤72 h酶促反應消耗纖維素生成葡萄糖的數量來表示。

④脲酶活性用脲酶比色法測定，活性值以10 g土壤24 h酶促反應消耗尿素生成氨的數量來表示。

測定酶的土壤樣從各重復剩余的一盆中取得，取樣方法同測定微生物土壤取樣法，不同的是土樣要自然風干，然后裝于封口袋中備用。

數據采用SPSS 10軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同粒徑砂礫石覆蓋對土壤中細菌、放線菌、真菌數量的影響

由表2可以看出，不同粒徑砂礫石覆蓋條件下，梯田西瓜土壤中細菌總數最多，達到（1.69～2.29）×107cfu/g，其次為放線菌（0.91～1.86）×106cfu/g，最后是真菌（34.00～61.00）×104cfu/g，均顯著高于對照露地，可見砂覆蓋對梯田西瓜土壤的微生物數量有很大的影響。不同粒徑砂礫石覆蓋土壤微生物數量均表現為細菌＞放線菌＞真菌數；細菌數以豆砂覆蓋下的最多，毛砂放線菌和真菌數以毛砂覆蓋下的最多，卵石覆蓋下的細菌數均最少。

2.2 不同粒徑砂礫石覆蓋對土壤硝化菌、氨化菌、纖維素分解菌數量的影響

不同粒徑砂礫石覆蓋條件下，梯田西瓜土壤硝化菌、氨化菌、纖維素分解菌數量增加，顯著高于露地（表2）。微生物數量多少順序是氨化菌＞纖維素分解菌＞硝化菌。不同粒徑砂礫石氨化菌、纖維素分解菌、硝化菌多少順序是毛砂＞豆砂＞卵石。

2.3 不同粒徑砂礫石覆蓋對土壤酶活性的影響

不同粒徑砂礫石覆蓋土壤酶活性表現出與微生物變化相對應的趨勢（表2），即砂覆蓋條件下，梯田西瓜土壤酶活性顯著增強，脲酶、纖維素酶、蛋白酶、磷酸酶活性以豆砂最高，毛砂次之，卵石最小。

3 結論與討論

表2 不同粒徑砂礫石覆蓋對土壤微生物數量和土壤酶活性的影響

土壤微生物將作物在土壤形成過程中累積的有機質分解，釋放養分供作物利用，形成營養物質的循環，產生大量生物活性物質，直接關系到作物的生長。微生物與酶在土壤中相互作用，互惠共生，在養分轉化中起著非常重要的作用，如氨化菌、硝化菌、纖維素分解菌可加快有機質的分解，使之轉變為作物易吸收的銨態氮和硝態氮，而脲酶、磷酸酶、蛋白酶與有機質的分解有關，纖維素酶與有機質的形成有關[4，5]。砂礫石粒徑大小對砂田西瓜蒸散量和土壤蒸發有顯著影響，覆砂能夠有效減少土壤蒸發，粒徑愈大，砂田土壤蒸發愈多，土壤蒸發在西瓜田總蒸散中占的比例愈高[6]。本試驗研究表明，與露地對照相比，砂覆蓋明顯改善土壤中的根際微生物區系，顯著提高各類微生物數量，增強酶活性。粒徑愈大，覆蓋效果越差，可能是大粒徑的砂礫石大空隙與外界交流頻繁，卵石熱傳導速度較慢，而豆砂和毛砂介質相對均勻所致，這與陳士輝等[6]的研究結果趨勢一致，但機理可能有所不同。

真菌可以分解纖維素、淀粉、樹膠、木質素及較易分解的蛋白質和糖類，在腐殖質的形成過程和土壤團粒的穩定作用中，比細菌作用更重要。也有研究者認為真菌中包含一部分土傳病原菌，真菌數量的增加是造成連作障礙的主要原因[7，8]。本研究中真菌的數量最少，可能是3a梯田砂覆蓋條件下，西瓜根系分泌物誘發有益真菌繁殖的同時也抑制了某些有害真菌滋生的結果，這可能是砂田連作退化的主要原因之一。不同粒徑砂礫石覆蓋后，氨化菌、纖維素分解菌、硝化菌增加，毛砂覆蓋的菌數最多，豆砂次之，卵石最少。這些菌的增加一方面有利于砂覆蓋土壤氮素的有效化，從而提高氮素利用率；另一方面也降低了西瓜銨中毒的幾率，這與楊喜田等[7]，馬云華等的研究結果相反[8]。在對土壤酶活性的研究中，脲酶、纖維素酶、蛋白酶、磷酸酶活性均顯著高于對照土壤,表明砂覆蓋利于土壤養分循環利用，但在大粒徑礫石覆蓋后，酶活性顯著降低，表明大粒徑不均勻礫石覆蓋土壤對碳、氮等大量元素的利用率降低，這與李傳榮等[9]的研究結果相似。不同粒徑砂礫石覆蓋對梯田西瓜土壤微生物區系及群落及結構變化的影響，還有待進一步研究。

[1]王亞軍，謝忠奎，張志山.甘肅砂田西瓜覆膜補灌效應研究[J].中國沙漠，2003，23（3）：300-305.

[2]Burns R G,Dick R P.Enzymes in the environment:ecology,activity and applications[M].New York:Marcel Dekker,Inc.,2001.

[3]李阜棣，喻子牛，何紹江.農業微生物學實驗技術[M].北京：中國農業出版社，1996.

[4]薛立，陳紅躍，鄺立剛.濕地松混交林地土壤養分、微生物和酶活性的研究[J].應用生態學報，2003，14（1）：157-159.

[5]薛立，陳紅躍，徐英寶，等.混交林地土壤物理性質與微生物數量及酶活性的研究[J].土壤通報，2004，34（2）：154-158.

[6]陳士輝，謝忠奎，王亞軍，等.砂田西瓜不同粒徑砂礫石覆蓋的水分效應研究[J].中國沙漠，2005，25（3）：434-436.

[7]楊喜田，寧國華，董惠英，等.太行山區不同植被群落土壤微生物學特征變化[J].應用生態學報，2006，17（9）：1 761-1 764.

[8]馬云華，魏珉，王秀峰.日光溫室連作黃瓜根區微生物區系及酶活性的變化[J].應用生態學報，2004，15（6）：1 005-1 008.

[9]李傳榮，許景偉，宋海燕，等.黃河三角洲灘地不同造林模式的土壤酶活性[J].植物生態學報，2006，30（5）：802-809.