商洛核桃-桔梗復合生態系統中桔梗根際土壤微生物數量特征與酶活性研究

彭曉邦

（商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000）

商洛核桃-桔梗復合生態系統中桔梗根際土壤微生物數量特征與酶活性研究

彭曉邦

（商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000）

以商洛市洛南縣育林村核桃-桔梗林藥復合生態系統為研究對象，采用平板稀釋法對林下土壤微生物細菌、真菌、放線菌數量特征進行比較分析，采用比色法和滴定法分別對5種土壤酶 （脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、硝酸還原酶、過氧化氫酶）活性進行研究。實驗結果表明，復合系統土壤3大類群微生物 （細菌、真菌、放線菌）數量均高于單作模式。土壤酶活性表現為復合系統不同處理桔梗根際土壤脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶活性均高于單作模式；復合系統桔梗根際土壤蔗糖酶活性在距核桃樹0.5 m處高于單作模式，而復合系統桔梗根際土壤硝酸還原酶活性均低于單作模式。與單作模式相比，復合系統可以增加桔梗根際土壤微生物數量，提高桔梗根際土壤酶活性。

土壤微生物；土壤酶；復合系統；根際土壤；桔梗；核桃

文獻著錄格式：彭曉邦.商洛核桃-桔梗復合生態系統中桔梗根際土壤微生物數量特征與酶活性研究 ［J］.浙江農業科學，2015，56（12）：2010-2012，2014.

農林復合經營是一種傳統的土地資源利用和經營方式［1］，隨著資源短缺、環境惡化等問題的日益嚴峻，農林復合經營不僅引起眾多發展中國家的普遍關注，而且也受到一些發達國家的高度重視［2-3］，復合農林業已經成為現代可持續農業研究的熱點之一。桔梗（Platycodon grandiflorus）為桔梗科（Campanulaceae）多年生草本植物，其入藥部位為根部，性味微溫、苦、辛［4］，具有利咽排膿和宣肺祛痰的功能［5］，是一種藥、食、觀賞兼用的經濟植物。作為五大商藥之一，桔梗更是被譽為商洛參［6］，在國內外享有良好的聲譽，種植桔梗已經成為當地農民脫貧致富的一項重要產業。核桃 （Juglans regia）又名胡桃、羌桃，性溫味甘，具有健胃、補血、養神等功效［7］。商洛核桃品種繁多，素有 “核桃之鄉”的美稱，核桃產業是當地政府和農民的主打產業之一。生產中把核桃和桔梗進行林藥套種是提高土地利用效率，增加農民經濟收入，促進地方社會經濟發展的有效途徑之一［2］。近年來有關農林復合系統的研究較為廣泛［8-10］，但關于農林復合系統中桔梗與土壤微生物之間相關性的研究鮮有報道。本研究以商洛核桃-桔梗林藥復合系統為研究對象，分析研究復合系統中桔梗根際土壤微生物數量特征與酶活性的變化規律，為核桃-桔梗復合生態系統的科學構建和可持續經營管理提供一定的理論依據。

1　材料與方法

1.1材料

供試土壤采自洛南縣景村鎮育林村核桃-桔梗林藥復合系統中二年生桔梗植株根際土壤，采樣時分別采取距離核桃樹根部0.5，1.0和1.5 m處桔梗的根際土壤，并采取單作桔梗的根際土壤作為對照。

1.2方法

利用常規平板計數法［11］測出土壤微生物種群（細菌、真菌、放線菌）數量，找出土壤微生物種群數量特征。脲酶活性測定用苯酚鈉比色法［12］；過氧化氫酶活性的測定采用高錳酸鉀滴定法［13］；蔗糖酶活性的測定用 3，5-二硝基水楊酸比色法［12］；蛋白酶活性的測定用茚三酮比色法［14］；硝酸還原酶活性的測定用磺胺萘胺比色法［15］。

采用Excel進行數據分析和圖表制作。

2　結果與分析

2.1根際土壤微生物數量特征

由表1可以看出，復合系統不同處理桔梗根際土壤微生物總數隨著距核桃樹越來越遠而逐漸減少，且復合系統中微生物總數均高于單作。桔梗根際土壤微生物數量從大到小依次排序為距樹0.5 m＞距樹1.0 m＞距樹1.5 m＞單作桔梗。不同處理桔梗根際土壤微生物中細菌數量都明顯大于其他微生物數量，細菌約占土壤微生物總數的99%以上，放線菌次之 （占全部微生物總量的0.35%～0.47%），真菌最少 （所占比例僅為0.09%～0.12%）。

表1　不同處理桔梗根際土壤微生物數量

2.1.1細菌

由圖1可知，復合系統中桔梗根際土壤的細菌數量隨著距核桃樹越來越遠而逐漸減少，且復合系統中桔梗根際土壤細菌數量均高于單作。距樹0.5 m處桔梗根際土壤細菌數量最多，占細菌總數的55.94%；單作桔梗根際土壤的細菌數量最少，占細菌總數的29.03%；與單作相比較，復合系統中距樹0.5 m、距樹1.0 m和距樹1.5 m桔梗根際土壤細菌數量分別是單作的1.84，1.34和1.08倍。

圖1　不同處理桔梗根際土壤細菌數量

2.1.2真菌

由圖2可知，復合系統不同處理桔梗根際土壤真菌數量變化趨勢與細菌數量的變化趨勢相似，真菌數量隨著桔梗與核桃樹距離的增大而逐漸減少，且復合系統不同處理桔梗根際土壤真菌數量均高于單作。距核桃樹0.5 m處真菌數量最多，占其總數的28.9%；單作模式最少，占其總數的21.28%。與單作相比，復合系統中距樹0.5 m，距樹1.0 m和距樹1.5 m桔梗根際土壤真菌數量分別比單作模式高出36.13%，29.57%和4.20%。

圖2　不同處理桔梗根際土壤真菌數量

2.1.3放線菌

由圖3可看出，復合系統不同處理放線菌數量變化趨勢和細菌、真菌的數量變化趨勢相似，都是隨著距離的增大而微生物數量逐漸減小，且復合系統不同處理桔梗根際土壤微生物放線菌數量均高于單作桔梗根際土壤放線菌數量。距離核桃樹0.5 m處桔梗根際土壤微生物放線菌數量最多，占放線菌總數的29.71%，單作桔梗根際土壤放線菌數量最少，占其總數的20.82%。與單作相比，復合系統中距樹0.5 m，距樹1.0 m和距樹1.5 m桔梗根際土壤放線菌數量分別比單作模式高出 42.68%，32.93%和4.63%。

圖3　不同處理桔梗根際土壤放線菌數量

2.2根際土壤酶活性

2.2.1脲酶活性

2.2.2蔗糖酶活性

土壤蔗糖酶活性以24 h后1 g土壤中葡萄糖的質量 （mg）表示，它可以促進蔗糖轉化分解為葡萄糖和果糖，為土壤微生物提供能源，所以土壤蔗糖酶活性可以用來表示土壤熟化程度［16］。復合系統不同處理桔梗根際土壤蔗糖酶活性隨著距核桃樹越來越遠而呈V形變化趨勢。桔梗根際土壤蔗糖酶活性在距樹0.5 m處最高，為463.45 mg.g-1；距樹1.0 m處活性最低，僅為321.06 mg.g-1；而在距樹1.5 m處活性又升高，為392.68 mg.g-1。與單作相比，復合系統距樹0.5 m處桔梗根際土壤蔗糖酶活性高出單作7.99%，而距樹1.0 m和1.5 m處的桔梗根際土壤蔗糖酶活性分別低于單作25.18%和8.50%。

2.2.3蛋白酶活性

蛋白酶活性以24 h后1 g土壤中氨基氮的質量（mg）表示，它參與土壤中蛋白質及其他含氮有機化合物的轉化，對土壤氮循環起著不可替代的作用［16］。復合系統不同處理桔梗根際土壤蛋白酶活性隨著距核桃樹越來越遠呈先升高后下降的變化趨勢，且復合系統均明顯高于單作系統。與單作系統比較，復合系統中距樹0.5 m，1.0 m和1.5 m的桔梗根際土壤蛋白酶活性分別比單作模式高出10.53%，13.84%和10.81%。

2.2.4硝酸還原酶活性

硝酸還原酶活性以1 h后1 g土壤中甘氨酸的質量 （μg）表示，它參與了土壤中的反硝化過程，是一種專一性酶［17］。復合系統不同處理桔梗根際土壤硝酸還原酶活性隨著距核桃樹越來越遠呈V形變化趨勢，且其活性均低于單作。與單作系統相比，復合系統中距樹0.5 m，1.0 m和1.5 m的桔梗根際土壤硝酸還原酶活性分別比單作模式低14.67%，31.97%和7.86%。

2.2.5過氧化氫酶活性

土壤過氧化氫酶活性以1 h后1 g土壤消耗0.1 mol.L-1的KMnO4的體積（m L）表示，它參與土壤中的一些氧化還原反應，可有效避免土壤中過氧化氫的累積，保護生物體不受過氧化氫的危害［16］。復合系統不同處理桔梗根際土壤過氧化氫酶的活性隨著距核桃樹越來越遠而呈現出先升高后降低的趨勢，其最大值出現在距樹1.0 m處，活性為1.57 m L.g-1；最小值在距樹1.5 m處，活性為1.42 m L.g-1。與單作系統相比，復合系統中距樹0.5 m，1.0 m和1.5 m的桔梗根際土壤過氧化氫酶活性分別高出單作 29.91%，34.18% 和21.36%。

3　小結與討論

本研究發現，單作和復合系統土壤3大類群微生物數量關系均表現為細菌＞放線菌＞真菌，其原因可能是由于放線菌對養分、水分的競爭能力弱于細菌，故而表現為不同處理桔梗根際土壤放線菌數量均低于細菌，由于真菌對合成底物的競爭能力低于放線菌，所以不同處理桔梗根際土壤真菌數量最少［18］。本研究中，核桃-桔梗復合系統不同處理桔梗根際土壤微生物數量均明顯高于單作桔梗根際土壤微生物數量，說明復合系統有利于微生物的生存，這與張向前等［19］對間作玉米根際土壤微生物的研究結果一致。復合系統中隨著桔梗距離核桃樹越來越遠，其根際土壤三大類群微生物數量均逐漸減少，其原因可能是由于距離核桃樹越近，土壤中根系分泌物越多，土壤微生物數量相對較多，而距核桃樹越遠，土壤中核桃樹的根系分泌物越少，微生物數量相對減少。核桃樹根系分泌物對林下土壤微生物數量的影響機制還有待與進一步深入研究。

土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學過程的強度與方向，與土壤肥力狀況有著顯著相關性，是土壤肥力評價的重要指標之一［20］。本研究中，復合系統不同處理桔梗根際土壤脲酶和蛋白酶活性均高于單作模式，這與雍太文等［21］對玉米/大豆復合系統土壤酶活性的研究結果相一致，說明復合系統在一定程度上提高了土壤肥力，進而為作物的生長提供了更有利的條件；而復合系統不同處理桔梗根際土壤硝酸還原酶活性均低于單作模式，這說明核桃-桔梗復合經營可有效抑制土壤中氮的反硝化作用，以提供更多的 NH3-N，供植物吸收利用［21］；復合系統桔梗根際土壤過氧化氫酶活性均高于單作模式，這與許景偉等［22］對黑松混交林土壤酶活性

的研究發現相一致，說明復合系統可更好地阻止過氧化氫對生物體的毒害作用。相比單作模式，復合系統可增加桔梗根際土壤微生物數量，提高根際土壤酶活性，對桔梗根際土壤肥力有一定的改善作用，為林下桔梗生長提供更有利的土壤環境。

［1］ 王玲玲，何丙輝.農林復合經營實踐與研究進展 ［J］.貴州大學學報，2002，21（6）：448-452.

［2］ 彭曉邦，張碩新.商洛低山丘陵區農林復合生態系統光能競爭與生產力 ［J］.生態學報，2012，32（9）：2691-2698.

［3］ 龐愛權，張興義，焦曉光.林業復合經營經濟效益評價研究現狀與展望 ［J］.自然資源學報，2005，19（6）：190-192.

［4］ 郭麗，張村，李麗，等.中藥桔梗的研究進展 ［J］.中國中藥雜志，2007，32（3）：181-185.

［5］ 武博，劉萍.桔梗的現代研究進展 ［J］.中國藥物應用與監測，2008，12（7）：48-50.

［6］ 張曉虎.秦嶺 “五大商藥”施肥技術研究綜述 ［J］.陜西農業科學，2010，56（4）：93-97.

［7］ 趙波.陜西商州核桃產業發展問題的思考 ［J］.陜西農業科學，2010，43（5）：114-117.

［8］ 田國江.林藥復合經營及其發展前景 ［J］.內蒙古農業科技，2014（6）：124-125.

［9］ 龐愛權.中國農林復合系統的經濟評價 ［J］.自然資源學報，1997，12（2）：176-182.

［10］ 楊林.農林復合經營在農村可持續發展中的地位和作用［J］.農村生態環境，1996，12（1）：37-41.

［11］ 張志良，瞿偉菁，李小方，等.植物生理學實驗指導 （第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2009：233-234.

［12］ 姚槐應，黃昌勇.土壤微生物生態學及其實驗技術 ［M］.北京：科學出版社，2005：130-191.

［13］ 周禮愷，張志明.土壤酶活性的測定方法 ［J］.土壤通報，1982，13（2）：37-49.

［14］ 曹承綿，張志明，周禮愷.幾種土壤蛋白酶活性測定方法的比較 ［M］.北京：中國科學院林業土壤研究所，1978.

［15］ 張志良，翟偉菁，李小方，等.植物生理學實驗指導［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［16］ 邢肖毅，黃懿梅，安韶山，等.黃土丘陵區子午嶺不同植物群落下土壤氮素及相關酶活性的特征 ［J］.生態學報，2012，32（5）：1403-1411.

［17］ 孫彩菊，程智慧，孟煥文，等.大棚番茄連續定位套蒜第3年度土壤微生物數量和酶活性的變化 ［J］.西北農林科技大學學報，2012，40（12）：97-105.

［18］ 吳凡，李傳榮，崔萍，等.不同肥力條件下的桑樹根際微生物種群分析 ［J］.生態學報，2008，28（6）：2674-2681.

［19］ 張向前，黃國勤，卞新民，等.間作對玉米品質、產量及土壤微生物數量和酶活性的影響 ［J］.生態學報，2012，32（22）：7082-7090.

［20］ 杜偉文，歐陽中萬.土壤酶研究進展 ［J］.湖南林業科技，2005，32（5）：76-80.

［21］ 雍太文，楊文鈺，向達冰，等.不同種植模式對作物根系生長、產量和根際土壤微生物數量的影響 ［J］.應用生態學報，2012，23（1）：125-132.

［22］ 許景偉，王衛東，李成，等.不同類型黑松混交林土壤微生物、酶及其與土壤養分關系的研究 ［J］.北京林業大學學報，2000，22（1）：51-55.

（責任編輯：張瑞麟）

S 182

A

0528-9017（2015）12-2010-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20151229

2015-07-28

陜西省科技計劃項目 （2014KJXX-79）；商洛市政府科技項目 （SK2014-01-06）

彭曉邦 （1980-），男，陜西周至人，副教授，博士，從事植物生態學的教學科研工作。E-mail：xbpeng1898@sina.com。