盆栽三葉赤楠根際土壤微生物及土壤酶季節動態特征

鄒貴武，倪國平，廖麗琴，鄧光華，劉　瑋

(江西農業大學 園林與藝術學院，南昌 330045)

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盆栽三葉赤楠根際土壤微生物及土壤酶季節動態特征

鄒貴武，倪國平，廖麗琴，鄧光華，劉瑋*

(江西農業大學 園林與藝術學院，南昌 330045)

本研究以具有江西特色的盆景植物三葉赤楠(Syzygiumgrijsii)為研究對象，對盆栽三葉赤楠根際土壤微生物組成、生物量以及土壤酶季節動態進行了研究。研究結果表明：盆栽三葉赤楠根際土壤微生物數量表現為單峰型季節動態曲線，其最大值和最小值分別出現在7月和9月；根際土壤微生物中細菌和放線菌占絕對優勢，且數量變幅較大，而真菌所占比例及數量變幅較??；土壤微生物量碳、氮也具有明顯的單峰型季節變化特征，并在6月達到最高點，隨后出現回落；微生物生物量碳變幅在57.51～329.55 μg/g，微生物生物量氮變幅在38.09～80.55 μg/g。土壤過氧化氫酶活性表現為春季(4月)至初夏(6月)更高，盛夏(8月)及冬季(2月)最低；脲酶活性在4月最高，6月最低，其他月份差異較??；硝酸還原酶在春夏季(2、4、6、8月)活性較高且差異較小，秋冬季(10、12月)活性較低。盆栽三葉赤楠根際土壤微生物及土壤酶活性季節動態特征是由多方面因素共同作用的結果，土壤體積含水率等理化性質與植物根系分泌物是其中兩個因素，并且不同微生物特征及土壤酶活性對這些因素的響應有所不同。

盆栽三葉赤楠；根際微生物；土壤酶活性；季節動態

0　引　言

三葉赤楠(Syzygiumgrijsii)也稱輪葉蒲桃，屬于桃金娘科蒲桃屬的常綠小灌木，分布于浙江、福建、湖南兩廣等地區，其樹形優美，古樁蒼老雄勁，具有很高的觀賞價值，加上在江西省自然分布廣泛且栽培歷史悠久，是一種具有江西特色的盆景觀賞樹種。三葉赤楠對環境的抗性較強，耐修剪，易造型，不過在自然情況下新梢生長十分緩慢(年新梢粗生長<0.3 cm)，另外三葉赤楠在盆栽過程中常出現枯枝現象，這都嚴重地影響了三葉赤楠的觀賞效果。通過修剪、施肥這些常規養護手段無法解決上述問題，只能從生物學及生理生態學方面探索解決辦法。

土壤微生物是土壤養分循環的重要組成部分及參與者，可以改變土壤的理化性質、促進物質轉化、對植物營養的轉化及土壤肥力的形成都起著十分重要的作用，在植物-土壤生態系統中也具有十分重要的功能[1]。與其相關的土壤酶特征在植物養分循環過程中也起著重要作用。目前關于三葉赤楠的研究多是關于造型、造景方面，生物學及生理學方面的研究僅偶見于其近緣種赤楠(Syzygiumbuxifolium)[2-3]及臺灣赤楠(Syzygiumformosanum)[4]。而與三葉赤楠有關的微生物學及土壤酶學的報道并不多見。Scheng發現在蒲桃屬植物赤楠(Syzygiumbuxifolium)下出現較多的大型擔子真菌子實體，說明在該屬植被分布區域內的土壤中真菌的多樣性情況較好，赤楠的生長有利于促進土壤真菌多樣性的保持[5]。陳紀伶也發現：叢枝菌根真菌(Glomusetunicatum)能夠與臺灣赤楠(Syzygiumformosanum)形成良好的共生體系，接種G.etunicatum對臺灣赤楠的生理及生長指標有很好的提高作用[4]。本研究以具有江西特色的盆栽三葉赤楠為研究對象，從其根際土壤微生物特征及土壤酶的季節動態切入，對盆栽三葉赤楠根際土壤生物不同生長季的響應關系進行了全方位分析，這在三葉赤楠研究中尚屬首次，以期為三葉赤楠的養護提供地下生物學理論依據。

1　試驗材料與方法

1.1試驗材料及土壤取樣方法

試驗所用盆栽為來自于江西農業大學花卉基地的三葉赤楠，這些盆栽的栽培齡級都是50 a，長勢一致，并且上盆時間均為5 a。5～9月為盆樁主要施肥季節，每15 d施一次稀薄腐熟餅肥水，傍晚施肥，第二天上午澆一次透水；夏季高溫早晚各澆一次水，秋后減少澆水量，冬季保持盆土不干。

實驗分為3組，每組3株植物，取樣時在每株植物周邊取3個點混合均勻為一個土樣。每兩個月取一次樣，2010年2月起，全年共取樣6次(2、4、6、8、10、12月的15號)，根際土壤參照劉芷宇等[6]的抖落法收集，鮮土過2 mm篩后，一半裝入無菌封口袋內保存，分析土壤生物指標，一半土樣在陰涼通風處風干，用于測定壤酶。

1.2根際土壤微生物指標測定方法

采用稀釋平板法測定細菌、真菌、放線菌數量，采用牛肉膏蛋白胨培養基培養細菌，采用馬丁氏孟加拉紅培養基培養真菌，采用高氏I號培養基培養放線菌。計算公式如下：

土壤微生物數量(cfu/g)=MD/W。

式中：M為菌落平均數；D為稀釋倍數；W為土壤烘干質量(g)(注：W由土壤含水量換算而來)。

土壤微生物生物量碳(Microbial Biomass Carbon，MBC)及微生物生物量氮(Microbial Biomass Nitrogen，MBN)均采用氯仿熏蒸法進行提取，計算MBC 時所用轉換系數KC為0.38，MBN轉換系數KN為0.57。

土壤過氧化氫酶活性(Soil Catalase Activity，SCA)采用KMnO4滴定法進行測定；土壤硝酸還原酶活性(Soil Nitrate Reductase Activity，SNRA)采用嫌氣培養-比色法進行測定；土壤脲酶活性(Soil Urease Activity，SUA)采用氨釋放量比色法進行測定。

1.3數據處理與分析方法

數據分析采用SPSS 13.0統計軟件完成，采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)對不同處理間的顯著性水平進行檢驗。圖表采用Microsoft Excel 2010和Sigmaplot軟件進行繪制。

2　試驗結果與分析

2.1盆栽三葉赤楠根際土壤微生物種群數量的季節動態特征

盆栽三葉赤楠根際土壤體積含水量表現出明顯的季節性差異(如圖1所示)，在整個生長季中的變化范圍為27%～52%，8月和2月分別出現一個土壤體積含水率高峰。

盆栽三葉赤楠在整個生長季中根際土壤微生物的數量組成變化很大(見表1，但由于操作不當4月的放線菌沒有培養出來)：細菌、真菌及微生物總數均在8月到達最大值，放線菌數量在10月達到最大值；細菌和微生物總數最小值出現在12月，放線菌和真菌總數最小值出現在6月。從微生物組成上來看，根際土壤微生物中細菌所占比例最大，所占比例為28.14%(12月)～97.55%(8月)；其次為放線菌，所占比例為2.4%(8月)～69.22%(12月)；真菌所占比例最低，為0.05%(8月)～5.56%(12月)，這表明盆栽三葉赤楠根際土壤微生物類群存在著明顯的季節性變化。細菌與真菌數量比值在8月份達到最大值，放線菌與真菌數量比值在10月份達到最大值。

圖1　盆栽三葉赤楠根際土壤體積含水量季節動態Fig.1 Seasonal dynamics of potted Syzygium grijsii rhizosphere soil

注：不同月份間差異采用Duncans multiple-range差異性檢驗進行分析，不同小寫字母表示處理之間差異達到顯著水平P<0.05

2.2盆栽三葉赤楠根際土壤微生物量季節動態特征

盆栽三葉赤楠根際MBC、MBN也表現出明顯的季節變化特征(如圖2所示)，且其變化趨勢一致：2月到6月期間，三葉赤楠根際MBC、MBN持續上升，并在6月達到最高，隨后微生物生物量

出現回落，其中MBC變幅為57.51～329.55 μg/g，MBN變幅為38.09～80.55 μg/g。通過對土壤微生物數量與微生物生物量季節動態的比較，發現微生物數量與生物量之間并不是一致的對應關系，生物量要早于數量達到最大值。土壤微生物量碳/氮比值變幅為1.51～4.09，6月份微生物量碳/氮比值最高，2月份微生物量碳/氮比值最低，這也表明不同生長時期盆栽三葉赤楠根際微生物的數量組成發生了變化。

圖2　三葉赤楠根際土壤微生物量和微生物量碳氮比Fig.2 Rhizosphere soil microbial biomass and microbial biomass C/N

注：同一指標上不同小寫字母表示處理之間差異達到顯著水平P<0.05，采用Duncans multiple-range差異性檢驗進行分析

表1　不同生長期三葉赤楠根際土壤微生物種群數量變化　(×103cfu·g-1)

注：百分比為占微生物總數的百分數；不同小寫字母表示生長期之間差異達到顯著水平P<0.05，ns表示差異不顯著P>0.05，采用Duncans multiple-range差異性檢驗進行分析。

2.3盆栽三葉赤楠根際土壤酶活性季節動態特征

盆栽三葉赤楠根際SCA表現為4月>6月>10月>12月>2月>8月(如圖3所示)，4月的酶活性比其它5個時期依次高出6.1%、29.9%、30.6%、39.5%、40.4%，說明在春季至初夏時期SCA更高，而盛夏(8月)及冬季(2月)SCA最低。根際SUA的季節動態表現為4月最高，6月最低，其它4個月份的差異很小。SNRA的季節動態表現為6月>8月>2月>4月>12月>10月，其中2月、4月、6月、8月這4個時期的SNRA較大，且差異較?。?0月、12月SNRA較小。

圖3　不同生長期土壤過氧化氫酶(0.002 mol/LKMnO4 ·30 min)、硝酸還原酶(mg /10 g干土·24 h)、脲酶(3H-N mg/100 g干土·3 h)活性變化Fig.3 Enzymatic activity of Catalase(0.002 mol/LKMnO4per 30 min)，Nitratase(mg/10g dry soil per 24h)and Urease(3H-N mg/100g dry soil per 3h)in different months.

注：同一指標上不同小寫字母表示處理之間差異達到顯著水平P<0.05，采用Duncans multiple-range差異性檢驗進行分析

3　討　論

3.1根際微生物數量和組成的季節性動態特征

盆栽三葉赤楠根際土壤中細菌和放線菌的數量在整個生長季中占絕對優勢，表現為細菌>放線菌>真菌的趨勢，這與之前不少研究的結果一致[6]。在不同生態系統以及土壤類型中，不同微生物類群所占的比例會有明顯變化[8]。本研究中土壤微生物組及比例表現出明顯的季節性變化(表1)，這種變化可能是由土壤體積含水率以及植物根系分泌物等因素共同作用的結果。細菌數量及微生物總數量與土壤體積含水率具有很好的對應關系，均在8月份達到最大值(圖1和表1)。多數研究發現適當的土壤含水率有助于可溶性有機質淋溶，促進土壤微生物的生長、繁殖，例如熊亞等研究攀枝花蘇鐵種植園土壤發現土壤細菌、真菌和放線菌的的數量都隨著土壤含水量的提升而增加[9]。不過也有研究出現不同的結果，杜社妮等在進行黃瓜盆栽試驗時發現，細菌、真菌和放線菌的數量變化在同等的土壤水分時也不一致，土壤微生物的數量并不顯著地受到含水量變化的影響[9]。這種結論差異可能是由于植物種類以及生態系統不同所造成的，盆栽生態系統中土壤體積、緩沖能力有限，土壤水分很容易達到飽和狀態，因此在含水量超過微生物所需程度后，土壤含水量與微生物數量之間的相關性就不那么明顯了。這里研究結果也表明土壤含水率與土壤微生物的生長和發育之間存在一定的相關性。影響根際微生物生長的另一個主要因素是植物不同生長期根系分泌物的數量及組成。根系分泌物提供根際微生物所需主要的能量，還會影響根際微生物的數量和種群結構[11]。Darrah通過模擬土壤可溶性碳與根際微生物量及死亡量之間的分布關系，發現不僅微生物的生長與根系分泌物呈正相關，而且它們的種類也受根系分泌物的種類影響[12]。胡開輝等對化感和非化感水稻進行研究時，也發現化感水稻根際土壤中微生物區系變化明顯受到某些特殊根系分泌物的影響[13]。還有一些研究表明土壤中的酚酸、半萜類等化合物會顯著抑制真菌的生長，而酚酸卻能促進細菌的增加[14-15]。顯然，根系分泌物不僅會影響土壤微生物的種類和數量，而且還會影響它們的基本代謝及生長，這些影響既有積極的也有消極的[16]。上述研究結果多數來源于草地生態系統和森林生態系統，關于盆栽生態系統的研究很少。周法興等從三葉赤楠的同屬樹種赤楠(Syzygiumbuxifolium)莖根部分離提純出了β-谷甾醇和齊墩果酸，這二者具有抗放線菌、真菌的效果[17]。本研究中土壤細菌在8月出現數量最大值可能是由于該時期三葉赤楠生長旺盛，根系分泌物較多，其中的酚酸類物質促進了細菌生長而β-谷甾醇和齊墩果酸等物質抑制放線菌和真菌的生長。這說明土壤微生物數量的變化，是受多種生態因子的綜合影響，不同微生物類群對同一生態因子的響應不同，同一生態因子在不同生態系統中影響力也不同。

3.2根際土壤微生物量季節性動態特征

土壤微生物量是眾多土壤微生物學特征中最為重要的指標之一，也是生態系統中重要生物物質“庫”和“流”的具體體現，既能夠反映土壤質量的演變情況、人為干擾對土壤生物有機碳的影響，也可以反映土壤中能量循環和養分轉移與運輸情況[18]。土壤養分中微生物量占比雖然很小，卻是土壤養分中最為活躍的一部分。因此研究植物在生長季中土壤微生物量的動態變化，對于了解盆栽植物養分需求規律及其與微生物的營養關系具有重要意義。在自然生態系統中由于受到外界環境的影響，土壤微生物量動態變化常出現明顯的季節性。土壤微生物量的季節動態變化特征在不同生態系統中不一樣，但夏高冬低型以及干濕季節交替循環型這兩類是最為普遍的[19]。在盆栽生態系統中，施肥、灌溉等人為干擾多數情況下對土壤微生物量的影響要超過自然因素，因此土壤微生物量的季節變化趨勢在盆栽生態系統中可能不一樣[20]。本研究中三葉赤楠根際MBC、MBN具有明顯的季節性變化：4～6月逐漸增多，冬季(2月)則較低(圖2)，總體表現為夏高冬低型。這種變化也可能是由土壤體積含水率以及植物根系分泌物等因素共同作用的結果。土壤微生物的生長和發育除了在一定程度上與土壤含水率相關之外，土壤中有效碳和養分的限制可能是盆栽三葉赤楠根際土壤微生物量的主要影響因子。Barbhuiya等認為，雨季土壤微生物生物量C、N、P較低的原因是植物在雨季對土壤養分的需求比較大，從而降低了土壤微生物對養分的可利用性[21]。本研究中MBC、MBN與三葉赤楠的生長季節動態具有一定的錯位(未發表數據)，調控土壤微生物量變化的主導因子可能與土壤碳和養分的限制或與植物生長發育規律有關[22-23]。碳氮元素的比值在不同類群的微生物體內有所差異，一般細菌約為3～4，放線菌約為4～5，真菌則達到11～13[24]。所以碳氮比的變化說明在不同時期根際微生物不僅有數量上增減，而且群落結構的組成也有差異。植物在生長季不同時期的根際分泌物量、組成變化也可能對土壤微生物量產生影響[25-26]。

3.3根際土壤酶活性季節動態特征

土壤酶是土壤的主要組成成分之一，是土壤環境中一切生物化學過程的參與者，其活性與有機物質分解、能量轉移、營養物質循環、環境質量等密切相關[27]，是土壤生物化學過程的主要調節者[28]。土壤酶數量雖少，但在土壤中起著十分重要的作用，對土壤肥力進行評價時，酶活性的強弱是重要的輔助指標。土壤酶活性與土壤生物、物理化學性質及環境條件密切相關，對環境變化比較敏感，不同植被類型其季節動態特征也具有很大差異。土壤中的過氧化氫酶大部分來自真菌和細菌，也有部分來自植物根系，是人們最早注意的一種土壤酶。過氧化氫酶通過分解土壤中積累的過氧化氫，從而解除其對植物的毒害作用，本研究中三葉赤楠SCA表現為春季(4月)至初夏(6月)更高，盛夏(8月)及冬季(2月)活性最低。這主要是因為春季及初夏時期植物生長較為旺盛，根系呼吸需氧量較多，土壤處于相對厭氧環境，過氧化氫得到積累，底物增加在一定程度上激活了SCA。SCA還與土壤肥力有關的理化性質密切相關，可以作為土壤肥力的指示標志。但是土壤酶催化過氧化氫分解是一種比較復雜的現象，很大程度上受到土壤機械組分的影響。因此在評價SCA與土壤肥力之間的關系時要考慮這一因素。脲酶在土壤中氮素轉化過程中起到關鍵作用，能催化尿素水解生成氨和CO2，其中氨是植被氮素營養的主要來源，SUA高低可以表征土壤的氮素營養狀況。土壤中的脲酶主要來自于微生物細胞增殖和裂解過程釋放、累積在土壤中的游離胞外酶[29]。本研究中三葉赤楠SUA季節動態表現為4月最高，6月最低，其余月份之間幾乎沒有差異。4月活性最高表明春季植物生長旺盛期增強了有機氮化合物的水解，6月活性最低對應微生物量氮最高，可能是微生物本身氮含量的變化能夠影響植物對有機氮化合物分解的速率。硝酸還原酶在高等植物氮素同化過程中起到限速作用，通過調節硝酸鹽的還原來調節氮代謝，進而影響光合碳代謝等過程[30]。本研究中SNRA表現為6月>8月>2月>4月>12月>10月，其中2月、4月、6月、8月的SNRA較大，且差異較?。?0月、12月的SNRA較小。SNRA高的月份對應的剛好是植物生長較旺盛的季節，較多的根系分泌物增加了硝酸還原酶的活性，這與安寧寧等對甜茶容器育苗時的研究結果相似，SNRA隨著苗木的生長呈增大趨勢[31]。

4　結　論

本研究在一個完整生長年度時間尺度上探討了盆栽三葉赤楠根際土壤微生物數量、生物量以及土壤酶活性的季節變化特征，結果如下：微生物總量和細菌的數量在8月份最大，剛好對應土壤含水量的較大值和植物生長速率較快(未發表數據，劉瑋等以前對三葉赤楠研究時，發現8月三葉赤楠生長速率較快)時間，植物生長速率較快時其根際分泌活動也較強，說明微生物的量和組成受植物根系分泌物和含水量的影響；微生物量碳和氮則與植物的生長季節動態有一定的錯位，這可能與盆栽環境中養分的限制有關；三種土壤酶活性在4月都很高，說明這與植物的生長更加旺盛有關。除微生物量碳和氮與植物的生長季節有一定的錯位外，根際微生物總量和酶活性都與生長季節具有較好對應關系。

既為深入了解盆栽三葉赤楠土壤生態系統的結構與功能提供有益參考，也為三葉赤楠的盆栽管理提供科學論據，這在三葉赤楠栽培研究上尚屬首次。研究結果反映了盆栽三葉赤楠根際土壤微生物特征及其土壤酶活性的季節動態變化，但對于土壤微生物分布規律、區系及其生化特性與土壤理化性質之間的關系仍需進一步研究和比較，以期能更系統地揭示盆栽生態系統中三葉赤楠根際土壤微生物的變化規律，為園林觀賞植物栽培體系的可持續經營、管理提供科學理論依據與指導。

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Seasonal Dynamics of Rhizosphere Soil Microorganismsand Enzymatic Activities in Potted Syzygium grijsii

Zou Guiwu，Ni Guoping，Liao Liqin，Deng Guanghua，Liu Wei*

(College of Art and Landscape，Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330045)

In order to approach the seasonal dynamics of rhizosphere soil microbial composition，biomass and soil enzyme activities in pottedSyzygiumgrijsii，a typical Jiangxi bonsai plant，a potted experiment was conducted.The results showed that seasonal dynamic of rhizosphere soil microbial number in pottedSyzygiumgrijsiiappeared a unimodal curve type.The maximum and minimum value of soil microbial numbers appeared in July and September，respectively.Bacteria and actinomycete played dominant role in rhizosphere soil，and had large variation ranges.Fungi had a smaller proportion of total microbial number and variation amplitude.Soil microbial biomass C and N also appeared similar change tendency in seasonal dynamic，and reached peak value in June then fell back.The rangeability of microbial biomass C variation was 57.51-329.55 μg·g-1，and biomass N was 38.09-80.55 μg·g-1.April and June showed a higher soil catalase activity，August and February had lower ones.Peak soil urease activity appeared in April and the lowest value was in June，there were little differences during the other months.Soil nitrate reductase activity was higher from February to August with a low variation，but lower in October and December.Seasonal dynamics of soil microorganisms and enzymatic activities in pottedSyzygiumgrijsiiwas characterized by the complex result of soil physical and chemical properties such as soil moisture，root exudates and other，in addition，the response of different microbial characteristics and soil enzyme activity to above factors varied.

pottedSyzygiumgrijsii；rhizosphere microorganism；soil enzyme activities；seasonal dynamics

2016-03-21

國家自然科學基金(31400528)；江西省自然科學基金(20151BAB214018)

鄒貴武，碩士研究生，研究方向：園林植物栽培。

劉瑋，博士，講師。研究方向：園林植物栽培相關研究和教學工作。E-mail:w_liu08@163.com

鄒貴武，倪國平，廖麗琴，等.盆栽三葉赤楠根際土壤微生物及土壤酶季節動態特征[J].森林工程，2016，32(5)：7-12.

S 688.1；S 154.3

A

1001-005X(2016)05-0007-06