腐植酸對辣椒根際土壤微生物數量和多樣性的影響

高涵，范仲卿，郭新送，田玉紅，陳士更，劉祿，馬學文，張晶，丁方軍

（1.山東農大肥業科技有限公司，山東 泰安 271000；2.農業部腐植酸類肥料重點實驗室，山東 泰安 271000；3.齊河縣農業農村局，山東 齊河 251100）

在大田生產中，施肥是作物增產最重要的促進因素，對作物產量的貢獻超過30%，具有不可替代的作用。普通肥料（尿素、常規復合肥）施用量大，在支出巨大的同時還導致土壤質量嚴重退化，給環境帶來極大危害［1-4］。多項研究表明，長期施用常規化肥會導致作物根際土壤理化性質改變，土壤酶活性降低，還可殺死大量有益微生物，改變土壤微生物群落結構。因此，農業生產亟需采用新的施肥方式，減少肥料消耗和對土壤環境的危害［3，4］。

腐植酸類物質是土壤中廣泛存在的一類高分子酸性有機混合物。土壤中的動植物殘體和微生物細胞在一系列氧化還原反應下，形成腐植酸類物質，其對田間生產具有重要作用［5-7］。腐植酸是一種高效肥料增效劑，可與常規肥料結合后形成穩定的化學鍵，降低氮素釋放速率；還可調節土壤pH值，促進有益微生物的繁殖和生長，降低病原體數量，提高植株抗病蟲害的能力，降低微生物對外源有機物質的礦化，提升土壤質量［6-12］。土壤經過腐植酸活化后，可增加作物呼吸作用速率和新陳代謝過程，促進植物生長，提高作物抗逆性和改善農產品品質。近年來，隨著相關研究的進展，土壤微生物數量、群落結構等土壤微生物特性已成為衡量土壤質量的重要指標［11，12］。

我國是世界上最大的辣椒生產與消費國之一。由于種植結構單一，連作現象嚴重，辣椒根際土壤退化，嚴重制約辣椒高產和穩產。研究表明，在大豆、玉米、小麥等作物種植過程中，腐植酸類物質可以活化土壤，調節土壤微生物群落，提升土壤質量［8-12］，但在辣椒中的相關研究迄今未見報道。本試驗通過施用不同比例腐植酸肥料，研究其對辣椒根際微生物數量及群落結構的影響和連作辣椒田中土壤微生物特性變化規律，以期為提高土壤微生物數量、優化土壤微生物群落結構、改善連作辣椒田土壤質量提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2014—2017年連續4年在山東省濟寧市金鄉縣（35°04′N，116°18′E）辣椒種植基地同一地塊進行。該區屬典型大陸性暖溫帶季風氣候，年均降水量547.5 mm。試驗地選擇土質均勻、土壤肥力一致的平整區域，壤質土，pH值約為7.3，肥力狀況中等，土層深厚。供試辣椒品種德紅1號，由德州市農業科學研究院提供，常規露地栽培。除肥料施用外，除草、灌溉等農藝措施與常規管理一致。

1.2 試驗設計

試驗共設置5個處理：T0為常規普通復合肥；T1為添加2%腐植酸復合肥；T2為添加4%腐植酸復合肥；T3為添加6%腐植酸復合肥；T4為添加8%腐植酸復合肥。隨機區組排列，3次重復。小區面積20 m2。所有處理肥料均為基施。選擇長勢一致的辣椒秧苗于4月上旬定植。

1.3 土壤微生物相關特性測定

土壤微生物數量測定：采用稀釋平板表面涂布法。將田間采集的土樣置于4℃冰箱內保存，取10.0 g用90.0 mL無菌水稀釋，振蕩20 min，將土壤原液稀釋成不同濃度梯度的懸濁液。細菌、真菌和放線菌分別采用牛肉膏蛋白瓊脂培養基、馬丁氏培養基以及高氏一號培養基進行培養。一周后觀察平板中菌落的外觀、長勢，鑒定并統計菌落數。

土壤微生物量C和微生物量N的測定：采用氯仿熏蒸直接提取法［13］。取過濾土壤液15 mL，加入一定量K2Cr2O7溶液進行消煮，測定微生物量C。取過濾后的土壤液15 mL，加入0.5 mL濃H2SO4，隨后濃縮至3 mL，凱氏定氮法測定微生物量N。

土壤微生物多樣性測定：采用BIOLOG微平板法測定［14］。Shannon指數反映土壤中微生物群落豐富度，McIntosh指數反映土壤中微生物群落均勻度，Simpson指數反映土壤中微生物群落優勢度。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel2017進行數據處理，DPS 8.0軟件進行數據統計分析和差異顯著性比較分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對辣椒根際土壤微生物特性的影響

對不同施肥處理的辣椒土壤微生物數量進行分析（表1）可知，施加腐植酸復合肥的辣椒根際土壤細菌、放線菌、微生物量C和微生物量N均高于常規施肥；與T0相比，T1處理以上指標略有提升，但差異不顯著；T2、T3、T4處理的多數指標差異達顯著水平（P＜0.05）。相較于T3，T4處理的細菌、放線菌、微生物量C略有增加，但差異不顯著，微生物量N有所下降。相較于常規施肥，添加腐植酸肥料根際土壤真菌含量有所降低，其中，T3處理的真菌含量最低，T1和T4處理的真菌含量相差不大。

對不同施肥處理下的辣椒根際土壤微生物多樣性進行分析（表1）可知，施加腐植酸肥料的Shannon指數、McIntosh指數和Simpson指數均高于常規施肥。相較于T3，T4處理的Shannon指數和McIntosh指數略有增加，但差異不顯著；而Simpson指數有所降低。綜上，辣椒田中添加6%腐植酸復合肥是最佳施肥模式。

表1 不同施肥處理辣椒根際微生物數量和多樣性

2.2 不同年間腐植酸對辣椒根際土壤微生物特性的影響

2014—2017 年選擇T0和T3兩種處理方式，分析常規復合肥和腐植酸配比復合肥對辣椒根際土壤微生物數量和多樣性的影響。由表2可以看出，2014—2017年，除真菌外，T3處理的土壤各指標均高于T0。2014年，T3處理比T0的細菌、放線菌、微生物量C和微生物量N分別提高26.7%、21.5%、28.0%和29.0%。2017年，T0處理的細菌、放線菌、微生物量C和微生物量N比2014年分別下降19.8%、12.3%、29.7%和33.5%；T3處理的細菌、放線菌、微生物量C和微生物量N比2014年分別下降6.4%、7.6%、9.2%和6.1%。2017年，T3處理的細菌、放線菌、微生物量C和微生物量N比T0分別提高47.8%、28.0%、65.3%和82.1%（P＜0.05）。2014—2017年，兩種施肥處理下真菌含量變化不大，但各年度T3處理的真菌數量顯著低于同期T0。2017年，T3處理根際土壤真菌含量為T0的83.7%。

2014—2017 年，T3處理的土壤微生物多樣性均高于T0。2014年，T3處理的Shannon指數、McIntosh指數和Simpson指數分別比T0高17.3%、7.7%、7.8%。2017年，T0處理的Shannon指數、McIntosh指數和Simpson指數分別比2014年下降11.0%、9.9%和6.7%（P＜0.05）；T3處理的Shannon指數、McIntosh指數分別比2014年下降0.8%、1.0%（P＞0.05）。2017年，T3處理的Shannon指數、McIntosh指數和Simpson指數分別比T0高30.7%、18.3%、15.5%（P＜0.05）。

表2 2014—2017年不同處理辣椒根際微生物數量和多樣性影響

3 討論與結論

辣椒是我國最為重要的風味蔬菜之一。健康的根際土壤微環境可提升辣椒產量和品質。腐植酸類物質是土壤有機質的主要成分，兼有增肥和活菌的作用，對土壤微環境有較大影響。探究不同配比腐植酸肥對根際土壤微環境的影響，分析土壤中微生物數量、群落結構和生物多樣性對于解析腐植酸對土壤微環境的影響、促進腐植酸增效肥研發具有重要意義［11，12，15-18］。

土壤微生物直接或間接地參與了土壤中幾乎所有的生物和化學反應，其數量和活性直接關系到土壤質量。微生物量C易受濕度、溫度、季節變化和管理措施的影響，是土壤微生物的綜合反映。微生物量N在整個土壤氮循環與氮轉化過程中起著重要的調節作用，是土壤微生物對氮素礦化的反映，也是土壤中微生物數量的直觀反映［8-10］。Shannon指數、Simpson指數、McIntosh指數是土壤微生物群落多樣性的常用指數［8-12］。

研究表明，腐植酸在一定程度上可以活化土壤，提升土壤微生物數量，增加微生物群落多樣性和微生物C、N含量，提升土壤健康度［19］。本試驗結果表明，施用2%、4%、6%和8%腐植酸配比復合肥的辣椒根際土壤中細菌和放線菌數量、微生物量C、微生物量N、Shannon指數、Simpson指數和McIntosh指數均高于常規復合肥，添加6%腐植酸施肥處理下，多數指標可達顯著差異水平（P＜0.05）。相較于6%腐植酸配比模式，8%腐植酸配比復合肥的細菌和放線菌數量略有提升，微生物量C和微生物量N維持平衡，Shannon指數、Simpson指數和McIntosh維持平衡或略有提升。因此，6%腐植酸復合肥配比較適宜于辣椒栽培。在2%、4%、6%和8%腐植酸配比下，同年度真菌數量較常規施肥均有明顯降低。劉亞鋒等［20］的研究表明，腐植酸可能改變了真菌的種內數量，降低了黃曲霉、輪枝孢霉等致病菌在真菌總量的占比。腐植酸可促進土壤微生物數量增加的原因可能是腐植酸肥料具有促進作物根系生長發育的作用，增加作物根系數量及其分泌物，改善土壤微環境，從而增加土壤中微生物數量［17-20］。

連作是影響作物產量和品質的重要因素之一。長期連作會導致土壤中有害真菌含量驟升，有益細菌含量顯著降低，微生物多樣性水平降低，劣化土壤營養水平。本研究在常規施肥條件下，辣椒根際土壤多項微生物特性指標呈逐年降低趨勢，連作效應對辣椒根際土壤質量影響顯著。2017年，施用6%腐植酸配比復合肥地塊的細菌、放線菌、微生物量C、微生物量N、Shannon指數、McIntosh指數相較于2014年均有所下降，但顯著高于2017年常規復合肥施用地塊。連作第四年，6%腐植酸配比下真菌含量僅為常規施肥的83.7%。以上結果表明，連作效應嚴重影響辣椒根際微生物特性，常規復合肥施用無法緩解嚴重的連作效應，而腐植酸肥料可以有效降低連作效應對辣椒根際土壤的損害。隨著腐植酸肥料施用年限的延長，其優勢逐漸體現，連作第四年依然可以維持較好的土壤品質。多項研究表明，在玉米、西瓜、棉花、小麥等作物生產中，施加一定量的腐植酸肥料可有效減弱連作障礙對作物的有害影響［10-12，21-23］。

綜上所述，腐植酸對辣椒根際土壤微生態環境可產生顯著影響，相較于普通肥料，腐植酸復合肥可提升土壤中有益細菌數量，降低有害真菌數量；提升微生物量C和N含量及微生物群落的Shannon指數、Simpson指數、McIntosh指數，從而維持土壤微生態系統的穩定性。