生草栽培對(duì)贛南臍橙土壤生物學(xué)性質(zhì)及根系分泌物的影響

管 冠, 郭富鵬, 郭等等, 張 思

(贛南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/國(guó)家臍橙工程技術(shù)研究中心,江西贛州 341000)

生草栽培是指在果樹(shù)行或整個(gè)園林種植草本中選擇合適的草種作為果園覆蓋物的一種果園管理方法,對(duì)果園土壤、生態(tài)環(huán)境、有機(jī)養(yǎng)分等具有重要作用,可顯著改善清耕管理模式所產(chǎn)生的危害。馬曉燕等在棗園中進(jìn)行了為期2年的生草栽培試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)生草栽培可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)及堿解氮、有效磷、速效鉀的含量,可以有效改善土壤的理化性質(zhì)[1]。生草栽培還能優(yōu)化果園環(huán)境,李先明等研究發(fā)現(xiàn),梨園生草能在一定程度上調(diào)節(jié)梨園的空氣溫度和空氣相對(duì)濕度[2]。生草栽培也是促進(jìn)果實(shí)優(yōu)產(chǎn)高效的有效方式,有研究表明,生草栽培對(duì)果實(shí)品質(zhì)有顯著的改善作用,可以顯著提高果實(shí)品質(zhì),增加果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)成分含量[3-4]。土壤微生物是土壤中小于5×103μm3的細(xì)小生物的統(tǒng)稱(chēng),通常指細(xì)菌、真菌與放線菌,它不但與土壤質(zhì)量、植被的生長(zhǎng)發(fā)育等息息相關(guān),使土壤具有強(qiáng)大的生命活力,還可以促進(jìn)土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量傳輸,在土壤演變和質(zhì)量方面起到很大的影響[5]。植物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收與利用以及土壤有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化都離不開(kāi)土壤微生物的作用,其含量的多少會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)狀況產(chǎn)生影響,因此對(duì)土壤微生物的影響因素進(jìn)行研究,有助于土壤微生物數(shù)量的增加,繼而可促進(jìn)植物的生長(zhǎng)及發(fā)育[6-7]。王倩等對(duì)旱地果園不同覆蓋方式進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)生草栽培可顯著提高蘋(píng)果園的土壤微生物數(shù)量,且優(yōu)勢(shì)菌是細(xì)菌[8]。王勝永等的試驗(yàn)表明,種植三葉草后可提高土壤養(yǎng)分,并有利于提高土壤微生物豐富度[9]。管冠等在贛南地區(qū)臍橙園進(jìn)行合理的生草栽培,發(fā)現(xiàn)臍橙土壤微生物數(shù)量可顯著增加[10]。土壤酶是土壤中最活躍的主要組分之一,作為土壤中各種化學(xué)反應(yīng)的主要驅(qū)動(dòng)者,土壤中絕大多數(shù)的反應(yīng)都有土壤酶的參與[11-12]。因此,土壤酶經(jīng)常被認(rèn)為是敏感且具有代表性的土壤生物學(xué)指標(biāo)之一[13]。研究表明,土壤管理措施的改變會(huì)引起土壤酶活性的波動(dòng),如增施肥料、改變耕作方式等,土壤酶活性都會(huì)受到極大影響[14]。魏倩倩等的研究表明,在蘋(píng)果園覆蓋白三葉草,覆蓋1個(gè)月及6個(gè)月時(shí)土壤蔗糖酶(SSC)、酸性磷酸酶(SACP)活性最高[15]。此外,Zheng等認(rèn)為,與清耕相比,蘋(píng)果園在覆蓋小冠花后,β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶和纖維二糖水解酶(CBH)的活性均顯著增加[16]。王元基的研究結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,蘋(píng)果園在黑麥草覆蓋下呈現(xiàn)出更高的β-1,4-葡糖苷酶、纖維二糖水解酶和β-木糖苷酶活性,玉米秸稈覆蓋下有較高的β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?NAG)和脲酶(UR)活力[17]。有研究認(rèn)為,與清耕相比,黃土高原地區(qū)蘋(píng)果園覆蓋白三葉和鴨茅會(huì)顯著增加β-1,4-葡糖苷酶(20.65%、26.07%)和纖維二糖水解酶(61.57%、69.48%)的活力,同時(shí)也有利于提高β-1,4-N-乙酰氨基葡糖苷酶和脲酶的酶活性[18]。根系分泌物主要是指植物在植株成長(zhǎng)過(guò)程中,由根系向根際周?chē)寥拉h(huán)境所釋放出的各種物質(zhì)的統(tǒng)稱(chēng)[19],其中含有一些低分子量有機(jī)物質(zhì),包括酚類(lèi)、糖類(lèi)、有機(jī)酸及氨基酸等,以及一些高分子量有機(jī)物質(zhì),如黏膠物質(zhì)和蛋白質(zhì)等[20]。根系分泌物不僅承載著植物與土壤物質(zhì)交換與信息傳遞的重?fù)?dān),還是影響根際土壤環(huán)境,改善土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因子[21]。Guo等的研究表明,根系分泌物在土壤構(gòu)造、土壤養(yǎng)分以及植被營(yíng)養(yǎng)吸收和逆境脅迫等方面發(fā)揮不容小覷的作用[22-24];閆芳芳等研究表明,果園生草后,各生草模式根系分泌物所含化感物質(zhì)含量均比對(duì)照高[25]。但是根系分泌物增多對(duì)植物來(lái)說(shuō)并非都是有利的,宋亮等研究發(fā)現(xiàn),種植苜蓿多年后,苜蓿根系會(huì)分泌酚酸類(lèi)等難以降解的自毒性化合物,會(huì)導(dǎo)致苜蓿出現(xiàn)一系列的生長(zhǎng)及病蟲(chóng)害問(wèn)題[26],這不僅不會(huì)促進(jìn)其他植物生長(zhǎng),反而會(huì)影響其正常生長(zhǎng)發(fā)育。贛南地區(qū)作為我國(guó)臍橙主產(chǎn)區(qū),其生產(chǎn)狀況不僅影響當(dāng)?shù)鼐用竦慕?jīng)濟(jì)狀況,也影響著我國(guó)臍橙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本研究采用不同的生草處理方式,以期得到生草處理下臍橙土壤生物學(xué)性質(zhì)及根系分泌物的響應(yīng)機(jī)制,進(jìn)而為促進(jìn)生草栽培模式的廣泛應(yīng)用及臍橙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取長(zhǎng)勢(shì)一致的無(wú)病毒紐荷爾臍橙一年生幼苗(贛州市俊萍果業(yè)發(fā)展有限公司)設(shè)計(jì)盆栽試驗(yàn)。盆栽土壤取自贛州市當(dāng)?shù)丶t壤,按體積比3 ∶1與有機(jī)肥充分混合,每盆含有機(jī)肥質(zhì)量約 3 kg。混合前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)6.07 g/kg、堿解氮 17.50 mg/kg、速效磷0.90 mg/kg、速效鉀 90.33 mg/kg、pH值為4.70。草種選擇禾本科百喜草(PaspalumnotatumFlugge),試驗(yàn)地點(diǎn)為贛南師范大學(xué)溫室(25.8°N,114.8°E)。

1.2 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為明確生草栽培下是草根本身或其根系分泌物兩者之一還是兩者共同對(duì)臍橙根系及其土壤產(chǎn)生影響,盆栽試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),共設(shè)置4個(gè)處理(表1)。各處理示意圖如圖1。

表1 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 取樣方法

生草試驗(yàn)于2021年1月布置完畢后,每2個(gè)月取樣1次,從2021年3月持續(xù)取樣到2022年1月,取樣方式為破壞性取樣。待測(cè)土壤樣品取自0～15 cm 土層,土壤取樣質(zhì)量為200 g/樣次,土壤樣品總共分為2份,其中一份先用不銹鋼鏟塊狀挖取,剔除雜物并自然風(fēng)干后,研磨,并分別過(guò)100目及20目篩,裝入自封袋后,放入4 ℃冰箱保存,用于酶活性、微生物數(shù)量的測(cè)定;另一份新鮮土樣剔除雜物后,過(guò)20目的篩子,4 ℃冰柜保存,用于根系分泌物的鑒定。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 土壤微生物數(shù)量測(cè)定 采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基平板混菌法進(jìn)行細(xì)菌數(shù)量的測(cè)定;采用孟加拉紅培養(yǎng)基平板混菌法進(jìn)行真菌數(shù)量的測(cè)定;采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基平板混菌法進(jìn)行放線菌數(shù)量的測(cè)定。

1.4.2 土壤胞外酶活性測(cè)定 臍橙土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法進(jìn)行測(cè)定,臍橙土壤β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、纖維二糖水解酶活性采用熒光法進(jìn)行測(cè)定。具體測(cè)定參考Wallenstein等的方法[27-29],并根據(jù)German等的測(cè)定條件略作修改[30-31]。

1.4.3 臍橙根系分泌物的鑒定 樣品前處理:取 1 g 樣品加入1 000 μL提取液[甲醇 ∶乙腈(體積比2 ∶1,含5%內(nèi)標(biāo)L-2-氯-苯丙氨酸)];渦旋30 s混勻后,冰水浴超聲萃取30 min;將樣品于-20 ℃靜置30 min,然后高速離心15 min(4 ℃,13 000 r/min);離心液取上清,裝入玻璃衍生小瓶中,氮?dú)獯蹈?于玻璃衍生小瓶中加入80 μL的甲氧胺鹽酸鹽吡啶溶液(15 mg/mL),渦旋2 min后于 37 ℃ 振蕩培養(yǎng)箱中進(jìn)行90 min肟化反應(yīng);再加入80 μL的BSTFA(含1% TMCS)衍生試劑,渦旋 2 min,再于70 ℃下反應(yīng)60 min;取出樣本后在室溫放置30 min,進(jìn)行GC-MS代謝組學(xué)分析。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤微生物數(shù)量和酶活性數(shù)據(jù)采用MS Excel 2019軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算,采用SPSS 25.0 進(jìn)行差異顯著性分析。GC-MS數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)質(zhì)譜庫(kù)(NIST、Metlin、HMDB等)檢索和解析,確定化合物結(jié)構(gòu),用R語(yǔ)言、KEGG Compound、Python軟件進(jìn)行PLS-DA分析、化合物分類(lèi)、相關(guān)性分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 生草栽培對(duì)臍橙土壤微生物數(shù)量的影響

由表2可知,生草2個(gè)月后,T3處理根際土細(xì)菌數(shù)量較T2、T1、CK處理顯著提升,T2處理非根際土細(xì)菌數(shù)量最多,較CK、T1處理分別增加190.10%、230.34%;CK處理臍橙土壤真菌數(shù)量較T2、T1、T3處理稍稍提升。生草4個(gè)月后,T1處理的根際土細(xì)菌數(shù)量較T2、CK、T3處理顯著增多,T3處理非根際土細(xì)菌數(shù)量最多,較CK處理顯著增加,增幅為317.81%;T3處理非根際土真菌數(shù)量最多,較T1、T2處理分別增加171.53%、378.08%;T1處理非根際土放線菌數(shù)量較T2、CK、T3處理顯著提升,且除CK處理外,各處理土壤放線菌數(shù)量均上升。生草6個(gè)月后,除CK處理的根際土細(xì)菌數(shù)量增加外,其余均呈下降趨勢(shì)。其中CK、T1處理根際土細(xì)菌數(shù)量高于T2、T3處理,CK處理非根際土細(xì)菌數(shù)量也顯著高于其他3個(gè)處理;根際土真菌數(shù)量沒(méi)有顯著性差異,T3處理非根際土真菌數(shù)量較CK、T1、T2處理顯著提升;T1處理根際土放線菌數(shù)量顯著高于CK、T2、T3處理,其增幅分別為49.78%、286.35%、367.41%,CK處理非根際土放線菌含量較T1、T3、T2處理顯著提升。生草8個(gè)月后,T1處理非根際土真菌數(shù)量較T3、T2、CK處理顯著提高,分別提高356.90%、763.87%、778.63%;各處理細(xì)菌、根際土真菌、放線菌數(shù)量均沒(méi)有顯著差別。生草10個(gè)月后,T3處理根際土細(xì)菌數(shù)量較T2、CK、T1處理顯著提高,分別提高94.46%、199.53%、202.39%;CK處理根際土真菌數(shù)量較T3、T2、T1處理顯著增加,非根際土真菌數(shù)量沒(méi)有顯著性差異;T3處理根際土放線菌數(shù)量顯著高于T2、T1、CK處理,其增幅分別為27.15%、74.53%、116.15%,T1處理非根際土放線菌數(shù)量最多,較T3處理增加了98.26%。生草12個(gè)月后,土壤微生物數(shù)量顯著下降。但各處理土壤細(xì)菌數(shù)量沒(méi)有顯著差別;CK處理根際土真菌數(shù)量最多,T2處理非根際土真菌數(shù)量顯著高于T1、CK、T3處理,其增幅分別為52.00%、322.20%、850.00%;各處理根際土放線菌數(shù)量沒(méi)有顯著性差異,T1處理非根際土放線菌數(shù)量最多,與T2、T3處理差異顯著。

表2 生草栽培對(duì)臍橙土壤微生物數(shù)量的影響

2.2 生草栽培對(duì)臍橙土壤胞外酶活性的影響

2.2.1 生草栽培下臍橙根際土壤胞外酶活性 不同生草處理下臍橙根際土壤胞外酶活性分析見(jiàn)表3。隨著生草時(shí)間的增加,臍橙根際土壤蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶、纖維二糖水解酶活性大都呈先降低后升高的趨向。生草2個(gè)月后,T1處理臍橙土壤蔗糖酶活性較CK、T3、T2處理分別增加37.45%、56.39%、82.73%。生草4個(gè)月后,T1處理蔗糖酶活性亦最高,較CK、T3處理分別增加8.97%、126.75%。6個(gè)月后,土壤蔗糖酶活性顯著下降,且CK處理蔗糖酶活性大于T1、T3、T2處理;隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加,土壤蔗糖酶活性稍升高,T1、T2處理表現(xiàn)較好,其中生草12個(gè)月后,T2處理蔗糖酶活性較T3、CK、T1處理顯著增高,分別增加6.14%、19.03%、65.17%。

生草2個(gè)月后,T3處理土壤β-1,4-葡糖苷酶活性顯著高于CK、T1、T2處理,增幅分別為19.85%、39.09%、41.21%,生草4～8個(gè)月后,土壤β-1,4-葡糖苷酶活性均表現(xiàn)出T2>T3>T1>CK,生草10個(gè)月后,T1處理土壤β-1,4-葡糖苷酶活性顯著高于T2、CK、T3處理,增幅分別為12.40%、13.10%、34.32%。生草12個(gè)月后,土壤β-1,4-葡糖苷酶活性均表現(xiàn)出T1>CK>T2>T3;試驗(yàn)結(jié)果表明,土壤β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?、纖維二糖水解酶活性與土壤β-1,4-葡糖苷酶活性大都表現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)。

2.2.2 生草栽培對(duì)臍橙非根際土壤胞外酶活性的影響 由表4可知,整體來(lái)看,非根際土蔗糖酶活性呈先下降后上升的趨勢(shì),β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰浮⒗w維二糖水解酶活性無(wú)明顯變化規(guī)律。生草2個(gè)月后,與CK相比,不同生草處理的土壤非根際土蔗糖酶活性均較低。生草4個(gè)月后,各生草處理非根際土蔗糖酶活性均下降,其中T2處理活性最高,與T1、CK處理沒(méi)有顯著性差異,較T3處理顯著提高,增加283.33%。生草6個(gè)月后,土壤非根際土蔗糖酶活性持續(xù)下降。生草8個(gè)月后,土壤蔗糖酶活性提升,其中T2處理蔗糖酶活性最高,較T1處理增加39.08%。

表3 生草栽培下臍橙根際土壤胞外酶活性

生草10個(gè)月后,土壤蔗糖酶活性又下降,其中T1處理土壤蔗糖酶活性最高,與T3處理差異顯著,增加34.96%。生草處理12個(gè)月后,蔗糖酶活性又上升,T1處理蔗糖酶活性最高,較CK、T2、T3處理分別提升34.28%、73.27%、45.17%。

生草2個(gè)月后,T3處理土壤β-1,4-葡糖苷酶活性最高,與CK處理沒(méi)有顯著性差異;CK處理土壤β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶、纖維二糖水解酶活性均最高。生草4個(gè)月后,T2、T3、T1處理土壤β-1,4-葡糖苷酶活性較CK處理分別提升62.91%、124.80%、213.58%;土壤β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶活性T2>T3>T1>CK;CK、T1處理土壤纖維二糖水解酶活性較T3、T2處理高。生草6個(gè)月后,β-1,4-葡糖苷酶活性T2>T3>CK>T1;土壤β-木糖苷酶活性CK處理最高;土壤β-1,4-N-乙?；被咸擒彰富钚訡K>T2>T3>T1,T2處理土壤纖維二糖水解酶活性顯著高于T3、CK、T1。生草8個(gè)月后,土壤β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡糖苷酶、纖維二糖水解酶活性均表現(xiàn)出T2>T3>T1>CK。生草10個(gè)月后,T1、CK處理土壤β-1,4-葡糖苷酶、纖維二糖水解酶活性均大于T2、T3處理,土壤β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰富钚圆町惒伙@著。生草12個(gè)月后,T1處理土壤β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?、纖維二糖水解酶活性均大于CK、T3、T2處理。

2.3 生草栽培對(duì)臍橙根系分泌物的影響

2.3.1 臍橙根系分泌物的KEGG化合物分類(lèi) 由圖2可知,生草1年后,代謝物分類(lèi)主要包括維生素類(lèi)1種、類(lèi)固醇1種、多肽類(lèi)13種、有機(jī)酸類(lèi)5種、核酸類(lèi)3種、酯類(lèi)13種、激素類(lèi)3種、糖類(lèi)7種。

2.3.2 臍橙根系分泌物PLS-DA分析 對(duì)不同生草處理下臍橙根系分泌物的差異進(jìn)行分析可知(圖3),第一主成分解釋度為55.10%,第二主成分解釋度為14.50%,累積解釋變異度為69.60%。T2處理樣本間差異較大,CK、T1、T3處理樣本間更具有相似性,離散程度小、緊挨在一起。且除T2處理外,CK、T1、T3處理均顯著分開(kāi),說(shuō)明不同生草處理下臍橙根系分泌物存在一定差異。各處理中,T1處理與CK、T2、T3處理分開(kāi)較明顯,其他處理分開(kāi)不太明顯?？梢?jiàn)不同生草處理下,T1處理發(fā)生明顯變化。

表4 生草栽培對(duì)臍橙非根際土壤胞外酶活性的影響

2.3.3 生草栽培下臍橙根系差異代謝物分析 對(duì)臍橙根系差異代謝物進(jìn)行多組比較分析可知(圖4),不同生草處理下差異代謝物三甲氧基苯酚(antiarol)、蔗糖(sucrose)、磷酸(phosphoric acid)在0.05水平上有顯著性差異,且CK處理三甲氧基苯酚表達(dá)量最高,平均相對(duì)豐度為7.057;T1處理蔗糖表達(dá)量最高,平均相對(duì)豐度為7.222 4;T2處理磷酸表達(dá)量最高,平均相對(duì)豐度為7.422 3,T3次之。葡萄糖(D-glucose)、D-阿洛糖(D-allose)在0.001水平上有顯著性差異,且均是T1處理表達(dá)量最高,平均相對(duì)分度分別為7.003 8、7.001 8。

2.4 臍橙根系分泌物與土壤生物學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析

由圖5可知,不同處理下臍橙根系相對(duì)豐度前20的代謝物與土壤微生物數(shù)量、酶活性的相關(guān)性分析結(jié)果表明,各代謝物與土壤生物學(xué)性質(zhì)指標(biāo)大都呈正相關(guān)。磷酸與土壤生物學(xué)各指標(biāo)大都呈負(fù)相關(guān),且與β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈顯著負(fù)相關(guān),但是與真菌數(shù)量呈正相關(guān),油酸甲酯(methyl oleate)亦表現(xiàn)出相似的趨勢(shì),其中β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān),與蔗糖酶活性呈顯著負(fù)相關(guān)。真菌數(shù)量與各代謝物大都呈負(fù)相關(guān)。D-阿洛糖、葡萄糖、乙縮醛(acetal)、D-甘露糖醇(D-mannitol)與β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。蔗糖與蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。甘油(glycerol)與β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。L-谷氨酸(L-glutamic acid)與真菌、放線菌數(shù)量及蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān),與β-木糖苷酶、纖維二糖水解酶活性呈顯著正相關(guān)。D-阿卓糖[D-(+)-altrose]與蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。異丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-beta-D-1-thiogalactopyranoside)與β-木糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān),與β-1,4-葡糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。1,3-丙二醇(1,3-propanediol)與細(xì)菌、放線菌數(shù)量及蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān)。阿洛酮糖(psicose)與蔗糖酶、β-1,4-葡糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān),與β-木糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)。

3 討論

3.1 生草栽培對(duì)臍橙土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物主要指土壤中體積微小的生物體,具有分布密集、種類(lèi)多的特征,一般主要指細(xì)菌 、真菌、放線菌這三大類(lèi)[32],土壤有機(jī)質(zhì)及礦質(zhì)養(yǎng)分的分解與循環(huán)、土壤肥力的保持與提升等都有賴(lài)于土壤微生物的作用[33],土壤微生物主要受土壤環(huán)境、pH值、溫度、水分等影響。

本試驗(yàn)結(jié)果表明,試驗(yàn)前期臍橙土壤放線菌數(shù)量最高,細(xì)菌次之,真菌最低,隨著生草時(shí)間的延長(zhǎng)。生草1年后,各處理土壤微生物數(shù)量較生草初始下降幅度較大,但與CK相比,T1、T2、T3處理土壤微生物數(shù)量都有增加,且T1處理土壤微生物數(shù)量大部分都高于CK處理,說(shuō)明隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加生草栽培下土壤微生物數(shù)量較清耕高。T1處理下植物凋落物的分解與礦化會(huì)提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量,草根的根系及其分泌物等也會(huì)提高土壤養(yǎng)分含量,給微生物各項(xiàng)生命活動(dòng)提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而促使土壤微生物數(shù)量的增加[18,34]。T2處理下除草根根系本體不能作用于臍橙根系及根區(qū)土壤外,其余和T1處理相似,所以T2處理下土壤微生物數(shù)量亦增加。T3處理下草根根系本體及其分泌物均與臍橙根系及根區(qū)土壤無(wú)接觸,但T3處理下植物凋落物等稍增加,且生草下土壤根區(qū)環(huán)境也會(huì)改善,所以T3處理下土壤微生物數(shù)量亦增加。但由于T3處理無(wú)根系分泌物和根系本體的作用,所以效果不如T1、T2處理好。且T1處理下土壤微生物數(shù)量大都要高于T2處理。劉業(yè)萍等也認(rèn)為,果園覆草后土壤環(huán)境改變以及植物凋落物的分解與礦化,可以改善土壤微生物的生存環(huán)境,并給微生物的生長(zhǎng)提供豐富的營(yíng)養(yǎng),從而促使臍橙土壤微生物數(shù)量增加,且細(xì)菌和真菌的多樣性和豐富度也產(chǎn)生不同程度的變化[35]。

3.2 生草栽培對(duì)臍橙土壤胞外酶活性的影響

土壤酶作為土壤中一類(lèi)具有高催化效應(yīng)的蛋白類(lèi)物質(zhì),通常由土壤動(dòng)植物殘?bào)w、土壤微生物代謝活動(dòng)以及植物根系分泌物形成[36-37]。土壤酶是評(píng)價(jià)土壤健康與否的關(guān)鍵指標(biāo),其活性反映土壤供養(yǎng)的潛在能力,也可作為評(píng)判土壤微生物活性的主要指標(biāo)[38-39],如土壤碳循環(huán)狀況可以用β-1,4-葡萄糖苷酶活性表征[40],土壤氮和磷的循環(huán)可以用β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶和酸性磷酸酶活性表征[41]。因此,探究生草對(duì)臍橙土壤酶活性的影響具有重要的理論和實(shí)踐意義。

本試驗(yàn)結(jié)果表明,生草栽培下,臍橙根際土壤酶活性大都呈先下降后上升的趨勢(shì),且試驗(yàn)后期T1處理各土壤酶活性大都高于CK處理,說(shuō)明隨著生草時(shí)間的增加,生草處理的酶活性較清耕處理高。與T3處理相比,T1、T2處理土壤酶活性大都較高,且各土壤酶活性中T1處理表現(xiàn)最好。主要是因?yàn)門(mén)1處理草根根系及其根系分泌物均參與作用,T2處理僅草根根系分泌物作用于根區(qū)土壤,T3處理草根根系及其根系分泌物與根區(qū)土壤均無(wú)接觸,再加上各處理生草后植物凋落物增加,所以生草處理下根際土各酶活性高于CK處理,且T1處理表現(xiàn)最佳。非根際土蔗糖酶活性亦呈先降低后升高的趨勢(shì),試驗(yàn)后期,整體來(lái)看土壤各酶活性仍大都表現(xiàn)出T1高于CK的趨勢(shì),且各生草處理中T1、T2處理表現(xiàn)較好。說(shuō)明生草栽培下草根本體及其根系分泌物兩者均對(duì)提高臍橙土壤酶活性起到重要的作用,且與清耕(CK)相比,各生草處理下土壤酶活性可得到不同層次的提升,并對(duì)根際土影響較大。這與焦?jié)櫚驳鹊难芯拷Y(jié)果類(lèi)似,與清耕相比,油橄欖園間作生草后,油橄欖園土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性顯著提升[42];李雪麗對(duì)松嫩草地羊草生長(zhǎng)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)羊草生長(zhǎng)可以提高土壤β-1,4-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、β-1,4-N-乙?；被咸擒彰?以及纖維二糖水解酶活性[43]。說(shuō)明生草栽培下,覆草可以增加土壤的持水能力,動(dòng)植物殘?bào)w及根系分泌物等影響土壤有機(jī)質(zhì)的輸入及土壤酸堿度[44-45],土壤肥力增加,土壤微生物活性提高,進(jìn)而土壤酶活性增強(qiáng)[46],土壤酶活性又反過(guò)來(lái)影響土壤肥力[47]。

3.3 不同生草處理下臍橙根系分泌物的變化

根系分泌物是植物生長(zhǎng)過(guò)程中向土壤釋放的大量有機(jī)物質(zhì),可作為植物與土壤能量交換的載體,對(duì)土壤環(huán)境可產(chǎn)生影響,同時(shí)其種類(lèi)和數(shù)量等也受植物種類(lèi)、生長(zhǎng)環(huán)境的影響[48]。根系分泌物種類(lèi)眾多、數(shù)量各異。本研究結(jié)果表明,生草1年后,不同處理下臍橙根系分泌物種類(lèi)沒(méi)有太大差異,主要有有機(jī)酸類(lèi)、糖類(lèi)、多肽類(lèi)、酯類(lèi)等,但與CK處理相比,T1處理與T3處理各特有1個(gè)物種,說(shuō)明生草栽培與清耕栽培相比可以提高臍橙根系分泌物種類(lèi),主要是因?yàn)楦魃萏幚硐虏莞?、草根根系分泌物、植物凋落物等共同或分別作用于臍橙根系及根區(qū)土壤,使得各生草處理下臍橙根系分泌物種類(lèi)不同程度地多于清耕栽培。而T1處理臍橙根系分泌物種類(lèi)多于T2處理,主要是因?yàn)門(mén)1處理下草根根系及其根系分泌物以及植物凋落物等共同作用于臍橙根系及根區(qū)土壤,但T2處理下草根根系不能參與作用。

臍橙根系分泌物PLS-DA分析結(jié)果表明,T1處理與CK處理有較明顯差別,說(shuō)明生草栽培下臍橙根系分泌物與清耕栽培有明顯差別,且T1處理較T2、T3處理也有明顯差別,但T2、T3處理與CK處理差別較小,主要是因?yàn)門(mén)1處理下草根根系及其根系分泌物、植物凋落物等均參與作用,但T2處理沒(méi)有草根根系的參與,T3處理草根根系及其根系分泌物均不可對(duì)臍橙根系及根區(qū)土壤產(chǎn)生影響。臍橙根系差異代謝物分析結(jié)果也表明,各處理間除三甲氧基苯酚、蔗糖、磷酸、葡萄糖、D-阿洛糖代謝物相對(duì)豐度有顯著差異外,其余代謝物差異不顯著,且還是T1處理表現(xiàn)較好。

本研究中各處理下臍橙根系分泌物與土壤生物學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果表明,各代謝物中除磷酸、油酸甲酯與土壤生物學(xué)性質(zhì)各指標(biāo)基本呈負(fù)相關(guān)外,其余各代謝物與各指標(biāo)大都呈正相關(guān),土壤生物學(xué)性質(zhì)各指標(biāo)含量會(huì)隨著根系分泌物增加而增加,根系分泌物會(huì)給土壤微生物的生長(zhǎng)提供大量的營(yíng)養(yǎng)及能量物質(zhì),相應(yīng)土壤微生物的種類(lèi)及數(shù)量就會(huì)增加,同時(shí)土壤中的酶活性也會(huì)增強(qiáng)。土壤微生物數(shù)量及酶活性的變化可以直觀地反映植物的生長(zhǎng)狀況,植物根系分泌物的種類(lèi)和數(shù)量又可以影響土壤生物學(xué)性質(zhì)的變化,從而來(lái)適應(yīng)環(huán)境的變化,保障植物的生長(zhǎng)發(fā)育[49-50]。植物根系向土壤釋放大量根系分泌物,這些物質(zhì)大都能被植物吸收利用,進(jìn)而制約土壤環(huán)境狀況[51]。

4 結(jié)論

生草栽培下,與清耕(CK)相比,無(wú)分隔(T1)、尼龍袋分隔(T2)、塑料盆分隔(T3)處理土壤微生物數(shù)量都稍有增加,且無(wú)分隔(T1)、尼龍袋分隔(T2)處理土壤微生物數(shù)量大都較塑料盆分隔(T3)處理高。生草栽培下土壤酶活性亦表現(xiàn)出類(lèi)似的趨勢(shì),且對(duì)根際土影響較大。臍橙根系分泌物共檢測(cè)到366種,生草栽培下無(wú)分隔(T1)處理臍橙根系分泌物的種類(lèi)較清耕(CK)處理多,相對(duì)豐度大都較其他處理高,且與其他處理有明顯差別。相關(guān)性分析結(jié)果表明土壤生物學(xué)指標(biāo)大都與臍橙根系分泌物呈正相關(guān)。