不同沼肥处理对葡萄栽培土壤微生物数量及酶活性的影响

毛宁 杨建霞 张希彪 王金成 马世荣

摘    要：以葡萄栽培土壤为研究对象，通过大田试验，研究了有机肥、化肥及沼渣分别和沼液配施等不同处理对葡萄栽培土壤不同土层微生物类群及酶活性的影响。结果表明，有机肥+沼液和沼渣+沼液处理土壤中细菌数量显著增加，分别增长了39.76%和79.59%，真菌数量显著减少，分别减少了43.91%和56.68%。施用沼肥+沼液及有机肥+沼液处理后，0～20 cm和20～30 cm土层土壤脲酶和蛋白酶活性均较对照显著增加，增幅为27.6%～110.6%;有机肥+沼液和化肥+沼液处理中，0～20 cm土层土壤过氧化氢酶活性显著高于对照，分别提高了25.4%和27.1%;各处理与对照相比，磷酸酶活性均无显著变化，然而沼液+沼渣处理磷酸酶活性在各土层均为最高，且显著高于化肥+沼液处理。沼渣、沼液施肥可显著提高葡萄栽培土壤中细菌和放线菌数量，改善土壤微生态环境，提高土壤蛋白酶和脲酶活力。

关键词：沼肥;葡萄栽培土壤;土壤微生物数量;土壤酶活性

中图分类号：S663.4          文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.08.010

Abstract： Taking the grope plarilint soil as the research object， through field experiment， this study focused on the effects of the combined fertilization of  organic manure， chemical fertilizer， biogas residue and biogas slurry on the microbial groups and enzyme activities in grape planting soil. The results showed that the number of bacteria in the soil treated with organic fertilizer+biogas slurry and biogas residue+biogas slurry increased by 39.76% and 79.59% respectively， and the number of fungi decreased by 43.91% and 56.68% respectively. In the biogas residue +biogas slurry and organic fertilizer+biogas slurry treatments， the urease and protease activities in 0～20 cm and 20～30 cm soil layers increased significantly compared with the control， with an increase of 27.6%～110.6%; in organic fertilizer+biogas slurry and chemical fertilizer+biogas slurry treatments， the catalase activities in 0～20 cm soil layers were significantly higher than the control， with an increase of 25.4% and 27.1%， respectively. The phosphatase activities in each treatment had no significant change. However， the phosphatase activity of biogas slurry + biogas residue treatment was the highest in all soil layers， and was significantly higher than that of chemical fertilizer+biogas slurry treatment.  Biogas residue and biogas slurry treatment could significantly increase the number of bacteria and actinomycetes in grape soil， improve the soil micro ecological environment， and increase the activity of soil protease and urease.

Key words： biogas manure; grape planting soil; soil microbial community; soil enzyme activity

近年來，随着化肥的大量使用及作物栽培年限的增加，土壤质量下降导致农作物连续高产受到很大程度限制[1]。施用微生物发酵肥替代化肥是农产品优质高产、实现农业可持续发展的有效途径[2]。

沼肥是农家肥等有机物腐熟发酵之后的产物，其通过厌氧发酵和多种复杂的生化过程可有效降解大分子有机物为易吸收的小分子物质，并杀灭虫卵和致病菌。其富含大量元素、微量元素、多种氨基酸、B族维生素、水解酶、有机酸和植物激素等[3]。因此，沼渣常用做底肥、叶面肥等，沼液常可取代化肥用做追肥。近年来，随着沼气发酵技术的不断发展和广泛应用，沼肥在我国大量产出，并在农村设施栽培和生态物质循环中起着重要作用[4]。然而，随着沼渣沼液排放量的增加，由于沼肥成分相对比较复杂，各地产沼肥成分差异较大，其对不同农作物肥效并不相同，对农林土壤环境的影响也日益增大。

土壤酶和微生物是重要的土壤肥力因子，它们一起推动着土壤的生物化学过程，是敏感的土壤质量指标[5-6]。目前对沼肥处理下作物土壤酶活性及微生物生态等环境因子的影响的均有研究[7-9]，但是土壤组成结构复杂，不同地区土壤理化性质各异，目前关于沼液还田的研究主要集中在作物产量[10]、肥料利用效率、土壤碳、氮矿化[11-12]、微生物数量[13-14]等方面，而且主要以单施沼液为主[15]。关于沼液还田，尤其是陇东黄土高原地区沼液、化肥配施对露地葡萄栽培土壤微生物菌群结构、土壤酶活的交互效应及环境评价报道较少。

本研究以沼液、沼渣作为还田肥料，通过与有机肥、化肥对比施肥试验，探讨不同施肥处理对葡萄园栽培土壤微生物和酶活性的影响，确定最优施肥方案，为沼肥在当地的广泛高效应用及沼气资源农业循环利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验样地位于甘肃省庆阳市镇原县郭塬王沟圈村葡萄园。该地位于甘肃省最东部，属黄河中游内陆地区。以大陆性气候为主，年平均气温9.5～10.7 ℃，无霜期140～180 d，年平均降水量为485 mm。土壤质地为黄绵土。土壤基础养分状况为：有机质 25.61 g·kg-1，碱解氮 86.28 mg·kg-1，速效磷 16.23 mg·kg-1，速效钾287.12 mg·kg-1。

1.2 试验材料

沼肥包括沼液和沼渣，取自正常产气3个月以上的沼气池，经过滤后使用。由庆阳市镇原县鸿翔养殖专业户提供，为牛粪发酵的残留物。沼渣、沼液主要肥效成分（测定地点：兰州市化肥农药农膜商品质量监督检验测试中心）：（1）沼液：有机质1.2%，总养分（N+P2O5+K2O）为0.8%，总氮为0.2%，磷为0.2%，钾为0.4%，待测的重金属中，除Pb外，含量为20 mg·kg-1（≤50）， As、Hg、Cd、Cr等其他重金属含量均为0 mg·kg-1（未测出），符合国家标准。（2）沼渣：有机质2.4%，总养分（N+P2O5+K2O）為1.2%，总氮为1.0%，磷为0.6%，钾为0.8%，重金属与沼液测定结果相同。

有机肥为腐熟牛粪，化肥包括：尿素，硫酸钾和磷酸氢二铵（简称二铵）。试验栽培葡萄品种为夏黑葡萄，种植密度为4 500株·hm-2，种植年限4 年。

1.3 试验方案及土样采集

本试验于2017年5月在庆阳市郭塬王沟圈村葡萄园进行，采用有机肥、化肥、沼渣和沼液配施，设4种不同施肥处理：（1）对照：农户常规施肥，不施底肥;（2）有机肥+沼液;（3）化肥+沼液;（4）沼渣+沼液。

每处理重复3次，随机排列，每小区面积25 m2。其中化肥施用量按当地测土配方施肥法确定，纯有机肥区和纯沼渣肥区按当地施肥习惯确定。不同处理追施沼液或化肥时，保持灌水量相同，其它管理措施与当地大田一致。具体施肥种类、时期及用量见表1。

每小区用蛇形取样法采集土样，用土钻分别取不同深度（0～20、20～30、30～50cm）的土壤样品1 kg，4分法混匀后分为2份，一份鲜土样24 h内测定土壤微生物，另一份土样风干后、过1 mm尼龙筛测定土壤酶活性。

1.4 土壤酶活测定

过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法、脲酶采用靛酚比色法、蛋白酶采用茚三酮比色法、磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法[17]。

1.5 土壤微生物测定

采用参考文献[18]平板涂布法测定土壤中细菌、真菌及放线菌数量，同时计算B/F值（即细菌与真菌数量比值）。细菌用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌用孟加拉红培养基，放线菌用改良高氏1号培养基[18]。

1.6 数据处理

每个指标做3次重复，结果取平均值，并计算标准差。用Excel进行数据整理，用SPSS 16.0进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理土壤微生物数量

从表2可见，不同施肥处理对葡萄种植土壤3大类群微生物数量均有显著影响。与常规施肥相比，有机肥+沼液和沼渣+沼液处理土壤中细菌数量显著增加，分别增长了39.76%和79.59%，真菌数量显著减少，分别减少了43.91%和56.68%。化肥+沼液处理结果与之相反，细菌和放线菌数量均较常规施肥降低，分别减少了10.77%和63.81%，而真菌数量显著上升，提高了20.58%。有机肥+沼液和化肥+沼液处理中放线菌数量均显著降低，分别减少了22.94%和63.81%。

综合来看，沼渣+沼液处理中细菌、放线菌及有机肥+沼液处理中细菌数量均明显上升，而真菌数量显著降低，说明土壤微生物区系有向细菌型转变的趋势;而化肥+沼液处理中趋势相反，放线菌数量显著减少、真菌积累可能会提高土传病害发生的几率，这可能与化肥长期施用后土壤理化性质及微生境变化导致 pH值下降有关。而土壤B/F值变化规律表现为：沼渣+沼液>有机肥+沼液>化肥+沼液，由此可更明显的看出，施用沼渣+沼液可显著改变土壤微生物构成，使葡萄种植土壤微生物组成由真菌型往细菌型转变。沼渣和有机肥作为基肥均能较好的改善土壤微生态环境，增加土壤有机质含量，并积累大量微生物生长必须的碳和氮及多种生长因子，为微生物的繁殖和积累提供较好的营养基质和生存条件。

2.2 不同施肥处理土壤蛋白酶活性

蛋白酶能促进土壤中氮素的转化，使蛋白质水解生成肽和氨基酸，使蛋白质等含氮化合物水解为氨，供植物吸收利用[17，19]。不同土层深度样品中，各施肥处理土壤蛋白酶活性变化趋势均为：沼渣+沼液>有机肥+沼液>化肥+沼液>对照（图1）。其中0～20 cm土层蛋白酶活性最高，沼渣+沼液和有机肥+沼液处理均较对照显著增加，分别增加了110.6%和63.8%;20～30 cm土层沼渣+沼液和有机肥+沼液处理亦较对照显著增加，分别增加了29.8%和31.2%;30～50 cm土层各处理样品蛋白酶活性无显著差别。这说明沼渣+沼液处理对土壤蛋白酶性有较好的的促进作用，这可能是由于沼渣中含有较多类似蛋白酶活性物质。从图1还可看出，表层（0～20 cm）和亚表层（20～30 cm）土壤酶活性高于深层土壤（30～50 cm），这与土壤物理性质相关，随着土层加深，土壤的透气性变差，微生物活动减少，从而降低了土壤蛋白酶活性。

2.3 不同施肥处理土壤磷酸酶活性

磷酸酶可催化土壤中的有机磷转化为无机磷，而无机磷在土壤中的利用率更高，故土壤磷酸酶对土壤磷的高效利用具有重要意义[17，19]。图2表明，0～20 cm土层各施肥处理磷酸酶活性与对照组相比差异均不显著，而沼渣+沼液和有机肥+沼液处理中磷酸酶活性均显著高于化肥+沼液处理，分别提高了15.6%和14.3%。20～30 cm土层各处理与对照相比亦无显著差异，沼渣+沼液处理磷酸酶活性显著高于有机肥+沼液和化肥+沼液处理;30～50 cm土层沼渣+沼液处理磷酸酶活性显著高于其他处理。随着土层加深，磷酸酶活性逐渐降低，各处理表层（0～20 cm）和亚表层（20～30 cm）的土壤磷酸酶活性相对较高。

2.4 不同施肥处理土壤脲酶活性

脲酶是土壤氮循环的一种关键酶，在土壤中广泛存在，能分解尿素，使其水解成氨和二氧化碳，其活性在一定程度上决定着土壤氮肥的利用率[20]。图3表明，0～20 cm土层，各处理土壤脲酶活性顺序为：沼渣+沼液>有机肥+沼液>化肥+沼液>对照，各处理间差异均达显著水平，其中沼渣+沼液和有机肥+沼液处理脲酶活性较对照分别高出42.1%和27.6%;20～30 cm和30～50 cm土层，沼渣+沼液和有机肥+沼液处理脲酶活性均显著高于其他处理，化肥+沼液处理脲酶水平最低，沼渣+沼液和有机肥+沼液处理无显著差异。各处理土壤脲酶活性均表现为由表层—深层逐渐降低。

2.5 不同施肥处理土壤过氧化氢酶活性

土壤过氧化氢酶可促进过氧化氢的分解，从而可减少过氧化氢对作物的毒害作用，且与土壤碳素和有机质的循环转化密切相关[21]。由图4可知，0～20 cm土层有机肥+沼液和化肥+沼液处理中土壤过氧化氢酶活性均显著高于对照，分别高出25.4%和27.1%，沼渣+沼液处理与对照无显著差别。20～30 cm土层内，有机肥+沼液处理过氧化氢酶活性显著高于对照，高出15.3%，其他处理与对照差别不显著;30～50 cm土层化肥+沼液处理土壤过氧化氢酶活性显著低于其他3种处理。此外，随着土层加深，对照组土壤过氧化氢酶活性逐渐升高，而化肥+沼液处理逐渐降低，其他2种处理过氧化氢酶活性无明显变化。

3 结论与讨论

土壤微生物作为分解者，对于土壤新陈代谢具有重要作用，是土壤养分吸收与转化的推动力之一，与土壤肥力密切相关[22]。已有研究表明，沼渣作为基肥，可对蓝莓[3]、枸杞[10]、水稻[11]、西兰花[15]、玉米[16]、娃娃菜[23]等多种作物根际土壤微生物数量组成有显著影响。本试验结果表明，沼渣+沼液处理葡萄栽培土壤中细菌和放线菌数量均显著增加，分别增长了79.59%和12.67%，真菌数量显著减少，较对照降低了56.68%，其B/F值最高，为129.9。有机肥+沼液处理细菌数量显著上升，而发放线菌和真菌数量显著下降，其B/F值为78.1;化肥+沼液处理结果与之相反，细菌和放线菌数量均较常规施肥降低，分别减少了10.77%和63.81%，而真菌数量显著上升，其B/F值最低，为23.2。由此说明，沼渣作为基肥施入，相比传统农家有机肥和化肥，使葡萄种植土壤微生物区系有向细菌型转变的趋势。此外，由有机肥+沼液处理和对照相比可看出，沼液作为追肥喷施亦能较好的改善土壤微生态环境。综合来看，通过沼渣和沼液处理，可增加土壤并积累大量微生物生长必须的碳和氮及多种生长因子，为微生物的繁殖和积累提供较好的营养基质和生存条件，调节土壤微生物组成，降低土传病害的发生率，利于保持土壤质量和作物生长。

土壤酶活性可反映土壤中各种生物化学过程的方向和强度，从而可作为衡量土壤性质和肥力水平的重要指标[23-24]。本试验中，施用沼肥+沼液及有机肥+沼液处理后，0～20 cm和20～30 cm土层土壤脲酶和蛋白酶活性均较对照显著增加，增幅为27.6%～110.6%;有机肥+沼液和化肥+沼液处理中，0～20 cm土層土壤过氧化氢酶活性显著高于对照，分别提高了25.4%和27.1%;各处理与对照相比，磷酸酶活性均无显著变化，然而沼液+沼渣处理磷酸酶活性在各土层均为最高，且显著高于化肥+沼液处理。

总体而言，沼渣+沼液处理对于土壤脲酶和蛋白酶活性具有明显促进作用，这可能是由于土壤脲酶和蛋白酶均与土壤氮素循环密切相关，而沼渣+沼液处理中土壤微生物组成逐渐向细菌型转变，各种功能菌群数量增加，土壤微生态的改善刺激并加速了土壤氮素循环，从而增加了氮素转化相关酶类的活性。

有机肥+沼液与化肥+沼液处理土壤过氧化氢酶活性均较对照显著增高，由于过氧化氢酶具有清除自由基的抗氧化作用[25]，说明沼液作为追肥喷施不但能改善土壤微生态环境，而且能够增加土壤减毒能力。各处理与对照相比，土壤碱性磷酸酶变化不显著，原因可能是由于磷酸酶主要通过促进有机磷及无机聚磷酸盐转化为正磷酸盐供给作物吸收，而这些含磷肥料在施入土壤后容易被土壤盐离子包被形成配合物而降低其转运效率与作物的可利用性[17]，从而抑制了土壤碱性磷酸酶活性的表达。

不同处理土壤蛋白酶和脲酶均总体表现为上层土壤大于深层土壤，而磷酸酶和氧化还原酶活性随土层深度增加规律并不明显。这可能是由于供试土壤类型、理化性质和特殊的生态特征影响，及过氧化氢酶和磷酸酶对试验处理引起的环境变化响应相对较弱所致。

综上所述，沼渣作为底肥、沼液作为追肥可显著提高葡萄栽培土壤中细菌和放线菌数量、改善土壤微生态环境，提高土壤蛋白酶和脲酶活力。土壤酶活性的提高又会加速土壤养分循环利用，减少土壤中全氮磷钾等大量元素的累积，促进其向速效养分方向转化。由此可见，土壤作为一个复杂的生态系统，沼渣基肥和沼液追肥配施对于降低化肥用量，提高土壤肥力具有重要作用，并在绿色农业及沼气产业可持续发展等方面具有广阔的应用前景。

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