不同施肥模式对龙竹土壤酶活性及微生物的影响

朱礼月，宋 卫，刘蔚漪，辉朝茂，涂丹丹

(西南林业大学 丛生竹工程技术研究中心，云南 昆明 650224)

土壤具有保护环境、维持生物生产力的作用，能为动植物提供合适的生存条件[1]，其受到水、热、气、肥等多种因素影响，在一系列有效培育措施下，可让植株具备更加适宜的生长条件. 土壤酶活性和土壤微生物是评价土壤肥力的重要指标[2]，土壤酶是土壤生态系统进行各种生命活动的一种重要催化物质，可提高林地的代谢能力，带动土壤物质循环和能量转化，参与土壤有机质循环分解、密切影响土壤质量，在促进土壤生化反应方面发挥着重要作用[3-4]. 有研究表明，土壤微生物如细菌、放线菌、真菌在土壤中变成腐殖质，通过吸收、转化动物残体等分解过程，从而增加土壤养分. 土壤微生物和酶活性则会受水分、施肥等因素影响[5-6]，通过施加有机肥，可提高土壤养分含量、微生物数量以及土壤酶的活性[7]，同时施加含碳、氮的肥料能加快微生物新陈代谢，促进微生物的繁殖[8]. 相关研究发现，具有较高肥力水平的土壤施肥后可有效促进土壤微生物大量繁殖生长，施有机肥、氮肥和磷肥对土壤细菌和真菌群落多样性分布的影响比对照显著[9-10].

龙竹(Dendrocalamus giganteusMunro)属禾本科(Gramineae)竹亚科(Bambusoideae)牡竹属(Dendrocalamus)，是世界上最大的竹子之一，龙竹杆高约20～30 m，胸径约15～30 cm[11]. 在中国西南地区，龙竹是一个分布广泛、种植覆盖面积较大、生产量高的大型丛生竹林种类，秆型高大、材质坚韧，用途广泛，是云南省发展人工竹林的主要典型代表性栽培竹种[12]. 现阶段，对龙竹主要开展了栽培技术、竹材性质、病虫害等方面的研究，比较全面的竹类施肥研究主要集中在毛竹等散生竹类中并且效果显著[13]. 目前云南龙竹栽培技术落后，多为粗放经营，竹材的产量和质量远低于市场需求，随着竹产业发展，对竹材的需求量越来越大，而江浙一带毛竹的经营方式值得我们借鉴. 现在农村劳动力向城市流动，不仅难以找到合适的劳工，且劳动力成本也非常高，如果能利用竹腔肥则能大大减低劳动力成本；采用有机肥能够就地取材，同时能有效解决农村环境污染的问题；绿肥实施方便，能有效改善土壤质量. 为探究有机肥、复合肥、竹腔肥、绿肥等不同施肥模式对龙竹土壤酶活性与微生物量的影响，调整龙竹的施肥配比、施肥模式，推动云南西南部龙竹培育技术的发展，试验对人工龙竹林不同施肥模式后的土壤特性进行了分析，为云南省龙竹竹材大面积生产提供一些有价值的施肥建议，促进龙竹的经济效益和生态效益的提升.

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验于2018 年11 月在云南省临沧市沧源县勐角乡勐甘村(99°15′11.52″～99°15′12.96″E， 23°11′13.15″～23°11′17.72″N)试验地进行. 试验地海拔1 330～1 350 m，属亚热带低纬山地季风气候，年平均气温17.2 ℃，年平均降雨量1 425～1 595 mm，全年近4/5 时间为无霜期，年极端最高气温34.6 ℃，最低气温-1.3 ℃，年日照时数2 115 h，属于适宜龙竹生长的区域.

1.2 试验设计 试验共选取330 丛龙竹，设置5 个小区分别为A、B、C、D、CK，每个小区66 丛(面积约0.2 hm2) , A 小区施有机肥，B 小区施复合肥，C 小区施竹腔肥，D 小区施绿肥，CK 为对照组（表1）. 根据研究项目组前期丰产试验确定复合肥施肥量为5 kg/丛，氮、磷、钾配比为22∶8∶15，有机肥经测定氮、磷、钾配比为5.6∶2.1∶4，结合复合肥氮、磷、钾配比计算，有机肥施肥量20 kg/丛；竹腔肥由江西省林科院和江西省林业科技推广总站研发，参照毛竹竹腔施肥的用量进行，2 mL/株；绿肥种类为光叶紫花苕子(Vicia sativaL.)，生产厂家推荐用量为75 kg/hm2.

表1 试验因素水平表Tab. 1 Test factor level table

1.3 样品采集

1.3.1 土样采集 2019 年11 月进行土样采集及测定，在每个处理样地随机选取3 个竹兜根部，利用五点梅花采样，采集表层0～20 cm 的土壤进行均匀混合，剔除植物根系和大块石砾后分成等量的3 份，分别装入写好标签的自封袋中，其中2 份于冰箱中4 ℃ 放置，用于土壤酶活性和微生物的测定，1 份放常温，用于测定土壤其他性质.

1.3.2 新竹生物量采集 2019 年12 月进行新竹生物量数据采集测定，对5 个小区15 块样地共330 丛龙竹进行每木检尺调查，并按样地立竹的径级(1.0～20.0 cm)分布情况每个小区分别选择6～8 cm、10～12 cm、14～16 cm 样竹各3 株，共45 株. 将样竹的竹秆、竹枝、竹叶分离，然后称量鲜重并采样，将样品置于105 ℃的烘箱中烘至恒量，最后计算出单株生物量.

1.4 测试方法

1.4.1 土壤酶活性测定 土壤酶活性参照文献[14]中的方法进行测定，其中脲酶(Ure)活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定，蔗糖酶(Suc)活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定，酸性磷酸酶(Acp)活性采用磷酸苯二钠比色法测定，酸性蛋白酶活性采用茚三酮比色法测定.

1.4.2 微生物测定 土壤微生物计数采用稀释涂布平板法[15]. 细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌采用马丁式琼脂培养基，放线菌采用高氏1 号培养基，固氮菌采用阿须贝培养基. 土壤微生物数量按照每g 干土形成的菌落数表示.

1.5 数据分析 利用SPSS22.0 软件对数据进行方差分析和相关性分析，5 种施肥水平作为处理变量，所有处理的平均值采用单因素方差分析法ANOVA进行显著性检验（P<0.05），采用Microsoft Excel 2010软件整理和作图.

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对龙竹土壤酶活性的影响

2.1.1 对土壤酸性磷酸酶活性的影响 如图1 所示，A 和D 的酸性磷酸酶活性与CK 相比较显著增加(P<0.05)，分别增加2.30%和6.20%. B 和C 的土壤酸性磷酸酶活性与CK 相比有所降低，降幅为1.55%、22.74%. 不同施肥模式对龙竹土壤酸性磷酸酶活力影响为(μmol·g-1·d-1)：D(4.796)>A(4.620)>CK(4.516)>B(4.446)>C(3.489).

2.1.2 对土壤蔗糖酶活性的影响 如图1 所示，D、B 和A 的土壤蔗糖酶活性与CK 相比较显著增加，分别增加30.68%、3.67%和1.06%，而C 的土壤蔗糖酶活性与CK 相比降幅为29.16%. 不同施肥模式 龙 竹 对 土 壤 蔗 糖 酶 活 力 影 响 为(mg·g-1·d-1)：D(31.567)>B(25.043)>A(24.411)>CK(24.156)>C(17.123).

图1 不同施肥模式对龙竹土壤酶活性的影响Fig. 1 Effects of different fertilization methods on soil enzyme activity of D. giganteus

2.1.3 对土壤酸性蛋白酶活性的影响 如图1 所示，A、B 和C 的酸性蛋白酶活性比CK 显著增加28.92%、62.10%和60.57%，D 与CK 的酸性蛋白酶相接近，只低0.84%. 不同施肥模式对龙竹土壤酸性蛋白酶活力影响为(mg·g-1·d-1)：B(4.461)>C(4.419)>A(3.548)>D(2.775)>CK(2.752).

2.1.4 对土壤脲酶活性的影响 如图1 所示，A、B、C 和D 的土壤脲酶活性与CK 相比均有所降低，降幅为93.32%、82.53%、72.30%、54.68%. 不同施肥模式对龙竹土壤脲酶活力影响为(μg·g-1·d-1)：CK(661.956)>D(299.993)>C(183.352)>B(115.645)>A(44.210).

2.2 不同施肥模式对土壤微生物的影响

2.2.1 对土壤细菌数量的影响 如图2 所示，A、C 和D 的细菌数量与CK 相比均显著增加，幅度分别为194.78%、88.44%、321.28%、1 069.07%. 不同施肥模式对龙竹土壤细菌数量影响为(cfu·g-1)：D(1.044×108)>C(0.376×108)>A(0.263×108)>B(0.168×108)>CK(0.089×108).

2.2.2 对土壤真菌数量的影响 如图2 所示，A、B、C 和D 的真菌数量与CK 相比均有所降低，降幅为63.48%、58.26%、60.29%、76.06%. 不同施肥模式土壤真菌数量影响为(cfu·g-1)：CK(0.575×107)>B(0.240×107)>C(0.228×107)>A(0.210×107)>D(0.138×107).

2.2.3 对土壤放线菌数量的影响 如图2 所示，A、C 和D 的放线菌数量与CK 相比均显著增加107.82%、19.03%、3.42%、34.16%. 不同施肥模式对龙竹土壤放线菌数量影响为(cfu·g-1)：A(1.42×107)>D(0.92×107)>B(0.81×107)>C(0.71×107)>CK(0.68×107).

2.2.4 对土壤固氮菌数量的影响 如图2 所示，A、B 和D 的固氮菌数量比CK 显著增加，幅度分别为40.61%、30.51%、37.45%，C 的固氮菌数量与CK 相比有所降低，降幅为7.96%. 不同施肥模式对龙竹土壤固氮菌数量影响为(cfu·g-1)：A(4.59×105)>D(4.49×105)>B(4.26×105)>CK(3.27×105)>C(3.01×105).

图2 不同施肥模式对土壤微生物的影响Fig. 2 Effects of different fertilization methods on microbial quantity in rhizosphere of D. giganteus

2.3 土壤酶活性与微生物量的相关性分析 由表2可得出，酸性蛋白酶与脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性之间显著负相关（r=-0.589*、r=-0.550*、r=-0.625*），酸性磷酸酶与蔗糖酶活性极显著正相关（r=0.781**），脲酶与蔗糖酶、酸性磷酸酶活性之间相关性不显著. 脲酶与真菌数量呈极显著正相关（r=0.828**），与放线菌数量呈显著负相关（r=-0.571*），而与细菌、固氮菌数量之间相关性不显著. 蔗糖酶与固氮菌数量呈极显著正相关（r=0.695**），与细菌数量呈显著正相关（r=0.570*），而与真菌、放线菌数量之间相关性不显著. 酸性磷酸酶与固氮菌数量呈极显著正相关（r=0.689**），而与细菌、真菌、放线菌数量之间相关性均不显著.酸性蛋白酶则与4 种微生物数量之间相关性均不显著.

表2 土壤酶活性与微生物数量的相关矩阵Tab. 2 Correlation matrix between soil enzyme activity and the number of microorganisms

2.4 不同施肥模式对龙竹新竹生物量的影响 生物量直观地反映出龙竹新竹的生长情况. 由表3 可知，A、B 和C 龙竹新竹的总生物量比CK 分别增加了72.55%、246.43%、31.14%，D 的龙竹新竹总生物量比CK 则下降24.53%. 其中施用复合肥的林分龙竹新竹平均胸径最大，各林分新竹生物量 排 序 为（kg·hm-2）：B(48 127.18)>A(23 971.13)>C(18 218.58)>CK(13 892.14)>D(10 484.75).

表3 不同施肥模式龙竹新竹生物量Tab. 3 The biomass of new D. giganteus bamboos with different fertilization modes

3 讨论与结论

3.1 讨论 施肥会显著改变土壤酶活性，而酶活性提高会促进土壤代谢，同时使土壤养分所处的形态发生变化，进而提高土壤肥力并改善土壤性质[16-17]. 研究表明绿肥可显著提高龙竹林土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性，与叶协锋等[18]对植烟的研究结果相同. CK 的土壤脲酶活性最高，而施肥对龙竹土壤脲酶活性无积极影响，反而对其产生抑制作用，这与周东兴等[19]对玉米、大豆的研究结果相反，这可能与试验地立地条件、土壤性状、施肥用量配比以及施肥时间不同有关.

研究中绿肥处理的细菌数量显著高于其他处理，这与谭杰辉、严嘉惠、杜威等[20-22]对黄土高原半干旱土壤、水稻的研究结果相同，表明绿肥能提高土壤质量，使土壤保持相对较高的含水量，为微生物生长提供良好的生存环境，增加细菌数量[21-23].施有机肥的土壤放线菌、固氮菌数量显著高于其他处理，与李俊强等[24]的研究结果相同，CK 的真菌数量最高，与徐双[25]等的研究结果相反，结果表明施肥对龙竹土壤真菌数量起抑制作用，可能与施肥能促进某些特定微生物生长、抑制其他微生物生长，导致真菌多样性下降有关[26]. 总体而言，与CK 相比，施肥显著提高了龙竹土壤微生物数量.

土壤酶活性与土壤微生物相互关联，二者与植物生长关系密切[27-28]. 不同土壤酶之间存在某种共同底物，其中一种酶与之结合后，会释放信息物质激活或抑制其他酶的活性[29]. 研究中酸性蛋白酶与脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性之间显著负相关，酸性磷酸酶与蔗糖酶活性极显著正相关；脲酶与真菌数量呈极显著正相关，与放线菌数量呈显著的负相关，结果与马朋等[30]的研究结果有相似之处，这可能与真菌是脲酶产生的组成物质之一，而脲酶质量随真菌数量增加而增加有关[31]. 脲酶与放线菌数量呈显著负相关，可能是放线菌分泌物存在脲酶抑制物以及试验地土壤特性不同所导致. 研究中蔗糖酶与固氮菌数量呈极显著正相关，与细菌数量呈显著正相关，表明蔗糖酶与细菌群落转化有直接关联，蔗糖酶可使植物根际分泌物发生变化，促进细菌和真菌的生长与代谢[32]. 酸性磷酸酶与固氮菌数量呈极显著正相关，说明固氮菌显著影响酸性磷酸酶活性，原因可能是土壤固氮菌会通过调节自身代谢去适应环境的酸碱变化[33].

本研究中施用复合肥后的龙竹新竹胸径和生物量最大，竹腔肥的胸径低于复合肥及有机肥，高于CK 但促进作用不明显，这与杨慧英等[34]研究得出施竹腔肥能显著促进毛竹成竹量和新竹平均胸径的结果不同. 结果不一致的原因可能有以下几点：一是施肥时间都安排在发笋期结束后，但毛竹与龙竹的发笋期不一致，毛竹发笋期在上半年4～6 月份左右[34-36]，而龙竹发笋期为下半年6～10 月份[37]，施肥时林地环境条件不同；二是试验地为龙竹试验示范林的私人承包林地，竹林整体管理较为精细，施肥地块在试验前每年进行林地抚育. 因此，竹腔施肥对龙竹新竹生物量的影响不显著，对龙竹的增产效果没有复合肥和有机肥明显.

施绿肥和有机肥后的龙竹林地土壤酶活性及微生物数量表现良好，但新竹生物量的增产效果不如复合肥，这可能由于绿肥和有机肥短期内可提升土壤质量，但肥效反应需要一个长期过程，同时绿肥肥效与土壤环境、管理措施、不同种类绿肥混合相关联[38]. 本次试验仅施用单一绿肥，对于龙竹生长的促进效果不明显，需将绿肥与其它种类的肥料合理配施或者是多种绿肥混合配施才能够有效提升产量[39]. 研究仅采集了1 年的试验数据，结论仅是短期结果的呈现，对于不同施肥模式对龙竹生长的长期影响机制有待进一步跟进，后续将对此深入研究讨论.

3.2 结论 施肥改善了研究区龙竹土壤质量，显著影响土壤酶活性和土壤微生物数量，施肥后土壤酶活性与微生物二者相互影响关联. 受限于试验时长，绿肥与有机肥肥效暂未有效发挥，复合肥对龙竹新竹胸径及生物量的影响明显高于有机肥、竹腔肥和绿肥.