不同施肥对葡萄苗根际微生物量、土壤酶活性和生理的影响

刘 芳，汪航飞，蒲春燕，蔡紫阳，吴三林

（乐山师范学院生命科学学院，四川 乐山 614000）

葡萄（Vitis viniferaL.）作为世界四大水果之一，美味可口，深受人们的喜爱。近年来，葡萄种植在我国迅猛发展，年产量由2010 年的813.5 万t，增加到2020 年1 431.4 万t[1]。葡萄植株根系发达、蔓多叶大、长势强和果多产高，故对养分的需求量也较大[2]，部分葡萄种植户为了追求经济效益，长期大量地施用化肥，导致土壤理化性状发生改变，进而造成土壤板结、土壤养分失调和土壤肥力下降，土壤微生物结构数量失衡，更严重的破坏葡萄根际微环境[3-5]。根际微环境是指土壤-根系-微生物相互作用的微区域[6-7]。健康的根际微环境则具有较高的根际微生物的数量和种类，丰富的根际微生物不仅能参与土壤生态系统中有机质的分解、腐殖质的形成等物质循环和能量流动[8]，还能和植物根系形成一种共生体结构，增强植物的抗逆性[9]。根际微生物组被认为是植物第二基因组的一部分[10]。并认为可通过改善根际微生物结构，可提高土壤酶活性，改善植物生长的土壤微环境，进一步促进植物生长和发育[11]。

研究表明，施用微生物菌肥，有机肥等措施均能改善根际微环境。而健康的根际微环境不仅需要较高土壤有机质含量，还需要适宜的土壤酸碱度和湿度[12]。竹纤维菌肥是将改性后的竹纤维融合到微生物肥中，形成的具有超强持水性的新型微生物肥，能长时间维持土壤湿润，持续改善土壤养分转化与利用，显著促进根系生长，有效解决植物根际微生物在土壤中的适应性问题[13-16]。

本试验研究不同施肥处理对3个品种的葡萄苗根葡萄根际微生物的数量、土壤酶活性及葡萄生长的影响，以期为竹资源的开发利用，果园葡萄根际微环境的改善，提供行之有效的参考。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2021年2—4月进行。试验区位于四川省乐山市五通桥区冠英镇牟子嘴，东经103°43＇53″，北纬29°29＇45″，海拔323.96 m。试验地为黏性土壤，土壤肥力一致，有机质3.44%。

1.2 试验材料

供试葡萄品种为妮娜女王（Nina Queen）、夏黑（Summer Black）和阳光玫瑰（Shine Muscat）。供试肥料为腐熟鸡粪有机肥（有机质含量≥45%，氮磷钾≥5%）、“凯尔丰”微生物菌肥（由四川凯尔丰农业科技有限公司生产，有效活菌数≥0.2亿/g，有机质含量≥35%，N+P2O5+K2O≥8.0%，含腐殖酸、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和胶冻样类芽孢杆菌）、“科斯润”竹纤维微生物菌肥（由竹类病虫防控与资源开发四川省重点实验室提供，有效活菌数≥5 亿/g，有机质含量≥60%，含改性竹纤维多糖、枯草芽孢杆菌和棕色固氮菌）。

1.3 试验处理

葡萄采用Y 形架式种植，株行距为3 m×2 m。各品种以单株葡萄为单位，分别设置3种施肥方式：CK 组施加腐熟有机肥4 500 kg/hm2；复合微生物菌肥组施加腐熟有机肥2 250 kg/hm2+普通微生物菌肥1 800 kg/hm2；竹纤维菌肥组施加腐熟有机肥2 250 kg/hm2+竹纤维微生物菌肥120 kg/hm2。各组同时还施入过磷酸钙1 000 kg/hm2，硫酸镁40 kg/hm2，硫酸亚铁40 kg/hm2。每处理重复3 次，完全随机排列，于2月中旬作基肥穴施。定植后常规管理，2个月后取样测定根际土壤微生物数量、土壤酶活性和叶生理指标。

1.4 测定指标与方法

分别采集各处理葡萄苗根际土壤，采样深度为5～30 cm，采样时用小铲挖出部分葡萄根系，去掉附着在根上较大的土块，用无菌毛刷采集黏着于根上的土壤，装入进无菌袋，封口，置于冰盒带回实验室测定[17]。

1.4.1 根际土壤养分含量测定

采用中西恒大土壤肥料养分检测仪ZX-QXM，结合配套试剂盒进行土壤速效氮、磷、钾含量测定。

1.4.2 根际微生物分离计数

葡萄植株根际微生物主要为细菌、真菌和放线菌3大类群，均采用稀释涂布平板法进行分离计数，结果以每克土壤中菌落形成单位数(cfu)表示[18]。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养，真菌采用马铃薯培养基培养，放线菌采用高氏一号培养基培养[18]。分别取1 g 土样进行梯度稀释后接种，将牛肉膏蛋白胨培养基的平板倒置于37 ℃恒温培养箱中培养24 h，马铃薯培养基和高氏一号培养基的平板倒置于28 ℃恒温培养箱中培养72 h，对菌落数在30～300的平板进行计数，计算每克土壤中菌落形成单位数，取平均值。

1.4.3 根际土壤酶活性测定

苯酚钠-次氯酸钠比色法测定土壤脲酶[19]294-297，以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克数表示土壤脲酶活性(Ure)，标准曲线为：y=2.183 8x+0.056 1，R2=0.995 3；高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶[19]320-324，以每g 干土1 h 内消耗的0.1 mol/L KMnO4毫升数表示过氧化氢酶活性；3，5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶[19]274-276，以24 h后1 g土壤酶解产生的葡萄糖毫克数表示蔗糖酶活性，标准曲线为：y=0.327 5x+0.074 8，R2=0.993 5；磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶[19]309-313，以24 h后1 g土壤中释放出酚的毫克数表示磷酸酶活性，标准曲线为：y=1.647 6x+0.053 3，R2=0.993 9。

1.4.4 葡萄叶生理指标测定

采摘主蔓健康功能叶，装入冰盒，带回实验室测定。叶绿素含量采用分光光度法测定[20]；叶片含水量采取烘干称重法测定[20]。

1.5 统计分析

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05软件进行数据整理、图表制作、方差分析、差异显著性检验和相关性分析；采用SSR 法进行多重比较，P＜0.05 为差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对葡萄根际土壤养分含量的影响

从表1可以看出，妮娜女王、夏黑和阳光玫瑰3个品种葡萄根际土壤中速效氮、速效磷和速效钾含量均表现为竹纤维菌肥组＞复合微生物菌肥组＞CK组，且差异显著。与复合微生物菌肥组比较，3个品种葡萄苗施加竹纤维菌肥后速效氮含量增幅分别为8.85%、18.37%和23.21%；速效磷含量增幅分别为1.44%、31.22%和155.22%；速效钾含量增幅分别为141.12%、40.75%和103.68%。

表1 不同施肥处理对葡萄根际土壤养分含量的影响Table 1 Effects of different fertilization treatments on nutrient content of grape rhizosphere soil mg·L-1

2.2 不同施肥处理对葡萄根际微生物数量的影响

从表2 可以看出，3 个品种葡萄根际微生物数量均为细菌＞放线菌＞真菌。施用复合微生物菌肥和竹纤维菌肥都对葡萄根际微生物的数量产生了显著影响。与CK组比较，3个品种葡萄的复合微生物菌肥组和竹纤维菌肥组的细菌、真菌和放线菌含量均显著高于CK 组。与复合微生物菌肥组比较，3个品种葡萄的竹纤维菌肥组的细菌含量均显著增加，增幅分别为13.89%、32.82%和40.17%，而真菌和放线菌含量无显著差异（P＞0.05）。

表2 不同施肥处理下3个品种葡萄根际微生物的数量Table 2 Number of rhizosphere microorganisms in four grape varieties under different fertilization treatments

2.3 不同施肥处理对葡萄根际土壤酶活性的影响

不同施肥处理对妮娜女王、夏黑和阳光玫瑰3个葡萄品种根际土壤脲酶活性的影响见图1(a)。从图1(a)中可以看出，3个品种葡萄的根际土壤脲酶活性均表现为竹纤维菌肥处理组最高，平均为0.30 mg/g；复合微生物菌肥组次之，平均为0.22 mg/g；CK 组最低，平均为0.19 mg/g。与CK 组比较，妮娜女王、夏黑的复合微生物菌肥组增幅较小，仅为11.55%和12.91%，而竹纤维菌肥组增幅较高，分别为60.22%和74.93%。与复合微生物菌肥组比较，竹纤维菌肥组增幅也较高，分别为43.63%和54.92%。在阳光玫瑰中，复合微生物菌肥组和竹纤维菌肥组增幅均相对较小。过氧化氢酶活性见图1(b)，3个品种葡萄的根际土壤过氧化氢酶活性均表现为竹纤维菌肥处理组最高，平均为40.28 mL/g；复合微生物菌肥组次之，平均为38.54 mL/g；CK组最低，平均为33.71 mL/g。与CK 组比较，妮娜女王的复合微生物菌肥组增幅相对较大，为25.23%，且竹纤维菌肥组增幅也较大，为31.32%；夏黑、阳光玫瑰的复合微生物菌肥组增幅均较小，分别为5.77%和12.76%，且竹纤维菌肥组增幅也均较小，分别为13.76%和13.56%。与复合微生物菌肥比较，妮娜女王、夏黑和阳光玫瑰3个葡萄品种增幅均较小，分别为4.86%、7.55%和0.71%。蔗糖酶活性见图1(c)，3 个品种葡萄的根际土壤蔗糖酶活性均表现为竹纤维菌肥处理组最高，平均为15.48 mg/g；复合微生物菌肥组次之，平均为27.24 mg/g；CK 组最低，平均为7.60 mg/g。与CK 组比较，妮娜女王和阳光玫瑰的复合微生物菌肥组增幅较小，仅为11.25%和2.81%，而妮娜女王竹纤维菌肥组增幅高达158.63%，阳光玫瑰增幅也较大，为32.99%；夏黑的复合微生物菌肥组增幅较大，为42.80%，且竹纤维菌肥组增幅高达110.07%。与复合微生物菌肥比较，妮娜女王的竹纤维菌肥组增幅高达132.46%；夏黑增幅较高，为47.81%；阳光玫瑰的增幅相对较小，为29.36%。磷酸酶活性见图1(d)，3个品种葡萄的根际土壤磷酸酶活性均表现为竹纤维菌肥处理组最高，平均为5.02 mg/g；复合微生物菌肥组次之，平均为3.03 mg/g；CK 组最低，平均为2.43 mg/g。与CK组比较，妮娜女王和阳光玫瑰的复合微生物菌肥组增幅较小，分别为6.41%和8.32%，而竹纤维菌肥组增幅较大，分别为55.5%和23.64%；而夏黑的复合微生物菌肥组增幅高达97.53%，且竹纤维菌肥组增幅高达392.24%。与复合微生物菌肥比较，夏黑的竹纤维菌肥组高达149.2%，妮娜女王的增幅较大，为46.14%；阳光玫瑰增幅较小，为14.14%。

图1 不同施肥处理3个品种葡萄根际土壤酶活性Figure 1 Enzyme activities in rhizosphere soil of three grape varieties under different fertilization treatments

2.4 不同施肥处理对3 个品种葡萄叶片生理的影响

从表3 可以看出，不同施肥处理对各葡萄品种的生理指标含量的影响不同。不同处理对3个品种葡萄叶片叶绿素a 含量影响差异不显著，而竹纤维菌肥和复合微生物菌肥处理的叶绿素b和总叶绿素的含量显著高于CK 组，竹纤维菌肥和复合微生物菌肥处理之间差异不显著；施加竹纤维菌肥后妮娜女王葡萄的叶相对含水量相较于CK组和复合微生物菌肥组均得到显著提高。施加竹纤维菌肥和复合微生物菌肥的夏黑和阳光玫瑰葡萄的叶相对含水量显著高于CK 组的，竹纤维菌肥组较复合微生物菌肥组有增加，但增幅较小，差异不显著。

表3 不同施肥处理对各品种葡萄叶片生理指标的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on leaf physiological indexes of grape varieties

3 讨论

3.1 不同施肥处理对葡萄根际土壤养分含量的影响

土壤养分含量是土壤肥力的重要指标之一，其中速效氮、磷和钾是土壤中能够被植物根系直接吸收利用的养分，对植物的生长发育有着重要的促进作用[21]。本研究结果表明，相对CK组施加复合微生物菌肥和竹纤维菌肥均能显著增加妮娜女王、夏黑和阳光玫瑰3 个品种葡萄根际土壤中速效氮、速效磷以及速效钾含量（P＜0.05），竹纤维菌肥组显著高于复合微生物菌肥组（P＜0.05），这与徐剑敏等[22]的研究结果一致。说明施加竹纤维菌肥能够更好地增加土壤有效养分含量，提高土壤肥力。

3.2 不同施肥处理对3 个品种葡萄根际微生物量的影响

根际微生物是根际微域环境的重要组成部分。根际微生物参与土壤养分转化、元素循环和促进土壤结构形成，同时也是植物获取土壤养分提高生产力的驱动者[23]。根际微生物数量是衡量根际活力和质量的重要指标之一[24]。本研究结果表明：施用竹纤维菌肥和复合微生物菌肥均能显著提高3种葡萄根际土壤细菌、真菌和放线菌的数量（P＜0.05），且竹纤维菌肥较复合微生物菌肥能够更加显著提高细菌的数量（P＜0.05），而真菌和放线菌含量无显著差异（P＞0.05），这与成思轩等[15]的研究结果一致。进一步可说明施加竹纤维菌肥能够通过显著提高根际微生物的数量，从而提高根际土壤的养分利用的有效性。

3.3 不同施肥处理对3 个品种葡萄根际土壤酶活性的影响

土壤酶通过催化土壤基质转化进程释放出大量可溶性养分，提供植物积累干物质所需元素与能量，影响着整个根际生态系统的稳定性[25]。其中土壤脲酶能够催化尿素水解成氨，可以表征土壤中有机态N的转化情况，土壤脲酶活性受土壤水分和微生物数量等影响，又与土壤供氮能力有密切关系；土壤过氧化氢酶活性与土壤的呼吸强度、土壤微生物活动密切相关；其值的大小能反应土壤解除呼吸过程中产生过氧化氢能力的高低；土壤蔗糖酶反映了土壤中有机碳的转化及土壤呼吸强度；土壤磷酸酶能够促进土壤中有机磷化合物的水解，是生成植物所能利用的无机态磷的关键酶类[10,26-27]。本研究结果表明：竹纤维菌肥组的土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性均大幅提高，复合微生物菌肥组有增幅，但增幅相对较小；两种菌肥对土壤过氧化氢酶活性的影响均较小，但仍有小幅提高，且表现为竹纤维菌肥高于复合微生物菌肥，这与陈龙等[28]的研究结果一致。说明施加竹纤维菌肥能够通过提高根际土壤微生物数量，进一步提高根际土壤各种酶活性，进而促进土壤基质转化。但同一施肥处理在不同葡萄品种间的酶活性增幅差异较大，说明根际土壤酶活性不仅与pH 值、温度和湿度等环境因素有关，可能还与不同品种葡萄植株的生长需求及其在根际的互作效应有关。通过对竹纤维菌肥组3个品种葡萄根际土壤中脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶以及磷酸酶活性较复合微生物菌肥组的增幅进行比较发现，施加竹纤维菌肥对提高夏黑葡萄的脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性和妮娜女王的蔗糖酶活性最为有效。

3.4 不同施肥处理对3 个品种葡萄叶叶绿素和相对含水量的影响

叶绿素是植株光合作用的关键色素，参与光合作用中光能的吸收、传递和转化等多个过程，对植株有机物质的积累起着重要作用[29]；而叶相对含水量是衡量植物生长和抗逆性的重要指标。本研究结果表明，不同处理对3 个品种葡萄叶叶绿素a 含量的影响差异不显著，竹纤维菌肥处理的3 个品种的葡萄较CK组均能显著提高叶绿素b、总叶绿素的含量、叶相对含水量，竹纤维菌肥组略高于复合微生物菌肥组，但除妮娜女王葡萄叶相对含水量差异显著外，其他品种的均差异不显著。

4 结论

综上所述，施用竹纤维菌肥能够有效解决植物根际微生物在土壤中的适应性问题，显著提高葡萄根际土壤的微生物数量；提高根际土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性，促进土壤基质中养分的转化，增加土壤养分氮、磷和钾含量，提升葡萄苗叶叶绿素含量和相对含水量等。