施用胶质芽胞杆菌菌剂对黑麦草根际土壤脲酶、磷酸酶及过氧化氢酶活性的影响

赵艳，张晓波，2*

(1.海南大学农学院，海南海口570228;2.热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室，海南海口570228)

胶质芽胞杆菌(Bacillus mucilaginosus)俗称硅酸盐细菌，能分解长石、云母等铝硅酸盐类的原生态矿物，使土壤中难溶性K、P等转变为可溶性以供植物生长利用。以胶质芽胞杆菌为主要活性成分的生物钾肥在促进土壤无效磷钾的转化、增加土壤磷钾的供给及对各种农作物表现出较好的增产效果，是业内学者普遍认可的微生物菌剂［1-4］。因此开辟新的效果好、成本低，又不污染环境的胶质芽胞杆菌来挖掘土壤中的钾素资源，对发展生态、经济农业具有十分重要的意义。土壤酶活性在土壤系统的物质和能量运转过程中起着不可忽视的作用，反映了土壤中进行的各种生物化学过程的强度和方向，与土壤肥力密切相关，在一定意义上能反映土壤肥力水平［5-7］。近年来，许多学者［8-12］进行了施用化学肥料对黑麦草产量、品质等方面的研究，但长期使用化学肥料不可避免地对生态环境造成了一些严重的问题。为此，本研究初步探讨了以胶质芽胞杆菌为活性菌制成的菌剂在盆栽条件下对黑麦草根际脲酶、磷酸酶及过氧化氢酶活性的影响，为胶质芽胞杆菌资源的开发利用及生物钾肥的研制提供必要的数据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试植物黑麦草(Lolium perenne L.)，品种为Premier。

1.1.2 供试菌剂本试验所用菌株是从玉米(Zea mays L.)、草地早熟禾(Poa pratensis L.)、披碱草(Elymusdahuricus Turcz.)、多年生黑麦草(Lolium perenne L.)、匍匐翦股颖(Agrostis Palustris Huds.)根际土壤中分离筛选鉴定出的5株胶质芽胞杆菌菌株，分别编号为菌株K02、K05、K09、K11、K12;经扩繁、复壮制成菌液(活菌数达到2.0×109个/mL)，培养后用灭菌草炭分别吸附各菌液(草炭∶菌液=2∶1)，晾干备用。

1.2 方法

1.2.1 试验设计取农田0～20 cm耕层土壤，有机质含量22.8 g/kg，速效氮22.7 mg/kg，速效磷11.8 mg/kg，速效钾58.3 mg/kg，细菌8.9×106cfu/g，放线菌2.3×103cfu/g，真菌5.3×103cfu/g，pH值为7.89。本试验采用盆栽法(盆钵为30 cm×27 cm的聚乙烯塑料盆)进行，试验设6个处理，分别为上述5个胶质芽胞杆菌及对照(CK)，CK为种子及土壤均不接菌的处理，每个处理设10个重复，共计60盆。先在盆底部装粉碎小石子1 kg/盆，装供试土壤5 kg/盆和菌剂50 g/盆(对照除外)，充分混匀后，为保证每盆的含水量一致，每盆浇水1 L，然后每盆播种黑麦草种子1 g。

1.2.2 盆栽取样及测定方法①土样采集与分析:在黑麦草苗期(播种后10 d)、中期(播种后50 d)以及收获期(播种后90 d)，选取黑麦草植株，将其0～10 cm土样挖出，轻轻抖落根系外围土，取紧贴在根表附近的土样，将同一处理的土样混合后作为根际土，并过1 mm筛;②土壤酶活性的测定:土壤脲酶、土壤磷酸酶和过氧化氢酶活性的测定分别采用靛酚比色法、磷酸苯二钠比色法和KMnO4滴定法［13］，为消除误差和土壤其他因素的影响，每样重复3次，同时做无土和无基质2种对照。土壤脲酶活性用24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克数表示，土壤磷酸酶活性用24 h后1 g土壤中释放出的酚的毫克数表示，过氧化氢酶活性用10 min后1 g土壤中0.1 mol/L KMnO4的毫升数表示;最后计算各重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 对黑麦草根际土壤脲酶活性的影响

土壤酶是土壤中非常重要的生物催化剂，是表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指标。其中土壤脲酶是决定土壤中氮转化的关键酶，主要来源于微生物和植物代谢，其活性的变化与土壤氮素状况有关。

图1 胶质芽胞杆菌对黑麦草根际土壤脲酶的影响Fig.1 Effects on the urease activity in ryegrass rhizosphere using Bacillus mucilaginosus

测定结果(图1)表明，在苗期、中期、收获期各处理黑麦草根际土壤脲酶活性均大于对照(CK)，各处理均以中期脲酶活性最高，到收获期时均出现下降，其中处理K12土壤脲酶活性较高，在苗期比对照(CK)提高14.10%，中期比对照(CK)提高41.32%，在收获期比对照(CK)提高21.32%;其次为处理K05、K09、K11、K02。方差分析表明，与对照(CK)相比，在苗期与处理K12、K05差异显著(P＜0.05)，在中期与所有处理差异均显著(P＜0.05)，在收获期与处理K12、K05差异显著(P＜0.05)。

2.2 对黑麦草根际土壤磷酸酶活性的影响

土壤的磷酸酶活性，取决于土壤微生物的数量，植物类型等因素，可作为土壤的肥力状况(特别是磷的状况)的表征［14］。由图2可以看出，在生长时期黑麦草根际土壤磷酸酶活性都有一定提高，与对照(CK)相比较，各处理黑麦草在苗期提高了3.33%～13.79%，在中期提高了5.26%～34.21%，在收获期提高了4.76%～35.71%。尤其是处理K05在黑麦草生长发育期间磷酸酶活性保持了较高水平，说明菌剂施入土壤后，促进土壤难溶性无机磷酸盐的溶解，磷素活性的增加进而引起土壤中磷酸酶活性增加，从而缓解了植物在生长期对土壤磷素的需要［14-15］。从图中还可看出，处理K12在中期磷酸酶活性达到最强为0.47 μg/g/d，然后在收获期下降为0.44 μg/g/d，其原因有待于进一步研究。方差分析表明，与对照(CK)相比，在苗期与所有处理差异均不显著，在中期与所有处理差异均达显著水平(P＜0.05)，在收获期与处理K11、K05差异显著(P＜0.05)。

图2 胶质芽胞杆菌对黑麦草根际土壤磷酸酶的影响Fig.2 Effects on the alkaline phosphatase activity in ryegrass rhizosphereusing Bacillus mucilaginosus

2.3 对黑麦草根际土壤过氧化氢酶活性的影响

过氧化氢酶属于氧化还原酶类，在土壤营养物质的转化过程中也起着重要的作用。它能酶促H2O2分解，从而解除H2O2的毒害，为作物生长和土壤微生物活动提供一个良好的土壤环境。胶质芽胞杆菌对黑麦草根际土壤过氧化氢酶活性的影响见图3。在苗期各处理黑麦草根际土壤过氧化氢酶活性与对照(CK)相比差异均不显著，随着黑麦草生长发育，在中期各处理黑麦草根际土壤过氧化氢酶活性明显提高，达到最大值，所有处理均显著高于对照(CK)(P＜0.05)，随后在收获期有所下降，但所有处理均显著高于对照(CK)(P＜0.05)。从整体看，处理K05过氧化氢酶活性较高，在苗期、中期、收获期分别为0.63、1.83、1.47 mL/g。由结果分析可知，土壤过氧化氢酶能促进过氧化氢的分解，有利于防止过氧化氢对生物体的毒害作用，增强土壤的代谢能力，促进有机物的分解。

图3 胶质芽胞杆菌对黑麦草根际土壤过氧化氢酶的影响Fig.3 Effects on catalase activity in ryegrass rhizosphere using Bacillus mucilaginosus

3 讨论

很多研究表明增施有机肥料有利于改善土壤理化性质和微生物区系，提高土壤酶的活性［16-19］。其中，脲酶活性与土壤供氮能力密切相关，脲酶活性的增强可以提高肥料的氮素利用率。Zantua［20］认为，土壤中施入能促进微生物活动的葡萄糖或其他有机物质能增加土壤的脲酶活性。本研究中施入胶质芽胞杆菌菌剂对黑麦草根际土壤脲酶的活性具有促进作用。尤其是处理K05、K12与对照之间差异显著(P＜0.05)，这可能是由于施入菌剂使土壤中的活体微生物数量大增，大量的有益菌抑制了有害菌增殖，保持了土壤微生态平衡，增强了土壤生物活性，改善了土壤微生物区系，从而提高了土壤脲酶活性。

本试验中各处理黑麦草根际土壤磷酸酶活性与对照(CK)相比都有提高。其中处理K05在黑麦草生长发育期间磷酸酶活性保持较高水平，一方面可能是由于土壤中施入胶质芽胞杆菌菌剂后，分泌有机酸促进土壤难溶性磷酸盐的溶解，磷素活性的增加进而引起土壤中磷酸酶活性增加，从而缓解了黑麦草在生长期对土壤磷素的大量需要。另一方面可能是由于胶质芽胞杆菌菌剂中所包含的细菌对于土壤磷酸酶的活性有促进作用。

过氧化氢酶是参与土壤中物质和能量转化的一种重要的氧化还原酶，在一定程度上可以表征土壤生物氧化过程的强弱。本试验中处理K05过氧化氢酶活性较高，可能是由于在施用胶质芽胞杆菌菌剂后，土壤中的微生物数量增加，活性增强，从而加剧了对土壤中过氧化氢的分解能力。此外，各处理根际土壤过氧化氢酶活性表现为先升高后下降趋势，这一结果与傅慧兰等［21］的研究结果较一致，这一现象可能与各个阶段黑麦草土壤过氧化氢含量不同有关，其原因尚待进一步探讨。

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