不同粒径砂砾石覆盖对砂田西瓜土壤微生物和酶活性的影响

康恩祥，何宝林，刘晓伟，邵存应

（1.甘肃省农业科学院旱地农业研究所，兰州，730070；2.甘肃省庄浪县林业局）

砂田是我国西北干旱、半干旱地区独特的、传统的抗旱耕作形式，属土壤覆盖和水土保持方法之一。砂田栽培是一种具有综合效能的旱作覆盖技术，符合免耕法的原理，可改善土壤的热状况，其蓄水保墒、增温保温、促进早熟的作用是其他免耕覆盖方式不具备的；其快速入渗、减少蒸发和地表径流、保持水土、减少养分损失、抑制杂草滋生以及压碱稳水的效果亦优于其他覆盖方式[1]。

土壤微生物和酶是土壤中生物活动的产物，参与枯落物的分解、腐殖质及各种有机化合物的分解与合成、土壤养分的固定与释放，直接影响土壤的生物化学活性及土壤养分的组成与转化，是生态系统中物质循环和能量流动过程中最为活跃的生物活性物质[2]。因此用土壤微生物与土壤酶参数来评估土壤质量已经日益受到研究者的重视。不同粒径砂砾石覆盖对土壤温度、水分的影响有差异，而土壤微生物和酶的变化在此过程中具有重要的作用。笔者以梯田建设闻名的甘肃省庄浪县为试验区，在西瓜梯田地通过铺设不同粒径砂砾石，对其土壤微生物和酶活性进行分析对比，旨在为梯田砂覆盖条件下的作物种植和土壤管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试西瓜品种为西农8号，种子由甘肃省农业科学院提供。

1.2 试验设计

试验于2010年3月在甘肃省庄浪县万泉镇3 a梯田地进行，铺设由万泉砂厂提供的过不同直径筛网的砂砾石5 cm厚，用游标卡尺测定过筛砂砾石的直径。试验设卵石（直径80～120 mm，处理C）、豆砂（直径 10～20 mm，处理 B）和毛砂（直径 1～3 mm，处理A）3个处理，以露地为对照（CK）。小区面积6 m×20 m，667 m2种植密度400株，采用双蔓整枝，每株留1个瓜，各处理重复3次。田间水肥及其他管理同当地商品瓜。

1.3 土壤中微生物的种类和数量测定

①细菌、放线菌、真菌数量用平板稀释法测定西瓜定植50 d后，在小区植株周围3 cm的范围内进行取样，先将表层5 cm厚的砾石刮去，然后向下取20～30 cm处的土壤作为测定用样品。注意尽量取贴附于西瓜根系表面的土壤，以保证根际微生物区系的完整。样品装于灭菌的纸袋中，置于4℃冰箱内备用。

平板稀释法分离微生物所用培养基、培养时间及温度见表1。培养结束，从3个稀释度中选出生长好、菌落均匀的1组计数。

表1 土壤中微生物的分离测数工作参数

每1 g干土壤菌数=计数皿平均菌落数×计数皿稀释倍数×10。

②硝化菌、氨化菌、纤维素分解菌用最大或然法测定 土样及稀释液制备同上。分离微生物所用培养基、培养时间及温度见表1。培养结束，用事先配制好的指示剂检测微生物生长情况，然后记录微生物生长管数，计算并查表得菌数近似值。

每1 g干土壤菌数=菌数近似值×数量指示第一位数字的稀释倍数。

上述微生物的分离及培养基配制均需在严格的无菌条件下操作。培养基配方、配制过程及微生物测定方法详见李阜棣等[3]的方法。

1.4 土壤中酶活性的测定

①磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定，活性值以10 g土壤24 h酶促反应消耗磷酸苯二钠生成酚的数量来表示。

②蛋白酶活性用白明胶比色法测定，活性值以2 g土壤24 h酶促反应消耗白明胶生成甘氨酸的量来表示。

③纤维素酶活性用羧甲基纤维素比色法测定，活性值以10 g土壤72 h酶促反应消耗纤维素生成葡萄糖的数量来表示。

④脲酶活性用脲酶比色法测定，活性值以10 g土壤24 h酶促反应消耗尿素生成氨的数量来表示。

测定酶的土壤样从各重复剩余的一盆中取得，取样方法同测定微生物土壤取样法，不同的是土样要自然风干，然后装于封口袋中备用。

数据采用SPSS 10软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同粒径砂砾石覆盖对土壤中细菌、放线菌、真菌数量的影响

由表2可以看出，不同粒径砂砾石覆盖条件下，梯田西瓜土壤中细菌总数最多，达到（1.69～2.29）×107cfu/g，其次为放线菌（0.91～1.86）×106cfu/g，最后是真菌（34.00～61.00）×104cfu/g，均显著高于对照露地，可见砂覆盖对梯田西瓜土壤的微生物数量有很大的影响。不同粒径砂砾石覆盖土壤微生物数量均表现为细菌＞放线菌＞真菌数；细菌数以豆砂覆盖下的最多，毛砂放线菌和真菌数以毛砂覆盖下的最多，卵石覆盖下的细菌数均最少。

2.2 不同粒径砂砾石覆盖对土壤硝化菌、氨化菌、纤维素分解菌数量的影响

不同粒径砂砾石覆盖条件下，梯田西瓜土壤硝化菌、氨化菌、纤维素分解菌数量增加，显著高于露地（表2）。微生物数量多少顺序是氨化菌＞纤维素分解菌＞硝化菌。不同粒径砂砾石氨化菌、纤维素分解菌、硝化菌多少顺序是毛砂＞豆砂＞卵石。

2.3 不同粒径砂砾石覆盖对土壤酶活性的影响

不同粒径砂砾石覆盖土壤酶活性表现出与微生物变化相对应的趋势（表2），即砂覆盖条件下，梯田西瓜土壤酶活性显著增强，脲酶、纤维素酶、蛋白酶、磷酸酶活性以豆砂最高，毛砂次之，卵石最小。

3 结论与讨论

表2 不同粒径砂砾石覆盖对土壤微生物数量和土壤酶活性的影响

土壤微生物将作物在土壤形成过程中累积的有机质分解，释放养分供作物利用，形成营养物质的循环，产生大量生物活性物质，直接关系到作物的生长。微生物与酶在土壤中相互作用，互惠共生，在养分转化中起着非常重要的作用，如氨化菌、硝化菌、纤维素分解菌可加快有机质的分解，使之转变为作物易吸收的铵态氮和硝态氮，而脲酶、磷酸酶、蛋白酶与有机质的分解有关，纤维素酶与有机质的形成有关[4，5]。砂砾石粒径大小对砂田西瓜蒸散量和土壤蒸发有显著影响，覆砂能够有效减少土壤蒸发，粒径愈大，砂田土壤蒸发愈多，土壤蒸发在西瓜田总蒸散中占的比例愈高[6]。本试验研究表明，与露地对照相比，砂覆盖明显改善土壤中的根际微生物区系，显著提高各类微生物数量，增强酶活性。粒径愈大，覆盖效果越差，可能是大粒径的砂砾石大空隙与外界交流频繁，卵石热传导速度较慢，而豆砂和毛砂介质相对均匀所致，这与陈士辉等[6]的研究结果趋势一致，但机理可能有所不同。

真菌可以分解纤维素、淀粉、树胶、木质素及较易分解的蛋白质和糖类，在腐殖质的形成过程和土壤团粒的稳定作用中，比细菌作用更重要。也有研究者认为真菌中包含一部分土传病原菌，真菌数量的增加是造成连作障碍的主要原因[7，8]。本研究中真菌的数量最少，可能是3a梯田砂覆盖条件下，西瓜根系分泌物诱发有益真菌繁殖的同时也抑制了某些有害真菌滋生的结果，这可能是砂田连作退化的主要原因之一。不同粒径砂砾石覆盖后，氨化菌、纤维素分解菌、硝化菌增加，毛砂覆盖的菌数最多，豆砂次之，卵石最少。这些菌的增加一方面有利于砂覆盖土壤氮素的有效化，从而提高氮素利用率；另一方面也降低了西瓜铵中毒的几率，这与杨喜田等[7]，马云华等的研究结果相反[8]。在对土壤酶活性的研究中，脲酶、纤维素酶、蛋白酶、磷酸酶活性均显著高于对照土壤,表明砂覆盖利于土壤养分循环利用，但在大粒径砾石覆盖后，酶活性显著降低，表明大粒径不均匀砾石覆盖土壤对碳、氮等大量元素的利用率降低，这与李传荣等[9]的研究结果相似。不同粒径砂砾石覆盖对梯田西瓜土壤微生物区系及群落及结构变化的影响，还有待进一步研究。

[1]王亚军，谢忠奎，张志山.甘肃砂田西瓜覆膜补灌效应研究[J].中国沙漠，2003，23（3）：300-305.

[2]Burns R G,Dick R P.Enzymes in the environment:ecology,activity and applications[M].New York:Marcel Dekker,Inc.,2001.

[3]李阜棣，喻子牛，何绍江.农业微生物学实验技术[M].北京：中国农业出版社，1996.

[4]薛立，陈红跃，邝立刚.湿地松混交林地土壤养分、微生物和酶活性的研究[J].应用生态学报，2003，14（1）：157-159.

[5]薛立，陈红跃，徐英宝，等.混交林地土壤物理性质与微生物数量及酶活性的研究[J].土壤通报，2004，34（2）：154-158.

[6]陈士辉，谢忠奎，王亚军，等.砂田西瓜不同粒径砂砾石覆盖的水分效应研究[J].中国沙漠，2005，25（3）：434-436.

[7]杨喜田，宁国华，董惠英，等.太行山区不同植被群落土壤微生物学特征变化[J].应用生态学报，2006，17（9）：1 761-1 764.

[8]马云华，魏珉，王秀峰.日光温室连作黄瓜根区微生物区系及酶活性的变化[J].应用生态学报，2004，15（6）：1 005-1 008.

[9]李传荣，许景伟，宋海燕，等.黄河三角洲滩地不同造林模式的土壤酶活性[J].植物生态学报，2006，30（5）：802-809.