不同土壤管理措施下南疆果园土壤微生物及酶活性特征

孙 霞，陈新燕，柴仲平，李建平

(新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

土壤是果树所需水分和矿质营养的来源。果园土壤管理是果树栽培的重要内容和基础。科学的果园土壤管理，能够为果树根系的生长发育提供良好的水、肥、气、热环境，可以维持和提高土壤肥力[1]。新疆南部是世界落叶果树的最佳适生栽培区域之一，目前环塔里木盆地已建成107万hm2的特色林果基地，林果业已成为新疆新的经济增长点和农民增收的重要手段[2]，但盛产优质果品的南疆果园土壤大都采用清耕措施，该措施会导致园内生物多样性降低，生态小环境恶化。改变传统果园土壤管理方式，探索新的管理模式已成为新疆南部林果产业优化升级及持续发展需要重点解决的问题。国内针对土壤管理方式对果园土壤生物活性的影响在葡萄(Vitisvinifera)、李子(Prunussalicina)、苹果(Malusdomestica)等果树上有报道[1，3-4]，目前还未见针对新疆地区果园管理方式对土壤微生物和酶活性的报道。

阿克苏地区是新疆红富士苹果的主要产区，本研究选择该地区苹果园，通过设置不同的管理措施，研究分析不同土壤管理方式对苹果园土壤微生物及酶活性的影响变化，为该区域改进果园土壤管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1研究区概况 研究区位于新疆南部阿克苏地区温宿县实验林场八大队，地处塔里木盆地北缘，79°28′～81°28′ E，40°52′～42°21′ N，海拔2 180 m。县境地貌北高南低，属典型大陆性暖温带干旱气候，昼夜温差悬殊较大，年均气温10.2 ℃。年均降水量63 mm，年蒸发量1 984.6 mm。≥10 ℃年积温约为3 968 ℃·d，年均无霜期约185 d。试验地土壤类型为棕漠土，壤质粘土，其有机质含量12.23 g·kg-1，速效氮含量25.7 mg·kg-1，速效磷含量20.94 mg·kg-1，速效钾含量120 mg·kg-1，pH值为7.8。

1.2试验设计 2009-2010连续2年在红富士苹果园进行试验，砧木为海棠(Malusmicromalus)，树龄9 a，株行距3 m×5 m。设生草、覆草、免耕、清耕(对照)4个处理，3次重复。共计12小区，每小区10株树。

生草：采用行间种植牧草、株间覆盖的方法进行。行间条播紫花苜蓿(Medicagosativa)，播种时间为2009年4月上旬，播种量为0.1 kg·hm-2，播种方式采用条播，播深为2～3 cm，全年刈割2～3次，覆盖果树树盘和株间。

覆草：采用全园覆盖麦秸，厚度5 cm，4月下旬灌水后覆草。

免耕：施用化学除草剂精禾草克控制果园杂草，对果园土壤实行免耕。

清耕：采用中耕除草等方法使果园地面处于疏松无杂草状态，每年中耕除草3～5次。

1.3测定指标及方法

土壤微生物数量测定：采用稀释平板涂抹培养计数法分析[5]。细菌、真菌、放线菌分别用葡萄糖牛肉膏蛋白胨琼脂培养基、马丁孟加拉红培养基、淀粉硝酸钾进行稀释分离，在28 ℃下培养3～5 d后进行计数，所有数据最后通过测定各自的土壤含水量换算成每克干土的含量。

每克干样品含菌数=[菌落平均数×稀释倍数]/[接种量×(1-含水量)]。

土壤酶活性测定：土壤酶的测定以甲苯为抑菌剂，再加入有各相应酶作用底物和相应pH值的缓冲溶液中，加入一定量的土壤，置不同条件下进行反应[6]。过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，结果以1 g干土所消耗的KMnO4(mL)表示[7]。蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸(DNS)比色法，酶活性用1 g土壤培养24 h后生成的葡萄糖表示。脲酶活性采用萘氏比色法[8]，酶活性用24 h内10 g干样中的NH4+-N表示，各设3次重复，并设无基质对照和无土对照。

土壤样品采集在每年10月果实成熟时采用蛇形采样法分层取0～20、20～40 cm土样，每处理重复3次，数据处理采用DPS 6.5和Excel进行，以2年试验结果的平均值表示。

2 结果与分析

2.1不同管理方式对土壤微生物数量的影响

2.1.1土壤微生物总数量 土壤微生物是土壤中活的有机体，是土壤肥力因子中最活跃的组成之一。土壤微生物数量与土壤结构、养分含量及通气状况等因素有关，果园中微生物数量较高有利于有机质分解、矿物质释放和营养元素的吸收[9]。近年的研究表明，土壤微生物能够帮助植物适应养分胁迫，改善土壤养分的吸收利用[10]。细菌、放线菌和真菌是土壤微生物的3大主要类群，构成了土壤微生物的主要生物量，它们的区系组成和数量变化反映了土壤生物活性水平[11]。不同管理方式下土壤微生物数量如表1所示。

表1 不同管理方式下微生物数量

从3类群微生物总数量上来看(表1)，果园覆草和生草显著提高了微生物数量，各处理微生物总数量表现为覆草>生草>免耕>清耕。覆草区和生草区微生物总数量分别比免耕区增加32.90%和11.63%，比清耕增加38.09%和15.99%，其主要原因与生草或覆草处理增加土壤中有机残体量有关，土壤微生物的主要营养来源是植物有机残体，其数量很大程度上与有机残体含量呈正相关[12]。生草与覆草处理由于增加了土壤有机残体量，故微生物数量高于清耕和免耕。

从土壤微生物类群细菌、放线菌、真菌数量上来看，新疆南部干旱区果园土壤中细菌数量占绝对优势，占微生物总量的93.12%～95.03%;其次是放线菌，占4.83%～6.63%;真菌含量最少，只有0.14%～0.44%，这与该区域土壤大都偏碱性有关。生草和覆草处理细菌数量明显高于免耕和清耕，表明细菌在土壤中很活跃，可见土壤有机物的分解和转化主要靠细菌类微生物来完成。微生物数量在不同土壤管理方式下表现不同，土壤中养分含量高，微生物数量也多，清耕处理土壤养分含量最低，其微生物数量也最少。各处理放线菌数量表现为生草>覆草>免耕>清耕，这与其有机质含量的分布特征相一致。

2.1.2不同土壤深度微生物垂直变化 土壤微生物由于受到植物根系、土壤肥力以及土壤水分、温度等因素的影响，不同的土壤深度，土壤微生物在种类和数量上存在很大差异。各处理不同土层土壤微生物数量变化见表2。

表2 各处理下不同深度土层微生物数量变化

在0～40 cm剖面内，微生物数量垂直分布规律特征明显，各处理细菌、放线菌、真菌数量均以0～20 cm土层最高，且随着土层深度的增加呈减少趋势，其中0～20 cm剖面土壤的细菌、放线菌、真菌数量分别占微生物总量的56.11%～62.04%、54.08%～62.36%、56.38%～67.82%。覆草、生草处理0～40 cm土层细菌、放线菌、真菌数量显著高于免耕和清耕处理，且以表层土壤更为显著，这与该土层有机质含量较高、牧草根系分布较为集中有关，说明生草和覆草处理有利于微生物生长和繁殖。同时，表层土壤通气性较好，土壤温度、湿度也都有利于微生物的繁殖。相比之下，随着土壤深度的增加，各方面条件受到限制，导致微生物数量存在分层现象。在微生物垂直分布上，表层土壤具有较高的肥力和良好的通气状况，能为微生物的活动提供物质与能量，反映出表层土壤微生物数量明显高于其他层次。因此0～20 cm土层是新疆南部果园土壤微生物数量分布及生物学活性最大的区域。同时，生草对放线菌的影响高于其他处理。免耕处理由于施用了化学除草剂，一定程度上减少了土壤微生物活动。清耕可造成土壤团聚体的分裂和表层土壤中有机质的损耗，使得土壤中微生物生物量和细菌功能多样性降低。

2.2不同管理方式对土壤酶活性的影响 土壤酶是土壤中的生物催化剂，参与土壤的发生、发育及土壤肥力形成和演变。土壤酶活性指土壤各类酶产生相应酶的专一生物化学反应产物的速度，不同植物的根系在生长发育过程中的分泌物、死亡根茬的矿化分解及不同的土地利用、耕作和管理方式等都会影响土壤酶活性。由于土壤酶活性对环境或管理因素引起的变化较为敏感，作为土壤质量的生物活性指标目前已被广泛接受，作为农业土壤质量和生态系统功能的生物活性指标也已被广泛研究[11]。

土壤过氧化氢酶能消除土壤生物过程产生的过氧化氢，从而去除了其对土壤生物体的毒害作用，其活性反映了土壤腐殖化强度大小和有机质积累程度[13]。土壤过氧化氢酶以覆草处理最高，其活性为3.81；其次是生草法酶活性，为3.070，二者分别比免耕(2.61)高出了45.98%和17.62%，比清耕(2.58)高出了47.67%和18.99%(表3)，原因可能是生草和覆草提高土壤的微生物活性和牧草根系的新陈代谢作用的结果，同时生草改善了土壤的结构与通气性，有利于土壤过氧化氢酶活性的增加。免耕与清耕二者酶活性差异不明显。同时，随着土壤深度的增加，土壤过氧化氢酶活性呈逐渐下降趋势，但殷瑞敬等[14]的研究结果与之相反，原因有待一步研究。

表3 各处理下不同深度土层土壤酶活性变化

蔗糖酶与土壤中的腐殖质、水溶性有机质和粘粒的含量以及土壤微生物的数量及其活动呈正相关,常用来表征土壤的熟化程度和肥力水平[15]。覆草、生草和免耕处理相比清耕提高了土壤蔗糖酶的活性，表现为覆草>生草>免耕>清耕。

土壤脲酶是土壤酶系中唯一催化尿素水解的酶,其活性强度常用来表示土壤氮素供应强度[16]。在土壤氮素循环进程中起着重要作用，可以作为评价土壤肥力状况的重要指标。覆草土壤管理模式下土壤脲酶活性最高，比生草、免耕和清耕分别高出11.38%、19.43%和40.82%，原因是土壤有机质和累积在其中的氮决定了酶进入土壤中的数量[17]，覆草能明显提高土壤有机质和氮的含量，从而提高酶活性。

不同果园土壤管理方式对果园土壤物理、化学性状产生不同影响，进而影响到土壤中微生物的数量和活动，最终使土壤酶活性产生差异。不同管理方式下土壤酶活性的变化都表现为覆草>生草>免耕>清耕，与微生物数量分布规律一致，原因可能是土壤养分含量高，为土壤微生物提供了充足的养料，维持了较高的土壤微生物活性；另一方面这些微生物也在不断分解土壤中的难利用养分，提高了土壤中速效养分的供应能力。3种酶活性表现为表层0～20 cm土层土壤酶活性强于20～40 cm土层，这与张猛[1]的研究结果相一致。原因是该土层植物残体和微生物分布较密集，土壤养分分布较集中，酶的作用底物多，酶活性也随着增强。

3 结论

通过对南疆果园不同土壤管理措施下土壤微生物和酶活性的调查分析，结果为：

1)微生物总数量表现为覆草>生草>免耕>清耕。覆草区和生草区微生物总数量分别比免耕区增加32.90%、11.63%，比清耕增加38.09%、15.99%，从3大微生物数量上来看，细菌数量占绝对优势，占到微生物总量的93.12%～95.03%，细菌数量大说明其在土壤中活跃度高，与周围不断地进行着物质交换；其次是放线菌，占4.83%～6.63%；真菌含量最少，只有0.14%～0.44%，真菌在碱性土壤中发育受限制，数量不占优势。同时，土壤微生物数量垂直分布规律特征明显，各处理细菌、放线菌、真菌数量均以0～20 cm土层最高，且随着土层深度的增加呈减少趋势。

2)不同管理方式下土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶3种酶活性特征都表现为覆草>生草>免耕>清耕，且3种酶活性均随着土壤深度的增加呈下降趋势，与微生物数量分布规律一致。

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