盐胁迫下菌肥对柑橘土壤理化性质和酶活的影响

邓大豪，李得铭，翟子翔，邓 涛，汪 军，黄俊生

(海南大学；中国热带农业科学院 环境与植物保护研究所，海南 海口 570228)

通过科学的方法把有益微生物从土壤中分离和选育出来，经过培养和繁殖而制成生物菌剂，并且把这些生物菌剂应用到农业生产中，以提高农业生产效益，这种生物菌剂就叫做微生物肥料，通常也称作菌肥.菌肥与化学肥料和有机肥一样，是农业生产所使用的肥料制品的一种[1-2].微生物菌肥是一种以微生物生命活动的产物及其所含的酶类来改善土壤环境的无公害肥料，生物肥料施入土壤后，可以明显提高土壤微生物数量和提高土壤转化酶、磷酸酶、过氧化物酶和脲酶等的活性，能够改良土壤，提高土壤肥力及肥料的利用率，有利于作物的生长发育，增强植物的抗病能力，进而提高产量和品质，同时，生物肥料还在降低环境污染等方面有非常重要的作用[3-4].

不断增长的人口对食物和能源的需求给地球的土壤资源带来了巨大的压力，传统的作物生产制度是通过集约化施肥来实现产量的最大化[5]，然而混乱的施肥常常导致农田土壤肥力下降、土壤盐碱化、土壤重金属污染等一系列问题[6-7]，包括破坏土壤功能的可能性，从而威胁到农业生态系统的可持续性，此外，还可能通过排放到水或空气的有害物质而改变环境的其他部分[8].土壤盐碱化中的盐胁迫一般涉及渗透胁迫和离子损伤，而碱性胁迫则涉及渗透胁迫、离子损伤和高pH胁迫等[9-10].在日益引起公众关注和研究兴趣的可持续农业中，土壤被认为是一个受微生物群落显著影响的生命系统[11].农田最常施用的化肥为氮、磷、钾肥，其长期施用虽能改善土壤的养分状况，但却会显著降低细菌群落的丰富度[12].以往为了满足日益增长的作物生产需求，人们常在作物田地中过量使用化肥，这种做法极大地破坏了土壤的生态系统，并给人类健康带来了危害，因此，鼓励使用生物肥料是一种对环境友好的可持续的农业方法[7,13-14].

柑橘(Citrus)属芸香科植物，是柑、橙、柚、橘、 枳、金柑等的总称，是我国主要水果之一，具有重要的经济价值[15].柑橘受到的胁迫主要是由Cl-引起的[16]，Cl-过量能够改变植物体内的电势平衡，使质膜渗透性增大[17].Zekri等[18]的研究表明，添加钙的有益效果取决于与钙盐相关的阴离子，硫酸钙(而不是CaCl2)能够克服NaCl对酸橙幼苗的破坏作用.Parida等[19]的研究发现，柑橘对盐极为敏感，在盐胁迫下其表现出失绿、死树等症状.在浙江、福建、广东以及海南等地的柑橘栽培地区，由于这些地区靠近海滩而易产生盐毒害现象，另外，丘陵地区也易发生盐胁迫现象，次生盐化土壤的面积也不断增加[17].目前，尚未有盐胁迫下施用菌肥后柑橘土壤理化性质及酶活变化的相关文章.鉴于此，本研究设计了盆栽试验，通过施用菌肥，检测了柑橘土壤理化性质和酶活的变化，以期揭示菌肥对柑橘土壤的影响，以便为后续的柑橘大田试验提供依据.

1 材料与方法

1.1 材 料菌肥为实验室自制菌肥，试验柑橘苗为一年脆皮金桔嫁接苗；复合肥为中化化肥有限公司的复合肥料(15∶15∶15)；供试土壤来源于研究所内的棕红壤；土壤的基础状况：pH 、有机质、铵态氮含量、速效磷含量、速效钾含量、葡聚糖苷酶活性和多酚氧化酶活性分别为7.16、3.17%、 61.56 mg/kg、47.57 mg/kg、153.99 mg/kg、0.18 mmol/(h·g)、17.93 mmol/(h·g).

1.2 方 法

1.2.1 菌肥制备采用液体发酵法制备菌肥，将耐盐(可在含盐度10%的培养基上生长)芽孢杆菌菌群X(Bacillus)(中国热带农业科学院环境与植物保护研究所筛选、分离并鉴定)接种于液体培养基(蔗糖90 g，酵母提取物1.185 g，胰蛋白胨10 g，NaCl 10 g，蒸馏水1 L，pH 6)中，于37 ℃以180 r/min震荡培养 24 h，测得活菌数为 2.24 ×109CFU/mL，备用.

1.2.2 盆栽试验设计试验设4种处理：(1)对照(A)，土壤添加10 g NaCl；(2)土壤中添加10 g NaCl和菌肥(B)；(3)土壤中添加 10 g NaCl和 0.45 g 复合肥(C)；(4)土壤中添加10 g NaCl、0.45 g 复合肥和菌肥(D).共12盆处理，每个处理3个重复.

本试验在海南省热带农业科学院环境与植物保护研究所内进行.试验用盆(塑料盆)的口径为18 cm，高为15 cm，每盆装土2.5 kg.柑橘苗移栽日期为3月1日.同量菌肥稀释1 000倍浇透移栽盆(B，D处理).每盆柑橘留叶10片.7月12日每盆(A，B，C，D处理)加10 g NaCl的溶液[20-21]，7月20日添加菌肥及复合肥，然后分别于7月22号，7月25号，7月28号，11月12日取土试验.

1.3 数据分析本文数据采用SPSS 20软件进行分析，用WPS 2019软件制作表格，用Origin 2018软件制作图片.

2 结果与分析

2.1 菌肥对土壤理化性质的影响在盐胁迫下，7月22日、7月25日、7月28日盆栽土壤的pH值在试验期间没有明显变化，菌肥及复合肥在短期内对中性土壤的pH未有明显影响；盆栽土壤的有机质含量总体无跳跃性变化.盆栽处理后，土壤样品中7月22日不同处理的土壤理化性质和酶活见表1.7月22日，B处理和D处理在施加菌肥后能有效降低土壤的电导率，D处理的土壤电导率比C处理的土壤电导率降低12.41%.D处理的铵态氮含量比A处理的铵钛氮含量提高45.26%.D处理的速效磷含量比A处理的速效磷含量提高61.14%.D处理的速效钾含量比A处理的速效钾含量提高74.1%.7月25日，B处理和D处理在施加菌肥后能有效降低土壤的电导率，D处理的土壤电导率比C处理的土壤电导率降低10.61%.D处理的铵态氮含量比A处理的铵态氮含量提高73.12%. D处理的速效磷含量比A处理的速效磷含量提高51.91%.D处理的速效钾含量比A处理的速效钾含量提高79.86%.7月28日，D处理在施加菌肥后能有效降低土壤的电导率，D处理的土壤电导率比C处理的土壤电导率降低7.19%.D处理的铵态氮含量比A处理的铵态氮含量提高25.41%.D处理的速效磷含量比A处理的速效磷含量提高59.48%.D处理的速效钾含量比A处理的速效钾含量提高45.48%.11月12日，土壤的pH均较高.土壤的铵态氮含量、速效磷含量、速效钾含量较前三次取样低.D处理在施加菌肥后能有效降低土壤的电导率，D处理土壤的电导率比C处理土壤的电导率降低10.70%.4个处理的铵态氮含量无显著性差异，D处理的铵态氮含量比A处理的铵态氮含量提高18.44%.D处理的速效磷含量比A处理的速效磷含量提高33.61%.D处理的速效钾含量比A处理的速效钾含量提高22.58%.土壤中添加NaCl与复合肥(C)和土壤中添加NaCl、复合肥及菌肥(D)对比处理能反映菌肥对土壤盐胁迫的缓解，在同样基础上D处理只比C处理多加了菌肥，D处理EC值均低于C处理EC值；土壤中添加 NaCl(A)；土壤中添加NaCl和菌肥(B)，对比处理能反映菌肥对土壤盐胁迫的缓解，在同样基础上B处理只比A处理多加了菌肥，B处理的EC值均低于A处理的EC值.

表1 盐胁迫下施用菌肥及复合肥后柑橘土壤理化性质的差异

2.2 菌肥对土壤酶活的影响盆栽土壤的酶活测定分析见图1.7月22日，β-葡聚糖苷酶是微生物将纤维素分解为葡萄糖的限制酶，其与有机质含量呈显著正相关[22].BG活性在B处理中最高为0.24 mmol/(h·g).土壤多酚氧化酶主要来源于土壤微生物、植物根系分泌物及动植物残体分解所释放的酶，它是一种复合性酶.土壤多酚氧化酶能把土壤中芳香族化合物氧化成醌，醌与土壤中蛋白质、氨基酸、糖类、矿物等物质反应后生成分子量大小不等的有机质和色素，从而完成土壤芳香族化合物的循环[22-24].PPO活性在C处理中最高为26.72 mmol/(h·g).7月25日，BG活性在A处理中最高为0.23 mmol/(h·g). PPO活性在A处理中最高为27.14 mmol/(h·g).7月28日，BG活性在A处理中最高为0.27 mmol/(h·g). PPO活性在D处理中最高为26.69 mmol/(h·g).11月12日，BG活性在D处理中最高为0.24 mmol/(h·g).PPO活性在C处理中最高为24.24 mmol/(h·g).

图1 盐胁迫下施用菌肥及复合肥后柑橘土壤酶活性的差异

2.3 盆栽土壤理化性质和酶活状况的综合评价采用主成分分析法对不同处理盆栽土壤的理化性质和酶活状况进行了综合评价.7月22日经分析共提取出3个成分，方差贡献率分别为：46.103%、23.036%、14.05%，累计方差贡献率为83.189%，表明这3个成分基本能够反映不同盆栽处理的土壤理化性质和酶活状况.7月25日经分析共提取出3个成分，方差贡献率分别为：41.803%、24.796%、13.982%，累计方差贡献率为80.581%.7月28日经分析共提取出3个成分，方差贡献率分别为：45.906%、22.398%、15.32%，累计方差贡献率为83.624%.11月12日经分析共提取出3个成分，方差贡献率分别为：33.274%、26.611%、17.908%，累计方差贡献率为77.793%.基于各成分的得分系数及其方差贡献率，通过计算得到各盆栽的综合得分(表2).7月22日，根据综合评价结果，D处理的综合得分为0.76，排名第2，C处理的综合得分为1.31，排名第1.7月25日，7月28日，11月12日，根据综合评价结果，D处理的综合得分最高，排名第1；C处理综合得分持续下降.综上，D处理效果较好，效果持续时间较长.

表2 盆栽处理的综合评价结果

2.4 土壤理化性质和酶活的Spearman相关分析对盆栽土壤理化性质和酶活进行Spearman相关性分析(表3).在盐胁迫下，速效磷的含量与葡聚糖苷酶的活性呈显著负相关，一个变量趋于减小，而另一个变量增加；pH与有机质的含量，电导率与速效磷的含量呈极显著正相关；pH与速效钾的含量，铵态氮的含量与葡聚糖苷酶的活性，速效钾的含量与葡聚糖苷酶的活性呈极显著负相关；速效磷的含量与铵态氮的含量，速效钾的含量与铵态氮的含量，速效钾的含量与速效磷的含量均呈极显著正相关.

表3 土壤理化性质和酶活的Spearman相关分析

2.5 土壤电导率与速效磷以及速效钾含量的回归分析分别以速效磷含量、速效钾含量为自变量，以土壤电导率为因变量，进行模型拟合.土壤电导率与速效磷含量的最优拟合模型为多项式拟合，由图2A的土壤电导率与速效磷含量的回归分析可看出，土壤电导率与土壤速效磷的含量呈显著相关(R2=0.504，P<0.05).土壤电导率与速效钾含量的最优拟合模型为指数拟合，由图2B的土壤电导率与速效钾的回归分析可看出，土壤电导率与土壤速效钾的含量呈极显著相关(R2=0.321，P<0.001).

注：*P<0.05； **P<0.01； ***P<0.001.

3 讨论与结论

芽孢杆菌是一类十分重要的植物根系促生细菌，可以通过固氮和解磷作用或产生激素类物质等而有利于植物的生长，也可以通过抑制病原物和诱导系统抗性等来防治植物病害[25].赵雅峰等[21]从新疆盐碱土中通过筛选获得了产酸的克雷伯氏菌株Rs-5，该菌株可有效降低盐胁迫条件下棉花对 Na+的绝对吸收量，从而有效地缓解了次生盐碱化对棉花的胁迫，有利于棉花植株的生长及其对营养的吸收.陈淋[26]发现解淀粉芽孢杆菌SQR9能够通过影响植物的多条途径而有利于植物对盐胁迫的耐受能力，并且能通过调控Na+的区域化来减少植物细胞中的Na+，从而达到协助植物耐受盐胁迫的效果.而在本试验中，耐盐性芽孢杆菌所制作的菌肥与复合肥复配后也能够有效地缓解盐胁迫对柑橘的伤害.

在盐胁迫下，D处理降低土壤电导率的效果在7月22日达到最高，其比C处理降低了12.41%；土壤铵态氮的含量在7月25日达到最高，D处理比A处理提高了73.12%；土壤速效磷的含量在7月22日达到最高，D处理比A处理提高了61.14%；土壤速效钾的含量在7月25日达到最高，D处理比A处理提高了79.86%.D处理的效果在短期内先上升后下降，这与朱利林[27]的研究相似，他发现在盆栽香蕉的根围或根表土壤，菌株BLG-01RK的数量在处理后的第1天或第3天达最高值，然后菌量下降，菌量与处理效果相关.长期试验表明：在D处理的土壤中铵态氮含量、速效磷含量、有机质含量和葡聚糖苷酶活性均较高，但D处理中速效钾的含量较C处理的速效钾含量低.经主成分分析，总体上，D处理有效降低了土壤的电导率，同时增加了土壤中的铵态氮、速效磷和速效钾的含量，从而有利于柑橘的生长，这与Zhang等[28]的研究相似，即微生物肥料能显著提高土壤的pH值、可用碱解氮、速效磷和速效钾的含量.祁娟等[29]的研究认为，单施化肥或化肥与有机肥配合施用可提高土壤微生物量碳和微生物量氮含量，菌肥与化肥配施能明显提高土壤微生物量碳和微生物量磷含量；Zhang等[28]在常规施肥的基础上施用微生物肥料能促进番茄的生长和发育，并能显著改善果实重量、Vc含量、可溶性固形物含量和番茄红素含量，本研究的分析亦表明，在常规施肥的基础上施加菌肥的效果较好.土壤酶可参与土壤的各种生化反应过程，它的活性能反映土壤微生物活性和土壤肥力.随着盐碱胁迫程度的增加，土壤中的蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶等活性受到抑制[25].在本研究中将菌肥和复合肥配合施用，盆栽土壤的葡聚糖苷酶能保持较高的活性，可见，向盐胁迫土壤添加菌肥有利于土壤酶活性的增加.

盐胁迫下，土壤理化性质与酶活存在着相关关系.在微生物群落存在的pH近中性的土壤中，土壤储存碳的能力增强[30]，沙聪等[31]提出：若红树林土壤的其他条件不变，有机碳含量的增加将导致pH升高，这与本研究的结果相似，即有机质含量与pH极显著正相关.土壤中较高的和平衡的碳、氮、磷含量有利于微生物的生长和磷循环活动，高细菌生物量和低矿物浓度有利于土壤的磷循环，近中性(pH 6.0～7.3)土壤条件下磷循环活性与细菌生物量的关系为显著的正相关关系[32]，在本研究中，速效磷含量与铵态氮含量，速效钾含量与铵态氮含量，速效钾含量与速效磷含量均呈极显著正相关，这使得菌肥发挥了最大效果，也有利于磷循环活动.崔楠等[33]提出，艾比湖湿地(自然保护区)的铵态氮与土壤有机质呈极显著负相关，然而在本研究中，铵态氮与土壤有机质虽为负相关，但并未有显著关系.

综上所述，盐胁迫下柑橘土壤的理化性质和酶活受到不同程度的抑制，经过115天的柑橘盆栽试验，菌肥和复合肥配合施加的盆栽土壤其铵态氮含量、速效磷含量、有机质含量和葡聚糖苷酶的活性均较其他处理的高，而电导率则较低，如此有效缓解了盐胁迫.比较而言，前人大多研究的是菌肥在普通环境下对土壤的影响，他们不曾研究盐胁迫下施用菌肥后柑橘土壤理化性质及酶活的变化，因此本文丰富了菌肥应用范围的研究结果.在实际应用中，可以通过施用菌肥来改善盐胁迫的土壤，这对盐胁迫下农业的生产具有重要意义.然而，本研究只做了盆栽试验，并未实施大田试验，因此，还需要做进一步的研究.