黄芩种植地土壤微生物数量特征及土壤酶活性研究

彭晓邦，秦绍龙

(1.商洛学院，陕西 商洛 726000;2.资源植物利用与健康产品研究创新团队,陕西 商洛 726000)

黄芩是唇形科类黄芩属多年生的草本植物[1]，抗菌作用强，在农业病害防治问题上有着非常理想的作用[2]，主要分布于山东、陕西、山西、甘肃四大产区，而陕西省商洛市则为黄芩的优生产地[3]。作为商洛五大商药之一，黄芩的集约化种植已成为了发展陕西商洛市经济和当地农民脱贫和致富的支柱性产业，正是由于黄芩的这种种植方式，导致其病害问题加剧，已严重影响到黄芩的产量和质量[4]。土壤微生物数量特征是指示土壤质量好坏以及衡量土壤肥力高低的重要指标，而土壤酶活性可作为土壤肥力的活力指标[5～6]。因此，研究不同种植地黄芩根际土壤微生物数量特征和常见的土壤酶活性变化，为黄芩的规范化种植和连作障碍发生机理的研究提供理论依据，对提高中药材产量和质量具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本实验选取商洛市商州区冀村小麦-黄芩轮作土壤、黄芩连作3 a和连作4 a黄芩根际土壤以及周围闲置的荒地为试验对象。用五点采样法采取土壤表层以下10～15 cm的根际土壤，取样2～5 kg装入无菌袋后放入4℃冰箱中储存处理。将采取的土壤样品取出进行风干处理，过筛后于4℃冰箱中保存用于测定土壤微生物数量及酶活性。

1.2 数据测定

细菌、真菌、放线菌均采用稀释涂布平板计数法[7]测定。采用苯酚钠-次氯酸钠比色法[8]对脲酶进行测定、用3，5-二硝基水杨酸比色法[8]对蔗糖酶进行测定、用高锰酸钾滴定法[8]对过氧化氢酶进行测定。

1.3 数据处理

采用Excel2007统计软件进行数据统计和处理。

2 结果与分析

2.1 土壤微生物数量的变化

2.1.1 土壤微生物总量的变化 土壤微生物作为土壤生态系统中非常重要的组成部分，同时也将参与调控凋落物的分解、土壤中营养成分的转化以及循环等一系列土壤的生理生态过程。其中微生物总量是作为土壤肥力高低及质量好坏、土壤中物质代谢旺盛程度的一项指标。如表1所示，在四种采样地中：轮作地的微生物总量最高(约为连作4 a的2倍)；连作地的次之，且连作3 a的微生物总量高于连作4 a地；荒地的微生物总量最低。即总体变化趋势为小麦-黄芩轮作地>黄芩连作3 a地>黄芩连作4年地>荒地。

2.1.2 土壤细菌数量的变化 四种采样地土壤细菌数量变化(图1所示)表现为小麦-黄芩轮作地最高、黄芩连作地次之、荒地最少，且细菌的数量在微生物总数中占比最大。结合表1可以看出小麦-黄芩轮作地细菌数量约为黄芩连作4 a地的2倍，占该采样地微生物总量的87.60%；连作3 a地细菌数量占比87.48%，比连作4 a地多了9.00%；荒地的细菌数量占比90.67%。

表1 不同种植方式黄芩根际土壤微生物数量

2.1.3 土壤放线菌数量的变化 四种采样地土壤放线菌数量的变化(图2所示)趋势和细菌一致，均表现为小麦-黄芩轮作地最多，黄芩连作地次之，荒地最少。结合表1可以看出小麦-黄芩轮作地的放线菌数量约为黄芩连作4 a地的2倍，占比12.22%；黄芩连作3 a地占比12.26%，比黄芩连作4 a地放线菌数量多了8.00%；荒地放线菌数量占比8.82%。

2.1.4 土壤真菌数量的变化 不同黄芩种植地的土壤真菌数量变化(图3所示)趋势同细菌与放线菌相比有明显差异，表现为黄芩连作地真菌数量最多，明显多于小麦-黄芩轮作地和荒地。结合表1可以看出黄芩连作4 a地真菌数量远远超过黄芩连作3 a地真菌数量，多了13.00%。四种采样地土壤真菌数量变化趋势总体表现为黄芩连作4年地最高，占比0.54%；连作3年地和轮作地次之，分别占比0.26%、0.18%；荒地最少，占比0.51%。

2.2 土壤酶活性的变化

2.2.1 土壤过氧化氢酶活性的变化 过氧化氢酶能够参与土壤中有害物质过氧化氢的分解，从而减轻植物所受到的毒害作用。图4中可以看出：种植年限会对根际土壤中过氧化氢酶活性产生影响，与连作3 a的土壤相比，连作4 a的土壤过氧化氢酶活性明显降低；且连作地过氧化氢酶活性明显高于轮作地。土壤过氧化氢酶活性变化趋势总体表现为：黄芩连作3 a>黄芩连作4 a>小麦-黄芩轮作>荒地。

2.2.2 土壤脲酶活性的变化 脲酶能够影响尿素的转化及促进尿素的分解，可直接参与到土壤中一些氮素的转化。如图5所示：黄芩连作3 a和连作4 a根际土壤脲酶活性均显著高于小麦-黄芩轮作地土壤脲酶活性，荒地土壤脲酶活性最低，且连作3 a地脲酶活性高于连作4年地脲酶活性。土壤中脲酶活性变化趋势总体表现为：黄芩连作3 a>黄芩连作4 a>小麦-黄芩轮作地>荒地。

2.2.3 土壤蔗糖酶活性的变化 蔗糖酶在一定程度上能够增加土壤中碳水化合物，从而使得土壤的肥力水平得到有效改善。图6所示可以看出：黄芩连作3 a和连作4 a土壤蔗糖酶活性相差不大，说明连作年限对土壤蔗糖酶活性影响不显著；轮作地的蔗糖酶活性远高于连作地。土壤中蔗糖酶活性变化趋势总体表现为：小麦-黄芩轮作>黄芩连作>荒地。

3 讨论

3.1 不同种植模式对黄芩根际土壤微生物数量的影响

土壤微生物类群在土壤的生态系统中有着非常重要的作用，其数量特征可以表征出土壤肥力的高低。本研究发现连作年限对黄芩根际土壤中的微生物数量有影响，连作3 a黄芩根际土壤中细菌和放线菌的数量分别比连作4 a黄芩根际土壤中细菌和放线菌数量高了9.00%和8.00%，这与张向东等[9]对黄芩根际土壤中细菌和放线菌的数量变化研究及陈慧[10]对地黄根际土壤中细菌数量变化的研究结论一致，说明土壤中细菌和放线菌的数量会随着连作年限的增加而降低；而真菌数量的变化趋势正好相反，连作3 a的黄芩根际土壤中的真菌数量要比连作4 a黄芩根际土壤中的真菌数量低13.00%，这与陈慧等[11]对白术连作地真菌数量变化趋势的研究结论一致，说明土壤中真菌的数量会随着连作年限的增加而增加。本研究发现，随着黄芩连作年限的增加细菌和放线菌数量减少，真菌的数量增加，而孙秀山等[12]研究发现，随着花生田连作年限的增加细菌和放线菌的数量也呈现增加的趋势，而真菌则表现为减少的趋势，这与笔者研究结果刚好相反，其原因可能是研究对象不同、作物的生长环境不同等原因导致连作年限对土壤微生物影响的变化规律差异较大。彭晓邦等[13]研究发现黄芩能够产生一定的化感物质，且化感物质的数量以及种类会影响作物根际土壤微生物群落的数量特征[14]，因此黄芩根际土壤微生物的数量变化特征有待进一步研究。

3.2 不同种植模式对黄芩根际土壤酶活性的影响

土壤酶活性能够反应植物体的生理生态过程，在土壤生态系统中起着非常重要的作用。在本研究所采集的四种土样中，脲酶和过氧化氢酶活性的变化趋势基本一致，均表现为黄芩连作>小麦-黄芩轮作>荒地。与黄芩连作地的蔗糖酶活性相比，小麦-黄芩轮作地的蔗糖酶活性则要高出很多，这说明轮作种植模式会使得土壤中有效营养物质增加，且能提高土壤的肥力水平，从而对作物的生长起到一定的促进作用。笔者研究中，连作年限对黄芩根际土壤中的过氧化氢酶和脲酶活性有显著影响，连作3 a黄芩根际土壤中的过氧化氢酶和脲酶活性均高于连作4 a黄芩根际土壤中的过氧化氢酶和脲酶活性，这与孙秀山等[12]对连作花生田根际土壤中过氧化氢酶和脲酶活性的研究及陈慧等[11]对白术连作地过氧化氢酶和脲酶活性变化趋势的研究结论一致，说明连作年限对过氧化氢酶和脲酶活性有影响，连作年限越短过氧化氢酶和脲酶活性越高。小麦-黄芩轮作地的蔗糖酶活性高于黄芩连作地的蔗糖酶活性，这与孙秀山等[12]对连作花生田根际土壤中蔗糖酶活性的研究结论一致，说明轮作种植方式会在一定程度上提高土壤中蔗糖酶的活性。笔者研究发现，黄芩连作地的过氧化氢酶和脲酶活性均高于小麦-黄芩轮作地的过氧化氢酶和脲酶活性，且连作年限对蔗糖酶活性影响不显著，这与赵庆芳等[15]对不同当归种植地根际土壤中脲酶和过氧化氢酶活性的研究结果及陈慧等[10]对地黄连作蔗糖酶活性的研究结果不一致，其原因可能是研究对象不同、其生长环境不同以及连作年限不同等诸多因素导致研究结果各异。本研究发现，黄芩连作地的土壤微生物真菌数量较高，这种结果的可能原因是由于黄芩连作时间较长，破坏了土壤的生态平衡，土壤类型由细菌型转向真菌型，导致有害菌类积累，造成土壤有害物质增加，土壤肥力及熟化程度降低，影响作物的质量和产量[15]。

4 结论

不同种植地根际土壤微生物的三大类群组成比例基本一致，均为细菌居于多数，放线菌次之，真菌的数量最少。土壤微生物数量变化趋势总体表现为小麦-黄芩轮作>黄芩连作3 a>黄芩连作4 a>荒地；土壤脲酶和过氧化氢酶活性的变化趋势均表现为黄芩连作>小麦-黄芩轮作>荒地。小麦-黄芩轮作地蔗糖酶活性最高，说明小麦-黄芩轮作能够有效提高土壤蔗糖酶活性。小麦-黄芩轮作能有效提高土壤微生物数量和土壤蔗糖酶活性。