腐植酸对辣椒根际土壤微生物数量和多样性的影响

高涵，范仲卿，郭新送，田玉红，陈士更，刘禄，马学文，张晶，丁方军

（1.山东农大肥业科技有限公司，山东 泰安 271000；2.农业部腐植酸类肥料重点实验室，山东 泰安 271000；3.齐河县农业农村局，山东 齐河 251100）

在大田生产中，施肥是作物增产最重要的促进因素，对作物产量的贡献超过30%，具有不可替代的作用。普通肥料（尿素、常规复合肥）施用量大，在支出巨大的同时还导致土壤质量严重退化，给环境带来极大危害［1-4］。多项研究表明，长期施用常规化肥会导致作物根际土壤理化性质改变，土壤酶活性降低，还可杀死大量有益微生物，改变土壤微生物群落结构。因此，农业生产亟需采用新的施肥方式，减少肥料消耗和对土壤环境的危害［3，4］。

腐植酸类物质是土壤中广泛存在的一类高分子酸性有机混合物。土壤中的动植物残体和微生物细胞在一系列氧化还原反应下，形成腐植酸类物质，其对田间生产具有重要作用［5-7］。腐植酸是一种高效肥料增效剂，可与常规肥料结合后形成稳定的化学键，降低氮素释放速率；还可调节土壤pH值，促进有益微生物的繁殖和生长，降低病原体数量，提高植株抗病虫害的能力，降低微生物对外源有机物质的矿化，提升土壤质量［6-12］。土壤经过腐植酸活化后，可增加作物呼吸作用速率和新陈代谢过程，促进植物生长，提高作物抗逆性和改善农产品品质。近年来，随着相关研究的进展，土壤微生物数量、群落结构等土壤微生物特性已成为衡量土壤质量的重要指标［11，12］。

我国是世界上最大的辣椒生产与消费国之一。由于种植结构单一，连作现象严重，辣椒根际土壤退化，严重制约辣椒高产和稳产。研究表明，在大豆、玉米、小麦等作物种植过程中，腐植酸类物质可以活化土壤，调节土壤微生物群落，提升土壤质量［8-12］，但在辣椒中的相关研究迄今未见报道。本试验通过施用不同比例腐植酸肥料，研究其对辣椒根际微生物数量及群落结构的影响和连作辣椒田中土壤微生物特性变化规律，以期为提高土壤微生物数量、优化土壤微生物群落结构、改善连作辣椒田土壤质量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2014—2017年连续4年在山东省济宁市金乡县（35°04′N，116°18′E）辣椒种植基地同一地块进行。该区属典型大陆性暖温带季风气候，年均降水量547.5 mm。试验地选择土质均匀、土壤肥力一致的平整区域，壤质土，pH值约为7.3，肥力状况中等，土层深厚。供试辣椒品种德红1号，由德州市农业科学研究院提供，常规露地栽培。除肥料施用外，除草、灌溉等农艺措施与常规管理一致。

1.2 试验设计

试验共设置5个处理：T0为常规普通复合肥；T1为添加2%腐植酸复合肥；T2为添加4%腐植酸复合肥；T3为添加6%腐植酸复合肥；T4为添加8%腐植酸复合肥。随机区组排列，3次重复。小区面积20 m2。所有处理肥料均为基施。选择长势一致的辣椒秧苗于4月上旬定植。

1.3 土壤微生物相关特性测定

土壤微生物数量测定：采用稀释平板表面涂布法。将田间采集的土样置于4℃冰箱内保存，取10.0 g用90.0 mL无菌水稀释，振荡20 min，将土壤原液稀释成不同浓度梯度的悬浊液。细菌、真菌和放线菌分别采用牛肉膏蛋白琼脂培养基、马丁氏培养基以及高氏一号培养基进行培养。一周后观察平板中菌落的外观、长势，鉴定并统计菌落数。

土壤微生物量C和微生物量N的测定：采用氯仿熏蒸直接提取法［13］。取过滤土壤液15 mL，加入一定量K2Cr2O7溶液进行消煮，测定微生物量C。取过滤后的土壤液15 mL，加入0.5 mL浓H2SO4，随后浓缩至3 mL，凯氏定氮法测定微生物量N。

土壤微生物多样性测定：采用BIOLOG微平板法测定［14］。Shannon指数反映土壤中微生物群落丰富度，McIntosh指数反映土壤中微生物群落均匀度，Simpson指数反映土壤中微生物群落优势度。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel2017进行数据处理，DPS 8.0软件进行数据统计分析和差异显著性比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对辣椒根际土壤微生物特性的影响

对不同施肥处理的辣椒土壤微生物数量进行分析（表1）可知，施加腐植酸复合肥的辣椒根际土壤细菌、放线菌、微生物量C和微生物量N均高于常规施肥；与T0相比，T1处理以上指标略有提升，但差异不显著；T2、T3、T4处理的多数指标差异达显著水平（P＜0.05）。相较于T3，T4处理的细菌、放线菌、微生物量C略有增加，但差异不显著，微生物量N有所下降。相较于常规施肥，添加腐植酸肥料根际土壤真菌含量有所降低，其中，T3处理的真菌含量最低，T1和T4处理的真菌含量相差不大。

对不同施肥处理下的辣椒根际土壤微生物多样性进行分析（表1）可知，施加腐植酸肥料的Shannon指数、McIntosh指数和Simpson指数均高于常规施肥。相较于T3，T4处理的Shannon指数和McIntosh指数略有增加，但差异不显著；而Simpson指数有所降低。综上，辣椒田中添加6%腐植酸复合肥是最佳施肥模式。

表1 不同施肥处理辣椒根际微生物数量和多样性

2.2 不同年间腐植酸对辣椒根际土壤微生物特性的影响

2014—2017 年选择T0和T3两种处理方式，分析常规复合肥和腐植酸配比复合肥对辣椒根际土壤微生物数量和多样性的影响。由表2可以看出，2014—2017年，除真菌外，T3处理的土壤各指标均高于T0。2014年，T3处理比T0的细菌、放线菌、微生物量C和微生物量N分别提高26.7%、21.5%、28.0%和29.0%。2017年，T0处理的细菌、放线菌、微生物量C和微生物量N比2014年分别下降19.8%、12.3%、29.7%和33.5%；T3处理的细菌、放线菌、微生物量C和微生物量N比2014年分别下降6.4%、7.6%、9.2%和6.1%。2017年，T3处理的细菌、放线菌、微生物量C和微生物量N比T0分别提高47.8%、28.0%、65.3%和82.1%（P＜0.05）。2014—2017年，两种施肥处理下真菌含量变化不大，但各年度T3处理的真菌数量显著低于同期T0。2017年，T3处理根际土壤真菌含量为T0的83.7%。

2014—2017 年，T3处理的土壤微生物多样性均高于T0。2014年，T3处理的Shannon指数、McIntosh指数和Simpson指数分别比T0高17.3%、7.7%、7.8%。2017年，T0处理的Shannon指数、McIntosh指数和Simpson指数分别比2014年下降11.0%、9.9%和6.7%（P＜0.05）；T3处理的Shannon指数、McIntosh指数分别比2014年下降0.8%、1.0%（P＞0.05）。2017年，T3处理的Shannon指数、McIntosh指数和Simpson指数分别比T0高30.7%、18.3%、15.5%（P＜0.05）。

表2 2014—2017年不同处理辣椒根际微生物数量和多样性影响

3 讨论与结论

辣椒是我国最为重要的风味蔬菜之一。健康的根际土壤微环境可提升辣椒产量和品质。腐植酸类物质是土壤有机质的主要成分，兼有增肥和活菌的作用，对土壤微环境有较大影响。探究不同配比腐植酸肥对根际土壤微环境的影响，分析土壤中微生物数量、群落结构和生物多样性对于解析腐植酸对土壤微环境的影响、促进腐植酸增效肥研发具有重要意义［11，12，15-18］。

土壤微生物直接或间接地参与了土壤中几乎所有的生物和化学反应，其数量和活性直接关系到土壤质量。微生物量C易受湿度、温度、季节变化和管理措施的影响，是土壤微生物的综合反映。微生物量N在整个土壤氮循环与氮转化过程中起着重要的调节作用，是土壤微生物对氮素矿化的反映，也是土壤中微生物数量的直观反映［8-10］。Shannon指数、Simpson指数、McIntosh指数是土壤微生物群落多样性的常用指数［8-12］。

研究表明，腐植酸在一定程度上可以活化土壤，提升土壤微生物数量，增加微生物群落多样性和微生物C、N含量，提升土壤健康度［19］。本试验结果表明，施用2%、4%、6%和8%腐植酸配比复合肥的辣椒根际土壤中细菌和放线菌数量、微生物量C、微生物量N、Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数均高于常规复合肥，添加6%腐植酸施肥处理下，多数指标可达显著差异水平（P＜0.05）。相较于6%腐植酸配比模式，8%腐植酸配比复合肥的细菌和放线菌数量略有提升，微生物量C和微生物量N维持平衡，Shannon指数、Simpson指数和McIntosh维持平衡或略有提升。因此，6%腐植酸复合肥配比较适宜于辣椒栽培。在2%、4%、6%和8%腐植酸配比下，同年度真菌数量较常规施肥均有明显降低。刘亚锋等［20］的研究表明，腐植酸可能改变了真菌的种内数量，降低了黄曲霉、轮枝孢霉等致病菌在真菌总量的占比。腐植酸可促进土壤微生物数量增加的原因可能是腐植酸肥料具有促进作物根系生长发育的作用，增加作物根系数量及其分泌物，改善土壤微环境，从而增加土壤中微生物数量［17-20］。

连作是影响作物产量和品质的重要因素之一。长期连作会导致土壤中有害真菌含量骤升，有益细菌含量显著降低，微生物多样性水平降低，劣化土壤营养水平。本研究在常规施肥条件下，辣椒根际土壤多项微生物特性指标呈逐年降低趋势，连作效应对辣椒根际土壤质量影响显著。2017年，施用6%腐植酸配比复合肥地块的细菌、放线菌、微生物量C、微生物量N、Shannon指数、McIntosh指数相较于2014年均有所下降，但显著高于2017年常规复合肥施用地块。连作第四年，6%腐植酸配比下真菌含量仅为常规施肥的83.7%。以上结果表明，连作效应严重影响辣椒根际微生物特性，常规复合肥施用无法缓解严重的连作效应，而腐植酸肥料可以有效降低连作效应对辣椒根际土壤的损害。随着腐植酸肥料施用年限的延长，其优势逐渐体现，连作第四年依然可以维持较好的土壤品质。多项研究表明，在玉米、西瓜、棉花、小麦等作物生产中，施加一定量的腐植酸肥料可有效减弱连作障碍对作物的有害影响［10-12，21-23］。

综上所述，腐植酸对辣椒根际土壤微生态环境可产生显著影响，相较于普通肥料，腐植酸复合肥可提升土壤中有益细菌数量，降低有害真菌数量；提升微生物量C和N含量及微生物群落的Shannon指数、Simpson指数、McIntosh指数，从而维持土壤微生态系统的稳定性。