论文部分内容阅读
摘要 分别用无肥对照、沼肥和紫茎泽兰菌肥，按照等养分原则施肥小铁头菜，利用酶标仪、稀释涂布平板、分光光度计等方法，测定不同肥料施肥后小铁头菜土壤的蛋白酶含量、活菌数以及腐殖质含量。结果表明，施用沼肥的效果好于紫茎泽兰菌肥，土壤肥力较施肥前得到提高。该试验可以为施用不同肥料对土壤肥力的影响以及后续对土壤肥力改善的研究提供依据。
关键词 沼肥；紫茎泽兰菌肥；土壤肥力
中圖分类号 S158 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0214-02
中国是农业大国，也是化肥使用大国，据统计，我国化肥使用量占世界的35%，相当于美国、印度的总和。近几年，我国农业投入边际效益明显下降。虽然化肥的施用提高了农作物产量，但通过对施用化肥的土壤研究发现，土壤板结，肥力下降。因此，改善土壤肥力对提高作物产量和品质至关重要。土壤肥力是指土壤为植物生长提供养分、水分以及优良环境条件的能力，它是土壤各种基本性质的综合表现，是土壤区别于成土母质和其他自然体最本质的特征，也是土壤作为自然资源和农业生产资料的物质基础。评价土壤肥力的生物指标有有机质、腐植酸、土壤酶活性等。
沼肥是经生物厌氧发酵产生的，由沼液和沼渣组成。沼液中不仅含有N、P、K等作物必需元素（主要以速效形态存在，例如NH4 ），而且富含微量元素（S、Ca、Mg等）、腐植酸、有机质等，对提高作物产量和促进土壤C/N矿化和减少温室气体排放具有显著影响；沼渣中也含上述成分。因此，沼肥被认为是良好的有机肥料。而紫茎泽兰作为外来物种阻碍了农林业、畜牧业的发展，据测定，紫茎泽兰含全氮0.372%、全磷0.062%、全钾0.580%、钙0.478%、镁0.059%、铁0.017%、硫0.069%、硅0.279%、铜2.459 mg/kg、锌10.139 mg/kg、锰29.527 mg/kg、硼5.259 mg/kg、钼0.204 mg/kg，营养素含量丰富。按绿肥类粗有机质水平计算，紫茎泽兰的粗有机物含量为83.18%，符合二级有机肥标准。将紫茎泽兰作为一种潜在的野生有机肥加以开发利用，不仅可以减少化肥施用量，还能减少污染、改善土壤及作物品质，符合可持续发展理念的要求。通过试验，测定不同肥料所种植的小铁头菜土壤中的蛋白酶含量、活菌数以及腐殖质含量，探究施用不同肥料对土壤肥力的影响，为今后土壤肥力改善提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地点选在云南师范大学呈贡校区能源与环境科学学院室外种植地，种植小铁头菜的土壤属于南方红壤。表层土壤pH值6.8，含全氮0.061 2%、速效磷0.052 3%、速效钾1.124%，Ts值98.3801%。
1.2 试验材料
种植作物为小铁头蔬菜。沼肥来源是实验室采集的水葫芦经过厌氧发酵后得到的沼液、沼渣残留物。紫茎泽兰菌肥是由采集的野生紫茎泽兰经过榨汁机加工处理，加入活性接种物之后，经过一段时间的发酵，将上清液留作农残降解剂使用，发酵残渣作为菌肥使用。
1.3 试验设计
试验设3个处理，分别为不施肥（CK）、沼肥、紫茎泽兰菌肥，按照等分原则施肥。每隔5～10 d，在沼肥组和紫茎泽兰组进行相应追肥，每隔1～2 d浇水1次，其他日常管理相同。
1.4 测定内容和方法
采用五点取样法采集0～20 cm土壤，用无菌镊子去除沙砾，然后将混合土样用无菌封口袋密封，带回实验室后过2 mm筛，4 ℃下储存用于测定土壤细菌、真菌、放射菌数量。
1.4.1 土壤蛋白酶测定。先按照五点取样法在种植小铁头菜的地方取2个样，采用对照原则在试验组和对照组加入0.02 g的风干土样待测。先配制试验所用的蛋白酶试剂，具体做法是将试剂2、试剂3和试剂4在40 ℃下水浴10 min，然后在试验组试管中先后加入100 μL试剂1和200 μL试剂3，而对照组试管中加入300 μL试剂1。混匀之后放置40 ℃的水浴锅中水浴30 min，之后取出振荡5～6次，使测定土壤样品与反应溶液充分接触反应。在试验组和对照组试管中各加100 μL试剂2，混匀，10 000 r/m下离心10 min。取上清液继续试验。重新在试验组和对照组试管中各加入150 μL上清液待测，在标准管中加入150 μL试剂6和700 μL试剂4，在试验组和对照组试管中各加入700 μL试剂4，然后分别在3种试管中加入150 μL试剂5，之后混匀，在40 ℃水浴锅中水浴20 min，最后冷却至室温，将待测样品放置于酶标仪中，680 nm波长下测定样品的吸光度值。
计算公式：
S-ACPT=C标准管×（A实验管-A对照管）/A标准管×V反总/W/T
=48×（A实验管-A对照管）/A标准管
式中，C标准管为标准管浓度，为0.05 mg/mL；V反总为反应体系总体积，为0.4 mL；T为反应时间，为30 min=1/48 d；W为样本质量，为0.02 g。
1.4.2 土壤微生物活菌数的测定。微生物活菌数采用稀释平板计数法测定。分别用牛肉膏蛋白胨培养基（28～30 ℃，1～2 d）、马铃薯琼脂培养基（28 ℃，3～5 d）、高氏一号琼脂（28 ℃，5～7 d）培养细菌、真菌、放射菌，各培养基浓度3次重复。
1.4.3 土壤腐殖质测定。称取土样10.00 g放入250 mL三角瓶中，加入100 mL 0.1 mol/L焦磷酸钠和0.1 mom/L氢氧化钠混合提取液（土∶液=1∶20），用橡皮塞緊后在振荡机上振荡30 min，然后放在温箱中静置13～14 h（温度控制在20 ℃左右），随之将溶液再次摇匀后过滤，将滤液收集到200 mL三角瓶中待测。吸取待测液20 mL，移入硬质试管中，用0.5 mol/L硫酸溶液中和至pH=7（pH试纸试验），插入铁丝笼中，将铁丝笼放到水浴锅里，在沸水浴中蒸干，然后按照测有机质的方法测定总碳量即可。 1.5 数据处理
数据采用Excel软件处理。
2 结果与分析
2.1 沼肥和紫茎泽兰菌肥对土壤蛋白酶活性的影响
由表1可知，3种不同施肥处理对土壤蛋白酶的影响显著。土壤蛋白酶在剖面中的分布與蔗糖酶蛋白酶：蛋白酶参与土壤中存在的氨基酸、蛋白质以及其他含蛋白质氮的有机化合物的转化。它们的水解产物是高等植物的氮源之一[1-3]。土壤蛋白酶在剖面中的分布与蔗糖酶相似，酶活性随剖面深度而减弱。并与土壤有机质含量、氮素及其他土壤性质有关。沼肥对土壤蛋白酶活性具有显著提高作用；紫茎泽兰菌肥对土壤蛋白酶活性虽然也有提高作用，但明显低于沼肥。而且随着沼肥和紫茎泽兰不断施用，提高土壤蛋白酶活性的效果越显著。
2.2 沼肥和紫茎泽兰菌肥对土壤活菌数的影响
由表2可知，3种不同的施肥处理对土壤微生物数量影响显著。土壤微生物数量是反映土壤生物活性的重要指标，对植物生长和营养元素流动起到重要作用。作为土壤微生物的主要组成部分，细菌、真菌、放射菌的数量变化既反映了土壤中各元素的变化，又反映了土壤物质循环和能量流动的调节，从而揭示了土壤发育的现状和趋向。此外，微生物种类数量的变化对土壤肥力的形成具有调节作用。施用沼肥的土壤活菌数明显增多；施用紫茎泽兰的土壤虽然也有增多，但是增長数量少于沼肥处理。施用沼肥对土壤肥力有改善作用，因为腐殖质是由一些异养的微生物，如某些腐生细菌，把土壤中的动、植物残体和有机肥料分解，然后再重新合成的。土壤中的活菌数数量越多，代谢活动越旺盛，腐殖质合成速度就会加快，合成有机物就会增多，土壤肥力越高[4-6]。
2.3 沼肥和紫茎泽兰菌肥对土壤腐殖质的影响
由表3可知，3种不同施肥处理对土壤腐殖质的影响显著。腐殖质是土壤有机质的重要组成部分，它是土壤养分的主要来源。因腐殖质中含有植物生长发育所需要的一些元素，能改善土壤、增加肥力。因此，对土壤的物理性质、化学性质、生物学性质都有重要影响，是土壤肥力指标之一。施用沼肥的土壤腐殖质明显增多；施用紫茎泽兰的土壤虽然也有增多，但是增长数量没有沼肥大。施用沼肥和微生物菌肥对土壤肥力都有改善作用。这是因为腐殖质是一种黑色胶状物质，它常与矿物质颗粒紧密结合在一起，成为土壤有机质的主要类型，对土壤肥力有重要的影响。土壤有机物增多，土壤肥力越高。
3 结论与讨论
试验结果表明，施肥处理对于土壤蛋白酶、土壤活菌数和土壤腐殖质的影响以沼肥处理最高，紫茎泽兰菌肥处理次之。这可能是因为沼肥和紫茎泽兰菌肥中含有大量有机质，并且施用沼肥和紫茎泽兰菌肥，增加了土壤中微生物生长所需的碳源和氮源，有机质和碳氮元素是合成蛋白酶的重要物质，土壤蛋白酶活性的增加有利于微生物的繁殖，而微生物数量的增加反过来又改善了土壤环境，增加了土壤腐殖质的含量，从而提高了土壤肥力，提高了作物的品质。该试验对今后深入研究紫茎泽兰改良土壤肥力方向提供相关试验参数。
4 参考文献
[1] 牛红榜，刘万学，万方浩.紫茎泽兰（Ageratina adenophora）入侵对土壤微生物群落和理化性质的影响[J].生态学报，2007（7）：3051-3060.
[2] 李会娜，刘万学，戴莲，等.紫茎泽兰入侵对土壤微生物、酶活性及肥力的影响[J].中国农业科学，2009（11）：3964-3971.
[3] 邓丹丹，刘棋，蒋智林，等.紫茎泽兰与不同植物群落土壤养分及酶活性差异[J].生态环境学报，2015（9）：1466-1471.
[4] 蒋智林，刘万学，万方浩，等.紫茎泽兰与本地植物群落根际土壤酶活性和土壤肥力的差异[J].农业环境科学学报，2008（2）：660-664.
[5] 牛红榜.外来植物紫茎泽兰入侵的土壤微生物学机制[D].北京：中国农业科学院，2007.
[6] 刘兴林，胡金朝，白洁，等.紫茎泽兰脱毒工艺及其腐熟肥料的应用[J].中国农学通报，2014（20）：149-153.
关键词 沼肥；紫茎泽兰菌肥；土壤肥力
中圖分类号 S158 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0214-02
中国是农业大国，也是化肥使用大国，据统计，我国化肥使用量占世界的35%，相当于美国、印度的总和。近几年，我国农业投入边际效益明显下降。虽然化肥的施用提高了农作物产量，但通过对施用化肥的土壤研究发现，土壤板结，肥力下降。因此，改善土壤肥力对提高作物产量和品质至关重要。土壤肥力是指土壤为植物生长提供养分、水分以及优良环境条件的能力，它是土壤各种基本性质的综合表现，是土壤区别于成土母质和其他自然体最本质的特征，也是土壤作为自然资源和农业生产资料的物质基础。评价土壤肥力的生物指标有有机质、腐植酸、土壤酶活性等。
沼肥是经生物厌氧发酵产生的，由沼液和沼渣组成。沼液中不仅含有N、P、K等作物必需元素（主要以速效形态存在，例如NH4 ），而且富含微量元素（S、Ca、Mg等）、腐植酸、有机质等，对提高作物产量和促进土壤C/N矿化和减少温室气体排放具有显著影响；沼渣中也含上述成分。因此，沼肥被认为是良好的有机肥料。而紫茎泽兰作为外来物种阻碍了农林业、畜牧业的发展，据测定，紫茎泽兰含全氮0.372%、全磷0.062%、全钾0.580%、钙0.478%、镁0.059%、铁0.017%、硫0.069%、硅0.279%、铜2.459 mg/kg、锌10.139 mg/kg、锰29.527 mg/kg、硼5.259 mg/kg、钼0.204 mg/kg，营养素含量丰富。按绿肥类粗有机质水平计算，紫茎泽兰的粗有机物含量为83.18%，符合二级有机肥标准。将紫茎泽兰作为一种潜在的野生有机肥加以开发利用，不仅可以减少化肥施用量，还能减少污染、改善土壤及作物品质，符合可持续发展理念的要求。通过试验，测定不同肥料所种植的小铁头菜土壤中的蛋白酶含量、活菌数以及腐殖质含量，探究施用不同肥料对土壤肥力的影响，为今后土壤肥力改善提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地点选在云南师范大学呈贡校区能源与环境科学学院室外种植地，种植小铁头菜的土壤属于南方红壤。表层土壤pH值6.8，含全氮0.061 2%、速效磷0.052 3%、速效钾1.124%，Ts值98.3801%。
1.2 试验材料
种植作物为小铁头蔬菜。沼肥来源是实验室采集的水葫芦经过厌氧发酵后得到的沼液、沼渣残留物。紫茎泽兰菌肥是由采集的野生紫茎泽兰经过榨汁机加工处理，加入活性接种物之后，经过一段时间的发酵，将上清液留作农残降解剂使用，发酵残渣作为菌肥使用。
1.3 试验设计
试验设3个处理，分别为不施肥（CK）、沼肥、紫茎泽兰菌肥，按照等分原则施肥。每隔5～10 d，在沼肥组和紫茎泽兰组进行相应追肥，每隔1～2 d浇水1次，其他日常管理相同。
1.4 测定内容和方法
采用五点取样法采集0～20 cm土壤，用无菌镊子去除沙砾，然后将混合土样用无菌封口袋密封，带回实验室后过2 mm筛，4 ℃下储存用于测定土壤细菌、真菌、放射菌数量。
1.4.1 土壤蛋白酶测定。先按照五点取样法在种植小铁头菜的地方取2个样，采用对照原则在试验组和对照组加入0.02 g的风干土样待测。先配制试验所用的蛋白酶试剂，具体做法是将试剂2、试剂3和试剂4在40 ℃下水浴10 min，然后在试验组试管中先后加入100 μL试剂1和200 μL试剂3，而对照组试管中加入300 μL试剂1。混匀之后放置40 ℃的水浴锅中水浴30 min，之后取出振荡5～6次，使测定土壤样品与反应溶液充分接触反应。在试验组和对照组试管中各加100 μL试剂2，混匀，10 000 r/m下离心10 min。取上清液继续试验。重新在试验组和对照组试管中各加入150 μL上清液待测，在标准管中加入150 μL试剂6和700 μL试剂4，在试验组和对照组试管中各加入700 μL试剂4，然后分别在3种试管中加入150 μL试剂5，之后混匀，在40 ℃水浴锅中水浴20 min，最后冷却至室温，将待测样品放置于酶标仪中，680 nm波长下测定样品的吸光度值。
计算公式：
S-ACPT=C标准管×（A实验管-A对照管）/A标准管×V反总/W/T
=48×（A实验管-A对照管）/A标准管
式中，C标准管为标准管浓度，为0.05 mg/mL；V反总为反应体系总体积，为0.4 mL；T为反应时间，为30 min=1/48 d；W为样本质量，为0.02 g。
1.4.2 土壤微生物活菌数的测定。微生物活菌数采用稀释平板计数法测定。分别用牛肉膏蛋白胨培养基（28～30 ℃，1～2 d）、马铃薯琼脂培养基（28 ℃，3～5 d）、高氏一号琼脂（28 ℃，5～7 d）培养细菌、真菌、放射菌，各培养基浓度3次重复。
1.4.3 土壤腐殖质测定。称取土样10.00 g放入250 mL三角瓶中，加入100 mL 0.1 mol/L焦磷酸钠和0.1 mom/L氢氧化钠混合提取液（土∶液=1∶20），用橡皮塞緊后在振荡机上振荡30 min，然后放在温箱中静置13～14 h（温度控制在20 ℃左右），随之将溶液再次摇匀后过滤，将滤液收集到200 mL三角瓶中待测。吸取待测液20 mL，移入硬质试管中，用0.5 mol/L硫酸溶液中和至pH=7（pH试纸试验），插入铁丝笼中，将铁丝笼放到水浴锅里，在沸水浴中蒸干，然后按照测有机质的方法测定总碳量即可。 1.5 数据处理
数据采用Excel软件处理。
2 结果与分析
2.1 沼肥和紫茎泽兰菌肥对土壤蛋白酶活性的影响
由表1可知，3种不同施肥处理对土壤蛋白酶的影响显著。土壤蛋白酶在剖面中的分布與蔗糖酶蛋白酶：蛋白酶参与土壤中存在的氨基酸、蛋白质以及其他含蛋白质氮的有机化合物的转化。它们的水解产物是高等植物的氮源之一[1-3]。土壤蛋白酶在剖面中的分布与蔗糖酶相似，酶活性随剖面深度而减弱。并与土壤有机质含量、氮素及其他土壤性质有关。沼肥对土壤蛋白酶活性具有显著提高作用；紫茎泽兰菌肥对土壤蛋白酶活性虽然也有提高作用，但明显低于沼肥。而且随着沼肥和紫茎泽兰不断施用，提高土壤蛋白酶活性的效果越显著。
2.2 沼肥和紫茎泽兰菌肥对土壤活菌数的影响
由表2可知，3种不同的施肥处理对土壤微生物数量影响显著。土壤微生物数量是反映土壤生物活性的重要指标，对植物生长和营养元素流动起到重要作用。作为土壤微生物的主要组成部分，细菌、真菌、放射菌的数量变化既反映了土壤中各元素的变化，又反映了土壤物质循环和能量流动的调节，从而揭示了土壤发育的现状和趋向。此外，微生物种类数量的变化对土壤肥力的形成具有调节作用。施用沼肥的土壤活菌数明显增多；施用紫茎泽兰的土壤虽然也有增多，但是增長数量少于沼肥处理。施用沼肥对土壤肥力有改善作用，因为腐殖质是由一些异养的微生物，如某些腐生细菌，把土壤中的动、植物残体和有机肥料分解，然后再重新合成的。土壤中的活菌数数量越多，代谢活动越旺盛，腐殖质合成速度就会加快，合成有机物就会增多，土壤肥力越高[4-6]。
2.3 沼肥和紫茎泽兰菌肥对土壤腐殖质的影响
由表3可知，3种不同施肥处理对土壤腐殖质的影响显著。腐殖质是土壤有机质的重要组成部分，它是土壤养分的主要来源。因腐殖质中含有植物生长发育所需要的一些元素，能改善土壤、增加肥力。因此，对土壤的物理性质、化学性质、生物学性质都有重要影响，是土壤肥力指标之一。施用沼肥的土壤腐殖质明显增多；施用紫茎泽兰的土壤虽然也有增多，但是增长数量没有沼肥大。施用沼肥和微生物菌肥对土壤肥力都有改善作用。这是因为腐殖质是一种黑色胶状物质，它常与矿物质颗粒紧密结合在一起，成为土壤有机质的主要类型，对土壤肥力有重要的影响。土壤有机物增多，土壤肥力越高。
3 结论与讨论
试验结果表明，施肥处理对于土壤蛋白酶、土壤活菌数和土壤腐殖质的影响以沼肥处理最高，紫茎泽兰菌肥处理次之。这可能是因为沼肥和紫茎泽兰菌肥中含有大量有机质，并且施用沼肥和紫茎泽兰菌肥，增加了土壤中微生物生长所需的碳源和氮源，有机质和碳氮元素是合成蛋白酶的重要物质，土壤蛋白酶活性的增加有利于微生物的繁殖，而微生物数量的增加反过来又改善了土壤环境，增加了土壤腐殖质的含量，从而提高了土壤肥力，提高了作物的品质。该试验对今后深入研究紫茎泽兰改良土壤肥力方向提供相关试验参数。
4 参考文献
[1] 牛红榜，刘万学，万方浩.紫茎泽兰（Ageratina adenophora）入侵对土壤微生物群落和理化性质的影响[J].生态学报，2007（7）：3051-3060.
[2] 李会娜，刘万学，戴莲，等.紫茎泽兰入侵对土壤微生物、酶活性及肥力的影响[J].中国农业科学，2009（11）：3964-3971.
[3] 邓丹丹，刘棋，蒋智林，等.紫茎泽兰与不同植物群落土壤养分及酶活性差异[J].生态环境学报，2015（9）：1466-1471.
[4] 蒋智林，刘万学，万方浩，等.紫茎泽兰与本地植物群落根际土壤酶活性和土壤肥力的差异[J].农业环境科学学报，2008（2）：660-664.
[5] 牛红榜.外来植物紫茎泽兰入侵的土壤微生物学机制[D].北京：中国农业科学院，2007.
[6] 刘兴林，胡金朝，白洁，等.紫茎泽兰脱毒工艺及其腐熟肥料的应用[J].中国农学通报，2014（20）：149-153.