不同施肥水平对桔梗土壤微生物和土壤酶活性的影响

[摘要] 在陕西商洛香菊药源基地，采用氮，磷，钾3因素2次D-饱和最优设计施肥方案，研究氮磷钾不同施肥水平对桔梗土壤微生物数量和土壤酶活性的影响。结果表明，与N0P0K0相比，N0P2K2，N2P2K0，N3P1K3，N3P3K1增加了0～20 cm土壤的细菌数量，分别增加了144.34%，39.25%，37.17%，53.58%；N3P1K3处理20～40 cm土壤中细菌数量增加了163.77%；N0P0K3显著提高土壤中放线菌的数量，比N0P0K0处理增加了192.11%，其他处理作用不显著；N2P0K2和N3P1K3显著增加了0～20 cm土壤真菌的数量，分别比N0P0K0处理增加了35.27%，92.21%； N3P0K0显著增加了20～40 cm土壤真菌数量，增加了165.35%，其他处理较对照没有显著增加或者对真菌有不同程度的降低。除N2P0K2外，施肥极显著降低了0～20 cm土壤中过氧化氢酶活性，N2P2K0和氮磷钾三者配施（NPK）极显著增加了20～40 cm土壤中过氧化氢酶活性；施肥显著增强了20～40 cm土壤中蔗糖酶活性；施肥不同程度的降低了0～20 cm土壤中磷酸酶活性，除N1P3K3处理外，施肥却增强了20～40 cm土壤中磷酸酶活性；N3P0K0，N0P0K3，N2P0K2，N2P2K0，N3P1K3显著增强了0～20 cm土壤脲酶活性，分别比对照增加了18.22%，14.87%，17.84%，27.88%，24.54%。除N0P2K2外施肥显著增强了20～40 cm土壤脲酶活性。

[关键词] 施肥；桔梗；微生物数量；酶活性；土壤

[收稿日期] 2013-04-19

[基金项目] 国家重点基础研究发展计划（973）项目（2012CB416902）

[通信作者] 徐福利，E-mail：

[作者简介] 王渭玲，教授，博士生导师，主要研究领域为药用植物生理生态，E-mail：

土壤微生物数量和土壤酶活性是影响土壤微生态环境的重要因素，是土壤有机物转化的执行者，同时还是植物营养元素的活性库。与土壤养分相比，土壤微生物数量和酶活性作为土壤肥力的评价指标更为合理[1]。土壤微生物和土壤酶活性对环境的变化十分敏感，极易受施肥制度，植被类型，干湿交替，根系分泌物等环境因子的影响[2]。关于施肥对土壤微生物数量和土壤酶活性的影响方面已有不少研究，郭萍等[1]认为施肥能增加烟草土壤微生物数量，增强土壤酶活性；孟庆英等[3]研究认为施肥可以提高大豆根际土壤微生物的数量和土壤肥力；周卫军等[4]发现不同施肥修复措施均可明显提高退化稻田土壤微生物数量和微生物活性；刘苗等[5]认为施肥可以显著提高玉米根际微生物数量，其中以有机肥配施磷肥和氮肥效果最为显著；乔旭等[6]研究表明，在施用无机肥的基础上，有机肥的施用可以明显提高小麦土壤微生物数量和土壤酶活性。李秀英等[7]研究表明不同的施肥制度对土壤微生物的影响不同。焦晓光等[8]研究发现长期施用氮磷钾，有机肥和氮磷钾配施有机肥均可提高薄层黑土脲酶，磷酸酶，转化酶，过氧化氢酶和脱氢酶活性，尤其以氮磷钾配施有机肥效果最为显著。众多前人的研究均表明施肥会不同程度的提高土壤微生物数量和酶活性，尤其是均衡施肥效果最为明显。但是施肥研究大多集中在大田作物方面，关于施肥对种植药用植物桔梗土壤生物学特性的影响还未见报道，而种植桔梗土壤微生物群落的变化可能是导致连作桔梗病虫害发生的原因[9]。同时，有文献指出，土壤酶活性与土壤养分有密切关系[10]。因此，本文通过研究不同施肥水平对桔梗土壤微生物数量和酶活性的影响，比较不同施肥水平下土壤质量的变化，探索对桔梗土壤肥力维持最有利的施肥方案。

1 材料与方法

1.1 试验区概况 田间试验在陕西省商洛市商州区香菊药源基地进行，基地地势平坦，海拔580 m，属于半湿润温暖气候区，具有四季分明，光照充足，降水充沛的特点。年降水量722.9～899 mm，年平均日照2 346.8 h，年平均气温15.8 ℃，无霜期248 d。土壤为棕壤土，种植前试验地土壤肥力状况为0～20 cm土壤有机质21.94 g・kg-1，全氮（N）0.68 g・kg-1，全磷（P2O5）0.75 g・kg-1，全钾（K2O）13.80 g・kg-1，碱解氮86.62 mg・kg-1，速效磷71.63 mg・kg-1，速效钾134.10 mg・kg-1，有效铜0.28 mg・kg-1，有效锌0.32 mg・kg-1，有效铁2.41 mg・kg-1，有效锰1.53 mg・kg-1，pH 7.47，CEC 23.58 cmol・kg-1，土壤含水量13.55%； 20～40 cm土层有机质13.89 g・kg-1，全氮（N）0.47 g・kg-1，全磷（P2O5）0.63 g・kg-1，全钾（K2O）14.13 g・kg-1，碱解氮60.38 mg・kg-1，速效磷49.94 mg・kg-1，速效钾111.83 mg・kg-1，有效铜0.62 mg・kg-1，有效锌0.19 mg・kg-1，有效铁2.75 mg・kg-1，有效锰0.89 mg・kg-1，pH 7.79，CEC 23.94 cmol・kg-1，土壤含水量13.76%[11]。种植作物为紫花桔梗，前茬作物为决明子，2010年4月15日播种，2011年10月28日收获。

试验小区为4 m×6 m，施肥采用氮，磷，钾3因素2次D-饱和最优设计，共10个处理（表1），小区采用随机区组排列，设置3次重复。磷肥和钾肥作为基肥，播种前一次性施入，氮肥的1/3作为基肥，其余的2/3分2次追施，每次追施1/3，分别于第1年与第2年的6月底追施。氮肥为尿素（N≥46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5≥12%），钾肥为硫酸钾（K2O≥51%）。

表1 施肥方案

Fig.1 fertilizer programs

1.2 土样采集，处理和分析 于2011年10月28日紫花桔梗的枯萎期用土钻钻取根系周围5 ～10 cm土壤，采集0 ～20 cm，20～40 cm 2个深度的土样，在每个小区采用对角线法五点对称取样，剔除石砾和植物残根等杂物，捡去可见有机物，五点混合制样。过2 mm筛后，一部分放入1 ℃冷库内保存，用于测定土壤微生物数量，一部分风干后过1 mm筛密封保存，用于测定土壤酶活性。

土壤微生物数量的测定采用稀释平板计数法[12]，细菌使用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌使用马铃薯培养基（PDA），放线菌使用高氏一号培养基。细菌稀释梯度为1×10-4～1×10-6，真菌为1×10-1～1×10-3，放线菌为1×10-3～1×10-5，每个稀释梯度做3次重复。土壤微生物数量以每克土壤（干重）形成的菌落数表示。

土壤酶活性测定参照关松荫[13]的方法，过氧化氢酶采用高锰酸钾容量法，以每克干土消耗1 mL 0.1 mol・L-1 KMnO4为1 个活性单位（U）。蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法，以每克土壤（干重）24 h分解产生的葡萄糖的毫克数表示。脲酶采用苯酚钠比色法，以每克干土消耗1 mg NH3-N 为1 个活性单位（U）。磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法进行测定，以每克干土消耗1 mg 酚为1个活性单位（U）。每个样品重复测定3次。

1.3 数据处理和分析 试验数据利用Excel 2007和SPSS 17.0进行整理和统计分析，采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 施肥对微生物数量的影响 与对照相比，氮，磷，钾单施对0～20 cm土壤细菌数量的影响没有显著差异，而磷钾配施，氮磷配施，N3P1K3和N3P3K1都不同程度上增加了0～20 cm土壤的细菌数量，尤其是磷钾配施效果最显著，与N0P0K0相比，分别增加了144.34%，39.25%，37.17%，53.58%；对20～40 cm的土壤，除了N3P1K3土壤细菌增加了163.77%；其余处理都降低了细菌数量，但是处理之间差异不显著（表2）。

表2 不同施肥对土壤微生物数量的影响（±s，n=3）

Fig.2 The influence of different fertilization on soil microbial quantity（±s，n=3）

注：同一列不同的字母表示处理之间在0.05水平上存在显著差异。

对土壤放线菌数量的影响，只有单施钾肥显著增加了土壤放线菌数量，比N0P0K0处理增加了192.11%。单施氮肥，氮钾配施和N3P1K3处理增加了0～20 cm土壤放线菌的数量，但是与对照没有显著差异。除单施钾肥外，其他处理都不同程度的降低了20～40 cm土壤放线菌的数量，但是与对照差异不显著。

对土壤真菌数量的影响，在0～20 cm土层，除了单施氮肥，单施磷肥，氮钾配施，N1P3K3，N3P1K3增加了土壤真菌的数量，其中，N2P0K2，N3P1K3分别比N0P0K0处理增加了35.27%，92.21%；其他处理都不同程度的降低了真菌数量。对20～40 cm的土壤除了单施氮，单施磷和氮钾配施，其他处理都降低了土壤真菌的数量，尤其是氮磷钾三者配施对真菌数量降低的程度最大。单施氮肥显著增加了20～40 cm土壤真菌的数量，增加了165.35%，其他处理与对照相比差异不显著。

2.2 施肥对酶活性的影响 氮钾配施和对照之间没有显著差异，其他处理都极显著降低了0～20 cm土壤过氧化氢酶的活性，以单施磷肥降低的最为显著，降低了15.08%。但是氮磷配施和氮磷钾三者配施却极显著增加了20～40 cm土壤过氧化氢酶的活性，其他处理和对照之间没有显著差异（表3）。

对蔗糖酶活性的影响，在0～20 cm的土壤中单施氮肥，单施钾肥，磷钾配施和氮磷配施增强了蔗糖酶活性，但是不同施肥处理和对照相比没有显著差异。所有处理都显著或极显著增加了20～40 cm土壤的蔗糖酶活性，以N3P3K1增加作用最明显，增加了103.02%，与对照相比差异达到了极显著。

除氮磷配施外，其他施肥处理都不同程度降低了0～20 cm土壤磷酸酶的活性，单施磷肥，磷钾配施和氮钾配施显著降低了磷酸酶活性，其中单施磷肥与对照相比极显著降低了0～20 cm土壤磷酸酶的活性，降低了22.26%。除了N1P3K3处理外，其他施肥处理都不同程度的增强了20～40 cm土壤磷酸酶的活性，其中单施氮肥，氮磷配施和N3P3K1与对照相比显著增强了磷酸酶的活性，其他处理和对照没有显著差异（表4）。

单施氮肥，单施钾肥，氮钾配施，氮磷配施和氮磷钾三者配施显著增强了0～20 cm土壤脲酶活性，而单施磷肥和磷钾配施显著降低了0～20 cm土壤脲酶的活性。除了磷钾配施和对照没有显著差异，其他处理都显著或极显著的增强了20～40 cm土壤脲酶的活性，尤其是氮磷配施和氮磷钾三者配施对脲酶活性的增强作用最大。

3 讨论

3.1 施肥对桔梗土壤微生物数量的影响 土壤微 表3 不同施肥对土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性的影响（±s，n=3）

Fig.3 The influence of different fertilization on activity of catalase and sucrase of soil（±s，n=3）U

表4 不同施肥对磷酸酶和脲酶活性的影响（±s，n=3）

Fig.4 The influence of different fertilization on activity of urease and phosphatase of soilU

生物是构成土壤生物活性的重要组分。本研究表明，施肥影响了土壤中微生物的数量，但是由于受施肥深度的影响，使得对0～20 cm土壤中微生物的影响大于20～40 cm。氮磷钾3种肥料的配合施用增加了土壤中细菌和放线菌的数量，却降低了真菌的数量。孙瑞莲等[14]研究表明，氮磷钾与有机肥配合施用能明显提高土壤各养分含量，增加土壤微生物的数量，创造有利于土壤微生物生长繁育的土壤生态化学环境。邵清松等[15]研究表明，施肥有利于土壤微生物功能多样性的提升。郭修武等[16]也认为真菌数量越多土壤肥力越差。不少学者认为真菌型土壤是地力衰竭的标志，而细菌型土壤是土壤肥力提高的生物指标。由此可知，氮磷钾的配合施用在一定程度上提高了土壤的肥力。

3.2 施肥对桔梗土壤酶活性的影响

土壤中的酶类主要来源于土壤微生物和植物根系分泌物，参与土壤腐殖质的合成与分解等许多生化过程，是反映土壤生物学活性的重要指标[17]。李琰琰研究表明[18]，在一定的深度范围内，适当的增施氮肥，可以显著提高土壤酶的活性。氮水平对表层土的土壤酶活性影响较大，而对深层土的作用效果并不是很明显。Jessica 等[19]研究表明，施入N 50 kg・hm-2显著增加了一些水解酶（ 葡萄糖苷酶，磷酸酶和木糖苷酶等） 的活性。本研究表明施肥对过氧化氢酶活性的影响在不同土壤深度差异很大，在0～20 cm施肥降低了过氧化氢酶活性，而在20～40 cm除单施氮肥外，施肥却增强了过氧化氢酶活性。不同土壤深度过氧化氢酶活性的差异可能与微生物及植物根系有关。这与兰宇等[20]的研究结果相似。

蔗糖酶是土壤中碳循环转化的关键酶，参与有机物质的代谢过程，蔗糖酶活性大小与土壤肥力呈正相关[21]。本研究表明施肥处理增强了20～40 cm土壤蔗糖酶的活性，而对0～20 cm土壤的蔗糖酶没有产生显著影响，可能是因为土壤表层有机质累积量降低所致，但是施肥也起到了增强蔗糖酶活性，提高土壤肥力的作用。

磷酸酶在有机磷矿化中起着重要作用，可表征土壤的供磷能力[22]。本研究结果表明，除了氮磷配施外，施肥不同程度降低了0～20 cm土壤磷酸酶的活性，尤其是单施磷肥，磷钾配施和氮钾配施降低的最为显著，可能是施肥之后土壤速效磷含量升高，抑制了磷酸酶的活性。本研究表明，施肥不同程度增强了20～40 cm磷酸酶的活性，促进土壤中有机磷和矿物态磷转化为有效磷，提高土壤肥力。

脲酶是一种酰胺酶，直接参与尿素形态的转化，其产物是植物最重要的土壤速效氮[23]。除了单施磷肥和磷钾配施外，施肥显著或极显著增强了土壤中脲酶活性。尤其以氮磷钾配施的提高作用最为显著。这与李慧杰等[24]的研究结果一致。脲酶是一种诱导酶，尿素的施用可以促进脲酶活性的提高。

4 结论

施肥增加了桔梗种植土壤中细菌和放线菌的数量，而降低了土壤中真菌的数量，使土壤由贫瘠的“真菌型”转变成高肥力的“细菌型”土壤。施肥增强了土壤蔗糖酶活性和脲酶活性，对过氧化氢酶和磷酸酶的影响因土壤深度而异。在桔梗种植中，氮，磷，钾3种肥料配合施用是有利于土壤肥力维持的施肥方式，尤其以N3P3K1（即高氮，高磷，低钾）处理对土壤肥力的维持最有利。

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Effect of fertilization levels on soil microorganism amount and

soil enzyme activities

WANG Wei-ling DU Jun-bo XU Fu-li ZHANG Xiao-hu

（1.Northwest A&F University，Yangling 712100， China；

2.Xian Zili Chinese Medicine Group Co.， Ltd.， Xi′an 710119， China；

3.Department of Biomedical Engineering， Shangluo College， Shangluo GAP Research Engineering Center for

Traditional Chinese Medicine， Chinese Academy of Traditional Chinese Medicine， Shangluo 726000， China）

[Abstract] Field experiments were conducted in Shangluo pharmaceutical base in Shaanxi province to study the effect of nitrogen， phosphorus and potassium in different fertilization levels on Platycodon grandiflorum soil microorganism and activities of soil enzyme， using three-factor D-saturation optimal design with random block design.The results showed that N0P2K2，N2P2K0，N3P1K3and N3P3K1 increased the amount of bacteria in 0-20 cm of soil compared with N0P0K0 by 144.34%， 39.25%， 37.17%， 53.58%， respectively.The amount of bacteria in 20-40 cm of soil of N3P1K3 increased by 163.77%， N0P0K3 increased the amount of soil actinomycetes significantly by 192.11%， while other treatments had no significant effect.N2P0K2and N3P1K3increased the amounts of fungus significantly in 0-20 cm of soil compared with N0P0K0， increased by35.27% and 92.21%， respectively.N3P0K0increased the amounts of fungus significantly in 20-40 cm of soil by 165.35%， while other treatments had no significant effect.All treatments decrease soil catalase activity significantly in 0-20 cm of soil except for N2P0K2， and while N2P2K0and NPK increased catalase activity significantly in 20-40 cm of soil.Fertilization regime increased invertase activity significantly in 20-40 cm of soil， and decreased phosphatase activity inordinately in 0-20 cm of soil， while increased phosphatase activity in 20-40 cm of soil other than N1P3K3.N3P0K0， N0P0K3， N2P0K2， N2P2K0and NPK increased soil urease activity significantly in 0-20 cm of soil compared with N0P0K0 by 18.22%，14.87%，17.84 %，27.88%，24.54%， respectively.Fertilization regime increased soil urease activity significantly in 20-40 cm of soil other than N0P2K2.

[Key words] fertilization； Platycodon grandiflorum； microorganism； enzyme activity； soil

doi：10.4268/cjcmm20132211