胡哲偉 金淑 應(yīng)蓉蓉 劉國強(qiáng)

摘要：為探究蚓糞和益生菌配施對土壤改良和微生物生長的影響，在野外試驗(yàn)大棚內(nèi)設(shè)置6個不同施肥處理（單施化肥、單施蚓糞、化肥+巨大芽孢桿菌、蚓糞+巨大芽孢桿菌、化肥+解淀粉芽孢桿菌和蚓糞+解淀粉芽孢桿菌），分析不同處理下土壤微生物生物量和酶活性的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，與單施化肥相比，單施蚓糞可顯著提高微生物生物量氮（MBN）、碳（MBC）、磷（MBP），吲哚乙酸（IAA），土壤呼吸，以及蔗糖酶（INV）、脲酶（UE）、磷酸酶（PHOS）、蛋白酶（PRO）、過氧化氫酶（CAT）活性（P<0.05）。與單施蚓糞相比，蚓糞與益生菌配施能有效提高土壤MBN、MBC、MBP、IAA、土壤呼吸和土壤酶活性（INV、UE、PRO、CAT），而磷酸酶活性以配施蚓糞+解淀粉芽孢桿菌處理有效提升，配施處理含量反而減少。相關(guān)性分析表明，土壤微生物生物量與土壤酶活性均呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。因此，推薦使用蚓糞配施益生菌來提高土壤微生物生物量及土壤酶活性，以改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：蚓糞;益生菌;土壤;微生物生物量;酶活性

中圖分類號：S154.3?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）11-0201-07

收稿日期：2021-03-19

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：42007182）

作者簡介：胡哲偉（1989—），男，江蘇南京人，碩士，助理研究員，主要從事土壤環(huán)境安全評價研究。E-mail：hzw@nies.org。

通信作者：金 淑，碩士，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染控制等研究工作。E-mail：jinshu@nies.org。

化學(xué)肥料的長期施用導(dǎo)致了土壤微生物量的減少及酶活性的降低，顯著降低土壤質(zhì)量，從而影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[1-3]。用以蚓糞為代表的有機(jī)肥替代化肥，可提高土壤養(yǎng)分的有效性，刺激土壤微生物生物量增加，維持土壤健康[4-7]。研究表明，蚓糞通過改善土壤質(zhì)量和酶活性來改善作物生長的土壤環(huán)境，從而提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[8-12]。益生菌不僅可促進(jìn)作物吸收礦質(zhì)營養(yǎng)元素，將土壤中難以被作物吸收利用的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為易吸收利用的成分，還能提高微生物活性，改善土壤生態(tài)環(huán)境[13]。土壤微生物生物量是土壤養(yǎng)分循環(huán)和轉(zhuǎn)化的重要動力和主要參與者，是土壤微生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的部分[14-17]。土壤酶活性是植物根系及微生物分泌的具有高度催化作用的蛋白質(zhì)，對土壤養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)、容重等土壤環(huán)境因子的變化極為敏感，土壤環(huán)境因子的微小變化就會引起土壤酶活性的改變，如何提升土壤微生物生物量和酶活性已成為改善農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)的主要任務(wù)。

目前，關(guān)于蚓糞或益生菌在提高土壤肥力，增加作物產(chǎn)量品質(zhì)方面已有大量的報道[18-22]，但對于蚓糞配施益生菌以及兩者間的交互作用對土壤微生物量及酶活性的研究還有待進(jìn)一步探討。因此，本研究選用了巨大芽孢桿菌和解淀粉芽孢桿菌與蚓糞配施，并以化肥作為對照，研究不同配施處理對土壤微生物量及酶活性的影響，以期探明蚓糞與益生菌配施及其交互作用對土壤微生態(tài)環(huán)境的影響，為蚓糞和益生菌在土壤改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用上提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究在江蘇省南京市江寧區(qū)橫溪鎮(zhèn)國家環(huán)境保護(hù)農(nóng)藥環(huán)境評價與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室野外試驗(yàn)基地的溫室大棚開展，供試土壤和蚯蚓糞理化性質(zhì)見表1，供試蚯蚓為赤子愛勝蚓（Eisenia foetida），供試番茄品種為“金小靈”。試驗(yàn)用菌為解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens，BA）和專用巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium，BM）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)計6個處理（表2），24個試驗(yàn)小區(qū)（6個處理×4個重復(fù)），隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為4 m2（2 m×2 m）。根據(jù)前期研究結(jié)果，選定10 t/hm2蚓糞施用量（干基質(zhì)量），分2次（間隔2 d）撒施于試驗(yàn)小區(qū)中。供試化肥為尿素、磷酸二氫銨和氯化鉀，其施用量根據(jù)蚓糞中含有的N、P、K及施用量按比例計算，其中純氮、五氧化二磷、氧化鉀的施用量分別為100、265、223 kg/hm2。接種的菌液來源于酵罐發(fā)酵，其活菌成分含量為1.5×108 CFU/mL，接種量為1 L/m2，未添加菌液處理加入普通細(xì)菌培養(yǎng)基：酵母粉4.0 g，蛋白胨8.0 g，NaCl 8.0 g，蒸餾水0.8 L，培養(yǎng)稀釋100倍后均勻?yàn)⑷敫魈幚硇^(qū)，并隨肥料一起充分混勻。試驗(yàn)期間各處理田間管理措施一致。

1.3 試驗(yàn)方法

2020年6月4日移栽28棵幼苗于每個小區(qū)中，苗間距為30 cm×50 cm，共28株，采取滴灌的方式進(jìn)行，確保土壤濕潤，防止積水。于番茄盛花期（7月15日）和收獲期（9月18日）分別采集0～20 cm 深度的土壤樣品，并于結(jié)果期每隔6 d采摘成熟果實(shí)并稱質(zhì)量計產(chǎn)，采摘第4穗果時取相同成熟度果實(shí)測定其品質(zhì)指標(biāo)。

1.4 測試方法

土壤微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）和磷（MBP）采用氯仿熏蒸-浸提法測定。土壤基礎(chǔ)呼吸測定采用NaOH吸收法[8]，測定標(biāo)準(zhǔn)條件下微生物碳源礦化過程中CO2的產(chǎn)生量。土壤過氧化氫酶（CAT）采用KMnO4滴定法測定，脲酶（UE）采用苯酚鈉比色法測定，磷酸酶（PHOS）采用磷酸苯二鈉比色法測定，蔗糖酶活性（INV）采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，蛋白酶活性（PRO）采用茚三酮比色法[9]測定。

1.5 統(tǒng)計分析

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，差異顯著性檢驗(yàn)采用LSD法（P<0. 05）。采用Excel作圖、制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚓糞和益生菌配施對土壤微生物生物量的影響

不同施肥處理均不同程度地改善土壤微生物生物量、生長素以及土壤呼吸。在盛花期和收獲期，與單施化肥處理CF相比，單施蚓糞處理VC可顯著提高土壤微生物生物量氮，分別提高了83.33%和48.70%。

由圖1可見，化肥配施益生菌處理較CF處理顯著增加盛花期和收獲期土壤微生物生物量氮，增幅分別為101.67%和25.79%（CF+BM），99.17%和64.94%（CF+BA），這表明化肥配施益生菌后能顯著提高盛花期和收獲期土壤微生物生物量氮。與VC處理相比，蚓糞配施益生菌（VC+BM和VC+BA）顯著增加土壤微生物生物量氮，增幅為27.27%～40.45%。此外，蚓糞配施益生菌處理（VC+BM、VC+BA）微生物生物量氮顯著高于化肥配施益生菌處理（VC+BM、VC+BA）。這也進(jìn)一步說明施用蚓糞對改良土壤微生物生物量氮具有較好的效果。蚓糞和益生菌配施對土壤微生物生物量碳、磷的影響與微生物生物量氮相似，與CF處理相比，VC處理可顯著提高土壤微生物生物量碳、磷，提高了13.99%～42.69%。CF+BM、CF+BA處理較CF處理顯著增加盛花期和收獲期土壤微生物量碳、磷，增幅分別為1.40%～58.15%、18.18%～72.41%。隨著蚓糞與益生菌的配施（VC+BM和VC+BA），土壤微生物生物量碳、磷含量明顯增加，增幅分別為1.84%～23.31%、25.83%～36.67%。

由圖2可見，與對照CF相比，盛花期和收獲期的CF+BM和CF+BA處理IAA分別提高14.26%和15.62%及37.52%和7.81%。對于土壤IAA，VC+BM處理較VC分別提高了13.51%和2.46%，VC+BA處理較VC分別提高了9.46%和12.32%。同時，蚓糞較化肥處理分別提高了11.07%和5.73%。土壤呼吸方面，施用蚓糞處理（VC、VC+BM、VC+BA）顯著高于化肥處理（CF、CF+BM、CF+BA），增幅為23.89%～202.86%（圖3）。

2.2 蚓糞和益生菌配施對土壤酶活性的影響

不同施肥處理對各土壤酶活性存在顯著影響（圖4、圖5）。蔗糖酶、脲酶和磷酸酶不同處理整體表現(xiàn)為收獲期小于盛花期，表明在作物收獲期土壤營養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)磷及有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化能力小于盛花期。施用蚓糞無論是在盛花期還是收獲期均明顯大于施用化肥處理，分別使蔗糖酶提高了44.05%和35.03%，脲酶提高了27.97%和26.19%，磷酸酶提高了44.05%和35.03%。主要原因可能是施用蚓糞能有效增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)，將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成可供植物吸收的無機(jī)磷，增強(qiáng)土壤有效態(tài)氮的轉(zhuǎn)化能力和無機(jī)氮的供應(yīng)能力。與化肥配施益生菌相比，蚓糞配施益生菌能明顯增加土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性，增幅分別為12.93%～17.67%、0.8%～21.18%和4.48%～32.10%。蚓糞配施益生菌較單施蚓糞能提高土壤蔗糖酶和脲酶（P>0.05），雖沒有達(dá)到顯著水平，但能有效提升土壤酶活性，且以VC+BA效果較好。而VC+BM處理較VC+BA能有效提升磷酸酶活性，這表明在土壤無機(jī)磷轉(zhuǎn)化方面以VC+BM效果較好。

不同處理的土壤蛋白酶和過氧化氫酶活性均為收獲期大于盛花期，表明在作物收獲期土壤中氮素營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化狀況和土壤微生物新陳代謝能力大于盛花期。與施用化肥處理相比，施用蚓糞顯著增加土壤蛋白酶活性和過氧化氫酶活性，增幅分別4.18%～9.3%、22.9%～33.33%。為蚓糞配施益生菌較單施蚓糞均能有效提升土壤蛋白酶和過氧化氫酶，其中，蛋白酶分別提高了9.22%和11.42%（VC+BM）及12.41%和11.73%（VC+BA）（P<0.05）;過氧化氫酶分別提高了7.86%和7.45%（VC+BM）及5%和5.59%（VC+BA）（P>0.05）。

綜上，施用蚓糞比化肥更能提高土壤酶活性，而蚓糞配施益生菌也能明顯提升土壤酶活性，且巨大芽孢桿菌（BM）與解淀粉芽孢桿菌（BA）對配施效果的影響不大。

2.3 相關(guān)性分析

相關(guān)性分析（表3）表明，土壤微生物碳、氮、磷均與土壤酶活性呈顯著正相關(guān)。其中，MBN、MBC、MBP和基礎(chǔ)呼吸與蔗糖酶達(dá)到了顯著水平（P<0.01）;脲酶與MBN（0.657**）、MBC（0.429*）顯著。蛋白酶與MBN（0.688**）、MBP（0.687**）和基礎(chǔ)呼吸（0.631**）達(dá)到顯著水平。此外，土壤過氧化氫酶與MBN（0.747**）、MBC（0.634**）和MBP（0.578**）均達(dá)到顯著水平。

由此可以看出，土壤酶活性隨土壤微生物量的增加而顯著增強(qiáng)，且蔗糖酶受土壤微生物量影響最為顯著，磷酸酶受土壤微生物量影響不大，這可能是由于作物在生長過程中對不同類型酶的需求不同導(dǎo)致的。從相關(guān)性的角度可以看出，土壤微生物指標(biāo)MBN、MBC、MBP和基礎(chǔ)呼吸能更好地解釋土壤酶活性的變化（由于其相關(guān)性都很高且達(dá)到顯著差異），但是土壤IAA含量與酶活性并不存在一定的相關(guān)性。其中MBN和MBC對除磷酸酶以外的土壤酶活性（蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶）解釋度最好，其次為MBP和土壤呼吸。

3 討論

3.1 土壤微生物生物量對蚓糞和益生菌配施的響應(yīng)

土壤微生物生物量不僅是土壤營養(yǎng)物質(zhì)及有機(jī)質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的驅(qū)動力，同時可改善土壤理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分循環(huán)與平衡，并維持土壤生態(tài)平衡[24]。本研究表明，與單施化肥相比，施用蚓糞對土壤微生物生物量碳、氮、磷均具有明顯的促進(jìn)作用。與單施蚓糞或化肥配施益生菌相比，蚓糞配施益生菌能顯著提高土壤MBN和MBP（P<0.05），明顯提高土壤MBC、IAA和土壤呼吸（P<0.05）。這與張志林等的研究結(jié)果[2]相一致，配施蚯蚓糞較單施化肥能明顯提升桑樹土壤微生物生物量碳，增加根際土壤微生物數(shù)量。賈德新等研究也表明，增施蚯蚓糞不僅能提高土壤養(yǎng)分的有效性，還能顯著增強(qiáng)土壤微生物活性，改善豇豆根際土壤的微生態(tài)環(huán)境[24]。此外，張池等研究表明，添施蚓糞能明顯增加土壤溶解性碳、堿解氮、速效磷以及土壤微生物生物量碳氮的含量[10]。王明友等通過試驗(yàn)表明，化肥配施蚯蚓糞較單施蚓糞相比，能明顯提高豇豆土壤中活性有機(jī)碳含量，增強(qiáng)土壤微生物活性。值得一提的是，研究還表明單施蚓糞與化肥配施蚓糞相比，對豇豆土壤養(yǎng)分的影響較小[25]。本研究雖未將蚓糞與化肥配施作為對照試驗(yàn)，但研究結(jié)果表明單施蚓糞與化肥配施益生菌對土壤微生物生物量的影響差異不顯著。 此外，本研究表明蚓糞配施益生菌比化肥配施益生菌有明顯的促進(jìn)作用，這與申飛等的研究結(jié)果[9]一致，益生菌配施蚓糞對菠菜產(chǎn)量增加和品質(zhì)改善效果明顯優(yōu)于益生菌配施化肥。同時，本研究表明蚓糞配施巨大芽孢桿菌與蚓糞配施解淀粉芽孢桿菌對土壤微生物生物量的影響有一定的差異，整體上均有明顯的效果但差異不大。這與申飛等的研究結(jié)果[23]不一致，申飛等的研究結(jié)果表明綜合比較2種益生菌和蚓糞配施效果，以蚓糞配施解淀粉芽孢桿菌對改良土壤性狀改善、提高蔬菜產(chǎn)量品質(zhì)方面效果較好。這可能是因?yàn)槠浞N植的是菠菜，而菠菜對養(yǎng)分及土壤有機(jī)質(zhì)的吸收與番茄不完全相同，且本研究針對的是土壤微生物生物量，申飛等的研究針對的是菠菜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤養(yǎng)分和pH值。

3.2 土壤酶活性對蚓糞和益生菌配施的響應(yīng)

土壤酶參與土壤中許多重要的生物化學(xué)過程，常被用作評價土壤質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)功能的重要指標(biāo)。例如，脲酶與土壤中微生物和有機(jī)質(zhì)含量一般呈正相關(guān)關(guān)系，對提高土壤氮肥利用率和土壤氮素代謝具有重要的意義;蔗糖酶活性常與土壤有機(jī)質(zhì)、微生物數(shù)量和土壤基礎(chǔ)呼吸有顯著相關(guān)關(guān)系;蛋白酶在含氮有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化中（如氨基酸、蛋白質(zhì)等）起著至關(guān)重要的作用;過氧化氫酶一般能反映土壤腐殖化的程度和有機(jī)質(zhì)的積累;磷酸酶與土壤中有機(jī)磷的代謝與轉(zhuǎn)化有著密切的作用，在很大程度反映了磷肥的吸收與利用[26]。本研究表明，與單施化肥相比，施用蚓糞能顯著提高蔗糖酶和過氧化氫酶活性（P<0.05），同時提高脲酶、磷酸酶和蛋白酶活性（P>0.05）。這與徐洪巖等的研究結(jié)果[26]一致，研究表明施用蚯蚓糞顯著增加3個不同深度土壤磷酸酶、蛋白酶、蔗糖酶和纖維素酶活性。李少杰等的研究也表明，與對照（CK）相比，配施蚯蚓糞處理土壤有機(jī)質(zhì)含量增加21.93%～31.38%，且能顯著提高土壤蔗糖酶、磷酸酶、蛋白酶和過氧化氫酶活性[27]。張池等的研究表明，添施蚓糞能顯著增加土壤過氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、脲酶、酸性磷酸酶和堿性磷酸酶活性（P<0.05）[28]。

申飛等的研究結(jié)果表明，蚓糞與益生菌配施不僅顯著提高土壤硝態(tài)氮含量、蔗糖酶活性，還提高了土壤EC值[23]。本研究結(jié)果與之相似，與單施蚓糞或化肥配施益生菌相比，蚓糞和益生菌配施能明顯提升土壤酶活性。此外，本研究發(fā)現(xiàn)巨大芽孢桿菌（BM）與解淀粉芽孢桿菌（BA）對配施效果的影響不大，這與申飛等的研究結(jié)果[23]相悖，申飛等研究發(fā)現(xiàn)蚓糞配施解淀粉芽孢桿菌對土壤酶活性的改善效果最好，這可能是因?yàn)樽魑飳ν寥鲤B(yǎng)分吸收利用效率不同引起的土壤微生態(tài)環(huán)境的變化。對于本研究與前人研究間的差異還有待進(jìn)一步開展相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行分析。

此外，本研究表明土壤微生物生物量碳、氮、磷均與土壤酶活性均呈顯著正相關(guān)。這與陳小錦等的研究結(jié)果[29]相一致，陳小錦等研究發(fā)現(xiàn)，施用蚯蚓糞可提高多種土壤酶活性，促進(jìn)土壤微生物繁殖，從而提高紅壤肥力及養(yǎng)分有效性，改善紅壤生態(tài)環(huán)境。龐月等研究表明施用化肥對土壤中的蔗糖酶、酸性磷酸酶活性影響表現(xiàn)為下降的趨勢，而施用不同比例蚓糞顯著提高了土壤中蔗糖酶和酸性磷酸酶的活性，這是因?yàn)榕涫炯S能顯著增加土壤微生物生物量碳以及微生物生物量氮[30]。雍海燕等研究也發(fā)現(xiàn)，與CK相比，施用蚓糞能顯著增加土壤磷酸酶和脲酶活性，增幅為40.74%和53.33%，且能提高微生物量氮達(dá)36.84%。其主要原因是施用蚓糞或配施益生菌不僅為土壤增加養(yǎng)分，還能促進(jìn)土壤微生物繁殖，改善土壤微生物生態(tài)環(huán)境，從而維持或提高農(nóng)田土壤肥力和功能潛力[31]。

4 結(jié)論

（1）與單施化肥相比，配施蚓糞顯著提高了土壤微生物生物量碳、氮、磷。與單施蚓糞和化肥配施益生菌相比，蚓糞配施益生菌能顯著提高土壤微生物生物量碳、氮、磷。

（2）單施蚓糞或蚓糞和益生菌配施均能明顯提高土壤酶活性，促進(jìn)土壤營養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)磷、有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化及土壤微生物新陳代謝，且蚓糞和益生菌配施比單施蚓糞效果更佳。

（3）土壤微生物生物量碳、氮、磷均與土壤酶活性呈顯著正相關(guān)，且土壤酶活性是反映土壤微生物生物量的重要指標(biāo)之一。綜上，推薦使用蚓糞配施益生菌來提高土壤微生物生物量及土壤酶活性，以改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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