毛竹根区土壤微生物数量与酶活性研究.doc

毛竹根区土壤微生物数量与酶活性研究摘要：采样分析了毛竹根区土壤微生物数量和酶活性。结果表明：毛竹根区土壤细菌数量明显多于林间土，其R/S值平均为1.53；从不同年龄竹来看，Ⅰ、Ⅱ度竹根区细菌数量多于Ⅲ度竹。毛竹根区土壤真菌数量也明显多于林间土，R/S值平均为2.05；其中Ⅱ度竹根区真菌数量显著多于Ⅰ、Ⅱ度竹根区，差异达显著水平。放线菌数量无论是毛竹根区与林间土之间还是不同年龄毛竹根区土之间均无明显不同。毛竹根区土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶的活性明显高于林间土，R/S值分别平均为1.28、1.48、和1.94，但在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹根区之间这3类酶的活性无明显差异。毛竹根区土壤蛋白酶和磷酸酶的活性也明显高于林间土，其R/S值分别平均为2.00和1.82，并且蛋白酶活性Ⅱ度竹根区明显高于Ⅰ、Ⅲ度竹根区，磷酸酶活性Ⅱ度竹也显著高于Ⅲ度竹根区，差异均达显著水平。关键词：毛竹；根区土壤；微生物；酶。根际区是植物体与土壤物质、能量交换的场所。一方面植物体通过呼吸、分泌有机物质影响根际土壤性质[1]；另一方面，土壤又通过根际区以各种方式向植物体提供营养物质。农作物上有关根际的研究已十分深入[2、3、4]，并都针对表根几个毫米的根面土（RhizoplaneSoil）和根际土（RhizosphereSoil），而林木上的研究相对滞后。一方面林木立地条件差异较大，另一方面，对林木而言，确定几个毫米的根际有很大难度。虽目前国内外有关林木根际土壤研究有零星报道[5、6、7、8]，但研究都较农作物上粗放。由于林木根形态的特殊性，有些研究只对林木根际附近一个较大的区域即根区展开[9]。毛竹作为禾木科植物与农作物玉米（Zeamays）、小麦（Triticamaesticum）和水稻(Oryzasativa)一样，在根际区也具有联合固氮微生物[10、11]，因而开展毛竹根际区土壤的研究显得十分重要。但至今为止，未见毛竹根际区土壤生物化学性质方面的系统研究报道。为此，作者采集了不同年龄毛竹根区土样，旨在这方面作些探讨。1样地与方法1.1采样地概况采样地设在浙江省临安市郊青山镇。该区属亚热带季风气候，地理座标为119042′N，30014′E，属丘陵地区，年平均气温15.9℃，最高气温41.3℃，最低气温-13.3℃，年降水量1424mm，无霜期236d。土壤成土以富铝化和生物集化同时进行，土壤为发育于花岗岩的红壤。土壤pH在4.5～5.5，有机质含量在20.00g·kg-1左右，全氮含量在0.8～1.3g·kg-1之间，土壤水解氮、有效磷和速效钾分别平均为93.23、10.96和77.26mg·kg-1。采样地海拔高度为100～120m。竹林密度4100株·hm-2，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度分别占35.5%、31.2%、和33.3%(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹龄分别为1～2a、3～4a和5～6a)，毛竹平均眉径为8.5cm。1.2采样方法在0.33hm2左右的采样区域内，按15m×15m的面积划分为12个样方。1998年6月在每个样方中分别确定生长水平中等的Ⅰ度(1年生)、Ⅱ度（3年生）、Ⅲ4 度（5年生）竹各3株，分别在毛竹基部挖开，顺竹蔸取连在根上粒径小于１cm土壤作为根区土壤，并分别将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度各3株竹的根区土样混合成一个样品，作为该样方Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹的根区土样。同时在每个样方的竹林中多点采集和根区土深度一致的林间土样1个，采集时尽量避开竹鞭，各点均离竹鞭5厘米以上。1.3分析方法土样带回室内后分成两份，1份鲜样分析土壤微生物三大类；另1份风干、去杂、过筛后测定土壤各类酶活性。土壤微生物计数采用平板法[12]，细菌采用牛肉蛋白胨培养基；真菌采用马丁氏琼脂培养基；放线菌采用高泽1号琼脂培养基。土壤过氧化氢酶采用容量法；蔗糖酶采用二硝基水杨酸比色法；脲酶采用苯酚——次氯酸比色法；蛋白酶采用茚三酮比色法；磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法。［１３］2结果分析2.1毛竹根区与林间土壤微生物数量比较从表1可以看到，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度毛竹根区土壤细菌数量平均为每克土4.07×106个，是林间土壤的1.53倍。方差分析显示，不同部位土壤细菌数量存在显著差异，由LSD法多重比较可知，Ⅰ、Ⅱ度竹根区土壤细菌数量显著高于林间土壤，而Ⅲ度竹根区土壤细菌数量虽是林间土的1.43倍，但两者差异不显著。不同年龄毛竹根际土壤比较，Ⅲ度竹根区细菌数量明显低于Ⅰ、Ⅱ度竹，差异达到显著水平。放线菌数量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹根区土壤平均为每克土5.11×105个，和林间土壤的数量十分接近，方差分析也显示不同部位土壤间无显著差异。而真菌数量林间土壤与根际土壤间差异明显，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹根区真菌的平均数量为每克土4.58×104个，是林间土壤的2.05倍。方差分析显示，不同部位土壤存在显著差异，通过多重比较发现，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹根区土壤真菌数量均明显多于林间土壤，而其中Ⅱ度竹根区又显著多于Ⅰ、Ⅲ度竹根区。综合细菌、真菌、放线菌可以看到，土壤微生物总数根际土壤显著多于林间土壤。注：表中数据为12个样地的平均值；同列中不同英文字母表示差异达显著性水平（P<0.05）；F0.05（3.33）=2.90，F0.01（3.33）=4.46根际区承接了大量根系分泌物和根表脱落物，给微生物生长、繁衍提供了丰富的养分和能源物质，因而根际区土壤微生物数量一般都比林间土高［5］，毛竹也不例处。根际区土壤微生物数量增加，有利于土壤养分的有效性，也明显刺激了植物体生长。而根际并没有刺激放线菌而使根际放线菌明显增加［12］。从Paravizas等对蓝羽扁豆（LupinushirsutusL.）根际微生物的研究来看，当离开根表3～6mm时，放线菌的数量就和非根际土壤没有多大差异了[12]。文中毛竹根区土壤放线菌数量和林间土无明显差异，一方面说明了毛竹根区放线菌刺激作用也不明显，另一方面也说明了这种林木根区土采样方法从某种程度上淡化了根际效应。2.2毛竹根区与林间土壤酶活性分析表2显示，过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性不同部位土壤间存在显著性差异。通过LSD法多重比较发现过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性Ι、Ц、Ш度竹根区均显著高于林间土壤，而不同年龄竹根区土之间无明显不同。蛋白酶和磷酸酶活性Ι、Ц、Ш度竹根区土明显高于林间土，并不同年龄竹根区土之间也存在差异，主要表现在Ц度竹根区活性较强。注：表中数据为12个样地平均值；同列中不同英文字母表示差异达显著水平（P<0.05）；F0.05(3.33)=2.90，F0.01(3.33)=4 4.46；酶活性单位：过氧化氢酶，0.1mol·L-1，KMnO4·g-1·min-1；蔗糖酶、葡萄糖毫克数.g-1·d-1；脲酶，NH3-Nmg·g-1·d-1；蛋白酶，NH2-Nmg·g-1·d-1;磷酸酶，P2O5mg·g-1·h-1从上面分析可以看到，毛竹根区土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性均明显高于林间土壤，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹根区各类酶活性平均分别是根区的1.28、1.94、1.48、2.00和1.82倍。根际区土壤酶活性高是土壤研究者一再证明了的事实［14、15］。根区有大量根系分泌的粘液和根表脱落物质，其上都附着各种植物分泌的酶，其次，根区土壤微生物数量较多，这些微生物也常释放出酶类［13］，从而使根区土壤酶活性高于林间土壤。土壤中养分转化离不开酶的摧化作用，因而，毛竹根区土壤酶活性高有利于根区土壤养分的有效化，对毛竹生长极为有利。值得一提的是，比较不同年龄毛竹根区土壤，就可发现Ⅱ度毛竹根区土壤微生物数量较多、酶活性较强，虽然象细菌数量、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性等多重比较后并未显示Ⅱ度根区显著高于Ⅰ、Ⅲ度竹根区，但从不同年龄毛竹土壤R/S值（表3）仍可看到这些性质总体上Ⅱ度竹根区土较强。Ⅱ度竹根区土生物学活性强于Ⅰ、Ⅲ度竹说明随着毛竹新竹长成，根系逐渐发育，根系分泌物、根表脱落物逐渐增多，到了第3、4年根际区的微生物数量和酶活性达到最高水平，以后随着竹子变老根系代谢能力又逐渐下降，根区土壤生物学活性又有一定的回落。毛竹这种随着年龄不同，根区土壤生物学性质发生较快变化的情况在其它林木上很少发现，这也从一个方面启示我们在研究不同土地及不同人为措施对毛竹根区土壤影响时，一定要选择相同年龄的竹子作为研究对象，才具有说服力。注：R代表根区，S代表林间3结论与讨论毛竹根区土壤细菌数量明显多于林间土，从不同年龄来看，Ⅰ度、Ⅱ度竹根区细菌数量较多，它们和林间土达到了显著性差异，Ⅲ度竹根区相对较少。无论是不同年龄毛竹根区之间还是根区与林间土之间土壤放线菌数量均无明显差异。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹根区土壤真菌数量都显著多于林间土，Ⅱ度竹根区又显著多于Ⅰ、Ⅲ度竹根区，并差异都达显著水平。毛竹根区土壤的过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性显著高于林间土壤，但Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ度竹之间这3类酶活性均无明显不同。Ⅱ度竹根区土壤蛋白酶、磷酸酶活性显著高于林间土和Ⅲ度竹根区土，差异达显著水平；蛋白酶活性Ⅱ度竹根区还显著高于Ⅰ度竹根区，差异同样达到显著水平。值得指出的是在农作物上，研究根际土壤微生物时常常是针对根表几个毫米的区域，因而研究所得的“根际效应”（R/S）也都较大，R/S值一般为5～20，有的甚至更大［１２］，而本文中毛竹根区是指竹子根蔸区粘于根表1厘米之内的土壤，“根区”范围要大得多，因而R/S值相对较小。参考文献1．施卫明．根系分泌物与养分有效性[J]．土壤，1993，25(5)：263～265．2．张福销．环境胁迫与植物根际营养[M]．北京：中国农业出版社，1998．3．ZhangF.S.，TreebyM.，RomheldV.AndMarschnerH.Mobilizationofironbyphytosiderophoresasaffectedbyothermicronutrients[J].Plantandsoil，1990，130：173～178．4 4．ZhangFuso.Mobilizatiomofironandmanganesebyplantborneandsyntheticmetalchelators[J].Plantandsoil，1993，155/156:111～114.5．蒋秋怡．杉木根际土壤微生物和酶活性初探[J]．土壤，1993，25(5)：271～273．6．贾黎明．杨树刺槐混交林生长树种内营养关系的研究[D]．北京：北京林业大学资源与环境学院，1996．7．杨承栋，焦如珍．杉木人工森根际土壤性质变化的研究[J]．林业科学，1999，35(6)：2～9．8．IchioN.，AkaneM.ComparofYezosprucerootsinthehealthyanddeleteriousforests[J]．JapaneseJournalofForestEnvironment，1994，36(1)：51～56．9．姜培坤，徐秋芳，钱新标，等.矿质肥料对杉木苗根区土化壤生化性的影响[J].浙江林学院学报，1996，13(1)：10～14.10．顾小平，吴晓丽．毛竹根际分离的多粘芽孢杆菌固氮特性研究[J]．林业科学研究，1998，11（4）：377～381．11．顾小平，吴晓丽．接种联合固氮菌对毛竹实生苗生长的影响[J]．林业科学研究，1999，12（1）：7～12．12．陈华癸．土壤微生物学[M]．上海：上海科学技术出版社，1981．13．关松荫．土壤酶及其研究法[M]．北京：中国农业出版社，1986．14．RobertL.Enzymaticandmicrobialinteractionsinresponsetopitchpinerootgrowth[J]．Soilsci．Soc．OfAm．J．1991，55:998～1004．15．姜培坤，蒋秋怡，董林根，等．杉木、檫树根际土壤生化特性比较研究．浙江林学院学报[J]，1995，12（1）：1～5．4