朱婧 李倩磊 郭等等 管冠

摘要：纽荷尔脐橙是赣南地区脐橙的主栽品种，多种植于土壤有机质含量偏低的山地丘陵。长期以来，为保持赣南脐橙的高产，化学肥料的大量施用使得赣南地区果园土壤问题逐渐显现。设计盆栽试验研究纽荷尔脐橙根系生长、土壤酶活性与微生物多样性对不同施肥处理的响应过程，设置不施肥、单施有机肥、80%有机肥和20%复合肥、60%有机肥和40%复合肥、40%有机肥和60%复合肥、20%有机肥和80%复合肥、单施复合肥等7种处理。研究结果表明，20%有机肥和80%复合肥处理的脐橙根尖数相比于CK增加了0.86倍，同时其脲酶活性也最高，与CK相比提高约3.1倍;而单施复合肥则更有利于土壤中性磷酸酶活性增加，相比CK提高1.17倍。所有施肥处理的土壤微生物功能多样性均显著高于对照，其中60%有机肥和40%复合肥的土壤微生物功能多样性最优，相比于CK增加0.67～1.13倍。说明有机肥与复合肥配施有利于脐橙根系生长与土壤生物学性质优化。

关键词：根际土壤;红壤;微生物功能多样性;脐橙;施肥

中图分类号： S666.406  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2021）10-0096-06

赣州地区的亚热带湿润季风气候十分适合脐橙生长，赣南脐橙被誉为中华名果[1]。目前当地以纽荷尔为主栽脐橙品种，该品种的栽種面积占总面积的88%，其他品种则只占了12%[2]。长期以来，为保持赣南脐橙的高产，化学肥料的大量施用使得赣南地区果园土壤退化问题逐渐显现[3]。

作物产量和品质的获得通常来源于矿质营养的合理供应，而土壤矿质营养的合理供应则主要依赖于土壤的肥力水平。相关研究表明，有机无机肥配施可以通过有机肥中有机碳的添加而影响土壤的物理和化学性质，从而影响有效养分的供应，而土壤氮素的生物地球化学循环也与土壤有机碳源的输入密不可分[4]。另外，植物根系的生长状况也直接决定了植物对土壤养分的吸收效率[5-7]。一般认为，肥料施用有助于促进植物根系的生长延伸，且与环境因素关系密切[8-9]，根际一般是指根土界面5 mm范围内的微区土壤，承载着植物-土壤-微生物互作的空间[10]。根际微生物直接参与土壤有机碳矿化，在土壤肥力形成及植物营养吸收过程中的作用不可替代[11-12]。相关研究指出，根际微生物群落的宏基因组可以看作是植物体的第二基因组，不仅反映土壤生物活性水平，也直接影响植物对于土壤养分的吸收利用，并对土壤根际生态系统产生持续的影响[13]。

相关研究人员围绕土壤酶活性开展了大量工作。有报道称，化肥与菜籽饼配施处理的茶园土壤酶活性显著高于单施化肥处理[14];围绕油茶的研究结果也表明，生物有机肥提高土壤脲酶活性的效果最佳[15];于镇华等研究结果表明，化肥施用量过大会降低农田黑土所有土层的过氧化氢酶活性[16]。稳定的果园土壤微生物功能多样性有利于土壤酶活性的维持，也是高产优质果园的共性特征，平均颜色变化率（average well colour development，简称AWCD）可以有效地反映土壤微生物的代谢活力[17]。崔佩佩等认为，长期配施磷钾肥将显著增强高粱根际微生物的代谢活性，且其微生物种类及优势度指数也同时增加[18]。张恩平等研究结果表明，有机肥配施氮磷肥处理的番茄根际土壤微生物功能多样性较高[19]。而水稻采用有机肥与磷肥配施也有利于丰富土壤微生物多样性[20-21]。

前人针对不同施肥处理对各种植物的根系生长及土壤酶活性和土壤微生物多样性的影响开展大量研究，但针对赣南脐橙果园土壤特别是根际土壤方面的相关研究还相对较少。本研究以赣南脐橙果园的酸性红壤为对象，采用清耕模式设计盆栽试验，分析不同施肥处理对纽荷尔脐橙根系生长状况、根际和非根际土壤酶活性、土壤微生物功能多样性的影响。研究结果将有助于明确不同复合肥和有机肥比例对赣南脐橙根际土壤生物学性质的影响，对于维持赣南地区脐橙果园土壤的可持续利用能力，提高赣南脐橙植株矿质营养利用率及果实品质等都具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 盆栽试验设计

盆栽试验于2019年1月开始在赣南师范大学温网室开展。赣南师范大学位于江西省赣州市中部（25°47′N、114°52′E），本试验以赣南师范大学试验园区的红壤为供试土壤（原始土壤pH值为5.92，有机质含量为7.95 g/kg，碱解氮含量为21.72 mg/kg，速效磷含量为5.40 mg/kg，速效钾含量为97 mg/kg），盆栽苗木以2年生枳壳为砧木，嫁接纽荷尔脐橙，1年生纽荷尔脐橙苗木为植物样本。用完全随机区组试验设计盆栽试验，用直径35 cm、深20 cm的塑料桶装土7 kg/桶，管理模式同大田管理。共设置7个处理，以CK为对照组，T1～T6为试验组。施用的复合肥为15%-15%-15%（氮、磷、钾含量），购自深圳市芭田生态工程股份有限公司;有机肥为腐熟的干鸡粪，购自山东枣庄滕州姜屯工业园区。全氮含量为2.08%，碱解氮含量为549.73 mg/kg，全磷含量为1.94%，速效磷含量为109.50 mg/kg，全钾含量为1.19%，速效钾含量为1 105 mg/kg，有机质含量为44.73%，根据常规管理施肥量以1 kg土壤施用0.77 g氮为100%复合肥总氮量的基准，用过磷酸钙和硫酸钾调节补充，有机肥作为基肥，每月月初采样前施加复合肥，设置不同施肥处理，不同施肥处理复合肥与有机肥比例见表1。

1.2 测定方法

1.2.1 根系生长参数 采集经不同施肥处理6个月后的根系，用Epson数字扫描仪（Expression 10000XL1.0）扫描，分析采用WinRHIZO图像分析软件。

1.2.2 土壤酶活性 土壤脲酶活性的测定采用靛酚蓝比色法[22];过氧化氢酶活性的测定采用高锰酸钾滴定法[23];蔗糖酶活性的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法[24];中性磷酸酶活性的测定，采用PNPP法[25]。

1.2.3 土壤微生物功能多样性 采用Biolog Eco微平板法测定土壤微生物功能多样性[26]。

1.3 数据处理与分析方法

利用Microsoft Excel 2007计算平均值和标准差，采用Sigmaplot 12.5软件作图，利用DPS统计分析软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对纽荷尔脐橙根系生长的影响

从表2可以看出，有机肥和复合肥混施效果总体上优于单施有机肥或复合肥。在施肥6个月后，与CK比较，各试验组的根尖数、平均直径分别增加22.0%～85.8%、3.33%～172.22%;与试验组相比，CK根总长长70.4%、51.1%、59.4%、31.2%、26.5%、74.2%。由此可以发现，不施肥会使其根系向下生长更明显，但根尖数较少，根系并不发达。随着复合肥施用量的增加，T2～T5处理根总长、根表面积、平均直径、根体积和根尖数呈上升趋势;与T1和T6相比，其根总长分别增加6.9%～34.7%和9.3%～37.7%，而T5处理的根表面积、平均直径、根体积和根尖数均高于其他处理，分别增加5.3%～46.4%、12.4%～163.4%、12.3%～104.4%和 1.9%～52.2%。

2.2 不同施肥处理对土壤酶活性的影响

2.2.1 不同施肥处理对根际土壤酶活性的影响 在根际土中，施肥能显著提高根际土壤脲酶活性。其中T5处理提升效果最佳，与对照相比提高了 2.3～3.3倍;除T5处理外，其他施肥处理明显提高了过氧化氢酶活性， 其中T3处理提高效果最佳，相比其他施肥处理提高了25.8%～88.7%;在试验前期，T1、T6处理的蔗糖酶活性较高，相比CK分别提高23.5%、20.6%（图1-A）。值得注意的是，试验初期（2月），施肥处理的根际土壤中性磷酸酶活性均显著低于CK处理，其中T6最低，与CK相比降低了53.4%;而在试验后期（6月），T4、T5和T6处理的根际土壤中性磷酸酶活性升高，处理间差异不显著，但处理组均显著高于CK（图1-D）。

2.2.2 不同施肥模式对非根际土壤酶活性的影响 在非根际土中，施肥处理的土壤过氧化氢酶活性相比对照均有显著提升。除T4处理外，其他施肥处理的土壤脲酶活性与CK相比提高了0.14～1.52倍（图2-A、图2-B）。而非根际土壤的中性磷酸酶活性呈现先下降后上升的趋势（图2-D）。非根际土壤过氧化氢酶活性在试验前期较高，之后下降并趋于稳定。在试验前期，T2处理蔗糖酶活性最高，与CK相比提高了0.20倍，T3～T6处理与CK相比较差异不显著;在试验后期，T4～T6处理的蔗糖酶活性普遍升高（图2-C）。

2.3 不同施肥处理对土壤微生物功能多样性的影响

2.3.1 根际土壤微生物功能多样性 2019年2、6月所采根际土壤中的微生物多样性见表3、表4。

在根际土中，经施肥处理后，试验组的平均颜色变化率（AWCD）值显著高于对照组，表明肥料施用有利于提升根际土壤的微生物功能多样性，其中T3处理的根际土壤微生物功能多样性最大，相比于CK增加了1.31倍（6月样品处理后120 h）。而在所有施肥处理中，T1的AWCD值最低，其中2月样品T3处理比T1处理提高了49.3%，6月样品提高了90.5%（120 h），有机肥和复合肥配施相比单施有机肥或复合肥更有利于土壤微生物功能多样性的提高。

2.3.2 非根际土壤微生物功能多样性 2019年2、6月非根际土样所测土壤微生物多样性见表5、表6。

在试验前期，施肥处理对非根际土壤微生物功能多样性影响并不明显;而在试验后期，施肥处理对非根际土壤微生物功能多样性的影响逐渐显著。其中，T3、T4处理的土壤AWCD值较高，在试验前期（2月）T4处理的非根际土壤AWCD值最大，T3处理次之，与CK相比分别增加0.72、0.69倍;在试验后期（6月），T3处理的非根际土壤AWCD值最大，T4处理次之，与CK相比分别增加了0.79、0.65倍（表5、表6）。

3 讨论与结论

植物根系承担包括水分和养分吸收及机械固定的功能，同时也是植物与根际环境建立相互关系的纽带，因此根系结构会对养分及水分的吸收产生深远影响[27-28]。本试验中不施肥处理的纽荷尔脐橙在生长发育过程中为了摄取更丰富的土壤养分，会促使根伸长[29]，但其根尖数较少，根系并不发达;在复合肥施用比例较大条件下，脐橙根总长、根表面积等随着其比例增大而增大[30]。这时土壤养分丰富，脐橙通过增加根尖数可以更好地吸收养分;但当单施复合肥时又会降低，有机肥和无机肥配施能够提升根系生长指标，优化土壤物理学性质，促进微生物代谢的同时也有利于根部的生长[31]。

施肥处理的土壤脲酶活性均比CK高，说明增施肥料有利于提升赣南红壤土壤脲酶活性[32]，随着施肥处理时间延长，脲酶活性都有所增加，但T4處理活性下降，这可能与春季多雨从而产生土壤矿质元素的淋失作用有关。在所有施肥处理中，T5处理（复合肥占80%）的根际土壤脲酶活性最高，可能是因为复合肥提高了土壤有效氮含量[33]。另外，研究结果表明，在肥料施用初期土壤过氧化氢酶活性发生了下降，其原因可能是由于不同的施肥措施在试验初期影响了土壤大量元素的分布，破坏了原有的土壤生态，使得短时间内土壤酶活性产生了较大的波动[34]。蔗糖酶与有机质的转化密切相关[35]，本试验中根际土的蔗糖酶活性中表现为CK每月变化非常微小，在试验前期，T1、T2、T3处理施肥显著提升蔗糖酶活性，在试验后期，T4、T5、T6处理的蔗糖酶活性最佳。复合肥和有机肥配施及单施有机肥增加了酶反应底物，使得蔗糖酶活性提高。而与非根际土相比，根际区域碳元素代谢旺盛，根际土的蔗糖酶活性明显较大[36]。在试验后期，根际土壤中性磷酸酶活性较高;在非根际土中，中性磷酸酶活性峰值则集中在T1、T6处理，对其他处理的酶活性影响则相对较小，表明脐橙根际土壤的中性磷酸酶活性对肥料的施用相比非根际土壤更为敏感[37]，可能是有机肥复合肥配施后非根际区域中离子浓度过高，影响了中性磷酸酶活性。非根际土的脲酶和中性磷酸酶土壤酶活性呈现出先下降后上升的趋势，可能与试验所在地春季降水量偏多，土壤通气性变差，微生物活性受抑制有关。

AWCD值表征微生物功能多样性，本试验中无论是根际土还是非根际土，各试验组的AWCD值均高于CK，表明有机肥和复合肥配施处理的微生物功能多样性优于单施有机肥和复合肥，这与土壤有机质增加及土壤性状改良有关，土壤微生物生境得到了改善，其种类数量和功能都愈发丰富[38-39]。对比根际土和非根际土发现，根际土的微生物多样优于非根际土的微生物多样性，这可能是因为植物根系和植物残体给根际土壤微生物提供了适宜生长的场所与物质来源，植物向根际土壤分泌的碳水化合物越多，根际微生物对碳底物利用的能力便越强[40]。但当施肥6个月后，试验组的AWCD值会低于施肥处理2个月后的，经推测可能是纽荷尔脐橙在生长过程吸收大量的养分，造成土壤中养分不足，限制了土壤微生物的生长。

本研究结果表明，施肥会增加根系的根尖数，使根部更发達，有助于提升赣南脐橙土壤酶活性。相比非根际土壤，根际土壤的蔗糖酶活性对于施肥更为敏感。而有机肥和复合肥混施可以显著提高纽荷尔脐橙土壤微生物功能多样性，根际土壤的微生物功能多样性也更为丰富。

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