宋 健,刘伟峰,魏喜喜,禄彩丽,张 梅,李建贵,张 磊

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830001；2.新疆农业大学林业研究所，新疆 乌鲁木齐 830001；3.新疆大学，新疆 乌鲁木齐 830001；4.新疆红枣工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830001)

【研究意义】世界红枣产量的98%在中国，中国红枣的主产区在新疆。2015年以来，全国枣产量的三分之一来自新疆。新疆独特的气候条件和丰富的光热资源非常适合枣树生长，特别是新疆南部地区干旱少雨，日照时间长，昼夜温差大，生长的枣果色泽优良，含糖量高，具有天然品质优势。近年来，为解决南疆脱贫致富问题，大力推进优质枣品种种植面积。但随着种植面积的增加和枣产业的快速发展，盲目扩张的隐患逐渐显现。在种植过程中，为了提高红枣产量和品质，农药和化肥的使用较多，这既不能保证红枣绿色有机的优良品质，又会对枣园土壤造成严重破坏和污染，同时对食用安全和人体健康也会造成严重威胁[1]。土壤是果树的生存基础，是仅次于气候的重要自然生态因素，良好的土壤能够满足果树对水、肥等条件的需求，从而使果树获得丰产，但不同类型土壤的形成条件不同，其土壤养分也会有差异[2]。过度施用化肥人为干预虽然能在短期内提高土壤养分，但长远来看严重破坏了土壤环境平衡，甚至会影响出产的果品质量。【前人研究进展】微生物菌剂的出现，不仅响应了国家提出的农药、化肥“双减”政策，还能起到改善土壤环境的作用。由于其中含有大量的活性物质，不仅能够提高土壤微生物的丰富度，优化土壤团聚体结构，还可以调节根系的营养环境。此外，在其生命活动过程中产生的多种植物生长激素，还能刺激植物生长。相关研究表明，添加微生物制剂可以增加土壤有效养分含量，提高植物养分利用率，对农业的可持续发展具有深远意义[3-5]。【本研究切入点】土壤酶是一种能催化土壤生化反应的蛋白质，是衡量土壤肥力的重要指标。土壤中的各种生化反应均是在相应的土壤酶参与下完成的。土壤酶来自土壤微生物和植物根系，也来自土壤动物和进入土壤的动植物残体。影响土壤酶活性的主要因素是土壤性质和耕作管理措施，在相关研究中，施用微生物菌剂不仅可以减少化肥的施用量，而且对提高土壤酶活性也有一定的影响[6-9]。但是，在气象条件无明显差异的条件下，有关微生物菌剂施用效果是否会因为研究区及土壤类型的不同而产生差异的报道相对较少。【拟解决的关键问题】本研究以新疆南疆地区库尔勒博湖县骏枣园棕漠土及喀什疏勒县骏枣园灌淤土为研究对象，探究在不同土壤类型中施用微生物菌剂，0～30 cm土层土壤酶活性及土壤养分的差异，以期为微生物菌剂的推广使用及当地枣园绿色发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于巴州地区博湖县的新疆农业大学林业研究所南山试验基地骏枣园(东经86°26′，北纬41°44′)，土壤类型为棕漠土，以及位于疏勒县的喀什西圣果业公司骏枣园(东经76°25′，39°09′)，土壤类型为灌淤土。博湖县属温带大陆性干旱气候，年平均气温9.1 ℃，年均降水量93.3 mm，潜在蒸发量1853 mm，年日照2793.6～3136.5 h，年均无霜期219 d；疏勒县属温带大陆性干旱气候，年平均气温11.8 ℃，年均降水量64 mm，潜在蒸发量2306 mm，年日照时间总数2822 h，年平均无霜期215 d。

1.2 试验材料

试验所用骏枣，分别采自博湖县及疏勒县骏枣园，枣树树龄7 a，均以酸枣为砧木，博湖县枣园株行距为1.5 m×2.5 m，疏勒县枣园株行距为1.0 m×1.5 m，田间管理措施保持相同。

供试微生物单菌株为前期从新疆枣园枣树根际土壤分离获得，低温冷冻保存在新疆农业大学林业研究所微生物实验室。从中选取12株，包括固氮菌2株(Acinetobacter)：N21固氮量0.21 μg/mL及N22固氮量0.15 μg/mL；解磷菌7株，其中解有机磷菌株3株(Acinetobacter)：P4、P7、P8，解磷量分别为49.04、18.78、64.06 mg/L，解无机磷菌株4株(Enterobacter)：P3、P14、P15、P18，解磷量分别为127.38、94.21、197.46、123.58 mg/L；解钾菌3株(Bacillus)：K7、K11、K24，解钾量分别为：132.26、69.15、94.28 mg/L[10]。

菌剂配制：在田间试验布设前7 d进行复合菌剂的配置，菌株接种全程在超净工作台内进行，参照《土壤与环境微生物研究法》[11]，对各菌株进行活化、纯化、扩繁等处理。以每瓶50 mL牛肉膏蛋白胨液体培养基为基质，制成单菌株悬液，根据单菌株拮抗实验结果，按照1∶1∶1∶1的比例混匀装入无菌袋中，配置成处理2(T2) N22P8P3K24、处理3(T3) N22P4P14K7、处理4(T4) N22P7P18K24、处理5(T5) N21P8P15K11、处理6(T6) N21P8P18K11及处理7 (T7)N21P8P18K7的组合，每袋200 mL。

实验仪器：光照培养箱(HPG-280B型)、超净工作台(SW-CJ-10型)、高速离心机(WJ-ZJX型)、全温震荡培养箱(HZQ-F-160型)、高压灭菌锅(LS-B50L型)及pH计(PHSJ-4A型)。

1.3 试验设计

1.3.1 田间试验布设 布设田间试验时，参照《微生物肥料田间试验技术规程及肥效评价指南(NY/T1536-2007)》进行，以每3行骏枣树为1个处理，每行中随机选取4棵长势均一的骏枣树作为1个试验小区，每个处理共计3个小区，共12棵骏枣树，同时设置有机肥对照处理1(T1)，每个骏枣园共计7个处理，84棵枣树。

菌剂浇施方式：将配置好的液体菌剂，于枣树发芽前(3月27日至4月7日)分别在疏勒县及博湖县的骏枣园进行浇施。施用前，用清水将200 mL原液稀释至1 L。施用时，在距离枣树根部30 cm处，采用穴施的方式，在枣树行间距较大的两侧对称下挖30 cm的施肥坑，每棵枣树配施20 kg有机肥，将稀释液浇入并回填土壤[12]。

1.3.2 土壤样品采集与保存 于2019年5月7日(枣树萌芽期)，6月4日(枣树开花期)，7月4日(枣果幼果期)，8月4日(枣果白熟期)，9月20日(枣果脆熟期)及10月20日(枣果完熟期)前往博湖县试验基地分6次采集土壤样品；于2019年8月7日(枣果白熟期)，9月23日(枣果脆熟期)及10月23日(枣果完熟期)分3次前往疏勒县骏枣园采集土壤样品。在每一处理的12棵枣树中，采用土钻法环绕施肥坑进行采集深度0～40 cm土层土样，采集时，避开填埋的有机肥并除去表面杂草、石块等[13]，将每一处理的土样放置于无菌袋中混合均匀后编号带回实验室，按照四分法，将土壤样品分成两部分，一部分及时风干，并通过孔径1.00及0.25 mm筛，装入贴有标签的干净无菌自封袋中，放置在阴凉通风处密封备用，用于测定土壤化学特性，另一部分4 ℃低温保存于冰箱中，并及时测定土壤酶活性。

1.3.3 室内实验测定方法 土壤pH使用酸度计进行测定；土壤碱解氮含量测定使用碱解扩散法；土壤速效磷含量测定使用钼锑抗比色法；土壤速效钾含量测定使用火焰光度法；土壤有机质含量测定使用重铬酸钾容量法[14-15]。

2 结果与分析

2.1 微生物菌剂对骏枣园不同类型土壤养分的影响

棕漠土条件下，T7对土壤pH的降低效果最明显(表1)，与对照差异显著，相比对照下降2.8%；T6土壤有机质含量显著低于对照，但对土壤有机质的转化显著高于对照；T6碱解氮含量低于对照，差异不显著，但对土壤碱解氮的转化高于对照；T4土壤速效磷、土壤速效钾含量均显著低于对照，但对土壤速效磷及土壤速效钾的转化均显著高于对照。灌淤土条件下，T6对土壤pH的降低效果最明显，与对照差异显著，相比对照下降了3%，效果优于棕漠土；T5土壤有机质含量、碱解氮显著低于对照，但对土壤有机质的转化显著高于对照；T2土壤速效磷含量显著低于对照，对土壤速效磷的转化作用高于对照；T5土壤速效钾含量显著低于对照，对土壤速效钾的转化作用高于对照。

表1 微生物菌剂对骏枣园不同类型土壤养分的影响

T2、T3及T7对土壤pH的降低效果在2种类型土壤中差异显著，在灌淤土条件下对土壤pH的降低效果优于棕漠土；各微生物菌剂对土壤有机质含量的积累及转化作用在2种类型土壤中均差异显著，在灌淤土条件下对土壤有机质的转化作用优于棕漠土；T2、T4、T5及T6土壤碱解氮含量在2种类型土壤中差异显著，T2及T5在灌淤土中的转化作用优于棕漠土，T4及T6在棕漠土中的转化效果优于灌淤土；T2、T3及T4土壤速效磷含量在2种类型土壤中差异显著，整体上灌淤土条件下对土壤速效磷的转化作用优于棕漠土；T2、T3、T4及T6土壤速效钾含量在2种类型土壤中差异显著，整体上棕漠土条件下对土壤速效钾的的转化作用优于灌淤土。

2.2 微生物菌剂对不同土壤类型土壤酶活性的影响

土壤系统中，土壤酶参与大多数复杂的生化过程，其活性大致反映了土壤生物化学过程的相对强度。通过对比施用微生物菌剂在不同土壤类型中对土壤酶活性的影响(图1)，发现灌淤土中过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶及碱性磷酸酶活性总体高于棕漠土。

几乎所有的生物体内都有过氧化氢酶，在某些细菌中，其数量约为细胞干重的1%，过氧化氢酶能够催化胞内过氧化氢分解成水和氧，减小对细胞毒害作用，是一种重要的氧化还原酶。枣果白熟期时，棕漠土过氧化氢酶活性T2最大，T7最小，分别为0.26和0.13 mL/g，同一菌剂处理下，灌淤土中T2为0.35 mL/g，T7为0.29 mL/g，是棕漠土的1.3和2.2倍，差异显著；枣果脆熟期时，棕漠土过氧化氢酶活性T3最大，T5最小，分别为0.21和0.17 mL/g，同一菌剂处理下，灌淤土中T3为0.37 mL/g，T5为0.42 mL/g，是棕漠土的1.7和2.5倍，差异显著。枣果完熟期时，棕漠土过氧化氢酶活性T2最大，T6最小，分别为0.28和0.20 mL/g，同一菌剂处理下，灌淤土中T2为0.41 mL/g，T6为0.35 mL/g，是棕漠土的1.5和1.8倍，差异显著；灌淤土条件下其余菌剂处理过氧化氢酶活性在枣果成熟期内均与棕漠土差异显著。

脲酶是广泛存在土壤中的一种水解酶，能酶促有机质分子中肽键的水解，酶促产物氨是植物氮源之一，脲酶活性可用来指示土壤氮素水平。枣果白熟期时，棕漠土脲酶活性T7最大，T3最小，分别为0.461和0.344 mg/(g·24 h)，同一菌剂处理下，灌淤土中T7为0.860 mg/(g·24 h)，T3为0.884 mg/(g·24 h)，是棕漠土条件的1.9和2.6倍，差异显著；枣果脆熟期时，棕漠土脲酶活性T3最大，T6最小，分别为0.679和0.344 mg/(g·24 h)，同一菌剂处理下，灌淤土中T3为1.060 mg/(g·24 h)，T6为1.464 mg/(g·24 h)，是棕漠土条件的1.6和4.3倍，差异显著；枣果完熟期时，棕漠土脲酶活性T2最大，T5最小，分别为0.451和0.372 mg/(g·24 h)，同一菌剂处理下，灌淤土中T2为0.665 mg/(g·24 h)，T5为0.647 mg/(g·24 h)，是棕漠土条件的1.5和1.7倍，差异显著；灌淤土条件下其余菌剂处理脲酶活性在枣果成熟期内均与棕漠土差异显著。

土壤蔗糖酶参与土壤有机碳循环，其活性强弱能够反映土壤熟化程度和肥力高低，对提高土壤中易溶性营养物质含量起着重要作用。枣果白熟期时，棕漠土蔗糖酶活性T7最大，T2最小，分别为0.050和0.032 mg/g，同一菌剂处理下，灌淤土中T7为0.189 mg/g，T2为0.235 mg/g，是棕漠土条件的3.8和7.3倍，差异显著；枣果脆熟期时，棕漠土蔗糖酶活性T2最大，T5最小，分别为0.046和0.027 mg/g，同一菌剂处理下，灌淤土中T2为0.129 mg/g，T5为0.326 mg/g，是棕漠土条件的2.8和12倍，差异显著；枣果完熟期时，棕漠土蔗糖酶活性T2最大，T7最小，分别为0.041和0.033 mg/g，同一菌剂处理下，灌淤土中T2为0.148 mg/g，T7为0.126 mg/g，是棕漠土条件的3.6和3.8倍，差异显著；灌淤土条件下其余菌剂处理蔗糖酶活性在枣果成熟期内均与棕漠土差异显著。碱性磷酸酶是一种水解酶，能酶促有机磷化合物的水解，其活性大小能够表征土壤磷素状况。枣果白熟期时，棕漠土碱性磷酸酶活性T2最大，T3最小，分别为2.709和1.734 mg/100 g，同一菌剂处理下，灌淤土中T2为5.937 mg/100 g，T3为5.827 mg/100 g，是棕漠土条件的2.2和3.4倍，差异显著；枣果脆熟期时，棕漠土碱性磷酸酶活性T7最大，T6最小，分别为2.517和2.009 mg/100 g，同一菌剂处理下，灌淤土中T7为3.259 mg/100 g，T6为4.337 mg/100 g，是棕漠土条件的1.3和2.2倍，差异显著；枣果完熟期时，棕漠土碱性磷酸酶活性T2最大，T6最小，分别为2.984和1.823 mg/100 g，同一菌剂处理下，灌淤土中T2为1.803 mg/100 g，相比棕漠土下降0.6倍，T6为2.819 mg/100 g，是棕漠土条件1.5倍，差异显著；灌淤土条件下其余菌剂处理碱性磷酸酶活性在枣果成熟期内均与棕漠土差异显著。

2.3 土壤酶活性与土壤养分因子冗余分析

不同地区土壤酶活性与土壤化学因子冗余分析结果(表2)表明，博湖县棕漠土条件下，RDA排序的前两轴保留了土壤酶数据总方差的35.36%，但前两轴的土壤酶活性与土壤养分的相关系数较高，共解释了土壤酶活性-土壤养分关系总方差的87.57%，蒙特卡洛检验结果显著(P<0.002)；疏勒县灌淤土条件下，RDA排序的前两轴保留了土壤酶数据总方差的51.46%，前两轴的土壤酶活性与土壤养分的相关系数较高，共解释了土壤酶活性-土壤养分关系总方差的98.37%，蒙特卡洛检验结果显著(P<0.002)。当前3个主要特征向量的方差占总方差的40%以上时，排序效果满意，因此保留前两轴，能够很好地反映不同类型土壤条件下土壤酶活性与土壤化学因子之间的关系。

表2 土壤酶活性与土壤养分因子RDA分析结果

RDA排序图2～3中，箭头所处的象限表示土壤因子与排序轴之间的正负相关性，箭头连线的长度代表某个土壤因子与研究对象分布相关程度的大小，箭头之间的夹角余弦值大小表示二者相关性的大小，箭头与排序轴的夹角代表着某个环境因子与排序轴的相关性大小[17-18]。博湖棕漠土条件下，RDA第一排序轴主要与土壤有机质(r=0.5479，P<0.001)相关关系最为密切(表3)，与第一排序轴还存在显著相关，但关系较弱的有土壤速效磷(r=0.2561，P<0.05)及土壤速效钾(r=0.3063，P<0.05)，第二排序轴主要与土壤速效磷(r=-0.5113，P<0.001)相关关系最为密切，与土壤有机质(r=0.284，P<0.05)及土壤碱解氮(r=0.248，P<0.05)也存在相关，但关系较弱，土壤因子对土壤酶活性的影响大小为：土壤pH>土壤有机质>土壤速效钾>土壤碱解氮>土壤速效磷，土壤有机质对土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶及脲酶的影响最大，土壤pH对土壤过氧化氢酶的影响最大；疏勒灌淤土条件下，RDA第一排序轴主要与土壤pH(r=-0.6986，P<0.001)及土壤碱解氮(r=0.5184，P<0.001)相关关系最为密切，第二排序轴仅与土壤速效磷(r=0.3429，P<0.01)存在相关关系，与其他土壤化学因子均无显著相关关系，土壤因子对土壤酶活性的影响大小为：土壤pH>土壤碱解氮>土壤有机质>土壤速效钾>土壤速效磷，土壤速效磷对土壤过氧化氢酶及脲酶影响最大，土壤碱解氮对蔗糖酶及碱性磷酸酶的影响最大。

表3 RDA前两轴与土壤养分因子相关性

3 讨 论

土壤类型是根据土壤的属性、成土过程和成土因素之间相关性而对土壤的系统划分，不同土壤类型具有不同的理化性质及微生物群落结构，对植物的生长发育产生着重要的影响。在针对不同土壤类型的研究报道中，一些植物、树木以及农作物会更偏好于在某一特定土壤类型中生长[19-22]，枣树虽然耐盐碱，但也会因为土壤类型的不同，而在枣果外观品质、营养品质等方面表现出差异性[23-24]。土壤类型的不同，同样会影响到菌剂中有益菌在土壤中的生长与定殖，有研究表明，根据卡庆斯基土壤粒级分类标准，细菌在粒级较大的土壤中的定殖能力弱于粒级较小的土壤，也有研究指出，菌剂中的有益菌定殖能力与土壤中的有机质含量也有一定关系，土壤有机质可以提供所必需的碳源与氮源[25-26]。本研究结果与此相似，在以棕漠土与灌淤土为供试土壤的条件下，从土壤质地来看，博湖县棕漠土中，石砾含量较多，且测定的土壤有机质及速效养分的含量明显低于灌淤土，施入微生物菌剂后，灌淤土pH的降低效果、对土壤养分的转化利用以及土壤酶活性整体优于棕漠土，说明同种微生物菌剂施用于不同类型土壤中，会因为土壤类型本底条件的不同而产生差异[27-29]。

在2种不同类型土壤中施用微生物菌剂后，均能降低土壤pH，这与微生物菌剂能够分泌有机酸、增加土壤中的H+并能与土壤中的盐分离子螯合有关[30-31]。除此之外，有机酸的分泌也是微生物溶磷、解钾的主要因素之一，枣树进入成熟期后，枣果需要汲取大量养分供生长发育，所需养分主要来自根际土壤，微生物菌剂的加入并通过自生有机酸的分泌，能够溶解释放出被土壤颗粒等吸附的难溶磷、钾养分，及时补充被吸收利用而亏缺的土壤磷、钾元素，进一步提升养分的转化利用[32-34]。经测定，在枣果成熟期时，各处理的土壤有机质含量较低，可能与有机质的分解转化有关，土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分，它含有植物生长所需要的各种营养元素，是主要的能量与营养来源，添加微生物菌剂后，因微生物数量短暂的增长以及土壤酶活性的提高，促进了土壤有机质的分解，又进一步补充了土壤中缺失的氮磷钾等养分[35-36]。

过氧化氢酶参与生物体的呼吸代谢和过氧化氢的清除，其活性与好氧微生物数量和土壤肥力密切相关，土壤蔗糖酶将蔗糖水解成葡萄糖和果糖，是植物和微生物的重要营养来源，脲酶活性反映了土壤有机氮向有效氮的转化能力和土壤无机氮的供应能力，碱性磷酸酶活性的高低直接影响土壤中有机磷的分解、转化和生物有效性[37-38]。实验结果表明，棕漠土条件下，T2处理对土壤过氧化氢酶及碱性磷酸酶活性，T7处理对土壤脲酶及蔗糖酶活性的提高有较大影响；灌淤土条件下，T4处理对土壤过氧化氢酶、脲酶及蔗糖酶活性，T3对土壤碱性磷酸酶活性的提高有较大影响。各菌剂处理土壤酶活性均显著高于对照，这与多数学者的研究一致[39-41]，由于菌剂的施入，同时带进了大量有益菌群，使土壤中微生物数量发生了变化，土壤酶活性也随之提高，二者存在正相关关系，在共同作用下加速了土壤中有机化合物的分解，而分解的过程中又不断为酶促反应提供底物，形成良性循环，但该循环效果可能会随时间的增长以及微生物定殖数量的减少而减弱。冗余分析的结果也进一步证明，土壤养分含量与土壤酶活性的提高有密不可分的联系。

4 结 论

与未施用微生物菌剂的对照相比，棕漠土条件下，T7降低土壤pH的效果最显著，T6对土壤有机质及碱解氮的转化作用最好，T4对土壤速效磷及速效钾的转化作用最好，T2能够提高过氧化氢酶、蔗糖酶及碱性磷酸酶活性，T7能够提高脲酶活性；灌淤土条件下，T6降低土壤pH的效果最显著，T5对土壤有机质、碱解氮及速效钾的转化作用最好，T2对土壤速效磷的转化作用最好，T4能够提高过氧化氢酶、脲酶及蔗糖酶活性，T3能够提高碱性磷酸酶活性。微生物菌剂的应用效果会因为土壤类型的不同而产生差异，灌淤土中添加微生物菌剂对土壤酶活性及土壤化学特性的影响效果整体优于棕漠土。