宋书会　焦静　李普旺　王超　何祖宇　周闯　刘运浩　张宇晗　李云娜　杨子明

关键词：热带；有机物料；砖红壤；理化性质；微生物群落

中图分类号：S154.36 文献标识码：A

砖红壤广泛分布于我国南方热带、亚热带地区，由于风化和淋溶强烈导致其铁铝氧化物含量高，土壤粘重，pH 低。虽然近年来肥料施用量不断提高，但砖红壤的肥力低、结构性差仍是限制热区作物产量的主要因素。不同的土地利用方式和管理措施影响土壤物理结构及化学性质，特别是有机物料的投入，能够显著提高土壤有机质和孔隙度，改善土壤团聚体结构和数量，提高土壤保水保肥性能，使投入有机物料成为改良土壤最主要和最常见的措施[1-5]。

我国有机物料种类较多，主要包括作物秸秆、动物粪便、厩肥以及经过高温堆沤或者普通堆沤制得的有机肥等[6-7]。有机物料投入土壤后不断矿化，向土壤中释放多种营养元素，提高土壤养分的有效性，可实现化肥的部分替代。不同的作物秸秆组成成分不同，还田替代化肥以及对土壤理化性质改良的潜力也不同[8]。而不同的有机物料其碱度和减缓土壤酸化的能力也有差异，其大小顺序为：高温堆肥以及厩肥的作用效果最好，其次为普通堆肥、新鲜粪便、绿肥、豆科秸秆，而谷物秸秆组成成分相对简单，限制了其对土壤酸化的减缓效果[8]。前期关于有机物料对土壤改良效果的研究主要集中于小麦、玉米、水稻等常规作物秸秆及动物腐熟粪便有机肥等[6， 8-11]。如，李腾等[6]研究发现，豆秆能够有效增加土壤碱解氮质量分数，其作用效果优于鸡粪、猪粪，玉米秸秆能够显著提高土壤有效磷质量分数，其次为粪肥单施、秸秆与粪肥混施。王超等[12]研究发现，单施鸡粪对增加团聚体机械稳定性效果最好，鸡粪与稻秆生物炭混施对团聚体水稳定性提升效果最好。施用不同的有机物料分别产生了不同的真菌群落组成和相关酶活性，进而改变土壤不同活性有机碳的含量[9]。可见，施用有机物料能够提高土壤速效养分含量、改善土壤团聚体结构和微生物群落组成，混施不同种类的有机物料对土壤产生不同的改良效果[6， 12]。

热带地区水热资源充足，动、植物资源丰富，是我国农业种植和畜禽养殖的重要区域。动、植物类农业废弃物种类丰富，量大难以消纳，而不合理使用也会对周边生态环境带来潜在的污染风险，“取之于田，用之于田”是农业废弃物循环利用的重要途径之一[12]。菠萝茎叶、椰糠、香蕉茎叶等有机物料属于热带亚热带地区典型的农业废弃物。菠萝茎叶中含有大量的叶绿素、蛋白质、淀粉、葡萄糖以及多达20 种的酚类化合物[13]；香蕉茎秆营养物质丰富，干物质中蛋白质含量可达10%以上，并含有粗纤维、脂肪，富含胡萝卜素、尼克酸等多种维生素等[14]。在我国菠萝主要种植区域，大部分的菠萝茎叶还田利用，而香蕉茎叶因为其含水量高、体积大、收集利用劳动强度高，主要采用直接还田或者堆沤还田的利用方式[14]。但是，目前这些热带特有的有机物料投入土壤后，對土壤理化性质及微生物群落结构的影响尚不清楚。本研究选取3 种热带典型有机物料，采用田间埋袋试验培养90 d，研究热带典型有机物料腐解后对土壤pH、有效磷、团聚体结构、微生物群落结构及酶活性的影响，为红壤培肥、改良及热带地区农业废弃物的高效资源化利用提供基础支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验区概况试验地点设在中国热带农业科学院南亚热带作物研究所试验基地，位于广东省湛江市，该区域年平均气温为22.7～23.5 ℃，属于热带北缘季风气候。年平均降雨量为1395.5～1723.1 mm，年平均日照时数为1714.8～2038.2 h。

试验期间试验田土壤最低温度为17.6 ℃，最高温度为25.7 ℃，平均温度为20.7 ℃。前茬种植玉米，试验当年除试验区域外，周边均种植玉米。

1.1.2 供试材料供试土壤为砖红壤，前茬玉米收获后，取0～20 cm 耕层土壤，风干，磨碎，过2 mm筛，备用。供试土壤基本理化性质为：pH 为5.74，电导率40.30 μs/cm，速效磷14.32 mg/kg，速效钾73.63 mg/kg ， 碱解氮88.54 mg/kg ， 交换性钙443.08 mg/kg，交换性镁75.09 mg/kg，有效态猛33.92 mg/kg ， 有效态铁15.00 mg/kg ， 有效铜1.50 mg/kg，有效锌0.87 mg/kg，碳含量1.41%，氮含量0.12%，δ¹³C 值–20.79，δ¹⁵N 值6.98。

3种热带典型的有机物料：菠萝茎叶、香蕉茎叶、椰糠为供试材料，常规有机肥为对照。菠萝茎叶（卡因品种地上部）和香蕉茎叶（花期的粉蕉植株地上部）分别取自中国热带农业科学院南亚热带作物研究所试验基地，自来水冲洗，铡刀切碎，晒干，粉碎机二次粉碎，过2 mm 筛，备用；椰糠为海南免泡散装纯椰糠；有机肥为中国热带农业科学院南亚热带作物研究所研制的通用型产品（热农丰）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 采用田间埋袋方法开展相关研究。将菠萝茎叶、香蕉茎叶、椰糠、有机肥4 种材料，与土壤2%的量（物料碳与土壤质量）混合后装入200 目尼龙网袋，每袋装土250 g，以不投入有机物料的纯土为空白对照。用硫酸铵调节C/N 比为23∶1 以满足微生物的最适生长需求，有机物料性质、用量及硫酸铵用量见表1。试验共设5 个处理，每处理设置4 次重复，共20 袋。埋袋试验小区面积4 m²，长×宽=2.0 m×2.0 m。埋袋时挖出0～20 cm 土壤，修平小区四周与底部，扎紧尼龙网袋口以10 cm 间距平铺于底部，然后将挖出的土回填，压实。菠萝茎叶以PAL 表示，香蕉茎叶以BAS 表示，椰糠以CCH 表示，有机肥以OF 表示。

1.2.2 样品采集与分析培养 90 d 后破坏性取样，将整个小区挖开，小心取出全部尼龙网袋，用刷子刷去尼龙网袋表面附着的泥土。取150 g尼龙网袋中培养的土壤，风干磨碎，分别过2 mm和100 目筛，供土壤理化分析测试用。另取100 g尼龙网袋中培养的土壤，置于–20 ℃冰箱保存，用于分析土壤微生物群落和酶活性。

1.2.3 指标评价（1）有机物料组成测定。中性洗涤纤维：称取生物质样品2.00 g，加入100 mL中性洗涤剂，数滴乙二醇乙醚和0.5 g 无水亚硫酸钠。加热至微沸，保持1 h。砂芯漏斗抽滤，沸水冲洗，再用20 mL 丙酮冲洗。所得固体残渣于105 ℃烘干至恒重，记录重量W1，此时的固体残渣主要为纤维素、半纤维素、木质素、硅酸盐。

酸性洗涤纤维：向固体残渣中加入100 mL 酸性洗涤剂，数滴乙二醇乙醚和0.5 g 无水亚硫酸钠。加热至微沸，保持1 h。砂芯漏斗抽滤，沸水冲洗，再用20 mL 丙酮冲洗。所得固体残渣于105 ℃烘干至恒重，记录重量W2，此时的固体残渣主要为纤维素、木质素、硅酸盐。

酸性洗涤木质素：向固体残渣中加入72%硫酸，20 ℃消化3 h，抽滤上述溶液，热水洗涤至流出液体为中性。然后将固体置于105 ℃烘干至恒重，记录重量W3，此时的残渣主要为木质素、硅酸盐。

灰分：固体残渣移入坩埚中（坩埚重W0），放入马弗炉中于550 ℃焙烧3 h，称重记录重量W4。此时的残渣主要为硅酸盐。试剂配制、测试过程及含量计算均参照范式法[15]。

（2）土壤pH 和有效磷测定。按照土水比（m/V）1∶2.5 摇匀，采用酸度计测定pH；采用氟化铵-盐酸浸提法[16]测定有效磷。

（3）土壤团聚体分级。采用湿筛法测定，称取50.0 g 风干土壤置于土筛中，25 ℃水中浸泡5 min，开启团聚体筛分仪，在2 min 内上下摆动50 次，摆幅3 cm。使土壤依次通过0.250、0.053 mm筛，分别获得粒径>0.25 mm 的水稳定性大团聚体，粒径为0.250～0.053 mm 的水稳定性微团聚体和粒径<0.053 mm 的粉-黏团聚体。各粒级团聚体于60 ℃烘干，称重[17]。

（4）土壤微生物群落结构组成。采用磷脂脂肪酸法测定。①总脂提取：取3 g 土壤样品置于离心管中，加入20.00 mL 单相提取试剂（氯仿∶甲醇∶柠檬酸=1∶2∶0.8），混匀，离心，取上清液于玻璃试管，然后依次加入4.19 mL 柠檬酸溶液、5.13 mL 氯仿，静置过夜；用吸管吸取下层氯仿相于新玻璃试管中，氮气吹干，4 ℃保存。②磷脂分离：用5 mL 氯仿活化硅胶小柱；取200 μL 氯仿加入含有样品总脂的玻璃试管中，充分溶解后，用长嘴玻璃吸管移至已活化的硅胶小柱上；依次用10 mL 氯仿和10 mL 丙酮分别洗去中性脂和糖脂；用10 mL 甲醇淋洗并用玻璃试管收集磷脂，氮气吹干。③磷脂甲酯化：在含有磷脂的试管中加入1.00 mL 甲苯甲醇混合液（甲苯∶甲醇=1∶1）和1 mL 的0.2 mol/L KOH 甲醇溶液（用甲醇配制），37 ℃水浴15 min；加入2 mL ddH2O，0.3 mL 冰醋酸，混匀；然后加入2 mL正己烷漩涡混匀30 s，静置，取上层正己烷相于2 mL 色譜进样瓶；吹氮浓缩干燥，4 ℃下保存。④采用美国MIDI Sherlock 微生物鉴定系统平台进行PLFA 分析鉴定，所有测试均采用标准品进行校正[18]。

（5）土壤酶活性测定[19-20]。纤维素酶和木糖苷酶活性采用PNP 法测定，亮氨酸氨基肽酶和多酚氧化酶活性采用分光光度法测定。

纤维素酶和木糖苷酶活性：用乙酸盐缓冲液（pH 为5.5）分别配制纤维素酶和木糖苷酶底物。称取0.2 g 冻干土置于2 mL 离心管中，加入0.8 mL乙酸盐缓冲液（pH 为5.5）和0.2 mL 底物，对照组不加底物，混匀；37 ℃恒温培养3 h；反应完成后加0.2 mL 0.5 mol/L CaCl2 和0.8 mL 0.5 mol/LNaOH 溶液，离心，测定410 nm 波长吸光度，计算土壤酶活性。

亮氨酸氨基肽酶活性：配制50 mmlo/L pH 为7.8 的磷酸缓冲液和10 mmol/L L-亮氨酸-硝基苯胺溶液。取0.2 g 冻干土置于2 mL 试管中，加入5 μL 甲苯，混匀，静置15 min。每个样品3 个重复，1 个对照；各加入1800 μL 缓冲液，在实验组加入60 μL 的L-亮氨酸-硝基苯胺溶液，混匀，30 ℃水浴培养1 h，培养结束后煮沸5 min，冷却，离心，测定405 nm 波长吸光度，计算土壤酶活性。

土壤多酚氧化酶活性：用乙酸缓冲液（pH 为5.5）配制5 mmol/L 左旋多巴（L-DOPA）作为酶反应底物。称取0.1 g 冻干土置于离心管中，加入0.6 mL 乙酸盐缓冲液（pH 为5.5）、0.6 mL 0.3%H2O2 和0.6 mL 的5 mmol/L 左旋多巴溶液。对照组不加左旋多巴溶液。混匀，置于37 ℃恒温培养1 h，离心。测定反应体系上清液在460 nm 波长的吸光度，计算土壤酶活性。

试验所用无机试剂均为分析纯级，有机试剂均为色谱纯级。

1.3 数据处理

采用Excel 2010 软件对试验数据进行处理和作图，采用SPSS 24.0 软件进行数据分析，运用单因素方差分析（One-way ANO-VA）比较差异，利用邓肯（Duncans）法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 有机物料组成成分

由表2 可知，不同材料的组成成分差异较大，有机肥是秸秆、粪肥等农业废弃物经过腐熟发酵、微生物分解等的产物，糖脂类组分占60.00%以上；菠萝茎叶、香蕉茎叶、椰糠3 种有机物料间的糖脂类物质含量无显著性差异，平均含量为41.10%。香蕉茎叶和菠萝茎叶中的半纤维素含量占30.00%以上，均显著高于椰糠和有机肥。椰糠中木质素含量达25.00%以上，香蕉茎叶和有机肥中的木质素含量较低，平均含量仅为1.75%。菠萝茎叶、香蕉茎叶、椰糠中的糖脂类组分与半纤维素+纤维素+木质素三者总和的比例分别为1∶1.1、1∶1.4、1∶1.4，平均为1∶1.3，而有机肥中的比例为1∶0.4，有机肥组分显著区别于菠萝茎叶、香蕉茎秆和椰糠。菠萝茎叶、香蕉茎叶、椰糠3 种材料中半纤维素与纤维素+木质素二者总和的比例分别为1.4∶1、1.6∶1 和0.2∶1，可见，椰糠在该组分上与菠萝茎叶和香蕉茎秆显著不同。椰糠和有机肥中的灰分含量较高，是菠萝茎叶、香蕉茎秆中灰分的2.6～3.6 倍（表2）。

2.2 热带典型有机物料对土壤养分含量的影响

土壤养分是衡量土壤肥力的重要指标，对农业生产起到重要作用，特别是南方广泛分布的红壤、砖红壤，土壤铁铝氧化物含量较高，大多呈酸性，且有效磷含量较低。研究表明，各有机物料腐解对土壤有效磷和pH 的影响存在较大差异（图1）。有机肥对提高土壤有效磷和pH 的作用效果最显著。与不投入有机物料的对照土壤相比，有机肥、香蕉茎叶和椰糠处理的土壤有效磷含量分别提高了18.9 倍、3.4 倍、1.9 倍，菠萝茎叶对土壤有效磷含量无明显影响。椰糠和菠萝茎叶处理明显降低了土壤pH，有機肥和香蕉茎叶处理的土壤pH 分别提高了45.3%和4.0%。

2.3 热带典型有机物料对土壤团聚体组成及稳定性的影响

粒径>0.250 mm 的团聚体（大团聚体）是维持土壤结构稳定的基础，其含量的高低通常是衡量土壤结构的重要指标，其含量越高，土壤结构越稳定。由表3 可知，菠萝茎叶和香蕉茎叶均能显著提高粒径>0.250 mm 的团聚体数量，其中菠萝茎叶的作用效果优于香蕉茎叶，椰糠和有机肥对粒径>0.250 mm 的团聚体数量无显著影响。而不同有机物料对粒径为0.250～0.053 mm 的团聚体的作用效果，与对粒径>0.250 mm 团聚体作用效果相反，而投入菠萝茎叶后土壤粒径<0.053 mm 的团聚体数量最低，说明投入有机物料特别是菠萝茎叶和香蕉茎叶能明显促进微团聚体向大团聚体转化。

2.4 热带典型有机物料对土壤酶活性的影响

有机物料能够显著增加土壤木糖苷酶和纤维素酶的活性（P<0.05），其中，菠萝茎叶、香蕉茎秆、有机肥的作用效果显著高于椰糠，且三者对纤维素酶活性提高的强度表现为：菠萝茎叶>香蕉茎叶>有机肥，各处理间差异均达显著水平，椰糠对土壤纤维素酶的活性无显著影响；此外，菠萝茎叶、香蕉茎叶显著提高土壤亮氨酸氨基肽酶的活性，椰糠和有机肥对亮氨酸氨基肽酶的作用效果不显著；菠萝茎叶、香蕉茎叶和椰糠能显著提高土壤多酚氧化酶的活性，但有机肥对多酚氧化酶活性的增加效果不显著（图2）。

2.5 热带典型有机物料对土壤微生物群落的影响

细菌群落受土壤利用方式、土壤理化性质等因素的影响，能够在土壤环境改变时快速作出反应。由图3 可知，与不施用有机物料的CK 相比，香蕉茎叶、菠萝茎叶、有机肥均能明显增加土壤微生物总量，其中香蕉茎叶、菠萝茎叶和有机肥处理的微生物量增加量分别为115.4%、92.9%和69.7%，但香蕉茎叶培养的土壤微生物总量显著高于有机肥培养的土壤。椰糠培养条件下土壤微生物总量无明显变化。说明香蕉茎叶对激活土壤微生物具有较好的作用效果。

由表4 可知，菠萝茎叶和香蕉茎叶处理均明显增加革兰氏阳性（G⁺）菌的数量，其作用效果显著优于椰糠和有机肥。有机肥对革兰氏阴性（G^–）菌的增加量与菠萝茎叶和香蕉茎叶处理之间差异不显著，但三者均显著高于椰糠和对照处理。说明施用菠萝茎叶、香蕉茎叶和有机肥对增加G⁺菌和G^–菌均具有较好的作用效果，椰糠对G⁺菌和G^–菌均无显著影响。但与对照相比，施用有机物料均明显提高G^–/G⁺，其中菠萝茎叶和香蕉茎叶之间差异不显著，说明不同种类有机物料的施用均打破了原有的微生物群落结构。进一步分析土壤中真菌和丛枝菌根（arbuscular mcorrhizae， AM）的数量，结果显示，施用有机物料均显著增加土壤真菌数量，香蕉茎叶的作用效果最好，其次为菠萝茎叶。有机肥中AM 真菌的数量显著高于其他各处理，香蕉茎叶和菠萝茎叶之间差异不显著，但显著高于椰糠和对照处理；说明微生物菌群对投入有机物料的种类具有不同的响应。与对照相比，有机肥处理明显增加土壤放线菌数量，菠萝茎叶、香蕉茎叶、椰糠对土壤放线菌数量无显著性影响，椰糠处理的土壤放线菌数量较低，且显著低于有机肥处理。施用香蕉茎叶、菠萝茎叶、有机肥均显著增加土壤真核生物数量，与对照相比，分别增加381.9%、337.2%和164.9%。椰糠处理的土壤真核生物数量与对照之间无显著差异。

各处理中未识别的微生物数量占28.7%，其次为G–菌和G+菌，分别为27.3%和25.1%。放线菌和真菌分别占8.7%和5.3%，真核生物和AM真菌的占比均在5%以下。施用有机物料处理均明显增加土壤中G+菌的占比，其中香蕉茎叶和菠萝茎叶培养的土壤中G⁺菌占比显著高于其他处理，且菠萝茎叶和香蕉茎叶之间的差异不显著，二者平均占比为27.8%，椰糠培养的土壤中G⁺菌数量显著高于有机肥处理， 二者分别占25.4% 和23.2%，对照中G⁺菌仅占21.4%（图4）。

施用有机物料处理均明显降低G^–菌占比，对照中的G^–菌占33.2%，显著高于其他有机物料处理，有机肥中G^–菌占30.5%，显著高于椰糠、菠萝茎叶和香蕉茎叶处理，其中菠萝茎叶和香蕉茎叶处理间差异不显著，平均为23.7%，显著低于椰糠处理土壤中G^–菌的占比。各处理中放线菌与G^–菌的变化趋势相似，即施用有机物料处理均明显降低放线菌数量，其中菠萝茎叶和香蕉茎叶的降低趋势更明显，对照中放线菌占12.3%，菠萝茎叶和香蕉茎叶处理的放线菌平均占6.8%，与对照相比，降低约44.6%，椰糠和有机肥之间差异不显著，平均为8.7%。各处理的真菌占比均呈显著性差异，其中，香蕉茎叶、菠萝茎叶、椰糠、有机肥中真菌占比分别增加300.2%、232.1%，165.0%和51.9%。施用有机肥处理明显增加AM真菌的比例，椰糠处理则明显降低土壤AM 真菌比例，菠萝茎叶和香蕉茎叶处理土壤中真核生物比例增加（图4）。说明土壤中的微生物类群对投入有机物料的种类具有不同的响应。

微生物是驱动土壤有机物质和养分转化的主要动力，有机物料能提供微生物生长所需的能量，进而改变微生物群落的结构和数量。主成分分析结果显示，菠萝茎叶、香蕉茎叶处理的土壤中微生物群落结构聚为一类（图5A），椰糠、对照与菠萝茎叶、香蕉茎秆处理的土壤微生物群落结构在第1 主成分（PCA1）上显著分离，而菠萝茎叶、香蕉茎秆、椰糠3 种材料处理的土壤微生物群落结构在第2 主成分（PCA2）上与有机肥和对照处理分离。由此可见，投入的有机物料种类调控土壤微生物群落结构的变化。进一步冗余分析发现，微生物群落结构的变化主要与投入有机物料的半纤维素含量和土壤pH 密切相关，分别解释了70.8%和8.5%的群落结构变异（图5B）。

3 讨论

3.1 不同成分有机物料对土壤肥力和团聚体结构的影响

有机物料种类众多，其成分也存在较大差异。胡佳丹[21]采用生物法分析香蕉茎叶组成成分，发现纤维素、半纤维素含量在30%左右，木质素含量约为11%。熊曾恒[22]首先从菠萝茎叶中提取菠萝茎叶纤维，再参考苎麻化学成分定量分析方法对其纤维素、半纤维素等成分进行分析，发现提取的菠萝茎叶纤维中纤维素含量（约61%）、半纤维素含量（约21%）、木质素含量（约7%）三者之间呈9∶3∶1 的规律，与本研究结果存在一定差异，可能是原材料不同导致的结果差异。椰糠中木质素含量最高，其次为半纤维素，纤维素含量最低[23]。张艳艳等[24]研究了4 种猪粪、4 种牛粪、2 种鸡粪、5 种秸秆类材料的主要化学组成，其组分主要划分为总糖、粗脂肪、有机质、活性有机质等，结果显示不同原料来源和储存方式均影响其组分构成，导致后期依此为原料生产的有机肥具有较强的地域性。受投入有机物料的种类、投入量及土壤性质的影响，不同有机物料还田对土壤肥力的影响可能不一致。

有机物料分解产生的有机酸可以降低土壤矿物对磷素的吸附作用，提高土壤磷素的有效性，秸秆有机酸的分解量高于腐熟的有机物料，有机物料的投入能够显著提高土壤全磷、速效磷、全氮含量，显著改善土壤理化性质[25-27]。本研究中有机肥对土壤有效磷的作用效果显著，主要是由于有机肥中本身含有较多的活性磷，有机肥的投入给土壤直接带入一部分有效磷、速效钾[28]。本研究所选粉蕉蕉秆中磷含量一般为0.14%～0.25%，而在菠萝生长后期，菠萝茎叶中的磷大量向果实转移，使叶片中磷含量较低，除有机物料含磷量外，有机物料的投入量以及腐解速率均会影响有机物料对土壤有效磷的作用效果[29-30]。不同的有机物料其碱度和减缓土壤酸化的范围各不相同，施用碱度较高的有机肥能够有效控制农田土壤酸化，而谷物秸秆缓解土壤酸化的能力较弱[7]。本研究结果也显示，施用有机肥明显提高了土壤有效磷含量和土壤pH，其次为香蕉茎叶，而菠萝茎叶和椰糠在一定程度上加剧土壤酸化。这可能是菠萝茎叶在腐解过程中释放较多有机酸类物质，也可能是与椰糠、香蕉茎叶相比，菠萝茎叶中总氮含量较高，菠萝茎叶腐解过程伴随有机氮向无机氮（铵态氮、硝态氮）的转化，进而导致土壤酸度降低。

诸多试验显示，有机物料秸秆、猪粪、生物炭显著增加有机质和红壤性水稻土壤团聚体（粒径>0.25 mm），其中，水稻秸秆明显增加粒径为0.25～2.00 mm 的团聚体，而厩肥显著增加粒径>1 mm 的团聚体含量，小麦秸秆增加粒径>2 mm的大团聚体和粒径为0.053～0.25 mm 的中微团聚体含量[5-6， 31]。大豆秸秆、玉米秸秆、鸡粪等有机物料混施对土壤团聚体结构的改良效果优于各有机物料单施[1， 6]。木质素可直接作为大团聚体的内核吸附微小颗粒形成大团聚体[32]。本研究结果显示，3 种热带典型有机物料及有机肥中，菠萝茎叶对红壤团聚体的改良效果最好，香蕉茎叶次之，椰糠和有机肥的作用效果无明显差异，均低于香蕉茎叶，说明腐殖化程度较低的有机物料投入土壤中，分解形成更多的有机质和多糖等胶结物质，更有利于土壤团聚体结构的形成[33]。而有机肥等经过腐熟发酵的有机物料对土壤养分具有明显的改良效果，但短期内不利于土壤物理结构的改善。

3.2 不同成分有机物料对土壤酶活性和微生物群落结构的影响

土壤酶仅占土壤极微小的一部分，参与物质分解、养分循环、能量流动等生物化学过程，对土壤具有重要的功能和作用。不同的施肥措施和有机物料组成对土壤酶活性产生不同的影响，土壤酶活性总体表现为施用有机物料高于不施有机物料或单施化肥。秸秆和粪肥可以大幅度提高脲酶活性，玉米秸秆可以增加土壤纤维素酶活性，而堆肥处理可提升蔗糖酶和磷酸酶活性[10]。本研究中，菠萝茎叶、香蕉茎叶和有机肥均显著提高纤维素酶活性。而3 种有机物料中香蕉茎叶中的纤维素含量最高，说明有机物料的纤维素含量对纤维素酶活性之间无直接的相关性。而菠萝茎叶和香蕉茎叶对土壤木糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和多酚氧化酶均具有较好的作用效果。土壤酶活性的提高可能与分解有机物料的微生物类群有关。

微生物是驱动土壤有机物质和养分转化的主要动力，有机物料能够提供微生物生长所需要的能量，进而改变微生物群落的结构和数量。土壤中的微生物活性是衡量土壤各项理化性质、酶促反应及能量转化的指标之一，微生物的生存与繁殖均需要适宜的C/N 比，且不同的微生物类群对投入有机物料的组成具有选择性。邢月华等[34]研究表明，施用有机肥能够显著提高耕层土壤中放线菌和细菌的数量。菠萝茎叶、香蕉茎叶处理的土壤中微生物群落结构聚为一类，主要是因为二者在材料组成上较接近，对土壤微生物群落结构的贡献相似。本研究中，椰糠、对照与菠萝茎叶、香蕉茎秆处理的土壤微生物群落结构在第1 主成分（PCA1）上显著分离，这是由于菠萝茎叶和香蕉茎秆在半纤维素和纤维素+木质素总和的比例上存在较大差异，有机物料投入土壤后微生物对其作出不同的反应。菠萝茎叶、香蕉茎叶、椰糠3 种处理的土壤微生物群落结构在第2 主成分（PCA2）上与有机肥和对照处理分离，主要是因为这3 种材料在糖脂类和半纤维素+纤维素+木质素总和的比例上存在显著差异。由此可见，投入有机物料的组分调控土壤微生物群落结构的变化。本研究中微生物群落结构的变化主要与投入有机物料的半纤维素含量和土壤pH 密切相关，分别解释了70.8%和8.5%的群落结构变异。主要是因为半纤维素较容易被微生物分解利用，能够为微生物提供充足的碳源，半纤维素含量高的材料在土壤中分解较快，内含物释放于土壤进一步改变土壤pH，共同决定了土壤微生物群落结构的变化。

本研究中，施用有机肥明显提高AM 真菌的比例，而菠萝茎叶和香蕉杆有助于提高土壤中的真核生物数量；与对照相比，香蕉茎叶、菠萝茎叶、椰糠、有机肥中的真菌比例分别增加300.2%、232.1%、165.0%、51.9%。前期研究结果显示，微生物能够利用的营养底物活性碳和铵态氮的变化与土壤真菌密切相关[30-31]。香蕉茎叶和菠萝茎叶的G⁺菌平均占比为27.8%，对照和有机肥中的G⁺菌占比仅为22.3%；而对照和有机肥中的G^–菌占比较高，分别为33.1%和29.9%，这主要是由于G⁺菌更倾向于利用腐殖化程度较低的有机物料，而G^–菌更倾向于利用腐殖化程度较高的有机物料[35]。有机物料的投入引起土壤微生物群落结构的变化大多是由于可利用性碳源的变化引起的，半纤维素等微生物可利用性较高的碳底物能够为微生物提供足够的养分来源，进而促进微生物的生长，改变微生物的组成[9， 36]。微生物的菌丝又能增加对土壤的缠绕作用，促使微粘粒向大团聚体转化，从而改变土壤团聚体的结构[33]。

4 结论

香蕉茎叶和有机肥能够提高土壤pH 和有效磷含量，菠萝茎叶短期内加剧了土壤酸化。菠蘿茎叶和香蕉杆均有助于促进粒径＞0.25 mm 团聚体的形成。菠萝茎叶、香蕉茎秆、有机肥可提高土壤木糖苷酶、纤维素酶和亮氨酸氨基肽酶活性。投入有机物料的组分尤其是半纤维素决定着土壤中的微生物类群；菠萝茎叶、香蕉杆和有机肥可增加土壤G⁺菌、G^–菌、真核生物、真菌的数量。施用有机肥能明显提高AM 真菌的比例，而菠萝茎叶和香蕉杆有助于增加土壤中真核生物的数量。AM 真菌是对土壤pH 和有效磷反应较为敏感的菌群，较好的团聚体组成有利于G^–菌、真核生物和真菌的生长。因此，在等碳量投入的条件下，香蕉茎叶和菠萝茎叶的短期还田效果优于椰糠，但在生产上开展菠萝茎叶还田利用需要配合使用一些碱性材料中和菠萝茎叶的酸化作用。