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Effects of bio-organic fertilizer on soil enzyme activities and microbial community in kiwifruit orchard.

生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性和微生物群落的影响


采用田间试验,研究了不施肥、施用生物有机肥、传统有机肥和化肥对猕猴桃土壤酶活性、微生物群落结构及其代谢的影响.结果表明: 施用生物有机肥在猕猴桃生育期内可显著提高土壤蔗糖酶和荧光素二乙酸酯水解酶活性,分别比对照高出12.2%~129.4%、18.8%~87.4%.施用生物有机肥在膨大期和成熟期的土壤脲酶和酸性磷酸酶活性显著高于其他处理.Biolog微平板法测定结果表明,生物有机肥在猕猴桃生育期内提高了土壤微生物的平均每孔颜色变化率,增加了物种多样性、丰富度和均匀度,改变了微生物对6大类碳源的相对利用率,降低了微生物对氨基酸类碳源的相对利用能力,提高了微生物对多酚类和多胺类碳源的相对利用能力;主成分分析表明,对土壤中微生物起分异作用的碳源种类主要是糖类、氨基酸类和羧酸类.

A field experiment was conducted to compare the effects of three fertilizer managements (bio-organic fertilizer, traditional organic fertilizer and chemical fertilizer) and a nofertilizer control on soil enzyme activities and microbial community functional diversity in a kiwifruit orchard. The results showed that the soil invertase and FDA hydrolase activities in the bio-organic fertilizer treatment were 12.2%-129.4% and 18.8%-87.4% higher than those in the no-fertilizer control during kiwifruit growth period, respectively. The application of bio-organic fertilizer also increased soil urease and acid phosphatase activities at the expanding stage and maturity stage. The Biolog results suggested that bio-organic fertilizer treatment improved the average well color development (AWCD) and increased the species diversity, richness and evenness. The relative ratios of six groups of carbon sources by microbes were changed to some extent after the application of bio-organic fertilizer. Compared with the no-fertilizer control, bio-organic fertilizer application decreased the capacity of microbes in using amino acids, but enhanced the utilization of polyphenols and polyamines. The principal components analysis demonstrated that the differentiation of microbial community was mainly in utilization of carbohydrates, amino acids and carboxylic acids.


全 文 :生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性
和微生物群落的影响
孙家骏1  付青霞2  谷  洁1,3∗  王小娟1  高  华1,3
( 1西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 2江苏省南通滨海园区管委会, 江苏南通 226000; 3陕西省循环农业工
程技术研究中心, 陕西杨凌 712100)
摘  要  采用田间试验,研究了不施肥、施用生物有机肥、传统有机肥和化肥对猕猴桃土壤酶
活性、微生物群落结构及其代谢的影响.结果表明: 施用生物有机肥在猕猴桃生育期内可显著
提高土壤蔗糖酶和荧光素二乙酸酯水解酶活性,分别比对照高出 12.2% ~ 129.4%、18.8% ~
87.4%.施用生物有机肥在膨大期和成熟期的土壤脲酶和酸性磷酸酶活性显著高于其他处理.
Biolog微平板法测定结果表明,生物有机肥在猕猴桃生育期内提高了土壤微生物的平均每孔
颜色变化率,增加了物种多样性、丰富度和均匀度,改变了微生物对 6 大类碳源的相对利用
率,降低了微生物对氨基酸类碳源的相对利用能力,提高了微生物对多酚类和多胺类碳源的
相对利用能力;主成分分析表明,对土壤中微生物起分异作用的碳源种类主要是糖类、氨基酸
类和羧酸类.
关键词  生物有机肥; 酶活性; 微生物群落功能多样性
Effects of bio⁃organic fertilizer on soil enzyme activities and microbial community in ki⁃
wifruit orchard. SUN Jia⁃jun1, FU Qing⁃xia2, GU Jie1,3∗, WANG Xiao⁃juan1, GAO Hua1,3
( 1Collage of Resource and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi,
China; 2Nantong Binhai Park Administrative Committee, Nantong 226000, Jiangsu, China;
3Shaanxi Province Research Center of Recycle Agricultural Engineering and Technology, Yangling
712100, Shaanxi, China) .
Abstract: A field experiment was conducted to compare the effects of three fertilizer managements
(bio⁃organic fertilizer, traditional organic fertilizer and chemical fertilizer) and a no⁃fertilizer con⁃
trol on soil enzyme activities and microbial community functional diversity in a kiwifruit orchard.
The results showed that the soil invertase and FDA hydrolase activities in the bio⁃organic fertilizer
treatment were 12.2%-129.4% and 18.8%-87.4% higher than those in the no⁃fertilizer control
during kiwifruit growth period, respectively. The application of bio⁃organic fertilizer also increased
soil urease and acid phosphatase activities at the expanding stage and maturity stage. The Biolog re⁃
sults suggested that bio⁃organic fertilizer treatment improved the average well color development
(AWCD) and increased the species diversity, richness and evenness. The relative ratios of six
groups of carbon sources by microbes were changed to some extent after the application of bio⁃organic
fertilizer. Compared with the no⁃fertilizer control, bio⁃organic fertilizer application decreased the ca⁃
pacity of microbes in using amino acids, but enhanced the utilization of polyphenols and poly⁃
amines. The principal components analysis demonstrated that the differentiation of microbial commu⁃
nity was mainly in utilization of carbohydrates, amino acids and carboxylic acids.
Key words: bio⁃organic fertilizer; enzyme activity; microbial community functional diversity.
本文由国家自然科学基金项目(41171203)、公益性行业(农业)科研专项(201303094)和杨凌示范区科技计划项目(2015NY⁃25)资助 This work
was supported by the National Natural Science Foundation of China (41171203), the Special Fund for Agro⁃scientific Research in the Public Interest
(201303094) and the Scientific Planning Project of Yangling Demonstration Zone, China (2015NY⁃25) .
2015⁃07⁃08 Received, 2015⁃12⁃22 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: gujoyer@ sina.com
应 用 生 态 学 报  2016年 3月  第 27卷  第 3期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2016, 27(3): 829-837                    DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201603.012
    土壤酶是土壤中动植物残体分解、植物根系分
泌和土壤微生物代谢的产物,是一类具有生物化学
催化活性的特殊物质,参与土壤中许多重要的生物
化学过程[1] .土壤酶活性的高低能反映土壤生物活
性和生化反应强度,常作为评价土壤肥力的一个重
要指标[2] .研究表明,土壤酶活性较其他土壤性质能
更迅速地响应施肥管理和种植体系[3-4] .土壤微生物
参与土壤有机质分解和养分循环,对维持土壤生态
系统的功能和可持续发展起重要作用[5] .而土壤微
生物的碳源利用率能反映土壤生态系统受干扰后的
细小变化,对土壤科学管理有重要的指示作用[6] .
Biolog方法是利用微生物对碳源的利用程度来反映
微生物群落功能多样性的分析方法,能较全面地表
征微生物群落结构、总体代谢活性与功能信息[7],
已被较多地应用到微生物对肥料、施肥制度等的响
应研究中.Chen 等[8]研究发现,有机肥与氮磷钾肥
配施处理的土壤微生物多样性指数最高.Hu 等[9]用
Biolog ECO 板分析了不同施肥处理对土壤微生物群
落的影响,结果表明,半量有机肥+半量无机肥处理
的微生物代谢活性和功能多样性比单施有机肥和单
施化肥处理高.
猕猴桃营养丰富,富含维生素 C,被誉为水果之
王.我国的猕猴桃产量居世界首位,其中陕西省产量
占全国的 60% 以上,主要集中在渭河平原上眉县和
周至县一带[10] .近年来,果农粗放式的栽培管理模
式逐渐向以高投入、高产出为特征的生产方式转变,
施肥存在盲目性和单一性,从而严重影响了猕猴桃
的产量和品质,并造成一定的环境问题[10-11] .生物
有机肥是利用特定功能微生物与畜禽粪便、农作物
秸秆等为原料,经无害化、腐熟、混合处理而成的一
类肥料[12],兼具微生物肥料和有机肥的双重效应,
既有利于提高产品品质,增产增收,又可培肥土壤,
提高土壤酶活性,改善土壤微生物群落结构.其已逐
渐成为相关研究的重点[13-15] .
目前,虽然已有一些学者研究了施用生物有机
肥对土壤酶活性和微生物群落的影响,但这些研究
主要集中在香蕉、黄瓜和西瓜等作物[16-18],而生物
有机肥对猕猴桃土壤微生物等方面的研究较少,尤
其对猕猴桃生育期内系统的动态影响尚未见报道.
本文通过大田试验,研究施用生物有机肥、传统有机
肥和化肥对猕猴桃不同生育期内土壤酶活性和微生
物群落功能多样性的影响,旨在找出良好的施肥方
式,为猕猴桃的合理施肥和科学管理提供依据.
1  研究区域与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
试验于 2012 年 11月至 2013年 10月在陕西省
周至县万亩有机猕猴桃现代示范园(34°04′ N,108°
10′ E)内进行.供试猕猴桃品种为‘秦美’,树龄 11
a,株行距 3 m×4 m.供试土壤的基本性质为: 0 ~ 30
cm 土层含有机质 16.01 g·kg-1,全氮 0􀆰 57 g·kg-1,
全磷 1.64 g·kg-1,全钾 42􀆰 52 g·kg-1,速效氮 20.44
mg·kg-1,速效磷 41􀆰 68 mg·kg-1,速效钾 377. 12
mg·kg-1,pH 6.12.
供试固氮菌为圆褐固氮菌(Azotobacter chroococ⁃
cum),解磷菌为荧光假单胞菌(Pseudomonas fluores⁃
cens)和土壤短芽孢杆菌(Brevibacillus agri),解钾菌
为华癸中生根瘤菌(Mesorhizobium uakuii).以上功能
菌皆由本实验室提供,数量为 3.2×108 cfu·g-1 .供试
生物有机肥为本实验室制作的生物有机肥,其有机
质含量为 56.2%、氮(N) 1.74%、磷(P 2O5) 1􀆰 04%、
钾(K2O) 1.37%.并根据猕猴桃的需肥特性,用尿
素、过磷酸钙及氯化钾调节肥料的氮 ( N)、磷
(P 2O5)、钾(K2O)比例为 1 ∶ 0.8 ∶ 1.供试传统有机
肥为当地果农惯用的腐熟猪粪堆肥.供试化肥为重
过磷酸钙(P 2O5 46%)、氯化钾(K2O 60%)和尿素
(N 46%).
1􀆰 2  试验设计
试验设 3 个处理:BF:施生物有机肥;TF:施传
统有机肥;CF:施化肥.并以不施肥为对照(CK).肥
料于 2012 年 11 月 5 日一次施入,生物有机肥的施
肥量为每株 15 kg,传统有机肥以等氮量施入,化肥
以等养分量施入.采用条施法在供试树体两侧 60
cm 附近开条状沟(深 30 cm、宽 25 cm),然后均匀撒
施肥料,覆土平整.试验区其他管理按常规进行.选
取树势均一的 9 株树为一个处理小区,3 次重复,小
区随机排列.
1􀆰 3  样品采集
于猕猴桃发芽期(2013 年 3 月 26 日)、开花期
(2013年 5月 4日)、膨大期(2013年 6月 24 日)、成
熟期(2013年 10月 10日),采用五点取样法在各处理
小区取 0~20 cm 土壤样品,将新鲜土样装入无菌袋
中,保存于 4 ℃ 冰箱,用于土壤酶活性的测定和微生
物群落功能多样性的分析;其余土样风干,根据各指
标要求过不同孔径筛,用于土壤理化性质的测定.
1􀆰 4  测定项目和方法
1􀆰 4􀆰 1土壤酶活性  土壤蔗糖酶活性采用 3,5⁃二硝
038 应  用  生  态  学  报                                      27卷
基水杨酸比色法测定;土壤脲酶活性采用靛酚蓝比
色法测定;土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比
色法测定[19] .土壤荧光素二乙酸酯(FDA)水解酶活
性采用荧光素二乙酸比色法测定[20] .
1􀆰 4􀆰 2微生物群落功能多样性  采用 Biolog⁃ECO 微
平板法研究不同施肥处理对土壤微生物群落功能多
样性的影响,具体操作步骤参照 Classen 等[21]的方法.
1􀆰 5  数据处理
平均每孔颜色变化率( average well color deve⁃
lopment,AWCD)用于表示土壤微生物利用单一碳源
的能力[22] .计算公式为:
AWCD =∑(C i - R) / 31
式中:C i为第 i个反应孔在 590 nm 下的光密度值;R
为对照孔 A1的光密度值.C i-R小于 0 的孔,计算中
将其记为零,即 C i-R的值均大于等于 0.
功能多样性指数为:Shannon 指数(H)、Simpson
指数(D)和 McIntosh 指数(U) [23],计算公式为:
H =-∑P i lnP i
D = 1 -∑P i 2
U = ∑Ni 2
式中: P i = (C i - R) /∑(C i - R) 表示第 i孔的相对
光密度值与整个微板相对光密度值总和的比值;Ni
表示第 i孔的相对光密度值(C i-R).
采用 Microsoft Excel 2007 对数据分析处理与作
图,用 SPSS 19.0 软件进行统计分析和差异显著性
检验(LSD 法).
2  结果与分析
2􀆰 1  不同施肥处理对猕猴桃园土壤酶活性的影响
2􀆰 1􀆰 1土壤蔗糖酶活性   由图 1 可以看出,不同处
理的土壤蔗糖酶活性动态变化规律相似,均呈先降
低后升高的趋势.在猕猴桃整个生育期内,不同处理
间的土壤蔗糖酶活性均表现为 BF>TF>CF>CK.其
中, BF 处理的土壤蔗糖酶活性比 CK 提高了
12.2%~129.4%,且在成熟期显著高于其他处理(P
<0.05),分别为 TF、CF 处理和 CK 的 1. 3、1. 3、1. 4
倍.TF和 CF处理的土壤蔗糖酶活性只在开花期显
著高于 CK(P < 0. 05),其他时期均与 CK 无显著
差异.
2􀆰 1􀆰 2土壤脲酶活性   由图 1 以看出,各处理的土
壤脲酶活性均呈先升高后降低的趋势.其中,所有处
理的土壤脲酶活性均在猕猴桃膨大期达到最大值,
此时 BF处理的土壤脲酶活性显著高于其他处理(P
<0.05),分别比 TF、 CF 处理和 CK 高出 14. 4%、
29􀆰 2%、49.2%.TF处理的脲酶活性在猕猴桃的前3
图 1  不同施肥处理对土壤酶活性的影响
Fig.1  Effects of different fertilizer treatments on soil enzyme activity.
CK: 不施肥 No fertilizer; BF: 生物有机肥 Bio⁃organic fertilizer; TF: 传统有机肥 Traditional organic fertilizer; CF: 化肥 Chemical fertilizer. A: 发
芽期 Germination stage; B: 开花期 Flowering stage; C: 膨大期 Expending stage; D: 成熟期 Maturity stage. 不同小写字母表示同一时期不同处理
间差异显著(P<0.05) Different small letters meant significant difference among treatments at the same stage at 0.05 level. 下同 The same below.
1383期                      孙家骏等: 生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性和微生物群落的影响           
个生长时期均显著高于 CK(P<0􀆰 05),分别为 CK
的 2.1、2.0、1.3 倍,在成熟期与 CK 差异不显著.CF
处理的脲酶活性仅在膨大期显著高于 CK ( P
<0􀆰 05),前者为后者的 1.15 倍,其他时期二者差异
不显著.
2􀆰 1􀆰 3土壤酸性磷酸酶活性   由图 1 可以看出,各
处理的土壤酸性磷酸酶活性均表现为先升高后降低
再升高的趋势.其中,BF 处理的土壤酸性磷酸酶活
性始终高于 CK,且在成熟期显著高于其他处理(P
<0􀆰 05),分别比 TF、CF 处理及 CK 高出 16. 1%、
10􀆰 8%、31.4%.TF处理的土壤酸性磷酸酶活性在发
芽期和开花期均高于其他处理,但与 CF 处理间差
异不显著,在成熟期则显著高于 CF 处理和 CK(P
<0􀆰 05).CF处理的土壤酸性磷酸酶活性始终与 CK
无显著差异.
2􀆰 1􀆰 4土壤荧光素二乙酸酯(FDA)水解酶活性  如
图 1 所示,在猕猴桃生育期内,各处理的土壤 FDA
水解酶活性均表现为 BF>TF>CF>CK.其中,BF处理
的 FDA水解酶活性比 CK高出 18.8%~87.4%,且从
开花期开始显著高于 CF 处理和 CK(P<0.05). TF
处理的 FDA水解酶活性仅在开花期和膨大期显著
高于 CF处理和 CK(P<0.05).CF 处理的 FDA 水解
酶活性在膨大期显著高于 CK(P<0.05),其他时期
与 CK差异不显著.
2􀆰 2  不同施肥处理对猕猴桃园土壤微生物功能多
样性的影响
2􀆰 2􀆰 1平均每孔颜色变化率(AWCD)   AWCD 值是
反映微生物整体碳源代谢活性的重要指标[24] .由图
2 可以看出,随着猕猴桃的生长,各处理的土壤微生
物AWCD值逐渐升高,表明微生物的整体代谢活性
图 2   不同施肥处理在 Biolog⁃ECO 平板培养 96 h 后的
AWCD值
Fig.2  Values of AWCD after cultivated 96 hours in Biolog⁃ECO
plate under different fertilizer treatments.
逐渐增强.其中,BF 处理的 AWCD 值只在发芽期与
TF处理差异不显著,从开花期开始,显著高于其他
处理(P < 0. 05),且在成熟期达到最大值,分别为
TF、CF处理及 CK 的 1.08、1.09、1.19 倍,表明在猕
猴桃的生长过程中,BF处理会显著提高微生物的代
谢活性,增强其利用碳源的能力.
2􀆰 2􀆰 2土壤微生物群落功能多样性指数  由表 1 可
以看出,除猕猴桃膨大期 CF处理和 CK的土壤微生
物 Shannon 指数差异不显著外,其他时期各施肥处
理的土壤微生物 Shannon 指数和 Simpson 指数均显
著高于 CK(P<0.05),表明施肥处理对土壤微生物
的多样性有显著影响.其中,除发芽期外,BF 处理的
土壤微生物 Shannon 指数和 Simpson 指数在猕猴桃
生育期内最高,且在成熟期显著高于其他处理(P
<0.05),表明在猕猴桃生长后期,BF 处理明显提高
了物种多样性和优势度,这可能是因为 BF 处理中
添加的功能菌株逐渐适应了土壤环境并大量繁殖.
随着猕猴桃的生长,各处理的土壤微生物 McIntosh
指数逐渐增大,在成熟期达到最大值,且表现为 BF>
TF>CF>CK,BF处理的 McIntosh 指数显著高于其他
处理(P<0.05),表明随着猕猴桃的生长,BF 处理可
提高物种的均匀度,使系统更加稳定.
2􀆰 2􀆰 3土壤微生物利用 6大类碳源能力  微生物对
不同碳源的利用能力可表征土壤微生物的代谢功能
类群.Biolog⁃ECO微平板上含有 31 种碳源,根据官
能团不同将其分为 6大类,采用 96 h的 AWCD值计
算得到微生物对 6 大类碳源的相对利用率图谱(图
3).由图 3可知,在猕猴桃发芽期,各施肥处理的微
生物均增加了糖类碳源的相对利用率,降低了氨基
酸类碳源的相对利用率.开花期,各施肥处理均显著
增加了微生物对多酚类碳源的相对利用率,BF、TF、
CF处理分别比 CK 高出 29.8%、26.4%和 23􀆰 6%.膨
大期,BF处理对多胺类的相对利用率最高,CF 处理
对氨基酸类的相对利用率最高;同时,BF 处理增加
了微生物对多聚物类和多酚类的相对利用率,CF处
理则降低了微生物对这两大类碳源的相对利用率.
成熟期,BF处理对多酚类碳源的相对利用率最高,
但降低了多聚物类的相对利用率;TF 处理增加了氨
基酸类碳源的相对利用率;CF处理则降低了微生物
对多胺类碳源的相对利用率.在猕猴桃的生育期内,
BF处理对氨基酸类碳源的相对利用率只在膨大期
高于 CK,其他时期均低于 CK、TF 和 CF 处理;对多
酚类 碳 源 的 相 对 利 用 率 只 在 发 芽 期 低
于CF处理,其他时期始终最高;对多胺类碳源的相
238 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 1  不同施肥处理的土壤微生物群落功能多样性指数分析
Table 1  Soil microbial community’s functional diversity indices under different fertilizer treatments
多样性指数
Diversity index
处理
Treatment
发芽期
Germination stage
开花期
Flowering stage
膨大期
Expanding stage
成熟期
Maturity stage
Shannon 指数 CK 3.048±0.017b 3.057±0.005b 3.237±0.003b 3.262±0.002c
Shannon index BF 3.218±0.010a 3.158±0.017a 3.313±0.005a 3.328±0.002a
TF 3.242±0.021a 3.135±0.008a 3.312±0.002a 3.304±0.003b
CF 3.210±0.010a 3.138±0.010a 3.198±0.007b 3.307±0.011b
Simpson 指数 CK 0.944±0.001c 0.943±0.000b 0.955±0.000c 0.959±0.000c
Simpson index BF 0.957±0.001a 0.950±0.001a 0.961±0.000a 0.962±0.000a
TF 0.955±0.001b 0.950±0.000a 0.961±0.000a 0.961±0.023b
CF 0.955±0.001b 0.950±0.001a 0.956±0.000b 0.961±0.010b
McIntosh 指数 CK 3.031±0.019c 5.344±0.061d 7.974±0.026c 8.637±0.106c
McIntosh index BF 5.083±0.107a 6.888±0.206a 9.216±0.089a 9.856±0.023a
TF 4.622±0.084b 6.461±0.097b 8.915±0.030b 9.210±0.018b
CF 4.436±0.078b 5.953±0.078c 8.095±0.059c 9.196±0.116b
CK: 不施肥 No fertilizer; BF: 生物有机肥 Bio⁃organic fertilizer; TF: 传统有机肥 Traditional organic fertilizer; CF: 化肥 Chemical fertilizer. 不同小
写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05) Different small letters meant significant difference among treatments at the same stage at 0.05
level. 下同 The same below.
图 3  不同施肥处理下土壤微生物对 6大类碳源的相对利用率
Fig.3  Relative utilization rates of six groups of carbon sources by microbes in soils under different fertilizer treatments.
Ⅰ: 多酚类 Polyphenols; Ⅱ: 多胺类 Polyamines; Ⅲ: 多聚物类 Polymers; Ⅳ: 羧酸类 Carboxylic acids;Ⅴ: 氨基酸类 Amino acids; Ⅵ: 糖类 Car⁃
bohydrates.
对利用率则从开花期开始就始终高于其他处理,表明
生物有机肥改变了微生物对碳源的相对利用情况,降
低了微生物对氨基酸类碳源的相对利用能力,提高了
微生物对多酚类和多胺类碳源的相对利用能力.
2􀆰 2􀆰 4微生物群落功能主成分分析  为进一步研究
土壤微生物群落对不同碳源利用能力的差异,更深
入地了解土壤微生物群落的功能多样性的变化,选
取培养 96 h 后的 AWCD 值进行主成分分析.由图 4
可知,猕猴桃发芽期,PC1 和 PC2 得分系数的差异
达极显著水平(P<0.01),且 BF 处理在 PC1 得分系
数显著高于 CK,在 PC2得分系数显著高于 CF处理
和 CK;开花期,PC1和 PC2得分系数的差异达极显
著水平,且 BF处理在 PC2 上得分系数显著高于其
他处理;膨大期,BF 处理在 PC1 得分系数显著高于
CF处理和 CK(P<0.01),在 PC2上得分系数显著高
于 TF处理和 CK(P<0.01);成熟期,PC1 得分系数
的差异达极显著水平,且 BF 处理在 PC1 得分系数
上显著高于其他处理,而 TF 处理则在 PC2 上得分
系数显著高于其他处理(P<0.01).
由表2可以看出,猕猴桃发芽期,对PC1贡献
3383期                      孙家骏等: 生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性和微生物群落的影响           
图 4  不同施肥处理下土壤微生物功能多样性的主成分(PC)分析
Fig.4  Principal component (PC) analysis of soil microbial community under different fertilizer treatments.
表 2  对 PC1和 PC2贡献大(系数≥0.80)的碳源数目
Table 2  Numbers of carbon sources with loadings ≥0.80 of PC1 and PC2
碳源
Carbon source
发芽期
Germination stage
PC1 PC2
开花期
Flowering stage
PC1 PC2
膨大期
Expanding stage
PC1 PC2
成熟期
Maturity stage
PC1 PC2
糖类 Carbohydrates 3 0 5 1 4 0 3 3
氨基酸类 Amino acids 1 0 2 0 2 3 2 2
羧酸类 Carboxylic acids 0 1 0 1 3 0 2 2
多聚物类 Polymers 0 1 3 0 1 1 1 0
多酚类 Polyphenols 1 0 0 1 1 1 1 0
多胺类 Polyamines 1 0 0 1 0 0 2 0
表 3  土壤酶活性与微生物群落功能多样性的相关系数
Table 3  Correlation coefficients of soil enzyme activities and microbial community functional diversity
蔗糖酶
Invertase
脲酶
Urease
酸性磷酸酶
Acid phosphatase
FDA水解酶
FDA hydrolase
AWCD 值
Value of AWCD
Shannon指数
Shannon index
Simpson指数
Simpson index
脲酶 Urease 0.122
酸性磷酸酶 Acid phosphatase 0.256 0.033
FDA水解酶 FDA hydrolase 0.212 0.863∗∗ 0.448
AWCD 值 Value of AWCD 0.180 0.764∗∗ 0.595∗ 0.961∗∗
Shannon指数 Shannon index 0.573∗ 0.583∗ 0.539∗ 0.765∗∗ 0.833∗∗
Simpson指数 Simpson index 0.587∗ 0.566∗ 0.544∗ 0.748∗∗ 0.815∗∗ 0.994∗∗
McIntosh指数 McIntosh index 0.100 0.789∗∗ 0.568∗ 0.956∗∗ 0.992∗∗ 0.777∗∗ 0.759∗∗
∗P<0.05; ∗∗P<0.01.
最大的碳源 (系数≥0. 80)是糖类 (所占比例为
50%),对 PC2 贡献大的碳源(系数≥0.80)只有羧
酸类和多聚物类(均占 50%);开花期,糖类和多聚
物类对 PC1 贡献的碳源数最多(所占比例分别为
50%、30%),氨基酸类和多聚物类对 PC2 贡献的碳
源数最少;膨大期,对 PC1 贡献最大的碳源(系数
≥0.80)是糖类(所占比例为 36.4%),其次为羧酸类
(所占比例为 27.3%),对 PC2 贡献最大的碳源(系
数≥0.80)是氨基酸类(所占比例为 60%);成熟期,
糖类对 PC1和 PC2贡献的碳源数最多(所占比例分
别为 27.3%、42.9%).由此可见,不同施肥处理的微
生物群落代谢特征在猕猴桃生育期内各不相同,这
种差异主要体现在对糖类、氨基酸类和羧酸类碳源
的利用上.
2􀆰 3  土壤酶活性与微生物群落功能多样性的相关
分析
由表 3 可以看出,土壤蔗糖酶活性与微生物
Shannon指数、Simpson指数呈显著正相关.土壤脲酶
438 应  用  生  态  学  报                                      27卷
活性与其他指标(蔗糖酶和酸性磷酸酶活性除外)
均呈显著或极显著正相关.土壤酸性磷酸酶活性与
AWCD值、微生物群落功能多样性指数存在显著正
相关,与其他酶活性无显著相关性.土壤 FDA 水解
酶活性和脲酶活性相似,与蔗糖酶、酸性磷酸酶活性
无显著相关性,和其他指标呈显著或极显著正相关.
微生物 AWCD 值和 McIntosh 指数除了与土壤蔗糖
酶活性不显著相关,均与其他指标有相关性. Shan⁃
non指数和 Simpson 指数一致均与其他指标呈显著
或极显著正相关.
3  讨    论
土壤酶系统是土壤中最活跃的部分.它直接影
响着土壤的代谢性能,且能活化土壤有机质,将其转
化为植物可吸收的无机物,其活性大小在一定程度
上代表土壤肥力的高低[25] .张静等[26]研究发现,施
用生物有机肥后,土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活
性均高于对照和普通有机肥处理.本研究中,BF 处
理的土壤蔗糖酶和 FDA 水解酶活性在猕猴桃生育
期内均高于其他处理,TF 和 CF 处理只在部分时期
与 CK有显著差异,结果与之相似.蔗糖酶活性与土
壤中有机碳含量显著相关[27],生物有机肥中的有机
物料可增加土壤有机质,从而增加了土壤微生物的
碳源[28],刺激蔗糖酶活性的升高,因此 BF处理的蔗
糖酶活性较高.FDA 水解酶活性能较好地反映土壤
微生物的活性[29] .它与微生物 AWCD 值、功能多样
性指数呈极显著正相关,生物有机肥可丰富土壤中
微生物的可利用营养,增加土壤微生物的多样性和
丰富度,提高微生物活性,因此 BF处理的 FDA水解
酶活性较高.BF处理的土壤脲酶和酸性磷酸酶活性
在猕猴桃发芽期和开花期均低于 TF 处理,在猕猴
桃生长后期显著高于其他处理,CF处理的酸性磷酸
酶活性与 CK 则无显著差异.这可能是由于生物有
机肥含有的固氮菌、解磷菌和解钾菌等功能微生物
逐渐适应土壤环境,对土壤中土著微生物有一定的活
化作用,刺激了微生物的生长,导致释放的胞外酶增
多[30] .相关性分析表明,土壤脲酶及酸性磷酸酶活性
与微生物 AWCD 值、功能多样性指数有显著或极显
著相关性,BF处理的 AWCD值和多样性指数在猕猴
桃生长后期显著高于其他处理也证明这一点.
土壤微生物群落 AWCD 值反映了土壤微生物
利用碳源的能力和代谢活性的大小,其值越高,土壤
微生物群落代谢活性越高[31] .土壤微生物 Shannon
指数反映微生物群落物种变化度和差异度,Simpson
指数反映微生物群落中最常见物种,用于评估常见
种优势度[32],McIntosh 指数是群落物种均一性的度
量[33] .本研究结果表明,施肥处理在猕猴桃生育期
内均可提高土壤微生物 AWCD 值、Simpson 指数和
McIntosh指数,BF处理的效果最佳;而 BF处理的土
壤微生物 Shannon指数除在发芽期低于 TF处理外,
其余时期均最高,且在成熟期与其他处理差异显著,
表明 BF处理提高了土壤微生物的整体代谢能力,
增加了物种多样性和均匀度,并且使某些菌株成为
优势菌群,这些菌株很可能是生物有机肥中所添加
的功能微生物.袁英英等[34]利用 Biolog 技术对不同
施肥处理的微生物群落进行分析,结果表明,BF 处
理可提高土壤微生物 Shannon 指数和 Simpson 指
数.刘艳霞等[35]研究也表明,土壤中施入生物有机
肥处理的土壤微生物 Shannon 指数、Simpson 指数和
Mclntosh 指数均高于 CK.本研究结果与之相似.微生
物对 6 大类碳源的相对利用能力表明,随着猕猴桃
的生长,施用生物有机肥逐渐改变了土壤微生物的
代谢结构,尤其是不同程度降低了微生物对氨基酸
类碳源的相对利用能力,提高了微生物对多酚类和
多胺类碳源的相对利用率.氨基酸类物质对土壤有
机质有正激发效应,能加速土壤有机质的分解,降低
土壤有机质含量[36],施用生物有机肥可减少微生物
对氨基酸类物质的代谢过程,在一定时间内减少了
氨基酸类物质的含量,从而会降低土壤有机质的分
解.张云伟等[37]对 6 大类碳源的代谢分析发现,生
物有机肥可提高微生物利用碳底物的能力,尤其是
显著提高了微生物对酚类碳源的利用能力.本研究
结果与之相似.王艳芳等[38]研究发现,酚类物质的
增加是造成连作障碍的重要原因之一,生物有机肥
能促进微生物利用酚类碳源的能力,降低土壤中酚
类物质的积累,因此可在一定程度上减轻连作障碍.
主成分分析结果表明,在猕猴桃生育期内,施肥处理
均能不同程度地改变土壤微生物群落结构,其中 BF
处理的微生物群落结构与 CK 差异更大,起分异作
用的碳源种类主要是糖类、氨基酸类和羧酸类.
综上所述,施用生物有机肥可刺激土壤微生物
活动,在猕猴桃生育期内显著提高土壤蔗糖酶和
FDA 水解酶活性,在猕猴桃生长后期提高土壤脲酶
和酸性磷酸酶活性.施用生物有机肥还可一定程度
地提高土壤微生物代谢多样性指数和微生物利用碳
源的能力,有效改善土壤微生物群落功能.该研究结
果可为合理利用生物有机肥改善土壤环境提供理论
依据.
5383期                      孙家骏等: 生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性和微生物群落的影响           
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作者简介  孙家骏, 女, 1990年生, 硕士研究生. 主要从事
环境微生物研究. E⁃mail: sunjiajun09@ 126.com
责任编辑  肖  红
孙家骏, 付青霞, 谷洁, 等. 生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性和微生物群落的影响. 应用生态学报, 2016, 27(3): 829-837
Sun J⁃J, Fu Q⁃X, Gu J, et al. Effects of bio⁃organic fertilizer on soil enzyme activities and microbial community in kiwifruit orchard.
Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(3): 829-837 (in Chinese)
7383期                      孙家骏等: 生物有机肥对猕猴桃土壤酶活性和微生物群落的影响