全 文 ：第 26卷第2期
2006年 2月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．26．No，2
Feb．，2oo6
间甲酚及施磷对小麦间作蚕豆土壤
微生物和酶活性的影响
柴 强，黄高宝 ，黄 鹏，张恩和
(甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州 730070)
摘要：通过盆栽试验，研究了不同磷水平下化感物质间甲酚对小麦间作蚕豆和单作小麦、单作蚕豆土壤微生物和酶活性的影响。
结果表明，间甲酚对不同模式生长盛期细菌和微生物总数表现为化感促进作用 ，对真菌表现为化感抑制作用，随施磷量的增加
间甲酚对土壤微生物的化感促进作用降低；不同模式生长盛期土壤微生物数量在施磷量为 100mg／kg土的处理中最高，但成熟
期施磷量为 200 kg土的处理最高；间作较单作具有保持较高土壤细菌和微生物总数的作用，施磷水平越高间作增大微生物
数量的效果越大；间甲酚对土壤微生物多样性具有明显降低作用，间作土壤的微生物多样性低于单作。间作具有较高的弱化间
甲酚对土壤过氧化氢酶化感负效应的作用，施磷可增强土壤过氧化氢酶活性；磷素作用下土壤脲酶活性增强 ，间甲酚对单作蚕
豆和间作土壤脲酶活性具有促进作用 ，但弱化了施磷对脲酶活性的增强作用；增施磷肥可弱化间甲酚对单作蚕豆和间作土壤酸
性磷酸酶的化感负效应 ，对单作小麦土壤酸性磷酸酶活性的影响相反。间甲酚对不同模式土壤微生物和酶活性的影响在作物
成熟期显著下降，说明随时间的推移土壤中间甲酚的作用力在不断弱化。
关键词：间作；施磷 ；酚；化感作用 ；土壤微生物；土壤酶
文章编号：1000 0933(2006)02 0383 08 中国分类号：Q94S．12，s181 文献标识码：A
Efect of 3-methy—phenol and phosphorous on soil microbes and enzyme activity in
wheat faba—bean intercropping systems
CHAI Qiang，HUANG Gao—Bao ，HUANG Peng，ZHANG En—He (The Faculty of Agronomy，C,artst Agricultural University，Gansu
Lartzhot，730070，China)Acta Ecotogica Sinica，2006，26(2)：383—390．
Abstract：A pot experiment was carried out to investigate the efect of 3-methyl—phenol and phosphorous on soil microbes and
enzyme activity in three cropping systems：wheat faba—bean intercropping，wheat sole cropping and faba—bean sole cropping．
Results show that at wheat flowering stage．treatments with 3-methy—phenol at a concentration of 300×10一。mol／kg of soil had
significantly higher numbers of bacteria and total microbes，but had lower numbers of fungi．
Application of phosphorous fertilizer weakened the allelopathic efect of 3-methy—phenol on bacterial and total microbes．The
average number of bacteria，fungi and actinomyees in the three treatments with 100mg／kg of soil phosphorous was 57．27％ ，
21．35％ ，60．89％ ．This was higher than that of the treatments with no phosphorous application at wheat flowering stage．As the
phosphorous rate was increased to 200mg／kg of soil，the numbers of microbes decreased，At crop maturity。the average numbers of
bacteria，fungi and actinomyces were highest in treatments with 200mg／kg of soil phosphorous，59．93％ ，9．05％ and 20．8％
基金项目：国家自然科学基金资助项目(30170547)；国家教育部优秀青年教师奖励基金资助项目；甘肃省自然科学基金资助项 目(ZS021 A25 044一
N)
收稿日期：2005 03 05；修订日期：2005．10 04
作者简介：柴强(1972～)，男，甘肃武威人，副教授，博士，主要从事多熟种植、植物化感作用和节水农业的教学科研，E-mail：ChaiQ@ ．ed cn
*通讯作者 Author for correspondence．E-mail：Huanggb@gsau．edu．cn
Foundation i~m：The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(No．30170547)，Outstanding Young Teachers Award Foundation
of Educational Department and Gansu Natural Science Foundati0n(No．ZS021．A25．044 N)
Received date：2005—03—05；Accepted date：2005—10—04
Biography：CHAt Qiang，Ph．D．，Asociate professor，mainly engaged in multiple cropping Seience。plant allel。pathy science and warer saving agileuhure 8cience．
E—mail：ChaiQ@gsau．edu．cn
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2期 柴 强等：间甲酚及施磷对小麦间作蚕豆土壤微生物和酶活性的影响 385
供试土壤为灌淤土，取自兰州植物园。全氮和全磷含量分别为0．0766％、0．732％，有效氮 21．06 mg／kg，速效磷
29．18mg／kg，pH值 8．24。施氮水平为纯 N100mg／kg土，施磷水平分纯 P20 0( )、100 mg／kg土(P )、200
mg／kg土( )3个水平。供试土壤风干后过2ram筛，播前将土壤与肥料混合均匀，每盆装土 15kg，浇水至田间
持水量的60％，表土稍干后播种，播种种子均用 H O 消毒。试验设计如表 1。单作小麦每盆留主茎苗 40株，
蚕豆保苗8株，问作时密度均减半。小麦3月 15日播种，蚕豆 3月25日播种，每处理重复3次。5月 10日，进
行间甲酚处理，处理时按每盆 4．5×10 mol的剂量取原液，后稀释 1000倍，用 lO00ml稀释液浇灌设定处理，
其它处理补充 1000ml的水分。作物生长期间充分供水。6月 10 Et(小麦开花期)和7月9 Et(收获期)分别测
定土壤微生物和酶活性。
1．2．2 测定指标及方法 化感效应采用 Wilimson_如 法计算：
RI=1一c／T(T≥ C) RI= ／C一1(T
Table 1 Experiment design and treatments codes
微生物采用平板涂抹法测定。其中，细菌用牛肉膏
蛋白胨培养基、真菌用马丁氏培养基、放细菌用改良高
氏一号培养基 。土壤酶活性，过氧化氢酶用高锰酸
钾滴定法、脲酶用苯酚钠次氯酸钠显色法、酸性磷酸酶
用磷酸苯二钠比色法 。
微生物多样性指数(D，)采用 Shannon，Wiener指数
法计算 “，计算公式为：
多样性指数(DI)=一∑pilnpi
式中， 为群落中第 个物种个体数占总个体数的
百分比。
试验数据用 SPSS11．0进行统计分析。
2 结果与分析
2．1 问甲酚及施磷对不同模式土壤微生物种群结构的
影响
埘
较
镑
口 AWP0 ■ ABP0 圈 AWBP0
口 AWP1 目 ABP1 口 AW_BPl
Fungi Acfinomyces
图 1 小麦开花期间甲酚对不同处理土壤微生物的化感效应
Fig．1 Allelopathic effect of 3-methyl—phonel on soil microbe in wheat
flowering stage
2·1·1 间甲酚对不同处理土壤微生物数量的化感效应 作物生长盛期(6月 10日)，间甲酚对土壤细菌数量
表现为显著化感促进作用(图 I、2)，微生物总数受问甲酚的影响与细菌相同，土壤真菌数量显著受间甲酚的
抑制作用，细菌变化结果与Shafer等人研究结果相同，但真菌数量的变化与 Shafer研究结果相反；间甲酚对土
壤放线菌的化感作用在不同模式中差异较大，整体趋势是单作小麦中为促进作用
、单作蚕豆中则为抑制作用。
作物成熟期，间甲酚对单作小麦土壤细菌数量表现为化感抑制作用，但对单作蚕豆仍表现为化感促进作
用。产生这种现象的可能原因是，6月 10 Et作物生长盛期，不同间甲酚处理土壤微生物数量主要受外源间甲
酚的影响，而小麦生长过程中不断分泌问甲酚，使土壤中化感物质浓度超过了对细菌的界限浓度
，表现为抑制
6 4 2 O 2 4 6
O O O
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作用。与单作小麦不同，单作蚕豆中不存在问甲酚的累
计，小麦间作蚕豆中由于小麦数量相对较少，产生的累 O．g
计量较小。与6月 10日时相同，不同处理土壤真菌仍 0．6
受问甲酚明显的抑制作用，这一结果同时说明，问甲酚
对土壤细菌和真菌产生化感作用 的界限浓度存在较大 ，
差异。 暴
1曲 0
2．1．2 施磷及间作对土壤微生物数量的影响 以相同
磷水平不同处理平均值作指标研究施磷对土壤微生物
数量的影响(表2)，结果表明作物生长盛期 P．水平下土 。’
Table 2 Soft microbe number under diferent P application rates and cropping systems treated by 3-methyl-phenol
细菌、真菌和放线菌数量单位分别为106、|04和 104个／g干土；小写字母表示同 一‘磷水平下不同模式差异显著(n 6，
以同一施磷水平下单作小麦和单作蚕豆土壤微生物数量和的一半作对照，比较问作对土壤微生物数量的
影响，结果表明作物生长盛期问作土壤细菌、真菌、放线菌和微生物总数相对于单作对照的增减量分别为
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2期 柴 强等：间甲酚及施磷对小麦间作蚕豆土壤微生物和酶活性的影响 387
18．46％～150．02％、一22．41％～5．44％、一17．06％～16．64％和 18．39％ 一145．25％ ，作物成熟期间作相对于
单作土壤细菌、真菌、放线菌和微生物总数 的增减幅度分别为 一6．94％ 一145．81％、0．76％ ～25．36％、
一 17．31％～32．79％和一7．33％ 138．54％，高磷水平具有增大间作较高微生物数量的优势。
2．1．3 间甲酚及施磷对不同模式土壤微生物多样性的影响 如图3，小麦开花期，单作小麦土壤微生物多样
性在 P．7MFT~ ，单作蚕豆和小麦问作蚕豆土壤微生物多样性随施磷水平的提高而降低，说明土壤微生物
多样性指数决定于种植模式和施肥量的互作关系。问甲酚作用下，小麦间作蚕豆、单作小麦、单作蚕豆土壤微
生物 DI在 Pn水平下分别降低了 22．49％、11．50％、51．53％，Pl水平下分别下降了33．4％、20．25％、41．99％，
水平下分别降低了29．25％、29．61％、38．72％，均表现为明显化感负效应。无间甲酚处理中，Po水平下的
问作土壤微生物 DI较单作蚕豆和单作小麦分别低 22．84％和 3．7％，间作与单作蚕豆差异显著；P 和 P2水平
下，问作微生物 DI显著低于单作。
口 WP0 - WP1 日 WP2 口 AWP0 口 AWP1 口 AWP2 一 BPO
口 BP1 目BP2 口ABP0 日ABP1 口 ABP2 日 WBP0 口 WBP1
日 WBP2 固 AWBPO 日 AWBP1日 AWBP2
O．45
0 40
0_35
茜 0．30
鬓0。25
0_20
0 15
0．10
0 05
0
小麦开花期Wheat flowering stage 成熟期Maturity stage
图3 问甲酚及施磷对不同模式土壤微生物多样性的影响
Fig．3 Efect of 3-methyl-phonel and phospholtls supply on soil microbial diversity in different treatment
土壤微生物 DI在作物成熟期较 6月 10日时明显增大，单作和问作 DI的大小关系为：Po、P．水平下，单作
小麦>小麦间作蚕豆>单作蚕豆，单作小麦与小麦间作蚕豆差异显著，间作与单作蚕豆差异不显著；P1水平
下，单作小麦 >单作蚕豆 >问作，单作小麦与间作差异显著间甲酚对土壤微生物 DI的影响规律为：同一施磷
量和相同模式的间甲酚与无间甲酚处理问的差异缩小，除 P。、P2水平下的单作小麦外，其它处理间的差异均
不显著；间甲酚在不同磷水平下对不同模式微生物 DI的影响差异较大， 水平下，间甲酚使单作小麦 DI增大
了6．94％，但使间作和单作蚕豆 D1分别降低了9．89％和 22．55％；P 水平下问甲酚使单作小麦、单作蚕豆和
间作 D1分别降低了16．51％、15．16％和 19．40％；P2水平下，问甲酚作用下单作 DI增大，但问作减小。以上结
果均表明间作在保持土壤微生物多样性方面不存在优势。
2．2 间甲酚及施磷对不同模式土壤酶活性的影响
2．2．1 施磷及间甲酚作用下不同模式土壤过氧化氢酶的变化 如表 3，6月 10日时，问甲酚作用下的单作小
麦、单作蚕豆、小麦间作蚕豆与无间甲酚处理对应相比，土壤过氧化氢酶活性在 Po，P。和 水平下的增减量
分别为 一2．59％、12．67％、57．89％，一8．38％、0、11．9％和 一17．74％、一18．58％、12．2％，即间作过氧化氢酶受
间甲酚的负效应小于单作，表明问作具有较高的调节问甲酚对土壤过氧化氢酶负效应的作用。这一时期，不
同模式过氧化氢酶活性都随施磷量的增大而提高。
收获期，间作土壤过氧化氢酶活性均高于单作，且 P。水平时间作土壤过氧化氢酶活性显著高于其它模
式，但相同模式的问甲酚与无问甲酚处理问差异不显著；P2水平下种植模式对土壤过氧化氢酶活性影响差异
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较小。施磷对过氧化氢酶活性的影响与前两个生育期相同，即呈以磷水平提高而增加的趋势。
2．2．2 磷素及间甲酚作用下不同模式的土壤脲酶活性 小麦开花期，问甲酚作用下的单作小麦、单作蚕豆
和小麦间作蚕豆土壤脲酶活性较无间甲酚对照在 Po，P 和 P2水平下的增减量分别为 一16．48％、22．68％、
32．96％，7．89％、8．24％、3．54％和一18．33％、7．23％、l2．45％，即间甲酚具有增强单作蚕豆和间作群体土壤脲
酶活性的作用。这一时期脲酶活性的差异主要存在于同种模式的不同磷处理间，表现为两个基本规律，一是
无问甲酚处理脲酶活性随磷水平的提高而提高，二是间甲酚处理的相同模式脲酶活性差异不显著，说明作物
生长盛期，间甲酚可缩小不同磷处理脲酶活性的差异。成熟期，模式间的差异只存在于 P．水平，该水平下单
作小麦脲酶活性显著小于其它处理。同模式不同磷水平处理相比，P，水平的各处理脲酶活性显著高于未施
磷处理，同样说明施磷具有提高脲酶活性的作用。
裹 3 间甲酚和施磷对不同种植模式土壤酶活性的影响
Table 3 Efect of 3-me~yl-phenol and phosphorous on舯Ⅱelzyme activity in diferent cropping systems
2．2．3 施磷及间甲酚对不同模式酸性磷酸酶的影响 小麦开花期，间甲酚处理的小麦间作蚕豆、单作小麦、
单作蚕豆土壤酸性磷 酸酶活性较无 间甲酚处理 的变化量在 P0水平下分别为 一12．22％、一12·74％、
一 12．74％，P 水平下分别降低了0、一48．89％、一8．8％，在 P 水平下分别增大了23．41％、一54．35％、0，即增
施磷肥有利于弱化小麦间作蚕豆和间作蚕豆中间甲酚对酸性磷酸酶的抑制作用，但增大了间甲酚对单作小麦
酸性磷酸酶的化感抑制作用。
作物成熟期，随施磷水平的提高，间甲酚对土壤酸性磷酸酶活性的负效应减小。总体来看，供体植物群体
和包括供体植物的复合群体土壤酸性磷酸酶对外来化感物质的适应能力强，但对能够产生他感作用的群体影
响时间较长；提供适宜的磷素水平可降低化感物质对土壤酸性磷酸酶的负效应。
3 讨论
土壤微生物的种群结构影响植物残体转化为土壤有机质及土壤养分的有效性 。 ，生物多样性丰富的土
壤其功能也呈多样性，生态系统稳定持续、土壤生产力持续不减 ，生态系统过程的变化可导致生物多样性
衰减，并因此导致生态系统功能的衰退 。本研究中，间甲酚使生长盛期及成熟期 Po、P 水平下不同处理土
壤微生物多样性显著下降，且对前期影响大于后期 ，微生物多样性下降的主要原因是，3类微生物中细菌数量
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均呈增大趋势，真菌数量下降、放线菌在不同模式中呈不同变化趋势，但细菌数量的变化幅度大于真菌和放线
菌，即3类微生物均匀度下降导致多样性指数下降；事实上，间甲酚作用下微生物多样性指数较低的处理，地
上生产力也相对较低 ，与前人研究结论相同。无间甲酚处理的间作微生物 DI小于单作，但其地上生产力
相对较高，其可能原因是间作组分还存在地上部分对光热资源利用的互补作用。
增施有机肥可以提高土壤微生物的多样性【29]，但施用无机肥对土壤微生物多样性影响的研究结果差异
较大，有增加 。 、降低【29。 、无影响b 3种结果，说明无机肥对土壤微生物多样性的影响是复杂的，可能与施
肥种类、方式、土壤类型、管理方式等都存在密切关系，因此无机肥与土壤微生物多样性间的关系还需进一步
深入研究 。
小麦(Triticum aestivum L．)秸秆分解中产生的化感物质阿魏酸对硝酸还原酶均表现为抑制作用，苯甲酸在
浓度为0．41mmol／L时表现 为促进作用，浓度继续升高表现为抑制作用，对羟基苯 甲酸在浓度不高于
3．62mmol／L时均表现为抑制作用；3种化感物质对脲酶均表现为刺激作用，且混合后刺激作用增强 ]，这些
现象说明同种化感物质对不同酶的活性影响不同。本研究中，间甲酚对过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性表现为
抑制作用，但对脲酶活性表现为刺激作用，与化感物质与酶活性相互关系的研究结果相吻合。另有研究表明，
N、P输入能减轻来自秋麒麟草(Epipremnumpinnatum)、和向日葵(Helianthus annus L．)的化感抑制作用 ，本研
究中，施磷弱化了间甲酚对过氧化氢酶和酸性磷酸酶的化感负效应，同时对脲酶活性表现促进作用，说明当土
壤中存在化感物质时，通过土壤养分的调节是调节化感作用的重要途径之一。
酚类是土壤污染物质，许多微生物参与此类物质的生物降解反应L3 ，但产生作用的只是部分功能菌，因
此细化研究化感物质作用下土壤微生物种群结构的动态变化，对通过微生物途径解决化感作用问题具有重要
意义。
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