不同耕作和培肥模式對豫中冬小麥田土壤腐殖質及微生物區(qū)系的影響

李春喜，楊杰瑞，張黛靜，王多多，王真，郭雪妮，陳惠婷

河南師范大學生命科學學院，河南 新鄉(xiāng) 453007

河南省是我國小麥生產的主要基地，但多數(shù)地區(qū)因旋耕、單施化肥等造成土壤肥力偏低、耕層較淺、肥料下移困難等制約小麥高產的技術問題（周瑞華，2011；劉波，2010）。不同耕作方式及秸稈還田對土壤微生物的影響的研究不斷得到深入，研究表明，化肥配施秸稈可增加土壤微生物量碳和氮，旋耕與秸稈還田可以顯著提高微生物數(shù)量，秸稈全量還田能調節(jié)土壤物理環(huán)境，促進微生物的代謝活動（張四偉，2012；楊文平，2012）。但對于耕作方式和無機、有機肥料配施對土壤腐殖質及土壤微生物區(qū)系的影響報道很少（張明園，2011；欒曉波，2012）。本研究立足于河南小麥主產區(qū)豫中地區(qū)，研究不同耕作和培肥模式下冬小麥田土壤腐殖質及微生物區(qū)系的動態(tài)變化，旨在為該地區(qū)農田地力提升及小麥高產栽培提理論基礎。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料及設計

供試小麥品種（Triticum aestivum L.）為半冬性周麥22。試驗于2011—2012年在許昌縣陳曹鄉(xiāng)史莊村小麥試驗田進行。土壤基本性質為 w(有機質)=12.61 g·kg-1，w(全氮)=1.89 g·kg-1，w(全磷)=1.02 g·kg-1，w(速效鉀)=130.23 mg·kg-1。試驗采用大區(qū)設計，在通施化肥的基礎上設 4個處理：1）淺耕增施有機肥（QF）；2）淺耕（Q）；3）深耕增施有機肥（SF）；4）深耕（S）。其中淺耕為15~20 cm，深耕為35~40 cm，有機肥為豬糞，每667m2增施3 m3。玉米秸稈于玉米收獲時打碎旋耕機翻入地下，播前均勻灑入化肥，化肥選用小麥配方肥（N、P、K≥45%），每667 m2施74.07 kg。大區(qū)面積15 m×30 m=450 m2，于2011年10月16日播種，行距20 cm，小麥種植密度為每667 m216萬株，2012年6月5日收獲，全生育期按高產田模式進行管理。

1.2 測定指標及方法

分別在孕穗期、開花期和成熟期，按0~5、5~20和20~40 cm三個土層取鮮樣，密封包裝。一部分進行風干處理，進行土壤化學指標的測定；另一部分保存于4 ℃冰箱測定土壤微生物區(qū)系數(shù)量，3次重復。

土壤腐殖質組分（富里酸、胡敏酸）的測定采用重鉻酸鉀氧化還原法（鮑士旦，2005）。

胡敏酸和富里酸質量分數(shù)(g·kg-1)=

其中：v0：5.00毫升標準重鉻酸鉀溶液空白試驗滴定的硫酸亞鐵毫升數(shù)；v1：待測液滴定用去的硫酸亞鐵毫升數(shù)；w：吸取濾液相當?shù)耐翗淤|量（g）。

土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量分別采用牛肉膏蛋白胨、馬丁氏和改良高氏 1號培養(yǎng)基固體平板法測定（黃紅英，2011；祝宗美，2012）。其中細菌采用的稀釋度為 10-3~10-5，培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；真菌采用的稀釋度為 10-1~10-3，培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基；放線菌采用的稀釋度為10-2~10-4，培養(yǎng)采用改良高氏1號培養(yǎng)基，每一稀釋度重復2次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003和SPSS 13.0進行試驗數(shù)據(jù)的處理及顯著性差異分析，多重比較采用Duncan法。

2 結果與分析

2.1 不同耕作和培肥模式對土壤腐殖質的影響

2.1.1 土壤富里酸含量

如圖1所示，富里酸含量隨土壤深度的增加表現(xiàn)為先增后減；隨著生育期的進行，先減后增的趨勢。在0~5 cm土層內，成熟期增施有機肥處理的富里酸含量極顯著高于單施化肥（p<0.01）；在5~20 cm土層內，孕穗期SF處理相比其他處理富里酸含量最高（4.61 g·kg-1）且差異極顯著（p<0.01），成熟期 S處理相比其他處理富里酸含量最高（4.93 g·kg-1）且差異顯著（p<0.05）；在 20~40 cm 土層內，開花期和孕穗期富里酸含量表現(xiàn)為S處理高于Q處理，但差異不顯著。

2.1.2 土壤胡敏酸含量

胡敏酸含量表現(xiàn)為隨土壤深度的加深而逐漸減少，隨著生育時期的進行逐漸增加的趨勢。在0~5 cm土層內，開花期增施有機肥處理的胡敏酸含量高于單施化肥且差異顯著（p<0.05）。在5~20 cm土層內，孕穗期和成熟期均為QF處理胡敏酸含量最高且差異顯著（p<0.05）。在20~40 cm耕層內，成熟期增施有機肥處理的胡敏算含量極顯著高于單施化肥（p<0.01）；其中，成熟期QF處理胡敏酸含量與開花期相比增幅為 300.00%，成熟期 SF處理胡敏酸含量與開花期相比增幅為253.85%。

圖1 不同耕作和培肥模式對土壤腐殖質的影響Fig.1 The humus content of soil with different ploughing and fertilization

2.2 不同耕作和培肥模式對土壤微生物區(qū)系的影響

2.2.1 土壤細菌數(shù)量

隨耕層的加深細菌數(shù)量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢（圖2）。在0~5 cm土層內，細菌數(shù)量在成熟期達到最多。在5~20 cm土層內，孕穗期與成熟期SF處理與其他處理相比細菌數(shù)量最多且差異達極顯著水平（p<0.01）；成熟期SF處理細菌數(shù)量與開花期相比增幅達163.35%。在20~40 cm土層內，成熟期QF和SF處理細菌數(shù)量與開花期相比增幅分別達690.38%和508.75%，其中SF處理與其他3個處理相比細菌數(shù)量最多且差異極顯著（p<0.01）。

2.2.2 土壤真菌數(shù)量

隨著生育期的進行，由圖2可知，真菌數(shù)量基本呈現(xiàn)為先增加后減少的趨勢。在0~5 cm土層內，QF處理真菌數(shù)量呈遞增的趨勢，成熟期相比孕穗期增幅達145.02%；成熟期增施有機肥處理的真菌數(shù)量高于單施化肥且差異極顯著（p<0.01）；在5~20 cm土層中，孕穗期SF處理真菌數(shù)量高于其它處理且差異極顯著（p<0.01）。在20~40 cm土層內成熟期增施有機肥處理的真菌數(shù)量高于單施化肥且差異極顯著（p<0.01）。

2.2.3 不同耕作和培肥模式對小麥土壤放線菌數(shù)量的影響

由圖2可得，放線菌數(shù)量隨土壤深度的加深呈先增后減，隨生育期的進行呈先減少后增的趨勢。在0~5 cm土層內，成熟期Q處理最低且差異極顯著（p<0.01）；在5~20 cm土層內，開花期與成熟期QF處理放線菌數(shù)量最低且差異顯著（p<0.05）；在20~40 cm土層內，3個時期均表現(xiàn)為SF處理放線菌數(shù)量最高，其中孕穗期與成熟期差異達顯著水平（P<0.05）。

圖2 不同耕作和培肥模式對土壤微生物區(qū)系的影響Fig.2 The microorganism of soil with different ploughing and fertilization

2.3 土壤微生物與土壤腐殖質之間的相關分析

由表1可知，在本試驗的耕作和培肥模式下，土壤微生物區(qū)系與胡敏酸含量、富里酸含量表現(xiàn)為正相關，其中細菌、真菌數(shù)量與胡敏酸含量呈極顯著正相關，放線菌數(shù)量與胡敏酸含量呈顯著正相關。細菌、放線菌數(shù)量與富里酸含量呈顯著正相關，真菌數(shù)量與富里酸含量呈極顯著正相關。以上分析可得土壤腐殖質組分含量與微生物區(qū)系表現(xiàn)為正相關，土壤腐殖質組分可以為微生物生長提供充足和碳源和氮源，有利于微生物的生長繁殖，從而提高麥田地力水平，為小麥的高產打下基礎。

表1 不同耕作和培肥模式土壤微生物與土壤腐殖質含量的相關分析Table 1 Correlation analysis between soil microorganism and soil humus content under different ploughing and fertilization

3 討論

土壤微生物區(qū)系是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它既是土壤有機質和養(yǎng)分分解、轉化、循環(huán)的驅動力，也對土壤環(huán)境因子的動態(tài)變化極為敏感（鄭祥，2005；樊軍，2003）。土壤中大多數(shù)微生物種類的數(shù)量與養(yǎng)分含量、作物產量具有正相關關系（黃紅英，2011）。土壤微生物是維持土壤質量的重要組成部分，其活動可以加速土壤中有機物質的分解，增加土壤養(yǎng)分的含量，同時，土壤微生物的分泌物有利于冬小麥的生長發(fā)育，提高土壤微生物數(shù)量和保持其較高的活性則是保持土壤肥力的前提（王巖，1996）。腐殖質為微生物活動提供了豐富的養(yǎng)分和能量，又能調節(jié)土壤酸堿性，因而有利微生物活動，促進土壤養(yǎng)分的轉化（竇森，2011；區(qū)惠平，2010）。長期施用有機肥對土壤腐殖質的提高具有顯著作用（依洪濤，2012）。適宜的耕作方式和培肥模式是提高小麥單產和品質的關鍵措施，也是小麥健康管理的重要手段。

本研究發(fā)現(xiàn)，深耕增施有機肥處理能夠顯著增加耕層土壤胡敏酸和富里酸含量，淺耕不利于改善土壤深層理化性質。耕作方式對微生物的數(shù)量和活性具有重要影響（戴亮，2012）。施用有機肥能使耕層土壤微生物含量增加，促進了胡敏酸與富里酸的積累，土壤腐殖質明顯改善（張翔，1998）。本研究增施有機肥對小麥生育后期5~20 cm與20~40 cm耕層土壤的真菌數(shù)量的提高具有顯著的效果。深耕增施有機肥處理對于小麥成熟期 5~20與20~40 cm耕層土壤的細菌數(shù)量的提高具有顯著的效果。放線菌在各耕層土壤中表現(xiàn)為淺耕處理最低，20~40 cm耕層土壤中則表現(xiàn)為深耕增施有機肥處理放線菌數(shù)量最高。增施豬糞能改善土壤微生物環(huán)境，菌群數(shù)量增加有利于提高土壤微生物活性，進而促進整個土壤生態(tài)的平衡穩(wěn)定（Doran，1996；Ibekwe，2002；章家恩，2002）。本研究與上述研究結論一致。

本研究表明，與傳統(tǒng)耕作耕層較淺的特點相比，深耕可以改善土壤結構，加強土壤的透氣性，從而提高土壤中的有效養(yǎng)分。深耕的同時增施有機肥能夠明顯提高土壤腐殖質含量以及土壤微生物數(shù)量。深耕增施有機肥可實現(xiàn)深層施肥，有利于逐步熟化下層土壤，增加小麥根系下扎的同時擴大小麥根系吸收營養(yǎng)的范圍，對地力的提升和小麥的高產大有裨益。

4 結論

1）增施有機肥能夠極顯著提高小麥成熟期0~5 cm耕層土壤富里酸含量；深耕增施有機肥能夠顯著提高小麥生育后期5~20 cm耕層土壤富里酸含量；深耕增施有機肥能夠顯著提高小麥生育后期0~40 cm耕層土壤胡敏酸含量。

2）深耕增施有機肥能夠顯著提高小麥孕穗期與成熟期5~20 cm耕層土壤細菌數(shù)量；增施有機肥與單施化肥相比能夠顯著提高小麥成熟期20~40 cm耕層土壤細菌數(shù)量，其中以深耕增施有機肥最為明顯。

3）增施有機肥能夠顯著提高小麥成熟期0~5與20~40 cm耕層土壤真菌數(shù)量；深耕增施有機肥能夠顯著提高小麥孕穗期5~20 cm耕層土壤真菌數(shù)量。

4）淺耕不利于小麥生育后期0~5與5~20 cm耕層土壤放線菌數(shù)量的積累；深耕增施有機肥能夠顯著提高小麥生育后期20~40 cm耕層土壤放線菌數(shù)量。

5）在本研究的耕作與培肥模式下麥田土壤腐殖質組分的含量與微生物區(qū)系的數(shù)量呈正相關關系。

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