秸稈還田及腐熟劑對土壤微生物特性和酶活性的影響

高大響++黃小忠++王亞萍

摘要：通過田間試驗，設(shè)計秸稈不還田（CK）、秸稈還田（WR）及秸稈還田并加入腐熟劑（WRI）3種處理方法，研究秸稈還田及腐熟劑添加對土壤微生物及酶活性的影響。結(jié)果表明，與CK相比，早期WR及WRI處理的細菌數(shù)量顯著增加（P<0.05），而真菌和放線菌數(shù)量顯著減少（P<0.05）；中后期，WR和WRI處理的3種菌數(shù)量均高于CK處理，尤其WRI更為顯著（P<0.05）。各時期，WR和WRI處理的基礎(chǔ)呼吸（BR）均比CK強，后期WRI處理顯著（P<005）。3種處理的微生物量碳（MBC）含量均在處理60 d達最高；WR和WRI處理的土壤微生物量氮（MBN）含量增加或顯著增加（P<0.05）；MBC/MBN受同期MBC和MBN含量變化的影響。在一定時間內(nèi)，WR和WRI處理能提高脲酶、堿性磷酸酶及纖維素酶活性。每階段3種處理間的土壤脫氫酶和過氧化氫酶活性無顯著差異（P>0.05）。脲酶和細菌及纖維素酶和放線菌均由顯著正相關(guān)變成負相關(guān)。在某時期，除土壤脲酶外，所測土壤酶活與微生物量碳、基礎(chǔ)呼吸呈正相關(guān)，而脲酶與微生物量氮呈不顯著相關(guān)。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；腐熟劑；微生物；土壤酶活性

中圖分類號： S154文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）12-0468-04

收稿日期：2015-10-25

基金項目：國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金（編號：31400577）。

作者簡介：高大響（1969—），男，安徽潁上人，碩士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)發(fā)酵技術(shù)研究。E-mail：1183772425@qq.com。

目前，秸稈焚燒現(xiàn)象時有發(fā)生，既造成資源浪費，又污染環(huán)境。國內(nèi)外已采取多種方法如秸稈發(fā)電、沼氣發(fā)酵、堆肥等措施進行秸稈處理，但難以大范圍推廣[1]。秸稈還田仍是秸稈處理的主要措施之一。

秸稈通過土壤微生物分解有機質(zhì)為植物生長提供營養(yǎng)[2]，并對土壤基礎(chǔ)呼吸有重要影響[3]。土壤微生物量是土壤有機質(zhì)的活性部分，可作為土壤中植物有效養(yǎng)分的貯存庫[4]，也是反映土壤變化的重要指標[5]。土壤酶是由微生物、動植物活體分泌及動植物殘體分解釋放的一類具有催化能力的生物活性物質(zhì)，Tabatabai等認為酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的核心[6]，作為土壤質(zhì)量的生物活性指標比土壤微生物量能更好地反映土壤有機質(zhì)的累積[7]。徐國偉等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田提升了土壤酶活性[8-9]。

近年來，對秸稈還田有不少的研究報導(dǎo)[10-11]，但有關(guān)秸稈腐熟劑添加對土壤微生物及土壤酶活性的研究較少，而大田相關(guān)試驗更少。本研究通過田間試驗，考察了3種處理（CK、WR及WRI）對土壤微生物特性和土壤酶活性的影響，為有效利用農(nóng)作物秸稈提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗用地與作物品種

試驗地設(shè)于江蘇省句容市白兔鎮(zhèn)解塘村，各田塊相連平整，肥力均等，是種植大戶多年連續(xù)稻麥輪作的田塊；每處理田塊面積為600 m2左右，不同處理田塊間筑埂分隔。稻—麥輪作，小麥品種為揚麥16號，水稻品種為鎮(zhèn)稻11號。

1.2土壤處理方法

設(shè)置如下3個處理：處理1（CK）為麥秸不還田，稻秸不還田；處理2（WR）為麥秸全量還田，稻秸全量還田；處理3（WRI）為麥秸接種秸稈腐熟劑全量還田，稻秸接種秸稈腐熟劑全量還田。

以上處理均采用旋耕。各處理均按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量施用化肥，氮肥（純）、磷肥（純）及鉀肥（純）用量分別為300、60、525 kg/hm2，其中氮肥用作基肥、分蘗肥及穗肥，其比例分別為42%、18%及40%；磷鉀肥均作基肥。灌溉水量為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)量。

在機械收獲水稻后，采用噴霧器噴撒方式于田間接種秸稈腐熟劑，同時在未施用腐熟劑的處理田塊噴撒等量清水。所用腐熟劑均為市場購買，有效活菌數(shù)約為5.0×107 CFU/g。

2014年2月8日開始分別間隔30 d采樣，土壤采樣時，每處理試驗田塊按空間布局采3個土壤樣品（0～20 cm），作為各處理的重復(fù)樣品。鮮樣采回保存于冰箱中備用，另一批鮮樣自然風(fēng)干后過篩密封保藏。

1.3土壤分析方法

1.3.1細菌、真菌、放線菌計數(shù)采用稀釋平板法，細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用高氏一號培養(yǎng)基。

1.3.2土壤含水率和基礎(chǔ)呼吸（BR）測定土壤含水率測定采用烘干稱重法；基礎(chǔ)呼吸測定采用堿液吸收法，呼吸瓶內(nèi)加入20 g新鮮土樣，內(nèi)置一盛有5 mL 0.1 mol/L NaOH溶液的小瓶，塞緊呼吸瓶口，于28 ℃恒溫培養(yǎng)24 h，用滴定法測產(chǎn)生CO2的量。

1.3.3土壤微生物量碳氮（MBC/MBN）測定采用三氯甲烷熏蒸浸提法[12]，比較熏蒸與未熏蒸土樣提取液中含碳氮量的差異，計算土壤微生物量碳氮。

1.3.4土壤酶活性測定脫氫酶活性測定采用TTC比色法[13]，用TPF量換算氫離子質(zhì)量，以1 g土壤中H+的毫克數(shù)表示酶活性。脲酶活性測定采用靛酚比色法[13]，以1 g土壤在37 ℃下24 h內(nèi)酶解尿素釋放NH3-N的毫克數(shù)來表示酶活性。堿性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法[13]，以 1 g 土壤在37 ℃下24 h后釋放酚Ph（OH）毫克數(shù)表示酶活性。纖維素酶活性測定采用硝基水楊酸比色法[13]，以10 g土壤在37 ℃下培養(yǎng)72 h產(chǎn)生葡萄糖（Glu）的毫克數(shù)表示酶活性。過氧化氫酶活性測定采用容量法[14]，以20 min后1 g土壤消耗0.1 mol/L KMnO4溶液的毫升數(shù)表示。

1.4試驗數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和相關(guān)分析。不同處理間土壤微生物及土壤酶活性差異采用SPSS軟件（13.0）進行單因子方差（One-Way ANOVA）分析，通過鄧肯法（Duncans）進行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1土壤微生物菌落數(shù)的變化

每種處理土壤中菌落數(shù)依次為細菌>放線菌>真菌（表1），WR處理的細菌數(shù)量隨時間先增后減，而真菌和放線菌數(shù)量遞增。處理30 d，與CK相比，WR和WRI處理的細菌數(shù)量顯著增加（P<0.05），而真菌和放線菌數(shù)量顯著減少（P<005）；處理60 d，WRI和WR處理的細菌數(shù)量顯著增加（P<005），而真菌和放線菌數(shù)量增加但不顯著 （P>0.05）；處理 90 d，WRI處理的細菌數(shù)量多于CK和WR處理，但3種處理的細菌數(shù)量均明顯低于30 d和60 d，WR和WRI處理的真菌及放線菌數(shù)量顯著多于CK處理（P<0.05）。

2.2土壤含水率及微生物基礎(chǔ)呼吸

3個時間點中，除WRI外，各處理間土壤含水率無顯著差異（P>0.05）。不論何種處理，表征土壤微生物群落的基礎(chǔ)呼吸釋放CO2量均隨處理時間呈遞減趨勢。處理30 d，3種處理間差異顯著（P<0.05），WR處理最高；處理60、90 d，WRI處理與WR、CK 2處理均有顯著差異（P<0.05）（表2），顯示了腐熟劑在影響基礎(chǔ)呼吸方面的作用。

2.3土壤微生物量變化

處理30、90 d，各處理間MBC含量差異不顯著（P>005）；處理60 d，所有處理的土壤MBC含量均達最大值，尤其WRI達到751.39 mg/kg，比WR和CK處理均顯著增加（P<0.05）。與CK和WR處理相比，WRI處理在處理30、60 d 時的土壤MBN含量顯著增加，而在處理90 d MBN含量較WR顯著減少（P<0.05）。WRI處理的MBN含量隨處理時間呈遞減趨勢。

3個時間點中，3種處理的MBC/MBN值均在處理60 d時達到最大值；90 d時，與CK相比，WR和WRI處理的土壤MBC/MBN值顯著減小（P<0.05），MBC/MBN值的變化深受同期MBC和MBN含量變化的影響（表3）。

2.4土壤酶活性測定

2.4.1土壤脫氫酶活性

每個時間點，3種處理間土壤脫氫酶活性均無顯著差異（P>0.05），不過3種處理在后2個時間點脫氫酶活性均小于第1個時間點。WRI處理脫氫酶的活性隨時間遞減，但變化幅度不大，由5.85 mg/（g·24 h）（30 d）變成 5.15 mg/（g·24 h）（90 d）（圖1），表明腐熟劑添加對土壤脫氫酶活性影響較小。

2.4.2土壤脲酶活性脲酶是含氮有機物的水解酶，能專一性水解尿素。處理30 d，WR和WRI處理比CK處理均有顯著增加（P<0.05）。而處理60、90 d，各處理間土壤脲酶活性均無顯著差異（P>0.05）。另外，WR和WRI 2個處理脲酶活性呈遞減趨勢，其中WRI處理的脲酶活性由 0.51 mg/（g·24 h）（30 d）降至0.27 mg/（g·24 h）（90 d），降幅明顯（圖2）。

2.4.3土壤堿性磷酸酶活性

堿性磷酸酶是一種水解酶，能有效促進有機磷化合物的水解，其活性可以表征土壤磷的狀況。試驗結(jié)果（圖3）表明，處理60 d，WR處理的土壤堿性磷酸酶活性明顯升高，為0.950 mg/（g·24 h）；處理30、90 d時，各處理間均無顯著差異（P>0.05），WRI處理的堿性磷酸酶活性在處理30、60 d時變化不大， 而在處理90 d時明顯增

2.4.4土壤纖維素酶活性

3種處理的土壤纖維素酶活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。處理30 d時，3個處理間無顯著差異（P>0.05）；處理60 d各處理間出現(xiàn)顯著差異（P<005），每種處理的纖維素酶活性均達到最高水平，其中WRI最為顯著，為15.30 mg/（10 g·24 h）；處理90 d時，3種處理的酶活性又出現(xiàn)明顯下降，WRI僅為7.23 mg/（10 g·24 h）（圖4）。

[TPGDX4.tif]

2.4.5土壤過氧化氫酶活性

3個時間點中，各處理間均無顯著差異（P>0.05），表明秸稈還田和腐熟劑的加入對過氧[JP3]化氫酶活性影響較小。處理30、60 d的過氧化氫酶活性基本穩(wěn)定，而處理90 d后，3種處理下的酶活性均出現(xiàn)明顯降低（圖5）。

[TPGDX5.tif]

2.5土壤酶活性與微生物菌落數(shù)量、基礎(chǔ)呼吸及微生物量的相關(guān)性

相關(guān)分析結(jié)果（表4）表明，土壤酶活性與菌落數(shù)量之間的相關(guān)性有所不同。脲酶與細菌數(shù)量由顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)063*）逐漸變成負相關(guān)，而纖維素酶活性與放線菌數(shù)量由顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.51*）變成負相關(guān)。在60 d范圍內(nèi)，除脲酶外，其余所測土壤酶活與微生物量碳和基礎(chǔ)呼吸均表現(xiàn)不同程度的正相關(guān)，60 d時的土壤脫氫酶活性和過氧化氫酶活性與微生物量碳和基礎(chǔ)呼吸呈顯著或極顯著正相關(guān)。土壤脲酶與微生物量氮在3個時期均呈正相關(guān)，但不顯著。

3結(jié)論與討論

在旋耕條件下，秸稈還田及腐熟劑的施用在早期能使細菌數(shù)量增加趨勢顯著，中后期，3種菌數(shù)量都有所增加，表明秸稈還田及秸稈腐熟劑能改善土壤狀況，提高土壤含氧量及營養(yǎng)，有利于微生物特別是細菌的生長和繁殖。群落中細菌所占比例增加，在土壤中發(fā)揮重要作用，為優(yōu)勢菌[15]。而3種處理間土壤真菌和放線菌數(shù)量在前期和后期出現(xiàn)不同的差異性，體現(xiàn)了土壤微生物群落變化的復(fù)雜性和多樣性[16]。

基礎(chǔ)呼吸用于表征土壤中微生物群落對土壤有機碳的礦化能力，秸稈還田有利于基礎(chǔ)呼吸CO2的釋放；而腐熟劑加速秸稈降解，為微生物代謝活動提供了碳源、氮源等，使土壤微生物的呼吸作用增強。

在不同時間段內(nèi)，秸稈還田及配合施用腐熟劑能不同程度地提高或降低土壤MBC含量，表明土壤微生物對MBC利用的不斷變化。無論是單獨秸稈還田還是配合施用腐熟劑均能夠提高或顯著提高土壤中MBN含量，從而降低土壤中微生物量碳氮比，這與群落中細菌所占比例增加有關(guān)，一般情況下細菌微生物量碳氮比較低[17]。WRI處理的MBN含量逐漸遞減，表明腐熟劑對土壤MBN變化的影響明顯。

秸稈還田以及腐熟劑對脲酶的活性有一定的影響。在一定時間段內(nèi)，腐熟劑加快秸稈降解，增加土壤有機氮量，從而提高了脲酶的活性[18]。另外，秸稈還田也在一定時間范圍內(nèi)有利于提高土壤堿性磷酸酶和纖維素酶的活性。秸稈還田和[JP2]腐熟劑加入對土壤脫氫酶及過氧化氫酶活性影響較小，是否與土壤pH值的變化、營養(yǎng)水平等因素有關(guān)，有待進一步研究。

秸稈還田并充分利用腐熟劑，促進秸稈腐解，在一定程度上改變了土壤微生物的一些特性和土壤酶活性，解決了秸稈殘留和秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染問題。

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