秸稈還田配施微生物菌劑與有機(jī)肥施用對(duì)黑土微生物量碳的影響

李傳寶+王宏燕+趙偉+許毛毛+袁佳慧+李曉慶

摘要：為研究在“三分法”大壟深松耕作的基礎(chǔ)上，施加秸稈還田配施微生物菌劑及有機(jī)肥對(duì)土壤微生物生物量碳的影響，在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地玉米種植模式下設(shè)置了田間試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，分別為大壟、大壟配施有機(jī)肥、大壟秸稈還田、大壟秸稈還田配施纖維素分解菌、大壟秸稈還田配施生物表面活性劑。經(jīng)過(guò)2年的田間取樣，測(cè)定玉米不同生育時(shí)期土壤微生物量碳含量。試驗(yàn)結(jié)果表明，在大壟深松的情況下，施用有機(jī)肥和秸稈還田均可提高土壤微生物量碳含量，年平均量提高了23.04%、25.13%，且達(dá)顯著水平；在大壟秸稈還田的基礎(chǔ)上配施纖維素分解菌菌劑和生物表面活性劑，在玉米生育后期即灌漿期、成熟期對(duì)土壤微生物量碳影響顯著，與大壟秸稈還田不配施菌劑處理相比，微生物量碳年平均量增加了14.82%、26.70%，表明秸稈還田配施微生物菌劑具有更大的生態(tài)效益；2010、2011年試驗(yàn)，二者呈現(xiàn)相似結(jié)果，與對(duì)照比較2011年不同處理土壤微生物量碳含量的增加更為明顯。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；有機(jī)肥；生物菌劑；微生物量碳；玉米；大壟深松耕作

中圖分類號(hào)： S181文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）05-0265-03

土壤微生物量碳、氮是土壤碳素和氮素養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)研究中的重要參數(shù)，它們較為直觀地反映了土壤微生物和土壤肥力狀況[1]。土壤的微生物量是土壤有機(jī)質(zhì)中有生命的一部分，對(duì)環(huán)境變化非常敏感，可以作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)指標(biāo)[2]，微生物量碳在區(qū)別長(zhǎng)期與短期土壤處理方面也非常敏感，同時(shí)還不受無(wú)機(jī)氮的直接影響[3]。而秸稈還田在提高土壤有機(jī)質(zhì)和改善土壤理化性質(zhì)的同時(shí)，又活化了土壤養(yǎng)分，促進(jìn)了土壤微生物的活動(dòng)[4-6]，可直接影響土壤微生物量碳的含量。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)出一種全新的耕作技術(shù)——三分法大壟深松。

所謂的三分法大壟深松是一種新的保護(hù)性耕作栽培技術(shù)，采用少耕播種、深松、秸稈還田的休閑聯(lián)合栽培技術(shù)。具體為140 cm大壟耕作方式，40 cm苗區(qū)，免耕播種；40 cm為施肥區(qū)，深松，壟溝整施秸稈，進(jìn)行秸稈翻埋；60 cm空白區(qū)。每年采取三分法平移，3年則可實(shí)現(xiàn)土壤全部秸稈還田處理，提高土壤肥力，增大土壤庫(kù)容。

本研究目的在于通過(guò)大田試驗(yàn)，研究“三分法”大壟深松結(jié)合有機(jī)肥、秸稈還田配施生物菌劑技術(shù)對(duì)土壤微生物量碳的影響，明確有機(jī)肥、秸稈還田配施不同種類生物菌劑對(duì)大田微生物量碳的影響，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)和土壤肥力的有效保護(hù)、開發(fā)大田土壤固碳潛力、減少土壤碳排放提供科學(xué)依據(jù)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為玉米哲丹37。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)4次，試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)6 m，寬7 m，面積為42 m2。試驗(yàn)于2009年進(jìn)行。試驗(yàn)田采用秋翻地處理，每年11月中旬將玉米鮮秸稈粉碎成2～3 cm段，施加菌劑處理則采用噴灑的方式施加菌劑，[JP2]最后將秸稈與菌劑共同施用于下年的種植壟上并翻入耕種層，同時(shí)所有秸稈還田處理都配施尿素以調(diào)節(jié)碳氮比。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為：（1）大壟，簡(jiǎn)稱B；（2）大壟+有機(jī)肥（每個(gè)小區(qū)施用發(fā)酵好的豬糞100 kg），簡(jiǎn)稱BO；（3）大壟+秸稈還田（每個(gè)小區(qū)施用用鮮秸稈37.50 kg+尿素0.15 kg），簡(jiǎn)稱BC；（4）大壟+秸稈還田+纖維素分解菌（每個(gè)小區(qū)施用用鮮秸稈37.50 kg +尿素0.15 kg+纖維素分解菌菌液1.9 kg），簡(jiǎn)稱BCC；（5）大壟+秸稈還田+表面活性劑（每個(gè)小區(qū)施用鮮秸稈37.50 kg +尿素0.15 kg+表面活性劑0.9 kg），簡(jiǎn)稱BCS。[JP]

樣品采集時(shí)間分別為2010年4—10月、2011年4—10月，分5個(gè)時(shí)期采取，分別為苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期，取土?xí)r間為08：00。采集0～20 cm耕作層土壤，混合后迅速封裝于塑料自封袋中帶回，置實(shí)驗(yàn)室冰箱中冷藏待測(cè)。

1.3測(cè)定方法

土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸的方法[7]；其他土壤理化性質(zhì)采用常規(guī)土壤農(nóng)化分析方法測(cè)定[8]。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。[JP]

2結(jié)果與分析

2.1秸稈還田對(duì)土壤微生物量碳的影響

將B處理與BC處理比較結(jié)果見圖1。在拔節(jié)期至成熟期間，大壟與大壟秸稈還田土壤微生物生物量碳含量的變化趨勢(shì)一致，呈現(xiàn)緩慢增高后急劇降低的趨勢(shì)；表現(xiàn)為抽雄期、成熟期BC處理的土壤微生物量碳含量高于B處理，分別高出27.20%、36.69%，處理間差異顯著；灌漿期表現(xiàn)為B處理高于BC處理，高出21.82%。從年平均值上來(lái)看，B處理的土壤微生物量碳含量顯著高于BC處理，達(dá)13.96%。

2.2有機(jī)肥施用對(duì)土壤微生物量碳的影響

[JP3]B處理與BO處理比較結(jié)果見圖2。BO處理與B處理土壤微生物量碳含量在拔節(jié)期到成熟期變化趨勢(shì)一致，均是先增高后降低的趨勢(shì)，玉米拔節(jié)期、收獲期土壤微生物量碳含量很低，抽雄期、灌漿期土壤微生物量碳含量增高顯著；在抽雄期、成熟期，施加有機(jī)肥的大壟處理土壤微生物量碳含量高于無(wú)秸稈大壟處理，分別高出36.12%、46.92%，差異顯著；而拔節(jié)期、灌漿期施加有機(jī)肥的大壟處理則低于大壟處理。從年平均值來(lái)看，施加有機(jī)肥大壟處理，對(duì)土壤微生物量碳含量影響并不大。[JP]

[HTK]2.3秸稈還田配施纖維素分解菌對(duì)土壤微生物量碳的影響[HT]

在秸稈還田的基礎(chǔ)上將BC處理與BCC處理比較結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，BC處理與BCC處理土壤微生物量碳含量的動(dòng)態(tài)變化相近，BC處理土壤微生物量碳含量在玉米拔節(jié)期、抽雄期與灌漿期均保持較高水平，在成熟期開始下降，而大壟秸稈還田在添加纖維素分解菌菌劑后，其變化趨勢(shì)呈現(xiàn)先逐步增高到成熟期則急劇下降的趨勢(shì)，不同生育時(shí)期土壤微生物量碳含量差異顯著。在玉米拔節(jié)期、灌漿期、成熟期BCC處理的土壤微生物量碳含量高于BC處理，分別高出140.0%、32.99%、42.70%，差異顯著。從年平均值來(lái)看，添加纖維素分解菌的大壟秸稈還田處理土壤微生物量碳含量更高，比不添加菌劑者高出14.82%，處理間差異顯著。

3討論與結(jié)論

免耕作為保護(hù)性土壤耕作的重要內(nèi)容，在華北小麥—玉米兩熟地區(qū)已進(jìn)行大量研究。目前，有關(guān)免耕對(duì)土壤微生物生物量碳影響的研究報(bào)道較多，牛新勝等指出，秸稈覆蓋免耕可提高土壤微生物生物量碳含量，并對(duì)其季節(jié)性變化產(chǎn)生影響等[9]?？追怖诘仍囼?yàn)結(jié)果表明，長(zhǎng)期免耕土壤進(jìn)行耕作處理后土壤微生物量碳的時(shí)空分布和穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著變化，從生育期平均值看，0～5 cm土層免耕處理SMBC含量較高，翻耕和旋耕處理則分別比免耕降低6.7%、6.1%[10]；然而長(zhǎng)期免耕土壤存在有機(jī)碳和養(yǎng)分表層富集、層化現(xiàn)象明顯等土壤質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)作物可持續(xù)生產(chǎn)存在威脅[11-12]。因此，免耕配合土壤合理耕作使土壤得到免耕修養(yǎng)同時(shí)保證土壤利用率是十分必要的。

本研究試驗(yàn)方案使一部分土壤得到免耕修復(fù)的同時(shí)提高了另一部分土壤的利用率，“種”和“休”相結(jié)合。結(jié)果表明，有機(jī)物投入和秸稈還田對(duì)玉米生育期內(nèi)土壤微生物量均有較大的影響，二者對(duì)土壤微生物量的促進(jìn)作用十分明顯，尤其是在玉米生長(zhǎng)的拔節(jié)期和抽雄期，本結(jié)論與曹志平等的研究結(jié)果[13]一致。主要是因?yàn)橛袡C(jī)肥與秸稈還田都可以有效實(shí)現(xiàn)土壤碳源添加，從而增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力[14]，而碳源是微生物生長(zhǎng)的一個(gè)重要因子[15]。

施用生物有機(jī)肥促進(jìn)了微生物的繁殖，同時(shí)也增加了土壤養(yǎng)分和微生物量，為微生物提供了充足的碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[16]。田小明等研究表明，選擇高、中、低有機(jī)質(zhì)含量不同的3種土壤，連續(xù)3年隨著生物有機(jī)肥用量的增加，不同土壤均有不同程度的增加[17]。

而秸稈分解過(guò)程中產(chǎn)生可利用的氮及其他營(yíng)養(yǎng)元素又促進(jìn)了作物生長(zhǎng)，增加了根的生長(zhǎng)和根系分泌物，因而促進(jìn)了土壤微生物的繁殖，提高了土壤微生物量[18]。湯宏等研究結(jié)果，高量秸稈還田且長(zhǎng)期淹水較無(wú)秸稈還田且長(zhǎng)期淹水有利于提高土壤中微生物量碳、氮[19]。

生物菌劑與生物有機(jī)復(fù)合肥已經(jīng)成為研究農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的熱門話題。生物菌劑與秸稈還田配合使用不僅保證了農(nóng)作物的碳、氮需求，還增加了有益菌含量，對(duì)土壤微生物調(diào)節(jié)和作物根系微環(huán)境的改變具有重要作用[20]。丁雷等研究表明，拮抗菌S44發(fā)酵菌液與有機(jī)肥配施，拮抗菌S228發(fā)酵菌液與有機(jī)肥配施對(duì)盆栽棉花脲酶活性影響最大且其脲酶活性趨于穩(wěn)定，同時(shí)二者土壤養(yǎng)分含量均比較高，能滿足棉花對(duì)養(yǎng)分的需求[21]。本研究中大壟秸稈還田處理，在施加適量尿素用以調(diào)節(jié)碳氮比的同時(shí)，施加纖維素分解菌菌劑和表面活性劑對(duì)玉米生育后期土壤微生物生物量碳的含量產(chǎn)生顯著的促進(jìn)作用，表明施加纖維素分解菌菌劑加速了秸稈的分解速率，使有機(jī)碳較快輸入到土壤生態(tài)系統(tǒng)中，從而加速了土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖。

在玉米拔節(jié)期至成熟期，無(wú)論是秸稈還田還是施加有機(jī)肥與不同菌劑均可對(duì)土壤微生物量碳含量產(chǎn)生影響，但是影響程度并不相同。隨著有機(jī)物的增加，大壟秸稈還田和施加有機(jī)肥，在玉米生育期內(nèi)土壤微生物量碳隨之顯著增加，但從年平均值來(lái)看并無(wú)變化。大壟秸稈還田添加纖維素分解菌菌劑或者表面活性劑雖然在玉米生育前期表現(xiàn)出一定的抑制作用，但是隨著時(shí)間變化，這種抑制作用會(huì)減弱，至玉米生長(zhǎng)中后期表現(xiàn)出其潛力，極顯著增加了土壤微生物生物量碳的含量，并在年平均值上呈現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)。因此，在長(zhǎng)期集約化的高化肥投入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中要提倡土壤輪休、秸稈還田和多施有機(jī)肥與有益生物菌劑。

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