不同耕作方式對稻田土壤微生物的影響

程教擘，陳力力，李夢丹，劉 金，鄒應(yīng)斌

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙 410128；3. 食品科技和生物技術(shù)湖南重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410128）

不同耕作方式對稻田土壤微生物的影響

程教擘1, 3，陳力力1, 2, 3，李夢丹1, 2, 3，劉 金1, 2, 3，鄒應(yīng)斌1, 2, 3

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙 410128；3. 食品科技和生物技術(shù)湖南重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410128）

通過對土壤細(xì)菌、放線菌、真菌的平板培養(yǎng)法計(jì)數(shù)以及土壤因子的常規(guī)方法測定，研究水稻—油菜免耕復(fù)種（NT）、傳統(tǒng)翻耕（CT）稻田土壤可培養(yǎng)的微生物數(shù)量和菌相。結(jié)果表明，免耕土壤微生物總數(shù)比翻耕土壤增加7%，其中免耕土壤放線菌及真菌數(shù)量多于翻耕土壤，但對土壤微生物菌相沒有明顯改變，2種耕作方式3大類群微生物數(shù)量均為細(xì)菌＞放線菌＞真菌；隨著土層加深，微生物數(shù)量逐漸減少；免耕土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量均高于翻耕土壤，分別增加31.62%和13.5%。水稻—油菜免耕復(fù)種耕作方式有利于土壤微生物生長繁殖和提高土壤肥力。

免耕；翻耕；土壤微生物數(shù)量；土壤因子

土壤能提供微生物生長的營養(yǎng)條件和環(huán)境條件，因此土壤中的微生物數(shù)量和種類非常豐富，有原核微生物如細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線菌及超顯微結(jié)構(gòu)微生物，以及真核生物如真菌、藻類、地衣和原生動(dòng)物等多種微生物；1 g干重農(nóng)田土壤含有幾百萬個(gè)細(xì)菌，數(shù)十萬個(gè)真菌孢子和數(shù)萬個(gè)原生動(dòng)物和藻類。然而，土壤條件復(fù)雜多變，土壤化學(xué)成分之間相互作用以及不同耕作方式都能夠改變土壤微環(huán)境，進(jìn)而改變這一生態(tài)環(huán)境內(nèi)生活的微生物生長、代謝活力、生物與生物之間的相互作用和微生物的生存。

土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的農(nóng)事活動(dòng)之一，傳統(tǒng)翻耕方式在全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)翻耕利用耕作機(jī)具的機(jī)械力量，可改變土壤的固、液、氣相狀態(tài)，構(gòu)建合理的耕層結(jié)構(gòu)，為作物生長發(fā)育提供良好的外部環(huán)境[1-4]。但是，長期頻繁的翻耕會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的碳流失、水滲透能力下降和土壤健康受損，破壞生態(tài)環(huán)境，為此，早在20世紀(jì)30年代，美國、英國、澳大利亞、前蘇聯(lián)、加拿大、法國和日本等國家相繼開展了免耕試驗(yàn)地的研究，并且應(yīng)運(yùn)而生了少免耕等保護(hù)性耕作措施[5]。實(shí)踐證明免耕能迅速改善土壤的理化性狀，提高土壤的供肥保肥能力，尤其是免耕結(jié)合前茬覆蓋和輪作的模式，能提高作物的產(chǎn)量[6-8]。該研究以油菜—水稻雙序列輪試驗(yàn)田為例，研究免耕、翻耕土壤可培養(yǎng)的微生物數(shù)量和菌相變化，旨在為進(jìn)一步探討不同耕作方式下土壤微生物的多樣性及其對土壤肥力的影響奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與處理

2014年秋季水稻收割后，在安鄉(xiāng)（AX）、農(nóng)大（ND）和南縣（NX）不同試驗(yàn)點(diǎn)采用正方形5點(diǎn)取樣法采集實(shí)行水稻—油菜雙序列輪作免耕（NT）和翻耕（CT）試驗(yàn)田土樣104份。采樣時(shí)，使用土壤采樣器垂直插入土層，分0～15和15～30 cm上下兩層取樣，將樣品裝入無菌自封袋，現(xiàn)場編號帶回實(shí)驗(yàn)室，用于測定土壤中3大類微生物的數(shù)量和土壤營養(yǎng)成分。

1.2 微生物數(shù)量測定

采用稀釋平板計(jì)數(shù)法進(jìn)行細(xì)菌、放線菌及真菌的菌落計(jì)數(shù)。分別以稀釋倍數(shù)為104、105和106的土壤懸液接種牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，置于37℃恒溫箱中培養(yǎng)細(xì)菌；以稀釋倍數(shù)為103、104和105的土壤懸液接種高氏一號合成培養(yǎng)基，置于28℃恒溫箱中培養(yǎng)放線菌；以稀釋倍數(shù)為102、103和104的土壤懸液接種馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基，置于25℃恒溫箱中培養(yǎng)真菌。每個(gè)濃度樣品重復(fù)3次，細(xì)菌培養(yǎng)2 d、放線菌培養(yǎng)5 d、真菌培養(yǎng)7 d后，進(jìn)行平板菌落計(jì)數(shù)和計(jì)算，以CFU/g報(bào)告結(jié)果。

1.3 土壤養(yǎng)分測定

采用常規(guī)方法測定土壤養(yǎng)分，即土壤有機(jī)質(zhì)測定用重鉻酸鉀容量法；全氮測定用半微量凱氏法；速效磷用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法；土壤pH用電位測定法以水土比為2.5∶1測定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

數(shù)據(jù)均采用Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同耕作方式對土壤微生物數(shù)量的影響

免耕土壤NT中微生物數(shù)量多于翻耕土壤CT，微生物總數(shù)增加7%（表1），說明免耕可增加耕層土壤微生物數(shù)量，該研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的一致。有較多報(bào)道認(rèn)為[9-10]，土壤中微生物數(shù)量和種類受到諸如地理位置、耕作制度、土壤層次、土壤肥力、種植植被、氣候變化及土壤類型等因素的影響，由于免耕處理不耕不耙并有殘茬覆蓋，可減輕雨水對表土的沖擊和土粒的移動(dòng)，減少地面徑流和土面水分蒸發(fā)，防止土壤板結(jié)；可增加土壤各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體，尤其是大團(tuán)聚體的數(shù)量，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大團(tuán)聚體中的微生物生物量比微團(tuán)聚體中的高。同時(shí)，免耕可減少大、中孔隙數(shù)量，增加小孔隙數(shù)量，維持毛管孔隙度相對穩(wěn)定，有利于土壤水分和土壤空氣的消長平衡，增大土壤對環(huán)境水、熱變化的緩沖能力；另外免耕避免了翻耕導(dǎo)致的土壤團(tuán)聚體的分裂和表層土壤中有機(jī)質(zhì)的消耗，使得土壤化學(xué)性狀顯著改善。因此，免耕所創(chuàng)造的土壤條件與翻耕不同，免耕能為微生物的生命活動(dòng)創(chuàng)造更好的微環(huán)境，土壤微生物的數(shù)量較翻耕土壤中有所增加。

表1不同處理對土壤微生物數(shù)量的影響

2.2 不同耕作方式對土壤3大類群微生物的影響

細(xì)菌、放線菌、真菌對氧和pH等生長條件要求有所不同，生態(tài)屬性有差別，因此，在同一環(huán)境條件下的數(shù)量及所占比例是不同的。該研究結(jié)果表明免耕及翻耕土壤中，3大類群土壤微生物的數(shù)量是細(xì)菌＞放線菌＞真菌（表2），分別為×107CFU/g、×106CFU/g、×104CFU/g，并且細(xì)菌數(shù)量遠(yuǎn)大于放線菌和真菌數(shù)量，占有絕對優(yōu)勢，兩種耕作方式比較，NT細(xì)菌數(shù)量比CT高10%。已有研究表明免耕免除了一切機(jī)械擾動(dòng)，作物殘留物對上層土壤肥力影響大，隨著土層深度的加深，水熱和通氣狀況變差，由此可以預(yù)料這種土壤條件將首先影響土壤微生物的垂直分布[11-12]。從表2可知，除安鄉(xiāng)免耕土壤樣品（AXNT）外，各同組樣品的上層土壤細(xì)菌數(shù)量均明顯高于下層土壤數(shù)量。然而，盡管免耕土壤細(xì)菌總數(shù)量高于翻耕土壤，但免耕土壤樣品上下層菌數(shù)之比略小于翻耕土壤樣品，這可能是因?yàn)橥寥乐屑?xì)菌種類很多，好氧菌在該研究的需氧情況下，37℃培養(yǎng)48 h能夠正常生長繁殖，而厭氧或微需氧菌、有特殊營養(yǎng)要求的以及非嗜中溫的細(xì)菌，由于培養(yǎng)條件不能滿足其生理需求，難以在此繁殖生長所造成的。

表2不同處理下耕層土壤3大類群微生物數(shù)量

Kahlon[13]通過22 a耕作試驗(yàn)得出，免耕0～20 cm土壤有機(jī)碳含量較翻耕增加約30%，對于異養(yǎng)微生物土壤放線菌、真菌而言這無疑是良好的營養(yǎng)基質(zhì)來源，且土壤放線菌、真菌多為好氣性微生物，免耕土壤的孔隙分布較合理，小孔隙數(shù)量較多，毛管孔隙度相對穩(wěn)定，能提供良好的通氣條件，因此，免耕土壤放線菌及真菌數(shù)量多于翻耕土壤，上層土壤的數(shù)量明顯多于下層土壤。如表2所示，上層免耕土壤放線菌數(shù)量比翻耕土壤放線菌數(shù)量多1.39～2.40倍，而下層僅多1.21～1.26倍；上層免耕土壤真菌數(shù)量比翻耕土壤真菌數(shù)量多1.85～3.80倍，而下層僅多1.08～1.31倍。

2.3 不同處理對土壤因子的影響

早在1995年，人們注意免耕不僅使土壤中細(xì)菌和真菌的生物量均較高，而且有利于土壤有機(jī)碳和有機(jī)氮的積累；而翻耕的耕作活動(dòng)加速了土壤微生物對有機(jī)質(zhì)的消耗，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳、氮含量降低，同時(shí)其土壤中的微生物數(shù)量和生物量也顯著減少[14]。如表1所示，該研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道一致，免耕土壤樣品的有機(jī)質(zhì)、全氮含量均高于翻耕土壤樣品，分別增加31.62%和13.5%，并且微生物數(shù)量多。土壤微生物在土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和腐殖質(zhì)形成的過程中發(fā)揮著非常重要的作用，微生物的數(shù)量及活動(dòng)與土壤肥力相互影響、密切相關(guān)，微生物數(shù)量越多越活躍，物質(zhì)循環(huán)越快，養(yǎng)分的積累也就越快，使得土壤肥力提高[15]。因此免耕有利于增加微生物數(shù)量和生物量，微生物旺盛的代謝活動(dòng)有助于改善生態(tài)環(huán)境、培肥地力、提高作物產(chǎn)量和提高資源利用效率。邊三根等[16]所開展的二晚水稻免耕與翻耕拋栽對比試驗(yàn)更進(jìn)一步證明了這一觀點(diǎn)，其試驗(yàn)結(jié)果表明，免耕比翻耕拋栽可增產(chǎn)19.5 kg/667m2、增收112.7元/667m2，并且生育期要短約2 d，這在寒露風(fēng)來得較早的年份，更有利于提高結(jié)實(shí)率和千粒重；分析其原因?yàn)槊飧狗柿舷鄬性诟乇韺?，使禾苗吸收快，從而返青快、分蘗早、成穗率高、穗大粒多。

圖1不同處理下土壤因子的變化

3 結(jié) 論

不同耕作方式對土壤微生物的生長繁殖造成不同影響，免耕能夠在一定程度上改善微生物生長的微環(huán)境，因此，與翻耕相比免耕可使稻田可培養(yǎng)土壤微生物數(shù)量增加，其中3大類群微生物的數(shù)量細(xì)菌＞放線菌＞真菌。在稻田土壤環(huán)境中，土壤微生物既是營養(yǎng)基質(zhì)的消費(fèi)者，也是有機(jī)物的主要分解者和生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，它們在消耗有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分自生生長繁殖的同時(shí)，吸收養(yǎng)分，使養(yǎng)分免于流失，并且新陳代謝形成多種代謝產(chǎn)物，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和腐殖質(zhì)形成。因此，免耕增加了微生物數(shù)量，結(jié)合前茬覆蓋和輪作的模式，能更好地改善土壤肥力，提高作物產(chǎn)量。

[1] 蔣珍茂，趙秀蘭，魏世強(qiáng)，等. 翻耕與改良劑施用對土壤植煙適應(yīng)性的影響[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，（11）：122-130.

[2] 司政邦，李 軍，周婷婷. 耕作與施肥模式對渭北旱塬春玉米土壤肥力和產(chǎn)量的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，（1）：25-33.

[3] 王伯誠，賴小芳，陳銀龍，等. 帶籽紫云英翻耕對水稻產(chǎn)量及稻田土壤性質(zhì)的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，44（3）：437-441.

[4] 楊相昆，張占琴，田海燕，等. 保護(hù)性耕作對北疆麥后復(fù)種青貯玉米田地溫和作物生長的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2015，33（5）：52-57.

[5] Friedrich T，Derpsch R，Kassam A. Overview of the global spread of conservation agriculture [J]. Field Actions Sci. Rep.，2012，（6）：1941-1945.

[6] Pittelkow C M，Liang X，Linquist B A，et al. Productivity limits and potentials of the principles of conservation agriculture [J]. Nature，2015，517（7534）：365-368.

[7] 藺海明，陳 垣，李有忠，等. 半干旱地區(qū)少免耕對土壤水分動(dòng)態(tài)的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，31（1）：32-35.

[8] 鄒康平. 不同耕作和秸稈覆蓋對三北2號玉米產(chǎn)量的影響[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，（3）：18-20.

[9] 張君玉，孫建軍，王建林，等. 半濕潤區(qū)免耕覆蓋對土壤水分、溫度及作物產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2016，32（3）：71-78.

[10] 溫隨良，劉 軍. 隴中旱地少免耕覆蓋對提高土壤養(yǎng)分效應(yīng)的研究[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，31（1）：27-31.

[11] 肖劍英，張 磊. 長期免耕稻田的土壤微生物與肥力關(guān)系研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24（1）：82-85.

[12] Watve M G，Gangal R M. Problems in measuring bacterial diversity and a possible solution [J]. Appl. Environ. Microbiol.，2000，62（11）：4299-4301.

[13] Kahlon M S，Lal R，Ann-Varughese M. Twenty two years of tillage and mulching impacts on soil physical characteristics and carbon sequestration in Central Ohio [J]. Soil and Tillage Research，2013，（126）：151-158.

[14] Friedrich T，Derpsch R，Kassam A. Overview of the global spread of conservation agriculture [J]. Field Actions Sci. Rep.，2012，（6）：1941-1945.

[15] 楊敬天，胡進(jìn)耀，張 濤，等. 珙桐土壤微生物數(shù)量及其與土壤因子的關(guān)系[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：278-281.

[16] 邊三根，龍秋生，孔繁武. 二晚水稻免耕與翻耕拋栽對比試驗(yàn)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，20（15）：53-54.

（責(zé)任編輯：肖彥資）

Effects of Different Tillage Methods on Soil Microorganisms in Rice Field

CHENG Jiao-bo1,3，CHEN Li-li1,2,3，LI Meng-dan1,2,3，LIU Jin1,2,3，ZOU Ying-bin1,2,3
（1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha 410128, PRC; 3. Hunan Provincial Key Laboratory of Food Science and Biotechnology, Changsha 410128, PRC）

The total colony count of bacteria, actinomycetes and fungi was determined by plate counting method and soil factors was determined by conventionalmethods for researching the soil microbial quantity and composition in no-tillage and conventional-tillage.The results showed thatthe total number of soil microorganisms in no tillage was 7% higher than that in plowed soil, among them, the number of actinomycetes and fungi in no tillage soil was more than that in plowed soil,but there were no obvious changes in soil microflora, the number of microorganisms in 3 groups of 2 tillage methods was bacteria ＞ Actinomyces ＞ fungi; With the deepening of soil layer, the number of microorganisms decreased gradually; the soil organic matter and total nitrogen content of the no tillage soil were higher than those in the tillage soil, with an increase of 31.62% and 13.5% respectively. No tillage and multiple cropping method between rice and rape is beneficial to the growth and reproduction of soil microorganisms and the improvement of soil fertility.

no tillage; tillage; soil microbial biomass; soil factors

S154

：A

：1006-060X（2017）08-0008-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.003

2017-06-20

國家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系栽培與土肥崗位專家項(xiàng)目（CARS-01-34）

程教擘（1995-），男，湖南衡陽市人，本科生，研究方向?yàn)槲⑸飳W(xué)。

陳力力，鄒應(yīng)斌