不同耕作方式對(duì)農(nóng)田夏玉米土壤微生物的影響

劉水

摘要 [目的]研究不同耕作方式對(duì)夏玉米農(nóng)田土壤肥力和土壤微生物活動(dòng)的影響，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。[方法]采用基質(zhì)誘導(dǎo)呼吸法和CO2釋放量法，對(duì)秸稈還田處理下不同耕作方式（深松耕、免耕和常規(guī)耕作）對(duì)夏玉米農(nóng)田土壤微生物活性、土壤理化性質(zhì)和土壤呼吸速率的影響進(jìn)行研究。[結(jié)果]深松耕、免耕和常規(guī)耕作明顯增加了0～10 cm土層土壤微生物生物量碳和微生物活性，土壤表現(xiàn)出“上富下貧”的現(xiàn)象;在苗期和開花期土壤呼吸速率增加，在灌漿期和收獲期土壤呼吸速率降低，深松耕和免耕比常規(guī)耕作能顯著降低土壤呼吸;深松耕和免耕方式可以增加土壤含水量和黏粒含量。[結(jié)論]該研究為建立西北旱區(qū)夏玉米農(nóng)田合理高效的耕作方式 提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 耕作方式;夏玉米;土壤;微生物

中圖分類號(hào) S154.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）34-0091-03

我國西北旱作農(nóng)田面積為7 391萬hm 約占耕地總面積的57%[1]。土壤肥力的降低導(dǎo)致土壤可持續(xù)生產(chǎn)能力降低[2]。西北黃土高原地區(qū)一般采用鏵式犁作為耕具對(duì)農(nóng)田進(jìn)行常規(guī)翻耕，加大了土壤的裸露面積，導(dǎo)致土壤侵蝕進(jìn)一步加劇[3]。不同耕作方式能夠影響土壤中微生物活動(dòng)，改變土壤的理化性質(zhì)。李玉潔等[4]研究表明，旱作麥田長(zhǎng)期不合理的耕作會(huì)導(dǎo)致土壤含水量下降和影響土壤微生物活動(dòng)。Lienhard等[5]研究表明，秸稈還田能夠改良土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，增加微生物群落的多樣性和穩(wěn)定性。目前關(guān)于秸稈還田免耕與常規(guī)耕作結(jié)合對(duì)土壤微生物活動(dòng)的影響研究較多，而對(duì)深松耕、免耕和常規(guī)耕作結(jié)合下的研究較少[6-7]。筆者研究了秸稈還田下深松耕、免耕和常規(guī)耕作3種耕作方式對(duì)夏玉米農(nóng)田微生物生物量碳、微生物活性、土壤理化性質(zhì)和土壤呼吸速率的影響，從微生物調(diào)控方面解釋不同耕作方式對(duì)夏玉米微生物活性等方面的影響，進(jìn)而為西北旱區(qū)農(nóng)田合理高效的耕作制度提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省神木縣六道溝流域，是黃土高原典型的水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶（110°21′～110°23′E、38°46′～48°51′N）。該流域既屬于黃土高原向毛烏素沙漠過渡、森林草原向典型干旱草原過渡地帶，又屬于流水作用的黃土丘陵區(qū)向干燥剝蝕作用的鄂爾多斯高原過渡的水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶，是典型的水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。其地形特點(diǎn)為典型的蓋沙黃土丘陵區(qū)，屬中溫帶半干旱氣候，冬春季干旱少雨，多風(fēng)沙，夏秋多雨，且多暴雨及冰雹，流域面積為6.89 km 流域海拔為1 094.0～1 273.9 m，年均降水量437.4 mm，且6—9月降水量占全年的80.93%，主要土壤類型為綿沙土。

1.2 研究方法

該試驗(yàn)為長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，于2017年進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)3種耕作方式：秸稈還田深松耕（DPT）、秸稈還田免耕（NT）和秸稈還田常規(guī)耕作（PT）。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)重復(fù)，3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積225 m2（15 m×15 m）。種植制度為夏玉米一年一熟，供試品種為鄭單958，于2017年5月播種，密度為66 600株/hm 于10月收獲。其中，夏玉米基施氮200 kg/hm P2O5150 kg/hm2和K2O 150 kg/hm2。

2017年6—10月夏玉米苗期、開花期、灌漿期和收獲期采集樣品，用土鉆分別取0～10和10～20 cm土層土壤樣品，每個(gè)耕作方式采用“S”形隨機(jī)采取5個(gè)點(diǎn)，混合均勻后代表樣方土壤樣品，樣品過2 mm篩以去除土壤可見的雜質(zhì)，并將樣品保存在4 ℃冰箱，待測(cè)定結(jié)束。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤微生物生物量碳采用底物誘導(dǎo)呼吸法。取5 g鮮土盛于280 mL試劑瓶中，加入30 mg葡萄糖粉末和0.025 g滑石粉在22 ℃培養(yǎng)2 h測(cè)定CO2呼吸量，然后根據(jù)CO2釋放速率與微生物生物量碳之間的關(guān)系求出土壤微生物生物量碳[8-9]。

土壤微生物活性采用CO2釋放量法。取5 g 鮮土盛于280 mL試劑瓶中，在22 ℃條件下培養(yǎng)24 h，測(cè)定CO2呼吸量。

CO2的產(chǎn)生量采用 ADC Bio.Scientific Ltd生產(chǎn)的便攜式紅外線分析儀測(cè)定，土壤均以干土計(jì)算。

土壤理化性質(zhì)測(cè)定參照Wang等[10]、Zhao等[11]和Berthrong等[12]的方法。土壤含水量采用烘干法測(cè)定。土壤粉粒、黏粒和砂粒采用激光粒度儀測(cè)定。土壤銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定;硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測(cè)定，以上幾種測(cè)定方法均參照《土壤分析技術(shù)規(guī)范》測(cè)定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0進(jìn)行處理，Origin 8.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)夏玉米農(nóng)田土壤微生物生物量碳的影響

從圖1可以看出，不同耕作方式下微生物生物量碳先增大后減小，且在開花期達(dá)到最大。不同耕作方式下0～10 cm土層土壤微生物生物量碳均大于10～20 cm土層。

0～10 cm土層在不同耕作方式下，苗期常規(guī)耕作方式下土壤微生物生物量碳高于深松耕和免耕處理，但無顯著差異（P>0.05）。在開花期、灌漿期深松耕和免耕方式下土壤微生物生物量碳顯著高于常規(guī)耕作（P<0.05），表現(xiàn)為深松耕>免耕>常規(guī)耕作。在收獲期，免耕顯著大于深松耕和常規(guī)耕作，且深松耕和常規(guī)耕作間無顯著差異（P>0.05）。夏玉米整個(gè)生育期不同耕作方式下土壤微生物生物量碳表現(xiàn)為深松耕>免耕>常規(guī)耕作，秸稈還田耕作方式能顯著提高土壤微生物生物量碳。

10～20 cm土層在不同耕作方式下，常規(guī)耕作大于深松耕和免耕，且無顯著差異（P>0.05）。由此可知，秸稈還田耕作方式主要在0～10 cm土層對(duì)微生物生物量碳起作用。

研究表明，在 0～10 cm 土層，秸稈還田能顯著提高夏玉米農(nóng)田土壤微生物生物量碳。而在 10～20 cm土層無顯著增加，土壤發(fā)生明顯的“上富下貧”現(xiàn)象。這與 Balota等[14]的研究結(jié)果一致。

2.2 不同耕作方式對(duì)夏玉米農(nóng)田土壤微生物活性的影響

從圖2可以看出，夏玉米從苗期到開花期土壤微生物活性呈降低趨勢(shì)，從開花期到灌漿期呈增加趨勢(shì)，灌漿期到收獲期呈下降趨勢(shì)，不同耕作方式下苗期微生物活性最大。不同耕作方式下，0～10 cm土層土壤微生物活性高于10～20 cm土層土壤微生物活性。

0～10 cm土層，深松耕和免耕方式土壤微生物活性顯著高于常規(guī)耕作方式（P>0.05），深松耕和免耕方式較常規(guī)耕作方式增加65%和45%。在夏玉米整個(gè)生育期內(nèi)，不同耕作方式下土壤微生物活性表現(xiàn)為深松耕>免耕>常規(guī)耕作，秸稈還田能夠明顯增加土壤微生物活性，表現(xiàn)在可以較好地調(diào)節(jié)養(yǎng)分功能。

10～20 cm土層，深松耕方式下，在開花期和灌漿期土壤微生物活性顯著高于常規(guī)耕作方式和免耕方式（P<0.05），常規(guī)耕作方式和免耕方式差異不顯著（P>0.05）。夏玉米整個(gè)生育期內(nèi)，不同耕作方式下土壤微生物活性表現(xiàn)為深松耕>常規(guī)耕作>免耕方式，表明深松耕可以明顯改善0～20 cm土層土壤微生物活性，但免耕方式僅提高0～10 cm土層土壤微生物活性。

研究表明，在 0～10 cm 土層，秸稈還田能顯著提高夏玉米田土壤微生物活性。而在 10～20 cm土層無顯著增加，土壤發(fā)生明顯的“上富下貧”現(xiàn)象，這與孔凡磊等[15]的研究結(jié)果一致。

2.3 不同耕作方式對(duì)夏玉米農(nóng)田土壤理化性質(zhì)的影響

從圖3可以看出，不同耕作方式下，免耕土壤黏粒含量顯著高于深松耕和常規(guī)耕作（P<0.05），深松耕和常規(guī)耕作差異不顯著（P>0.05）。常規(guī)耕作土壤的粉粒含量大于深松耕和免耕方式，深松耕大于免耕，且3種耕作方式間差異顯著（P<0.05）。免耕方式土壤的砂粒含量顯著大于深松耕和常規(guī)耕作（P<0.05），深松耕和常規(guī)耕作方式無顯著差異（P>0.05）。免耕方式土壤含水量大于深松耕和常規(guī)耕作，深松耕大于常規(guī)耕作，且3種耕作方式間土壤含水量差異顯著（P<0.05）。

從圖4可以看出，不同耕作方式下，深松耕土壤的可溶性氮含量最高，且顯著大于常規(guī)耕作和免耕方式（P<0.05），深松耕土壤硝態(tài)氮含量最高，顯著高于常規(guī)耕作和免耕方式（P<0.05）。免耕方式土壤銨態(tài)氮含量最高，顯著大于深松耕和常規(guī)耕作（P<0.05）。

研究表明，不同耕作方式可以影響土壤理化性質(zhì)，深松耕和免耕方式可以增加土壤含水量，增加土壤的黏粒含量，這與李友軍等[16]研究結(jié)果一致。秸稈還田耕作方式減少了對(duì)土壤的擾動(dòng)，有利于土壤形成良好的結(jié)構(gòu)，提高土壤的孔隙連通度，較傳統(tǒng)耕作具有更好的儲(chǔ)水和抗侵蝕能力[17]。

2.4 不同耕作方式對(duì)夏玉米農(nóng)田土壤呼吸速率的影響

從表1可以看出，夏玉米整個(gè)生育期內(nèi)，不同耕作方式下0～10 cm土層土壤呼吸速率均大于10～20 cm土層土壤呼吸速率，且不同耕作方式下10～20 cm土層無顯著差異（P>0.05）。

0～10 cm土層，不同耕作方式下，苗期免耕方式下的土壤呼吸速率顯著小于常規(guī)耕作方式（P<0.05）。開花期深松耕和免耕方式下的土壤呼吸速率顯著小于常規(guī)耕作方式下的土壤呼吸速率（P<0.05）。灌漿期和收獲期深松耕和免耕方式下的土壤呼吸速率顯著小于常規(guī)耕作方式下的呼吸速率（P<0.05）。

10～20 cm土層，不同耕作方式下，免耕方式的土壤呼吸速率顯著小于常規(guī)耕作和深松耕方式（P<0.05）。總體而言，在夏玉米整個(gè)生育期內(nèi)，不同耕作方式下，0～20 cm土層土壤呼吸速率表現(xiàn)為常規(guī)耕作>深松耕>免耕方式。

研究表明，在0～20 cm土層，夏玉米生育期內(nèi)深松耕和免耕方式均能降低土壤呼吸，這與前人的研究結(jié)果一致[18]。原因可能是在免耕方式下土壤緊實(shí)度高，與空氣接觸面積相對(duì)較小，導(dǎo)致土壤呼吸較弱，而常規(guī)耕作對(duì)耕作層破壞較大，使得土壤的溫度和水分變化較為明顯，導(dǎo)致土壤的呼吸速率較高[19]。

3 結(jié)論

深松耕、免耕和常規(guī)耕作方式能夠明顯增加夏玉米生育期內(nèi)0～10 cm土層土壤微生物生物量碳和微生物活性，土壤表現(xiàn)出“上富下貧”的現(xiàn)象。深松耕和免耕方式可以增加土壤含水量，增加土壤黏粒含量，有利于提高土壤的抗侵蝕能

力。深松耕和免耕方式均能降低夏玉米生育期內(nèi)土壤呼吸，能夠較好地改善土壤生態(tài)因子。

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