冬季覆蓋作物對(duì)潮褐土土壤肥力和微生物學(xué)性狀的影響

魏 靜, 郭樹(shù)芳, 孫本華①, 翟麗梅②, 王洪媛, 劉宏斌, 華玲玲, 楊 波

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/ 農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

近年來(lái),華北平原冬小麥種植面積逐漸減少,大面積土地在冬季處于空閑裸露狀態(tài),這不僅造成大量光熱和土地等自然資源的浪費(fèi),而且使該地區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化[1]。因此,在華北平原開(kāi)展冬季覆蓋作物種植,有望彌補(bǔ)由于冬小麥缺失導(dǎo)致的耕地裸露及其環(huán)境影響。農(nóng)田冬季休閑期種植覆蓋作物是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分[2]。研究表明,冬季覆蓋作物適應(yīng)性較強(qiáng),生長(zhǎng)迅速,可以減少冬季土壤裸露,抑制硝態(tài)氮淋溶[3],抑制雜草生長(zhǎng)[4-5],促進(jìn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,增加土壤通透性;冬季覆蓋作物經(jīng)翻壓處理后能夠成為優(yōu)質(zhì)的生物肥源和有機(jī)肥料,充分地利用和儲(chǔ)存北方冬季水、熱及土地等資源,增加作物產(chǎn)量,提供作物養(yǎng)分,提高土壤肥力,改善耕層性質(zhì),最終達(dá)到土壤水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)[6];在其生長(zhǎng)期間又因地面被覆蓋而減少土壤表面水分和養(yǎng)分的流失,達(dá)到優(yōu)化生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)節(jié)能減排的目的[7-8]。

土壤微生物生物量是土壤植物有效養(yǎng)分重要的“源”和“庫(kù)”[9],是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)的動(dòng)力,其形態(tài)變化與土壤養(yǎng)分供給和養(yǎng)分有效性存在著密切關(guān)系。土壤酶作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的組分之一,在土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要作用,既是土壤有機(jī)物轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者,又是植物營(yíng)養(yǎng)元素的活性庫(kù)[10]。耕作方式和種植作物在調(diào)節(jié)土壤微生物生物量和土壤酶活性過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用[11]。相關(guān)研究表明,冬季覆蓋作物可以有效提高土壤微生物生物量和酶活性,改善土壤理化性質(zhì)。劉國(guó)順等[12]發(fā)現(xiàn)種植翻壓3 a黑麥草的處理微生物生物量碳和氮比對(duì)照分別提高31.0%～67.1%和23.0%～145.1%;土壤脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性分別提高34.4%～51.9%、11.0%～18.6%和58.0%～172.7%。POEPLAU等[13]基于全球的Meta分析結(jié)果表明覆蓋作物使得0～22 cm土壤碳含量增加0.32 mg·hm-2。

冬季覆蓋作物種類繁多,關(guān)于其對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤生物特征和溫室氣體排放等影響的研究[14]已有很多,但這些研究多限于我國(guó)南方地區(qū)。在華北平原的廣大地區(qū),推廣種植冬季覆蓋作物對(duì)于周圍生態(tài)環(huán)境的改良以及土壤肥力的提升具有重大意義和廣闊的應(yīng)用前景,但目前該區(qū)域關(guān)于冬季覆蓋作物的種植試驗(yàn)較少,對(duì)土壤理化和微生物性質(zhì)以及酶活性的研究也鮮有報(bào)道。華北地區(qū)冬季覆蓋作物主要有二月蘭、肇東苜蓿、草木樨和黑麥草等,選擇毛葉苕子(Viciavillosa)、二月蘭(Orychophragmusviolaceus)和冬油菜(Brassicacampestris)3種適宜華北地區(qū)冬季生長(zhǎng)的覆蓋作物,探討其種植對(duì)華北平原典型潮褐土土壤理化性質(zhì)和土壤生物學(xué)性狀的影響,為在華北平原地區(qū)推廣耕種冬季覆蓋作物提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)用土采自國(guó)家潮褐土土壤肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)站(北京),供試土壤類型為潮褐土,采集耕作層(0～20 cm)新鮮土樣,風(fēng)干后過(guò)2 mm孔徑篩備用。土壤理化性質(zhì)如下:全氮(TN)含量為1.26 g·kg-1,全磷(TP)含量為0.85 g·kg-1,全鉀(TK)含量為14.33 g·kg-1,有機(jī)質(zhì)(SOM)含量為21.92 g·kg-1,堿解氮(AN)含量為100.40 mg·kg-1,有效磷(AP)含量為3.79 mg·kg-1,速效鉀(AK)含量為95.0 mg·kg-1,pH值為8.48。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年9月至2017年5月在北京市昌平區(qū)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家潮褐土土壤肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)站(40°23′13″ N,116°29′49″ E)進(jìn)行。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年平均日照時(shí)數(shù)為2 684 h,平均氣溫為11.8 ℃,多年平均降水量為550.3 mm。采用盆栽試驗(yàn),盆大小為70 cm×55 cm×50 cm(高),每盆裝100 kg風(fēng)干土,試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理:(1)冬閑(CK);(2)毛葉苕子(Vr);(3)二月蘭(Ov);(4)冬油菜(Bc)。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列,覆蓋作物于2016年10月1日播種,播種量為3 g·盆-1,播種方式為條播,于2017年4月28日覆蓋作物盛花期收獲,整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程不施肥,不澆水。

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

收獲時(shí)掘取植株整段標(biāo)本通過(guò)沖洗使土壤與根系分離,測(cè)定植株鮮重,同時(shí)每盆選取5株植物樣用于測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量和植株TN、TP和TK含量。作物收獲后土壤翻耕前,采用多點(diǎn)取樣法采集各盆0～20 cm耕層土壤混合樣,帶回實(shí)驗(yàn)室,剔除石礫及植物殘茬等雜物,過(guò)2 mm孔徑篩,部分鮮土于4 ℃冰箱中保存,用于測(cè)定土壤微生物生物量碳(SMBC,QSMBC)、土壤微生物生物量氮(SMBN,QSMBN)和土壤微生物生物量磷(SMBP,QSMBP)含量。另一部分土壤進(jìn)行風(fēng)干,測(cè)定土壤TN、TP、TK、有機(jī)碳(SOC)、AN、AP、AK含量,pH以及土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性。

SMBC和SMBN含量采用氯仿熏蒸(0.5 mol·L-1K2SO4)浸提法測(cè)定。首先將土樣在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d,然后稱取預(yù)處理土樣6份(每份12 g)放入燒杯中,將其中3份置于內(nèi)置50 mL NaOH和50 mL去乙醇氯仿小燒杯的真空干燥器中,抽真空后保持氯仿沸騰5 min,然后將干燥器移至黑暗、25 ℃環(huán)境中培養(yǎng)24 h,再次抽真空完全去除土壤中氯仿。另外3份做未熏蒸對(duì)照試驗(yàn),將熏蒸和未熏蒸土樣轉(zhuǎn)移到100 mL提取瓶中,加入40 mL 0.5 mol·L-1K2SO4浸提液〔V(水)∶m(土)為4∶1〕振蕩30 min,然后過(guò)濾得上清液。上清液中總有機(jī)碳、氮含量采用總有機(jī)碳分析儀(Vario TOC,Elementar Analysensysteme GmbH,德國(guó))測(cè)定,熏蒸與未熏蒸土壤提取液中有機(jī)碳、氮測(cè)定值之差Ec和En分別除以相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)KEC和KEN,即分別得到QSMBC和QSMBN。QSMBP采用氯仿熏蒸碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法[15]測(cè)定。土壤TN、TP、TK、SOC、AN、AP、AK含量及pH等的測(cè)定參見(jiàn)文獻(xiàn)[16-17]。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定;土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定;土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[18]。相關(guān)計(jì)算公式為

QSMBC=(QSOC,熏-QSOC,未熏)/KEC,

(1)

QSMBN=(QTN,熏-QTN,未熏)/KEN,

(2)

QSMBP=(QTP,熏-QTP,未熏)/(KEP×R)。

(3)

式(1)～(3)中,QSMBC、QSMBN和QSMBP分別為土壤微生物生物量碳、氮和磷含量,mg·kg-1;QSOC,熏為熏蒸后提取液中SOC含量,g·kg-1;QSOC,未熏為未熏蒸對(duì)照提取液中SOC含量,g·kg-1;QTN,熏為熏蒸后提取液中TN含量,g·kg-1;QTN,未熏為未熏蒸對(duì)照提取液中TN含量,g·kg-1;QTP,熏為熏蒸后提取液中TP含量,g·kg-1;QTP,未熏為未熏蒸對(duì)照提取液中TP含量,g·kg-1;KEC=0.45,KEN=0.68,KEP=0.40;R為加入無(wú)機(jī)磷的回收率,%。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用OriginLab 8.5軟件作圖,采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,統(tǒng)計(jì)分析處理間作物生物量,土壤理化性質(zhì),土壤微生物生物量碳、氮、磷含量以及相關(guān)酶活性的差異,分析前對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn),方差不具齊性時(shí)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化。采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬季覆蓋作物生物量及其養(yǎng)分含量

由表1可見(jiàn),從覆蓋作物干重來(lái)看,Vr處理最高,Ov處理最低;這與覆蓋作物的生物學(xué)特性有關(guān),毛葉苕子的主根明顯,須根較多,冬油菜地下部分較大,生物量較多。從覆蓋作物的干鮮比來(lái)看,Ov處理最低,這表明二月蘭含水量最高,冬油菜次之,而毛葉苕子最低。此外,Ov處理全氮含量和氮素吸收量均最高,磷、鉀含量及養(yǎng)分吸收量由大到小依次均為Vr、 Bc和 Ov處理。

表1不同覆蓋作物生物量及養(yǎng)分吸收量

Table1Cropbiomassanditsnutrientuptakeofdifferentcovercrops

處理干重/(g·盆-1) 干鮮比w(全氮)/(g·kg-1) w(全磷)/(g·kg-1) w(全鉀)/(g·kg-1) 養(yǎng)分吸收量/(g·盆-1)氮 磷 鉀Vr 96.53±12.74a 0.51 17.2 2.5 32.7 1.66±0.39ab 0.24±0.06a 3.15±0.74a Ov 76.29±5.00a 0.31 24.5 1.3 21.8 1.87±0.12a 0.10±0.01b 1.66±0.11b Bc 96.37±10.30a 0.39 12.8 2.2 24.3 1.23±0.24b 0.21±0.04a 2.33±0.45ab

Vr、Ov和Bc處理指覆蓋作物分別為毛葉苕子、二月蘭和冬油菜。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同冬季覆蓋作物處理土壤理化性質(zhì)的差異

表2顯示,冬季覆蓋作物均有不同程度的保水功能,土壤含水量較CK提高8.6%～16.7%,其中,Bc處理提高幅度最大。與CK相比,冬季覆蓋作物都不同程度地降低了土壤容重,下降范圍為0.07～0.21 g·cm-3,其中Ov和Bc處理顯著降低(P<0.05)。不同作物覆蓋地面后,除有機(jī)碳、堿解氮、速效鉀含量及pH值變化不明顯外,全氮、全磷和有效磷含量較CK均有不同程度的提高。其中,與CK相比,Vr和Bc處理全氮和全磷含量顯著提高(P<0.05),Ov和Bc處理有效磷含量顯著提高(P<0.05)。

表2不同覆蓋作物種植對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

Table2Effectofdifferentwintercovercropsonsoilphysicalandchemicalproperties

處理含水量w/%土壤容重/(g·cm-3)土壤pH值(26 ℃)w(有機(jī)碳)/(g·kg-1)w(全氮)/(g·kg-1)w(全磷)/(g·kg-1)w(堿解氮)/(mg·kg-1)w(有效磷)/(mg·kg-1)w(速效鉀)/(mg·kg-1)CK9.53±0.22b 1.19±0.01a8.47±0.03b12.33±0.11a1.14±0.02b0.82±0.01b86.00±0.20a3.66±0.04b90.57±7.18a Vr10.81±0.59ab1.12±0.13ab8.50±0.03ab12.57±0.44a1.27±0.11a0.85±0.02a86.10±0.30a4.09±0.44ab90.14±5.36a Ov10.35±1.33ab0.98±0.04b8.46±0.05b12.41±0.05a1.25±0.03ab0.83±0.02ab86.07±1.67a4.88±0.44a98.30±7.37aBc11.12±0.54a0.99±0.10b8.55±0.05a12.58±0.05a1.29±0.05a0.85±0.00a86.67±2.78a4.83±0.21a97.23±7.13a

Vr、Ov和Bc處理指覆蓋作物分別為毛葉苕子、二月蘭和冬油菜。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.3 不同冬季覆蓋作物處理土壤微生物生物量的差異

由表3可知,冬季覆蓋作物能顯著影響土壤微生物生物量含量(P<0.05)。與CK相比,覆蓋作物能顯著提高SMBC、SMBN和SMBP含量,分別提高15.6%～30.5%、16.2%～32.3%和38.5%～85.4%。其中,種植冬油菜后,SMBC、SMBN和SMBP提高幅度最大,較CK分別提高30.5%、32.3%和85.4%。不同覆蓋作物土壤微生物生物量含量由大到小依次均為Bc、Vr和Ov,但處理間差異不顯著(P>0.05)。

表3不同冬季作物覆蓋后土壤微生物生物量

Table3Soilmicrobialbiomassafterthecultivationofdifferentwintercovercrops

處理SMBC含量/(mg·kg-1)SMBN含量/(mg·kg-1)SMBP含量/(mg·kg-1) CK146.56±10.68b21.06±1.62b10.66±4.52b Vr180.14±16.18a25.54±0.08a19.24±2.33a Ov169.43±8.80a24.48±0.70a14.76±2.04ab Bc191.30±10.17a27.86±3.31a19.76±4.28a

Vr、Ov和Bc處理指覆蓋作物分別為毛葉苕子、二月蘭和冬油菜。SMBC為土壤微生物生物量碳，SMBN為土壤微生物生物量氮，SMBP為土壤微生物生物量磷。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

2.4 不同冬季覆蓋作物處理土壤酶活性的差異

不同冬季作物覆蓋后土壤酶活性見(jiàn)表4。

表4不同冬季作物覆蓋后土壤酶活性

Table4Soilenzymeactivitiesafterthecultivationofdifferentwintercovercrops

處理堿性磷酸酶活性/(mg·g-1·d-1)蔗糖酶活性/(mg·g-1·d-1)脲酶活性/(mg·g-1·d-1) CK1.84±0.04c27.57±1.12b5.08±0.17b Vr1.95±0.05b31.83±2.21a5.48±0.30b Ov2.02±0.02a31.41±2.30a5.39±0.52b Bc2.05±0.02a32.46±2.12a6.18±0.16a

Vr、Ov和Bc處理指覆蓋作物分別為毛葉苕子、二月蘭和冬油菜。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示處理間某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

由表4可知,與CK相比,種植冬季覆蓋作物的土壤堿性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性均有所提高,增加范圍分別為0.11～0.21、3.84～4.98和0.31～1.10 mg·g-1。不同覆蓋作物土壤蔗糖酶和脲酶活性由大到小依次均為Bc、Vr和Ov。其中,與CK相比,Bc處理堿性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性提高幅度最大,分別為11.4%、17.7%和21.7%,差異顯著(P<0.05)。此外,Bc處理土壤脲酶活性顯著(P<0.05)高于Vr和Ov處理,Bc和Ov處理土壤堿性磷酸酶活性顯著高于Vr處理。

2.5 土壤微生物生物量及酶活性與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

相關(guān)分析結(jié)果(表5)表明,SMBC含量與SMBN含量、SMBP含量、有機(jī)碳含量、全氮含量、全磷含量、堿性磷酸酶活性和脲酶活性呈顯著正相關(guān)(P<0.05);SMBN含量與全磷含量、蔗糖酶活性和脲酶活性呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與堿性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);SMBP含量與土壤含水量、堿性磷酸酶活性和脲酶活性呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與全氮含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。此外,堿性磷酸酶活性與蔗糖酶活性和全氮含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01);蔗糖酶活性與土壤含水量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01);脲酶活性與土壤含水量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。SMBC含量、SMBN含量、SMBP含量、堿性磷酸酶活性、蔗糖酶活性和脲酶活性均與土壤含水量和pH呈不同程度正相關(guān),與土壤容重呈不同程度負(fù)相關(guān),且均與pH的相關(guān)性未達(dá)顯著水平。

3 討論

3.1 冬季覆蓋作物對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

種植覆蓋作物能夠改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和土壤通透性,增強(qiáng)土壤保水保肥能力,增加土壤有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分含量。張明輝等[19]研究發(fā)現(xiàn),牧草壓青可提高土壤水穩(wěn)性,降低土壤容重,增強(qiáng)土壤有機(jī)物的礦化能力,土壤肥力得到相應(yīng)提高;陳宗元等[20]連續(xù)3 a種植毛葉苕子的研究表明,與對(duì)照相比,土壤pH值降低0.67,有機(jī)質(zhì)含量增加51.5%。另有研究發(fā)現(xiàn),在煙田連續(xù)3 a種植黑麥草后,土壤全氮和堿解氮含量分別提高 8.85%～40.95%和11.62%～20.94%[21]。筆者研究表明,種植不同覆蓋植物后,土壤容重下降,土壤含水量、有機(jī)碳、有效磷、堿解氮、全氮和全磷含量較對(duì)照均有所增加(表2)。與冬閑地相比,種植覆蓋作物土壤含水量均有所提高,主要是由于作物覆蓋于地面,能夠有效地減少土壤水分從地表蒸發(fā),增加水分入滲,有利于土壤蓄水保墑[22];土壤有機(jī)碳和堿解氮含量無(wú)明顯變化,這可能與種植時(shí)間較短有關(guān),故有必要進(jìn)一步開(kāi)展種植覆蓋作物的長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)。與冬閑對(duì)照相比,種植二月蘭和冬油菜可顯著提高土壤有效磷含量;其原因可能是覆蓋作物具有發(fā)達(dá)的根系,有較大的活性根表面積,吸收利用土壤中難溶性磷的能力強(qiáng),在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中能活化并利用所提供的難溶性磷酸鹽[23]。

表5不同覆蓋作物處理土壤微生物活性與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

Table5Correlationanalysisbetweensoilmicrobialactivitiesandsoilphysiochemicalpropertiesunderalltreatmentsofdifferentcovercrops

指標(biāo) SMBN含量SMBP含量堿性磷酸酶活性蔗糖酶活性脲酶活性有機(jī)碳含量全氮含量全磷含量土壤容重土壤pH值土壤含水量 SMBC含量0.629*0.707*0.680*0.4040.661*0.656*0.693*0.697*-0.523 0.5640.556 SMBN含量0.4560.737**0.646*0.643*0.4090.5010.684*-0.3970.4390.489 SMBP含量0.652*0.5570.602*0.4110.765**0.527-0.4840.4150.668* 堿性磷酸酶活性0.693*0.5710.2350.691*0.495-0.824**0.4360.576 蔗糖酶活性0.4770.0370.4540.570-0.4700.2880.708** 脲酶活性0.5310.5280.517-0.3420.3620.588* 有機(jī)碳含量0.686*0.640*-0.3280.3650.206 全氮含量0.656*-0.767**0.5450.468 全磷含量-0.4710.580*0.621* 土壤容重-0.480-0.356 土壤pH值0.097

SMBC為土壤微生物生物量碳,SMBN為土壤微生物生物量氮,SMBP為土壤微生物生物量磷。*表示相關(guān)顯著(P<0.05),**表示相關(guān)極顯著(P<0.01)。

3.2 冬季覆蓋作物對(duì)土壤微生物生物量的影響

土壤微生物生物量的大小反映了微生物對(duì)土壤中能量和養(yǎng)分循環(huán)以及有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化數(shù)量,同時(shí)也體現(xiàn)微生物對(duì)土壤保肥作用和供肥作用的相對(duì)強(qiáng)弱和敏感程度,且及時(shí)地預(yù)示著土壤質(zhì)量狀況,可作為評(píng)價(jià)土壤肥力和土壤質(zhì)量早期變化的重要生物學(xué)有效指標(biāo)[24]。與CK相比,冬季覆蓋作物能顯著增加SMBC、SMBN和SMBP含量(表3),這主要是由于覆蓋作物生長(zhǎng)后期根系活力減弱,對(duì)土壤干擾較少,同時(shí)根系大量脫落物和分泌物增加為微生物提供了新鮮有機(jī)質(zhì),增強(qiáng)了土壤微生物和土壤生化活性作用,從而提高了土壤微生物生物量含量。土壤有機(jī)質(zhì)可為微生物生長(zhǎng)繁殖提供所需的環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)條件,從而影響土壤微生物數(shù)量[25],筆者研究得到的SMBC含量與土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量之間具有顯著正相關(guān)性(P<0.05,表5)的結(jié)果與之一致。不同覆蓋作物處理SMBN含量和SMBP含量與SMBC含量呈顯著正相關(guān),這是因?yàn)橥寥牢⑸飳?duì)氮、磷的固持作用主要取決于土壤微生物本身的生物量大小[26]。與SMBN含量、SMBP含量相比,SMBC含量與其他土壤參數(shù)的相關(guān)性大,表明SMBC含量在反映土壤肥力變化方面的靈敏度更高[27]。此外,土壤水分與微生物生物量密切相關(guān),在一定范圍內(nèi)土壤微生物生物量隨著含水量的增加而增加,覆蓋作物具有很強(qiáng)的防止水分蒸發(fā)和持水的能力,使得土壤含水量提高,從而使土壤微生物生物量也隨之增加。在3種覆蓋作物中,以冬油菜的效果為最好,其SMBC、SMBN和SMBP均高于其他2種覆蓋作物,可能是因?yàn)槎筒烁捣置谖锬苋芙夂屠猛寥乐须y溶性磷[28],從而增強(qiáng)土壤微生物和土壤生化活性。

3.3 冬季覆蓋作物對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)中良好的感應(yīng)器,其活性變化能較好地反映土壤肥力的變化,自身數(shù)量和性質(zhì)的變化能夠靈敏地反映環(huán)境因子、土地利用模式和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的變化,被用作評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、體現(xiàn)微生物群落狀態(tài)與功能變化以及表征土壤物質(zhì)能量代謝旺盛程度與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和運(yùn)移能力強(qiáng)弱的一個(gè)重要生物指標(biāo)[29]。有作物覆蓋的土壤酶活性比沒(méi)有添加有機(jī)殘茬的土壤高[30],筆者研究表明,與CK相比,冬季覆蓋作物也顯著提高土壤堿性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性(表4),這可能是由于覆蓋作物根系在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)土壤形成穿刺效應(yīng),根系老化凋亡后,土壤形成很多微孔隙,改善了土壤通氣狀況和土壤的有氧呼吸效率,合理的土壤結(jié)構(gòu)能促進(jìn)微生物數(shù)量的增加,土壤酶活性也相應(yīng)增加;同時(shí),覆蓋作物增加了土壤含水量,促進(jìn)土壤微生物繁殖,可使更多的酶進(jìn)入土壤[31]。然而,土壤有機(jī)碳和全磷對(duì)土壤酶活性的影響不顯著,其原因一方面可能是種植覆蓋作物年限不夠長(zhǎng),另一方面可能是覆蓋作物分泌的有機(jī)物及形成的凋落物較少。

4 結(jié)論

毛葉苕子、二月蘭和冬油菜3種冬季覆蓋作物均有利于提高華北地區(qū)典型潮褐土土壤養(yǎng)分含量、微生物生物量含量和酶活性,以冬油菜的效果為最好,二月蘭和毛葉苕子次之?？梢?jiàn),在華北平原推廣種植這3種冬季覆蓋作物,在改善環(huán)境的同時(shí),可以有效提高肥料利用率、減少化肥施用量和改善土壤質(zhì)量;也可以在一定程度上緩解資源緊張的現(xiàn)狀,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)。該研究?jī)H以3種常見(jiàn)的冬季覆蓋作物為研究對(duì)象,在未來(lái)的工作中,需要針對(duì)更多適合于華北平原地區(qū)冬季生長(zhǎng)的覆蓋作物做進(jìn)一步的探索和推廣。

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作者簡(jiǎn)介： 魏靜(1992—),女,內(nèi)蒙古阿左旗人,碩士生,主要從事農(nóng)田面源污染防控方面的研究。E-mail: weijing0330@163.com