耕作方式及秸稈還田對(duì)土壤性質(zhì)、微生物碳源代謝及小麥產(chǎn)量的影響

韋安培，丁文超，胡恒宇，隋業(yè)偉,劉少梅，陳子明，李 靜

(山東省水土保持與環(huán)境保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山東 臨沂 276000)

耕作方式中能耗大、效率低以及成本過(guò)高，耕作過(guò)程中由秸稈焚燒等問(wèn)題產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境破壞和高碳排放，對(duì)人們的生活造成了巨大的影響[1]。因此，將不同的耕作方式與秸稈管理技術(shù)相結(jié)合，來(lái)改善生態(tài)環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)于現(xiàn)階段我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

微生物群落不僅在有機(jī)質(zhì)的形成與分解、土壤呼吸以及養(yǎng)分循環(huán)等很多土壤代謝過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，而且也與土壤系統(tǒng)服務(wù)的傳遞功能息息相關(guān)。通常情況下，微生物的遺傳多樣性越高，越有能力去利用更多的碳源[2]，而B(niǎo)iolog作為目前最常用來(lái)研究土壤微生物群落功能多樣性的一種方法，具有簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)[3]，通過(guò)分析微生物群落水平的生理特征得出其碳源利用能力，其中Biolog EC板經(jīng)常用于微生物的特性和群落分析，而不同的碳源利用模式可以表征微生物群落的差異性[4]。

根據(jù)前人的研究結(jié)果，在不同耕作條件的直接或間接影響下，土壤的物理性質(zhì)[5]以及農(nóng)田耕層土壤的養(yǎng)分含量[6]、土壤呼吸和酶活性[7-8]都發(fā)生了一定的變化。此外，秸稈還田在控制溫室氣體的排放、提供養(yǎng)分、提高作物產(chǎn)量等方面具有重要的作用。本文通過(guò)分析不同的耕作方式(旋耕、常規(guī)翻耕、深松)和不同秸稈還田量(全還田、不還田)的交互作用，找出提高土壤微生物多樣性的最佳組合，為農(nóng)田生態(tài)改良和提高作物產(chǎn)量提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在臨沂大學(xué)定位站進(jìn)行，位于東經(jīng)116°02′～117°59′，北緯35°38′～36°33′，屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，四季分明，該地區(qū)年平均氣溫13.0℃，年均日照時(shí)數(shù)2627.1 h，年均降雨量697 mm，具有華北平原的典型特點(diǎn)。供試土壤為壤土，土層深厚。0～20 cm土壤基本理化性狀為：pH值7.09，有機(jī)碳10.87 g·kg-1，全氮1.1 g·kg-1，全磷 8.09 mg·kg-1。

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為常規(guī)翻耕耕作(C，耕深30 cm)、深松耕作(S，耕深40 cm)、旋耕耕作 (R，耕深15 cm) 3種耕作方式，副區(qū)為全還田(P，玉米7 500 kg·hm-2)和不還田(A)2種秸稈還田方式，共 6個(gè)處理，分別為PC(常規(guī)翻耕耕作秸稈全還田)、AC(常規(guī)翻耕耕作秸稈不還田)、PS(深松耕作秸稈全還田)、AS(深松耕作秸稈不還田)、PR(旋耕耕作秸稈全還田)、AR(旋耕耕作秸稈不還田)。每個(gè)小區(qū)面積為15 m×4 m。本試驗(yàn)以小麥品種濟(jì)麥22為材料，于 2016年10月13日播種，播量90 kg·hm-2，行距20 cm，基施純N 225 kg·hm-2，P2O5180 kg·hm-2和K2O 180 kg·hm-2，各處理分別在冬小麥拔節(jié)期和夏玉米大口期澆水60 mm，于2017年6月13日收獲。

1.2 土壤樣品采集

于2017年5月17日小麥灌漿期進(jìn)行取樣，每個(gè)小區(qū)內(nèi)以土鉆隨機(jī)取5個(gè)點(diǎn)， 0～15 cm和15～30 cm 兩層土樣分別收集并混合均勻，一部分過(guò)2 mm篩，置于4℃冷藏箱中，于一周內(nèi)分析不同處理對(duì)土壤微生物碳源代謝產(chǎn)生的影響；另一部分自然風(fēng)干后過(guò)篩，用于測(cè)定其對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響。

1.3 土壤基本理化性質(zhì)分析

1.4 土壤微生物碳源代謝能力分析

采用群落水平代謝圖譜法表征，用Biolog EcoPlateTM(Biolog Inc., Hayward, CA, USA)測(cè)定[12]。Biolog EC板經(jīng)常被用于微生物特性和群落分析，每個(gè)EC板包含31種碳源和四唑染料，另外，未加碳源的孔中加水作為對(duì)照。取相當(dāng)于10 g干土的新鮮土樣，加95 mL無(wú)菌的0.85% NaCl溶液振蕩30 min，靜置30 min后，將土壤懸浮樣液稀釋至1 000倍，取150 μL稀釋后的土壤溶液接種至Biolog EcoPlateTM中，然后置于25℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)240 h，每12 h于Biolog微生物自動(dòng)鑒定系統(tǒng)儀上讀數(shù)1 次，測(cè)定波長(zhǎng)為590 nm[13]。

1.5 小麥測(cè)產(chǎn)

各處理分別取2 m2的區(qū)域，測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量和有效穗數(shù)，3 次重復(fù)；隨機(jī)取20株有代表性的植株，進(jìn)行室內(nèi)考種，包括穗粒數(shù)和千粒重，3次重復(fù)。

1.6 數(shù)據(jù)計(jì)算

碳源利用率用孔的平均顏色變化率(Average Well Color Development，AWCD)來(lái)表示。計(jì)算方法根據(jù)Garland and Mills (1991)所述如下:

AWCD=∑(C-R)/n

(1)

式中，C為每個(gè)有培養(yǎng)基孔的吸光度值，R為對(duì)照孔的吸光度值，n為Biolog生態(tài)板上碳源的數(shù)目，即31。若C-R為負(fù)值則設(shè)置為0[14]。

本研究在培養(yǎng)60 h(距離讀數(shù)240 h內(nèi)，最大AWCD值的50%所對(duì)應(yīng)的讀數(shù)時(shí)間)條件下，用Logistic方程擬合AWCD得到的吸光度來(lái)表征Biolog生態(tài)板中微生物的代謝多樣性[15]。豐富度為單個(gè)基板的AWCD在60 h下每個(gè)孔的數(shù)值減水孔后大于0.25的個(gè)數(shù)[14]。香濃多樣性計(jì)算公式如下：

H′=-∑Pi×lnPi

(2)

Pi=ni/N

(3)

式中，N表示單個(gè)基板96 h下每個(gè)孔減水孔后的AWCD的總數(shù)值，ni是每個(gè)孔減水孔后的數(shù)值。

采用曲線整合方法估計(jì)碳源代謝強(qiáng)度，并用梯形面積(S)代表代謝強(qiáng)度[13]:

S=∑((vi+vi-1)/2×(ti-ti-1))

(4)

式中，vi表示t=i時(shí)間時(shí)的AWCD值，∑表示整個(gè)培養(yǎng)時(shí)間的總和，因?yàn)?40 h內(nèi)每隔12 h有1個(gè)AWCD值，即i分別為0～20。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本文應(yīng)用Excel表格進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，繪圖應(yīng)用SigmaPlot 11.0和Origin 8軟件。利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析；應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析(PCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式與秸稈還田對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響

耕作方式、秸稈還田、耕作方式和秸稈的交互作用均顯著影響了土壤pH值、含水量、容重、有機(jī)碳含量、總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量(表1)。pH值整體在5.69～7.47范圍內(nèi)變化，深松和旋耕各處理，15～30 cm土層下的pH值，平均高于0～15 cm土層下的pH值6.67%。同種耕作方式下，0～15 cm土層，秸稈還田pH值平均高于秸稈不還田4.32%，相同秸稈還田模式下，常規(guī)翻耕pH值顯著高于深松和旋耕，且深松顯著高于旋耕。15～30 cm土層的平均含水量為15.56%，高于0～15 cm 土層含水量14.84%。在0～15 cm和15～30 cm土層內(nèi)，秸稈還田含水量分別顯著高于秸稈不還田的9.24%和7.47%，0～15 cm內(nèi)，深松顯著高于旋耕和常規(guī)翻耕7.58%和6.24%；15～30 cm內(nèi)，深松和旋耕高于常規(guī)翻耕6.24%和5.2%。容重表現(xiàn)為隨土層加深而增加。0～15 cm土層內(nèi)，常規(guī)耕作秸稈不還田和旋耕耕作秸稈不還田顯著高于深松耕作秸稈全還田處理16.27%，秸稈不還田顯著高于秸稈還田11.71%；15～30 cm內(nèi)，常規(guī)翻耕秸稈不還田最高為1.79 g·cm-3，常規(guī)翻耕秸稈還田次之為1.73 g·cm-3，均顯著高于深松耕作秸稈還田，秸稈不還田顯著高于秸稈還田的4.5%；且兩土層內(nèi)耕作與秸稈還田的交互作用均達(dá)到顯著水平。

表1 耕作方式與秸稈還田對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響

相對(duì)于0～15 cm土層，15～30 cm土層的土壤有機(jī)碳含量呈顯著下降趨勢(shì)。在0～15 cm土層內(nèi)，土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為深松耕作秸稈還田處理最高，顯著高于其他處理，秸稈還田顯著高于秸稈不還田12.81%，深松分別顯著高于常規(guī)翻耕和旋耕16.35%和14.06%；在15～30 cm土層中，秸稈還田處理有機(jī)碳含量顯著高于秸稈不還田14.33%，常規(guī)翻耕耕作有機(jī)碳含量分別顯著高于深松和旋耕13.41%和30.75%。除常規(guī)翻耕處理的全氮含量在兩土層內(nèi)基本無(wú)差異外，深松和旋耕處理的15～30 cm全氮含量明顯低于0～15 cm土層全氮含量，且耕作、耕作與秸稈交互作用均達(dá)到顯著水平。兩土層內(nèi)秸稈還田全氮含量均顯著高于秸稈不還田處理；0～15 cm內(nèi)，深松和旋耕全氮含量顯著高于常規(guī)翻耕，而15～30 cm土層內(nèi)常規(guī)翻耕顯著高于深松和旋耕。除常規(guī)翻耕處理外，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均隨土層加深而減小。0～15 cm內(nèi)，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為深松耕作最高，常規(guī)翻耕最低；而在15～30 cm層次內(nèi)，常規(guī)翻耕銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量最高，深松次之，旋耕最低，且秸稈不還田顯著高于秸稈還田處理。

2.2 耕作方式與秸稈還田對(duì)土壤微生物碳源代謝功能的影響

2.2.1 土壤微生物AWCD值變化AWCD值是Biolog板微生物群落碳源代謝總體活性的指標(biāo)[16]，AWCD值越大，表示微生物碳源代謝能力越強(qiáng)。碳源包括氨基酸類、胺類、聚合物類、其他類、羧酸類和糖類等6大類物質(zhì)，不同處理下的土壤微生物對(duì)6大類碳源利用的AWCD均呈Logistic型變化，各處理土壤微生物整體對(duì)聚合物類、糖類、氨基酸碳源利用度較高，因此這里針對(duì)這三大類進(jìn)行分析(圖1)。

0～15 cm土層內(nèi)，無(wú)論哪種耕作方式，聚合物類、糖類、氨基酸碳源AWCD大致均表現(xiàn)為秸稈還田處理大于秸稈不還田處理，同一秸稈量還田模式下，聚合物類、糖類、氨基酸碳源均表現(xiàn)為深松最高，旋耕最低，而糖類在秸稈不還田下，表現(xiàn)為深松最高，常規(guī)翻耕最低。

15～30 cm土層內(nèi)，氨基酸類碳源的AWCD在常規(guī)翻耕、深松耕作方式下均表現(xiàn)為秸稈全還田處理大于不還田，而在旋耕下秸稈還田處理卻小于秸稈不還田；聚合物類和糖類2大類碳源的AWCD值在PC、PS處理較高，PR、AS次之，AC、AR較低。

2.2.2 不同處理下土壤微生物碳源代謝多樣性和代謝強(qiáng)度 碳源代謝豐富度反映土壤微生物功能多樣性，除AR處理外，15～30 cm土層下的碳源豐富度較0～15 cm都有所降低(表2)。

0～15 cm土層內(nèi)，方差分析結(jié)果表明，PC和PS處理的豐富度為28.5吸光度單位，顯著高于其他處理，深松處理豐富度顯著高于常規(guī)翻耕和旋耕，且常規(guī)翻耕顯著高于旋耕；15～30 cm土層內(nèi)，PC、PS、AR處理的豐富度為24吸光度單位，顯著高于其他處理；兩層次內(nèi)，AC處理豐富度均最低，方差分析結(jié)果仍表明秸稈還田豐富度均顯著高于秸稈不還田。

香濃多樣性指數(shù)用來(lái)計(jì)算細(xì)菌群落的生理多樣性[16]。方差分析結(jié)果表明(表2)土壤微生物碳源代謝香濃多樣性，除了在15～30 cm土層中AS顯著小于AR外，綜合兩土層，深松處理的平均香濃多樣性指數(shù)高于旋耕和常規(guī)翻耕，AC在兩土層中香濃多樣性指數(shù)均最低，而秸稈還田因素起到了顯著作用，秸稈還田平均香濃多樣性指數(shù)高于秸稈不還田。

表2 不同處理下土壤微生物碳源代謝多樣性和代謝強(qiáng)度

15～30 cm土層中各處理的碳源代謝強(qiáng)度整體上比0～15 cm表層土呈下降趨勢(shì)(表2)，相同還田處理?xiàng)l件下，除15～30 cm土層的PC高于PS外，其余均表現(xiàn)為深松顯著高于常規(guī)翻耕和旋耕；而相同耕作方式下，秸稈還田處理的碳源代謝強(qiáng)度均顯著高于無(wú)秸稈還田處理。

0～15 cm中，PS碳源代謝強(qiáng)度最高為318.83，顯著高于其他處理，AC最低為206.79，顯著低于其他處理；15～30 cm土層中，PC最高為281.37，顯著高于其他處理，AC代謝強(qiáng)度最低為205.86，顯著低于其他處理。

2.2.3 供試土壤微生物碳源利用類型的主成分分析 應(yīng)用主成分分析(Principal Component Analyses， PCA)來(lái)研究不同耕作方式與秸稈還田下土壤微生物群落對(duì)微平板上31 種碳源的利用情況，可以直觀反映不同樣本微生物群落的代謝特征，可用來(lái)解釋微生物對(duì)碳源利用的多樣性。本試驗(yàn)采用培養(yǎng)60 h后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，共提取出2個(gè)主成分。0～15 cm土層提取與土壤微生物碳源利用功能多樣性相關(guān)的2個(gè)主成分，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到80.0%，第一主成分(PC1)的特征根和貢獻(xiàn)率為20.428和65.9%，第二主成分(PC2)的特征根和貢獻(xiàn)率為4.356%和14.1%；15～30 cm土層提取的2個(gè)主成分，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到69.1%，第一主成分(PC1)的特征根和貢獻(xiàn)率為13.479和43.52%，第二主成分(PC2)的特征根和貢獻(xiàn)率為7.94和25.64%；這表明 PC1和PC2 是變異的主要來(lái)源，并且提取主要特征來(lái)源，可以解釋變量的絕大部分信息(圖2)。

0～15 cm土層，碳源分為六大類后，對(duì)PC1軸貢獻(xiàn)最大的碳源為胺類，其次為氨基酸類和其他類；對(duì)PC2軸貢獻(xiàn)最大的碳源為胺類，其次為羧酸類。由圖2a可知，不同處理在PC軸上表現(xiàn)出明顯的差異，PS、PC偏向于利用右邊區(qū)域的碳源，而AR、AC則偏向于利用左邊區(qū)域的碳源，相比而言PS、PC處理更有利于微生物對(duì)大部分碳源的利用。PS處理的土壤微生物傾向于利用胺類和羧酸類，PC傾向于利用其他糖類和氨基酸類，而AS和PR處理的土壤微生物也能夠利用這些碳源，利用的種類無(wú)差異，但是利用的強(qiáng)度較低，得分較低，因此在圖中偏左下方顯示。同理可知AC和AR的處理(表3)。

15～30 cm土層，碳源分為六大類后，對(duì)PC1軸貢獻(xiàn)最大的碳源為胺類，其次為氨基酸類；對(duì)PC2軸貢獻(xiàn)最大的碳源為羧酸類，其次為糖類和胺類。由圖2b可知，PC、PS、AS偏向于利用右邊區(qū)域的碳源，PR、AR、AC偏向于利用左邊區(qū)域的碳源，相比而言，PS、PC更有利于微生物對(duì)大部分碳源的利用。通過(guò)圖2b分析表明：PC處理土壤微生物傾向于利用羧酸和聚合物類，PS處理土壤微生物傾向于利用糖類、氨基酸類和胺類，PR處理土壤微生物傾向于利用羧酸類和胺類。而AS、AR、AC處理土壤微生物得分較低，利用強(qiáng)度較低，但是也能利用這六大類范圍的碳源(表3)。

表3 不同處理下土壤微生物的碳源利用傾向性

注：各處理的中心點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)PC1軸和PC2軸的垂直投影數(shù)值，其符號(hào)與旁邊標(biāo)注的處理號(hào)對(duì)應(yīng)。穿過(guò)中心點(diǎn)的橫線和豎線是分別平行于PC1軸和PC2軸的誤差線。Note:The center point of each processing corresponds to the vertical projection value of PC1 axis and PC2 axis ，espectively, and its symbol corresponds to the processing number marked nearby. The horizontal and vertical lines passing through the center point are error lines parallel to PC1 axis and PC2 axis，respectively.圖2 微生物碳源利用載荷系數(shù)分布的主成分分析Fig.2 Principal component analysis and load coefficient distribution of microbial carbon source utilization

2.3 不同處理下的小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

不同處理對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素有不同的影響(表4)，秸稈還田顯著提高了穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量。穗粒數(shù)表現(xiàn)為深松顯著高于常規(guī)翻耕和旋耕；千粒重表現(xiàn)為深松顯著高于旋耕和常規(guī)翻耕，且旋耕顯著高于常規(guī)翻耕；產(chǎn)量表現(xiàn)為深松耕作平均產(chǎn)量最高為7.375 t·hm-2，顯著高于常規(guī)翻耕和旋耕的6.34%和6.96%，但常規(guī)翻耕和旋耕之間并無(wú)顯著差異。

表4 不同處理下的小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

3 討 論

3.1 微生物碳源代謝功能對(duì)產(chǎn)量的影響

研究發(fā)現(xiàn)，在秸稈還田處理下，微生物碳源代謝的活性及能力明顯高于秸稈不還田處理，對(duì)于耕作方式而言，深松條件下的碳源代謝活性及能力明顯高于常規(guī)翻耕和旋耕。例如：秸稈還田能為微生物提供外源有機(jī)物，即提供了豐富的能量和易分解的碳源，因此秸稈還田能提高風(fēng)沙土土壤的微生物活性和豐富度指數(shù)；李玉潔等[17]學(xué)者認(rèn)為免耕、少耕和秸稈還田等方式可能會(huì)產(chǎn)生較少的土壤擾動(dòng)，即保持一個(gè)較為穩(wěn)定的土壤微環(huán)境，在某種程度上提高了土壤的微生物多樣性[18]。

本研究表明深松和秸稈還田均能明顯提高作物產(chǎn)量，而土壤中微生物的碳源代謝功能與作物的產(chǎn)量具有明顯的正相關(guān)性，即土壤中微生物的碳源代謝功能被增強(qiáng)，作物的產(chǎn)量也會(huì)得到較大的提高，Nielsen等[19]的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，土壤功能得到改善的指標(biāo)為微生物數(shù)量和活性的增加，進(jìn)而提高了作物的產(chǎn)量，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3.2 土壤理化性質(zhì)對(duì)微生物碳源代謝功能的影響

RDA分析結(jié)果表明，土壤基本理化性質(zhì)能夠影響微生物群落碳源代謝功能對(duì)耕作方式與秸稈還田處理的響應(yīng)，而土壤微生物的碳源代謝功能又與土壤的水分、容重、總氮、pH等指標(biāo)密切相關(guān)。本研究中，在AC和AR處理?xiàng)l件下的容重表現(xiàn)最高，因此在容重較高的情況下不利于提高土壤中的微生物碳源代謝能力，并且對(duì)于容重會(huì)制約土壤中微生物碳源代謝能力的相關(guān)結(jié)論已被侯銀[20]證實(shí)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定程度上，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的變化能夠合理地解釋微生物碳源代謝功能的變異，但效果并不明顯。馬慧君等[21]試驗(yàn)表明，硝態(tài)氮可能會(huì)提高微生物的活性，并抑制微生物絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種群的出現(xiàn)，釋放生態(tài)位，從而提高了土壤微生物的多樣性，因此在一定的氮濃度范圍內(nèi)，隨土壤中硝態(tài)氮含量的增多，土壤微生物的代謝水平、Shannon多樣性均會(huì)被明顯增強(qiáng)，呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)現(xiàn)象[22]。本研究表明，在綜合分析比較之下，總氮含量環(huán)境數(shù)據(jù)與PS處理物種數(shù)據(jù)的聯(lián)系最為緊密，表明在較高氮含量的條件下，有利于增強(qiáng)土壤中微生物的碳源代謝功能。

3.3 耕作方式與秸稈還田對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

研究結(jié)果表明，土壤含水量在秸稈還田和深松耕作處理下均被明顯提高，通過(guò)秸稈還田提供的有機(jī)物，使土壤結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，水分蒸發(fā)減少，并大大改善土壤孔性，最終使土壤中的含水量得到明顯增加。本研究結(jié)果還表明，隨著土層的加深，土壤容重也隨之增加，同時(shí)秸稈還田和深松處理下的土壤容重分別小于秸稈不還田和其他耕作處理下的土壤容重，因此秸稈還田和深松能明顯減低土壤容重[23]，這與本文研究結(jié)果一致，但也有與其相反的研究表明[24]，土壤的入滲量在免耕和少耕的條件下會(huì)減少，導(dǎo)致土壤表層的容重增大。

本研究結(jié)果表明，在深松和旋耕處理下，隨著土層的加深，pH值有增加的趨勢(shì)，在15～30 cm土層，相比于旋耕和常規(guī)翻耕，深松耕作可以明顯提高土壤中的pH值；在0～15 cm土層，秸稈還田能夠明顯提高土壤中的pH值，然而Thomas等[25]的研究結(jié)果卻與之截然不同，提出在0～30 cm土層內(nèi)，耕作和殘茬覆蓋處理并不會(huì)影響土壤的pH值；但另有試驗(yàn)結(jié)果表明[26]，在0～30 cm土層內(nèi)，土壤pH平均值在0～10 cm內(nèi)沒(méi)有明顯改變，但是在10～30 cm土層有明顯增加。

本試驗(yàn)中，秸稈還田對(duì)提高土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的作用并不明顯，但明顯提高了土壤中的總氮含量。將3種耕作方式進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，在0～15 cm土層，深松耕作明顯提高了土壤中的總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，而在15～30 cm土層內(nèi)，與旋耕和深松相比，常規(guī)翻耕處理下的總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)出較高水平。同樣有研究表明[27]，秸稈還田能提高土壤中的總氮含量，而非傳統(tǒng)耕作方式則有利于增加土壤中的養(yǎng)分并提高土壤中的全氮含量，最終改善了土壤狀況[28]，這與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。有學(xué)者提出，深松可以在不增加深層土壤硝態(tài)氮含量的基礎(chǔ)上促進(jìn)0～60 cm土層的氮素吸收。本研究結(jié)果還表明，在0～15 cm土層內(nèi)，深松和秸稈還田處理下的土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)出最高水平，而在15～30 cm土層中，與秸稈不還田處理相比，秸稈還田處理下的有機(jī)碳含量明顯高出14.33%。但也有研究表明：長(zhǎng)期旋免耕后進(jìn)行深松對(duì)土壤有機(jī)碳及其組分周轉(zhuǎn)的影響較為明顯，而下層土壤(10～30 cm)的土壤碳庫(kù)活性在長(zhǎng)期免耕轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏商幚砗竽軌虮幻黠@提高。

4 結(jié) 論

與常規(guī)耕作秸稈不還田相比，深松和秸稈還田均可顯著改善土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而顯著提高土壤微生物碳源代謝能力和代謝活性，最終顯著增加了小麥產(chǎn)量；但旋耕較常規(guī)翻耕而言，未體現(xiàn)明顯的優(yōu)勢(shì)。本試驗(yàn)表明了深松與秸稈還田結(jié)合有利于華北平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)增強(qiáng)微生物碳源代謝多樣性，促進(jìn)小麥產(chǎn)量的提高，具有實(shí)踐推廣價(jià)值。