小麥秸稈對雜草種子萌發(fā)和土壤微生物代謝的影響

王慧敏 魏守輝 張朝賢 朱文達 姜翠蘭 陳景超 黃兆峰 黃紅娟

摘要通過室內(nèi)模擬小麥秸稈還田，研究小麥秸稈對農(nóng)田雜草種子萌發(fā)和土壤微生物代謝功能的影響。結(jié)果表明，小麥秸稈對雜草種子的萌發(fā)抑制活性隨秸稈還田的時間呈動態(tài)變化，0～10d抑草活性逐漸增強，10d后抑草活性逐漸降低。對狗尾草種子的萌發(fā)抑制效果最好，在10d時對狗尾草種子萌發(fā)抑制率高達83%。采用Biolog方法研究土壤微生物代謝功能，10d處理土壤微生物結(jié)構(gòu)多樣性及代謝活性顯著高于其他處理。研究明確了小麥秸稈還田能夠抑制雜草種子萌發(fā)，并改變土壤微生物環(huán)境。

關(guān)鍵詞小麥秸稈;雜草種子;萌發(fā)抑制率;微生物代謝

中圖分類號：S451.1文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16688/j.zwbh.2018158

秸稈還田是把小麥、玉米、水稻等農(nóng)作物秸稈直接或堆積腐熟后施入土壤中的一種方法，合理的秸稈還田具有改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、促進產(chǎn)量增加等生態(tài)學(xué)意義。近年來，秸稈還田對農(nóng)田雜草的抑制作用也時有報道。秸稈高留茬深松覆蓋可減少麥家公Buglossoides arvense（L）L M.Johnst.、薺菜Capsella bursa-pastoris（L.）Medic.、播娘蒿Descurainia sophia（L.）Webb.ex Prantl等雜草的綜合優(yōu)勢度比，降低牛筋草Eleusine indica（L.）Gaertn.、馬唐Digitaria sanguinalis（L.）Scop.等雜草生物量及其密度，秸稈覆蓋還田配合化學(xué)除草劑可有效減少大豆田主要雜草的發(fā)生，對小麥田雜草也有良好的控制效果。另外，連續(xù)秸稈還田還可降低土壤雜草種子密度及其多樣性。然而也有文獻指出小麥秸稈還田可促進水稻田闊葉類雜草和莎草科雜草的發(fā)生，認為免耕（不翻動表層土壤，并全年在土壤表面留下作物殘茬的耕作方式）會增加農(nóng)田雜草數(shù)量，導(dǎo)致雜草發(fā)育參差不齊，惡性雜草發(fā)生嚴(yán)重，而且目前對秸稈控草的研究主要集中在稻麥連作體系中，東北、華北和西南地區(qū)是我國玉米的主產(chǎn)區(qū)，主要耕作模式是小麥玉米輪作，其中馬唐、牛筋草、狗尾草Setaria viridis（L.）Beauv.、反枝莧Amaranthus retro.flexus L、苘麻Abutilon theophrasti Medicus等為玉米田問主要常見雜草，目前仍是采用單一化學(xué)除草劑進行雜草的防除，利用小麥秸稈控制雜草的研究較少。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能受植被凋落物數(shù)量和質(zhì)量、溫度及濕度等多種因素影響，秸稈覆蓋還田后，土壤固氮微生物群落、細菌群落多樣性發(fā)生了改變，并且顯著影響了土壤微生物的生物量，長期小麥玉米輪作田，免耕秸稈還田條件下的細菌群落具有更高的多樣性和豐度，以及更高的土壤微生物生理代謝活性，而秸稈還田對土壤微生物群落動態(tài)及其相關(guān)代謝功能研究較少。

本文通過室內(nèi)模擬試驗，考察小麥秸稈覆蓋還田和秸稈混合還田兩種方式對玉米田主要雜草種子萌發(fā)的影響，并利用Biolog-ECO微平板鑒定方法，研究秸稈還田對土壤微生物群落代謝功能的影響，為小麥玉米連作制下秸稈還田技術(shù)的完善及推廣積累數(shù)據(jù)、提供依據(jù)。

3討論

秸稈還田是目前作物秸稈利用較為普遍的措施之一。許多研究表明秸稈還田具有改善土壤的理化性質(zhì)、增加土壤肥力、促進作物生長等作用，且適當(dāng)?shù)慕斩掃€田可有效控制田問雜草的發(fā)生，促進除草劑減量使用。本研究結(jié)果表明小麥秸稈還田可有效控制后茬作物玉米田狗尾草、反枝莧、牛筋草和馬唐等雜草種子萌發(fā)，但秸稈覆蓋還田、混合還田兩種方式對雜草萌發(fā)的影響無顯著差異。

土壤中微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和能量流動的主導(dǎo)者，對于維持耕地穩(wěn)定性和可持續(xù)利用具有重要作用。Biolog方法檢測微生物代謝功能，其中AWCD值反映了土壤微生物利用碳源的能力和代謝活性的大小，其值越高，土壤中微生物群落代謝活性也就越高，從功能方面可反映微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性。碳源低利用率預(yù)示著微生物對其利用能力的衰退，碳源高利用率表明微生物對其利用需求較強。Shannon-Wiener指數(shù)（H）可以表征土壤中微生物群落的豐富度，Simpson指數(shù)較多反映了微生物群落中最常見的物種優(yōu)勢度，MicIntosh指數(shù)則是群落物種均一性的度量。本試驗結(jié)果表明，秸稈還田10d，其微生物數(shù)量顯著增加，分析認為小麥秸稈可能為土壤微生物提供物質(zhì)能量，促進土壤微生物活性，增加土壤微生物數(shù)量。秸稈還田后10d對土壤微生物群落代謝功能有顯著影響，碳源利用顯著提高，且對各類碳源利用率存在顯著差異。而在秸稈還田30d后，土壤微生物對單一碳源如D-半乳糖醛酸、丙酮酸甲酯、衣康酸、D-蘋果酸、D-纖維二糖等的利用發(fā)生顯著變化。另外，秸稈處理10d時土壤微生物的豐富度指數(shù)較高，但各處理微生物功能多樣性指數(shù)無明顯變化規(guī)律，小麥秸稈還田后，逐步釋放出一些次生代謝產(chǎn)物，它們與土壤微生物相互作用，影響微生物的群落代謝功能及其結(jié)構(gòu)多樣性，同時次生代謝產(chǎn)物或直接作用于土壤中雜草種子，或與微生物一起作用于雜草種子，影響種子萌發(fā)與生長。秸稈還田短期內(nèi)有效增加土壤微生物數(shù)量，提高微生物的代謝活性，并且可對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，該研究結(jié)果與郭梨錦等、羅希茜等的研究結(jié)果一致。

由于秸稈還田對后茬作物田雜草及土壤微生物的效應(yīng)受到諸多因素的影響，本試驗結(jié)論需進行田問驗證，進一步驗證和探索秸稈還田在田問的生態(tài)學(xué)意義。