植物秸稈腐解特性與微生物群落變化的響應(yīng)*

張 紅 曹瑩菲 徐溫新 呂家瓏

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/中國科學(xué)院黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

農(nóng)作物秸稈是寶貴的自然資源，它含有大量有機(jī)質(zhì)及植物生長所必需的氮、磷、鉀和其他中微量元素。秸稈還田是發(fā)展有機(jī)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的有效途徑，對于促進(jìn)作物生長、改善和提高土壤質(zhì)量具有重要作用[1-4]。作物秸稈在土壤中的腐解是一個(gè)復(fù)雜的變化過程，其轉(zhuǎn)化速率不僅與秸稈本身的物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)，還與溫度、水分、土壤性狀等環(huán)境條件有關(guān)，因此，研究和分析不同環(huán)境條件對農(nóng)業(yè)資源合理利用十分重要[5-6]。

微生物是地球化學(xué)循環(huán)中的重要組成部分，在秸稈腐解過程中發(fā)揮著很重要的作用，不同秸稈的性質(zhì)和環(huán)境因素會導(dǎo)致微生物群落多樣性的差異[7-9]。目前，植物殘?bào)w腐解過程中關(guān)于養(yǎng)分與能量的動(dòng)態(tài)研究以及不同氣候、水熱條件、施肥方式對土壤微生物群落代謝特征的影響比較多。秸稈進(jìn)入土壤在腐解早中期分解有機(jī)酸影響其分解率，熱重曲線和土壤溫度、水分狀況也與作物秸稈種類和腐解時(shí)期有關(guān)[10]；大氣CO2濃度和升溫程度可以通過植物根系分泌物和根際沉積物影響微生物的生長環(huán)境，改變土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能[11]；不同施肥種類、施肥方式和土壤性質(zhì)能影響土壤微生物功能多樣性，改善土壤的微生態(tài)環(huán)境[12]。而關(guān)于農(nóng)田土壤不同秸稈在分解期間其腐解特征與微生物群落多樣性的響應(yīng)機(jī)制卻鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)利用網(wǎng)袋法與Biolog 分析研究同一環(huán)境下不同秸稈在腐解過程的微生物群落多樣性變化，可為秸稈生物質(zhì)能源發(fā)揮最大效益研究奠定基礎(chǔ)，并為長期試驗(yàn)地土壤中有機(jī)碳轉(zhuǎn)化和科學(xué)養(yǎng)地用地研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究在位于黃土高原南部的陜西省楊凌示范區(qū)五泉鎮(zhèn)（34°17′51″N，108°00′48″E）的國家黃土肥力與肥料效益野外科學(xué)觀測站進(jìn)行，該區(qū)為渭河三級階地，屬暖溫帶半濕潤易旱氣候區(qū)，海拔524.7 m，年均氣溫13℃，≥10℃積溫 4 196℃，年均降水量550～600 mm，主要集中在7—9 三個(gè)月，年均蒸發(fā)量993 mm，無霜期184～216 d。種植方式為冬小麥-夏玉米輪作，一年兩熟。

1.2 供試材料

供試土壤為塿土（土墊旱耕人為土）。試驗(yàn)前土壤樣地（0～20 cm）的基本理化性質(zhì)為：pH 8.17，有機(jī)質(zhì)32.25 g·kg-1，堿解氮141.6 mg·kg-1，有效磷37.8 mg·kg-1，速效鉀145.8 mg·kg-1，土壤含水量20.7 g·kg-1。

供試植物秸稈為玉米和大豆秸稈，其中玉米秸稈原樣的全碳 402.5 g·kg-1，全氮 11.31 g·kg-1，C/N35.59；大豆秸稈原樣的全碳373.2 g·kg-1，全氮25.47 g·kg-1，C/N14.65。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用新鮮的玉米秸稈和大豆秸稈，采用尼龍網(wǎng)袋法在室外農(nóng)田土壤中進(jìn)行植物腐解試驗(yàn)。由于新鮮秸稈水分較多，所以實(shí)驗(yàn)室內(nèi)快速將秸稈處理為1～2 cm 大小，在冰箱4℃冷藏保鮮備用。

由于玉米秸稈的C/N 遠(yuǎn)高于微生物腐解的最佳C/N 為25∶1，為加速腐解進(jìn)程，玉米秸桿另設(shè)計(jì)加氮處理，因此本試驗(yàn)共設(shè)新鮮豆秸（FB）、新鮮玉米秸（FC）、新鮮玉米秸+氮（FCN）3 個(gè)處理。具體操作步驟為：分別稱取不同處理的秸稈殘?bào)w（30 g·袋-1）裝入 350 目的尼龍網(wǎng)袋中，加氮處理添加尿素10.34 g·kg-1，封口，于2011年10月31日埋入農(nóng)田土壤20 cm 深處，同時(shí)在20 cm 深處埋入土壤溫度記錄儀（美國TidbiT v2）。埋入后10、20、30、45、60、90、120、150、180、210、240、270、300、330、360 d 采樣。每個(gè)處理每次取6 袋，裝入自封袋后迅速帶回實(shí)驗(yàn)室冰箱4℃冷藏，部分樣品用來測定不同秸稈腐解樣品的質(zhì)量和含水量，為了避免灌溉和降雨對秸稈腐解過程中質(zhì)量的影響，將取回的樣品放在烘箱中烘至恒重計(jì)算秸稈的腐解殘留率；另一部分樣品采用Biolog-Eco 分析方法測定微生物群落多樣性變化。

1.4 土壤與植物樣品分析方法

土壤含水量用烘箱干燥法測定，pH 采用320 型pH 計(jì)測定（水土比2.5∶1），有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定，堿解氮采用硼酸擴(kuò)散吸收法測定，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用1.0 mol·L-1乙酸銨-浸提火焰光度法測定。植物秸稈全碳采用重鉻酸鉀外加熱法測定，全氮采用H2SO4-H2O2消煮法測定[13]。

秸稈殘?bào)w微生物群落功能多樣性具體方法：稱取相當(dāng)于 0.10 g 干土重的新鮮秸稈樣品，加入到 49.9 mL 0.85%（w/v）的滅菌 NaCl 溶液中，振蕩 30 min 后取出以4 000 r·min-1的速度離心1 min，吸取1 mL 上懸液，用滅菌的 0.85% NaCl 溶液稀釋 10 倍，吸取稀釋液接種到 ECO 板，每孔接種量 150 μL。將接種后的 ECO 板25℃培養(yǎng)，每隔 24 h 時(shí)在 590 nm 波長下測定吸光度（OD）值，持續(xù) 6 d[7,14]。參照Qian 等[15]的方法計(jì)算平均顏色變化率（AWCD）和多樣性指數(shù)，根據(jù)賈夏等[16]的研究結(jié)果，選取144h 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和多樣性指數(shù)的計(jì)算。

1.5 數(shù)據(jù)處理

秸稈腐解殘留率（%）=Xt/X0×100% 式中，X0為秸稈腐解前的初始質(zhì)量，Xt為分解t時(shí)的秸稈腐解后剩余質(zhì)量。

根據(jù)Biolog 的分析結(jié)果，采用孔的平均顏色變化率 AWCD 測定微生物利用單一碳源的能力。AWCD =Σ（Ci-R）/31，其中Ci為31 種碳源在590 nm的吸收值；R為Eco 板對照孔的吸收值，物種豐富度香農(nóng)指數(shù)（H）、優(yōu)勢度辛普森指數(shù)（D）和群落均勻度Mclntosh 指數(shù)（E）均采用144h 的測定值計(jì)算[15,17]。

測定數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2013 進(jìn)行處理和制圖，采用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行主成分分析和方差分析。

2 結(jié) 果

2.1 不同腐解期不同秸稈的殘留率變化

由圖1可知，新鮮秸稈在整個(gè)腐解期的腐解殘留率分為2 個(gè)階段：0～10 d 迅速下降，10～360 d緩慢下降。FB、FC、FCN 處理的腐解殘留率在0～10 d 從初始的100%分別下降至44.48%、29.86%和33.27%，而在10～360 d 呈緩慢降低趨勢，360 d 時(shí)分別降至原來的30.43%、17.61%和20.58%。

總體而言，隨著腐解時(shí)間的增加，不同秸稈腐解殘留率變化的主要趨勢為FB＞FCN＞FC，說明C/N低的新鮮秸稈腐解速度較慢，C/N 高的新鮮秸稈相對腐解速度快，殘留率低。

圖1 農(nóng)田不同腐解期殘留率的變化 Fig.1 Straws residual rates in farmland relative to decomposition stage

2.2 不同腐解期不同秸稈含水量及土壤溫度、土壤含水量的變化

水分狀況影響土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，其差異導(dǎo)致殘?bào)w分解率不同[18]。大多數(shù)土壤微生物活動(dòng)的最適溫度在25～35℃，因此在熱帶地區(qū)殘?bào)w降解速率和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化較快[19]。溫度、水分是影響植物殘?bào)w礦化的重要環(huán)境因子，同時(shí)又有一定的互作效應(yīng)[20-21]。

由圖2可以看出，整個(gè)腐解期間，土壤溫度（ST）呈倒“S”變化，土壤含水量（WS）在腐解前期0～150 d 變化不大，腐解中后期150～360 d 波動(dòng)變化，3 種秸稈的含水量在0～150 d 上升，150～210 d 下降，210～ 270 d 急劇上升，270～360 d 下降。直到腐解結(jié)束，農(nóng)田土壤含水量較埋入初期高出105.6%，而土壤中FB、FC 和FCN 處理的最終含水量分別較埋入初期高出119.9%、123.2%和111.2%，且整個(gè)腐解期土壤含水量相比秸稈含水量波動(dòng)變化較小。土壤溫度的變化隨季節(jié)溫度的變化而變化，而秸稈含水量的高低則與土壤含水量和季節(jié)降雨量有關(guān)。這可能是由于新鮮秸稈埋在20 cm 深處，秸稈本身的含水量損失較小，在高溫雨季時(shí)更容易增加秸稈含水量。而隨著溫度和水分的降低，降解速率也隨之減小。新鮮秸稈的含水量較高，容易抑制微生物活性，導(dǎo)致秸稈腐解速率減慢。

2.3 不同秸稈處理對微生物平均顏色變化率AWCD 的影響

圖2 農(nóng)田不同腐解期不同秸稈含水量及土壤含水量、土壤溫度的變化 Fig.2 Variation of straw water content，soil water content and soil temperature with type of the straw and decomposition stage in farmland

Biolog-Eco 板是基于氧化還原反應(yīng)的一種研究環(huán)境微生物群落代謝功能的載體[22]，其每孔的平均顏色變化率（AWCD）表征微生物群落碳源利用率， 反映了微生物活性及群落生理功能多樣性[16]，是土壤微生物群落利用單一碳源能力的一個(gè)重要指標(biāo)，反映了土壤微生物活性、微生物群落生理功能多樣性[23]。值越大表明微生物的活性越高，密度越大。

根據(jù)賈夏等[24]的結(jié)果，本研究均采用培養(yǎng)144 h的數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析微生物群落多樣性的變化（圖3）。可以看出，3 個(gè)秸稈處理土壤微生物群落代謝的AWCD 值隨培養(yǎng)時(shí)間的延長呈現(xiàn)波動(dòng)變化，尤其在240～300 d 之間隨著土壤溫度和秸稈含水量的劇烈變化，F(xiàn)B 和FC 處理土壤微生物群落代謝的AWCD值明顯較FCN 處理的波動(dòng)劇烈，這可能是因?yàn)镕CN處理是加氮處理后的玉米秸稈，在高溫、高濕環(huán)境中干擾了微生物對其碳源利用能力。農(nóng)田土壤微生物的AWCD 值在腐解初期0～60 d 相對較低，隨著腐解時(shí)間的延長呈上下波動(dòng)變化。整體而言，F(xiàn)B 處理土壤微生物群落代謝的AWCD 值波動(dòng)幅度最大，說明FB 處理土壤微生物活性低、密度小，其次為FCN 和FC 處理，農(nóng)田土壤微生物在腐解前期活性低、密度小，隨著腐解時(shí)間的延長土壤微生物活性升高，表現(xiàn)的越來越穩(wěn)定。整個(gè)腐解期，3 種秸稈處理隨著腐解時(shí)間的延長AWCD 值不斷波動(dòng)變化，最終均有所降低，至腐解試驗(yàn)結(jié)束，F(xiàn)B、FC 和FCN 處理土壤微生物群落代謝的AWCD 值分別降至原來的89.84%、95.88%和98.95%，農(nóng)田土壤的AWCD 值增至初始值的103.8%。方差分析發(fā)現(xiàn)，3 種不同秸稈處理中土壤微生物的AWCD 值均沒有顯著差異（P＞0.05），而在不同腐解時(shí)間差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），且秸稈類型與不同腐解時(shí)間的交互作用也達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）；農(nóng)田土壤微生物群落代謝的AWCD 值在不同腐解時(shí)間差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）[25]。

圖3 農(nóng)田土壤及不同秸稈在平均顏色變化率（AWCD）隨腐解時(shí)間的變化 Fig.3 Temporal variation of average well color development（AWCD）of the microbial community with the farmland soil and the type of the straw in different decomposition stage

2.4 不同秸稈腐解過程中微生物對6 類碳源的利用率

表征微生物活性的AWCD 值和微生物功能多樣性指數(shù)僅能反映土壤微生物的總體變化情況，并不能反映微生物群落代謝的詳細(xì)信息。微生物對不同碳源的利用可以反映微生物的代謝功能類群。為便于比較不同秸稈處理在整個(gè)腐解期中微生物對6類碳源的利用率情況，本研究選用秸稈腐解10、90、180、270、360 d 的結(jié)果來探討土壤微生物對六大類碳源利用的變化趨勢。由表1可以看出，F(xiàn)B、FC、FCN 處理的土壤微生物群落在腐解前后對芳香化合物的利用差異均不顯著，此外，F(xiàn)CN 處理的土壤微生物群落在腐解前后對多胺的利用差異不顯著之外，對其他4 種碳源利用差異顯著，且FB、FC 處理的土壤微生物群落在腐解前后對氨基酸、羧酸、糖類、多胺以及多聚物類的利用差異達(dá)到極顯著水平。直至腐解結(jié)束，F(xiàn)B、FC、FCN 處理土壤微生物群落對氨基酸的利用分別增至原來的 348.9%、368.1%、367.4%，對羧酸的利用分別增至297.9%、340.9%、229.3%，對糖類的利用分別增至244.4%、288.1%、198.5%，對多胺的利用分別增至333.3%、351.3%、156.5%，對多聚物的利用分別增至181.9%、276.6%、195.8%，對芳香化合物的利用則分別變成原來的144.7%、90.00%、70.45%。根據(jù)3 種秸稈處理對6 類碳源的利用情況可以看出，F(xiàn)B 處理土壤微生物群落的優(yōu)勢種群為多聚物和糖類代謝群，F(xiàn)C 處理土壤微生物群落的優(yōu)勢種群為糖類代謝群，F(xiàn)CN處理和農(nóng)田土壤微生物群落的優(yōu)勢種群均為糖類和多聚物代謝群。

表1 農(nóng)田土壤腐解過程中不同秸稈處理土壤微生物對六大類碳源的利用（144 h） Table1 Utilization of six categories of carbon sources by the strains of microbe in type of the straws and decomposition stage in farmland soil（144 h）

2.5 不同秸稈處理土壤微生物群落多樣性指數(shù)

由表2可以看出，3 種不同秸稈處理中土壤微生物的H值（豐富度）在腐解前后波動(dòng)較大，除了FCN 處理的H值在腐解前后差異顯著之外，F(xiàn)B 和FC 處理的H值均在腐解前后差異不大。直至腐解結(jié)束，F(xiàn)B、FC、FCN 處理土壤微生物群落的H值分別下降至初始值（10 d）的99.44%、99.16%和95.84%。根據(jù)方差分析的結(jié)果得出，3 種不同秸稈處理中土壤微生物群落的豐富度在腐解前后差異顯著，其中FB處理（平均值3.62）、FC 處理（平均值3.58）之間差異不顯著，F(xiàn)CN 處理（平均值3.53）與FB、FC 處理之間差異均顯著。農(nóng)田土壤中不同秸稈處理中土壤微生物群落的豐富度順序?yàn)镕B＞ FC＞FCN。

3 種不同秸稈處理中土壤微生物的D值（優(yōu)勢度）變化較小，基本上在0.95～0.96 之間。根據(jù)方差分析的結(jié)果，除FCN 處理的D值在腐解前后差異比較顯著外，F(xiàn)B、FC 處理的D值均在腐解前后差異不大，說明3 種秸稈隨著腐解時(shí)間的延長土壤微生物群落的優(yōu)勢度變化不明顯。

3 種不同秸稈處理中土壤微生物群落的E值（均勻度）與H值的變化比較相似。直至腐解結(jié)束，F(xiàn)B、FC、FCN 處理微生物群落的均勻度分別下降到初始階段（10 d）的98.13%、95.37%和94.50%。說明不同秸稈處理中土壤微生物群落的均勻度也在降低，除了FCN 處理的E值在腐解前后差異顯著之外，F(xiàn)B和FC 處理的E值也在腐解前后差異不大。其中FB處理（平均值1.07）、FCN 處理（平均值1.05）之間差異顯著，F(xiàn)C 處理（平均值1.06）與FB、FCN處理之間差異均不顯著。農(nóng)田土壤中不同秸稈處理中土壤微生物群落的均勻度順序?yàn)镕B＞FC＞FCN。

2.6 土壤性質(zhì)及不同秸稈處理中土壤微生物群落多樣性與秸稈殘留率的關(guān)系

相關(guān)分析表明（表3），3 種秸稈的腐解殘留率與土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤速效鉀、土壤溫度、氨基酸、多胺呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，此外FCN 處理的腐解殘留率還與土壤含水量、AWCD 值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與不同秸稈處理中土壤微生物群落的豐富度和均勻度呈極顯著相關(guān)關(guān)系。

表2 農(nóng)田土壤不同秸稈處理中土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)（144h） Table2 Richness，dominance and evenness indices of the straw microbial community for farmland soil relative to type of the straw returned（144 h）

表3 土壤性質(zhì)及不同秸稈處理中土壤微生物多樣性與不同秸稈腐解殘留率的相關(guān)性 Table3 Relationships of soil properties and straw microbial diversity with straw residual rate relative to type of the straw

這說明不同秸稈的腐解殘留率與不同秸稈處理中土壤微生物群落多樣性之間的關(guān)系不完全一樣，3種秸稈的腐解殘留率對土壤有效磷及不同秸稈處理中土壤微生物群落的糖類、羧酸、多聚物、芳香化合物的利用以及微生物群落的優(yōu)勢度無任何相關(guān)關(guān)系，而對土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、土壤溫度、氨基酸和多胺類的碳源利用方面影響較大。C/N 比適中的FCN 處理較FB、FC 處理受到的影響因素更多。

3 討 論

3.1 秸稈C/N 比對植物殘?bào)w腐解的影響

秸稈腐解的快慢與其自身的物質(zhì)條件和所處的環(huán)境因素有關(guān)。有研究表明，有機(jī)物料的C/N 是控制有機(jī)物料腐解和養(yǎng)分釋放的重要因素，秸稈C/N控制了氮素在土壤中的釋放量，影響微生物活性的高低[26-27]。本研究中3 種新鮮秸稈在相同的土壤環(huán)境中進(jìn)行腐解試驗(yàn)，其C/N 的大小順序?yàn)镕C＞FCN＞ FB，而3 種秸稈的腐解速度為FC＞FCN＞FB，說明玉米秸稈較大豆秸稈更容易腐解，這可能是因?yàn)殚L期試驗(yàn)站的土壤C/N 在8.3 左右，玉米秸稈較大豆秸稈更容易爭奪土壤中的氮素，使附著在秸稈的微生物加快秸稈的腐解速度。FCN 處理加氮處理后，C/N 適合微生物活動(dòng)的最佳比例，雖然體積比較大，比表面積小，與微生物接觸少，影響微生物的分解能力，但這種秸稈會在腐解中后期加快分解，與FB、FC 處理之間的差異逐漸拉開，這與王曉玥等[7]的研究結(jié)果是一致的。此外，F(xiàn)CN 處理添加尿素作為微生物的氮源物質(zhì)，在腐解過程中，可以增加秸稈周圍微生物的數(shù)量，快速增長微生物群落，提高微生物功能的多樣性，這與Hoyle 等[28]研究結(jié)果相似。FB 處理由于C/N 比較低，在腐解過程中，自身的氮素可能受到水分的限制釋放速度較慢，需要通過尼龍網(wǎng)袋讓外界土壤微生物平衡適應(yīng)到一定程度，刺激腐解微生物對秸稈的分解速度。因此，F(xiàn)B 處理在整個(gè)腐解期的腐解殘留率最高。

3.2 土壤溫度、土壤含水量和秸稈含水量對植物殘?bào)w腐解的影響

Avrahami 等[29]研究發(fā)現(xiàn)微生物群落功能多樣性受土壤溫濕度的影響，主要表現(xiàn)在影響土壤中一些微生物群落的生長繁殖和生理機(jī)能，以及可溶性有機(jī)物的含量，秸稈分解速度的快慢，直接造成底物供給差異，導(dǎo)致微生物群落活性和功能不同[30]。土壤溫度明顯影響3 種秸稈腐解殘留率，土壤含水量僅對FCN 處理的腐解殘留率有影響，而FB、FC處理的含水量影響其自身的腐解殘留率，說明秸稈含水量高并不一定能加快腐解速度，這可能是因?yàn)樾迈r秸稈質(zhì)量大，分解需要更多的能量，同時(shí)其體積較大，比表面積小，降低了微生物對秸稈的分解作用，所以整個(gè)腐解期殘留率變化不大，這與Ibrahim 等[31]的研究是一致的。本研究中在秸稈腐解270 d 時(shí)，秸稈含水量隨著降雨量增加導(dǎo)致土壤含水量達(dá)到最大值，秸稈腐解微生物功能多樣性指數(shù)隨著土壤溫度升高而降低，秸稈腐解微生物的AWCD值和對六大類碳源的利用相對整個(gè)腐解期較高，隨著腐解時(shí)間的延長，土壤溫度、土壤含水量以及秸稈含水量的變化對土壤微生物群落的影響呈波動(dòng)變化，與周桂香等[32]的研究不太一致。這可能是因?yàn)榇筇镌囼?yàn)受到的影響因素更多導(dǎo)致的，在高溫高濕環(huán)境下，土壤微生物活性較強(qiáng)，秸稈中的養(yǎng)分本應(yīng)相對釋放較快，但是秸稈含水量較高，導(dǎo)致O2不足，不利于土壤與秸稈間可溶性物質(zhì)的擴(kuò)散和遷移，影響土壤中好氧微生物對秸稈的分解。

3.3 不同秸稈處理中土壤微生物群落對植物殘?bào)w腐解的影響

隨著腐解時(shí)間的增加，易腐解的物質(zhì)不斷減少，難分解的復(fù)雜化合物逐漸積累。利用Biolog 法測定微生物活性時(shí)發(fā)現(xiàn)，秸稈在水熱條件好的地區(qū)經(jīng)過分解后其微生物活性不斷降低，導(dǎo)致AWCD 值表現(xiàn)出隨水熱條件增加而降低的趨勢[7]。Kemmitt[33]以及Fierer[34]等發(fā)現(xiàn)碳中殘留的復(fù)雜化合物的分解不是由微生物驅(qū)動(dòng)的，而是在長期分解的過程之后，微生物碳源代謝活性隨著水熱條件增加而降低的趨勢逐漸減弱，這與本研究的研究結(jié)果是一致的。

通過研究發(fā)現(xiàn)，3 種秸稈中只有FCN 處理隨腐解時(shí)間的延長，整體AWCD 值變化不大，說明FCN處理的土壤微生物活性相對比較穩(wěn)定，而FB 和FC處理在不同時(shí)期下降的程度略有不同。3 種不同秸稈處理中土壤微生物群落的優(yōu)勢種群主要為糖類和多聚物類代謝群，糖類物質(zhì)組分容易分解，在被微生物分解利用的同時(shí)又可以作為次生代謝物產(chǎn)生[2]。研 究發(fā)現(xiàn)，微生物群落的優(yōu)勢種群以多聚物類代謝群為主，容易降低微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[35]，從而導(dǎo)致腐解殘留率增加，微生物群落的優(yōu)勢種群以糖類和氨基酸類代謝群為主，土壤微生物可以利用的碳源則趨于穩(wěn)定[36]，因此FC、FCN 處理比FB 處理的腐解速度要快，這與本研究中不同秸稈腐解殘留率變化的主要趨勢一致。不同秸稈中最弱碳代謝群落均為芳香化合物代謝群，且芳香化合物不易分解，這與張海涵等[37]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。整個(gè)研究結(jié)果說明糖類和多聚物類代謝群是這3 種不同秸稈處理中土壤微生物群落變化的敏感碳源，與王靜婭等[38]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同。隨著腐解時(shí)間的延長，不同秸稈處理中土壤微生物群落的豐富度最終降低，且不同秸稈處理中土壤微生物群落的均勻度隨之下降。Kunito 和Nagaoka[39]指出秸稈類型對微生物群落功能多樣性有顯著影響，與本研究結(jié)論一致。綜上所述，多聚物類代謝群成為制約秸稈腐解殘留率的關(guān)鍵組分，如何在秸稈還田中進(jìn)行有效處理，達(dá)到資源充分利用值得考慮。

Biolog 技術(shù)可以快速測定不同秸稈處理中土壤微生物群落的功能多樣性，只能對不同秸稈處理中土壤微生物群落活性與功能進(jìn)行分析，不能全面反映不同秸稈處理中土壤微生物群落的多樣性。因此，結(jié)合其他先進(jìn)技術(shù)手段，才能更全面認(rèn)識到秸稈在腐解過程中微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，從而為秸稈有效還田研究奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)養(yǎng)地用地提供更有力的依據(jù)。

4 結(jié) 論

新鮮秸稈腐解速度為玉米秸稈大于大豆秸稈。土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、土壤溫度、氨基酸和多胺類的碳源利用方面對秸稈腐解殘留率的影響比較大，土壤含水量和秸稈含水量的高低在一定程度上影響不同秸稈的腐解殘留率。在腐解過程中3 種不同秸稈處理中土壤微生物的優(yōu)勢種群主要以糖類和多聚物為主，且隨著芳香化合物在腐解中后期逐漸累積，基本上表現(xiàn)為對芳香化合物的利用最弱。隨著腐解時(shí)間的延長，3 種不同秸稈處理中土壤微生物群落穩(wěn)定性逐漸發(fā)生變化。尤其在腐解中后期高溫高濕環(huán)境下，不同秸稈處理中土壤微生物群落之間的差異越來越明顯。在腐解結(jié)束時(shí)，加氮的FCN 處理土壤微生物群落差異明顯大于不加任何處理的秸稈。秸稈還田時(shí)，調(diào)整秸稈適宜的C/N，篩選降解多聚物類代謝群的微生物菌劑，可以促進(jìn)秸稈的分解效果，提高秸稈還田的利用率。