秸稈還田對棉田土壤微生物和土壤呼吸速率的影響

李金埔+王雙磊+張美玲+聶君君+劉艷惠+宋憲亮+孫學振

摘要：通過基質誘導呼吸法和CO2釋放量法研究了棉花秸稈還田對棉田土壤微生物生物量碳、土壤微生物活性和土壤呼吸速率的影響。結果表明，棉花秸稈還田提高了土壤微生物生物量碳含量，不同年份和土層土壤微生物生物量碳含量的變化趨勢有所不同，兩年試驗結果0～20 cm土層除2012年8月和9月份外其它時期和20～40 cm土層除2013年8月份外其余時期土壤微生物生物量碳的含量均是秸稈還田顯著高于秸稈未還田，而40～60 cm土層差異均未達顯著水平。土壤微生物活性在不同年份和不同土層，除20～40 cm 2013年4月和9月份以及40～60 cm土層的2013年5月和8月份差異未達顯著水平外，其它時期秸稈還田均顯著高于未還田處理。秸稈還田提高了土壤呼吸速率，不同年份和不同土層，除20～40 cm的2012年9月份和2013年6月份以及40～60 cm土層的2012年6月份、2013年5月份差異未達顯著水平外，其它時期秸稈還田均顯著高于未還田處理。

關鍵詞：棉花；秸稈還田；土壤微生物；生物量碳；土壤呼吸速率

中圖分類號：S158.5文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）09-0069-05

秸稈還田能改變土壤的水分、溫度和空氣等環境條件，從而導致土壤物理化學和生物學性狀的變化。秸稈還田是最普遍采用的農業生產方式之一， 其對土壤呼吸有著重要的影響，是現在和今后秸稈資源利用的主要途徑[1，2]。土壤微生物在有機質分解和養分循環以及植物養分利用的過程中發揮著十分關鍵的作用[3，4]。微生物生長和死亡的交替過程也就是土壤養分固定和釋放的過程，微生物生物量的大小可以表明微生物代謝活動的強弱[5]。土壤微生物生物量是植物生長所需養分和土壤養分貯存庫的重要來源[6，16]， 同時是反映土壤變化的重要指標，受種植方式和農業管理措施的影響很大[7，8]。土壤結構和有機質轉化也影響土壤微生物活性[17]。但現在應用微生物指標的主要困難在于不了解土壤與土壤生物群落特性和結構間的關系，對具體指標好壞的標準也并不特別清楚[9]。當前國內外對土壤微生物的研究主要集中于耕作方式、培肥措施等方面[10，11]，不同耕作方式對土壤改變程度不同，形成了各不相同的土壤環境，可能會造成土壤呼吸和微生物量的不同。目前對小麥、水稻、玉米等作物秸稈還田的研究較多，并且推廣面積大，而棉花作為主要的經濟作物，秸稈還田的推廣應用面積還很有限，特別是關于棉花秸稈還田對棉田土壤微生物影響的研究更少。因此，本試驗設計秸稈還田和秸稈不還田兩個處理，來探討秸稈還田對棉田土壤微生物的影響，從而為棉花秸稈還田大面積推廣應用提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料與設計

試驗于2012～2013年在德州市經濟開發區進行。供試棉花品種為德農09068，自2010年棉花收獲后開始秸稈還田，選擇總面積6 300 m2地力水平一致的地塊，一半進行秸稈還田（秸稈粉碎后旋耕），一半拔除棉柴，其它田間管理操作一致，次年棉花收獲后重復上年田間操作。分別于2012、2013年春季開始，每處理設3次重復進行田間取樣。

1.2取樣方法

在棉花不同生育期（4、5、6、7、8、9月）取行間土樣，分0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm三個層次。每小區取三點，取樣時去掉表層雜質，立即放入冰盒帶回，在實驗室分類別混勻后，用四分法取樣，按不同試驗要求處理土樣。

1.3測定項目與方法

1.3.1基質誘導呼吸法測定土壤微生物生物量碳取2 g鮮土加入0.025 g滑石粉和10 mmol/g葡萄糖溶液5 mL，在22℃下培養2 h測定CO2呼吸量[7]。

1.3.2CO2釋放量法測定土壤微生物活性取3 g鮮土放入280 mL試劑瓶中，22℃下培養24 h后測定CO2呼吸量[12]。

1.3.3CO2釋放量法測定土壤呼吸速率取3 g鮮土放入280 mL試劑瓶中，在28℃下培養24 h后測定CO2呼吸量[12]。

以上均用北京分析儀器廠生產的GXH-3051型便攜式紅外線分析儀測定CO2的產生量，土壤均以干重計算。

2結果與分析

2.1秸稈還田對棉田土壤微生物生物量碳的影響

土壤微生物生物量碳和氮是反映土壤干擾的靈敏的生物學指標，其數量受施肥、耕作等技術措施的影響。因此經常作為土壤對環境響應的指標。從圖1可以得出，土壤微生物生物量碳的含量在不同年份均是秸稈還田高于未還田，但不同年份不同土層土壤微生物生物量碳含量的變化趨勢不完全一致。0～20 cm土層，2012年8月、9月秸稈還田處理土壤微生物生物量碳與未還田處理比較差異未達顯著水平，其余時期秸稈還田處理土壤微生物生物量碳顯著高于秸稈未還田處理；2013年各時期秸稈還田處理的土壤微生物生物量碳均顯著高于秸稈未還田處理。20～40 cm土層，除2013年8月外其余時期的秸稈還田處理的土壤微生物生物量碳的含量均顯著高于秸稈未還田處理。40～60 cm土層，2012年和2013年在棉花所有生育時期土壤微生物生物量碳的含量，秸稈還田處理和未還田處理之間差異不顯著。

2.2秸稈還田對棉田土壤微生物活性的影響

土壤微生物活性可以表明土壤中一些特殊種群或整個微生物群落的狀況，相同數量的微生物的活性在不同條件下表現出很大差異。由圖2可以看出，在不同年份土壤微生物活性均是秸稈還

田高于未還田處理，但不同年份的土壤微生物活性變化趨勢不完全一致。0～20 cm土層， 2012年和2013年各個生育時期，秸稈還田土壤微生物活性與秸稈未還田比較差異達顯著水平；20～40 cm土層，除2013年4月和9月秸稈還田土壤微生物活性和未還田之間差異未達顯著水平外，其余時期，兩處理間差異均達顯著水平；40～60 cm土層，除在2013年5月和8月兩處理間差異未達顯著水平外，其余時期秸稈還田處理土壤微生物活性均顯著高于未還田處理。endprint

2.3秸稈還田對棉田土壤呼吸速率的影響

土壤呼吸是表征土壤肥力和質量的重要生物學指標，在一定程度上反映了土壤養分的供應和轉化能力。由圖3可知，土壤呼吸速率在不同年份均是秸稈還田處理高于未還田處理，但不同年份土壤呼吸速率的變化趨勢不完全一致。0～20 cm土層，兩年的各個生育時期，秸稈還田土壤呼吸速率均顯著高于未還田處理； 20～40 cm土層，除2012年9月份和2013年6月份秸稈還田土壤呼吸速率和未還田間差異未達顯著水平外，其余生育時期秸稈還田土壤呼吸速率均顯著高于未還田處理； 40～60 cm土層，除2012年6月份和2013年5月份秸稈還田土壤呼吸速率和未還田間差異未達顯著水平，其余各時期，秸稈還田處理土壤呼吸速率均顯著高于秸稈未還田。

3討論與結論

3.1土壤微生物生物量碳是土壤養分很重要的來源，微生物對有機碳的利用率越高，維持相同微生物量所需的能量就越少，說明土壤環境有利于生物和作物的生長[13]。無論是小麥秸稈還是玉米秸稈還田后都可以提高土壤微生物生物量碳的含量， 因為秸稈還田改善土壤理化性質的同時增加了土壤有機質的含量， 為土壤微生物的生長繁殖提供了良好的環境[14]。本研究結果表明，秸稈還田提高了土壤微生物生物量碳的含量，2012年和2013年土壤微生物生物量碳的含量變化趨勢有所不同，主要原因可能是土壤微生物生物量碳的含量除主要受土壤有機質含量的影響，還受氣候條件的影響，兩年試驗的8月份土壤微生物生物量碳含量的降低可能與該時期有機質含量降低有關，也與該時期降水增多導致土壤含水量升高而不利于土壤微生物量碳的轉化有關。

3.2秸稈還田提高了土壤微生物活性。2012年土壤微生物活性在7月份達到最大值，8月份達到最小值；2013年土壤微生物活性在6月份達到最大值，8月份達到最小值。其原因可能在于2012年降水主要集中在8月份，而2013年7月和8月份降水均較多，降水導致的土壤環境變化而不利于土壤微生物的繁殖。

3.3陳錫時等[15]研究表明，土壤空氣中CO2濃度隨植株生育階段呈規律性變化。本研究表明，秸稈還田顯著提高了土壤呼吸速率，但是土壤呼吸速率的變化趨勢與植株生育變化趨勢并不一致，這說明對植株生長發育的影響條件與對土壤呼吸速率的影響條件并不完全一致。土壤呼吸包括土壤中含碳物質化學氧化過程和土壤無脊椎動物呼吸、土壤微生物呼吸以及植物根系呼吸，秸稈還田引起的土壤呼吸改變的時間效應仍需要更深入的研究，而關于土壤呼吸的影響因素也有待于進一步研究。

參考文獻：

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[10]孫瑞蓮，朱魯生，趙秉強，等.長期施肥對土壤微生物的影響及其在養分調控中的作用[J].應用生態學報，2004，15（10）：1907-1910.

[11]張娟，沈其榮，蔡相魯，等. 預處理秸稈與氮肥配施對兩種土壤微生物量碳、氮動態變化的影響[J]. 山東農業科學，2009（6）： 82-85，108.

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[13]趙慶龍，張美玲，李宗泰，等.蒜棉麥棉套作對棉田土壤微生物生物量碳及活性的影響[J].山東農業科學，2011（10）：51-53，69.

[14]孟凡喬， 吳文良， 辛德惠. 高產農田土壤有機質、養分的變化規律與作物產量的關系[J]. 植物營養與肥料學報， 2000，6（4）：370-374.

[15]陳錫時，郭樹凡，汪景寬，等.地膜覆蓋栽培對土壤微生物種群和生物活性的影響[J].應用生態學報，1998，9（4）：435-439.

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[17]Garcia C， Hemandez T， Costa F. Microbial activity in soil under Mediterranean environmental conditions[J]. Soil Biology and Biochemistry，1994，26（9）：1185-1191.endprint

2.3秸稈還田對棉田土壤呼吸速率的影響

土壤呼吸是表征土壤肥力和質量的重要生物學指標，在一定程度上反映了土壤養分的供應和轉化能力。由圖3可知，土壤呼吸速率在不同年份均是秸稈還田處理高于未還田處理，但不同年份土壤呼吸速率的變化趨勢不完全一致。0～20 cm土層，兩年的各個生育時期，秸稈還田土壤呼吸速率均顯著高于未還田處理； 20～40 cm土層，除2012年9月份和2013年6月份秸稈還田土壤呼吸速率和未還田間差異未達顯著水平外，其余生育時期秸稈還田土壤呼吸速率均顯著高于未還田處理； 40～60 cm土層，除2012年6月份和2013年5月份秸稈還田土壤呼吸速率和未還田間差異未達顯著水平，其余各時期，秸稈還田處理土壤呼吸速率均顯著高于秸稈未還田。

3討論與結論

3.1土壤微生物生物量碳是土壤養分很重要的來源，微生物對有機碳的利用率越高，維持相同微生物量所需的能量就越少，說明土壤環境有利于生物和作物的生長[13]。無論是小麥秸稈還是玉米秸稈還田后都可以提高土壤微生物生物量碳的含量， 因為秸稈還田改善土壤理化性質的同時增加了土壤有機質的含量， 為土壤微生物的生長繁殖提供了良好的環境[14]。本研究結果表明，秸稈還田提高了土壤微生物生物量碳的含量，2012年和2013年土壤微生物生物量碳的含量變化趨勢有所不同，主要原因可能是土壤微生物生物量碳的含量除主要受土壤有機質含量的影響，還受氣候條件的影響，兩年試驗的8月份土壤微生物生物量碳含量的降低可能與該時期有機質含量降低有關，也與該時期降水增多導致土壤含水量升高而不利于土壤微生物量碳的轉化有關。

3.2秸稈還田提高了土壤微生物活性。2012年土壤微生物活性在7月份達到最大值，8月份達到最小值；2013年土壤微生物活性在6月份達到最大值，8月份達到最小值。其原因可能在于2012年降水主要集中在8月份，而2013年7月和8月份降水均較多，降水導致的土壤環境變化而不利于土壤微生物的繁殖。

3.3陳錫時等[15]研究表明，土壤空氣中CO2濃度隨植株生育階段呈規律性變化。本研究表明，秸稈還田顯著提高了土壤呼吸速率，但是土壤呼吸速率的變化趨勢與植株生育變化趨勢并不一致，這說明對植株生長發育的影響條件與對土壤呼吸速率的影響條件并不完全一致。土壤呼吸包括土壤中含碳物質化學氧化過程和土壤無脊椎動物呼吸、土壤微生物呼吸以及植物根系呼吸，秸稈還田引起的土壤呼吸改變的時間效應仍需要更深入的研究，而關于土壤呼吸的影響因素也有待于進一步研究。

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2.3秸稈還田對棉田土壤呼吸速率的影響

土壤呼吸是表征土壤肥力和質量的重要生物學指標，在一定程度上反映了土壤養分的供應和轉化能力。由圖3可知，土壤呼吸速率在不同年份均是秸稈還田處理高于未還田處理，但不同年份土壤呼吸速率的變化趨勢不完全一致。0～20 cm土層，兩年的各個生育時期，秸稈還田土壤呼吸速率均顯著高于未還田處理； 20～40 cm土層，除2012年9月份和2013年6月份秸稈還田土壤呼吸速率和未還田間差異未達顯著水平外，其余生育時期秸稈還田土壤呼吸速率均顯著高于未還田處理； 40～60 cm土層，除2012年6月份和2013年5月份秸稈還田土壤呼吸速率和未還田間差異未達顯著水平，其余各時期，秸稈還田處理土壤呼吸速率均顯著高于秸稈未還田。

3討論與結論

3.1土壤微生物生物量碳是土壤養分很重要的來源，微生物對有機碳的利用率越高，維持相同微生物量所需的能量就越少，說明土壤環境有利于生物和作物的生長[13]。無論是小麥秸稈還是玉米秸稈還田后都可以提高土壤微生物生物量碳的含量， 因為秸稈還田改善土壤理化性質的同時增加了土壤有機質的含量， 為土壤微生物的生長繁殖提供了良好的環境[14]。本研究結果表明，秸稈還田提高了土壤微生物生物量碳的含量，2012年和2013年土壤微生物生物量碳的含量變化趨勢有所不同，主要原因可能是土壤微生物生物量碳的含量除主要受土壤有機質含量的影響，還受氣候條件的影響，兩年試驗的8月份土壤微生物生物量碳含量的降低可能與該時期有機質含量降低有關，也與該時期降水增多導致土壤含水量升高而不利于土壤微生物量碳的轉化有關。

3.2秸稈還田提高了土壤微生物活性。2012年土壤微生物活性在7月份達到最大值，8月份達到最小值；2013年土壤微生物活性在6月份達到最大值，8月份達到最小值。其原因可能在于2012年降水主要集中在8月份，而2013年7月和8月份降水均較多，降水導致的土壤環境變化而不利于土壤微生物的繁殖。

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