不同耕作方式對稻田土壤微生物的影響

程教擘，陳力力，李夢丹，劉 金，鄒應斌

（1. 湖南農業大學食品科技學院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協同創新中心，湖南長沙 410128；3. 食品科技和生物技術湖南重點實驗室，湖南 長沙 410128）

不同耕作方式對稻田土壤微生物的影響

程教擘1, 3，陳力力1, 2, 3，李夢丹1, 2, 3，劉 金1, 2, 3，鄒應斌1, 2, 3

（1. 湖南農業大學食品科技學院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協同創新中心，湖南長沙 410128；3. 食品科技和生物技術湖南重點實驗室，湖南 長沙 410128）

通過對土壤細菌、放線菌、真菌的平板培養法計數以及土壤因子的常規方法測定，研究水稻—油菜免耕復種（NT）、傳統翻耕（CT）稻田土壤可培養的微生物數量和菌相。結果表明，免耕土壤微生物總數比翻耕土壤增加7%，其中免耕土壤放線菌及真菌數量多于翻耕土壤，但對土壤微生物菌相沒有明顯改變，2種耕作方式3大類群微生物數量均為細菌＞放線菌＞真菌；隨著土層加深，微生物數量逐漸減少；免耕土壤有機質、全氮含量均高于翻耕土壤，分別增加31.62%和13.5%。水稻—油菜免耕復種耕作方式有利于土壤微生物生長繁殖和提高土壤肥力。

免耕；翻耕；土壤微生物數量；土壤因子

土壤能提供微生物生長的營養條件和環境條件，因此土壤中的微生物數量和種類非常豐富，有原核微生物如細菌、藍細菌、放線菌及超顯微結構微生物，以及真核生物如真菌、藻類、地衣和原生動物等多種微生物；1 g干重農田土壤含有幾百萬個細菌，數十萬個真菌孢子和數萬個原生動物和藻類。然而，土壤條件復雜多變，土壤化學成分之間相互作用以及不同耕作方式都能夠改變土壤微環境，進而改變這一生態環境內生活的微生物生長、代謝活力、生物與生物之間的相互作用和微生物的生存。

土壤耕作是農業生產中重要的農事活動之一，傳統翻耕方式在全球農業生產中一直占據著主導地位，這是因為傳統翻耕利用耕作機具的機械力量，可改變土壤的固、液、氣相狀態，構建合理的耕層結構，為作物生長發育提供良好的外部環境[1-4]。但是，長期頻繁的翻耕會導致嚴重的碳流失、水滲透能力下降和土壤健康受損，破壞生態環境，為此，早在20世紀30年代，美國、英國、澳大利亞、前蘇聯、加拿大、法國和日本等國家相繼開展了免耕試驗地的研究，并且應運而生了少免耕等保護性耕作措施[5]。實踐證明免耕能迅速改善土壤的理化性狀，提高土壤的供肥保肥能力，尤其是免耕結合前茬覆蓋和輪作的模式，能提高作物的產量[6-8]。該研究以油菜—水稻雙序列輪試驗田為例，研究免耕、翻耕土壤可培養的微生物數量和菌相變化，旨在為進一步探討不同耕作方式下土壤微生物的多樣性及其對土壤肥力的影響奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與處理

2014年秋季水稻收割后，在安鄉（AX）、農大（ND）和南縣（NX）不同試驗點采用正方形5點取樣法采集實行水稻—油菜雙序列輪作免耕（NT）和翻耕（CT）試驗田土樣104份。采樣時，使用土壤采樣器垂直插入土層，分0～15和15～30 cm上下兩層取樣，將樣品裝入無菌自封袋，現場編號帶回實驗室，用于測定土壤中3大類微生物的數量和土壤營養成分。

1.2 微生物數量測定

采用稀釋平板計數法進行細菌、放線菌及真菌的菌落計數。分別以稀釋倍數為104、105和106的土壤懸液接種牛肉膏蛋白胨培養基，置于37℃恒溫箱中培養細菌；以稀釋倍數為103、104和105的土壤懸液接種高氏一號合成培養基，置于28℃恒溫箱中培養放線菌；以稀釋倍數為102、103和104的土壤懸液接種馬丁氏孟加拉紅培養基，置于25℃恒溫箱中培養真菌。每個濃度樣品重復3次，細菌培養2 d、放線菌培養5 d、真菌培養7 d后，進行平板菌落計數和計算，以CFU/g報告結果。

1.3 土壤養分測定

采用常規方法測定土壤養分，即土壤有機質測定用重鉻酸鉀容量法；全氮測定用半微量凱氏法；速效磷用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法；土壤pH用電位測定法以水土比為2.5∶1測定。

1.4 統計分析方法

數據均采用Excel 2007進行統計分析。

2 結果與討論

2.1 不同耕作方式對土壤微生物數量的影響

免耕土壤NT中微生物數量多于翻耕土壤CT，微生物總數增加7%（表1），說明免耕可增加耕層土壤微生物數量，該研究結果與文獻報道的一致。有較多報道認為[9-10]，土壤中微生物數量和種類受到諸如地理位置、耕作制度、土壤層次、土壤肥力、種植植被、氣候變化及土壤類型等因素的影響，由于免耕處理不耕不耙并有殘茬覆蓋，可減輕雨水對表土的沖擊和土粒的移動，減少地面徑流和土面水分蒸發，防止土壤板結；可增加土壤各級水穩性團聚體，尤其是大團聚體的數量，而且已經發現大團聚體中的微生物生物量比微團聚體中的高。同時，免耕可減少大、中孔隙數量，增加小孔隙數量，維持毛管孔隙度相對穩定，有利于土壤水分和土壤空氣的消長平衡，增大土壤對環境水、熱變化的緩沖能力；另外免耕避免了翻耕導致的土壤團聚體的分裂和表層土壤中有機質的消耗，使得土壤化學性狀顯著改善。因此，免耕所創造的土壤條件與翻耕不同，免耕能為微生物的生命活動創造更好的微環境，土壤微生物的數量較翻耕土壤中有所增加。

表1不同處理對土壤微生物數量的影響

2.2 不同耕作方式對土壤3大類群微生物的影響

細菌、放線菌、真菌對氧和pH等生長條件要求有所不同，生態屬性有差別，因此，在同一環境條件下的數量及所占比例是不同的。該研究結果表明免耕及翻耕土壤中，3大類群土壤微生物的數量是細菌＞放線菌＞真菌（表2），分別為×107CFU/g、×106CFU/g、×104CFU/g，并且細菌數量遠大于放線菌和真菌數量，占有絕對優勢，兩種耕作方式比較，NT細菌數量比CT高10%。已有研究表明免耕免除了一切機械擾動，作物殘留物對上層土壤肥力影響大，隨著土層深度的加深，水熱和通氣狀況變差，由此可以預料這種土壤條件將首先影響土壤微生物的垂直分布[11-12]。從表2可知，除安鄉免耕土壤樣品（AXNT）外，各同組樣品的上層土壤細菌數量均明顯高于下層土壤數量。然而，盡管免耕土壤細菌總數量高于翻耕土壤，但免耕土壤樣品上下層菌數之比略小于翻耕土壤樣品，這可能是因為土壤中細菌種類很多，好氧菌在該研究的需氧情況下，37℃培養48 h能夠正常生長繁殖，而厭氧或微需氧菌、有特殊營養要求的以及非嗜中溫的細菌，由于培養條件不能滿足其生理需求，難以在此繁殖生長所造成的。

表2不同處理下耕層土壤3大類群微生物數量

Kahlon[13]通過22 a耕作試驗得出，免耕0～20 cm土壤有機碳含量較翻耕增加約30%，對于異養微生物土壤放線菌、真菌而言這無疑是良好的營養基質來源，且土壤放線菌、真菌多為好氣性微生物，免耕土壤的孔隙分布較合理，小孔隙數量較多，毛管孔隙度相對穩定，能提供良好的通氣條件，因此，免耕土壤放線菌及真菌數量多于翻耕土壤，上層土壤的數量明顯多于下層土壤。如表2所示，上層免耕土壤放線菌數量比翻耕土壤放線菌數量多1.39～2.40倍，而下層僅多1.21～1.26倍；上層免耕土壤真菌數量比翻耕土壤真菌數量多1.85～3.80倍，而下層僅多1.08～1.31倍。

2.3 不同處理對土壤因子的影響

早在1995年，人們注意免耕不僅使土壤中細菌和真菌的生物量均較高，而且有利于土壤有機碳和有機氮的積累；而翻耕的耕作活動加速了土壤微生物對有機質的消耗，導致土壤有機碳、氮含量降低，同時其土壤中的微生物數量和生物量也顯著減少[14]。如表1所示，該研究結果與文獻報道一致，免耕土壤樣品的有機質、全氮含量均高于翻耕土壤樣品，分別增加31.62%和13.5%，并且微生物數量多。土壤微生物在土壤養分轉化和腐殖質形成的過程中發揮著非常重要的作用，微生物的數量及活動與土壤肥力相互影響、密切相關，微生物數量越多越活躍，物質循環越快，養分的積累也就越快，使得土壤肥力提高[15]。因此免耕有利于增加微生物數量和生物量，微生物旺盛的代謝活動有助于改善生態環境、培肥地力、提高作物產量和提高資源利用效率。邊三根等[16]所開展的二晚水稻免耕與翻耕拋栽對比試驗更進一步證明了這一觀點，其試驗結果表明，免耕比翻耕拋栽可增產19.5 kg/667m2、增收112.7元/667m2，并且生育期要短約2 d，這在寒露風來得較早的年份，更有利于提高結實率和千粒重；分析其原因為免耕使肥料相對集中在耕地表層，使禾苗吸收快，從而返青快、分蘗早、成穗率高、穗大粒多。

圖1不同處理下土壤因子的變化

3 結 論

不同耕作方式對土壤微生物的生長繁殖造成不同影響，免耕能夠在一定程度上改善微生物生長的微環境，因此，與翻耕相比免耕可使稻田可培養土壤微生物數量增加，其中3大類群微生物的數量細菌＞放線菌＞真菌。在稻田土壤環境中，土壤微生物既是營養基質的消費者，也是有機物的主要分解者和生態系統中的初級生產者，它們在消耗有機質等養分自生生長繁殖的同時，吸收養分，使養分免于流失，并且新陳代謝形成多種代謝產物，促進了土壤養分轉化和腐殖質形成。因此，免耕增加了微生物數量，結合前茬覆蓋和輪作的模式，能更好地改善土壤肥力，提高作物產量。

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（責任編輯：肖彥資）

Effects of Different Tillage Methods on Soil Microorganisms in Rice Field

CHENG Jiao-bo1,3，CHEN Li-li1,2,3，LI Meng-dan1,2,3，LIU Jin1,2,3，ZOU Ying-bin1,2,3
（1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha 410128, PRC; 3. Hunan Provincial Key Laboratory of Food Science and Biotechnology, Changsha 410128, PRC）

The total colony count of bacteria, actinomycetes and fungi was determined by plate counting method and soil factors was determined by conventionalmethods for researching the soil microbial quantity and composition in no-tillage and conventional-tillage.The results showed thatthe total number of soil microorganisms in no tillage was 7% higher than that in plowed soil, among them, the number of actinomycetes and fungi in no tillage soil was more than that in plowed soil,but there were no obvious changes in soil microflora, the number of microorganisms in 3 groups of 2 tillage methods was bacteria ＞ Actinomyces ＞ fungi; With the deepening of soil layer, the number of microorganisms decreased gradually; the soil organic matter and total nitrogen content of the no tillage soil were higher than those in the tillage soil, with an increase of 31.62% and 13.5% respectively. No tillage and multiple cropping method between rice and rape is beneficial to the growth and reproduction of soil microorganisms and the improvement of soil fertility.

no tillage; tillage; soil microbial biomass; soil factors

S154

：A

：1006-060X（2017）08-0008-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.003

2017-06-20

國家水稻產業技術體系栽培與土肥崗位專家項目（CARS-01-34）

程教擘（1995-），男，湖南衡陽市人，本科生，研究方向為微生物學。

陳力力，鄒應斌