不同耕作方式對農田夏玉米土壤微生物的影響

劉水

摘要 [目的]研究不同耕作方式對夏玉米農田土壤肥力和土壤微生物活動的影響，有利于農業生產的可持續發展。[方法]采用基質誘導呼吸法和CO2釋放量法，對秸稈還田處理下不同耕作方式（深松耕、免耕和常規耕作）對夏玉米農田土壤微生物活性、土壤理化性質和土壤呼吸速率的影響進行研究。[結果]深松耕、免耕和常規耕作明顯增加了0～10 cm土層土壤微生物生物量碳和微生物活性，土壤表現出“上富下貧”的現象;在苗期和開花期土壤呼吸速率增加，在灌漿期和收獲期土壤呼吸速率降低，深松耕和免耕比常規耕作能顯著降低土壤呼吸;深松耕和免耕方式可以增加土壤含水量和黏粒含量。[結論]該研究為建立西北旱區夏玉米農田合理高效的耕作方式 提供科學依據。

關鍵詞 耕作方式;夏玉米;土壤;微生物

中圖分類號 S154.3文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2018）34-0091-03

我國西北旱作農田面積為7 391萬hm 約占耕地總面積的57%[1]。土壤肥力的降低導致土壤可持續生產能力降低[2]。西北黃土高原地區一般采用鏵式犁作為耕具對農田進行常規翻耕，加大了土壤的裸露面積，導致土壤侵蝕進一步加劇[3]。不同耕作方式能夠影響土壤中微生物活動，改變土壤的理化性質。李玉潔等[4]研究表明，旱作麥田長期不合理的耕作會導致土壤含水量下降和影響土壤微生物活動。Lienhard等[5]研究表明，秸稈還田能夠改良土壤的物理化學性質，增加微生物群落的多樣性和穩定性。目前關于秸稈還田免耕與常規耕作結合對土壤微生物活動的影響研究較多，而對深松耕、免耕和常規耕作結合下的研究較少[6-7]。筆者研究了秸稈還田下深松耕、免耕和常規耕作3種耕作方式對夏玉米農田微生物生物量碳、微生物活性、土壤理化性質和土壤呼吸速率的影響，從微生物調控方面解釋不同耕作方式對夏玉米微生物活性等方面的影響，進而為西北旱區農田合理高效的耕作制度提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于陜西省神木縣六道溝流域，是黃土高原典型的水蝕風蝕交錯帶（110°21′～110°23′E、38°46′～48°51′N）。該流域既屬于黃土高原向毛烏素沙漠過渡、森林草原向典型干旱草原過渡地帶，又屬于流水作用的黃土丘陵區向干燥剝蝕作用的鄂爾多斯高原過渡的水蝕風蝕交錯帶，是典型的水蝕風蝕交錯帶生態環境脆弱區。其地形特點為典型的蓋沙黃土丘陵區，屬中溫帶半干旱氣候，冬春季干旱少雨，多風沙，夏秋多雨，且多暴雨及冰雹，流域面積為6.89 km 流域海拔為1 094.0～1 273.9 m，年均降水量437.4 mm，且6—9月降水量占全年的80.93%，主要土壤類型為綿沙土。

1.2 研究方法

該試驗為長期定位試驗，于2017年進行，試驗設3種耕作方式：秸稈還田深松耕（DPT）、秸稈還田免耕（NT）和秸稈還田常規耕作（PT）。試驗設3個重復，3個小區，每個小區面積225 m2（15 m×15 m）。種植制度為夏玉米一年一熟，供試品種為鄭單958，于2017年5月播種，密度為66 600株/hm 于10月收獲。其中，夏玉米基施氮200 kg/hm P2O5150 kg/hm2和K2O 150 kg/hm2。

2017年6—10月夏玉米苗期、開花期、灌漿期和收獲期采集樣品，用土鉆分別取0～10和10～20 cm土層土壤樣品，每個耕作方式采用“S”形隨機采取5個點，混合均勻后代表樣方土壤樣品，樣品過2 mm篩以去除土壤可見的雜質，并將樣品保存在4 ℃冰箱，待測定結束。

1.3 測定項目與方法

土壤微生物生物量碳采用底物誘導呼吸法。取5 g鮮土盛于280 mL試劑瓶中，加入30 mg葡萄糖粉末和0.025 g滑石粉在22 ℃培養2 h測定CO2呼吸量，然后根據CO2釋放速率與微生物生物量碳之間的關系求出土壤微生物生物量碳[8-9]。

土壤微生物活性采用CO2釋放量法。取5 g 鮮土盛于280 mL試劑瓶中，在22 ℃條件下培養24 h，測定CO2呼吸量。

CO2的產生量采用 ADC Bio.Scientific Ltd生產的便攜式紅外線分析儀測定，土壤均以干土計算。

土壤理化性質測定參照Wang等[10]、Zhao等[11]和Berthrong等[12]的方法。土壤含水量采用烘干法測定。土壤粉粒、黏粒和砂粒采用激光粒度儀測定。土壤銨態氮采用靛酚藍比色法測定;硝態氮采用紫外分光光度法測定，以上幾種測定方法均參照《土壤分析技術規范》測定[13]。

1.4 數據處理 試驗數據采用SPSS 18.0進行處理，Origin 8.0繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式對夏玉米農田土壤微生物生物量碳的影響

從圖1可以看出，不同耕作方式下微生物生物量碳先增大后減小，且在開花期達到最大。不同耕作方式下0～10 cm土層土壤微生物生物量碳均大于10～20 cm土層。

0～10 cm土層在不同耕作方式下，苗期常規耕作方式下土壤微生物生物量碳高于深松耕和免耕處理，但無顯著差異（P>0.05）。在開花期、灌漿期深松耕和免耕方式下土壤微生物生物量碳顯著高于常規耕作（P<0.05），表現為深松耕>免耕>常規耕作。在收獲期，免耕顯著大于深松耕和常規耕作，且深松耕和常規耕作間無顯著差異（P>0.05）。夏玉米整個生育期不同耕作方式下土壤微生物生物量碳表現為深松耕>免耕>常規耕作，秸稈還田耕作方式能顯著提高土壤微生物生物量碳。

10～20 cm土層在不同耕作方式下，常規耕作大于深松耕和免耕，且無顯著差異（P>0.05）。由此可知，秸稈還田耕作方式主要在0～10 cm土層對微生物生物量碳起作用。

研究表明，在 0～10 cm 土層，秸稈還田能顯著提高夏玉米農田土壤微生物生物量碳。而在 10～20 cm土層無顯著增加，土壤發生明顯的“上富下貧”現象。這與 Balota等[14]的研究結果一致。

2.2 不同耕作方式對夏玉米農田土壤微生物活性的影響

從圖2可以看出，夏玉米從苗期到開花期土壤微生物活性呈降低趨勢，從開花期到灌漿期呈增加趨勢，灌漿期到收獲期呈下降趨勢，不同耕作方式下苗期微生物活性最大。不同耕作方式下，0～10 cm土層土壤微生物活性高于10～20 cm土層土壤微生物活性。

0～10 cm土層，深松耕和免耕方式土壤微生物活性顯著高于常規耕作方式（P>0.05），深松耕和免耕方式較常規耕作方式增加65%和45%。在夏玉米整個生育期內，不同耕作方式下土壤微生物活性表現為深松耕>免耕>常規耕作，秸稈還田能夠明顯增加土壤微生物活性，表現在可以較好地調節養分功能。

10～20 cm土層，深松耕方式下，在開花期和灌漿期土壤微生物活性顯著高于常規耕作方式和免耕方式（P<0.05），常規耕作方式和免耕方式差異不顯著（P>0.05）。夏玉米整個生育期內，不同耕作方式下土壤微生物活性表現為深松耕>常規耕作>免耕方式，表明深松耕可以明顯改善0～20 cm土層土壤微生物活性，但免耕方式僅提高0～10 cm土層土壤微生物活性。

研究表明，在 0～10 cm 土層，秸稈還田能顯著提高夏玉米田土壤微生物活性。而在 10～20 cm土層無顯著增加，土壤發生明顯的“上富下貧”現象，這與孔凡磊等[15]的研究結果一致。

2.3 不同耕作方式對夏玉米農田土壤理化性質的影響

從圖3可以看出，不同耕作方式下，免耕土壤黏粒含量顯著高于深松耕和常規耕作（P<0.05），深松耕和常規耕作差異不顯著（P>0.05）。常規耕作土壤的粉粒含量大于深松耕和免耕方式，深松耕大于免耕，且3種耕作方式間差異顯著（P<0.05）。免耕方式土壤的砂粒含量顯著大于深松耕和常規耕作（P<0.05），深松耕和常規耕作方式無顯著差異（P>0.05）。免耕方式土壤含水量大于深松耕和常規耕作，深松耕大于常規耕作，且3種耕作方式間土壤含水量差異顯著（P<0.05）。

從圖4可以看出，不同耕作方式下，深松耕土壤的可溶性氮含量最高，且顯著大于常規耕作和免耕方式（P<0.05），深松耕土壤硝態氮含量最高，顯著高于常規耕作和免耕方式（P<0.05）。免耕方式土壤銨態氮含量最高，顯著大于深松耕和常規耕作（P<0.05）。

研究表明，不同耕作方式可以影響土壤理化性質，深松耕和免耕方式可以增加土壤含水量，增加土壤的黏粒含量，這與李友軍等[16]研究結果一致。秸稈還田耕作方式減少了對土壤的擾動，有利于土壤形成良好的結構，提高土壤的孔隙連通度，較傳統耕作具有更好的儲水和抗侵蝕能力[17]。

2.4 不同耕作方式對夏玉米農田土壤呼吸速率的影響

從表1可以看出，夏玉米整個生育期內，不同耕作方式下0～10 cm土層土壤呼吸速率均大于10～20 cm土層土壤呼吸速率，且不同耕作方式下10～20 cm土層無顯著差異（P>0.05）。

0～10 cm土層，不同耕作方式下，苗期免耕方式下的土壤呼吸速率顯著小于常規耕作方式（P<0.05）。開花期深松耕和免耕方式下的土壤呼吸速率顯著小于常規耕作方式下的土壤呼吸速率（P<0.05）。灌漿期和收獲期深松耕和免耕方式下的土壤呼吸速率顯著小于常規耕作方式下的呼吸速率（P<0.05）。

10～20 cm土層，不同耕作方式下，免耕方式的土壤呼吸速率顯著小于常規耕作和深松耕方式（P<0.05）。總體而言，在夏玉米整個生育期內，不同耕作方式下，0～20 cm土層土壤呼吸速率表現為常規耕作>深松耕>免耕方式。

研究表明，在0～20 cm土層，夏玉米生育期內深松耕和免耕方式均能降低土壤呼吸，這與前人的研究結果一致[18]。原因可能是在免耕方式下土壤緊實度高，與空氣接觸面積相對較小，導致土壤呼吸較弱，而常規耕作對耕作層破壞較大，使得土壤的溫度和水分變化較為明顯，導致土壤的呼吸速率較高[19]。

3 結論

深松耕、免耕和常規耕作方式能夠明顯增加夏玉米生育期內0～10 cm土層土壤微生物生物量碳和微生物活性，土壤表現出“上富下貧”的現象。深松耕和免耕方式可以增加土壤含水量，增加土壤黏粒含量，有利于提高土壤的抗侵蝕能

力。深松耕和免耕方式均能降低夏玉米生育期內土壤呼吸，能夠較好地改善土壤生態因子。

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