翻壓綠肥對(duì)土壤微生物性狀影響的研究進(jìn)展

況勝劍， 王文華

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測試驗(yàn)站， 貴州 貴陽 550006)

綠肥是國內(nèi)農(nóng)作物種植制度中重要的輪作倒茬作物，也是養(yǎng)分較為全面的優(yōu)質(zhì)生物肥源之一[1]，施用綠肥能夠改變土壤化學(xué)及生物學(xué)性狀，并對(duì)作物生長產(chǎn)生影響[2]。土壤微生物是土壤中肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱，一般包括古生菌、細(xì)菌、真菌、病毒、原生動(dòng)物和顯微藻類等[3]，作為土壤中最活躍的組分，其參與養(yǎng)分元素的循環(huán)轉(zhuǎn)化、環(huán)境污染物的凈化降解和陸地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的整體功能至關(guān)重要[4]。土壤的生物活性包括土壤微生物種群結(jié)構(gòu)及土壤酶活性，其活性的高低可表征土壤生物活性和土壤生化反應(yīng)強(qiáng)度，反映作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用與生長發(fā)育狀況[5]，常作為土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[6-11]。此外，土壤微生物還與作物病害、連作障礙、土壤酸化和鹽漬化存在相關(guān)性[12-14]。翻壓綠肥可提高土壤微生物的生物量[15-16]、改善土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)[17-18]和提升土壤酶的活性[16,19]，從而改善土壤質(zhì)量、提高土壤肥力[20-21]并促進(jìn)作物增產(chǎn)[22-23]。因此，研究綠肥翻壓對(duì)土壤微生物性狀的影響，對(duì)提升土壤環(huán)境質(zhì)量、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和提高農(nóng)作物產(chǎn)質(zhì)量等均有重要作用，可為綠肥有效利用及環(huán)境友好型可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1翻壓綠肥對(duì)土壤微生物量的影響

土壤微生物量與土壤有機(jī)質(zhì)礦化及養(yǎng)分循環(huán)過程相關(guān)，可作為土壤理化性狀變化的早期指示指標(biāo)[24-25]。土壤微生物量碳、氮是植物生長所需養(yǎng)分的重要來源，其含量的高低取決于土壤中微生物數(shù)量的多少[26]。其中，土壤微生物量碳作為土壤有機(jī)質(zhì)中最重要的活性部分，常用于指示土壤微生物生物量的多少[27]。

在南方雙季稻產(chǎn)區(qū)，冬種綠肥尤其是紫云英可改善土壤微域生境條件，對(duì)提高土壤肥力及水稻產(chǎn)量具有較好的效果[1]。高嵩涓等[20]通過在南方紅壤性水稻土長達(dá)31年的定位試驗(yàn)表明，種植并翻壓紫云英、油菜和黑麥草3種冬綠肥均可提高土壤微生物生物量碳、氮，其中，紫云英提高作用最顯著，全年平均分別提高15.92%和36.49%。萬水霞等[28-29]研究表明，在紫云英-水稻輪作模式下，土壤好氣性細(xì)菌、真菌數(shù)量增加，放線菌數(shù)量減少，土壤微生物量碳、氮最大分別提高142.33%和83.91%。長期施用紫云英較不施肥相比土壤微生物總數(shù)量顯著提高，化肥減量30%配施紫云英22 500 kg/hm2，水稻增產(chǎn)率達(dá)51.44%，且安徽沿江雙季稻區(qū)的綜合效果較好[15]。顏志雷等[30-31]研究指出，紫云英與化肥配施可不同程度提高土壤微生物量碳、氮含量，最佳施用量分別為60%化肥配施18 000 kg/hm2紫云英及60%化肥配施22 500～30 000 kg/hm2紫云英。可見，南方冬閑稻田種植并翻壓紫云英可實(shí)現(xiàn)減肥增效的效果，但應(yīng)結(jié)合不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)及種植制度等合理采用紫云英的翻壓量，以達(dá)到最佳效果。

大量研究表明，植煙土翻壓綠肥后的微生物較活躍，利于有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和烤煙正常生長所需的營養(yǎng)供應(yīng)。佀國涵等[16]研究指出，在湖北恩施植煙土連續(xù)3年翻壓綠肥光葉紫花苕子30 000 kg/hm2配施85%化肥時(shí)，土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量以及土壤微生物量碳含量較常規(guī)施肥分別提高49.0%、47.8%、35.4%和40.7%。劉國順等[9]在重慶武隆連續(xù)3年在植煙土翻壓綠肥黑麥草，土壤微生物量碳、氮含量在整個(gè)生育期較對(duì)照分別提高31.0%～67.1%和23.0%～145.1%。李正等[21,32]在重慶武隆試驗(yàn)表明，在保證綜合效果的前提下，黑麥草適宜翻壓量為15 000～22 500 kg/hm2。此外，張黎明等[33]研究發(fā)現(xiàn)，植煙土翻壓不同綠肥對(duì)土壤微生物量的影響存在差異，禾本科綠肥對(duì)其影響最大，豆科綠肥次之，十字花科綠肥較小。

在華北地區(qū)，玉米旱地冬綠肥翻壓后土壤細(xì)菌數(shù)量是冬閑區(qū)的2.0～3.7倍，其中毛苕子效果較二月蘭更好[34]。在甘肅河西，玉米間作針葉豌豆翻壓后土壤細(xì)菌數(shù)量較對(duì)照增加60.3%[35]。楊冬艷等[36]研究指出，日光溫室黃豆翻壓后土壤微生物總量、細(xì)菌數(shù)量及微生物量碳、氮含量顯著高于香豆子和對(duì)照，且微生物量C/N也較為適宜，是日光溫室短期休閑的優(yōu)良綠肥作物。孫文彥等[37]研究發(fā)現(xiàn)，棉田連續(xù)3年套種毛葉苕子和二月蘭并翻壓還田，耕層土壤真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量均大幅增加，籽棉產(chǎn)量也有所提高。趙秋等[38]研究表明，北方桃園翻壓二月蘭后有利于土壤細(xì)菌和放線菌總量增加，但對(duì)真菌數(shù)量具有抑制作用。于淑慧等[39]研究指出，桃園翻壓二月蘭后土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量最高，翻壓毛苕子放線菌數(shù)量最高。可見，不同利用類型土壤翻壓綠肥均具有較好的培肥效果。

2翻壓綠肥對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響

土壤微生物多樣性是指土壤生態(tài)系統(tǒng)中所有微生物的種類及其擁有的基因，以及這些微生物與環(huán)境之間相互作用的多樣化程度[3]。當(dāng)前，國內(nèi)外研究土壤微生物多樣性的方法主要有微生物稀釋平板記數(shù)法、Biolog微平板法、PLFA分析法和分子生物學(xué)方法等[40]。土壤微生物多樣性受施肥制度、植被類型、耕作方式、栽培模式、季節(jié)變化、土壤質(zhì)地和施用農(nóng)藥等因素的影響[41]。翻壓綠肥可為微生物生長繁殖提供充足的碳源及氮源，影響微生物對(duì)碳源的利用，從而改變微生物群落的結(jié)構(gòu)及多樣性[18,42]。李文廣等[43]研究發(fā)現(xiàn)，黃土高原旱地麥田夏閑期引入飼料油菜作綠肥并還田可提高后茬麥田土壤的養(yǎng)分含量，有效改善細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性，增強(qiáng)土壤細(xì)菌碳、氮的代謝能力，增加土壤有益菌的群落數(shù)量。賀國強(qiáng)等[44-45]在黑龍江省牡丹江市研究植煙土套種并翻耕綠肥對(duì)土壤微生物群落的影響指出，植煙土套作并翻耕綠肥其微生物的群落結(jié)構(gòu)與功能多樣性均優(yōu)于對(duì)照，增強(qiáng)土壤微生物的碳代謝活性，紫花苜蓿和草木犀等豆科綠肥更適宜植煙土套種。張超等[46]也得出相似的結(jié)果，植煙土翻壓綠肥后，其細(xì)菌群落的多樣性較對(duì)照高。

植物土傳病害的發(fā)生與根際土壤微生物數(shù)量、組成和群落結(jié)構(gòu)關(guān)系密切[47]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，許多土傳病原微生物均來自于土壤真菌，并導(dǎo)致作物發(fā)生根腐病及枯萎病害[48]。也有研究指出，土壤微生物群體可一定程度上抑制作物的土傳病害，微生物群落結(jié)構(gòu)越豐富，多樣性越高，其抗病原菌的綜合能力越強(qiáng)[49]。近年來，施用綠肥對(duì)作物土傳病原菌的抑制作用越來越受到研究者的關(guān)注[50]。陳曉波等[17]研究發(fā)現(xiàn)，煙地輪作綠肥光葉紫花苕并翻壓后，具有改善土壤微生態(tài)環(huán)境、提高土壤生物活力和協(xié)調(diào)土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)及抑制真菌病原微生物的效果。王飛等[51]研究指出，植煙土翻壓綠肥可降低土壤致病菌的豐度，提高固氮菌的豐度，改善土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，尤其是翻壓紫云英的效果最明顯。張超等[46]研究發(fā)現(xiàn)，煙田翻壓黑麥草煙草青枯病的發(fā)病率僅3.38%，不施綠肥的對(duì)照組為80.45%。董曉霞等[52]研究發(fā)現(xiàn)，套種翻壓小油菜和水蘿卜能夠降低露天番茄青枯病的發(fā)病率，提高番茄產(chǎn)量。翻壓綠肥可提高土壤微生物的多樣性，增加有益菌數(shù)量，抑制有害菌，改善微生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的改善具有重要意義。

3翻壓綠肥對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶在生態(tài)系統(tǒng)中起生物催化作用，是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組分之一，與土壤理化性質(zhì)與類型、施肥、耕作以及其他農(nóng)業(yè)措施等密切相關(guān)[53]。土壤酶活性與土壤養(yǎng)分存在顯著的相關(guān)性，作為衡量土壤肥力水平的指標(biāo)[28, 54]，一定程度上可反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)，在土壤養(yǎng)分循環(huán)以及植物生長所需養(yǎng)分的供給過程中具有重要作用[55]。

在稻田土壤中，紫云英翻壓對(duì)土壤酶活性的促進(jìn)作用較好。萬水霞等[28]研究發(fā)現(xiàn)，紫云英與水稻輪作并翻壓還田，土壤脲酶、酸性磷酸酶和過氧化氫酶活性分別提高10.12%～100.33%、10.22%～43.23%和0.14%～7.28%。與油菜和黑麥草相比，長期冬種紫云英的土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和脫氫酶活性提升更大[1]。顏志雷等[30]研究指出，除過氧化氫酶，紫云英與化肥混施對(duì)轉(zhuǎn)化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性的影響優(yōu)于單施化肥或紫云英。然而，由于紫云英抗旱能力較弱，在旱地植煙土翻壓后對(duì)土壤酶活性的促進(jìn)效果低于光葉紫花苕、箭舌豌豆和黑麥草等綠肥[56]。

綠肥不同翻壓量對(duì)土壤酶活性的影響存在差異，隨翻壓量的提高總體呈上升趨勢[16,19]。不同種植方式的綠肥翻壓后對(duì)土壤酶活性的影響也存在差異，黃土高原旱地麥田麥后播種綠肥翻壓后土壤酶活性高于套作[57]。同屬綠肥作物翻壓后對(duì)土壤酶活性的影響也不同，蕓薹屬綠肥油菜翻壓比蕪菁和芥菜更有利于提高土壤酶活性[58]。

4小結(jié)與展望

綠肥是清潔高效的有機(jī)肥源之一，綠肥翻壓后可提升土壤生物的活性，進(jìn)而提高土壤肥力，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，抑制土壤有害病菌，增強(qiáng)土壤酶活性，促進(jìn)其養(yǎng)分元素的循環(huán)利用，進(jìn)而維持土壤的高效生產(chǎn)能力，確保提升農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)質(zhì)量。當(dāng)前，我國綠肥發(fā)展面臨種植面積萎縮、品種資源退化和技術(shù)模式缺乏等問題[59]。因此，圍繞綠肥翻壓利用的相關(guān)基礎(chǔ)研究及技術(shù)推廣應(yīng)用意義重大。翻壓綠肥對(duì)土傳病害的防治雖然已有相關(guān)研究報(bào)道，但多見于煙草等作物。在今后的研究中，一是針對(duì)不同土壤類型、氣候環(huán)境和作物種類等，進(jìn)一步研究適宜的綠肥品種、翻壓量及栽培制度，同時(shí)，優(yōu)化其與化肥的配施比例，充分發(fā)揮綠肥減施增效的作用。二是基于已有翻壓綠肥對(duì)土傳病害防治的相關(guān)研究報(bào)道多見于煙草等作物，加大應(yīng)用研究范圍，可為土傳病害的綠色防控提供更多基礎(chǔ)支撐。三是加大綠肥種植及翻壓等技術(shù)的推廣應(yīng)用力度，使之真正服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。