免耕與覆蓋對土壤微生物量磷的影響

裴金銘

(甘肅省武山縣林業(yè)和草原局，甘肅 武山 741300)

土壤微生物量 (MB) 是土壤活的有機質部分，指士壤中除去活的植物(如植物根系等)和動物(如蚯蚓)外，體積小于5×103μm3的生物總量。主要包括細菌、真菌、藻類和原生動物等［1］。 土壤微生物本身含有大量的養(yǎng)分， 廣義的微生物量包括MB-C,MB-N,MB-P及 MB-S 等[2]。

土壤微生物磷的主要成分是核酸、磷脂等易化的有機磷及一部分無機磷[3]，而MB-P 以磷酸鹽的形式存在于易利用的細胞中。土壤微生物磷是土壤有機磷的最為活躍的部分。 由于其周轉速率快，可迅速參與養(yǎng)分循環(huán)而成為植物有機磷的重要來源[2，4，5]。 我國北方輕壤草甸褐土0~30 cm 土層中，翻耕、鐵茬、和免耕三種耕作模式通過土壤微生物量每年固定的土壤P 比作物每年吸收的總 P 量分別高 2.3、3.2、1.9 倍[6]。 由此可見，研究土壤微生物量磷對于了解土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤磷的固定具有非常重要的意義。

土壤微生物量P 的含量變異很大，一般與微生物C、N 之間有很好的相關性，并與土壤全磷、有機磷及及有效磷含量相關。 微生物量的C/P 與土壤性質、利用狀況及土壤磷素供應有關，土壤微生物量P 通常占全磷的2.4%~23.3%，占有機磷的5%~24%，土壤微生物量P 對調控土壤P 的植物有效性及磷的生態(tài)循環(huán)具有十分重要的意義[7]。

目前， 土壤中微生物量P 的測定已逐漸成為耕作、 裁培等農業(yè)管理措施對土壤肥力影響的活指標。因而研究土壤微生物量P 是在土壤微生物量研究基礎上的進一步深入，具有更為重要的理論和實踐指導意義。 盡管國外對土壤微生物量P 的研究較多，但是他們大多數限于溫帶中性土壤，且很少涉及對耕作土壤的研究， 而在國內研究較多的則是熱帶-亞熱帶地區(qū)高度分化的酸性土壤，對北方堿性土壤方面的研究相對少。本試驗主要針對甘肅農業(yè)大學田間定位試驗的土壤進行了研究，通過連續(xù)3 年豌豆—小麥雙序列輪作后，對不同處理土壤微生物P 變化的比較，揭示土壤P 的微生物學特征，以便更好的利用土壤自然肥力資源，對發(fā)展可持續(xù)農業(yè)、提高磷肥利用率、以及保護士壤生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 材料與方法

1.1.試驗設計

本試驗設在定西李家堡鎮(zhèn)農大早農試驗點，共設置六個處理，4 次重復，小區(qū)面積4 m×20 m。 隨機區(qū)組排列、播種、施肥及田間管理時間一致。

翻耕(代碼T)其處理方法為：在作物收獲后將此塊地犁三次土壤耱兩次。第一次犁地是在收獲季節(jié)的8 月份，后兩次犁地分別在8 月下旬和9 月。 犁地深度依次為 20 cm、10 cm 和 5 cm。 在 9 月份最后 1 次耕作之后耱1 次在 10 月份地凍結之后耱最后1 次。

秸稈覆蓋+免耕(代碼NTS)：此處理是從8 月份到來年三月被前茬作物秸稈所覆蓋，由前茬作物所提供的秸稈都將在脫粒后立即被歸還到小區(qū)中。

免耕(代碼NT)：該處理類似于處理Ⅱ，不同之處在于沒有秸稈覆蓋。

秸稈還田(代碼TS)：此處理的犁地方式和耱地方式類似于處理I,但是在第一次犁地時與秸稈混和。由前茬作物提供的秸稈都在脫粒后被歸還到其小區(qū)中，然后混合到土中。

薄膜覆蓋+翻耕(代碼TP)：此處理的犁地方式和耱地方式與處理I 基本相同。 不同之處就是在10 月最后一次耱地后用塑料覆蓋。塑料薄膜覆蓋在作物行間，覆蓋帶寬度為40 cm。

薄膜覆蓋+免耕(代碼NTP)：塑料薄膜將在10 月份覆蓋，使用的機器與處理V 相同。 為了避免損壞塑料薄膜，在收獲后作物殘茬(應短于5 cm)。 應刈除或耙除。

1.2.供試土樣

供試土樣為黃綿士，采樣時間為2018 年11 月2號，采樣深度依次為 0～5 cm、5～10cm、10～30cm。采集到的新鮮土樣保存在4 ℃冰箱中， 測定前仔細除去土樣中可見植物殘體(如莖、葉、根等)及土壤動物(如蚯蚓)。 然后過篩(孔徑為 2 mm)，徹底混勻。 處理過程盡量避免破壞土壤結構， 調節(jié)土壤含水量 (大約為40%～50%的飽和持水量)將處理好的土樣置于密封的大鋁鍋內培養(yǎng)1 周左右 (鍋內用隔板分為兩層，每層上放約50 mL, 1N NaOH 溶液以吸收土壤呼吸產生的CO2，鍋底盛有適量水以保持濕度，培養(yǎng)溫度為25 ℃),經過預培養(yǎng)的土樣應當立即分析測定。這些過程為了消除土壤水分限制對微生物的影響以及植物殘體組織對測定的干擾[8]。

1.3.測定方法

結合本試驗區(qū)土壤的特點。 土壤微生物量P（MP）的測定基本參照 Brookes[9]和 Hedley[10]等人的方法測定即采用氯仿熏蒸法，Olesn 提取劑(0.5N,NaHCO3pH8.5)在土水比 1∶4 中提取 30 min，提取液中的P 的測定用鉬酸銨-抗壞血酸比色法。 Bp=EP/0.4。式中Ep 為熏蒸土樣減去未熏蒸土樣提取液中的P。

2 結果與討論

表1 豌豆不同處理間土壤微生物量P (mg/kg)

表2 小麥不同處理間土壤微生物量P (mg/kg)

2.1.免耕對土壤微生物量P 的影響

表3 土壤微生物量P 方差分析表

表4 土壤微生物量P 顯著性檢驗

由表1 可以看出，對于豌豆地在免耕條件下。 表土層(0～5 m),亞表層（5～10 m)土壤微生物量 P 明顯高于翻耕，表土層免耕與翻耕相比土壤微生物量P 免耕高出翻耕33.9%。亞表層土壤微生物量P 平均增加了11.9%。 而對于第三層(10～30 cm)免耕與翻耕微生物量P 含量差異不顯著，現對表土層、亞表層土壤微生物量P 作方差分析， 見表3。 從表3 可以看出，在0～5 cm 土層和 5～10 cm 土層中，不同處理土壤微生物量P 差異顯著。進一步的顯著性檢驗(表4)表明：0～5 cm 土層，NTS、TS 與 T、TP 之間差異顯著，平均值大小序列為：NTS＞TS＞NTP＞NT＞T＞TP, 而且 NTS 高出 T 56.5%、NTP 高出 TP 22.7%、NT 高出 T 19.2%。 在同一覆蓋條件下， 土壤微生物量P 表現出免耕大于翻耕。5～10 cm 土層，TS、NTS、NTP 與 T、TP 土壤微生物量磷差異均顯著， 平均值大小序列為： TS＞NTS＞NTP＞NT＞T＞TP。 而且 NTP 高出 TP 22.6%、NT 高出T 0.5%,因此除秸稈覆蓋外，土壤微生物量P 均表現為免耕大于翻耕。

由表2 可以發(fā)現，對于小麥地免耕條件下土壤微生物量P 平均值都比翻耕對應各層次高。特別是表土層免耕土壤微生物量P 比翻耕高4.6%。

從上述比較，可以得出，無論是小麥地還是豌豆地，免耕條件下，土壤微生物量P 含量大致比翻耕高，這主要是免耕體系的土壤條件與翻耕不同所致。由于翻耕經過了機械擾動， 并進行了一系列的碎土作業(yè)，擾亂了土壤結構，土壤因此呈相對物質性。 而免耕處理則是一種不引起土壤全面翻轉的耕作方法。它要求大量的作物殘茬覆蓋地表將耕作量減少到能保證種子發(fā)芽即可，作物殘留物等以及施入的秸稈、化肥任其自然的留在原地不會因此受到機械擾動而改變位置，土壤呈相對異質性。田間觀察也證實了這一點：免耕處理表層0～5 cm 土壤松散，表層有一層約0～5 cm 厚半腐熟殘落物， 作物根系分泌物加劇了微生物的繁殖，進而增強了P 的轉化，而翻耕則沒有這種明顯的層次。

2.2.覆蓋條件對土壤微生物量P 的影響

顯著性檢驗說明（表4）0～5 cm 土層，NTS、TS 與T、TP 之間差異顯著， 平均值大小序列為：NTS＞TS ＞NTP＞NT＞T＞TP， 其中 T S 高出 T 42.1%、 NTS 高出NT 27% NTP 高處NT 2%， 說明秸稈覆蓋對土壤微生物量 P 的影響較突出。 5～10 cm 土層 N TS、TS、NTP與T、TP 土壤微生物量P 差異均顯著，平均值大小序列 為 T S ＞NTS ＞NTP ＞NT ＞T ＞TP。 而 且 T ST 高 出 T 23.2%、NTS 高出 N T 18.4%、NTP 高處 N T 10.9%，說明薄膜覆蓋對土壤微生物量P 的效應不及秸稈覆蓋明顯。

圖1 豌豆不同處理間土壤微生物P（mg/kg）

圖2 小麥不同處理間微生物量P（mg/kg）

不同覆蓋條件下的土壤微生物量P 與不同管理措施(亦即不同的覆蓋條件），作物生長和土壤理化質的變化有著直接的關系[11]。

根據表1 對豌豆地秸稈覆蓋+免耕，在表土層、亞表層、第三層的土壤微生物量P 都比免耕處理下對應層次的高。 對秸稈覆蓋+翻耕和翻耕土壤微生物量P的比較也有同樣的結論。 其中在表土層秸稈覆蓋+免耕比翻耕約增加了1.2 mg/kg。 這是由于秸稈覆蓋減少土壤水分的蒸發(fā)， 一定程度上起到保濕的作用，而這種環(huán)境有利于土壤微生物量P 的含量增加。 同時秸稈覆蓋后土壤溫度隨著外界溫度的變化幅度有所下降，也就是說，由于秸稈覆蓋后，土壤微生物保持適宜的溫度，而對于微生物來說，一定的溫度對其有利。最后，秸稈進入土壤會使土壤中有機質含量增加進而使C/P 升高。 C/P 增大會促使土壤微生物活性增強，因而使得土壤微生物量P 含量增加。

表1、表2 發(fā)現對于小麥地、薄膜覆蓋+免耕在表層、亞表層以及第三層土壤微生物量P 均比對應層次免耕處理高。 而薄膜覆蓋+翻耕與翻耕相比土壤微生物量P 差異不顯著。

2.3.不同層次土壤微生物量P 變化趨勢

依據圖1 和圖2, 對于小麥地和豌豆地不管是免耕還是翻耕， 土壤微生物量P 始終都是表土層 (0～5 cm) ＞亞表層(5～10 cm) ＞第三層(10～30 cm)。 免耕條件下表層、亞表層均比對應層次翻耕土壤微生物量P含量高。 由此可見隨著士層的深入，土壤微生物量P逐層遞減。

3 結論

3.1.通過對免耕條件下土壤微生物量P 的測定，可反映出土壤微生物量P 在免耕處理下，其含量較其他處理高。 免耕處理0～5 cm,甚至更淺的土壤是一層特殊層，其有機質含量、微生物數量都比翻耕對應土層高。免耕為土壤微生物生命活動提供了穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境，土壤微生物的種類、數量也保持相對穩(wěn)定。由于土壤有機質含量、存在形式制約著土壤微生物量，而表層土壤有機質合最較高，因而表層土壤微生物量P 也比較高。

3.2.對不同覆土壤微生物量P 的測定，可以得知，秸稈覆蓋比薄膜覆蓋對土壤微生物量P 的影響顯著。這主要是因為秸稈覆蓋進入土壤會起到保持土壤水分、保持土壤溫度增加土壤有機C 的作用， 而有機C 的增加會導致土壤中C/P 提高，由于C/P 提高會使土壤微生物的礦化作用增強，從而，使得土壤微生物量P升高；然而薄膜覆蓋僅僅會對土壤起到保持水分和溫度的作用。 因此，薄膜覆蓋處理對土壤微生物量P 的影響不及秸稈覆蓋處理的顯著。

3.3.對不同層次土壤微生物量P 的測定表明， 隨著土層的加深，其含量逐層遞減。