不同耕作和培肥模式对豫中冬小麦田土壤腐殖质及微生物区系的影响

2014-05-08李春喜杨杰瑞张黛静王多多王真郭雪妮陈惠婷

生态环境学报 2014年2期

李春喜，杨杰瑞，张黛静，王多多，王真，郭雪妮，陈惠婷

河南师范大学生命科学学院，河南新乡 453007

河南省是我国小麦生产的主要基地，但多数地区因旋耕、单施化肥等造成土壤肥力偏低、耕层较浅、肥料下移困难等制约小麦高产的技术问题（周瑞华，2011；刘波，2010）。不同耕作方式及秸秆还田对土壤微生物的影响的研究不断得到深入，研究表明，化肥配施秸秆可增加土壤微生物量碳和氮，旋耕与秸秆还田可以显著提高微生物数量，秸秆全量还田能调节土壤物理环境，促进微生物的代谢活动（张四伟，2012；杨文平，2012）。但对于耕作方式和无机、有机肥料配施对土壤腐殖质及土壤微生物区系的影响报道很少（张明园，2011；栾晓波，2012）。本研究立足于河南小麦主产区豫中地区，研究不同耕作和培肥模式下冬小麦田土壤腐殖质及微生物区系的动态变化，旨在为该地区农田地力提升及小麦高产栽培提理论基础。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料及设计

供试小麦品种（Triticum aestivum L.）为半冬性周麦22。试验于2011—2012年在许昌县陈曹乡史庄村小麦试验田进行。土壤基本性质为 w(有机质)=12.61 g·kg-1，w(全氮)=1.89 g·kg-1，w(全磷)=1.02 g·kg-1，w(速效钾)=130.23 mg·kg-1。试验采用大区设计，在通施化肥的基础上设 4个处理：1）浅耕增施有机肥（QF）；2）浅耕（Q）；3）深耕增施有机肥（SF）；4）深耕（S）。其中浅耕为15~20 cm，深耕为35~40 cm，有机肥为猪粪，每667m2增施3 m3。玉米秸秆于玉米收获时打碎旋耕机翻入地下，播前均匀洒入化肥，化肥选用小麦配方肥（N、P、K≥45%），每667 m2施74.07 kg。大区面积15 m×30 m=450 m2，于2011年10月16日播种，行距20 cm，小麦种植密度为每667 m216万株，2012年6月5日收获，全生育期按高产田模式进行管理。

1.2 测定指标及方法

分别在孕穗期、开花期和成熟期，按0~5、5~20和20~40 cm三个土层取鲜样，密封包装。一部分进行风干处理，进行土壤化学指标的测定；另一部分保存于4 ℃冰箱测定土壤微生物区系数量，3次重复。

土壤腐殖质组分（富里酸、胡敏酸）的测定采用重铬酸钾氧化还原法（鲍士旦，2005）。

胡敏酸和富里酸质量分数(g·kg-1)=

其中：v0：5.00毫升标准重铬酸钾溶液空白试验滴定的硫酸亚铁毫升数；v1：待测液滴定用去的硫酸亚铁毫升数；w：吸取滤液相当的土样质量（g）。

土壤细菌、真菌和放线菌数量分别采用牛肉膏蛋白胨、马丁氏和改良高氏 1号培养基固体平板法测定（黄红英，2011；祝宗美，2012）。其中细菌采用的稀释度为 10-3~10-5，培养采用牛肉膏蛋白胨培养基；真菌采用的稀释度为 10-1~10-3，培养采用马丁氏培养基；放线菌采用的稀释度为10-2~10-4，培养采用改良高氏1号培养基，每一稀释度重复2次。

1.3 数据分析

采用Excel 2003和SPSS 13.0进行试验数据的处理及显著性差异分析，多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 不同耕作和培肥模式对土壤腐殖质的影响

2.1.1 土壤富里酸含量

如图1所示，富里酸含量随土壤深度的增加表现为先增后减；随着生育期的进行，先减后增的趋势。在0~5 cm土层内，成熟期增施有机肥处理的富里酸含量极显著高于单施化肥（p<0.01）；在5~20 cm土层内，孕穗期SF处理相比其他处理富里酸含量最高（4.61 g·kg-1）且差异极显著（p<0.01），成熟期 S处理相比其他处理富里酸含量最高（4.93 g·kg-1）且差异显著（p<0.05）；在 20~40 cm 土层内，开花期和孕穗期富里酸含量表现为S处理高于Q处理，但差异不显著。

2.1.2 土壤胡敏酸含量

胡敏酸含量表现为随土壤深度的加深而逐渐减少，随着生育时期的进行逐渐增加的趋势。在0~5 cm土层内，开花期增施有机肥处理的胡敏酸含量高于单施化肥且差异显著（p<0.05）。在5~20 cm土层内，孕穗期和成熟期均为QF处理胡敏酸含量最高且差异显著（p<0.05）。在20~40 cm耕层内，成熟期增施有机肥处理的胡敏算含量极显著高于单施化肥（p<0.01）；其中，成熟期QF处理胡敏酸含量与开花期相比增幅为 300.00%，成熟期 SF处理胡敏酸含量与开花期相比增幅为253.85%。

图1 不同耕作和培肥模式对土壤腐殖质的影响Fig.1 The humus content of soil with different ploughing and fertilization

2.2 不同耕作和培肥模式对土壤微生物区系的影响

2.2.1 土壤细菌数量

随耕层的加深细菌数量呈现先增加后减少的趋势（图2）。在0~5 cm土层内，细菌数量在成熟期达到最多。在5~20 cm土层内，孕穗期与成熟期SF处理与其他处理相比细菌数量最多且差异达极显著水平（p<0.01）；成熟期SF处理细菌数量与开花期相比增幅达163.35%。在20~40 cm土层内，成熟期QF和SF处理细菌数量与开花期相比增幅分别达690.38%和508.75%，其中SF处理与其他3个处理相比细菌数量最多且差异极显著（p<0.01）。

2.2.2 土壤真菌数量

随着生育期的进行，由图2可知，真菌数量基本呈现为先增加后减少的趋势。在0~5 cm土层内，QF处理真菌数量呈递增的趋势，成熟期相比孕穗期增幅达145.02%；成熟期增施有机肥处理的真菌数量高于单施化肥且差异极显著（p<0.01）；在5~20 cm土层中，孕穗期SF处理真菌数量高于其它处理且差异极显著（p<0.01）。在20~40 cm土层内成熟期增施有机肥处理的真菌数量高于单施化肥且差异极显著（p<0.01）。

2.2.3 不同耕作和培肥模式对小麦土壤放线菌数量的影响

由图2可得，放线菌数量随土壤深度的加深呈先增后减，随生育期的进行呈先减少后增的趋势。在0~5 cm土层内，成熟期Q处理最低且差异极显著（p<0.01）；在5~20 cm土层内，开花期与成熟期QF处理放线菌数量最低且差异显著（p<0.05）；在20~40 cm土层内，3个时期均表现为SF处理放线菌数量最高，其中孕穗期与成熟期差异达显著水平（P<0.05）。

图2 不同耕作和培肥模式对土壤微生物区系的影响Fig.2 The microorganism of soil with different ploughing and fertilization

2.3 土壤微生物与土壤腐殖质之间的相关分析

由表1可知，在本试验的耕作和培肥模式下，土壤微生物区系与胡敏酸含量、富里酸含量表现为正相关，其中细菌、真菌数量与胡敏酸含量呈极显著正相关，放线菌数量与胡敏酸含量呈显著正相关。细菌、放线菌数量与富里酸含量呈显著正相关，真菌数量与富里酸含量呈极显著正相关。以上分析可得土壤腐殖质组分含量与微生物区系表现为正相关，土壤腐殖质组分可以为微生物生长提供充足和碳源和氮源，有利于微生物的生长繁殖，从而提高麦田地力水平，为小麦的高产打下基础。

表1 不同耕作和培肥模式土壤微生物与土壤腐殖质含量的相关分析Table 1 Correlation analysis between soil microorganism and soil humus content under different ploughing and fertilization

3 讨论

土壤微生物区系是土壤生态系统的重要组成部分，它既是土壤有机质和养分分解、转化、循环的驱动力，也对土壤环境因子的动态变化极为敏感（郑祥，2005；樊军，2003）。土壤中大多数微生物种类的数量与养分含量、作物产量具有正相关关系（黄红英，2011）。土壤微生物是维持土壤质量的重要组成部分，其活动可以加速土壤中有机物质的分解，增加土壤养分的含量，同时，土壤微生物的分泌物有利于冬小麦的生长发育，提高土壤微生物数量和保持其较高的活性则是保持土壤肥力的前提（王岩，1996）。腐殖质为微生物活动提供了丰富的养分和能量，又能调节土壤酸碱性，因而有利微生物活动，促进土壤养分的转化（窦森，2011；区惠平，2010）。长期施用有机肥对土壤腐殖质的提高具有显著作用（依洪涛，2012）。适宜的耕作方式和培肥模式是提高小麦单产和品质的关键措施，也是小麦健康管理的重要手段。

本研究发现，深耕增施有机肥处理能够显著增加耕层土壤胡敏酸和富里酸含量，浅耕不利于改善土壤深层理化性质。耕作方式对微生物的数量和活性具有重要影响（戴亮，2012）。施用有机肥能使耕层土壤微生物含量增加，促进了胡敏酸与富里酸的积累，土壤腐殖质明显改善（张翔，1998）。本研究增施有机肥对小麦生育后期5~20 cm与20~40 cm耕层土壤的真菌数量的提高具有显著的效果。深耕增施有机肥处理对于小麦成熟期 5~20与20~40 cm耕层土壤的细菌数量的提高具有显著的效果。放线菌在各耕层土壤中表现为浅耕处理最低，20~40 cm耕层土壤中则表现为深耕增施有机肥处理放线菌数量最高。增施猪粪能改善土壤微生物环境，菌群数量增加有利于提高土壤微生物活性，进而促进整个土壤生态的平衡稳定（Doran，1996；Ibekwe，2002；章家恩，2002）。本研究与上述研究结论一致。

本研究表明，与传统耕作耕层较浅的特点相比，深耕可以改善土壤结构，加强土壤的透气性，从而提高土壤中的有效养分。深耕的同时增施有机肥能够明显提高土壤腐殖质含量以及土壤微生物数量。深耕增施有机肥可实现深层施肥，有利于逐步熟化下层土壤，增加小麦根系下扎的同时扩大小麦根系吸收营养的范围，对地力的提升和小麦的高产大有裨益。

4 结论

1）增施有机肥能够极显著提高小麦成熟期0~5 cm耕层土壤富里酸含量；深耕增施有机肥能够显著提高小麦生育后期5~20 cm耕层土壤富里酸含量；深耕增施有机肥能够显著提高小麦生育后期0~40 cm耕层土壤胡敏酸含量。

2）深耕增施有机肥能够显著提高小麦孕穗期与成熟期5~20 cm耕层土壤细菌数量；增施有机肥与单施化肥相比能够显著提高小麦成熟期20~40 cm耕层土壤细菌数量，其中以深耕增施有机肥最为明显。

3）增施有机肥能够显著提高小麦成熟期0~5与20~40 cm耕层土壤真菌数量；深耕增施有机肥能够显著提高小麦孕穗期5~20 cm耕层土壤真菌数量。

4）浅耕不利于小麦生育后期0~5与5~20 cm耕层土壤放线菌数量的积累；深耕增施有机肥能够显著提高小麦生育后期20~40 cm耕层土壤放线菌数量。

5）在本研究的耕作与培肥模式下麦田土壤腐殖质组分的含量与微生物区系的数量呈正相关关系。

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