不同耕作方式对农田夏玉米土壤微生物的影响

刘水

摘要 [目的]研究不同耕作方式对夏玉米农田土壤肥力和土壤微生物活动的影响，有利于农业生产的可持续发展。[方法]采用基质诱导呼吸法和CO2释放量法，对秸秆还田处理下不同耕作方式（深松耕、免耕和常规耕作）对夏玉米农田土壤微生物活性、土壤理化性质和土壤呼吸速率的影响进行研究。[结果]深松耕、免耕和常规耕作明显增加了0～10 cm土层土壤微生物生物量碳和微生物活性，土壤表现出“上富下贫”的现象;在苗期和开花期土壤呼吸速率增加，在灌浆期和收获期土壤呼吸速率降低，深松耕和免耕比常规耕作能显著降低土壤呼吸;深松耕和免耕方式可以增加土壤含水量和黏粒含量。[结论]该研究为建立西北旱区夏玉米农田合理高效的耕作方式 提供科学依据。

关键词 耕作方式;夏玉米;土壤;微生物

中图分类号 S154.3文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）34-0091-03

我国西北旱作农田面积为7 391万hm 约占耕地总面积的57%[1]。土壤肥力的降低导致土壤可持续生产能力降低[2]。西北黄土高原地区一般采用铧式犁作为耕具对农田进行常规翻耕，加大了土壤的裸露面积，导致土壤侵蚀进一步加剧[3]。不同耕作方式能够影响土壤中微生物活动，改变土壤的理化性质。李玉洁等[4]研究表明，旱作麦田长期不合理的耕作会导致土壤含水量下降和影响土壤微生物活动。Lienhard等[5]研究表明，秸秆还田能够改良土壤的物理化学性质，增加微生物群落的多样性和稳定性。目前关于秸秆还田免耕与常规耕作结合对土壤微生物活动的影响研究较多，而对深松耕、免耕和常规耕作结合下的研究较少[6-7]。笔者研究了秸秆还田下深松耕、免耕和常规耕作3种耕作方式对夏玉米农田微生物生物量碳、微生物活性、土壤理化性质和土壤呼吸速率的影响，从微生物调控方面解释不同耕作方式对夏玉米微生物活性等方面的影响，进而为西北旱区农田合理高效的耕作制度提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于陕西省神木县六道沟流域，是黄土高原典型的水蚀风蚀交错带（110°21′～110°23′E、38°46′～48°51′N）。该流域既属于黄土高原向毛乌素沙漠过渡、森林草原向典型干旱草原过渡地带，又属于流水作用的黄土丘陵区向干燥剥蚀作用的鄂尔多斯高原过渡的水蚀风蚀交错带，是典型的水蚀风蚀交错带生态环境脆弱区。其地形特点为典型的盖沙黄土丘陵区，属中温带半干旱气候，冬春季干旱少雨，多风沙，夏秋多雨，且多暴雨及冰雹，流域面积为6.89 km 流域海拔为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%，主要土壤类型为绵沙土。

1.2 研究方法

该试验为长期定位试验，于2017年进行，试验设3种耕作方式：秸秆还田深松耕（DPT）、秸秆还田免耕（NT）和秸秆还田常规耕作（PT）。试验设3个重复，3个小区，每个小区面积225 m2（15 m×15 m）。种植制度为夏玉米一年一熟，供试品种为郑单958，于2017年5月播种，密度为66 600株/hm 于10月收获。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、开花期、灌浆期和收获期采集样品，用土钻分别取0～10和10～20 cm土层土壤样品，每个耕作方式采用“S”形随机采取5个点，混合均匀后代表样方土壤样品，样品过2 mm筛以去除土壤可见的杂质，并将样品保存在4 ℃冰箱，待测定结束。

1.3 测定项目与方法

土壤微生物生物量碳采用底物诱导呼吸法。取5 g鲜土盛于280 mL试剂瓶中，加入30 mg葡萄糖粉末和0.025 g滑石粉在22 ℃培养2 h测定CO2呼吸量，然后根据CO2释放速率与微生物生物量碳之间的关系求出土壤微生物生物量碳[8-9]。

土壤微生物活性采用CO2释放量法。取5 g 鲜土盛于280 mL试剂瓶中，在22 ℃条件下培养24 h，测定CO2呼吸量。

CO2的产生量采用 ADC Bio.Scientific Ltd生产的便携式红外线分析仪测定，土壤均以干土计算。

土壤理化性质测定参照Wang等[10]、Zhao等[11]和Berthrong等[12]的方法。土壤含水量采用烘干法测定。土壤粉粒、黏粒和砂粒采用激光粒度仪测定。土壤铵态氮采用靛酚蓝比色法测定;硝态氮采用紫外分光光度法测定，以上几种测定方法均参照《土壤分析技术规范》测定[13]。

1.4 数据处理 试验数据采用SPSS 18.0进行处理，Origin 8.0绘图。

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式对夏玉米农田土壤微生物生物量碳的影響

从图1可以看出，不同耕作方式下微生物生物量碳先增大后减小，且在开花期达到最大。不同耕作方式下0～10 cm土层土壤微生物生物量碳均大于10～20 cm土层。

0～10 cm土层在不同耕作方式下，苗期常规耕作方式下土壤微生物生物量碳高于深松耕和免耕处理，但无显著差异（P>0.05）。在开花期、灌浆期深松耕和免耕方式下土壤微生物生物量碳显著高于常规耕作（P<0.05），表现为深松耕>免耕>常规耕作。在收获期，免耕显著大于深松耕和常规耕作，且深松耕和常规耕作间无显著差异（P>0.05）。夏玉米整个生育期不同耕作方式下土壤微生物生物量碳表现为深松耕>免耕>常规耕作，秸秆还田耕作方式能显著提高土壤微生物生物量碳。

10～20 cm土层在不同耕作方式下，常规耕作大于深松耕和免耕，且无显著差异（P>0.05）。由此可知，秸秆还田耕作方式主要在0～10 cm土层对微生物生物量碳起作用。

研究表明，在 0～10 cm 土层，秸秆还田能显著提高夏玉米农田土壤微生物生物量碳。而在 10～20 cm土层无显著增加，土壤发生明显的“上富下贫”现象。这与 Balota等[14]的研究结果一致。

2.2 不同耕作方式对夏玉米农田土壤微生物活性的影响

从图2可以看出，夏玉米从苗期到开花期土壤微生物活性呈降低趋势，从开花期到灌浆期呈增加趋势，灌浆期到收获期呈下降趋势，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土层土壤微生物活性高于10～20 cm土层土壤微生物活性。

0～10 cm土层，深松耕和免耕方式土壤微生物活性显著高于常规耕作方式（P>0.05），深松耕和免耕方式较常规耕作方式增加65%和45%。在夏玉米整个生育期内，不同耕作方式下土壤微生物活性表现为深松耕>免耕>常规耕作，秸秆还田能够明显增加土壤微生物活性，表现在可以较好地调节养分功能。

10～20 cm土层，深松耕方式下，在开花期和灌浆期土壤微生物活性显著高于常规耕作方式和免耕方式（P<0.05），常规耕作方式和免耕方式差异不显著（P>0.05）。夏玉米整个生育期内，不同耕作方式下土壤微生物活性表现为深松耕>常规耕作>免耕方式，表明深松耕可以明显改善0～20 cm土层土壤微生物活性，但免耕方式仅提高0～10 cm土层土壤微生物活性。

研究表明，在 0～10 cm 土层，秸秆还田能显著提高夏玉米田土壤微生物活性。而在 10～20 cm土层无显著增加，土壤发生明显的“上富下贫”现象，这与孔凡磊等[15]的研究结果一致。

2.3 不同耕作方式对夏玉米农田土壤理化性质的影响

从图3可以看出，不同耕作方式下，免耕土壤黏粒含量显著高于深松耕和常规耕作（P<0.05），深松耕和常规耕作差异不显著（P>0.05）。常规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种耕作方式间差异显著（P<0.05）。免耕方式土壤的砂粒含量显著大于深松耕和常规耕作（P<0.05），深松耕和常规耕作方式无显著差异（P>0.05）。免耕方式土壤含水量大于深松耕和常规耕作，深松耕大于常规耕作，且3种耕作方式间土壤含水量差异显著（P<0.05）。

从图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，且显著大于常规耕作和免耕方式（P<0.05），深松耕土壤硝态氮含量最高，显著高于常规耕作和免耕方式（P<0.05）。免耕方式土壤铵态氮含量最高，显著大于深松耕和常规耕作（P<0.05）。

研究表明，不同耕作方式可以影响土壤理化性质，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，这与李友军等[16]研究结果一致。秸秆还田耕作方式减少了对土壤的扰动，有利于土壤形成良好的结构，提高土壤的孔隙连通度，较传统耕作具有更好的储水和抗侵蚀能力[17]。

2.4 不同耕作方式对夏玉米农田土壤呼吸速率的影响

从表1可以看出，夏玉米整个生育期内，不同耕作方式下0～10 cm土层土壤呼吸速率均大于10～20 cm土层土壤呼吸速率，且不同耕作方式下10～20 cm土层无显著差异（P>0.05）。

0～10 cm土层，不同耕作方式下，苗期免耕方式下的土壤呼吸速率显著小于常规耕作方式（P<0.05）。开花期深松耕和免耕方式下的土壤呼吸速率显著小于常规耕作方式下的土壤呼吸速率（P<0.05）。灌浆期和收获期深松耕和免耕方式下的土壤呼吸速率显著小于常规耕作方式下的呼吸速率（P<0.05）。

10～20 cm土层，不同耕作方式下，免耕方式的土壤呼吸速率显著小于常规耕作和深松耕方式（P<0.05）。总体而言，在夏玉米整个生育期内，不同耕作方式下，0～20 cm土层土壤呼吸速率表现为常规耕作>深松耕>免耕方式。

研究表明，在0～20 cm土层，夏玉米生育期内深松耕和免耕方式均能降低土壤呼吸，这与前人的研究结果一致[18]。原因可能是在免耕方式下土壤紧实度高，与空气接触面积相对较小，导致土壤呼吸较弱，而常规耕作对耕作层破坏较大，使得土壤的温度和水分变化较为明显，导致土壤的呼吸速率较高[19]。

3 结论

深松耕、免耕和常规耕作方式能够明显增加夏玉米生育期内0～10 cm土层土壤微生物生物量碳和微生物活性，土壤表现出“上富下贫”的现象。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蚀能

力。深松耕和免耕方式均能降低夏玉米生育期内土壤呼吸，能够较好地改善土壤生态因子。

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