不同耕作和秸秆还田模式对紫云英-双季稻土壤微生物 生物量碳、氮含量的影响

潘孝晨 ，唐海明 *，肖小平，李超，汤文光，程凯凯， 郭立君，黄桂林，汪柯

1. 湖南大学研究生院隆平分院，湖南 长沙 410125；2. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125

水稻（Oryza sativaL.）是世界三大主要粮食作物之一，全球超过一半人口以稻米为主食，稻田土壤质量是影响国家粮食安全的重要因素（张立成等，2017）。根际土壤微生物不仅易受温度、水分、施肥、秸秆还田和土壤耕作等多种因素的影响，还和植物根系生长阶段有关联性，是体现微观土壤质量状况最敏感的指标（杨滨娟等，2014；王晓婷等，2019）；土壤微生物生物量碳、氮能够灵敏、准确地反映土壤对不同农业措施的差异性（李娟等，2008；Philippot et al.，2013），研究稻田根际与非根际土壤微生物生物量碳氮含量变化对于探究稻田土壤理化性质，水稻产量与根际土壤微生物生物量碳氮之间的相互关系，阐述农田生态系统对稻田耕作和秸秆还田措施的响应具有重要意义。

土壤耕作可以改善土壤结构和土壤理化性质使得土壤微生物生物量碳、氮变化显著（何莹莹等，2008；唐先亮等，2016）。土壤微生物量的垂直分布随着土壤深度的增加而减少，秸秆还田条件下免耕土壤微生物生物量碳、氮含量高于翻耕，且主要在表层土壤中，翻耕措施下土壤微生物生物量碳、氮较均匀（张凤云，2013）；成臣等（2018）研究认为秸秆还田下长期采用旋耕的耕作模式能够提高南方双季稻田土壤肥力和产量；高嵩涓等（2015）通过长期定位试验发现，紫云英-双季稻的土壤微生物生物量碳和氮、微生物熵和微生物生物量碳氮比均显著高于冬闲-双季稻处理。由于各地所开展研究的气候条件、土壤类型、作物种类、种植制度、田间管理措施等因素不同，前人开展耕作和秸秆还田对土壤微生物生物量碳、氮研究结果各异（张明园等，2011；孙露莹，2015）。

湖南是中国主要双季稻区，保持该区域稻田土壤质量是水稻高产、稳产的重要基础，对于保障国家粮食生产安全具有重要战略意义。目前，该区域双季稻生产过程中存在着冬闲田面积增加、土壤耕层变浅和土壤肥力下降等问题；因此，前人开展了不同土壤耕作措施条件下（翻耕、旋耕和免耕）对双季稻田土壤微生物生物量方面影响的部分研究（高嵩涓等，2015；唐先亮等，2016；唐海明等，2018），但在紫云英（Astragalus sinicusL.）-双季稻种植模式采取秸秆还田培肥土壤条件下不同土壤耕作模式对双季稻根际土壤微生物生物量碳、氮及熵的影响还有待进一步开展。本研究以紫云英-双季稻种植模式大田定位试验为基础，于2017年和2018年开展不同土壤耕作和秸秆还田措施下双季稻各个主要生育时期根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量变化特征研究，从而为南方双季稻区选择高效合理的土壤耕作和秸秆还田模式提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

该大田试验开始于2015年，试验田位于湖南省宁乡市回龙铺镇回龙铺村（28°07′N，112°18′E），海拔36.1 m，年均气温17.2 ℃，年平均降雨量1553 mm，年蒸发量1354 mm，无霜期274 d。试验田土壤为水稻土，河沙泥土种，为典型的双季稻主产区。种植制度为紫云英-双季稻，土壤肥力中等，排灌条件良好。试验前耕层土壤（0-20 cm）基础肥力如表1中所示。

1.2 试验设计及田间管理

试验设4个土壤耕作处理：（1）双季水稻翻耕+秸秆还田（CT：conventional tillage with crop residues incorporation）：早稻和晚稻移栽前用铧式犁翻地1遍，耕深约15-20 cm，再用旋耕机旋地2遍以平整土地，耕深约8-10 cm，紫云英和水稻秸秆均还田；（2）双季水稻旋耕+秸秆还田（RT：rotary tillage with crop residues incorporation）：早稻和晚稻移栽前用旋耕机旋地4遍，耕深约8-10 cm，紫云英和水稻秸秆均还田；（3）双季水稻免耕+秸秆还田（NT：no tillage with crop residues retention）：不进行整地，早稻和晚稻均采用免耕移栽，紫云英和水稻秸秆均还田；（4）双季水稻旋耕+秸秆不还田为对照（RTO：rotary tillage with crop residues removed）：早稻和晚稻移栽前用旋耕机旋地4遍，耕深约8-10 cm，水稻秸秆均不还田。每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积56.0 m2（7 m×8 m）。秸秆还田处理中，紫云英、早稻和晚稻稻草秸秆均为部分还田，还田量分别为22500.0、2000.0和2000.0 kg·hm-2（鲜重），多余的秸秆均在土壤耕作前移出稻田，CT和RT处理的紫云英、早稻和晚稻的秸秆均在土壤耕作时翻压还田，NT处理秸秆均为地表覆盖还田；RTO处理的种植制度为冬闲-双季稻，早稻和晚稻的秸秆均不还田。

2017年和2018年采取相同施肥措施，保证早稻和晚稻季各处理间一致的N、P2O5、K2O施用量（总施用量为化肥与紫云英、早稻、晚稻稻草秸秆养分含量之和），各处理具体施肥措施如表2中所示。早稻和晚稻季，各施肥处理N和K2O作基肥和追肥2次施入，基肥在耕地时施入，追肥在水稻移栽后7 d施用，基:追肥比例均按6:4施用；P2O5均在稻田耕地时作基肥一次性施入。2017年和2018年，紫云英供试品种均为湘紫2号，10月播种，播种量为22.5 kg·hm-2，翌年4月上旬进行秸秆翻压还田或地表覆盖还田。早稻供试品种均为湘早籼45号，4月下旬移栽，7月中旬收获；晚稻供试品种均为湘晚籼13号，7月下旬移栽，10月下旬收获；CT、RT和RTO处理在早、晚稻移栽前均喷洒除草剂（克无踪）1.5 kg·hm-2，NT处理早、晚稻移栽前均喷洒除草剂（克无踪）6.0 kg·hm-2。其他田间管理措施同常规大田生产。

1.3 样品采集和测定

2017年和2018年，分别于早稻、晚稻的苗期（移栽后10 d）、分蘖盛期、孕穗期、齐穗期和成熟期，分别在每个小区采集水稻根际和非根际土壤样品。根际土壤取样方法采用“抖根法”（Phillips et al.，2008），将水稻根系从土壤中挖出，细心的剥离根系外围土壤，收集粘附在根系周围（0-4 mm）的土壤作为根际土壤样品，每次采集土壤样品时，采集10穴水稻根际土壤组成一个样品；同时，于每个小区采用“S”型取样法用土钻取距水稻5 cm处0-20 cm深的土壤作为非根际土壤样品，将样品充分混匀；每次采集土壤样品时，各个处理均采集3个根际和非根际土壤样品；剔除土壤中石砾及植物残茬等杂物后，将一部分土壤样品迅速装入自封袋中并放置于冰盒中，运至实验室，在4 ℃冰箱中保存，用于测定土壤微生物生物量碳、氮含量；另一部分土壤样品自然风干，过2 mm筛，用于土壤有机碳含量的测定。有机碳含量测定采用K2Cr2O7测定，微生物生物量碳、氮含量测定采用氯仿熏蒸-浸提法，使用碳/氮分析仪测定浸提液中的碳和氮含量（鲍士旦，2005）。

表1 试验前耕层土壤（0-20 cm）基础肥力 Table 1 Foundation fertility of cultivated soil (0-20 cm) before field experiment

表2 早、晚稻季各处理施肥情况 Table 2 Application of fertilizer with different soil tillage and returning crop residues treatments at early and late rice whole growth period

土壤微生物生物量碳氮比的计算公式：

土壤微生物生物量碳氮比(Soil microbial biomass carbon nitrogen ratio，SMBC/SMBN)=土壤微生物生物量碳/土壤微生物生物量氮；

土壤微生物熵的计算公式：

土壤微生物熵(Soil microbial quotient，SMQ)=土壤微生物生物量碳/土壤总有机碳×100%

1.4 数据统计与分析

试验数据均以每次测得3次重复的平均值表示，文中所有的试验数据均为2年的平均值，试验数据采用Microsoft Excel 2003软件进行处理，采用SPSS 20.0统计软件进行LSD方差分析和多重比较，在P＜0.05水平下检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 土壤微生物生物量碳含量

由图1可知，在早、晚稻各个主要生育时期，不同处理根际与非根际土壤微生物生物量碳（SMBC）总体趋势均呈现先增加后减少的变化规律；土壤翻耕（CT）、土壤免耕（NT）、土壤旋耕（RT）和对照（RTO）根际与非根际SMBC含量均从苗期开始增加，均于齐穗期达到最大值；早稻和晚稻各个主要生育时期，各处理根际与非根际SMBC含量变化范围分别为317.2-822.4、276.9-616.8 mg·kg-1和286.8-792.0、281.1-617.8 mg·kg-1。

早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际土壤SMBC含量均高于非根际土壤；各处理根际与非根际SMBC含量大小顺序均表现为：CT＞RT＞NT＞ RTO；CT处理根际与非根际SMBC含量均高于RT处理，但均无显著性差异（P＞0.05）；RT处理根际与非根际SMBC含量均高于NT处理，但均无显著性差异（P＞0.05）；CT、RT和NT处理的根际与非根际SMBC含量均显著高于RTO处理（P＜0.05）；CT处理的根际SMBC含量均显著高于NT处理（P＜0.05），CT处理的非根际土壤SMBC含量高于NT处理，但无显著性差异（P＜0.05）。

早稻和晚稻的齐穗期，CT处理非根际SMBC含量分别比NT处理增加8.2%和5.2%，RT处理分别比RTO处理增加41.1%和39.9%；CT处理根际SMBC含量分别比NT处理增加16.9%和11.9%，RT处理分别比RTO处理增加50.3%和39.9%。

图1 不同耕作和秸秆还田模式对双季稻田土壤微生物生物量碳含量的影响 Fig. 1 Effects of different soil tillage and returning crop residues treatments soil microbial biomass carbon content at the different main growth stages of early and late rice

2.2 土壤微生物生物量氮含量

由图2可知，早、晚稻各个主要生育时期，不同处理根际与非根际土壤微生物生物量氮（SMBN）的总体趋势呈现先增加后减少的变化规律；从苗期开始增加，齐穗期达到最大，然后开始下降。早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际与非根际SMBN含量范围分别为38.6-64.5、33.1-50.6 mg·kg-1和37.8-64.6、33.2-50.6 mg·kg-1。

图2 不同土壤耕作和秸秆还田模式对双季稻田土壤微生物生物量氮含量的影响 Fig. 2 Effects of different soil tillage and returning crop residues treatments soil microbial biomass nitrogen content at the different main growth stages of early and late rice

早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际土壤SMBN含量均高于非根际土壤；各处理根际与非根际SMBN含量大小顺序均表现为：CT＞RT＞NT＞ RTO，其中CT处理的根际SMBN含量均显著高于RTO处理（P＜0.05）；早、晚稻孕穗期和齐穗期，CT处理的非根际SMBN含量均显著高于RTO处理（P＜0.05）。CT处理的根际与非根际SMBN含量均高于RT和NT处理，但均无显著性差异（P＞0.05）；NT处理根际与非根际SMBN含量均显著高于RTO处理（P＜0.05）。

早稻和晚稻的齐穗期，CT处理非根际SMBN含量分别比NT处理增加1.1%和2.1%，RT处理分别比RTO处理增加12.5%和34.4%；CT处理根际SMBN含量分别比NT处理增加4.7%和4.3%，RT处理分别比RTO处理增加22.5%和24.6%。

2.3 土壤微生物生物量碳氮比

图3 不同土壤耕作和秸秆还田模式对双季稻田土壤微生物生物量碳氮比的影响 Fig. 3 Effects of different soil tillage and returning crop residues treatments soil microbial biomass carbon nitrogen ratio at the different main growth stages of early and late rice

由图3可知，在早、晚稻各个主要生育时期，不同处理根际与非根际土壤微生物生物量碳氮比（SMBC/SMBN）呈现先增加后减少的变化规律；从苗期开始增加，齐穗期达到最大，成熟期达到最小。早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际与非根际SMBC/SMBN范围分别为8.4-12.8、8.2-12.2和7.6-12.3、8.1-12.2。

早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际土壤SMBC/SMBN均高于非根际土壤；各处理根际与非根际SMBC/SMBN大小顺序均表现为：CT＞RT＞ NT＞RTO；CT、RT和NT处理非根际SMBC/SMBN均显著高于RTO处理（P＜0.05），但是CT、RT和NT处理之间非根际SMBC/SMBN均无显著性差异（P＞0.05）。早、晚稻各个主要生育时期，CT处理根际SMBC/SMBN显著高于NT处理（P＜0.05）；CT处理根际SMBC/SMBN均高于RT处理，但均无显著性差异（P＞0.05）。

早稻和晚稻的齐穗期，CT处理非根际SMBC/SMBN分别比NT处理增加7.0%和3.1%，RT处理分别比RTO处理增加25.4%和12.4%；CT处理根际SMBC/SMBN分别比NT处理增加11.8%和7.6%，RT处理分别比RTO处理增加21.6%和12.4%。

图4 不同土壤耕作和秸秆还田模式对双季稻田土壤微生物熵的影响 Fig. 4 Effects of different soil tillage and returning crop residues treatments microbial quotient at the different main growth stages of early and late rice

2.4 土壤微生物熵

早、晚稻各个主要生育时期，不同处理根际与非根际土壤微生物量熵（SMQ）呈现先增加后减少的变化规律（图4）；从苗期开始增加，齐穗期达到最大，然后呈下降的变化趋势。早、晚稻各个主要生育时期，不同处理根际与非根际SMQ大小顺序均表现为CT＞RT＞NT＞RTO；各处理根际与非根际SMQ的变化范围分别为1.5-3.4、1.7-3.0和1.4-3.3、1.7-3.0。

早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际土壤SMQ均高于非根际土壤；各处理根际与非根际SMQ大小顺序均表现为：CT＞RT＞NT＞RTO；CT处理的根际与非根际SMQ均显著高于RTO处理（P＜0.05）。早稻和晚稻的苗期、分蘖盛期、孕穗期和齐穗期，CT、NT和RT处理根际和非根际SMQ均显著高于RTO处理（P＜0.05）；NT处理根际与非根际SMQ均显著高于RTO处理（P＜0.05）；CT、NT和RT处理之间非根际SMQ均无显著性差异（P＞0.05）。

早稻和晚稻的齐穗期，CT处理非根际SMQ分别比NT处理增加4.9%和2.3%，RT处理分别比RTO处理增加27.3%和26.4%；CT处理根际SMQ分别比NT处理增加13.4%和7.5%，RT处理分别比RTO处理增加35.2%和26.4%。

2.5 土壤有机碳含量

早、晚稻各个主要生育时期，不同处理根际与非根际土壤有机碳（SOC）呈现先增加后减少的变化趋势（图5）。从苗期开始增加，齐穗期达到最大并开始下降。早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际与非根际SOC含量变化范围分别为20.1-25.2、16.3-20.6 mg·kg-1和19.6-24.0、16.3-20.4 mg·kg-1。

早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际土壤SOC含量均高于非根际土壤；各处理根际与非根际SOC含量大小顺序均表现为：CT＞RT＞NT＞RTO；CT处理的根际与非根际SOC含量均显著高于RTO处理（P＜0.05）；早、晚稻分蘖盛期和孕穗期，NT处理根际SOC均显著高于RTO处理（P＜0.05）；早、晚稻的苗期、分蘖盛期、孕穗期和齐穗期，RT处理根际与非根际SOC含量均显著高于RTO处理（P＜0.05）；早、晚稻各个主要生育时期，CT处理的根际与非根际SOC含量均高于RT和NT处理，但均无显著性差异（P＞0.05）。

早稻和晚稻的齐穗期，CT处理非根际SOC含量分别比NT处理增加3.2%和2.9%，RT处理分别比RTO处理增加9.9%和11.5%；CT处理根际SOC含量分别比NT处理增加5.7%和4.1%，RT处理分别比RTO处理增加8.3%和10.7%。

2.6 水稻产量

2个不同年份，各处理早稻和晚稻产量大小顺序均表现为：CT＞RT＞NT＞RTO（图6）；CT、RT、NT和RTO处理早稻平均产量分别为6499.7、6388.3、5987.6和5745.1 kg·hm-2，CT、RT、NT和RTO处理晚稻平均产量分别为6825.5、6749.2、6320.7和5947.1 kg·hm-2。CT和RT处理早稻和晚稻产量均显著高于RTO处理（P＜0.05），NT处理早稻和晚稻产量均高于RTO处理，但均无显著性差异（P＞0.05）。CT处理早稻和晚稻产量分别比NT处理增加8.6%和8.0%，RT处理分别比RTO处理增加11.2%和13.5%。

图5 不同耕作和秸秆还田模式对双季稻田土壤有机碳的影响 Fig. 5 Effects of different soil tillage and returning crop residues treatments soil organic carbon content at the different main growth stages of early and late rice

图6 不同耕作和秸秆还田模式对水稻产量的影响 Fig. 6 Effects of different soil tillage and returning crop residues treatments on grain yield of early and late rice

3 讨论

3.1 不同耕作和秸秆还田模式对土壤微生物生物量碳、氮含量的影响

本研究中，早、晚稻各个主要生育时期，根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量的变化趋势相似，随着生育期的推进不断增加，均于齐穗期达到最大值，随后水稻根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量迅速下降。其原因一方面可能是受水稻生育期内稻田土壤温度和含水量的变化影响，适宜的土壤温度和土壤含水量有利于增加土壤微生物的种群数量（Verburg et al.，1999）；早稻生长前期，随着植株的生长土壤温度逐渐升高，有利于促进微生物的活性；晚稻生长前期，夏季到秋季气温逐渐下降，适宜的土壤温也有利于微生物的活动，提高土壤微生物活性（王国兵等，2016；赵建琪等，2019）。本研究中水稻移栽后，水稻根系活动随生长期推进逐渐增强，分蘖后期晒田控水措施能够调节土壤养分、增加土壤氧气，适宜的土壤温度和含水量均促进根系下扎，促进水稻根系旺盛生长，根系产生大量分泌物为微生物提供充足的碳源和氮源，提高了根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量。另一方面，随着水稻生育期的推进，还田秸秆的腐解和植株脱落物等逐渐释放养分，使得微生物数量和活性增加，最终导致根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量在分蘖盛期、孕穗期持续增加，并于齐穗期达到最大值，这与前人研究结果相似（耿贵，2011；孙馨宇等，2018；赵建琪等，2019）。水稻生育后期，稻田进行晒田降低了土壤含水量，影响水稻根系生理活性，使得土壤微生物活性降低，最终导致水稻生育后期根际和非根际土壤微生物生物量碳、氮含量逐渐下降，这与高嵩涓等（2015）的研究结果一致。

本研究结果发现，与秸秆不还田处理（RTO）相比，采用秸秆还田（紫云英和稻草秸秆还田） （CT、RT和NT）的处理均有利于增加水稻根际与非根际土壤微生物量（SMBC和SMBN），其原因可能是紫云英和稻草秸秆还田配施化肥有利于改善土壤部分理化性质，能有效增加土壤全氮、有效磷、速效钾、有机碳和微量元素含量（杨滨娟等，2014），促进水稻根系生长和分泌物的分泌，缓解土壤微生物腐解秸秆时微生物对氮素的需求（王丽宏等，2009；韩新忠等，2012），显著提高土壤微生物活性（任卫东等，2011；Turmel et al.，2014），进而增加根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量。本研究结果发现，耕作和秸秆还田（紫云英和稻草秸秆还田）处理（CT和RT）根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量均高于免耕秸秆还田处理（NT）；其原因可能是一方面翻耕和旋耕秸秆还田处理（CT和RT）能够改善耕层土壤结构（Tang et al.，2019），调节土壤温度和湿度，土壤微生物生物量碳、氮含量较高；而免耕秸秆还田处理（NT）耕层中、下层土壤的容重高、透气性差，降低水稻根系和土壤微生物活性（申丽霞等，2011）；另一方面，翻耕和旋耕秸秆还田处理（CT和RT）将秸秆翻压到土壤中，秸秆在微生物的分解下腐解快速，土壤翻耕、旋耕措施与秸秆还田条件下改善了土壤的部分理化性质，改善了耕层中、下层土壤的物理结构，增加了有机碳和有效养分含量，为微生物生长提供了良好的生态环境和物质来源（张奇等，2019；王晓婷等，2019）；而免耕秸秆还田处理（NT）秸秆覆盖于土壤表面，有机质主要富集在表层土壤，导致耕层土壤中、下层微生物固定吸收的土壤碳、氮水平较低（周佳民，2008；苏朋等，2014），降低了土壤微生物生物量碳、氮含量。在本研究，翻耕、旋耕与秸秆还田处理（CT和RT）间土壤微生物生物量碳、氮含量均无明显的差异，这可能是因为翻耕的土壤耕作深度是15-20 cm、旋耕的土壤耕作深度是8-15 cm，水稻根系主要分布在0-20 cm的土层，翻耕和旋耕作措施对水稻根系的生长发育、生理活动、耕层土壤养分含量等方面均无明显的影响（郭海斌，2014），进而对根际和非根际土壤微生物均无显著影响。

本研究结果表明，根际土壤微生物生物量碳、氮含量均明显高于非根际土壤，这可能是因为根际土壤微生物与水稻植株根系生长发育、生理活性关系密切，根系周围丰富的分泌物和脱落物能为根际土壤微生物提供充足的碳源和氮源，有利于土壤微生物生长繁殖（Prosser，2002），导致根际土壤的微生物数量和生物活性均明显高于非根际的土壤（Bentham et al.，1992）。本研究还发现，虽然稻田土壤SMBC和SMBN含量在水稻生育期内的变化幅度总体变化趋势相似，但其含量变化幅度不同，这可能是因为土壤SMBC和SMBN含量变化受土壤温度、湿度等外在条件影响的敏感程度各异（张明园等，2011；汤宏等，2013；郝江勃等，2019），其具体原因还有待进一步研究。

3.2 不同耕作和秸秆还田模式对土壤微生物熵的影响

土壤微生物熵可作为土壤碳动态和土壤质量研究的有效指标，土壤微生物熵可以充分反映土壤中活性有机碳所占比例；前人研究结果表明，稻田土壤微生物的熵值范围为1%-4%（刘守龙等，2006）；张帆等（2007）研究发现，冬季作物黑麦草秸秆还田处理显著增加稻田土壤微生物生物量碳和微生物熵。本研究结果表明，早、晚稻各个主要生育时期，各处理根际与非根际土壤微生物熵的动态变化均表现为先增加再降低的变化趋势，于齐穗期达到最大值；其原因可能是因为水稻生育前期适宜的土壤温度和含水量有利于水稻生长发育，水稻根系活力逐渐增强和分泌物逐渐增加，导致根际与非根际土壤微生物数量和活性提高；同时，植株脱落物、秸秆腐解过程中所释放的养分和丰富的根际分泌物刺激了根际与非根际土壤微生物的繁殖，从而增加了土壤微生物生物量碳含量（图1），根际与非根际土壤微生物量熵逐渐提高，齐穗期植株的根系生理活性达到最大值、较佳的生态环境（高嵩涓等，2015），根际与非根际土壤微生物熵达到峰值；在水稻生育后期，由于稻田排水晒田、土壤含水量降低，植株根系生理活动逐渐减少，影响根际和非根际土壤中的微生物活性，导致在水稻生育后期土壤微生物生物量碳含量逐渐降低，土壤微生物熵于成熟期降到最低值（曾路生等，2005）。

本研究结果还发现，翻耕、旋耕与秸秆还田处理（CT和RT）根际与非根际土壤微生物熵均为最高值，均明显高于秸秆不还田处理（RTO）；其原因可能是秸秆还田措施下紫云英和稻草秸秆均具有丰富的有机物来源，分解后的有机物被土壤微生物吸收并成为其机体的一部分，提高了土壤中活性有机碳的含量（图5），土壤微生物生物量碳在总有机碳中的比值升高，导致翻耕、旋耕与秸秆还田处理（CT和RT）根际与非根际土壤微生物熵均明显高于秸秆不还田处理（RTO）（韩新忠等，2012；徐一兰等，2016）。在不同处理间，土壤翻耕、旋耕与秸秆还田处理（CT和RT）根际与非根际土壤微生物熵均高于免耕秸秆还田处理（NT），其原因可能是一方面翻耕、旋耕与秸秆还田处理（CT和RT）将有机物通过土壤耕作措施翻压于土壤中，均匀的增加了耕层土壤的有机碳含量，促进了土壤有机碳转化为土壤微生物生物量碳；另一方面，耕作和秸秆还田互作下改善了稻田土壤水、汽、热状况，有利于促进水稻根系的生长和增加根系分泌物，增强了对营养物质的吸收；而免耕秸秆还田处理（NT）耕层土壤没有人为的干扰松动，秸秆通过腐解产生的碳富集于表层土壤，水稻根系生长扎根于土壤的上中层，影响了根系在土壤中的分布、生理活性和对营养物质吸收利用能力，降低了土壤微生物生物量碳含量，最终影响根际与非根际土壤微生物熵。

3.3 不同耕作和秸秆还田模式对水稻产量的影响

水稻产量是植株个体和群体干物质积累、转运和分配的最终结果，郭海斌（2014）发现土壤耕作和秸秆还田有利于提高土壤微生物数量和土壤酶活性，增加水稻产量；成臣等（2018）研究表明，旋耕秸秆还田处理双季稻产量高于翻耕和免耕秸秆还田处理。本研究结果表明，秸秆还田处理（CT、NT和RT）早、晚稻产量均明显高于不还田处理（RTO），其原因可能是紫云英和稻草秸秆还田配施化肥可以明显改善土壤理化性质，增加土壤有机质和养分含量，促进植株根系生长和养分吸收，为水稻高产提供了物质来源，其结果与前人相一致（梁天锋等，2009；杨宪龙，2013；隋鹏祥等，2018）。本研究结果还表明，翻耕、旋耕与秸秆还田处理（CT和RT）早、晚稻产量均明显高于免耕秸秆还田处理（NT），其原因可能是一方面翻耕和旋耕结合秸秆还田措施均改善了土壤的理化性质，降低了土壤容重（Tang et al.，2019），均有利于促进水稻植株根系生长发育、增加水稻根量，增强根系的吸收能力，有利于增加水稻植株干物质积累，为水稻获得高产奠定了物质基础（唐海明等，2019）。在本研究中，翻耕与秸秆还田处理（CT）早稻和晚稻产量均高于旋耕与秸秆还田处理（RT），其研究结果与成臣等（2018）研究结果不同，其原因可能是与所在区域的气候条件、种植制度、土壤类型和土壤翻耕深度不同等因素密切相关，影响土壤理化性质和微生物活性，得出的研究结果各异。

4 结论

南方双季稻区，在紫云英-双季稻三熟制种植模式条件下，秸秆还田（紫云英和稻草秸秆还田）措施有利于增加早稻和晚稻各生育时期根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵；在早稻和晚稻各个主要生育时期，根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均以土壤翻耕与秸秆还田措施为最高，其次是土壤旋耕、免耕与秸秆还田措施，土壤旋耕与秸秆不还田措施下根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均为最低。秸秆还田措施早稻和晚稻产量均明显高于秸秆不还田措施；各个不同处理间，土壤翻耕与秸秆还田措施对早稻和晚稻的增产效果为最佳，其次是土壤旋耕、免耕与秸秆还田措施，土壤旋耕与秸秆不还田措施下双季水稻产量均为最低。综上所述，采取土壤翻耕、旋耕与秸秆还田（CT、RT）措施均有利于提高双季稻田根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量和土壤微生物熵，具有明显的增产效果，是南方双季稻区切实可行的稻田土壤管理措施。