翻压绿肥对土壤微生物性状影响的研究进展

况胜剑， 王文华

(贵州省农业科学院 土壤肥料研究所/农业资源与环境研究所/农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站， 贵州 贵阳 550006)

绿肥是国内农作物种植制度中重要的轮作倒茬作物，也是养分较为全面的优质生物肥源之一[1]，施用绿肥能够改变土壤化学及生物学性状，并对作物生长产生影响[2]。土壤微生物是土壤中肉眼看不见或看不清的微小生物的总称，一般包括古生菌、细菌、真菌、病毒、原生动物和显微藻类等[3]，作为土壤中最活跃的组分，其参与养分元素的循环转化、环境污染物的净化降解和陆地生态系统的稳定调节，对维持生态系统的整体功能至关重要[4]。土壤的生物活性包括土壤微生物种群结构及土壤酶活性，其活性的高低可表征土壤生物活性和土壤生化反应强度，反映作物对养分的吸收利用与生长发育状况[5]，常作为土壤肥力评价的重要指标[6-11]。此外，土壤微生物还与作物病害、连作障碍、土壤酸化和盐渍化存在相关性[12-14]。翻压绿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结构[17-18]和提升土壤酶的活性[16,19]，从而改善土壤质量、提高土壤肥力[20-21]并促进作物增产[22-23]。因此，研究绿肥翻压对土壤微生物性状的影响，对提升土壤环境质量、改善农田生态环境和提高农作物产质量等均有重要作用，可为绿肥有效利用及环境友好型可持续农业发展奠定基础。

1翻压绿肥对土壤微生物量的影响

土壤微生物量与土壤有机质矿化及养分循环过程相关，可作为土壤理化性状变化的早期指示指标[24-25]。土壤微生物量碳、氮是植物生长所需养分的重要来源，其含量的高低取决于土壤中微生物数量的多少[26]。其中，土壤微生物量碳作为土壤有机质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]。

在南方双季稻产区，冬种绿肥尤其是紫云英可改善土壤微域生境条件，对提高土壤肥力及水稻产量具有较好的效果[1]。高嵩涓等[20]通过在南方红壤性水稻土长达31年的定位试验表明，种植并翻压紫云英、油菜和黑麦草3种冬绿肥均可提高土壤微生物生物量碳、氮，其中，紫云英提高作用最显著，全年平均分别提高15.92%和36.49%。万水霞等[28-29]研究表明，在紫云英-水稻轮作模式下，土壤好气性细菌、真菌数量增加，放线菌数量减少，土壤微生物量碳、氮最大分别提高142.33%和83.91%。长期施用紫云英较不施肥相比土壤微生物总数量显著提高，化肥减量30%配施紫云英22 500 kg/hm2，水稻增产率达51.44%，且安徽沿江双季稻区的综合效果较好[15]。颜志雷等[30-31]研究指出，紫云英与化肥配施可不同程度提高土壤微生物量碳、氮含量，最佳施用量分别为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。可见，南方冬闲稻田种植并翻压紫云英可实现减肥增效的效果，但应结合不同地区的气候特点及种植制度等合理采用紫云英的翻压量，以达到最佳效果。

大量研究表明，植烟土翻压绿肥后的微生物较活跃，利于有机物质的转化和烤烟正常生长所需的营养供应。佀国涵等[16]研究指出，在湖北恩施植烟土连续3年翻压绿肥光叶紫花苕子30 000 kg/hm2配施85%化肥时，土壤细菌、真菌和放线菌数量以及土壤微生物量碳含量较常规施肥分别提高49.0%、47.8%、35.4%和40.7%。刘国顺等[9]在重庆武隆连续3年在植烟土翻压绿肥黑麦草，土壤微生物量碳、氮含量在整个生育期较对照分别提高31.0%～67.1%和23.0%～145.1%。李正等[21,32]在重庆武隆试验表明，在保证综合效果的前提下，黑麦草适宜翻压量为15 000～22 500 kg/hm2。此外，张黎明等[33]研究发现，植烟土翻压不同绿肥对土壤微生物量的影响存在差异，禾本科绿肥对其影响最大，豆科绿肥次之，十字花科绿肥较小。

在华北地区，玉米旱地冬绿肥翻压后土壤细菌数量是冬闲区的2.0～3.7倍，其中毛苕子效果较二月兰更好[34]。在甘肃河西，玉米间作针叶豌豆翻压后土壤细菌数量较对照增加60.3%[35]。杨冬艳等[36]研究指出，日光温室黄豆翻压后土壤微生物总量、细菌数量及微生物量碳、氮含量显著高于香豆子和对照，且微生物量C/N也较为适宜，是日光温室短期休闲的优良绿肥作物。孙文彦等[37]研究发现，棉田连续3年套种毛叶苕子和二月兰并翻压还田，耕层土壤真菌、细菌和放线菌数量均大幅增加，籽棉产量也有所提高。赵秋等[38]研究表明，北方桃园翻压二月兰后有利于土壤细菌和放线菌总量增加，但对真菌数量具有抑制作用。于淑慧等[39]研究指出，桃园翻压二月兰后土壤细菌和真菌数量最高，翻压毛苕子放线菌数量最高。可见，不同利用类型土壤翻压绿肥均具有较好的培肥效果。

2翻压绿肥对土壤微生物群落结构及多样性的影响

土壤微生物多样性是指土壤生态系统中所有微生物的种类及其拥有的基因，以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度[3]。当前，国内外研究土壤微生物多样性的方法主要有微生物稀释平板记数法、Biolog微平板法、PLFA分析法和分子生物学方法等[40]。土壤微生物多样性受施肥制度、植被类型、耕作方式、栽培模式、季节变化、土壤质地和施用农药等因素的影响[41]。翻压绿肥可为微生物生长繁殖提供充足的碳源及氮源，影响微生物对碳源的利用，从而改变微生物群落的结构及多样性[18,42]。李文广等[43]研究发现，黄土高原旱地麦田夏闲期引入饲料油菜作绿肥并还田可提高后茬麦田土壤的养分含量，有效改善细菌群落结构及多样性，增强土壤细菌碳、氮的代谢能力，增加土壤有益菌的群落数量。贺国强等[44-45]在黑龙江省牡丹江市研究植烟土套种并翻耕绿肥对土壤微生物群落的影响指出，植烟土套作并翻耕绿肥其微生物的群落结构与功能多样性均优于对照，增强土壤微生物的碳代谢活性，紫花苜蓿和草木犀等豆科绿肥更适宜植烟土套种。张超等[46]也得出相似的结果，植烟土翻压绿肥后，其细菌群落的多样性较对照高。

植物土传病害的发生与根际土壤微生物数量、组成和群落结构关系密切[47]。在农业生产上，许多土传病原微生物均来自于土壤真菌，并导致作物发生根腐病及枯萎病害[48]。也有研究指出，土壤微生物群体可一定程度上抑制作物的土传病害，微生物群落结构越丰富，多样性越高，其抗病原菌的综合能力越强[49]。近年来，施用绿肥对作物土传病原菌的抑制作用越来越受到研究者的关注[50]。陈晓波等[17]研究发现，烟地轮作绿肥光叶紫花苕并翻压后，具有改善土壤微生态环境、提高土壤生物活力和协调土壤微生物菌群结构及抑制真菌病原微生物的效果。王飞等[51]研究指出，植烟土翻压绿肥可降低土壤致病菌的丰度，提高固氮菌的丰度，改善土壤细菌群落结构，尤其是翻压紫云英的效果最明显。张超等[46]研究发现，烟田翻压黑麦草烟草青枯病的发病率仅3.38%，不施绿肥的对照组为80.45%。董晓霞等[52]研究发现，套种翻压小油菜和水萝卜能够降低露天番茄青枯病的发病率，提高番茄产量。翻压绿肥可提高土壤微生物的多样性，增加有益菌数量，抑制有害菌，改善微生物群落结构，对土壤环境质量的改善具有重要意义。

3翻压绿肥对土壤酶活性的影响

土壤酶在生态系统中起生物催化作用，是土壤生态系统的重要组分之一，与土壤理化性质与类型、施肥、耕作以及其他农业措施等密切相关[53]。土壤酶活性与土壤养分存在显著的相关性，作为衡量土壤肥力水平的指标[28, 54]，一定程度上可反映土壤养分转化的动态，在土壤养分循环以及植物生长所需养分的供给过程中具有重要作用[55]。

在稻田土壤中，紫云英翻压对土壤酶活性的促进作用较好。万水霞等[28]研究发现，紫云英与水稻轮作并翻压还田，土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提高10.12%～100.33%、10.22%～43.23%和0.14%～7.28%。与油菜和黑麦草相比，长期冬种紫云英的土壤脲酶、转化酶和脱氢酶活性提升更大[1]。颜志雷等[30]研究指出，除过氧化氢酶，紫云英与化肥混施对转化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性的影响优于单施化肥或紫云英。然而，由于紫云英抗旱能力较弱，在旱地植烟土翻压后对土壤酶活性的促进效果低于光叶紫花苕、箭舌豌豆和黑麦草等绿肥[56]。

绿肥不同翻压量对土壤酶活性的影响存在差异，随翻压量的提高总体呈上升趋势[16,19]。不同种植方式的绿肥翻压后对土壤酶活性的影响也存在差异，黄土高原旱地麦田麦后播种绿肥翻压后土壤酶活性高于套作[57]。同属绿肥作物翻压后对土壤酶活性的影响也不同，芸薹属绿肥油菜翻压比芜菁和芥菜更有利于提高土壤酶活性[58]。

4小结与展望

绿肥是清洁高效的有机肥源之一，绿肥翻压后可提升土壤生物的活性，进而提高土壤肥力，改善土壤微生物群落结构，抑制土壤有害病菌，增强土壤酶活性，促进其养分元素的循环利用，进而维持土壤的高效生产能力，确保提升农产品的产质量。当前，我国绿肥发展面临种植面积萎缩、品种资源退化和技术模式缺乏等问题[59]。因此，围绕绿肥翻压利用的相关基础研究及技术推广应用意义重大。翻压绿肥对土传病害的防治虽然已有相关研究报道，但多见于烟草等作物。在今后的研究中，一是针对不同土壤类型、气候环境和作物种类等，进一步研究适宜的绿肥品种、翻压量及栽培制度，同时，优化其与化肥的配施比例，充分发挥绿肥减施增效的作用。二是基于已有翻压绿肥对土传病害防治的相关研究报道多见于烟草等作物，加大应用研究范围，可为土传病害的绿色防控提供更多基础支撑。三是加大绿肥种植及翻压等技术的推广应用力度，使之真正服务于现代农业生产。