地膜覆盖玉米对土壤微生物量的影响-

1、第22卷第4期2002年4月生态学报A CTA ECOLO G I CA S I N I CAV o l .22,N o.4A p r .,2002地膜覆盖玉米对土壤微生物量的影响张成娥,梁银丽,贺秀斌(中国科学院,水利部水土保持研究所西北农林科技大学,杨凌712100基金项目:中国科学院知识创新工程资助项目(KZCX1206202201;国家自然科学基金部分资助项目(49901012收稿日期:2000204230;修订日期:2000212220作者简介:张成娥(1937,女,陕西西安市人,副研究员。主要从事土壤养分及土壤微生物的研究。摘要:通过田间小区试验,对不同施肥条件下黄土塬区地膜覆盖栽

2、培玉米与裸地种植玉米各生长期土壤微生物生物量C 、N 、P 进行了研究,其结果表明:地膜覆盖栽培各生长期玉米地的微生物量C 均低于裸地种植玉米地,微生物量N 与C 的趋势基本一致,其中苗期表现最明显;而微生物量P 有所不同,拔节期地膜覆盖玉米地的微生物量P 明显低于裸地种植玉米地,抽雄期则是前者明显高于后者。研究表明地膜覆盖种植玉米对土壤微生物量C 、N 、P 产生重要影响,其影响程度与作物生育期有关。关键词:地膜覆盖;土壤微生物量;玉米生长期Effects of Pla stic Cover Cultiva tion on So il M icrob i a l B ioma ssZHAN

3、G Cheng 2E ,L I AN G Y ing 2L i (Institu te ofS oil and W a ter Conserva tion ,Ch inese A cad e my of S ciencesN orthw estern S ci 2T ech U n iversity of A g ricu ltu re and F orestry ,Y ang ling ,7121000,Ch ina .A cta Ecolog ica S in ica ,2002,22(4:508512.Abstract :P lastic covering is an efficient

4、 p lanting m easure fo r rising p roducti on .It has been recently app lied and extended w idely in dryland far m ing areas of no rthw estern Ch ina .E specially ,on the L oess P lateau ,there are increasing areas of p lastic cover .P lastic cover can change the so il temperature ,mo isture ,air and

5、 sun ligh t as w ell ,and consequently influence the so il physical ,chem ical and bi o logical p roperties .So il m i 2crobe is a driver of m aterial transacti on and nutrient cycle in so il system .So il m icrobial bi om ass carbon (C ,nitrogen (N and pho spho rus (P are recognized as a reservo ir

6、 of so il active nutrients .A t the sam e ti m e ,it is very sensitive to environm ental facto rs ,and thus can be served as one evaluati on indicato r of so il quality .T he p resent study w as conducted in field p lo ts at W eibei dry area of the L oess P lateau to (1in 2vestigate the changes and

7、difference of so il m icrobial bi om ass (C ,N ,P in the different grow ing stage of co rn under different situati ons of fertility in p lastic cover cultivati on and no 2cover lands ;(2monito r the influence of so il m icrobial bi om ass on the so il nutrient cycle in the p lastic covering land ;an

8、d (3evaluate the effect of p lastic cover cultivati on on so il environm ental facto rs .T he field experi m ental research w as conducted at Changw u A gro 2eco logical Experi m ent Stati on on L oess P lateau ,Ch inese A cadem y of Sciences.30field p lo ts w ith each area of 32m 2(4×8m 2w ere

9、 em 2p loyed .18p lo ts w ere treated w ith p lastic cover cultivati on w ith 6fertilizer treatm ents (1=N 1P 1,2=N 1P 2,3=N 1P 3,4=N 2P 1,5=N 2P 2and 6=N 2P 3(N 1=11215kg hm 2,N 2=225kg hm 2,P 1=75kg hm 2,P 2=150kg hm 2,P 3=225kg hm 2,and 12p lo ts w ere served as contro l p lo ts (no 2cover also w

10、 ith 6fertilizer treatm ents .So il samp les w ere taken in a dep th of 020c m in each grow ing stage .T he ch lo ro 2fo r m fum igati on 2extracti on m ethod w as used to test the m icrobial bi om ass (C ,N ,P .R esults show that so il m icrobial bi om ass carbon under p lastic cover cultivati on w

11、 ere less than tho se of no 2cover cultivati on during seedling ,heading and m aturati on stages in all the 6treatm ents ,but during j o inting stage ,it de 2pended on the treatm ent .B i om ass C in p lastic cover land w as h igher than tho se in no 2cover land w ith the fertilizer treatm ents of 2

12、,3and 4,w h ile it w as less w ith fertilizer treatm ents of 1,5and 6.B i om ass nitro 2gen has the sam e tendency as bi om ass carbon and it show ed the mo st obvi ous at seedling stage ,w h ile it changed w ith different fertilizer treatm ents in j o inting and heading stages.T here w as no big di

13、fference in m aturati on stage .A t the co rn j o inting stage ,so il m icrobial bi om ass pho spho rus under p lastic cover culti 2vati on w as less than that of no 2cover cultivati on ,but at the co rn heading stage ,the fo r m er w as h igher than the later .T h is m ay be that the co rn is sensi

14、tive to pho spho rus .Because the j o inting stage is the fastest grow ing peri od ,in additi on to the p lastic covering w ith h igher so il temperature ,m ineralizati on of pho spho rus w as speeding up w ith the increasing so il pho spho rus activity .T he t 2test analyses of bi om ass C ,N ,P an

15、d so il mo isture show that during w ho le co rn grow ing p ro 2cess ,so il m icrobial bi om ass carbon and pho spho rus under p lastic cover cultivati on w ere less than tho se of no 2cover cultivati on .So il m icrobial bi om ass pho spho rus under p lastic cover cultivati on had different re 2spo

16、nse to p lastic cover cultivati on in different grow ing stages.But it also had a negative effect on pho spho 2rus in ter m s of w ho le grow ing peri ods .T herefo re ,the N 2P rate in fertilizer and the amount of fertilizer us 2ing p lay a great ro le in so il m icrobial activity .P lastic cover c

17、ultivati on fo r co rn can greatly influence the so il m icrobial bi om ass C ,N and P ,and it p lays different ro le in different grow ing stages .Key words :p lastic cover cultivati on ;so il m icrobial bi om ass ;co rn grow th peri ods 文章编号:100020933(20020420508205中图分类号:S 318,S 15413文献标识码:A地膜覆盖栽培

18、技术作为一项有效的增产措施,近些年来在我国北方旱区农业生产中被广泛推广和应用,特别是在黄土高原,地膜覆盖玉米的栽培面积逐年扩大。地膜覆盖能改变土壤的温度、水分、空气和光照等环境因素,必然导致土壤物理、化学性质和生物学性状的变化1。土壤微生物是土壤中物质转化和养分循环的驱动力,微生物量C 、N 、P 被认为是土壤活性养分的储存库,是植物生长可利用养分的重要来源,同时,微生物量又能灵敏地反映环境因子的变化,所以,它又可作为评价土壤质量的重要指标之一,成为近年来土壤学界研究的热点。本研究采用田间小区试验,研究渭北旱区不同施肥条件下地膜覆盖和裸地玉米生长过程中各生育期土壤微生物量C 、N 、P 的变化

19、及其差异,以探讨地膜覆盖在玉米生长期的土壤微生物效应和对土壤养分转化的影响,为评价地膜覆盖对土壤环境因子的影响提供科学依据。1材料和方法表1试验小区不同施肥量处理Table 1D ifferen t amoun ts of fertilizer applied on theexper i m en t plots处理T reatm ents尿素U rea(N kg hm 2磷肥Pho spho ric fertilizer(P 2O 5kg hm 21112.575.02112.5150.03112.5225.04225.075.05225.0150.06225.0225.0111试验设置本试

20、验在中国科学院水土保持研究所长武生态试验站进行。该区属典型黄土高原沟壑区,为主要旱作农业区。试验地土壤为黑垆土。小区面积32m 2(4×8m 2,设6个不同氮、磷水平的玉米施肥处理,地膜覆盖设3个重复,裸地设两个重复(见表1。共30个小区,小区排列采用顺序区组法。玉米播种期为1999204226,成熟收获期为1999209216。112土样采集分别在玉米的苗期(6月9日,拔节期(7月15日,抽雄期(7月31日和成熟期(9月16日用土钻取020c m 土层样,覆膜区取3个小区的混合样,裸地取两个小区的混合样,同时测定土壤水分含量。土样经风干、过1mm 筛备用。播种前土壤养分含量为:有机

21、质12163g kg ,全氮0192g kg ,有效氮90126m g kg ,速效磷9174m g kg ,速效钾17615m g kg 。113分析方法9054期张成娥等:地膜覆盖玉米对土壤生物量的影响土壤微生物量C、N、P采用氯仿熏蒸直接提取法2。将土壤含水量调至田间最大持水量的45%,在25下预培养7d。土壤微生物量C、N用015M K2SO4提取(土水=12。提取液中C的测定用重铬酸钾2硫酸消煮,硫酸亚铁滴定法3。采用凯氏定氮法测定其N H42N和NO32N含量4。土壤微生物量C、N含量以熏蒸和未熏蒸土样015M K2SO4提取液中C、N含量之差乘以系数得到。B C =2164E C

22、,B N=E N 0154,其中E C和E N为熏蒸土样与未熏蒸土样之差。微生物量P采用氯仿熏蒸,015M N aHCO3提取(土水=14。提取液中P的测定用钼酸铵2抗坏血酸比色法。B P=E P 014,式中E P为熏蒸土样提取液中的P减去未熏蒸土样提取液中的P5。2结果与讨论211地膜覆盖对玉米各生育期土壤微生物量碳的影响土壤微生物量C(B i o2C虽然在土壤全碳含量中所占比例很小,但它是土壤有机质中最为活跃的部分6,调节着土壤养分的矿化和固定过程,可反映土壤养分有效性状况和土壤生物活性。表2结果表明,生物量C在玉米的苗期、抽雄期和成熟期6个处理中基本为裸地大于覆膜,而拔节期不同的处理结

23、果不同,处理2、3和4在覆膜条件下的微生物量C大于裸地的,而1、5、6处理则相反。不同的氮、磷配比在此可能是一个主要的影响因素处理2、3、4是低氮中磷和高磷及高氮低磷,1、5、6则是低氮低磷和高氮中磷及高磷,前3个处理的土壤微生物量C高于后3个处理,说明其氮磷用量及配比更有利于土壤微生物的活动。地膜覆盖有明显提高土壤温度的作用,可增加土壤微生物活性和数量1,但微生物量表征微生物在不断地繁殖和死亡的生命活动中实现养分的矿化和固定的一个动态平衡过程。从覆膜和裸地比较,覆膜条件下微生物量低的原因,一方面可能是其本身矿化速度较大,另一方面土壤中有机物的矿化速度在覆膜条件下较快而可能对其有一定的掩盖作用

24、,这方面有待深入研究验证。拔节期玉米生长速度快,对土壤养分和生物活性产生影响大,另外,施肥量和较高的温度条件也对生物量产生复杂的影响。表2覆膜对玉米生育期土壤微生物量碳的影响(生物量C m g kgTable2Effect of plastic cover cultivation on the so il m icrobi al bio mass C at corn growth per iods(B i oC m g kg处理T reatm ents苗期Seedling stage拔节期Jo inting stage抽雄期H eading stage成熟期M aturati on stage

25、 覆膜P lastic cover裸地N o2cover覆膜P lastic cover裸地N o2cover覆膜P lastic cover裸地N o2cover覆膜P lastic cover裸地N o2cover1102.88106.5586.9197.4282.79100.80103.70121.36298.00108.0096.5762.73100.29110.38103.70129.233107.79109.42104.60100.6979.60115.18100.56121.364119.22126.7293.3287.4979.60108.7984.85115.055117.5

26、9120.9588.5299.0587.57111.99106.84126.096101.24118.0991.74123.7689.1592.80105.28102.462.2覆膜对玉米各生育期土壤微生物量氮的影响土壤养分尤其是N素的内循环在很大程度上受微生物活动的调节7。从表3可以看出,生物量N在苗期明显地表现为裸地大于覆膜,可能是在覆膜条件下养分的矿化速度大于固定,因为生物量增长必然有一定量的养分被固定在体内,而生物量的回落必然有相应量的养分被矿化。实验数据出现负值的原因,可能与苗期作物生长对N的需求小有关,因为施入土壤中的N素大部分未被作物利用,太多的N素可能对微生物的活动起一定的抑制

27、作用,也可能因为微生物量太小而在测定中被掩盖。因为地膜覆盖又可防止土壤N素的挥发而使土壤中的有效N多于裸地,总之,影响微生物的因素很复杂,有待进一步研究。拔节期和抽雄期覆膜与裸地相比其各处理间差异较大,但没有一定的规律性,成熟期二者之间差异不明显。拔节期和抽雄期是玉米生理和生殖生长旺盛期,对养分和水分的需求量大,另外,这两个时期气温高,地膜的温度效应和不同的施肥量对植物养分吸收等都会对土壤微生物活性产生复杂的影响,其原因需更进一步研究。213覆膜对玉米各生育期微生物量磷的影响015生态学报22卷 表3覆膜对玉米生育期土壤微生物量氮的影响(生物量N m g kgTable3Effect of p

28、lastic cover cultivation on the so il m icrobi al bio mass N at corn growth per iods(B i oN m g kg处理T reatm ents苗期Seedling stage拔节期Jo inting stage抽雄期H eading stage成熟期M aturati on stage 覆膜P lastic cover裸地N o2cover覆膜P lastic cover裸地N o2cover覆膜P lastic cover裸地N o2cover覆膜P lastic cover 裸地N o2cover1-22.2

29、210.3715.747.038.1511.488.525.932-11.303.895.936.678.895.564.635.9331.119.6321.676.488.897.787.598.524-18.899.812.596.119.078.895.005.935-18.891.6703.899.6314.633.332.046-11.3010.001.115.191.8512.591.673.89微生物量P是土壤有机磷最为活跃的部分8,通过生物量P释放的P对作物生长相当重要。然而它与生物量C、N一样受环境因子的影响很大。表4的结果表明,生物量P在玉米的拔节期明显地为覆膜小于裸地,而

30、抽雄期则相反;苗期和成熟期覆膜与裸地差异不显著。这一结果与生物量C和N的变化趋势不同,是否可以认为玉米对磷较敏感,拔节期又是玉米生长最旺盛期,加之覆膜条件下土壤温度高,磷的矿化加快,土壤磷活性的增高对生物量P的抑制和掩盖作用增大,而使生物量P相对显著变小。其机理还需进一步研究验证。214覆膜对土壤水分含量变化的影响黄土高原地膜覆盖栽培的大量研究证明,地膜覆盖能有效保持土壤水分,从而提高作物产量,而土壤微生物的生命活动与土壤水分的关系也非常密切。从表5可以看出,土壤含水量在苗期和成熟期都是覆膜高于裸地,而在拔节期和抽雄期变化较大,覆膜与裸地间差异不明显。可能与这两个时期温度高,蒸发量大,作物需水

31、量大有关,使覆膜的保水作用变得不明显。但不论是从各生育期或从整个生长过程看,地膜对土壤水分的作用为正效应。2.5地膜覆盖的微生物量及水分效应分析通过覆膜与裸地玉米各生育期及整个生长过程土壤微生物量C、N、P和土壤水分含量的t检验分析(表6,结果可以看出,覆膜对生物量C全产生的是负效应,并除了拔节期以外,差异显著性都达到95%概率以上的t值范围;对生物量N从整个生长过程看也为负效应,但从各生育期分析结果不同,苗期的负效表4覆膜对玉米生育期土壤微生物量磷的影响(生物量P m g kgTable4Effect of plastic cover cultivation on the so ilm ic

32、robi al bio mass P at corn growth per iods(B i oP m g kg处理T reat m ents苗期Seedlingstage拔节期Jo intingstage抽雄期H eadingstage成熟期M aturati onstage覆膜P lasticcover裸地N o2cover覆膜P lasticcover裸地N o2cover覆膜P lasticcover裸地N o2cover覆膜P lasticcover裸地N o2cover10.685.132.558.236.933.300.980.48 24.857.503.3813.735.601

33、.150.100.85 34.75-6.704.2010.181.651.700.430.18 45.854.733.038.632.533.201.003.00 52.683.952.9510.935.381.151.333.20 61.05-5.130.8310.15.852.500.78-1.40表5地膜覆盖对玉米生育期土壤含水量的影响Table5Effect of plastic cover cultivation on so il water con ten t处理T reatm ents苗期Seedlingstage拔节期Jo intingstage抽雄期H eadingstage

34、成熟期M aturati onstage 覆膜P lasticcover裸地N o2cover覆膜P lasticcover裸地N o2cover覆膜P lasticcover裸地N o2cover覆膜P lasticcover裸地N o2cover 113.712.510.411.118.518.05.53.7 214.113.712.012.317.918.76.13.4 314.113.012.210.817.817.74.93.7 414.313.012.111.218.219.35.25.2 513.912.612.211.518.216.95.83.4 613.812.99.610

35、.917.916.95.43.41154期张成娥等:地膜覆盖玉米对土壤生物量的影响 表6覆膜与裸地玉米土壤微生物量及土壤含水量差异显著性的t检验Table6the t-test of notable difference of so il m icrobi al bio mass and watercon ten t between plastic cover cultivation and no-cover cultivation生育期Grow th peri ods 生物量CB i o2C生物量NB i o2N生物量PB i o2P土壤含水量W ater contents苗期Seedlin

36、g stage-3.11c-5.92e0.706.893e 拔节期Jo inting stage-0.180.59-8.99°0.313抽雄期H eading stage-4.13e-1.16a2.71c0.424成熟期M aturati on stage-3.97d-0.34-0.434.177e 总t值To tal t value-3.79e-2.39d-0.84a3.494eN21=5:a.t0.50=01727,b.t0.10=2120,c.t0105=2157,d. t0102=3136,e.t0101=4103N21=23:a1t0150=01685, b1t0110=1

37、171,c1t0105=2107,d1t0102=2150,e1t0101=2181应最为明显;生物量P各生育期对地膜覆盖的反应变化较大,拔节期表现为明显的负效应,而抽雄期则是显著的正效应。从整个生长过程看还是负效应,但显著性只达到大于50%概率的t值范围。微生物量C、N、P的结果与有些研究结论不同。从土壤水分含量检验分析看,地膜覆盖在玉米的整个生长过程都能比裸地较好地保持土壤水分,尽管在拔节期和抽雄期不太显著,但趋势是一致的,都为正效应,这一结果与以往研究相同。3小结玉米生长过程中地膜覆盖与裸地栽培相比,地膜覆盖会降低土壤微生物量C和N,但对各生育期的影响程度不同;对微生物量P的影响各生育期

38、的差异较大,且变化趋势相反;说明微生物量C、N、P对地膜覆盖的反应特征不同,也说明作物在生长过程的不同阶段对土壤微生物活性和养分的影响有很大差异。地膜覆盖有明显地保持土壤水分的作用。参考文献1Chen X S(陈锡时,Gou S F(郭树凡,W ang J K(汪景宽,et a l.Effect of m ulch ing cultivati on w ith p lastic fil mon so il m icrobial populati on and bi o logical activity.Ch inese J ou rna l of A pp lied E cology(in Ch inese(应用生态学报,1998,9(4:435439.2V anc E