保护性耕作与秸秆还田对土壤微生物及其溶磷特性的影响

保护性耕作与秸秆还田对土壤微生物及其溶磷特性的影响

保护性栽培对土壤结构、养分、水分、温度、有机质和风蚀有良好的改善效果，但短期种植难以提高作物产量。目前夏玉米免耕已在我国北方大面积推广应用,这对干旱缺水、风蚀严重和沙尘为害的北方尤其重要。溶P微生物参与土壤中P素营养循环,其数量与活性代表着转化土壤难溶P和抗病促生的能力。秸秆覆盖免耕可提高表层土壤微生物生物量,多年秸秆覆盖免耕可提高表层土壤细菌总量,不同耕作方法对土壤真菌数量影响较小,而对真菌群落结构和种群构成却有显著影响,翻耕和免耕玉米土壤形成了不同特征真菌区系,免耕覆盖秸秆的土壤真菌多样性高于翻耕。目前该方面研究多侧重于免耕覆盖对土壤微生物的影响效果,而有关免耕不覆盖秸秆的作用研究尚少见报道。本试验长期定位研究了免耕、少耕及秸秆还田对土壤微生物和溶P能力的影响,为改善农田土壤环境提供科学依据。1播种前施肥和土壤细菌培养定位试验于1991年秋季始在河北省衡水市邓庄乡中加实验站田间进行,小麦、玉米1年两作。供试土壤为壤质潮土,试验前土壤有机质为12.0g/kg,全N0.72g/kg,速效磷12.0mg/kg,NO-3-N9.1mg/kg,速效钾113.0mg/kg,碱解氨56.0mg/kg,阳离子交换量9.6cmol/kg。试验设主处理为小麦深耕(23cm)、玉米免耕(Ⅰ),浅耕(15cm,Ⅱ),少耕(10cm,Ⅲ),免耕(留茬15cm,Ⅳ)4种耕作方式;副处理为秸秆未还田(对照,CK,A),耕前粉碎撒施翻压(免耕为播前撒施,B),播种后覆盖(C)3种方式。秸秆用量为6750kg/hm2,小区面积25m2,重复3次,免耕留茬高度与翻耕相同。小麦播种前底施N肥150kg/hm2、P2O5150kg/hm2,拔节期追施纯N50kg/hm2;玉米拔节期追施纯N75kg/hm2。1997年5月取0～15cm表层土壤样品,风干后过2mm筛,一部分用于土壤微生物、溶P微生物的平板计数和分离,另一部分用于土壤有机碳、微生物生物量、麦角固醇和速效磷的测定。各处理风干土壤30g,加水至80%的田间持水量,于室温23℃培养14d后称取1g培养土壤,用灭菌的0.7%NaCl溶液系列稀释[至浓度为10-4(真菌)和10-6(细菌)],分别调查各自数量和溶P菌株分离状况。测定细菌总量的培养基组成为土豆酵母粉琼脂培养基(PDYA),测定真菌总量的培养基组成为PDYA+0.02%链霉素+0.007%孟加拉红;测定溶P细菌数量的培养基组成为PDYA+10%K2HPO4+10%CaCl2;测定溶P真菌数量的培养基组成为PDYA+10%K2HPO4+10%CaCl2+0.02%链霉素+0.007%孟加拉红;用Pikovskaya琼脂培养基,以Ca3(PO4)2为P源测定相对溶P能力。用自动燃炉技术测定土壤全C,用HCl溶解、气相色谱测定无机碳,有机碳含量等于全C减无机碳,用熏蒸-提取法测定微生物-C,按参考文献方法测定麦角固醇含量。P分析为液体培养基经离心(1.57万r/min,20min)后取上清液,用NP自动分析仪测定速效磷;固体培养基中速效磷测定即先在溶P圈内取直径16mm的培养基置于100mL耐高温玻璃瓶中,加入浓度为1mol/L盐酸20mL,150r/min振荡30min,用自动分析仪测定速效磷含量。所有数据用SAS统计软件进行分析。2结果与分析2.1耕作方式和秸秆还田对土壤麦角固醇含量的影响试验研究表明耕作措施对土壤微生物生物量作用明显,不同耕作处理对土壤微生物生物量的作用为少耕>深耕>浅耕、免耕(见表1),而秸秆处理间差异不显著。少耕促进土壤微生物生物量的增长,免耕则导致土壤微生物生物量下降。麦角固醇为真菌细胞膜的重要成分,其含量高低与真菌群体大小密切相关。耕作措施对麦角固醇含量有显著影响,且随耕作强度的减少而麦角固醇呈渐增趋势,免耕最高,深耕最低。秸秆还田可提高土壤麦角固醇含量,秸秆耕前还田和播后还田土壤麦角固醇含量均高于对照。耕作方式对土壤有机碳的影响不显著,而秸秆还田明显增加土壤有机碳含量,2个秸秆还田处理均高于对照,且有机碳含量大于播后还田。少耕有利于提高土壤微生物生物量,免耕、少耕和秸秆还田可增加土壤麦角固醇含量,即增大了土壤真菌群体。耕作方式对土壤有机碳影响较小,而秸秆还田有利于有机碳的积累。2.2耕作、秸秆还田对土壤速效磷的影响耕作措施明显影响土壤微生物总量,免耕微生物数量增加最多,显著高于其他3个处理,深耕处理微生物数量最少,而深耕、浅耕和少耕3处理间无显著差异(见表2)。秸秆还田对增加土壤微生物数量有良好作用,明显高于未施秸秆对照,尤其是秸秆耕前还田其微生物数量最高。不同耕作方式对溶P细菌和溶P真菌有显著影响,浅耕处理溶P细菌数量最高,深耕次之,免耕最少;溶P真菌数量受耕作处理的影响显著,少耕处理溶P真菌数量最高,深耕、浅耕处理次之,免耕最少,但浅耕、深耕与少耕3处理间差异不显著。秸秆还田对溶P细菌未产生显著影响,但对溶P真菌作用明显,2个秸秆处理溶P真菌数量均比对照增加50%左右。试验研究表明耕作、秸秆还田均影响土壤速效磷含量,免耕显著高于其他处理,深耕次之,浅耕最低,且浅耕、深耕和少耕间差异不显著,秸秆耕前还田土壤速效磷显著高于对照。表明免耕不利于溶P微生物的生存与发育,适度耕作对溶P微生物发育有促进作用,秸秆还田可促进溶P微生物的增长。土壤速效磷水平与土壤可培养的溶P微生物数量无相关性,土壤中除溶P菌对P素转化起作用外,其他不可培养的溶P微生物和非溶P微生物也发挥重要作用。土壤溶P微生物中90%为细菌,10%为真菌。溶P微生物数量仅与耕作和秸秆还田方式有关,而与土壤微生物总量之间无相关性。2.3耕作方式、秸秆还田对溶p菌菌落的影响通过选择性培养基的分离,从36个小区土壤样品中获得较强溶P能力的微生物菌株,不同处理溶P菌表现不同溶P能力。一定时间内菌落直径代表菌株的生长速度,溶P圈的大小表示菌株相对溶P能力的高低,菌落生长越快、溶P圈与菌落之比越大,菌株的溶P能力也越强。耕作方式、秸秆还田对溶P圈、菌落大小密切相关(见表3),少耕、免耕土壤中分离的溶P菌株其溶P圈直径均大于深耕和浅耕处理。不同耕作处理间菌落大小差异不显著,但溶P圈直径受耕作处理影响显著,少耕溶P菌菌落直径最大且明显高于其他处理,浅耕最小。溶P圈与菌落直径比值以免耕处理最高且明显高于其他处理,深耕最小,说明减少耕作强度有利于高效溶P菌的发育。不同秸秆处理对土壤溶P菌菌落生长作用显著,秸秆还田处理溶P菌菌落直径大于对照,秸秆耕前还田处理菌落最大。秸秆耕前还田处理溶P圈直径大于其他处理,秸秆播后还田溶P圈直径较小。溶P圈与菌落直径比值受耕作处理影响明显,秸秆还田处理大于对照,2个秸秆处理间无明显差异。3耕作对溶p微生物的影响少耕有利于增加土壤微生物生物量,免耕和秸秆还田可增加土壤麦角固醇含量,即增大土壤真菌群体。耕作方式对土壤有机碳影响较小,秸秆还田有利于土壤有机碳的积累。免耕不利于溶P微生物的发育,适度耕作对溶P微生物生育有促进作用,秸秆还田促进溶P微生物的增长。土壤速效磷水平与土壤可培养的溶P微生物数量无相关性,土壤中其他不可培养的溶P微生物和非溶P微生物在P素转化过程中发挥重要作用。土壤溶P微生物中90%