秸稈還田配施微生物菌劑與有機肥施用對黑土微生物量碳的影響

李傳寶+王宏燕+趙偉+許毛毛+袁佳慧+李曉慶

摘要：為研究在“三分法”大壟深松耕作的基礎上，施加秸稈還田配施微生物菌劑及有機肥對土壤微生物生物量碳的影響，在東北農業大學試驗基地玉米種植模式下設置了田間試驗。試驗設5個處理，分別為大壟、大壟配施有機肥、大壟秸稈還田、大壟秸稈還田配施纖維素分解菌、大壟秸稈還田配施生物表面活性劑。經過2年的田間取樣，測定玉米不同生育時期土壤微生物量碳含量。試驗結果表明，在大壟深松的情況下，施用有機肥和秸稈還田均可提高土壤微生物量碳含量，年平均量提高了23.04%、25.13%，且達顯著水平；在大壟秸稈還田的基礎上配施纖維素分解菌菌劑和生物表面活性劑，在玉米生育后期即灌漿期、成熟期對土壤微生物量碳影響顯著，與大壟秸稈還田不配施菌劑處理相比，微生物量碳年平均量增加了14.82%、26.70%，表明秸稈還田配施微生物菌劑具有更大的生態效益；2010、2011年試驗，二者呈現相似結果，與對照比較2011年不同處理土壤微生物量碳含量的增加更為明顯。

關鍵詞：秸稈還田；有機肥；生物菌劑；微生物量碳；玉米；大壟深松耕作

中圖分類號： S181文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）05-0265-03

土壤微生物量碳、氮是土壤碳素和氮素養分轉化和循環研究中的重要參數，它們較為直觀地反映了土壤微生物和土壤肥力狀況[1]。土壤的微生物量是土壤有機質中有生命的一部分，對環境變化非常敏感，可以作為土壤生態系統的一個指標[2]，微生物量碳在區別長期與短期土壤處理方面也非常敏感，同時還不受無機氮的直接影響[3]。而秸稈還田在提高土壤有機質和改善土壤理化性質的同時，又活化了土壤養分，促進了土壤微生物的活動[4-6]，可直接影響土壤微生物量碳的含量。本試驗設計出一種全新的耕作技術——三分法大壟深松。

所謂的三分法大壟深松是一種新的保護性耕作栽培技術，采用少耕播種、深松、秸稈還田的休閑聯合栽培技術。具體為140 cm大壟耕作方式，40 cm苗區，免耕播種；40 cm為施肥區，深松，壟溝整施秸稈，進行秸稈翻埋；60 cm空白區。每年采取三分法平移，3年則可實現土壤全部秸稈還田處理，提高土壤肥力，增大土壤庫容。

本研究目的在于通過大田試驗，研究“三分法”大壟深松結合有機肥、秸稈還田配施生物菌劑技術對土壤微生物量碳的影響，明確有機肥、秸稈還田配施不同種類生物菌劑對大田微生物量碳的影響，為實現農作物增產和土壤肥力的有效保護、開發大田土壤固碳潛力、減少土壤碳排放提供科學依據。

1.2試驗設計

供試作物為玉米哲丹37。試驗共設5個處理，每個處理重復4次，試驗小區長6 m，寬7 m，面積為42 m2。試驗于2009年進行。試驗田采用秋翻地處理，每年11月中旬將玉米鮮秸稈粉碎成2～3 cm段，施加菌劑處理則采用噴灑的方式施加菌劑，[JP2]最后將秸稈與菌劑共同施用于下年的種植壟上并翻入耕種層，同時所有秸稈還田處理都配施尿素以調節碳氮比。試驗設計為：（1）大壟，簡稱B；（2）大壟+有機肥（每個小區施用發酵好的豬糞100 kg），簡稱BO；（3）大壟+秸稈還田（每個小區施用用鮮秸稈37.50 kg+尿素0.15 kg），簡稱BC；（4）大壟+秸稈還田+纖維素分解菌（每個小區施用用鮮秸稈37.50 kg +尿素0.15 kg+纖維素分解菌菌液1.9 kg），簡稱BCC；（5）大壟+秸稈還田+表面活性劑（每個小區施用鮮秸稈37.50 kg +尿素0.15 kg+表面活性劑0.9 kg），簡稱BCS。[JP]

樣品采集時間分別為2010年4—10月、2011年4—10月，分5個時期采取，分別為苗期、拔節期、抽雄期、灌漿期、成熟期，取土時間為08：00。采集0～20 cm耕作層土壤，混合后迅速封裝于塑料自封袋中帶回，置實驗室冰箱中冷藏待測。

1.3測定方法

土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸的方法[7]；其他土壤理化性質采用常規土壤農化分析方法測定[8]。

1.4數據統計與分析

用Excel 2003進行數據處理，采用SPSS 19.0進行數據分析。[JP]

2結果與分析

2.1秸稈還田對土壤微生物量碳的影響

將B處理與BC處理比較結果見圖1。在拔節期至成熟期間，大壟與大壟秸稈還田土壤微生物生物量碳含量的變化趨勢一致，呈現緩慢增高后急劇降低的趨勢；表現為抽雄期、成熟期BC處理的土壤微生物量碳含量高于B處理，分別高出27.20%、36.69%，處理間差異顯著；灌漿期表現為B處理高于BC處理，高出21.82%。從年平均值上來看，B處理的土壤微生物量碳含量顯著高于BC處理，達13.96%。

2.2有機肥施用對土壤微生物量碳的影響

[JP3]B處理與BO處理比較結果見圖2。BO處理與B處理土壤微生物量碳含量在拔節期到成熟期變化趨勢一致，均是先增高后降低的趨勢，玉米拔節期、收獲期土壤微生物量碳含量很低，抽雄期、灌漿期土壤微生物量碳含量增高顯著；在抽雄期、成熟期，施加有機肥的大壟處理土壤微生物量碳含量高于無秸稈大壟處理，分別高出36.12%、46.92%，差異顯著；而拔節期、灌漿期施加有機肥的大壟處理則低于大壟處理。從年平均值來看，施加有機肥大壟處理，對土壤微生物量碳含量影響并不大。[JP]

[HTK]2.3秸稈還田配施纖維素分解菌對土壤微生物量碳的影響[HT]

在秸稈還田的基礎上將BC處理與BCC處理比較結果見圖3。從圖3可以看出，BC處理與BCC處理土壤微生物量碳含量的動態變化相近，BC處理土壤微生物量碳含量在玉米拔節期、抽雄期與灌漿期均保持較高水平，在成熟期開始下降，而大壟秸稈還田在添加纖維素分解菌菌劑后，其變化趨勢呈現先逐步增高到成熟期則急劇下降的趨勢，不同生育時期土壤微生物量碳含量差異顯著。在玉米拔節期、灌漿期、成熟期BCC處理的土壤微生物量碳含量高于BC處理，分別高出140.0%、32.99%、42.70%，差異顯著。從年平均值來看，添加纖維素分解菌的大壟秸稈還田處理土壤微生物量碳含量更高，比不添加菌劑者高出14.82%，處理間差異顯著。

3討論與結論

免耕作為保護性土壤耕作的重要內容，在華北小麥—玉米兩熟地區已進行大量研究。目前，有關免耕對土壤微生物生物量碳影響的研究報道較多，牛新勝等指出，秸稈覆蓋免耕可提高土壤微生物生物量碳含量，并對其季節性變化產生影響等[9]。孔凡磊等試驗結果表明，長期免耕土壤進行耕作處理后土壤微生物量碳的時空分布和穩定性產生顯著變化，從生育期平均值看，0～5 cm土層免耕處理SMBC含量較高，翻耕和旋耕處理則分別比免耕降低6.7%、6.1%[10]；然而長期免耕土壤存在有機碳和養分表層富集、層化現象明顯等土壤質量問題，對作物可持續生產存在威脅[11-12]。因此，免耕配合土壤合理耕作使土壤得到免耕修養同時保證土壤利用率是十分必要的。

本研究試驗方案使一部分土壤得到免耕修復的同時提高了另一部分土壤的利用率，“種”和“休”相結合。結果表明，有機物投入和秸稈還田對玉米生育期內土壤微生物量均有較大的影響，二者對土壤微生物量的促進作用十分明顯，尤其是在玉米生長的拔節期和抽雄期，本結論與曹志平等的研究結果[13]一致。主要是因為有機肥與秸稈還田都可以有效實現土壤碳源添加，從而增加農田生態系統的固碳潛力[14]，而碳源是微生物生長的一個重要因子[15]。

施用生物有機肥促進了微生物的繁殖，同時也增加了土壤養分和微生物量，為微生物提供了充足的碳源、氮源、無機鹽等營養物質[16]。田小明等研究表明，選擇高、中、低有機質含量不同的3種土壤，連續3年隨著生物有機肥用量的增加，不同土壤均有不同程度的增加[17]。

而秸稈分解過程中產生可利用的氮及其他營養元素又促進了作物生長，增加了根的生長和根系分泌物，因而促進了土壤微生物的繁殖，提高了土壤微生物量[18]。湯宏等研究結果，高量秸稈還田且長期淹水較無秸稈還田且長期淹水有利于提高土壤中微生物量碳、氮[19]。

生物菌劑與生物有機復合肥已經成為研究農業可持續發展的熱門話題。生物菌劑與秸稈還田配合使用不僅保證了農作物的碳、氮需求，還增加了有益菌含量，對土壤微生物調節和作物根系微環境的改變具有重要作用[20]。丁雷等研究表明，拮抗菌S44發酵菌液與有機肥配施，拮抗菌S228發酵菌液與有機肥配施對盆栽棉花脲酶活性影響最大且其脲酶活性趨于穩定，同時二者土壤養分含量均比較高，能滿足棉花對養分的需求[21]。本研究中大壟秸稈還田處理，在施加適量尿素用以調節碳氮比的同時，施加纖維素分解菌菌劑和表面活性劑對玉米生育后期土壤微生物生物量碳的含量產生顯著的促進作用，表明施加纖維素分解菌菌劑加速了秸稈的分解速率，使有機碳較快輸入到土壤生態系統中，從而加速了土壤微生物的生長和繁殖。

在玉米拔節期至成熟期，無論是秸稈還田還是施加有機肥與不同菌劑均可對土壤微生物量碳含量產生影響，但是影響程度并不相同。隨著有機物的增加，大壟秸稈還田和施加有機肥，在玉米生育期內土壤微生物量碳隨之顯著增加，但從年平均值來看并無變化。大壟秸稈還田添加纖維素分解菌菌劑或者表面活性劑雖然在玉米生育前期表現出一定的抑制作用，但是隨著時間變化，這種抑制作用會減弱，至玉米生長中后期表現出其潛力，極顯著增加了土壤微生物生物量碳的含量，并在年平均值上呈現了優勢。因此，在長期集約化的高化肥投入農業生態系統中要提倡土壤輪休、秸稈還田和多施有機肥與有益生物菌劑。

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