免耕覆膜增加中度鹽堿土團聚體有機碳和微生物多樣性

盧 闖，張宏媛，劉 娜，張曉麗，逄煥成，李玉義※

（1. 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081； 2. 北京農業信息技術研究中心，北京 100097）

0 引 言

內蒙古河套灌區地處中國西北干旱區，由于特殊的地理環境和氣候條件，該地區鹽漬土分布范圍廣、面積大，約39.4×104hm2。依托黃河水灌溉的便利，大水洗鹽成為該地區主要的鹽堿地改良措施，但由于灌排系統不健全，地下水位極易上升，造成土壤次生鹽漬化，嚴重限制了當地農業的發展[1]。受地下水位和氣候變化的影響，區域土壤鹽分呈現“春積秋返”的季節性變化特征，對此，灌區大多采用“春耕春灌、秋翻秋澆”的耕作灌溉方法來調控積鹽[2]，這種耕作方法對于鹽荒地開墾和重度鹽堿地脫鹽具有重要作用[3]；然而，對于已經熟化的土地，連年頻繁翻耕不僅增加了人力、時間和機械成本，也導致了土壤結構變差、碳庫容量降低、微生物量下降等土壤質量問題[4]，而且在灌水量大、風速快的河套地區，連年翻耕后土壤抗蝕性減弱，易發生水蝕和風蝕，進一步降低耕地質量[5]。如何科學合理的利用鹽漬土資源，在控制鹽分的同時提升土壤質量、改善土壤生態功能，是當地農業可持續發展的重要內容。

免耕由于減少了對土壤的擾動，在保持水土、培肥土壤、減緩土壤退化等方面具有較大潛力[6]，鹽堿地區免耕措施對于改善農田土壤水鹽狀況和生態環境有較為明顯的促進作用，也可以促進鹽堿障礙農田表層土壤有機碳的積累[7-8]；近年來國內將旱地免耕技術運用到西北鹽堿地區，并在生產中摸索出了免耕“一膜兩用”耕作方法，即通過重復利用上茬作物收獲后保留的地膜直接免耕播種，這種方法可有效減少地膜殘留、降低勞動強度、提高作物產量，具有明顯的環境效益和經濟效益[9-10]，然而目前研究多強調地膜本身的保溫保墑作用，免耕措施對鹽堿土壤理化性質的調控效應尚不明確。

土壤微生物因其對土壤環境的高敏感性而常被用來反映土壤質量，有研究表明免耕措施能夠提高微生物多樣性和群落結構[11]，還有研究表明免耕顯著提高了疣微菌門、浮霉菌門、儉菌總門細菌相對豐度[12]，在黃土高原研究表明地膜覆蓋提高了真菌菌落數但降低了細菌的多樣性和豐富度[13]。鹽堿土壤生態環境脆弱，微生物對不同管理措施可能會有不同反映，但目前關于鹽堿土微生物的研究多集中于不同鹽堿化程度對土壤微生物群落結構及組成的影響[14]，針對免耕覆膜措施下的土壤微生物特征研究未見報道，因此，本研究基于連續5 a的田間定位試驗，以傳統的翻耕不覆膜措施為對照，研究了試驗第5 年免耕地膜覆蓋后的土壤水鹽分布、團聚體質量分數、團聚體有機碳、微生物區系等指標變化，以期為河套灌區鹽堿地制定科學有效的土壤耕作方式提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地點位于內蒙古河套灌區義長灌域管理局試驗站，試驗區地處41°04′N，108°00′E，海拔1 022 m，屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年降雨量124～222 mm，年蒸發量2 346～2 999 mm。2015 年試驗區總降水量為124.3 mm，向日葵生育期內總降水量64.2 mm，生育期蒸發量1 080 mm。試驗區土壤質地為粉砂壤土，按鹽土分類為氯化物-硫酸鹽土，試驗開始時0～40 cm 土壤含鹽量為2.88 g/kg，pH 值8.11，0～40 cm 土壤容重為1.45 g/cm3，0～40 cm 土層有機質9.54 g/kg，全氮0.53 g/kg，堿解氮31.89 mg/kg，速效磷3.11 mg/kg，速效鉀 116.42 mg/kg。試驗區地下水埋深變幅為1.10～1.70 m。

1.2 試驗設計

于2010 年10 月至2015 年10 月開展了連續5 a 的定位試驗，共設4 個處理，分別為：CT（翻耕不覆蓋地膜），CTP（翻耕+地膜覆蓋），NT（免耕不覆蓋地膜），NTP（免耕+地膜覆蓋），每個處理設3 次重復。試驗在田間微區進行，每個微區面積2 m×2 m=4 m2。微區于2010 年10月修建，先將各微區四周開槽深挖至1 m 處，用雙層塑料布阻隔，中間在用土填實空隙保證微區間的獨立性。微區建成時＞60～100 cm 土層含鹽量相對一致，為保證試驗條件的一致性，將0～40 cm 土層含鹽量通過人工方法調至4 g/kg，調鹽方法為2010 年秋灌前在每個微區取8 個0～40 cm 土樣，混合后測定其含鹽量作為基礎值，根據基礎值和目標值差值將鹽結皮均勻撒在地表，并用耙子擋平。

2011—2015 年試驗期間，每年5 月中旬，翻耕處理人工用鐵锨深翻25 cm，模擬傳統翻耕措施，免耕處理不進行翻耕；地膜覆蓋處理，用70 cm 寬的農用塑料薄膜覆蓋，每個小區覆2 條膜帶，膜間距20 cm，膜間地表裸露。春季灌水量統一為1 800 m3/hm2，灌溉水源為黃河水（礦化度為0.58 g/L、pH 值 8.23）；播前條施底肥，施入尿素（含N 46.4%）270 kg/hm2，磷酸二銨（含P2O545%，N 15%） 300 kg/hm2，硫酸鉀（含K2O 50%）150 kg/hm2，開溝 10 cm 施肥后覆土；供試驗作物為食用向日葵（Helianthus Annuus），種植密度4.90×104株/hm2；每年9 月下旬收獲測產，10 月中旬將各微區地膜、秸稈、根茬清除，翻耕處理深翻25 cm，免耕處理不進行翻耕；統一進行秋灌，灌溉定額2 250 m3/hm2；其他田間管理措施與當地農戶一致。

1.3 取樣方法與數據測定

1.3.1 土壤水分鹽分

春灌前（2015 年5 月25 日）、春灌后（2015 年6 月1 日）和作物收獲后（2015 年9 月24 日）利用土鉆采集每個微區土樣，取樣層次為0～20、＞20～40、＞40～60、＞60～80、＞80～100 cm，采用烘干法測定土壤質量含水率；土樣烘干后磨碎，過2 mm 篩，以1:5 的土水比提取土壤溶液上清液，利用電導率儀（DDS-307）測定土壤電導率（μs/cm）。

參考文獻[15]計算土壤鹽分含量：

式中S 為土壤含鹽量，g/kg；EC1:5為土水比1:5 時的電導率，μS/cm；0.064 為換算系數。

計算灌溉過程鹽分變化率：

式中I 為灌溉過程鹽分變化率，%，正值表示該土層在灌溉過程中積鹽，負值表示該土層脫鹽；S1為灌水前土壤含鹽量；S2為灌水后土壤含鹽量。

生育期內鹽分變化率：

式中G 為作物生育期內鹽分變化率，%，正值表示該土層在生育期內積鹽，負值表示該土層脫鹽；S3為作物收獲后土壤含鹽量。

1.3.2 土壤團聚體有機碳

水穩性團聚體采用濕篩法測定，計算各粒級團聚體質量分數，土壤團聚體中有機碳含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化法進行測定。

1.3.3 土壤微生物可培養方法分析

在向日葵收獲后（2015 年9 月24 日）采集0～40cm土樣，將土樣放入牛皮紙袋并迅速保存于4℃冷藏箱帶回實驗室。稱取5 g 混勻土樣，加入45 mL 滅菌蒸餾水配置成10-1濃度的土壤懸液，用稀釋法依次配置成10-2、10-3、10-4、10-5濃度的土壤懸液，每個懸液中加入20 粒玻璃珠并震蕩20 min 以使土壤懸液充分混勻。將土壤懸液分別涂布于牛肉膏蛋白胨、高氏Ⅰ號、馬丁氏培養基中以對應細菌、放線菌、真菌的篩選培養，在28℃條件下培養3 d 后統計各平板上菌落數，以每個平板上數目為30～300 為標準選擇合適的稀釋倍數，對放線菌和真菌延長培養時間至7 d，計數結果與培養時間3 d 的相同。根據預試驗所得到的最佳稀釋倍數，每種培養基做3 個重復，在28 ℃培養3 d 后統計各平板上的菌落數。

1.3.4 高通量測序方法分析

高通量測序方法參見文獻[16-17]，采用OMEGA Z.Z.N.A. Soil DNA Kit 提取各處理土壤中微生物基因組。以稀釋后的基因組DNA 為模板，對細菌16S rRNA 基因的V4 區高變區DNA 擴增采用通用引物515F（序列GTGCCAGCMGCCGCGGTAA ）， 806R （ 序 列GGACTACHVGGGTWTCTAAT）。PCR 擴增體系包括：DNA 模板10 μL，每種引物2 μL，0.4 mmol/L dd H2O 2 μL及Phusion Master Mix(2X)15 μL。PCR 擴增條件為98 ℃預變性1 min，98 ℃變性10 s，50 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，30 個循環，最后72 ℃延伸5 min。

根據PCR 產物濃度進行等濃度混樣，充分混勻后使用1×TAE 濃度2%的瓊脂糖膠電泳純化PCR 產物，選擇主帶大小在400～450 bp 之間的序列，割膠回收目標條帶。使用Thermo Scientific 公司Gene JET 試劑盒膠回收。使用New England Biolabs 公司的NEB Next? Ultra? DNA Library Prep Kit for I llumina 建庫試劑盒進行文庫的構建，構建好的文庫經過Qubit 定量和文庫檢測，合格后，使用HiSeq 進行上機測序。

對原始數據（raw data）進行拼接、過濾，去除掉干擾數據（dirty data），得到有效數據（clean data）。采用分類計算法以 97%的相似性對有效數據進行 OUTs（operational taxonomic units 分類操作單元）聚類和物種分類分析，對OUTs 進行物種注釋。根據OTUs 聚類結果，對每個OTU 的代表序列做物種注釋，得到對應的物種信息和基于物種的豐度分布情況。同時，對OTUs 進行豐度、Alpha 多樣性計算等分析，得到樣品內物種豐富度和均勻度信息、不同樣品或分組間的共有和特有OTUs 信息等。

1.4 數據處理

采用 office excel2013 進行基本數據處理，采用Spss13.0 進行方差分析，使用CANOCO5.0 軟件進行土壤化學性質與細菌群落組成的主分量分析（principal component analyses）以及對土壤化學性質和細菌群落多樣性進行了冗余分析（redundancy analyses）。

2 結果與分析

2.1 土壤水鹽分布

2.1.1 土壤水分

2014 年秋澆后至2015 年春灌前，試驗區土壤水分以蒸發上行為主，期間各處理均未覆蓋地膜。如圖1a 所示， 2015 年春灌前，免耕處理（NT、NTP）0～40 cm 土壤平均含水率略低于翻耕處理（CT、CTP）但無顯著差異，在＞40～60 cm 土層，免耕處理平均含水率較翻耕高5.60%（P<0.05），在60～80 cm 土層各處理無顯著差異。春灌后（圖1 b），各處理0～40 cm 土壤含水率差異不大，且從地表向地下均表現為先升高后降低趨勢，但最高點所在土壤層次不同，免耕處理（NT、NTP）＞40～60 cm層次土壤含水率最高，相對翻耕提高了5.10%，翻耕處理最高點出現在＞60～80 cm，在＞80～100 cm 土層，免耕處理平均含水率比翻耕高5.18%。

土壤水分經作物生長季節（6—10 月）強烈蒸發，至作物收獲后，處理間含水率差異顯著（圖1 c），在0～40 cm 土層，含水率排序及差異（“>”前后處理差異顯著，P <0.05；“( )”內處理差異不顯著，P > 0.05，下同）為CTP > (NTP、CT) > NT，NTP 和CT 處理無顯著差異。相同覆膜條件下，CTP 處理較NTP 顯著提高了8.86%（P<0.05），不覆膜時CT 處理較NT 顯著提高6.92%；在翻耕和免耕2 種耕作方式下，覆膜均提高了土壤含水率，相對不覆膜分別提高了6.61%、4.71%；60～100 cm 土壤含水率差異和0～40 cm 層次相反，免耕處理高于翻耕。

圖1 2015 年灌溉前后及收獲后剖面土壤含水率 Fig.1 Soil water content in soil profiles under different treatments before irrigation, after irrigation, and at harvest in 2015

2.1.2 土壤鹽分

如圖2a 所示，2015 年春灌前，CT 處理含鹽量除在＞20～40 cm 土層與CTP 無顯著差異外，在1 m 土體內的其他土層均顯著高于其他處理（P<0.05），0～20 cm 土壤含鹽量高達8.29 g/kg；CTP 處理0～20 cm 土壤含鹽量也顯著高于NT 和NTP，說明在冬春季節翻耕處理地表積鹽強烈；免耕處理（NT、NTP）間無顯著差異，0～40 cm土壤平均含鹽量分別較CT、CTP 降低36.53%、11.66%；CTP、NT、NTP 含鹽量在＞40～100 cm 土層無顯著差異。

春灌后CT 處理各土層含鹽量最高（P<0.05）（圖2 b），免耕處理（NT、NTP）含鹽量差異不大， 0～40 cm 土層 平均含鹽量為2.70 g/kg，較CT 處理低25.27%，但較CTP高13.15%（P<0.05）；表1 顯示了灌溉前至灌溉后(5 月25 日—6 月1 日)各土層含鹽量變化率（正值為積鹽，負值為脫鹽），在0～20 cm 土層，CT、CTP、NT、NTP 處理土壤鹽分變化率分別為-44.97%、-51.40%、-34.55%、-39.41%，均呈脫鹽狀態，在＞20～40 cm 土層，僅CTP處理有脫鹽效果，在＞60～100cm 土層，各處理均表現為積鹽，翻耕處理土壤積鹽高于免耕，這是由于更多耕層鹽分被淋洗至深層所致。

收獲后，各處理鹽分剖面分布（圖2 c）及播種至收獲各土層鹽分變化率（表1）不同，CT、CTP 和NT 處理土壤含鹽量隨土層加深有降低趨勢，NTP 在1 m 土體內含鹽量變化不大。從不同層次來看，0～20 cm，CT 處理積鹽率高達99.16%，翻耕覆膜可極顯著的控制鹽分表聚，CTP處理積鹽率降為26.33%，NT 處理雖未覆膜，含鹽量略高于CTP 處理，但積鹽率較低，為21.18%，NTP 處理含鹽量最低（P＜0.05），鹽分變化率-6.26%，即表層土壤在生育期內脫鹽；20～40 cm 土層含鹽量排序及差異為CT > CTP > (NT、NTP)，鹽分變化率分別為48.89%、55.14%、4.71%、3.64%；總體上免耕抑制了0～40 cm 土層生育期內返鹽，NT、NTP 含鹽量分別較CT、CTP 降低52.44%、20.65%。在＞40～60 cm 土層，CT、CTP、NT、NTP 處理鹽分變化率分別為-4.4%、-36.95%、4.43%、23.85%，翻耕使得更多鹽分上行到耕層，因此在＞40～60 cm 土層內表現為脫鹽，而免耕處理上行鹽分較少，在＞40～60 cm 表現為積鹽。＞60～100 cm，翻耕處理的脫鹽率較高，相對免耕提高7.72～47.50 個百分點。

圖2 2015 年灌溉前后及收獲后各處理剖面土壤含鹽量 Fig.2 Soil salt content in soil profiles under different treatments before irrigation, after irrigation, and at harvest in 2015

表1 2015 年灌溉前至灌溉后（05-25—06-01）及向日葵播種至收獲（06-01—09-24）各處理剖面鹽分變化率 Table1 Change ratio of soil salt content in soil profiles under different treatments during irrigation(05-25—06-01) and at growth period (06-01—09-24) in 2015 %

2.2 團聚體有機碳

由表2 可以看出，2015 年收獲后，0～40 cm 層次土壤粒徑＜0.25 mm 的微團聚體含量占比最大，NTP 處理土壤微團聚體含量顯著低于CT 和CTP 處理（P<0.05），在2 種耕作方式下，覆蓋地膜對土壤微團聚體含量均無顯著影響；＞0.25 mm 粒級的團聚體數量較少，總體來看免耕（NT、NTP）平均較翻耕（CT、CTP）提高53.41%，其中免耕＞0.5～1 mm 粒徑團聚體較翻耕顯著提高56.91%（P<0.05），＞1 mm 粒級團聚體質量分數排序為NTP > NT > (CT、CTP)，NTP 和NT 分別較翻耕處理提高160.64%、86.17%（P<0.05），此外，免耕條件下覆膜利于＞1 mm 粒徑團聚體形成，NTP 處理較NT 提高40%（P<0.05）。

表2 不同處理0～40 cm 土層土壤團聚體質量分數 Table 2 Aggregates content in 0～40 cm soils under different treatments %

不同耕作方式下，0～40 cm 土層各粒級團聚體有機碳含量如表3 所示，免耕對＞0.5 mm 粒徑團聚體有機碳含量有顯著提升作用，其中免耕對＞2 mm 粒徑團聚體有機碳提升幅度最高，NT 處理較CT 顯著提高72.61%，NTP 較CTP顯著提高60.57%（P<0.05）；不同耕作方式下＜0.25 mm 微團聚體有機碳含量差異顯著，其中NT 處理較CT 顯著提高了9.65%（P<0.05），NTP 處理較CTP 顯著提高了10.62%。翻耕條件下地膜覆蓋對＞1～2 mm 粒徑團聚體有機碳影響顯著，CTP 處理較CT 提高了40.12%（P<0.05）。

表3 不同處理0～40 cm 土層各粒徑團聚體中有機碳質量分數 Table 3 Content of organic carbon in aggregate under different treatments (g·kg-1)

處理間0～40 cm 土壤總有機碳含量差異顯著，總體排序為(NTP、NT) > CTP > CT，NT處理較CT顯著提高16.44%（P<0.05），NTP 處理較CTP 顯著提高15.48%（P<0.05）；在免耕條件下地膜覆蓋對總有機碳無顯著影響，而翻耕條件下CTP 處理較CT 顯著提高了7.46%（P<0.05）。

2.3 土壤微生物區系

2.3.1 可培養微生物數量

收獲后0～40 cm 土層土壤可培養細菌數量處理間差異顯著，總體排序為NTP > (NT、CTP) > CT（表4），NT和CTP 處理無顯著差異，在覆蓋和不覆蓋地膜2 種條件下免耕處理比翻耕分別顯著提高 18.98%、44.79%（P<0.05），在翻耕和免耕2 種耕作方式下覆膜比不覆膜分別顯著提高42.71%、17.26%；處理間可培養放線菌數目與細菌差異不同，排序為(NTP、CTP) > NT > CT，地膜覆蓋下放線菌數目顯著提高，可見放線菌更易受地膜覆蓋的影響；各處理真菌數目排序為NTP > CTP > NT > CT，各處理差異均達到顯著水平。

表4 不同處理0～40 cm 土層土壤微生物數量 Table 4 Number of microorganism in 0~40 cm soils under different treatments （106 cfu·g-1）

相關性分析表明（表5），作物收獲后土壤可培養細菌菌落數和土壤含鹽量呈顯著負相關關系，與＞0.25 mm土壤團聚體質量分數、土壤總有機碳含量呈顯著正相關關系；放線菌菌落數僅和土壤含鹽量呈顯著負相關；真菌則與土壤理化性質相關性均不顯著。

2.3.2 土壤細菌多樣性

微生物多樣性是一個群落穩定性的標尺，反映環境的生態機制和外界脅迫對群落的影響。通過表6 所示的不同處理土壤樣品細菌多樣性指數和豐富度指數發現，不同處理豐富度（ACE 指數和Chao1 指數）無顯著性差異，NTP 處理Shannon 指數則顯著高于CT 和CTP 處理， 由土壤理化性質參數與細菌群落組成的主分量分析（圖3 a）可知，第一、第二主軸貢獻率分別為77.34%、13.87%。相同處理的土壤都聚集在一起，NT 和NTP 處理的土壤較為接近，土壤水分、土壤鹽分、＞0.25 mm 土壤團聚體質量分數和土壤有機碳4個因子變量覆蓋了91.21%的土壤環境信息，通過對不同處理土壤細菌群落多樣性與土壤環境關系冗余分析（圖3b）發現，第一、第二主軸解釋比例分別為87.17%、2.1%，4 個理化因子總共解釋了89.27%的群落變化，影響順序依次為土壤有機碳>大團聚體質量分數>土壤水分>土壤鹽分，土壤有機碳和大團聚體質量分數和微生物群落的Shannon 指數呈現較強的正相關性，分別解釋了50.9%、29.4%的群落變化。

表5 0～40 cm 土層理化性質與可培養微生物數量的相關系數 Table 5 Correlation analysis between culturable microorganisms and soil properties in 0-40 cm layer

表6 不同處理0～40 cm 土層土壤樣品細菌多樣性指數與豐富度指數差異 Table 6 Microbial abundance and diversity in 0-40 cm layers under different treatments

2.3.3 門水平細菌相對含量

門水平分析鑒定出46 個菌門（圖4），其中已被鑒定的序列中排名前10 的優勢菌門為Proteobacteria（變形菌門，36.99%～49.65%）、Actinobacteria（放線菌門，11.36%～17.23%）、Acidobacteria（酸桿菌門，6.27%～12.16%）、Bacteroidetes （ 擬 桿 菌 門， 4.67% ～13.43% ） 、Gemmatimonadetes（芽單胞菌門，3.80%～5.08%）、Chloroflexi（綠彎菌門，2.46%～5.92%）、Planctomycetes（浮霉菌門，1.71%～4.37%）、Firmicutes（厚壁菌門，2.96%～12.31%）、Thaumarchaeota（奇古菌門，1.07%～1.64%）、Nitrospirae（硝化螺旋菌門，0.92%～1.14%），前10 的菌門序列數占總序列數的90.68%～94.71%。不同處理微生物門組成相似，但相對豐度有明顯差異，免耕處理顯著降低了變形菌門、擬桿菌門、厚壁菌門3 個菌門的相對豐度，顯著提高了放線菌門、酸桿菌門、綠彎菌門、浮霉菌門、奇古菌門5 個菌門的相對豐度；地膜覆蓋和耕作具有一定的交互作用，在翻耕條件下，地膜覆蓋顯著降低了變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門、浮霉菌門4 個菌門相對豐度，顯著提高了擬桿菌門和厚壁菌門2 個菌門相對豐度；免耕條件下和翻耕相反，地膜覆蓋顯著提高了酸桿菌門、綠彎菌們、浮霉菌們、厚壁菌門4 個菌門相對豐度，顯著降低了變形菌門和擬桿菌門2 個菌門的相對豐度。

圖3 土壤理化性質與細菌群落組成的主分量分析及與細菌群落多樣性的冗余分析 Fig.3 Principal component analyses (PCA) of bacterial community composition in soils from different treatments and redundancy analyses (RDA) of correlations between soil parameters and bacterial community diversity

圖4 不同處理0～40 cm 土層細菌群落門水平優勢物種 Fig.4 Dominant bacterial community species in phylum level in 0～40 cm layer under different treatments

3 討 論

灌溉過程中的土壤水鹽運動受土壤質地、水分入滲、溶質淋洗效率等多種因素影響，有研究表明翻耕可提高土壤的飽和導水率，而免耕土壤緊實度高，雨季時不利于水分入滲[18-19]。本研究中，春灌后翻耕和免耕土壤含水率剖面分布差異較大，這可能和水分入滲速率不同有關，水分分布的不同勢必也會引起溶質運移的差異，從春灌前后的鹽分變化來看，翻耕土壤在0～20 cm 土層的脫鹽率高于免耕土壤，而＞40～80 cm 積鹽率較高，這是因為翻耕處理翻轉土層并破碎土塊暴露了更多鹽分，使其易被淋洗[20]，另一方面翻耕土壤易于水分入滲，更多表層鹽分被淋洗至深層，可見在春灌階段，翻耕促進了表層土壤脫鹽，為作物苗期生長創造有利環境。

作物生育期內水鹽以蒸發上行為主，深層水分及其攜帶的鹽分通過毛管作用上升，在補給耕層水分的同時也會產生鹽害，影響作物籽粒形成[21-22]。減少水分蒸發或改變水鹽上行通道均可抑制鹽分表聚。地膜覆蓋是保水控鹽的有效措施，CT 處理頻繁翻耕而且常年不覆蓋地膜，在經過連續4 a（2011—2014 年）的水分入滲、潛水蒸發、凍融交替作用后，CT 處理0～100 cm 土體鹽分積累總量較大，作物生育期0～20 cm 土壤積鹽率高達99.16%，而CTP 處理在該層次的積鹽率為26.33%，這說明在翻耕農田地膜的作用不可忽視；地膜對免耕土壤同樣具有保水控鹽效果，作物收獲后NTP 處理未出現鹽分表聚，且0～40 cm 土壤含水率較NT 提高了4.71%，此外，NTP 處理在0～40 cm 土層的鹽分變化率小于NT 處理。有研究表明，免耕可減少1 m 土體累積蒸發量[23]，本研究中免耕土壤收獲后0～40 cm 土層水鹽含量較低，其中NT 處理雖未覆膜，但0~40 cm 土層生育期積鹽率低于CTP 處理，這可能和免耕下0～30 cm 土壤容重的增加影響毛管水運動有關，鐘韻等[24]研究發現，土壤容重與毛管水補給量、毛管水上升高度呈顯著負相關關系，但在河套灌區缺少關于此方面的研究，同時，免耕作用下土壤孔隙和導水率也會發生變化[25]，因此，下一步還需要加強不同質地鹽堿土壤上免耕對土壤孔隙、導水率和水鹽運移的影響及相互關系研究。翻耕處理在生育期內鹽分上行較多，可能是在本試驗區土壤條件下，土壤團聚結構差，經過翻耕灌溉后土壤微團聚體增多，微團聚體內部和之間的毛管孔隙組成水鹽運移通道[26]，使得春季和作物生育期內鹽分表聚嚴重。

受高鹽濃度和堿化度等多重因素影響，鹽堿土壤往往理化性質惡劣，高電動電位使土粒分散并降低團聚體穩定性，人為的頻繁翻耕又會進一步破壞土壤結構，降低土壤抗蝕性，增加土壤有機碳損失。濱海鹽漬土研究表明，免耕措施使0～10cm 土層水穩性團聚體含量增加9.3%，并顯著增加0～20 cm 土壤團聚體MWD 和GMD值[27]，免耕還可以增加土壤有機碳量[28]。本研究結果同樣表明，免耕顯著提高了＞0.5 mm 粒徑的大團聚體含量，降低了＜0.25 mm 粒徑的微團聚體含量，同時總有機碳含量也顯著增加，這是因為免耕一方面通過減少干擾降低了土壤碳的分解，另一方面促進微團聚體向大團聚體轉變，增強了對有機碳的固持[29]。覆蓋地膜對土壤團聚體和有機碳可能提高、降低或沒有影響[30-31]，地膜在翻耕和免耕土壤上的作用效果有所差異，在翻耕土壤上，地膜僅提高了＞0.25～0.5 mm 粒徑團聚體質量分數，在免耕土壤上，地膜有利于促進＞1 mm 粒徑團聚體形成，可能是因為地膜覆蓋減小了免耕土壤干濕交替強度，改變了土壤團聚體的再分配[30]；從總有機碳含量來看，地膜在翻耕土壤作用顯著，CTP 處理較CT 顯著提高了7.46%，這主要是因為CT 處理鹽分較高，產生鹽害抑制了作物生長，減小了根生物量及根際碳沉積等外源有機碳的輸入。本試驗區土壤結構較差，在連續免耕覆膜后，土壤結構仍以微團聚體為主，單靠耕作措施對鹽堿地的改良作用有限，考慮到土壤質量的進一步提升，有必要配合以秸稈深還、耕層培肥等其他農藝措施，篩選能夠快速改善土壤培肥地力的農業發展模式。

土壤微生物數量是反映土壤總微生物活性的一個重要參數，與土壤健康及肥力狀況密切相關，本研究結果表明，收獲期土壤可培養細菌數目與土壤＞0.25 mm 團聚體質量分數、土壤總有機碳含量呈顯著正相關關系，與土壤含鹽量顯著負相關，排序為NTP > (NT、CTP) > CT，免耕與覆膜2 種措施均顯著提高了細菌菌落數：免耕在控制鹽分的同時也促進了土壤大團聚體形成并減少有機碳分解，為細菌生長提供碳源和良好生境，另一方面土壤細菌群落數增多，菌絲、細菌殘體及其產生的胞外聚合物有利于土壤微團聚體膠結，三者間在相互影響過程中使土壤質量逐步提升[29,32]；地膜覆蓋通過降低土壤溶液濃度、調節滲透壓促進了細菌菌落生長。本試驗相關分析表明可培養放線菌菌落數和土壤含鹽量顯著負相關，這和樊金萍等研究結果一致[33]，處理間排序為(NTP、CTP) > NT > CT，可見地膜覆蓋對放線菌菌落數有較大影響?？膳囵B真菌菌落數與土壤理化指標均無顯著相關關系，但處理間差異均達顯著水平，這可能是因為真菌適宜在偏酸性環境中生長，受到各種其它因素共同影響。

有研究用高通量法對鹽堿土壤微生物群落結構進行分析，結果表明不同鹽堿脅迫對土壤細菌群落多樣性指數（Shannon 和Simpson）和豐富度指數（Chao1 和ACE）無顯著影響，并認為是演替過程中產生了能夠適應鹽漬化環境的優勢菌群[34]，本研究冗余分析結果同樣表明鹽分對細菌多樣性的解釋力有限（2.6%），有機碳和大團聚體含量則與多樣性指數呈正相關關系，分別解釋了50.9%、29.4%的多樣性變化，Wang 等[35]利用結構方程模型表征了微生物多樣性影響因素，認為團聚體能夠解釋68.4%微生物群落變化，其中包括38.97%的直接影響，29.43%的間接影響（土壤有機碳11.17%，水分10.20%，有效磷8.06%）。NTP 處理Shannon 指數顯著高于CT 和CTP，但各處理豐富度指數無顯著差異，免耕覆膜措施主要改變了細菌群落的均勻性，從不同菌門的相對豐度（圖4）可以看出，免耕和地膜覆蓋顯著降低了占比較大的變形菌門相對豐度，其它相對豐度居中（放線菌門、酸桿菌門）和較?。ㄑ繂伟T、綠彎菌門、浮霉菌們、奇古菌門）的菌門則在免耕和覆膜條件下不同程度提高，這和Zhang 等[12]研究結果一致，說明有機碳和大團聚體含量的提高更有利于豐度低的菌群生長繁殖，提高細菌群落均勻性，其中酸桿菌門具有良好的分解凋落物能力，浮霉菌門可以凈化和改善土壤水環境，奇古菌門可促進土壤氮素循環，這些菌門豐度的提高有利于健康土壤生態環境的營造，改善鹽堿地土壤的理化和生物性狀[36]。

4 結 論

1) 采用不同耕作覆膜措施后的第5 年，免耕較翻耕降低了春灌前和收獲后0～40 cm 土壤含鹽量，地膜在翻耕土壤上的抑鹽作用不可忽視，在免耕土壤覆膜可進一步提高抑鹽效果；免耕措施還可提高0～40 cm土壤＞0.25 mm 粒級團聚體質量分數，平均較翻耕顯著提高53.41%，其中免耕條件下覆膜可提高40%的＞1 mm 團聚體數量；在覆蓋和不覆蓋地膜條件下免耕均能提高土壤有機碳含量，分別較翻耕提高15.48%、16.44%。

2）免耕結合地膜覆蓋顯著提高了0～40 cm 土壤可培養細菌、放線菌及真菌數目，并顯著提高細菌Shannon指數，土壤有機碳和＞0.25 mm 粒級團聚體是提高土壤細菌群落多樣性的主控環境因子，分別解釋50.9%、29.4%的群落變化。

綜合考量中度鹽堿土壤理化性質和微生物區系變化，免耕地膜覆蓋是河套灌區兼顧節本增效、抑鹽改土、提升土壤質量的輕簡化耕作技術。