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Effects of tillage and straw returning on microorganism quantity, enzyme activities in soils and grain yield.

耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量、酶活性及作物产量的影响


通过两年田间裂区设计试验,研究了不同土壤耕作方式(常规耕作、深耕、深松)与秸秆还田(秸秆还田、秸秆不还田)对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤微生物数量、酶活性和作物产量的影响.结果表明: 深松(耕)和秸秆还田不仅降低了土壤容重,提高了土壤有机碳含量,而且增加了土壤微生物数量、土壤酶活性和作物产量,且二者对夏玉米季的影响大于冬小麦季.与常规耕作+无秸秆还田相比,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田处理的20~30 cm土壤容重分别降低8.5%和6.6%,土壤有机碳含量分别提高14.8%和12.4%,土壤微生物数量、土壤酶活性分别提高45.9%、33.9%和34.1%、25.2%,作物产量分别提高18.0%和19.3%,且两处理间无显著差异.说明土壤深松(耕)结合秸秆还田有利于作物产量、土壤微生物数量和酶活性的提高.

A two-year field study with split plot design was conducted to investigate the effects of different soil tillage (conventional tillage, CT; deep tillage, DT; subsoil tillage, ST) and straw returning (all straw retention, AS; no straw returning, NS) on microorganism quantity, enzyme activities in soil and grain yield. The results showed that, deep or subsoil tillage and straw returning not only reduced the soil bulk density and promoted the content of organic carbon in soil, but increased the soil microbial quantity, soil enzyme activities and grain yield. Furthermore, such influences in maize season were greater than that in wheat season. Compared with CT+NS, DT+AS and ST+AS decreased the soil bulk density at 20-30 cm depth by 8.5% and 6.6%, increased the content of soil organic carbon by 14.8% and 12.4%, increased the microorganism quantity by 45.9% and 33.9%, increased the soil enzyme activities by 34.1% and 25.5%, increased the grain yield by 18.0% and 19.3%, respectively. No significant difference was observed between DT+AS and ST+AS. We concluded that retaining crop residue and deep or subsoil tillage improved soil microorganism quantity, enzyme activities and crop yield.
 


全 文 :耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量、
酶活性及作物产量的影响∗
赵亚丽1,2,3  郭海斌1,4  薛志伟1  穆心愿1  李潮海1,2,3∗∗
( 1河南农业大学农学院, 郑州 450002; 2河南粮食作物协同创新中心, 郑州 450002; 3小麦玉米作物学国家重点实验室, 郑州
450002; 4 河南省驻马店市农业科学院, 河南驻马店 463000)
摘  要  通过两年田间裂区设计试验,研究了不同土壤耕作方式(常规耕作、深耕、深松)与秸
秆还田(秸秆还田、秸秆不还田)对冬小麦⁃夏玉米一年两熟农田土壤微生物数量、酶活性和作
物产量的影响.结果表明: 深松(耕)和秸秆还田不仅降低了土壤容重,提高了土壤有机碳含
量,而且增加了土壤微生物数量、土壤酶活性和作物产量,且二者对夏玉米季的影响大于冬小
麦季.与常规耕作+无秸秆还田相比,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田处理的 20~30 cm土壤容
重分别降低 8.5%和 6.6%,土壤有机碳含量分别提高 14.8%和 12.4%,土壤微生物数量、土壤
酶活性分别提高 45.9%、33.9%和 34.1%、25.2%,作物产量分别提高 18.0%和 19.3%,且两处理
间无显著差异.说明土壤深松(耕)结合秸秆还田有利于作物产量、土壤微生物数量和酶活性
的提高.
关键词  土壤耕作; 秸秆还田; 微生物群体; 酶活性; 产量
文章编号  1001-9332(2015)06-1785-08  中图分类号  S151.9  文献标识码  A
Effects of tillage and straw returning on microorganism quantity, enzyme activities in soils
and grain yield. ZHAO Ya⁃li1,2,3, GUO Hai⁃bin1,4, XUE Zhi⁃wei1, MU Xin⁃yuan1, LI Chao⁃
hai1,2,3 ( 1College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2Colla⁃
borative Innovation Center of Henan Grain Crops, Zhengzhou 450002, China; 3National Key Labora⁃
tory of Wheat and Maize Crop Science, Zhengzhou 450002, China; 4Zhumadian Academy of Agri⁃
cultural Sciences, Zhumadian 463000, Henan, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26 ( 6):
1785-1792.
Abstract: A two⁃year field study with split plot design was conducted to investigate the effects of
different soil tillage (conventional tillage, CT; deep tillage, DT; subsoil tillage, ST) and straw re⁃
turning (all straw retention, AS; no straw returning, NS) on microorganism quantity, enzyme ac⁃
tivities in soil and grain yield. The results showed that, deep or subsoil tillage and straw returning
not only reduced the soil bulk density and promoted the content of organic carbon in soil, but in⁃
creased the soil microbial quantity, soil enzyme activities and grain yield. Furthermore, such influ⁃
ences in maize season were greater than that in wheat season. Compared with CT+NS, DT+AS and
ST+AS decreased the soil bulk density at 20-30 cm depth by 8.5% and 6.6%, increased the con⁃
tent of soil organic carbon by 14.8% and 12.4%, increased the microorganism quantity by 45.9%
and 33.9%, increased the soil enzyme activities by 34.1% and 25.5%, increased the grain yield by
18.0% and 19.3%, respectively. No significant difference was observed between DT+AS and ST+
AS. We concluded that retaining crop residue and deep or subsoil tillage improved soil microorga⁃
nism quantity, enzyme activities and crop yield.
Key words: tillage; straw returning; microbial community; enzyme activity; grain yield.
∗国家自然科学基金项目(31301261)、农业部现代玉米产业技术体系项目(CARS⁃02⁃19)和公益性行业(农业)科研专项(201203100)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: lichaohai2005@ 163..com
2014⁃04⁃29收稿,2015⁃03⁃17接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 6月  第 26卷  第 6期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2015, 26(6): 1785-1792
    黄淮海地区是我国重要的粮食主产区,粮食生
产总量占全国的三分之一[1] .由于该区连续多年实
行土壤浅翻耕,造成土壤紧实、耕层变浅、耕层活土
量少,严重限制了作物产量的增加[2] .同时,大量的
作物秸秆被弃置或露天焚烧,不仅浪费资源,而且造
成环境污染[3] .因此,通过农业技术措施改善土壤结
构、增加土壤生物活性、提高土壤肥力,对黄淮海地
区的粮食生产具有重要意义.
研究表明,土壤耕作和秸秆还田是农业生产中
两项重要的增产技术措施[4] .土壤耕作由于改变了
土壤容重,引起土壤水、肥、气、热等变化,进而影响
土壤微生物学特性[5-6] .深耕和深松可以降低土壤容
重[7-8],增强土壤通透性[9-10],增加土壤微生物数量
和土壤酶活性[11-13] .而作物秸秆既是改善土壤肥力
状况的重要措施,也是调控土壤微生物和土壤酶活
性的重要物质条件[14] .秸秆还田不仅可以改良土壤
结构[15],还可增加微生物数量[16-17] 和土壤酶活
性[18],提高土壤肥力[19],从而增加作物产量[20-21] .
不同耕作模式下土壤微生物数量和土壤酶活性的变
化已有很多研究报道,但主要是在单一耕作方式或
单一秸秆处理方式下对单季作物开展试验,很少涉
及秸秆还田基础上耕作方式对土壤微生物数量和土
壤酶活性的影响,以及对复种条件下土壤微生物数
量、酶活性与作物产量关系的影响.本试验采用土壤
耕作方式与秸秆还田相结合,研究耕作方式、秸秆还
田及二者交互作用对冬小麦⁃夏玉米一年两熟农田
土壤微生物数量、土壤酶活性和作物产量的影响,以
期为优化黄淮海地区的土壤耕作方式提供理论
依据.
1  研究区域与研究方法
1􀆰 1  试验地概况
2010—2012年在位于豫北平原西部的河南省
温县赵堡试验站(34°57′ N,113°09′ E)进行田间定
位试验.该地区属暖温带大陆性季风气候,多年平均
气温 14.3 ℃,降水量 552.4 mm,日照时数 2300 h,无
霜期 210 d.试验地土壤为粉质粘壤土(砂粒︰粉粒︰
粘粒= 17︰64︰19),0 ~ 50 cm 土壤主要物理性状
为:容重 1.36 g·cm-3,有机碳含量 9.34 g·kg-1,全
氮含量 0.78 g·kg-1,速效磷含量 56.6 mg·kg-1,速
效钾含量 139.27 mg·kg-1 .
供试玉米品种为‘郑单 958’,种植密度每公顷
6.75 万株,行距 60 cm.供试小麦品种为 ‘花培 6
号’,基本苗每平方米 225万株.
试验为裂区试验设计,主因素为耕作方式,设常
规耕作(CT)、深耕(DT)和深松(ST)3 个水平;副因
素为秸秆处理方式,设秸秆全量还田(AS)和秸秆不
还田(NS)2个水平.试验共设置 6个处理:常规耕作
+秸秆还田、常规耕作+无秸秆还田、深耕+秸秆还
田、深耕+无秸秆还田、深松+秸秆还田、深松+无秸
秆还田.土壤耕作在冬小麦播前进行,常规耕作的耕
作深度为 15 cm,深耕和深松的耕作深度为 30 cm.
秸秆还田是在夏玉米成熟收获后,先将夏玉米秸秆
粉碎,然后结合土壤耕作进行秸秆全量还田;冬小麦
成熟收获后,冬小麦秸秆覆盖还田,夏玉米免耕播
种.各秸秆还田处理的秸秆还田量相同,冬小麦和夏
玉米秸秆还田量分别为 6800 和 9300 kg·hm-2 .秸
秆不还田处理是将夏玉米和冬小麦秸秆全部移出试
验地.试验小区面积为 4.8 m×50 m,3次重复.
在 2010—2012年生长季,冬小麦分别于 2010
年 10月 5 日、2011 年 10 月 4 日播种,2011 年 6 月
10日、2012年 6月 7日收获;夏玉米分别于 2011 年
6月 15日、2012 年 6 月 14 日播种,2011 年 10 月 6
日、2012年 10月 7日收获.玉米每公顷施 N 270 kg、
P 2O5 135 kg、K2O 135 kg.其中,磷肥和钾肥在播前作
基肥一次性全部施入,而氮肥则按 4︰6比例分别在
拔节期和大喇叭口期施入.小麦每公顷施 N 240 kg、
P 2O5 150 kg、K2O 120 kg.其中,磷肥和钾肥在播前作
基肥一次性全部施入,而氮肥则按 5︰5分基施和拔
节期追施 2 次施用.所用肥料为尿素 (含 N 量
46%),磷肥为过磷酸钙(P 2O5含量 14%),钾肥为氯
化钾(K2O含量 60%).适时灌水.试验小区的田间管
理同一般大田.
1􀆰 2  测定项目及方法
1􀆰 2􀆰 1样品采集  2011和 2012年小麦成熟期,每个
小区选取 3 点,调查 0 ~ 40 cm 土层的土壤容重,并
测定每 10 cm土层的有机碳含量.2011和 2012 年小
麦成熟期和玉米成熟期,每个小区选取 3 点,测定
0~40 cm土层的土壤微生物数量和酶活性.重复
5次.
1􀆰 2􀆰 2测定方法  土壤容重采用环刀法测定[22] .土
壤有机碳采用重铬酸钾氧化法测定[23] .土壤微生物
数量采用平板计数法测定[24]:细菌采用牛肉膏蛋白
胨培养基;真菌采用马丁氏培养基;放线菌采用高氏
1号培养基.土壤蔗糖酶活性采用 3,5⁃二硝基水杨
酸比色法,脲酶活性采用苯酚钠比色法,碱性磷酸酶
活性采用磷酸苯二钠比色法[19] .
小麦成熟后,每个小区收获 2 m2植株进行测产.
6871 应  用  生  态  学  报                                      26卷
玉米成熟后,每个小区收获 2 m双行果穗进行测产.
最终籽粒产量按照 14%含水量进行折算.
1􀆰 3  数据处理
所用数据为平均值±标准差.利用 Excel 2003 软
件对数据进行处理,利用 SPSS 16.0 软件进行 Dun⁃
can差异显著性检验(α= 0.05).
2  结果与分析
2􀆰 1  耕作方式、秸秆还田及其交互作用对作物产量
和土壤性状影响的方差分析
由于本研究涉及 2 个周年的 4 个作物生长季,
故将年份作为一个区组进行联合方差分析.表 1 结
果显示,耕作方式与秸秆还田对籽粒产量、土壤容
重、土壤有机碳含量、土壤微生物数量和土壤酶活性
均存在极显著影响,耕作方式与秸秆还田交互作用
对多数测定指标效应显著.
2􀆰 2  耕作方式与秸秆还田对作物产量的影响
深松(耕)与秸秆还田显著增加了冬小麦、夏玉
米以及周年作物产量(表 2).深耕和深松的周年作
物产量分别比常规耕作提高10.7%和9.8%,其中,
表 1  耕作方式、秸秆还田及其交互作用下作物产量、土壤容重、土壤有机碳含量和土壤生物性状的方差分析
Table 1  Analyse of variance of the effects of tillage, straw management and their interaction on grain yield, soil bulk densi⁃
ty, soil organic carbon and soil biological characters
指标
Parameter
生长季   
Season   
耕作方式
Tillage
均方差 MS P
秸秆还田
Straw management
均方差 MS P
耕作方式´秸秆还田
Tillage×straw management
均方差 MS P
产量 WW 2.929 <0.001 7.444 <0.001 0.125 0.143
Yield SM 2.204 <0.001 1.638 <0.001 0.402 <0.001
土壤容重 WW 0.012 <0.001 0.004 <0.001 0.000 0.008
Soil bulk density SM
土壤有机碳含量 WW 0.866 <0.001 2.293 <0.001 0.079 0.015
Soil organic carbon SM
细菌 WW 0.173 <0.001 0.748 <0.001 0.000 0.902
Bacteria SM 2.999 <0.001 4.988 <0.001 0.054 0.560
真菌 WW 0.095 <0.001 0.279 <0.001 0.000 0.892
Fungi SM 0.248 <0.001 0.533 <0.001 0.006 0.009
放线菌 WW 0.572 <0.001 1.439 <0.001 0.027 0.002
Actinomycete SM 1.935 <0.001 4.353 <0.001 0.126 0.002
蔗糖酶 WW 87.494 <0.001 137.093 <0.001 2.638 0.023
Saccharase SM 81.640 <0.001 187.670 <0.001 0.421 0.913
脲酶 WW 0.068 <0.001 0.117 <0.001 0.003 <0.001
Urease SM 0.070 <0.001 0.088 <0.001 0.001 0.657
磷酸酶 WW 0.091 <0.001 0.154 <0.001 0.002 0.288
Alkaline phosphatase SM 0.089 <0.001 0.335 <0.001 0.005 0.218
WW: 冬小麦生长季 Winter wheat growing seasons; SM: 夏玉米生长季 Summer maize growing seasons.
表 2  耕作方式+秸秆还田对冬小麦⁃夏玉米产量的影响
Table 2  Effects of tillage and straw returning on grain yield of winter wheat and summer maize ( t·hm-2)
作物
Crop
处理
Treatment
2010—2011
常规耕作
CT
深耕
DT
深松
ST
秸秆处理平均
Mean of straw
treatment
2011—2012
常规耕作
CT
深耕
DT
深松
ST
秸秆处理平均
Mean of straw
treatment
冬小麦 AS 7.8a 8.3a 8.6a 8.3a 11.5c 12.5b 12.7a 12.2a
Winter NS 6.8a 8.0a 7.9a 7.6b 10.7e 11.3cd 11.1d 11.1b
wheat Mean 7.3b 8.1a 8.3a 11.1b 11.9a 11.9a
夏玉米 AS 6.2c 7.2a 7.1a 6.9a 6.8d 7.8a 7.8a 7.5a
Summer NS 6.2c 6.7b 6.4bc 6.4b 6.7d 7.4b 7.0c 7.0b
maize Mean 6.2b 7.0a 6.8a 6.7c 7.6a 7.4b
周年 AS 14.0a 15.6a 15.8a 15.1a 18.3c 20.3a 20.5a 19.7a
Whole NS 13.0a 14.7a 14.3a 14.0b 17.4d 18.8b 18.1c 18.1b
year Mean 13.5b 15.1a 15.0a 17.8c 19.5a 19.3b
AS: 秸秆还田 Straw returning; NS: 秸秆不还田 No straw returning; Mean: 耕作处理平均 Mean of tillage treatment. CT: Convertional tillage; DT:
Deep tillage; ST: Subsoil tillage. 下同 The same below. 耕作处理同行和秸秆处理同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05) For tillage treatments
in the same row and straw treatments in the same colunm, different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level. 下同 The same below.
78716期                赵亚丽等: 耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量、酶活性及作物产量的影响       
冬小麦产量分别提高 9.2%和 10.3%,夏玉米产量分
别提高 12.8%和 9.3%.秸秆还田的周年作物产量、
冬小麦和夏玉米产量分别比秸秆不还田提高 8.3%、
9.7%和 6.3%.与常规耕作+无秸秆还田相比,深耕+
秸秆还田、深松+秸秆还田的周年作物产量分别提
高了 18.0%、19.3%,冬小麦和夏玉米产量分别提高
了 19.0%、22.4%和 16.8%、15.7%,且二者效果相似.
2􀆰 3  耕作方式与秸秆还田对土壤容重的影响
深松(耕)与秸秆还田主要降低了 20~40 cm土
层的土壤容重(表 3).深耕和深松的土壤容重分别
比常规耕作降低 4.7%和 3.6%,秸秆还田的土壤容
重比秸秆不还田降低 1.5%.与常规耕作+无秸秆不
还田相比,深耕+秸秆还田和深松+秸秆还田均显著
降低了土壤容重,且深耕+秸秆还田的土壤容重显
著低于深松+秸秆还田.
2􀆰 4  耕作方式与秸秆还田对土壤有机碳含量的影响
深松(耕)与秸秆还田增加了 20~30 cm土层的
有机碳含量(表 4).深耕和深松可使土壤有机碳含
量分别提高 6.2%和 5.3%,秸秆还田使土壤有机碳
含量提高 6.3%,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田使
土壤有机碳含量分别比常规耕作+无秸秆还田提高
13.7%和 10.7%.
表 3  耕作方式+秸秆还田对土壤容重的影响
Table 3  Effects of tillage and straw returning on soil bulk density (g·cm-3)
土层深度
Soil depth
(cm)
处理
Treatment
2010—2011
常规耕作
CT
深耕
DT
深松
ST
秸秆处理平均
Mean of straw
treatment
2011—2012
常规耕作
CT
深耕
DT
深松
ST
秸秆处理平均
Mean of straw
treatment
0~10 AS 1.24a 1.22a 1.23a 1.23a 1.20a 1.19a 1.21a 1.20b
NS 1.25a 1.24a 1.24a 1.24a 1.22a 1.22 a 1.23a 1.22a
Mean 1.25a 1.23a 1.24a 1.21a 1.21a 1.22a
10~20 AS 1.27a 1.23a 1.24a 1.25a 1.24a 1.21a 1.22a 1.22b
NS 1.28a 1.25a 1.25a 1.26a 1.27a 1.24a 1.23a 1.25a
Mean 1.28a 1.24b 1.24b 1.26a 1.22b 1.23b
20~30 AS 1.47b 1.37e 1.41d 1.42b 1.47a 1.36a 1.38a 1.40b
NS 1.48a 1.41d 1.44c 1.44a 1.50a 1.38a 1.40a 1.43a
Mean 1.48a 1.39c 1.42b 1.48a 1.37c 1.39b
30~40 AS 1.49b 1.40e 1.43d 1.44b 1.51b 1.39e 1.42d 1.44b
NS 1.52a 1.45c 1.45c 1.47a 1.53a 1.43cd 1.44c 1.47a
Mean 1.50a 1.42c 1.44b 1.52a 1.41c 1.43b
平均 AS 1.37b 1.30e 1.32d 1.33b 1.36a 1.28a 1.31a 1.32b
Average NS 1.38a 1.34c 1.34c 1.35a 1.38a 1.32a 1.32a 1.34a
Mean 1.38a 1.32c 1.33b 1.37a 1.30c 1.32b
表 4  耕作方式+秸秆还田对土壤有机碳含量的影响
Table 4  Effects of tillage and straw returning on the content of soil organic carbon (g·kg-1)
土层深度
Soil depth
(cm)
处理
Treatment
2010—2011
常规耕作
CT
深耕
DT
深松
ST
秸秆处理平均
Mean of straw
treatment
2011—2012
常规耕作
CT
深耕
DT
深松
ST
秸秆处理平均
Mean of straw
treatment
0~10 AS 10.63a 10.70a 10.87a 10.73a 11.10a 11.47a 11.80a 11.46a
NS 10.20a 10.57a 10.47a 10.41a 10.27a 10.83a 10.87a 10.66b
Mean 10.42a 10.63a 10.67a 10.68b 11.15a 11.33a
10~20 AS 10.50b 11.30a 11.10a 10.97a 10.77a 11.40a 11.33a 11.17a
NS 9.63d 9.90c 10.60b 10.04b 9.80a 10.60a 10.77a 10.39b
Mean 10.07c 10.60b 10.85a 10.28b 11.00a 11.05a
20~30 AS 6.90b 7.83a 7.07b 7.27a 7.00d 8.20a 7.60b 7.60a
NS 6.70b 7.07b 6.93b 6.90b 6.80e 7.37c 7.40c 7.19b
Mean 6.80b 7.45a 7.00b 7.10c 9.07a 7.88b
30~40 AS 4.43b 4.77a 4.47b 4.56a 4.43b 5.00a 4.60b 4.68a
NS 4.40b 4.40b 4.47b 4.42b 4.43b 4.53b 4.47c 4.48b
Mean 4.42b 4.58a 4.47ab 4.43b 4.77a 4.53b
平均 AS 8.13a 8.65a 8.38a 8.39a 8.32c 9.03a 8.84b 8.73a
Average NS 7.73a 7.97a 8.11a 7.94b 7.82d 8.33c 8.36c 8.17b
Mean 7.93b 8.31a 8.25a 8.07c 8.68a 8.60b
8871 应  用  生  态  学  报                                      26卷
2􀆰 5  耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量的
影响
深松(耕)与秸秆还田提高了土壤细菌、真菌和
放线菌数量,且二者对夏玉米季土壤微生物数量的
提高幅度大于冬小麦季(图 1).冬小麦成熟期,深松
(耕)的细菌、真菌和放线菌数量分别比常规耕作提
高 11.5%、16.5%和 16.8%,秸秆还田的细菌、真菌和
放线菌数量分别比秸秆不还田提高 15.9%、19.0%
和 17.5%.夏玉米成熟期,深松(耕)的细菌、真菌和
放线菌数量分别比常规耕作提高 40.1%、30.0%和
30.0%,秸秆还田的细菌、真菌和放线菌数量分别比
秸秆不还田提高 32.0%、25.9%、29.2%.与常规耕作
+无秸秆还田相比,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田
的土壤微生物数量分别提高 58.1%和 56.5%.此外,
深松(耕)主要提高了 20 ~ 40 cm 土层的微生物数
量,深松(耕)使 20~40 cm的细菌、真菌和放线菌数
量分别比常规耕作提高 50.9%、83.8%和 41.7%.秸
秆还田主要提高了 0~20 cm土层的微生物数量,使
0~20 cm的土壤细菌数量、真菌数量、放线菌数量分
别比秸秆不还田处理提高 27􀆰 5%、24􀆰 0%和 25􀆰 8%.
2􀆰 6  耕作方式与秸秆还田对土壤酶活性的影响
深松(耕)与秸秆还田显著增加了土壤酶活性,
且对冬小麦季土壤酶活性的增幅大于夏玉米季(图
2).冬小麦成熟期,深松(耕)的蔗糖酶、脲酶和磷酸
酶活性分别比常规耕作增加 25. 1%、 15. 1% 和
13􀆰 7% ,秸秆还田的3种酶活性分别比秸秆不还田
图 1  耕作方式+秸秆还田对土壤细菌、真菌和放线菌数量的影响
Fig.1  Effects of tillage and straw returning on quantity of bacteria, fungi and actinomycete in soil.
A: 冬小麦 Winter wheat; B:夏玉米 Summer maize. CT:常规耕作 Convertional tillage; DT:深耕 Deep tillage; ST:深松 Subsoil tillage. AS: 秸秆还
田 Straw returning; NS: 秸秆不还田 No straw returning. 下同 The same below.
98716期                赵亚丽等: 耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量、酶活性及作物产量的影响       
图 2  耕作方式+秸秆还田对土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的影响
Fig.2  Effects of tillage and straw returning on activities of saccharase, urease and alkaline phosphatase in soil.
增加 19.1%、13.6%和 12.9%.夏玉米成熟期,深松
(耕)的蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别比常规耕作
增加 19.9%、10.2%和 12.8%,秸秆还田的 3 种酶活
性分别比秸秆不还田增加 19.5%、6.7%和 15.3%.与
常规耕作+无秸秆还田相比,深耕+秸秆还田、深松+
秸秆还田的平均土壤酶活性分别增加 34. 5%和
32􀆰 3%.
2􀆰 7  土壤容重、有机碳含量、微生物数量、酶活性与
产量的相关分析
由表 5可以看出,土壤有机碳含量、土壤微生物
数量、土壤酶活性与产量呈显著正相关,土壤容重与
土壤有机碳含量、土壤微生物数量、土壤酶活性和产
量呈显著负相关.土壤微生物数量与土壤酶活性存
在极显著正相关,且二者均与产量呈极显著正相关.
由于土壤微生物数量和土壤酶活性在一定程度上反
映着土壤的肥力水平,因此,深松(耕)和秸秆还田
表 5  土壤容重、有机碳含量、微生物数量、酶活性与产量的
相关关系
Table 5  Correlations between soil bulk density, content of
organic carbon, quantity of microorganisms, enzyme activi⁃
ties and yield
有机碳
SOC
细菌
Bacteria
真菌
Fungi
放线菌
Actinomycetes
产量
Yield
容重 SBD -0.87∗∗ -0.90∗∗ -0.89∗∗ -0.86∗∗ -0.88∗∗
有机碳 SOC 0.96∗∗ 0.96∗∗ 0.93∗∗ 0.90∗∗
细菌 Bacteria 1.00∗∗ 0.98∗∗ 0.97∗∗
真菌 Fungi 0.98∗∗ 0.98∗∗
放线菌 Actinomycetes 0.98∗∗
蔗糖酶 Saccharase 0.97∗∗
脲酶 Urease 0.95∗∗
碱性磷酸酶
Alkaline phosphatase
0.94∗∗
∗ P<0.05; ∗∗ P<0.01
0971 应  用  生  态  学  报                                      26卷
通过提高土壤微生物数量和土壤酶活性可以增加作
物产量.
3  讨    论
土壤微生物是评价土壤肥力的重要指标之一,
其数量受土壤环境和土壤耕作措施的影响[25-26] .本
研究结果表明,深耕和深松主要降低了下层土壤容
重,提高了下层土壤微生物数量.因为深耕主要改善
了耕层下部土壤物理结构,影响耕层下部土壤有机
质的积累,创造了一个适宜微生物繁殖的土壤环境,
进而影响 20 cm以下耕层的土壤微生物数量[12] .梁
金凤等[27]研究证明,深松可以降低土壤容重,增加
土壤孔隙度,有利于土壤气体交换,促进好氧性微生
物的活化和矿物质分解,提高细菌、放线菌和微生物
的总体数量,改善深层土壤的微生态环境,进而有利
于培肥地力.此外,本研究结果还表明,秸秆还田提
高了土壤中细菌、真菌和放线菌数量,这与 Lou
等[28]研究结果一致.因为秸秆还田为土壤微生物提
供了丰富的碳源和氮源,创造了一个营养充裕的土
壤微生态环境,能够催生更多的微生物生长和繁殖,
从而使土壤微生物区系和数量发生变化,进而提高
土壤的生物活性[29] .
土壤酶活性与土壤理化特性、肥力状况和农业
措施有着显著的相关性,也是土壤肥力评价的重要
指标之一[30-31] .本研究结果表明,深松(耕)和秸秆
还田后,土壤中蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性明显
提高.土壤酶活性增加的原因之一可能是深松(耕)
和秸秆还田增加了土壤酶的来源(作物根系和土壤
微生物).研究证明,深耕和深松可以打破犁底层,改
善土壤通气状况,促进根系生长[32] .而秸秆还田不
仅能显著地提高各类微生物的数量,为微生物提供
了新的能源[33],而且还田的秸秆本身也带入大量活
的微生物[34] .
土壤微生物和酶一起作用于土壤的物质转化和
能量流动,二者共同成为评价土壤肥力的重要指
标[31,35] .相关分析结果显示,土壤微生物数量和土壤
酶活性之间有极显著的正相关关系,与张向前等[35]
和张继光等[36]的研究结果一致.此外,作物产量与
土壤微生物数量和相关酶活性之间皆呈显著或极显
著相关,说明彼此之间存在正的相互促进作用,这与
马冬云等[25]研究结果相同.张向前等[35]研究发现,
玉米产量除与土壤中转化酶相关性不显著外,与其
他相关酶活性和土壤微生物数量皆呈显著或极显著
相关.因此,土壤微生物数量和酶活性通过影响土壤
肥力来影响作物产量,而深松(耕)和秸秆还田通过
提高土壤微生物数量和土壤酶活性可以增加作物
产量.
4  结    论
耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量、土壤
酶活性和作物产量存在显著交互作用.深松(耕)与
秸秆还田结合可以降低土壤容重,提高土壤有机碳
含量,增加土壤微生物数量和土壤酶活性,进而有利
于作物产量的提高.在几种耕作模式中,深耕+秸秆
还田、深松+秸秆还田显著提高了土壤微生物数量、
土壤酶活性和产量,且两处理间无显著性差异.因
此,在本试验条件下,在秸秆还田的基础上深松或深
耕是黄淮海地区适宜的耕作方式.
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作者简介  赵亚丽,女,1980年生,博士,副教授.主要从事玉
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责任编辑  张凤丽
2971 应  用  生  态  学  报                                      26卷