全 文 ：不同种植方式对花生土壤微生物生物量
及活性的影响*
林英杰1 摇 高摇 芳1 摇 张佳蕾1 摇 周录英2 摇 张新民3 摇 李宝龙1 摇 赵华建1 摇 李向东1**
( 1 山东农业大学农学院作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018; 2 山东省安丘市农业局, 山东潍坊 262100; 3 山东天
泰种业有限公司, 山东济南 250100)
摘摇 要摇 在大田条件下,采用随机区组设计研究了春播覆膜(CBFM)、春播露地(CBLD)、麦
田套种(MT)、麦田套种露地对照(MTLD)、夏播覆膜(XBFM)和夏播露地(XBLD)6 种花生种
植方式对土壤微生物生物量碳、活跃微生物生物量和土壤呼吸的影响. 结果表明: 花生生育
期和种植方式均显著影响土壤微生物生物量及活性.从始花期开始,随着生育进程的推进,土
壤微生物生物量碳、活跃微生物生物量和呼吸速率逐渐升高,到结荚期达到最大值,随后下
降.露地栽培花生提高了土壤微生物生物量碳和土壤呼吸速率,但是降低了活跃微生物生物
量,对土壤养分的转化和吸收不利;覆膜花生提高了活跃微生物生物量,促进土壤养分的分解
和有效化;麦田套种花生比同期播种的露地对照花生提高了土壤微生物生物量碳、活跃微生
物生物量和土壤呼吸速率,固结养分较多,不利于花生生长.
关键词摇 花生 种植方式摇 土壤摇 微生物生物量碳摇 活跃微生物生物量
文章编号摇 1001-9332(2010)09-2323-06摇 中图分类号摇 S565. 2摇 文献标识码摇 A
Soil microbial biomass and respiration rate under effects of different planting patterns of
peanut. LIN Ying鄄jie1, GAO Fang1, ZHANG Jia鄄lei1, ZHOU Lu鄄ying2, ZHANG Xin鄄min3, LI
Bao鄄long1, ZHAO Hua鄄jian1, LI Xiang鄄dong1 ( 1State Key Laboratory of Crop Biology, College of
Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai爷 an 271018, Shandong, China; 2Anqiu Bureau
of Agriculture, Weifang, 262100, Shandong, China; 3Tiantai Seed Co. , Ltd, Ji爷nan 250100,
Shandong, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(9): 2323-2328.
Abstract: A field experiment with randomized design was conducted to study the effects of six
planting patterns of peanut, i. e. , spring sowing and plastic film mulching, spring sowing and open
cultivation, summer sowing and plastic film mulching, summer sowing and open cultivation, inter鄄
cropped in wheat field, and control of intercropped in wheat field, on soil microbial biomass C, soil
active microbial biomass, and soil respiration rate. The results showed that the growth stage and
planting pattern of peanut had significant effects on soil microbial biomass and respiration rate. With
the prolonged time after anthesis, soil microbial biomass C, active microbial biomass, and respira鄄
tion rate increased gradually, peaked at pod鄄setting stage, and decreased then. Open cultivation
enhanced soil microbial biomass C and respiration rate but reduced soil active microbial biomass,
being unfavorable to soil nutrient transformation and nutrient availability, while plastic film mulc鄄
hing increased soil active microbial biomass, and consequently, promoted soil nutrient transforma鄄
tion and nutrient availability. Comparing with intercropped in wheat field and open cultivation, in鄄
tercropped in wheat field and plastic film mulching increased soil microbial biomass C, active mi鄄
crobial biomass, and respiration rate, which immobilized more soil nutrients and was not conducive
to peanut growth.
Key words: peanut; planting pattern; soil; microbial biomass C; active microbial biomass.
*国家“十一五冶科技支撑计划项目(2006BAD21B04鄄9,2009BADA8B03)和国家自然科学基金项目(30840056)资助.
**通讯作者. E鄄mail: lixdong@ sdau. edu. cn
2009鄄12鄄28 收稿,2010鄄07鄄06 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 9 月摇 第 21 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2010,21(9): 2323-2328
摇 摇 花生(Arachis hypogea)是我国重要的油料作物
和经济作物,在生产上有地膜覆盖、露地栽培、麦田
套种和夏直播等多种种植方式. 不同种植方式改变
了土壤的温度、水分、空气和光照等环境条件,从而
导致土壤物理、化学和生物学性状的变化.土壤微生
物是土壤生态系统的重要组成部分,在有机质分解、
养分循环和植物养分利用过程中发挥着关键的作
用[1-2] .土壤微生物生物量是土壤养分贮存库和植
物生长所需养分的重要来源[3-4] . 土壤微生物生物
量受农业管理措施和种植方式的影响很大,是反映
土壤管理变化的重要指标[5-6] .因此,研究不同种植
方式对土壤微生物生物量的影响具有重要的意义.
花生是入地结果、具有无限生长习性的作物,随
生育进程的推进,果针入土、子房膨大等对土壤微生
物生存的外界条件都有一定的影响. 国内外对土壤
微生物的研究多集中于耕作方式、土壤类型、培肥措
施等方面[5-7],且多集中在小麦、玉米等禾本科作物
上.有关不同种植方式对花生田间土壤微生物生物
量及活性影响的研究还未见报道. 本试验根据目前
我国现有的花生主要种植方式,设计不同花生种植
方式试验,研究其对花生土壤微生物生物量及活性
变化的影响,以期为花生高产、高效栽培提供理论依
据和技术指导.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验设计
试验于 2006—2008 年在山东农业大学农学实
验站进行. 该站位于 36毅09忆—36毅10忆 N, 117毅08忆—
117毅09忆 E,属温带半湿润大陆性气候,四季分明,光
照充足,年日照时数 2611 h,年平均气温 12郾 8 益,无
霜期约 200 d,年降水量 700 mm 左右,排灌系统良
好.试验地土壤为沙壤土,0 ~ 20 cm 土层含有机质
11郾 12 g·kg-1,全氮 1郾 0 g·kg-1,碱解氮87郾 74 mg·
kg-1,速效磷 35郾 25 mg·kg-1,速效钾 74郾 23 mg·
kg-1,pH 6郾 75.设计 6 种种植方式,分别为春播覆膜
(CBFM)、春播露地(CBLD)、麦田套种(MT)、麦田
套种露地对照(MTLD)、夏播覆膜(XBFM)、夏播露
地(XBLD),小区面积 23郾 1 m2,随机区组设计,重复
3 次.冬小麦品种为山农 664,种植密度为 1郾 5 伊106
株·hm-2,花生品种为丰花 1 号,种植密度为 1郾 5伊
105 穴·hm-2 .播前对种子进行精选,以保证纯度和
出苗整齐.
具体种植方式如下:CBFM:起垄覆膜种植,垄底
宽 85 cm,垄顶宽 45 cm,垄高 12 cm;花生 5 月 10 日
播种,每垄 2 行,穴距 16 cm,每穴 2 粒,先播种后覆
膜,9 月 10 日收获. CBLD:平种,花生 5 月 10 日播
种,行距 30 cm,穴距 20 cm,每穴 2 粒,9 月 10 日收
获. MT:冬小麦 10 月 10 日播种,行距 30 cm,6 月 10
日收获;花生 5 月 25 日播种,套种于小麦行间,穴距
20 cm,每穴 2 粒,9 月 25 日收获. MTLD:平种,在麦
田套种花生的同时,把花生种在没有种植小麦的春
地上,作为麦套花生的对照,花生 5 月 25 日播种,行
距 30 cm,穴距 20 cm,每穴 2 粒,9 月 25 日收获.
XBFM:起垄覆膜种植,垄底宽 85 cm,垄顶宽 45 cm,
垄高 12 cm;花生 6 月 10 日播种,每垄 2 行,穴距 16
cm,每穴 2 粒,先播种后覆膜,10 月 10 日收获.
XBLD:平种,花生 6 月 10 日播种,行距 30 cm,穴距
20 cm,每穴 2 粒,10 月 10 日收获.
小麦播前每公顷基施过磷酸钙 750 kg、尿素
375 kg;麦套花生于收麦后每公顷追施过磷酸钙 750
kg、尿素 375 kg,其他种植方式于花生播种前每公顷
基施过磷酸钙 750 kg、尿素 375 kg;其他田间管理措
施同一般小麦、花生高产田.
1郾 2摇 研究方法
于每年 5—10 月花生开花至收获期每隔 15 d
进行田间取样.采用五点混合取样法,使用 3 cm伊20
cm土钻采集 0 ~ 20 cm 耕层土壤,每个样品重复 3
次,剔除其中的石块、根系和小动物等杂物,迅速装
入无菌聚乙烯袋中,带回实验室,置于 4 益冰箱保
存,4 d内测定各指标.每次测定前均于 25 益条件下
培养 24 h.
1郾 3摇 测定项目与方法
土壤微生物生物量碳的测定采用基质诱导呼吸
法:取 5 g鲜土,加入 5 ml 10 滋mol·g-1土葡萄糖溶
液和 0郾 025 g滑石粉,在 22 益下培养 2 h,测定 CO2
呼吸量[8] .土壤活跃微生物生物量的测定采用呼吸
曲线数学分析法:取 1 g鲜土,加入 0郾 4 ml葡萄糖培
养基,在 20 益培养 24 h 后,测定 CO2 呼吸量[8] .土
壤呼吸和呼吸熵的测定采用 CO2 释放量法:取 5 g
鲜土于试剂瓶中,28 益培养 24 h 后,测定 CO2 呼吸
量[5] .
以上 CO2 的产生量均用北京分析仪器厂生产
的 GXH鄄3051 型便携式红外线分析仪测定,土壤均
以干质量计算.代谢熵(qCO2)是基础呼吸与微生物
生物量碳的比率,即每单位微生物生物量碳的呼吸
速率.
1郾 4摇 数据处理
采用 ORIGIN PRO 8郾 0 软件作图. 采用 DPS
4232 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
7郾 05 软件分析数据,用最小显著极差法(LSD)进行
平均数显著性检验,取 琢=0郾 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同种植方式下花生土壤微生物生物量碳的
动态变化
微生物生物量碳可以反映土壤养分的有效状况
和生物活性,能在很大程度上反映土壤微生物数量,
对土壤扰动非常敏感,但不受无机氮的直接影响,常
作为土壤对环境响应的指示剂[9] .由图 1 可知,不同
种植方式下花生土壤微生物生物量碳随生育期呈单
峰曲线变化.其中,春播覆膜、春播露地、麦田套种和
麦田套种露地的微生物生物量碳在花后 45 d(结荚
末期)达到最大值;夏直播覆膜和夏直播露地的微
生物生物量碳在花后 30 d(结荚期)达到最大值.土
壤微生物生物量碳在结荚期之前逐渐升高,固结养
分较多,到结荚期达到最高值,说明花生植株的旺盛
生长增加了根系及根系分泌物,从而使微生物生命
活动旺盛,有利于土壤微生物生物量碳的积累;而在
结荚期之后逐渐下降,表明随着花生营养生长的减
缓,积累的土壤微生物生物量碳逐步释放养分供花
生吸收利用.不同种植方式下,春播露地土壤微生物
生物量碳高于春播覆膜,在结荚末期和收获期分别
比春播覆膜高 60郾 92%和 80郾 35% ,差异显著;夏播
露地在花后30 d以后高于夏播覆膜,在结荚期和
图 1摇 不同种植方式下花生土壤微生物生物量碳的动态变
化
Fig. 1 摇 Dynamic variations of soil microbial biomass C under
different planting patterns of peanut.
CBFM:春播覆膜 Spring sowing and plastic film mulching; CBLD:春播
露地 Spring sowing and open cultivation; MT:麦田套种 Intercropping in
wheat field system; MTLD:麦田套种露地对照Wheat intercropping con鄄
trol; XBFM:夏播覆膜 Summer sowing and plastic film mulching;
XBLD:夏播露地 Summer sowing and open cultivation. 下同 The same
below.
结荚末期分别比夏播覆膜高 46郾 67%和 98郾 46% ,差
异显著,说明覆膜不利于土壤微生物生物量碳的积
累.从整个生育期来看,麦田套种花生的土壤微生物
生物量碳显著高于同期播种的麦田套种露地对照,
说明麦田套种对土壤微生物生物量碳的积累作用
明显.
2郾 2摇 不同种植方式下花生土壤活跃微生物生物量
的动态变化
土壤中存在着一少部分生理功能活跃的微生
物,这部分微生物一般不到微生物总量的 1 / 3[5] .由
图 2 可知,春播覆膜、春播露地、麦田套种、麦田套种
露地的土壤活跃微生物生物量随生育期呈单峰曲线
变化,其中,春播露地和春播覆膜在花后 60 d(饱果
期)达到峰值,麦田套种露地和麦田套种花生在花
后 45 d(结荚末期)达到峰值.在整个生育期内覆膜
花生高于露地花生,春播覆膜和夏播覆膜土壤活跃
微生物生物量比春播露地和夏播露地分别平均提高
31郾 05%和 22郾 03% ,且差异显著;麦田套种花生土
壤活跃微生物生物量比麦田套种露地平均提高
8郾 35% ,说明覆膜和麦田套种花生有利于活跃微生
物生物量的提高,可促进土壤养分的分解.夏直播覆
膜和夏直播露地花生土壤活跃微生物生物量随生育
期呈现“V冶型曲线变化,其谷底时段正值温度和湿
度都比较高的季节,说明过高的温度和湿度不利于
活跃微生物生物量的提高.
2郾 3摇 不同种植方式下花生土壤呼吸速率和代谢熵
的动态变化
由图 3 可知,麦田套种、麦田套种露地、夏直播
覆膜、夏直播露地花生的土壤呼吸速率随生育期呈
单峰曲线变化.春播覆膜和春播露地花生土壤呼吸
图 2摇 不同种植方式下花生土壤活跃微生物生物量的动态
变化
Fig. 2摇 Dynamic variations of soil active microbial biomass un鄄
der different planting patterns of peanut.
52329 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 林英杰等: 不同种植方式对花生土壤微生物生物量及活性的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 3摇 不同种植方式下花生土壤呼吸速率和代谢熵的动态
变化
Fig. 3摇 Dynamic variations of soil respiration rate and matabolic
quotient under different planting patterns of peanut.
速率在花后 50 d(结荚末期)达到高峰,麦田套种、
麦田套种露地花生分别在花后 30 d(结荚初期)和
60 d(饱果期)达到最大值,夏直播覆膜、夏直播露地
花生分别在花后 45 d(结荚末期)和 60 d(饱果期)
达到最大值.说明花生开花后果针的入土和荚果的
膨大对土壤的扰动作用是土壤呼吸速率提高的主要
原因;后期土壤呼吸速率降低,一方面是因为花生果
针对土壤的扰动减少,另一方面,与后期土壤温度有
关.从整个生育期土壤呼吸速率的均值来看,麦田套
种的土壤呼吸速率比麦田套种露地花生平均提高
66郾 88% ,且差异显著,春播露地花生和夏播露地花
生的土壤呼吸速率比覆膜栽培花生平均分别提高
87郾 42%和 15郾 07,差异均达显著水平. 小麦留下的
残茬和露地栽培花生的落叶在土壤表层容易形成
“小碳库冶,有利于土壤呼吸速率的提高.
摇 摇 代谢熵( qCO2)将微生物生物量的大小与微生
物的活性与功能有机的联系起来,qCO2 值大意味着
微生物呼吸消耗的碳比例较大,建造微生物细胞的
碳比例小.由图 3 可知,春播覆膜和春播露地的土壤
代谢熵随生育期呈“V冶形曲线变化,整个生育期内
春播覆膜代谢熵低于春播露地花生;麦田套种露地
花生代谢熵在整个生育期内均高于麦田套种花生,
可能是由于麦田套种花生土壤在播种时未受到扰
动;夏直播覆膜花生的土壤代谢熵随生育期呈单峰
曲线变化,而夏直播露地花生在生育期内前期高于
夏直播覆膜花生,后期(花后 30 d以后)低于夏直播
覆膜花生.
3摇 讨摇 摇 论
土壤微生物的数量、种类和活性在一定程度上
反映了土壤有机质的分解速度和营养物质的存在状
态,从而直接影响土壤的供肥能力和植物的生长状
况[9] .前人有关覆膜对土壤微生物生物量碳的影响
研究结果不尽一致. 张成娥等[10]研究表明,地膜覆
盖玉米地各生长期的微生物生物量碳均低于裸地种
植玉米地;宋秋华等[9,11]、薛菁芳等[12]研究表明,地
膜覆盖能提高土壤微生物生物量碳;而于树等[13]研
究表明,地膜覆盖对土壤微生物生物量碳的影响不
显著.土壤微生物生物量碳的消长反映微生物利用
土壤碳源进行细胞建成并大量繁殖和微生物细胞解
体使有机碳矿化的过程.本研究结果表明,土壤微生
物生物量碳受花生生育期影响较大,土壤微生物生
物量碳在结荚期之前逐渐升高,这一方面是由于花
生生长旺盛,促进了根系生长,根系分泌较多的有机
酸、氨基酸等营养物质,为土壤微生物提供了丰富的
营养,促进了微生物繁殖,提高了微生物生物量;另
一方面,夏季高温、高湿的条件使有机物更容易分
解,为微生物生长提供了充足的碳源. 结荚期之后,
土壤微生物生物量碳逐渐下降,表明随着花生营养
生长的减缓和温、湿度的降低,积累的土壤微生物生
物量碳开始释放养分供花生吸收. 从花生不同种植
方式来看,露地栽培花生的土壤微生物生物量碳高
于覆膜栽培,这可能是因为露地栽培花生在生长后
期下部的落叶、植株残体提高了土壤有机碳水平,而
地膜覆盖阻止了这些碳源物质;另外,覆膜促进了土
壤微生物生物量碳的消耗,释放养分供花生生长.张
丽华等[14]研究表明,秸秆覆盖免耕能提高表层土壤
微生物生物量.本研究表明,麦田套种花生土壤微生
物生物量碳显著高于其他种植方式. 这可能与麦田
套种花生在播种前期没有对土壤进行翻动,并且小
麦收获后麦茬残留,为麦田套种花生提供了丰富的
有机质有关.
高云超等[8]研究表明,翻耕能增加土壤活跃微
生物生物量. 强学彩等[15]、王芸等[16]研究表明,秸
6232 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
秆还田能显著提高土壤微生物生物量碳和活跃微生
物生物量.本研究表明,花生果针入土和荚果膨大起
到了松动土壤、增加土壤通透性的作用,春播覆膜、
春播露地、麦田套种、麦田套种露地种植方式增加了
土壤活跃微生物生物量;而夏直播覆膜、夏直播露地
在果针下扎期间土壤活跃微生物生物量降低,可能
是由于在这个时期外界温度、湿度过高限制了土壤
活跃微生物生物量的增加. 蔡昆争等[17]研究表明,
地膜覆盖增加了土壤微生物的活性,与本研究结论
相同.
微生物呼吸强度可看作是衡量土壤微生物总活
性的指标[18],反映了整个微生物群落(包括休眠状
态和活性状态)的活性. 前人有关覆膜对土壤呼吸
的影响研究结果并不相同. 李世清等[19]研究表明,
覆膜能提高土壤的呼吸作用. 陈锡时等[20]研究表
明,土壤空气中 CO2 浓度随植株生育阶段呈规律性
变化,其主要受到植物根系呼吸作用的影响,地表覆
膜妨碍了土壤空气与地表空气的交换,增加了土壤
CO2 浓度,土壤微生物的呼吸活性受到更大的抑制,
因此,玉米生育期覆膜处理土壤呼吸强度大多低于
裸地.本研究结果表明,露地栽培花生的土壤呼吸高
于覆膜栽培.这除了地表覆膜妨碍了土壤空气与地
表空气的交换导致土壤呼吸提高外,也可能是由于
露地栽培花生在生长后期下部落叶、植株残体在土
壤表层形成“小碳库冶,使其更新速度快、流通量大,
为表层土壤微生物呼吸提供了必要的碳源[21],而覆
膜阻止了这部分碳源.
综上所述,花生不同种植方式对土壤微生物生
物量及活性有显著影响.春播露地、麦田套种和夏播
露地种植提高了土壤微生物生物量碳和土壤呼吸,
降低了活跃微生物生物量.与覆膜栽培相比,露地栽
培花生提高了土壤微生物生物量碳和土壤呼吸,降
低了活跃微生物生物量,在花生生长旺盛期可能造
成土壤微生物与花生竞争有效养分,不利于土壤养
分转化和花生生长,而覆膜栽培在调控养分的同时
满足了花生生长的养分需求,有利于花生生长发育.
与同期播种的露地花生相比,麦田套种花生均提高
了土壤微生物生物量碳、活跃微生物生物量和土壤
呼吸,对土壤养分有固结作用,但是在花生养分需求
期未释放出来,因此,也不利于花生生长.
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作者简介摇 林英杰,男,1980 年生,博士研究生.主要从事花
生生理生态研究. E鄄mail: yingj_l@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
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