全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
〕 , , 一
黄土区地膜覆盖对麦田土壤微生物体碳的影响 ‘
宋秋华 李凤民“ 刘洪升 王 俊 李世清
兰州大学干旱农业生态国家重点实验室 , 兰州
【摘要 研究 了 年 丰水年 和 年 干旱年 旱地条件下不同时间覆膜 不覆膜
、
覆膜 、 覆膜
和全程覆膜 对春小麦 共公介 瓦二 农田土壤微生物体碳的影响 结果表明 , 年土壤微生
物体碳平均为
· 一 ‘干土 , 。年平均为
· 一 ‘干土 , 前者高出后者 年中最
高微生物体碳均出现在全程覆膜处理 年 , 土壤微生物体碳在覆膜 时即接近最高值 , 该处理籽粒
产量也最高 年 , 由于春小麦生育后期降水丰富 , 在整个生育期中 , 微生物体碳增长表现为“ 增长
一
平稳
甚至 出现下降
一 再增长 ” 的梯形方式 , 到生育后期 , 各处理之间才出现显著差异 , 全程覆膜处理的微生物体
碳后期大幅度增加 , 与 年接近 年中各处理的 处于 一 之间 , 远低于 的临界
值 , 处于
,
一 之间 , 均高于 的临界值 , 不利于 土壤微生物体碳的增加 , 微生物和作物对
土壤有效态氮和磷的吸收处于竞争状态 , 表明该农 田生态系统有机质严重不足 , 已经构成了限制作物生产
力发挥的重要 因素 , 长期地膜覆盖和大量使用化肥将加剧这一问题的严重性
关键词
文章编号
地膜覆盖 土壤微生物体碳 植物营养 春小麦 土壤质量 半干旱黄土高原
一 一 一 中图分类号 文献标识码
留 ·
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呱 韶 ,
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飞 黝
一 ,
一 , 巴
一 , 一 朋 , , , 肠 ,
一
引 言
土壤微生物作为土壤有机物质的降解者和植物
营养物质的活性库 ‘
, “ , 在土壤营养 中发挥着重要
作用 土壤微生物活性既受土壤环境因子的影响 , 又
通过 自身对土壤养分的分解转化作用影响和改变着
土壤因子 , 从而影响着土壤养分的有效性 、作物对土
壤养分的利用能力 , 以及土壤质量的自我维持能力
因此 , 研究土壤微生物的作用对农 田生态系统土壤
资源管理具有重要价值
土壤微生物体碳是土壤微生物的综合性指标之
一 文献曾报道通过土壤微生物体碳对土壤肥力
、质
量
, , ‘, , ‘ 、人类对土壤管理〔’。
, ‘, , ’“ 和耕作利用情
况风 的阐释 , 土壤微生物体碳不仅从总体上反映
‘ 国家重点基础研究发展规划项 目 和基础研究重大项
目前期研究专项资助
‘ , 通讯联系人 一 ,
一
,
一 一 收稿 , 一 一 接受
期 宋秋华等 黄土区地膜覆盖对麦田土壤微生物体碳的影响
微生物受环境因子影响的变化 , 还反映了微生物对
环境作用的能力 , 是土壤有机质库的活跃部分 , 指示
着土壤总有机质的状态与积累情况 「’”
地膜覆盖 技术在我 国北方地 区 已得到广泛应
用 , 特别是在西北地区 , 地膜覆盖技术在粮食作物生
产中发挥着重要作用 但地膜覆盖后土壤微生物活
性变化及其影响因素尚不清楚 , 在一定程度上 限制
了人们对地膜覆盖后土壤质量演变与调控规律的认
识 本文试图从地膜覆盖改变地表土壤水 、 温条件后
土壤微生物体碳的变化 , 及其对土壤 和 比
值变化的影响 , 探讨地膜覆盖对 春小麦
。 , 农田土壤生产力影响的机理
研究地区与研究方法
研究地区概况
实验于 年和 年在甘肃省定西县唐家堡甘肃
省农业实验站进行 该地区平均海拔 ‘ , 平均年太阳辐
射总量为 飞
· 一 · 一 ‘ , 日照时数为 一 ‘
年均气温 ℃ , 妻 ℃积温为 ℃
, ℃积温为
℃ , ℃积温为 ℃ , 无霜期 年平均
降水量
, 属 中温带半干旱气候 大 田 作物一 年一
熟 地下水深 , 对作物生长无补充能力
, 无灌溉条件 ,
为旱地雨养农业 该地 区降水少 , 年变率大 , 且季节分布不均
匀 年 一 年间年降水变率为 , 一 月 春小麦
生长后期 降雨量 占年降水的 , 一 月降 水量少
降水保证率为
试验所在地为典型的黄土丘陵沟壑区
, 试验农田 土壤为
黄绵土 , 肥力中等 土壤为粘壤土
, 一 土层 中 , 有机碳
· 一 ’, 全氮 让
· 一 ’, , , 有效
磷 ” 一 ’, 全磷
·
” , 机械组成 卜 。
,
·
,
, 一 ‘, · 一 ,
,
· 一 ‘ 卜 土壤容重平均为
·
“ , 田间持水量 为 招 , 凋萎湿度为 年
前茬作物为春小麦 , 播种 前休闲期为 在 年试验
小区基础上进行 洲 年试验
,
播种前休闲期为
研究方法
供试材料和处理 实验材料为唐家堡农业试验站提
供的春小麦陇春
一 , 穴播机播种 , 行距 巧 , 穴距
, 播量 ’ 一
‘
播前以 含 的尿素为氮源 ,
以含 的普通过磷酸钙磷肥为磷源 , 作为底肥施人 ,
施用量分别为
·
, 一 , 魄
· 一 “ 年
月 日播种 , 生长期 年 月 日播种 , 生长期
实验设 个处理 对照 不覆膜 , 呱 , , 覆膜 。‘, ,
覆膜 , 和全生育期覆膜 每处理 次重复 , 每小
区面积 火 一 , 随机区组排列 年由
于底墒很差 , 在播种前各处理均补充灌溉底墒水 , 以
保证出苗
年在整个春小麦生育期 里降雨 ,
超过本地区同期降水量 约 平均值约 , 属丰
水年份
、
其中 , 达到或超过有效农业降水量 耐‘ 的降雨
过程有 次 , 除播种后 内降雨仅 略显偏少之
外 , 其它时间分布较为均匀 年整个春小麦生育期 巧
内降雨量仅 , 属严重干旱年 , 农业有效降水 次 ,
都在小麦生长后期 为保证小麦顺利完成全生育期 , 所有小
区参照 年同期降水量在播种后 和 时分别补
充灌溉 和 次灌溉 包括播种前的灌
溉 与同期降水量之和为 , 达到正常年景的降水量
采样和分析方法 年土壤分别在覆膜 、 覆膜
和收获时采样 年在播种前一天
、 覆膜 、 覆膜
和收获时采样 采样土层为 一 。 , 每小区梅花形五
点随机取样 , 无菌塑料袋包装 , 在袋内充分混合 , 置于冰箱中
℃保存以备分析 一 。 土壤水分变化 巧 一 以 土
钻取样
、
土壤含水量测定用烘干称重法 土壤温度用地温计每 「
、 、
, 定时测定 土层的温度 , 取其 平均
值 有机质测定用重铬酸钾容量法 —外加热法 全氮测定用半微量 开 氏法 , 先 用浓硫 酸 消煮分 解 后 用凯 氏定氮仪
。 。 〔 岁 , 瑞典 , 公 司制
造 进行分析
微生物体碳测定采用快速熏蒸直接浸提法 ‘ 将过
网筛的土壤称取 份
, 。
· 一 ‘ 氏 与土样按
的比例混合一份直接置于往复式摇床震荡 浸提
, 另
一份加入 纯化的 , 塞严
, 也同时震荡浸提 将浸提
液过滤后 , 在加有 的浸提液中通人无 的空 气
以驱除 浸提液中的碳用
· 一 ‘ 几
,
,
一
· 一 ’ 和
· 一 在 的催化下
消煮氧化 , 过量的 用 卜 一 ’ 马 滴定 将
两份土样测定的碳含量差值除以 土壤微生物体碳系数 入。
,
二 , 即为土壤微生物体碳
,
结果分析中处理之间的差异用 测验检验
, 线性相关分
析显著性水平为 尸毛 饰
结果与分析
地膜覆盖对土壤微生物体碳的影响
由表 可以看到 , 年 、 和 月微生物体
碳总和比 年高 年 。和 处
理的微生物体碳
· 一 ’干 土 在小麦生
长中期 就已接近最高值 处理的收获期 ,
· 一 ‘干土 收获时 。, 和 之间相差
仅
· 一 ‘干土 , 差异不显著 年微生
物体碳在小麦生长早期有一较大幅度的增加 、 中期
受干旱的影响 , 微生物体碳不仅没有继续增加反而
有所下降 , 后期随着降水的增加 , 微生物体碳有较大
应 用 生 态 学 报 卷
增加 , 处理增加
· 一 ‘干土 收获时 ,
的微生物体碳
· 一 ‘干土 与 年的
最大微生物体碳
· 一 ‘干土 相当
表 不同搜膜处理下土坡微生物体碳
比
处 理 年 微生物体碳 年 微生物体碳
一 取样时司 取样时间
一
· 一 · 一
俘
。 一
〔, 一
。 一
一 ” ,
布 “
〔,
。‘一 汽
‘ 月
卜
‘
”
‘ ”
‘, 卜 卜
】
,
渭
在每次取样的同 一 列上 , 有相同字母的数值表示在 尸 下
检验差异不 显著 ,
盯 毛
年计算的平均值中不包括 月 日测定 的数据
年播种后 时 , 覆膜处理的土壤微生物
体碳 比不覆膜处理高 这可能与该地 区小
麦生长前期地温较低有关 播种后 , 和 。处
理显著高于 《〕, 同时 , 。同 和 呱。两个处理之
间的差异 己接近显著水平 , 。又显著
高于 〔 处理 。 生物量 比 时仅增加
’ 一 ’干土 , 。的生物量增加 “ ’ 一 ‘干
土 , 与 。的增加量为其 倍多 显然 , 这与地膜
覆盖引起的表层土壤水 、 温变化有关 由于此时没有
地膜覆盖 没有覆膜 , 。已经揭膜 , 和
。 的表层土壤水分已 明显低于 呱。和 处理 这
是 。和 。 两处理土壤微生物体碳较低的直接原
因
在收获期 , 和 呱《,处理的土壤微生物体碳显
著高于 。和 呱 , , 而且 。 , 但差异未达显著水
平 与播种后 相 比 , 除 。 处理增加较多外 , 其
余处理增幅都不大 这主要是因为 年降水比较
丰沛 , 且时间分布也较均匀 , 呱 土壤水分一直处于
良好状态 , 其微生物体碳一直呈增加趋势 , 而几个覆
膜处理 由于前期作物生长旺盛 , 对土壤水分消耗多 ,
相对于 。 处理而言 , 后期土壤含水量较低 , 限制了
微生物体碳的进一步增加 同时 , 这些覆膜处理微生
物体碳前期增加较多 , 使土壤有机态养分提前释放 ,
也限制了土壤微生物体碳的进一步增加
年地膜覆盖土壤微生物体碳效应在播种
后 时与 年相同 , 各处理之间未达显著性
差异 在播种后 时 , 由于严重干旱 , 期间 土
壤水分全部降至凋萎湿度以下 , 时大多试验小
区土壤水分仍在 之下 , 微生物体碳全面下降 ,
处理之间没有显著性差异 至收获期 , 处理 的微
生物体碳才显著高于其它处理 , 地膜覆盖对土壤微
生物体碳的影响才开始发挥出来
土壤微生物体碳与土壤 、 比值的关系
研究表明陈 ” , 当土壤 比值在 一
时 , 微生物对土壤中有机氮净矿化作用加强 , 微生物
体碳只短暂地增加 当在 一 时 , 微生物体
碳较快地增长 , 能对有机质进行较完全地分解而释
放矿质氮 当在 一 之间时 , 土壤中的有机
氮不足以满足微生物体碳增加的需要 , 还需要从土
壤 中吸收氮用于微生物体碳的构建 , 为氮的净固持
在 比低于 时 , 将出现土壤中微生物体碳的
短暂增 加 和有 机磷 的净 矿化 在 比高于
时 , 微生物体碳大幅增加 , 微生物竞争土壤 中的速效
磷 , 出现有机磷的净固持现象
表 不同艘膜处理下土壤 和 比值
住 比
处理
一
丫
年
取样时间
年
取样时间
。
翻
。
。
。
。
,﹄斗,沙︸,,气︶
,
由表 可以看出 , 年和 年土壤
比均低于 , 土壤有机氮矿化能力较强 年
中后期 , 呱 和 土壤有机质略高于 呱。和 , 相
应地 , 比也略高 在播种后 月 日 ,
。中作物长势 明显好于 , 对 的吸收也多 , 所
以 , 此时的 比 呱 对于 。和 处理而
期 宋秋华等 黄土区地膜覆盖对麦 田土壤微生物体碳的影响
绮﹃︸︺
言 , 因为覆膜导致有机氮降解得多 , 同时作物对
的吸收也多 , 因此 , 波动不大 在 年 , 由于
土壤干旱 , 有机质降解少 , 的吸收利用与损失都较
少 , 在前 里各处理的 比均较稳定 但在收
获时 , 由于后期有较丰富的降水 , 和 呱。处理氮
利用和损失增加 , 而有机质降解缓慢 , 导致 比
升高 相对而言
,
呱。和 处理则由于有机质分解快
于氮的利用和损失 , 氮有积累 , 因而 比下降
两年的 比均在 以上 , 表明土壤中速效
磷含量低 , 微生物同作物处于竞争状态 年有
机质降解 消耗多 , 在 的固定 、 微生物固持和小麦
的吸收共同作用下 , 比变幅较小 在播种后
月 日 , 。和 处理有机质降解较多 ,
比低于 。 和 。 在 收获期 , 。的 比最高 ,
。次之 , 呱 和 最低 预示着 处理有机质降解
快 , 而磷的利用和损失较少 。 尽管有机质降解少 ,
但 的利用更少 , 因此 比值也很低 。和
比较 , 显然是由于前者覆膜时间短 , 有机质降解相对
较少 , 因而 , 比较高
年试验初期 , 比变化格局 同 年
收获时极为接近 , 只是变化幅度大大降低 , 而且
比也有大幅度下降
, 各处理间差异很小 , 是休闲期土
壤 自我调整的结果 播种后 月 日 , 各处
理间 比均有大 幅升高 , 但变 化格局 更接近于
年收获期 到播种后 月 日 , 各处理
比的变化顺序与有机质的变化顺序相同 , 即 呱
。 。 收获时 比的变化格局基本稳
定
土壤微生物体碳与土壤 、 、 的关系
在降水较多的 年 , 土壤微生物体碳与土壤
有机碳 、 全氮 、 钱态氮和速效磷均呈极显著负相关 ,
与硝态氮相关不显著 年与铰态氮和速效磷呈
极显著负相关 , 与土壤有机碳和全氮呈显著负相关
表 说明这些参数同土壤微生物体碳之间呈相
互消长的关系 这些参数升高 , 意味着微生物体碳的
降低 , 反之亦然 , 进一步说明这些 因素在本试验土壤
中处于缺乏状态 , 其提高与微生物活性是不相容的 ,
微生物体碳的提高意味着要和作物发生营养竞争
在这一生态系统中 , 硝态氮是个例外 , 基本不受微生
物体碳的影响 , 表现为不相关
表 为不同处理土壤微生物体碳与土壤 、 、
因子的相关性分析 年所有处理土壤微生物
体碳与土壤有机碳 、 全氮 、硝态氮 、 铰态氮 、 速效磷等
都呈极显著负相关 呱处理 中与速效磷为显著相
表 二 和 年 二 一‘ 土坡微生物体碳与土坡 、 、
含最的相关性
沈 业 ,
, 二 】 二 】
年份 土壤有机碳
阮一
· 一
印
速效磷
· 一
,
十 一 , 一
’ 一 ’
·
吨
一 份 妥
一 份
一 苍 谬
一 怪
一 苍 肠
一 份 月
一 苦 普
一 母 番
一
一
关 , 有机质和全氮在覆膜 以上 时相关性都增
加 年除 。处理的钱态氮之外 , 所有处理土壤
微生物体碳与有机质 、 全氮
、 硝态氮 、 钱态氮和速效
磷的相关性均下降 , 尤以有机质 、全氮和硝态氮的下
降幅度较大 , 从极显著相关全面降至不相关 微生物
体碳与钱态氮 、速效磷的相关性也有变化 , 以揭膜或
不覆膜的相关性最高 钱态氮 年为 。
。 呱
, 年为 呱。 。 速效磷
年为 。 。 , 年为 。 。
。 , 和 。 微生物体碳与速效磷的相关性
不显著
表 不同握膜时间下微生物体碳与 、 、 含最的相关性分析
一
, , 化 皿
覆膜处理 有机质 十 一 速效磷
】
氮到年份
一 份 ’ 一 ‘ ’ 一 “ 一 书 普 一 ’
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呱 、 一 一 一 一 ” 一
’
一 赞 一 一 一 哥 一
讨 论
不同覆膜 时间土壤微生物体碳不同 年 ,
小麦生长初期覆膜提高了地温 , 微生物生长活跃
揭膜 。处理 , 影响了 中期地温的升高 , 微生物
体碳增 长减缓 揭膜 , 微生物体碳 已达到较高
水平 , 并且由于小麦生长后期土壤水温条件良好 , 微
生物体碳的增加几乎不受影响 处理在收获时土
壤微生物体碳略高于 。 年土壤微生物体碳
平均值比 年降低 , 显然与土壤干旱有
密切关系 在整个生育期中 , 微生物体碳增长表现为
“ 增长 一平稳甚至出现下降
一再增长 ” 的梯形方式 , 到
生育后期 , 各处理之间才出现显著差异 年微
生物体碳与土壤有机质 、全氮 、 速效氮和速效磷含量
的相关性降低 , 甚至相关不显著 , 与微生物在干旱环
境下活跃性下降 , 对土壤养分的竞争能力下降有关
应 用 生 态 学 报 卷
本试验所有处理中 , 比处于 一
之间 , 全部高于 , 而且土壤微生物体碳同速效磷
之间呈极显著负相关 , 表明土壤微生物同作物之间
在磷素吸收利用方面处于竞争状态 年试验中 , 有
机质分解基本都随覆膜时间的延长而增加 , 生育期
中 , 几乎所有处理 比都随着生长期的延长而增
加 年收获期由于 磷吸收量少 , 。有机质
相对于 。和 而言分解少 , 且速效磷相对高于
。 , 。用于籽粒建成的磷多于 , 从而使各处理的
比 呱 、 。 。 各处理 呱
、 。、 和
收 获 期 的 籽 粒 产 量 分 别 为 、 、
和
· 一 ‘ 。和 。籽粒产量较
高 , 同时 比也较高 这些较高的产量是在 同土
壤微生物在磷吸收利用方面进行了激烈竞争之后获
得的 年由于严重干旱 , 是一个低产年分 , 在收
获期 , 各处理的 比的顺序为 呱 , 。 。
, 籽粒产量顺序与之相反
· 一 ‘
《, · 一 ·
一 ‘ 呱 ’ 一 ‘ 在低产年份才 出
现微生物体碳和产量之间促进作用
两年试验 中 , 各 处理 的 比处 于 一
之间 , 明显低于 , 土壤有机质 降解快 , 有
机氮矿化作用加强 , 土壤有机质降解和有机氮矿化
通过土壤微生物作用形成了一个正反馈机制 , 促使
土壤有机碳严重缺乏 , 使 处于 极度不平衡 状
态 , 土壤氮素很容易损失
由此可见 , 本地区要获得较高的产量 , 较低的土
壤有机质 已经成 了一个重要的限制因子 在这种情
况下 , 进一步增加化肥投人 , 只能加重 问题 的严重
性 , 不利于农 田生态系统的可持续利用 通过施用化
肥来提高或维持作物产量 , 将会掩盖 土壤质量下降
问题 , 并将导致土壤质量 的进一步退化 了 同时也
表明 , 在这种情况下单独用土壤微生物体碳指示 土
壤有效养分的供应状况是不可靠的仁
, ’‘, ‘ , ’“
参考文献
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一
刘 国彬 ,
一
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壤科学 , 一
作者简介 宋秋华 , 女 , 年出生 , 博士 , 讲师 , 主要从事农业
生态学研究 , 发表论文 篇 阳