全 文 ：玉米根茬留田对土壤微生物量碳和酶活性
动态变化特征的影响 3
宋　日1 ,2 3 3 　吴春胜2 　牟金明2 　姜　岩2 　郭继勋1
(1 东北师范大学国家草地生态工程实验室 ,长春 130024 ;2 吉林农业大学农学院 ,长春 130118)
【摘要】　通过田间试验分析了玉米根茬留田对土壤生物活性动态变化的影响 ,结果表明 ,玉米根茬留田对
提高土壤微生物量碳含量和土壤脲酶、磷酸酶、纤维素酶以及转化酶活性效果显著. 动态变化特征表明 ,各
处理的土壤微生物量碳和 4 种酶活性均在播种后 60d 左右出现高峰. 此时正值作物生育旺盛时期 ,利于作
物生长发育 ,说明玉米根茬留田配施化肥的培肥土壤效果显著 ,而且可以保持玉米持续高产稳产.
关键词 　土壤微生物量碳 　土壤酶活性 　玉米生育期
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 03 - 0303 - 04 　中图分类号 　S15412 　文献标识码 　A
Effects of maize stubble remaining in f ield on dynamics of soil microbial biomass C and soil enzyme activities.
SON G Ri1 ,2 , WU Chunsheng2 , MOU Jinming2 , J IAN G Yan2 and GUO Jixun1 ( 1 N ational L aboratory of
Grassland Ecological Engineering , Northeast Norm al U niversity , Changchun 130024 ; 2 College of A gronomy ,
Jilin A gricultural U niversity , Changchun 130118) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (3) :303～306.
This study dealt with the effects of maize stubble remaining in field on dynamics of soil microbial biomass C and
soil enzyme actvities. The results showed that maize stubble remaining in field could raise soil microbial biomass
C and the actvities of urease ,phosphatase ,cellulase ,and invertase in soil remarkably. According to the dynamics
of soil microbial biomass C and activities of the four enzymes ,the five characters reached their maximum values
about 60 days after sowing ,and the crops were in bloom of growth. The results also showed that maize stubble
remaining in field had positive effects on improving fertility and keeping high and steady yield of maize.
Key words 　Soil microbial biomass C , Enzyme activity in soil , Corn growth stage.
3 国家“九五”科技攻关资助项目 (950012001203202) .3 3 通讯联系人.
2001 - 02 - 09 收稿 ,2001 - 05 - 21 接受.
1 　引 　　言
土壤微生物和土壤酶既是土壤有机物转化的执
行者 ,又是植物营养元素的活性库[9 ] . 土壤微生物
量碳是土壤有机碳的灵敏指示因子[2 ] ,越来越多的
碳素研究工作者开始对土壤微生物量碳感兴
趣[1 ,8 ,9 ] . 土壤微生物和土壤酶活性极易受土壤环境
因子的影响 ,如施肥制度、根系分泌物等都会影响其
活性. 关于根茬对土壤生物活性的影响曾有研究报
道 ,但较为系统地结合土壤培肥作用来研究玉米根
茬对土壤生物活性的效应的资料并不多. 本文试图
通过对玉米根茬影响土壤生物活性的变化 ,从一个
侧面来阐明玉米根茬培肥土壤的作用.
2 　材料与方法
211 　试验材料
试验区设在吉林农业大学农职学院试验地 ,供试土壤为
黑土 ,供试作物为杂交玉米种“新本育九”.
212 　研究方法
设刨根茬不施化肥、刨根茬 + N、刨根茬 + NPK、留根茬
不施化肥、留根茬 + N 和留根茬 + NPK 6 个处理. 留根茬为
试验前一年秋天时留 10cm 高茬 ,刨根茬为把根茬刨出 ,捡
出试验地. 化肥作底肥一次施用 ,施 3g/ 株 N ,115g/ 株 P2O5 ,
115g/ 株 K2O ,采用随机区组 ,3 次重复. 小区行长 5m ,6 行
区 ,行距 017m ,种植密度为 50000 株·hm - 2 ,1996 年 5 月 7
日穴播. 分别在播后 30 ,45 ,60 ,90 ,120 和 150d 于玉米垄中
部距植株 10cm 处取土样 ,取土深度为 0～20cm ,测定土壤微
生物量碳和土壤酶活性.
213 　分析方法
土壤微生物量碳的测定 :采用 E1D1Vance 提出的 FE
法[10 ] ,即灭菌浸提法.称取 6 份新鲜土样 (相当于烘干土 30g)
于 100ml 烧杯中 ,并放入能抽气的真空干燥器内 ,再放入一只
盛有无醇氯仿的小烧杯内 ,灭菌 24h ,然后加入 015mol·L - 1的
K2 SO4 (土∶液 = 1∶4)于灭菌后的土样中 ,振荡 30h ,过滤.同时 ,
不灭菌的土样也用 K2 SO4 溶液浸提、振荡和过滤. 吸取滤液
8ml ,定量加入重铬酸钾溶液消煮测定微生物量碳. 土壤微生
物量碳 BC = 2164 ×EC ,其中 EC 为灭菌土样用 015mol·L - 1
K2 SO4 提取的总碳与不灭菌土样用 015mol·L - 1 K2 SO4 提取的
总碳之差 ,单位以μg·g - 1干土表示.
应 用 生 态 学 报 　2002 年 3 月 　第 13 卷 　第 3 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Mar. 2002 ,13 (3)∶303～306
土壤脲酶活性采用靛酚比色法 [11 ] ;纤维素酶活性采用
蒽酮比色法[11 ] ;磷酸酶活性采用赵兰坡等改进法[12 ] ;转化
酶活性采用硫代硫酸钠滴定法 [11 ] .
3 　结果与讨论
311 　玉米根茬留田对土壤微生物量碳动态变化的
影响
土壤微生物是土壤营养物质循环的重要参与
者 ,土壤微生物量碳是活性的营养库. 从图 1 可以看
出 ,施化肥和不施化肥微生物量碳呈现出相同的规
律性 ,即玉米根茬留田的土壤微生物量碳增强 ,在作
物生育盛期 (即根茬分解高峰期)出现微生物量碳的
高峰值 ,峰值最高的处理是玉米根茬留田 + NP K ,
其顺序为玉米根茬留田 > 不留田 ,施 NP K > 施 N >
不施 N. 这是由于土壤中绝大多数微生物属于有机
营养型 ,随着气温逐渐升高 ,留在土壤中的玉米根茬
在分解前期释放的简单有机化合物增多 ,或玉米根
系分泌物和脱落物逐渐增加 ,供给土壤微生物以充
足的能源和营养源 ,使土壤微生物逐渐繁殖起来 ,在
玉米生育高峰期 (此时玉米根茬分解也达到高峰)达
到最大值 ,该期间微生物区系以发酵性微生物为主.
易分解的简单有机物被微生物利用后 ,剩下的是难
分解的物质 ,如半纤维素、纤维素和木质素等 ,这些
物质影响了微生物的增殖和活动 ,此时微生物区系
由发酵性微生物转为土著性微生物. 随着玉米根系
逐渐死亡 ,土壤中有机物质又逐渐增多 ,根茬继续分
解 ,营养物质和能源也逐渐增加 ,微生物数量开始增
图 1 　玉米根茬留田对土壤微生物量碳动态变化的影响
Fig. 1 Dynamic change effect of maize stubble remaining in field on mi2
crobial biomass C in soil.
A)刨玉米根茬 Without maize stubble in field ,B) 刨玉米根茬 + N
Without maize stubble in field + N , C) 刨玉米根茬 + NPK Without
maize stubble in field + NPK ,D)留玉米根茬 Maize stubble remaining in
field ,E)留玉米根茬 + N Maize stubble remaining in field + N , F) 留玉
米根茬 + NPK Maize stubble remaining in field + NPK. 下同 The same
blow.
加 ,约在 115d 土壤微生物量碳产生第二个峰值. 以
后由于气温下降 ,土壤微生物活性与数量降低 ,土壤
微生物量碳随之平缓下降.
　　化肥不但可为微生物提供营养物质 ,而且为作
物提供丰富营养而提高根系分泌物含量 ,从而为微
生物提供丰富的能源 ,进而使微生物生长繁殖加快 ,
使土壤微生物量碳含量增加.
312 　玉米根茬留田对土壤酶活性动态变化的影响
土壤酶是土壤中植物、动物、微生物活动的产
物[4 ] .作物残体是土壤酶的良好基质 ,在腐解过程
中也向土壤释放大量的酶类[5 ] . 土壤酶参与了许多
重要生物化学过程 ———腐殖质的合成与分解 ,有机
化合物、高等植物和微生物残体的分解及其转化成
为可利用的形态等[5 ] . 土壤酶活性是评价土壤肥力
重要指标之一[3 ] ,其中水解酶类是对土壤肥力更具
有重要作用的酶类[4 ] ,主要包括脲酶、磷酸酶、纤维
素酶和转化酶等.
对 4 种土壤酶活性测定 (图 2) 结果表明 ,玉米
根茬留田处理的土壤酶活性明显增强 ,且均在作物
生育旺盛时期 (播种后 60d 左右)出现最高峰.
周礼恺等〔13〕认为 ,在评价土壤肥力水平时 ,应
更多地考虑土壤酶活性的总体 ,而不应只着眼于各
个单一酶类的活性. 土壤酶活性的总体是通过聚类
分析方法得出的 ,通过对各类酶活性最高峰值的聚
类分析 ,得出留玉米根茬比刨玉米根茬有利于提高
土壤酶活性总体. 施化肥比不施化肥有利于提高土
壤酶活性. 酶活性总体提高以留玉米根茬 + NP K处
理效果最佳 ,其顺序为留玉米根茬 + NP K > 留玉米
根茬 + N > 留玉米根茬 > 刨玉米根茬 + NP K > 刨玉
米根茬 + N > 刨玉米根茬.
有机物料对土壤酶活性的影响 ,国内外学者做
过不少研究 ,普遍认为土壤施用有机物料对提高土
壤酶活性有良好的作用 ,本试验也证实了这一点. 本
试验所采用的玉米根茬是一种有机物料 ,留在土壤
中的玉米根茬随作物不同生育期而发生变化 ,释放
大量的能源 ,这些能源 (C 和 N) 是构成微生物体的
重要结构和能源物质 ,因此 ,微生物生长、繁殖也随
之不断加强 ,而主要来源于微生物的土壤酶 ,其活性
也必然随之增强.
在作物生长情况下 ,土壤微生物与作物之间存
在争夺有效 N 的矛盾 ,玉米根茬的 C/ N 较高 ,微生
物为了顺利分解根茬 ,须吸收土壤中的有效 N 来降
低 C/ N ,当施入 N 肥时不但可调节 C/ N ,有利于微
生物活动 ,而且为玉米根系生长提供营养 ( NP K肥
403 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
图 2 　玉米根茬留田对土壤脲酶 (a) 、磷酸酶 (b) 、纤维素酶 (c)和转化酶 (d)活性动态变化的影响
Fig. 2 Dynamic change effect of maize stubble remaining in field on the activities of urease (a) ,phosphatase (b) ,cellulase (c) and invertase (d) in soil.
比 N 肥营养丰富) ,使根系分泌物增多 ,为微生物提
供大量的能源 ,从而表现为玉米根茬留田加 NP K
处理的几种酶活性峰值最高.
　　土壤酶是土壤新陈代谢的重要因素[7 ] ,脲酶与
土壤中 N 转化密切相关 ,磷酸酶与 P 转化密切相
关 ,转化酶能催化蔗糖水解为葡萄糖. 在有机物质的
转化中 ,土壤酶起着至关重要的作用 ,是土壤腐殖质
腐殖化程度的标志 , 与土壤腐殖质含量呈正相
关[7 ] ,可向植物提供可吸收利用的营养源. 土壤酶
活性的高峰期正是玉米生育的旺盛时期. 该时期是
土壤释放作物易吸收可利用养分最多时期 ,又是作
物吸收养分最多时期.
313 　玉米根茬留田对玉米产量的影响
　　玉米根茬留田 ,发挥着非腐解有机物的培肥效
表 1 　玉米根茬留田对玉米产量的影响
Table 1 Effect of maize stubble remaining in f ield on maize yield
处 理
Treatments
产　量
Yield (kg·hm - 2)
增 产
Increase ( %)
CK1 869413a 100
B 888217a 10212
CK2 (CK1 + N) 997414b 100
B + N 1078713ab 10812
CK3 (CK1 + NPK) 1015213ab 100
B + NPK 1120110c 11013
CK1) Without maize stubble ,B) Maize stubble remainig in field. 相同字
母的差异不显著 ( P > 0105) ,相邻字母的差异显著 ( P < 0105) ,相间
字母的差异极显著 ( P < 0101) . a and b or b and c ( P < 0105) ,a and c
( P < 0101) 1
应 ,每年在土壤中形成更多新生的松结合态腐殖质 ,
以更新土壤中已渐老化的腐殖质 , 保持地力常
新〔6〕. 作物产量高低是土壤肥沃状况的综合反映 ,
从生物实验玉米的产量看 (表 1) ,玉米根茬留田可
提高玉米产量 ,玉米根茬留田加 NP K 处理增产
1013 % ,与对照 (CK3)相比 ,达到显著水平.
4 　结 　　论
411 　土壤微生物量碳、土壤脲酶、磷酸酶、纤维素酶
和转化酶活性在玉米生育期内表现出基本相同的变
化规律. 随着玉米生育期的推进 ,以上指标迅速上
升 ,在玉米生育旺盛时期 (约 60d) 达到最大值 ,然后
开始下降 ,约在 90d 出现低谷 ,之后缓慢上升 ;在
115d 又出现第二个峰值 ,随后平缓下降. 各处理微
生物量碳数量顺序为玉米根茬留田 + NP K > 玉米
根茬留田 + N > 刨玉米根茬 + NP K > 留玉米根茬 >
刨玉米根茬 + N > 刨玉米根茬. 各类土壤酶活性顺
序为玉米根茬留田 + NP K > 玉米根茬留田 + N > 玉
米根茬留田 > 刨玉米根茬 + NP K > 刨玉米根茬 + N
> 刨玉米根茬.
412 　玉米根茬留田处理提高土壤微生物活性效果
显著 ,若同时施 NP K肥效果更佳. 应提倡玉米根茬
留田 ,废除部分地区保留的刨茬耕作制 ,以保持地力
常新 ,保证玉米产区玉米持续高产、稳产.
5033 期 　　　　　　　　宋 　日等 :玉米根茬留田对土壤微生物量碳和酶活性动态变化特征的影响 　　　　　　　　
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