全 文 ：中国生态农业学报 2014年 9月 第 22卷 第 9期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2014, 22(9): 1047−1056


* 国家自然科学基金项目(31160269)、“十二五”《循环农业科技工程》项目(2012BAD14B03)、省部共建国家重点实验室培育基地开放
基金课题(GSCS-2013-13)和甘肃省高等学校研究生导师科研项目(1002-09)资助
** 通讯作者: 张仁陟, 主要研究方向为保护性耕作及节水农业。E-mail: zhangrz@gsau.edu.cn
蔡立群, 主要从事恢复生态学、耕作学方面的教学与研究。E-mail: cailq@gsau.edu.cn
收稿日期: 2014−02−20 接受日期: 2014−06−03
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.140194
秸秆促腐还田土壤养分及微生物量的动态变化*
蔡立群1,2,3 牛 怡1,2 罗珠珠1,2 武 均1,2 岳 丹1,2
周 欢1,2 董 博2 张仁陟1,2,3**
(1. 甘肃农业大学甘肃省干旱生境作物学重点实验室 兰州 730070; 2. 甘肃农业大学资源与环境学院 兰州 730070;
3. 甘肃省节水农业工程技术研究中心 兰州 730070)
摘 要 采用盆钵培养法, 通过模拟旱作覆膜条件下秸秆还田, 研究了添加不同腐解剂(多个好氧性菌种复合
培养而成的 F1、富含分解纤维素、半纤维素、木质素和其他生物有机物质的微生物菌群 F2、由芽孢杆菌、丝
状真菌、放线苗和酵母菌组成的 F3)后, 小麦秸秆、玉米秸秆在 120 d的腐解过程中, 土壤养分及土壤微生物
量的动态变化特征。结果表明: 小麦、玉米秸秆经过 120 d的腐解, 各处理土壤有机质、碱解氮、全氮的增加
速率一致表现为先增加后减小, 土壤磷素、钾素的增加速率总体则呈现增−减−增−减的趋势; 整个试验阶段小
麦秸秆各处理土壤微生物量碳(SMBC)含量表现为先增后减。玉米秸秆土壤 SMBC的变化与小麦秸秆差异较大,
呈现波浪式变化; 玉米秸秆土壤微生物量氮(SMBN)变化在 100 d后则与小麦截然不同。秸秆添加腐解剂还田
土壤养分增加速率和土壤微生物量碳氮含量均大于秸秆直接还田(对照), 培肥土壤效果明显, 能够有效增加
土壤微生物量碳氮含量。小麦、玉米秸秆添加腐解剂 F3的处理各养分含量高于其他处理, 即内含具特殊功能
的芽孢杆菌、丝状真菌、放线菌和酵母菌的秸秆腐解剂 F3增加土壤养分的效果最好; 相同腐解剂下不同种类
秸秆处理的土壤养分含量表现为: F1, 小麦>玉米; F2, 小麦≥玉米; F3, 小麦<玉米, 即 F1对小麦秸秆促腐优
势最大, F3对玉米秸秆的促腐作用优于 F1和 F2, F2对小麦、玉米秸秆的促腐效果基本相似。不同腐解剂下, 小
麦秸秆处理 SMBC、SMBN含量表现为 F2＞F3＞F1; 玉米秸秆处理 SMBC含量 F2>F3≈F1, SMBN为 F3>F2≈F1。
玉米秸秆各处理的 SMBC均大于小麦秸秆, SMBN则均小于后者, 与秸秆C/N的趋势一致, 即C/N越大, SMBC
值越大, SMBN值越小。
关键词 小麦秸秆 玉米秸秆 腐解剂 培肥土壤 微生物量氮 微生物量碳 土壤养分
中图分类号: S153.6+1; S154.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)09-1047-10
Dynamic characteristics of soil nutrients and soil microbial biomass of
field-returned straws at different decay accretion conditions
CAI Liqun1,2,3, NIU Yi1,2, LUO Zhuzhu1,2, WU Jun1,2, YUE Dan1,2,
ZHOU Huan1,2, DONG Bo2, ZHANG Renzhi1,2,3
(1. Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. College
of Resources and Environmental Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 3. Gansu Engineering Research
Center for Agricultural Water-saving, Lanzhou 730070, China)
Abstract This paper used basin pot culture with plastic film method to study the dynamic characteristics of soil nutrients and soil
microbial biomass during 120 d decomposition of different proportions of wheat and corn straws with different decomposing agents
(F1: organic waste fermentation bacteria; F2: microbial agent; F3: “Manyuanchun” bio-fermentation). The results showed that during
120 d composition of wheat and corn straws, the increasing rates of soil organic matter, available nitrogen and total nitrogen in each
treatment was rapid at the early stage and slow at the latter stage. The changes of increasing rates of soil phosphorus and potassium
followed rapid-slow-rapid-slow trend. Throughout the trial stage, the soil microbial biomass carbon (SMBC) content of wheat treat-
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ments were increased first and then decreased. However, soil microbial biomass nitrogen (SMBN) content showed an alternating
changing trend. Change in SMBC content of corn straw treatments was quite different from that of wheat treatments after 100 d
composition. Treatments with decomposing agents improved soil nutrients, SMBC and SMBN contents, showed significant effects
on soil fertility improvement. Among three decomposing agents, F3 (containing bacillus, filamentous fungi, actinomycetes and yeasts
with special features) was the best in enhancing soil nutrients contents. The performance of different straw decomposing agents for
wheat and corn straws were wheat > corn for F1, wheat ≥ corn for F2 and wheat < corn for F3. Therefore, F1 (training by multiple
aerobic complex strains with a strong ability to decompose the cellulose, hemicelluloses, lignin and other organic ingredients of or-
ganic waste) and F3 most promoted wheat and corn straw decomposition, respectively. F2 (rich in microbial flora which decomposes
cellulose, hemicelluloses, lignin and other bio-organic substances) equally promoted wheat and corn straw decomposition. For dif-
ferent decomposing agents, the order of SMBC and SMBN contents in wheat treatments was F2 > F3 > F1. The orders SMBC and
SMBN in corn treatments were F2 > F3 ≈ F1 and F3 > F2 ≈ F1. SMBC in each corn straw treatment was greater than that in wheat
straw treatments, for SMBN it was inverse. This was consistent with the amount of C/N ratio of the straws, the greater the C/N ratio
the greater the SMBC content and the smaller the SMBN content.
Keywords Wheat straw; Corn straw; Decomposing agent; Improvement of soil fertility; Microbial biomass nitrogen; Micro-
bial biomass carbon; Soil nutrient
(Received Feb. 20, 2014; accepted Jun. 3, 2014)
秸秆还田是利用秸秆资源的直接、有效途径。
秸秆还田后通过土壤微生物的作用进行腐解并释放
出的氮、磷、钾以及中微量营养元素可供作物吸收
利用[1]。关于秸秆还田的大量研究表明, 秸秆还田后,
土壤的水、肥、气、热状况重新组合, 改善农业小
生态环境 [2]; 秸秆覆盖还田能有效减少土壤蒸发 ,
改善土壤性状 , 培肥地力 [3−10], 是农业持续发展的
有效措施和途径之一。同时, 由于还田秸秆的腐解
速率和养分释放速度慢、腐解时间长等问题[11], 为
农业生产带来诸多不便。
秸秆腐解剂又称秸秆腐熟剂、秸秆快腐剂、腐
秆剂等, 其中含有大量的细菌、霉菌、酵母菌和芽
孢杆菌等, 是一种高效微生物制剂, 其作用机理与
有机物的微生物分解代谢原理相同。秸秆腐解剂中
的微生物大量繁殖能够有效地将作物秸秆分解, 具
有改良土壤团粒结构、提高土壤通气性和保肥保水
性的功能, 同时微生物活动产生的热量和一定量的
二氧化碳能够改善植物的生长环境并促进秸秆的有
效利用[12]。大量研究表明[13−20], 添加秸秆腐解剂可
促进作物秸秆腐解, 缩短腐解转化时间, 增加其养
分释放量, 影响土壤酶活性和土壤微生物量, 并能
有效提高作物产量。但也有研究表明[21−23], 秸秆腐
解剂对秸秆腐解影响不大, 促腐效果不明显。为此
本试验以黄土高原旱作农业区典型覆膜耕作方式下
自产的小麦、玉米秸秆为研究对象, 模拟黄土高原
旱作农业区的耕作模式, 旨在通过研究不同腐解剂
条件下作物秸秆腐解过程中土壤养分及土壤微生物
量变化特征, 为该区秸秆还田与合理施肥提供科学
可靠的理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验土壤采自陇中黄土高原半干旱区丘陵沟壑
区的定西市安定区李家堡镇甘肃农业大学试验点。
土壤为典型的黄绵土 , 土质软绵 , 土层深厚 , 质地
均一, 贮水性能良好。土样采样深度为 0~30 cm, 采
集后的土壤捡去可见有机物。供试土壤基本理化性
质为: 平均 pH为 8.1、0~200 cm土壤容重 1.18 g·cm−3、
田间持水量 21.5%、有机质含量 16.0 g·kg−1、碱解氮
51.1 mg·kg−1、有效磷21.2 mg·kg−1、速效钾100.9 mg·kg−1、
全氮 1.55 g·kg−1、全磷 0.82 g·kg−1、全钾 14.4 g·kg−1。
采集成熟后的玉米、小麦的茎叶混合物, 将秸秆剪
成 2~3 cm小段, 风干备用。供试秸秆养分含量情况
见表 1。
表 1 供试秸秆的养分含量
Table 1 Nutrients content of testing straws
秸秆种类 Straw species 有机碳 Organic C (g·kg−1) 全氮 Total N (g·kg−1) 全磷 Total P (g·kg−1) 全钾 Total K (g·kg−1) C/N
小麦 Wheat 421.0 6.67 1.37 16.3 63.12
玉米 Corn 481.6 5.03 1.51 22.3 95.75

1.2 试验设计
采用盆钵培养法, 在甘肃农业大学定西市李家
堡镇试验点进行培养试验。培养试验在开放、通风
的遮雨棚下进行, 以保持培养环境与当地实际情况
第 9期 蔡立群等: 秸秆促腐还田土壤养分及微生物量的动态变化 1049


一致, 起止时间为 2013年 7月 1日至 2013年 11月
1日。供试容器采用直径 30 cm、高 50 cm的塑料盆。
每盆装 2 kg 土, 加入 2 %秸秆, 按照使用说明加入
相应量的秸秆腐熟剂(表 2), 同时设不加秸秆腐熟剂
处理作为对照。将供试秸秆与土壤、秸秆腐解剂混
合均匀放入盆中, 并在盆上方覆盖地膜。在培养过
程中, 每隔 20 d补充水分 100 mL, 保持盆中土壤水
分是田间持水量的 60%。每隔 20 d取盆中土样, 共
取 6 次。试验共设置 8 个处理, 每个处理重复 3 次,
具体情况见表 3。
表 2 供试秸秆腐解剂介绍
Table 2 Introduction of straw decomposing agents used in the test
代码
Code
名称 Name 特性 Characteristics 使用说明 Introduction for use
F1 有机废物发酵菌曲
Organic waste
fermentation bacteria
由多个好氧性菌种复合培养而成, 对有机废物中的纤维素、半纤
维素、木质素等有机成分有很强的分解能力
Training by multiple aerobic complex strains, it has a strong ability
to decompose the cellulose, hemicelluloses, lignin and other organic
ingredients of organic waste
用量为秸秆总量的 2‰, 注意使菌曲与秸
秆均匀接触
Application rate is 2‰ of the total amount
of straw. It should uniformly contact with
straw
F2 微生物腐解剂
Microbial agent
富含分解纤维素、半纤维素、木质素和其他生物有机物质的微生物
菌群
Rich in microbial flora which decomposes cellulose, hemicelluloses,
lignin and other bio-organic substances
每 1 000 kg秸秆用腐秆剂 2 kg、尿素 5~
10 kg或碳铵 15~20 kg
Application rate is 2 kg for 1 000 kg crop
straw with 5−10 kg urea or 15−20 kg am-
monium bicarbonate
F3 “满园春”生物发酵剂
“Manyuanchun”
bio-fermentation agent
内含具特殊功能的芽孢杆菌、丝状真菌、放线菌和酵母菌
Including bacillus, filamentous fungi, actinomycetes and yeasts with
special features
按 0.3%~0.5%的添加量(干基计算)
Application rate is 0.3%−0.5% (dry basis)
表 3 试验处理描述
Table 3 Treatments description
代码 Code 处理 Treatment
W 小麦秸秆 Wheat straw
WF1 小麦秸秆+有机废物发酵菌曲 Wheat straw adding organic waste fermentation bacteria
WF2 小麦秸秆+微生物腐秆剂 Wheat straw adding microbial agent
WF3 小麦秸秆+“满园春”生物发酵剂 Wheat straw adding “Manyuanchun” bio-fermentation agent
C 玉米秸秆 Corn straw
CF1 玉米秸秆+有机废物发酵菌曲 Corn straw adding organic waste fermentation bacteria
CF2 玉米秸秆+微生物腐秆剂 Corn straw adding microbial agent
CF3 玉米秸秆+“满园春”生物发酵剂 Corn straw adding “Manyuanchun” bio-fermentation agent

1.3 测定项目及方法
土壤有机质含量测定采用重铬酸钾−浓硫酸外
加热法, 全氮含量测定采用凯氏定氮法, 全磷含量
测定采用酸溶钼锑抗比色法, 全钾含量测定采用氢
氧化钠熔融−火焰光度法 , 碱解氮含量测定采用碱
解扩散法 , 有效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提−钼
锑抗比色法 , 速效钾含量测定采用醋酸铵提取−火
焰光度法[24]。土壤微生物量碳、氮含量采用氯仿熏
蒸浸提法[25]测定。土壤微生物量碳 SMBC(mg·kg−1)=
EC/0.38, 土壤微生物量氮 SMBN(mg·kg−1)= EN/0.45。
其中 0.38和 0.45分别为土壤微生物量碳和氮的系数,
EC和EN分别为熏蒸和未熏蒸土壤 K2SO4浸提液有
机碳和全氮含量的差值。
1.4 数据处理及分析
试验数据采用 Microsoft Office Excel 2007 和
SPSS 18.0软件进行处理统计并作图, 采用最小显著
法(LSD)检验试验数据的差异显著性水平(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 土壤有机质含量动态变化
土壤有机质是衡量土壤肥力水平的重要指标。
对于农田土壤而言, 作物残体是补充土壤碳库最主
要途径之一[26]。由图 1 可知, 小麦、玉米秸秆还田
初期(20 d)土壤有机质增加速率最快, 随后各处理土
壤有机质增加速率随着培养时间的延长逐渐减小 ;
当腐解天数增加为 120 d时, 土壤有机质增加速率从
0.010~0.017 g·kg−1·d−1下降到 0.004~0.001 g·kg−1·d−1。
其中, 在第 2个取样时间(40 d)下降最快, 之后一段
时间内基本保持不变, 至最后一次取样时(120 d, 具
体时间为 2013年 10月 28日)气温下降, 土壤微生物
1050 中国生态农业学报 2014 第 22卷


活性降低, 土壤有机质增加速率再次下降。在腐解
时间为 40~120 d时间段内, 与玉米秸秆各处理的土
壤有机质增加速率变化情况相比, 小麦秸秆各处理
差异较为明显。小麦、玉米秸秆添加腐解剂处理的
土壤有机质增加速率明显大于对照处理, 说明添加
秸秆腐解剂能够一定程度上提升土壤有机质含量的
增加幅度。这可能是由于小麦、玉米秸秆的腐解转
化对土壤有机碳起到了补充和调节作用, 而秸秆腐
解剂能够促进秸秆的腐解转化。整体来看 , 不同秸
秆腐解剂处理下土壤有机质增加速率有所不同 ,
其中秸秆添加“满园春”生物发酵剂 (F3)的促腐效
果最好。
2.2 土壤氮素含量动态变化
土壤是作物氮素营养的主要来源, 土壤碱解氮
也叫有效氮, 易受土壤水热条件和生物活动的影响
而发生变化, 但它能反映近期土壤的氮素供应能力, 对
指导科学合理施肥意义重大。由图 2可知, 小麦秸秆各
处理土壤碱解氮增加速率均随腐解时间呈先增加后降
低, 然后趋于稳定的趋势。在秸秆还田初期(20 d), 土
壤碱解氮增加速率最快 ; 20~40 d 时仅为原来的
3.70 %~10.31 %, 40 d后增加速率变化趋于平缓。与小麦
秸秆相比, 玉米秸秆各处理土壤碱解氮增加速率变化
趋势有所不同, 后者表现为初期增加速率先上升后减
小的幅度相对较小, 在 120 d时由于气温下降, 增加速
率再次下降。由于添加腐解剂会使腐解剂中的微生物
与土壤中的微生物形成竞争状态, 对此, 土壤会有一
个适应的过程, 因此, 对照处理 C 增加速率变化趋势
不同于添加腐解剂的处理, 在初期增加速率上升后基

图 1 各处理不同取样时间下土壤有机质含量变化动态
Fig. 1 Dynamics of soil organic matter content at different sampling times under different treatments

图 2 各处理不同取样时间下土壤碱解氮和全氮含量变化动态
Fig. 2 Dynamics of soil alkali hydrolysis nitrogen and total nitrogen contents at different sampling times under different treatments
第 9期 蔡立群等: 秸秆促腐还田土壤养分及微生物量的动态变化 1051


本保持不变, 而后者则表现为碱解氮增加速率上升
与下降并存, 60~80 d时增加速率甚至小于前者。综
合小麦秸秆和玉米秸秆的各处理土壤碱解氮增加速
率来讲, 添加秸秆腐解剂处理大于对照处理, 是后
者的 2~3倍, 玉米秸秆大于小麦秸秆。
土壤中的全氮含量代表着土壤氮素的总贮量和
供氮潜力。各处理土壤全氮增加速率随着时间延长
呈先增加后降低趋势变化(图 2)。由于土壤氮素绝大
部分来自有机质, 故土壤全氮增加速率变化趋势与
土壤有机质相似。土壤全氮增加速率与土壤碱解氮
增加速率相比 , 最大增加速率(20 d)前者较小 , 为
0.081~0.444 g·kg−1·d−1。在 40 d以后, 小麦、玉米秸
秆对照处理均表现为增加速率变化不明显。整个腐
解过程中, 玉米秸秆处理的土壤全氮增加速率前期
大于小麦秸秆处理, 后期小于小麦秸秆处理。添加
腐解剂对土壤全氮含量增加速率的促进效果明显 ,
表现为 F3>F2>F1。
2.3 土壤磷素含量动态变化
土壤中磷素的丰缺及供给状况直接影响着植物
生产水平。土壤有效磷是土壤中可被植物吸收利用
的磷组分, 其数量和强度是评价土壤磷素供应能力
的一个重要指标。随着秸秆腐解, 各处理土壤有效
磷增加速率不断变化(图 3), 表现为前期速率增加迅
速, 20 d时出现了一个小高峰, 说明秸秆还田前期可
固定部分土壤磷素。前期秸秆中易腐解的物质腐解
释放养分后, 随着时间延长, 较难腐解的物质开始
腐解, 因此, 80 d(9月 18日)时再次出现一个小高峰
(W 除外)。其中添加腐解剂的处理增加幅度相对较
高, 对照处理相对较低, 说明秸秆添加腐解剂还田
可提升秸秆还田培肥土壤的效果。小麦秸秆处理在
整个腐解过程中土壤有效磷增加速率变化幅度相对
较小, 且小麦秸秆对照与其他处理不同, 呈缓慢增
加趋势, 出现最大值后开始下降。在试验结束时, 玉
米秸秆对照处理增加速率最小, 为 0.087 mg·kg−1·d−1,
其余处理均大于 0.1 mg·kg−1·d−1, 其中, 小麦秸秆添
加腐解剂处理中 WF3效果最好, 其次为 WF2, 再次
为 WF1; 玉米秸秆处理提供的磷素大小排序为 CF1>
CF2>CF3>C。
土壤全磷量是土壤中各种形态磷素的总和, 是
有效说明土壤磷素肥力供应状况的一个指标。由图
3 可以看出, 土壤全磷增加速率随试验进程呈下降
趋势, 在试验结束时, 各处理的土壤全磷增加速率
为 0.000 7~0.002 7 g·kg−1·d−1。与玉米秸秆相比, 前期
小麦秸秆腐解较快, 土壤全磷增加速率较快。至试验
结束时, 玉米秸秆则表现出较大的增加优势。腐解剂
对秸秆腐解促进作用明显, 表现为 F3>F2>F1。

图 3 各处理不同取样时间下土壤有效磷和全磷含量动态变化
Fig. 3 Dynamics of soil available phosphorus and total phosphorus contents at different sampling times under different treatments
1052 中国生态农业学报 2014 第 22卷


2.4 土壤钾素含量动态变化
钾是作物的营养三要素之一, 当季植物的钾营
养水平主要决定于土壤速效钾的含量。随着试验时
间延长, 各处理土壤速效钾增加速率呈升−降−升−
降的规律(图 4)。由于不同秸秆本身所含养分存在差
异, 小麦秸秆处理分别在 20 d和 100 d出现了小高
峰, 而玉米秸秆的时间为 20 d和 80 d。整个腐解过
程玉米秸秆增加土壤速效钾效果大于小麦秸秆。添
加腐解剂处理明显高于对照处理, 说明腐解剂可有
效促进秸秆腐解, 增加其钾素养分释放量, 对培肥
土壤效果明显。3 种腐解剂促进玉米秸秆腐解的作
用虽存在差异, 但并不明显, 且添加腐解剂处理与
对照处理的差异也不明显。腐解剂 F2 和 F3 对小麦
秸秆的效果相近, 均大于 F1, 对照处理最小。
土壤全钾含量是土壤中各种形态钾含量之总和,
表征了土壤钾素的供应潜力大小。由图 4可以看出, 除
处理W和 CF1外, 各处理在 40 d时(8月 9日)土壤全
钾出现最大增加速率, 并在 60 d后出现了一定程度上
升, 其中玉米秸秆各处理上升幅度大于小麦秸秆, 添
加腐解剂处理大于对照处理。小麦秸秆对照处理(W)
与其他处理相比, 最大速率期延后至 100 d, 而 CF1处
理则提前至 20 d, 说明腐解剂与秸秆、土壤相互作用,
有促进秸秆养分提前释放的效果。至试验结束时, 不
同腐解剂增加土壤全钾含量的顺序为 F3>F2>F1。

图 4 各处理不同取样时间下土壤速效钾和全钾含量动态变化
Fig. 4 Dynamics of soil available potassium and total potassium contents at different sampling times under different treatments
2.5 不同处理土壤养分含量差异比较
小麦、玉米秸秆经过 120 d的腐解, 不同处理土
壤养分含量与试验土壤本底值相比 , 均有所增加 ,
同一养分含量在各处理之间差异较大(表 4)。对照处
理下, 土壤有机质、全氮含量表现为玉米秸秆处理
略大于小麦秸秆, 土壤碱解氮、有效磷、全磷、全
钾含量则表现为小麦秸秆略大于玉米秸秆, 但两者
之间无显著性差异, 不同秸秆处理的土壤速效钾含
量相等。相同秸秆种类下, 小麦秸秆添加腐解处理
与对照处理相比, 土壤有机质、全氮、有效磷、全
磷、速效钾含量均显著增加; 添加不同腐解剂处理
的土壤有机质、碱解氮、全氮、有效磷含量表现为
WF3>WF2>WF1, 土壤全磷含量表现为 WF3=WF1>
WF2, 土壤速效钾含量表现为 WF2>WF3>WF1, 各
处理间差异均不显著。小麦、玉米秸秆各处理土壤全
钾含量均未达显著性水平。玉米秸秆添加腐解剂各处
理, 除 CF1 和 CF2 的土壤有机质、速效钾含量以及
CF2 的碱解氮含量与对照处理无显著性差异, 其余
处理的养分含量均显著增加; 不同腐解剂处理, 土壤
速效钾含量 CF3显著大于 CF2、CF1, 其余土壤各养
分含量存在差异, 但差异不显著。总体而言, 无论是
小麦秸秆, 还是玉米秸秆, F3处理的各养分含量高于
其他处理, 即腐解剂 F3 增加土壤养分的效果最好。综
合比较相同腐解剂下不同种类秸秆处理的土壤养
第 9期 蔡立群等: 秸秆促腐还田土壤养分及微生物量的动态变化 1053


表 4 不同处理秸秆腐解 120 d后土壤养分含量
Table 4 Soil nutrients contents under different treatments after straws decomposing for 120 days
处理
Treatment
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
碱解氮
Alkaline hydrolysis N
(mg·kg−1)
全氮
Total N
(g·kg−1)
有效磷
Available P
(mg·kg−1)
全磷
Total P
(g·kg−1)
速效钾
Available K
(mg·kg−1)
全钾
Total K
(g·kg−1)
W 16.47b 66.62c 1.83b 36.79c 1.02c 184.8c 17.67a
WF1 16.83a 70.19bc 2.28a 42.32b 1.16ab 209.8b 18.19a
WF2 16.94a 72.53ab 2.40a 42.81b 1.13b 216.1b 18.45a
WF3 16.95a 74.26a 2.42a 43.55ab 1.16ab 213.0b 18.45a
C 16.56b 66.27d 1.94b 33.24d 0.99c 184.8c 17.41a
CF1 16.73ab 70.25bc 2.25a 44.47a 1.19ab 194.2c 18.19a
CF2 16.75ab 69.07cd 2.40a 42.81ab 1.19ab 194.2c 18.48a
CF3 16.82a 72.54ab 2.48a 43.81ab 1.23a 231.8a 18.71a
同列不同小写字母表示各处理在 5%水平差异显著。Different lowercase letters in the same column mean significant difference among different
treatments at 5% level.

分含量差异, 可得: WF1>CF1, WF2≥CF2, WF3这可能是由于不同腐解剂中所含促进秸秆腐解的微
生物制剂成分不同, 具体的机制仍需进一步研究。
2.6 土壤微生物量碳、氮含量动态变化
微生物量碳(SMBC)作为土壤活性炭的一部分,
是土壤微生物量的重要组成部分, 它能促进养分的
有效化, 在土壤肥力和植物营养中具有重要作用。如
图 5 所示, 小麦、玉米秸秆各处理在不同培养时期
内的土壤微生物量碳变化情况各异。由于秸秆腐解
剂中含有大量的活性微生物, 进入土壤后, 土壤微
生物对其有一个适应过程, 表现为前期微生物量碳
含量增加缓慢, 至后期增加加快。其中, 腐解剂 F2
对促进小麦秸秆增加土壤微生物量碳含量效果最好,
其次为 F3, 最后为 F1; 而玉米秸秆处理的排序为
F3>F2>F1。小麦秸秆各处理(除 WF3)在培养至 80 d
时, 土壤微生物量碳出现最大值, 其中 WF2 增加量
最大, 为 527.89 mg·kg−1, W则最小, 为 336.42 mg·kg−1。
与小麦秸秆相比, 玉米秸秆各处理土壤微生物量碳
含量变化较复杂, 在整个过程中土壤微生物量碳出
现波浪式变化趋势, 这与腐解剂进入土壤之后与土
壤中微生物发生竞争作用, 出现此消彼长的现象以
及土壤温度和湿度变化等复杂的因素相关。

图 5 各处理不同取样时间下土壤微生物量碳氮含量变化动态
Fig. 5 Dynamics of soil microbial biomass carbon and nitrogen contents at different sampling times under different treatments
1054 中国生态农业学报 2014 第 22卷


作为土壤微生物量另外一个重要组成部分, 土
壤微生物量氮(SMBN)含量的多少决定于该土壤氮
素肥力的高低, 能够反映土壤供氮能力的大小。由
于土壤微生物量氮含量与土壤微生物活动密切相关,
而土壤微生物又受土壤温度、湿度、空气等因素的
影响, 随着外界条件(主要是土壤温度、土壤湿度)
的变化, 各阶段土壤微生物量氮含量变化差异较大
(图 5)。小麦、玉米秸秆各处理土壤微生物量氮含量
在前期(60 d)的变化趋势基本一致, 表现为先增高后
降低, 与土壤全氮变化趋势相似。之后小麦秸秆各
处理土壤微生物量氮较玉米秸秆而言, 出现小幅度
波动变化, 且变化不明显, 后者在 80 d 时出现一个
低谷, 随后又呈上升趋势, 这与土壤微生物量氮在
微生物作用下进行矿化反应, 转化为矿质氮形态这
一过程相关。各时期土壤微生物量碳、氮含量出现
了添加腐解剂的处理一直大于对照处理, 说明添加
腐解剂有助于增加土壤微生物活性, 促进土壤微生
物量活动, 这与于建光等[11]的研究结果一致。
将整个培养阶段不同时期的土壤微生物量碳、
氮平均值对不同秸秆处理的变化值进行比较(表 5),
得出小麦、玉米秸秆各处理微生物量碳、氮表现出
一定规律: 玉米秸秆各处理的 SMBC 均大于小麦秸
秆, 与秸秆 C/N 的大小一致, 这与张成娥等[27]的研
究结果一致; 玉米秸秆各处理的 SMBN 则均小于后
者; 不同腐解剂下, 小麦秸秆处理微生物量碳氮含
量表现为 WF2>WF3>WF1, 玉米秸秆处理微生物碳
含量表现为 CF2>CF3≈CF1, 微生物量氮含量表现为
CF3>CF2≈CF1。
表 5 不同秸秆处理土壤微生物量碳、氮含量平均值比较
Table 5 Mean values of soil microbial biomass carbon and
nitrogen contents under different treatments mg·kg−1
处理
Treatment
土壤微生物量碳
Microbial biomass C
土壤微生物量氮
Microbial biomass N
W 293.79 75.15
WF1 340.18 67.54
WF2 407.57 84.09
WF3 395.67 82.77
C 309.73 56.80
CF1 407.91 68.27
CF2 427.51 68.55
CF3 407.76 78.62
3 结论
经过 120 d 腐解, 旱作覆膜条件下秸秆还田各
处理土壤有机质、碱解氮、全氮的增加速率一致表
现为先增加后减小, 土壤磷素、钾素的增加速率总
体则呈现增−减−增−减的趋势。秸秆添加腐解剂还田
土壤养分增加速率明显快于秸秆直接还田, 培肥土
壤效果明显。“满园春”生物发酵剂 F3处理增加土壤
养分的效果最好。相同腐解剂下不同种类秸秆处理
的土壤养分含量表现为 : WF1>CF1, WF2≥CF2,
WF3整个试验阶段小麦秸秆各处理土壤微生物量碳
含量变化趋势表现为先增后减, 而土壤微生物量氮
含量则出现了 2 个增减交替的变化。玉米秸秆土壤
微生物量碳含量呈现出波浪式变化; 土壤微生物量
氮含量变化在 100 d 后与小麦秸秆处理出现差异。
秸秆添加腐解剂还田能够有效增加土壤微生物量碳
氮含量。不同腐解剂下, 小麦秸秆处理微生物量碳
氮含量表现为 F2>F3>F1, 玉米秸秆处理微生物碳含
量表现为 F2>F3≈F1, 微生物量氮含量表现为 F3>
F2≈F1。小麦、玉米秸秆各处理 SMBC和 SMBN表
现出一致的趋势: 玉米秸秆各处理的 SMBC 均大于
小麦秸秆, SMBN则均小于后者, 与秸秆 C/N的大小
一致。
秸秆还田作为保护性耕作技术之一, 对农业生
产意义重大。秸秆促腐还田后对农田土壤肥力的影
响机制以及不同腐解剂对秸秆腐解的作用机理是未
来我们值得注意的课题。考虑到本研究仅从模拟试
验角度切入, 与现实农田土壤差别较大, 且本试验
仅对空白土壤进行研究, 而还田秸秆的腐解会不同
程度受地上作物根及其分泌物的影响, 而腐解剂作
为一种微生物制剂, 进入土壤后对土壤微生物的影
响也会与模拟试验存在差异。因此, 在此基础上继
续展开大田试验研究及腐解剂对土壤微生物的影响
研究, 对秸秆促腐还田的实践指导意义深远。
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