連年秸稈覆蓋對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤微生物殘?bào)w碳積累的影響

劉 肖，胡國(guó)慶，何紅波，張旭東

（1. 魯東大學(xué)農(nóng)學(xué)院，煙臺(tái) 264025； 2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，泰安 271018；3. 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，沈陽(yáng) 110016； 4. 沈陽(yáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，沈陽(yáng) 110016）

0 引 言

土壤有機(jī)碳含量的高低決定著土壤肥力和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的整體功能[1]，同時(shí)關(guān)系著全球氣候變化和區(qū)域環(huán)境變化[2]。然而近年來(lái)，中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)—東北地區(qū)的農(nóng)田土壤呈現(xiàn)退化趨勢(shì)。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)數(shù)據(jù)，東北農(nóng)田土壤有機(jī)碳在 1980－2011年平均下降20%。為解決這一問(wèn)題，該地區(qū)目前普遍推行一種保護(hù)性耕作方式—秸稈覆蓋，已有研究表明秸稈覆蓋6 a后，土壤理化性狀得到改善，土壤表層有機(jī)碳含量提高[3]。然而，長(zhǎng)期秸稈覆蓋條件下土壤有機(jī)碳積累的機(jī)制并不清楚。微生物是土壤有機(jī)碳積累的重要驅(qū)動(dòng)力[4]，理解微生物在其中發(fā)揮的作用對(duì)于減少土壤溫室氣體排放、調(diào)控土壤有機(jī)碳固持、提高土壤肥力和養(yǎng)分有效性等至關(guān)重要[5]。

秸稈覆蓋土壤之后，微生物首先分解所接觸到的秸稈并同化分解過(guò)程中產(chǎn)生的部分低分子量化合物（如碳水化合物、蛋白質(zhì)等）以滿足自身的生長(zhǎng)，在這個(gè)過(guò)程中將秸稈轉(zhuǎn)化為微生物生物量[6]。然后，通過(guò)自身的進(jìn)一步代謝將微生物生物量轉(zhuǎn)化為微生物殘?bào)w[7-8]。與微生物生物量相比，微生物殘?bào)w周轉(zhuǎn)較慢，且占土壤有機(jī)碳的比例較大（＞50%）[9-10]，因此微生物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)碳的積累具有重要貢獻(xiàn)[11-12]。了解長(zhǎng)期秸稈覆蓋條件下微生物殘?bào)w積累的動(dòng)態(tài)特征，能夠?yàn)殛U明秸稈覆蓋過(guò)程中微生物對(duì)土壤有機(jī)碳積累作用奠定基礎(chǔ)。

氨基糖是微生物殘?bào)w的重要組成成分，主要由死亡的微生物細(xì)胞壁構(gòu)成[13]。目前土壤中已定量氨基糖有 4種，分別是氨基葡萄糖（GluN）、胞壁酸（MurN）、氨基半乳糖（GalN）、氨基甘露糖（ManN）[13]。相對(duì)于其他細(xì)胞質(zhì)成分，氨基糖能在土壤中保存更長(zhǎng)時(shí)間[14-16]。因此，氨基糖可以作為整合時(shí)間的反映土壤微生物殘?bào)w積累的生物標(biāo)識(shí)物[17-18]。然而，氨基糖只是微生物殘?bào)w的一部分且對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)較小。Liang等[19]利用1996－2018年已發(fā)布的氨基糖數(shù)據(jù)，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)方法及元素碳氮化學(xué)計(jì)量學(xué)，實(shí)現(xiàn)微生物殘?bào)w碳的定量，為闡明土壤有機(jī)碳積累的微生物過(guò)程機(jī)制提供方法支持。

Ding等[20]利用玉米、小麥和大豆秸稈在黑土土壤上連續(xù)覆蓋21 a后，發(fā)現(xiàn)這些秸稈的施用確實(shí)顯著提高了微生物殘?bào)w在土壤中積累。然而，關(guān)于這21 a秸稈覆蓋過(guò)程中土壤中微生物殘?bào)w的積累特征并不清楚?？紤]到秸稈降解受到復(fù)雜組分構(gòu)成的影響具有快速和慢速 2個(gè)階段[21]，其初始覆蓋會(huì)顯著提高土壤微生物活性[22]，而長(zhǎng)期覆蓋可能會(huì)引起微生物對(duì)特定刺激產(chǎn)生逐步適應(yīng)[23]，因此推斷相對(duì)于不覆蓋秸稈處理，連年覆蓋秸稈可能會(huì)導(dǎo)致微生物在過(guò)程水平上的響應(yīng)，而這種過(guò)程響應(yīng)可能會(huì)使得秸稈覆蓋一定年限之后土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w積累達(dá)到平衡。同時(shí)考慮到秸稈施用方式為表面覆蓋，因此推斷秸稈覆蓋處理可能對(duì)土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w積累存在層次差異。

基于以上推斷，本文以不覆蓋秸稈處理為對(duì)照，研究連續(xù)8 a秸稈覆蓋過(guò)程中土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳及兩者比例的變化。以期從微生物殘?bào)w角度，闡明秸稈覆蓋對(duì)土壤有機(jī)碳積累的微生物過(guò)程機(jī)制，為推廣秸稈覆蓋保護(hù)性耕作技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)始于2007年4月，地點(diǎn)位于遼寧沈陽(yáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外研究站（41°32′ N，122°23′ E）。試驗(yàn)區(qū)屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，年均溫度為7～8 ℃，年均降水量為650～700 mm，年總輻射量為504～567 KJ/cm2，土壤類型為潮棕壤，基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。在本試驗(yàn)開(kāi)始之前，土壤經(jīng)歷多年以玉米（Zea maysL.）連作為主的傳統(tǒng)耕作，收獲后地上部分全部從地表移出，留茬10 cm。

表1 試驗(yàn)開(kāi)始前土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of soil before trial

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。小區(qū)（1.6 m×1.3 m）由 PVC板圍成，PVC板插入地下 35 cm并高出地上15 cm。小區(qū)之間相距2.5 m。本試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理：每年不覆蓋玉米秸稈（對(duì)照處理，CK）和每年覆蓋玉米秸稈（秸稈覆蓋處理，SM），每個(gè)處理3次重復(fù)。對(duì)照處理中，小區(qū)土壤中存有上一年的玉米殘茬，約500 kg/(hm2·a)；秸稈覆蓋處理中，除了上一年的玉米殘茬之外，再將上一年秋季收獲的秸稈量的一半（約5 800 kg/(hm2·a)，平均 C/N=51.9）被切割成10 cm長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)風(fēng)干晾曬之后，在第 2年的春天播種玉米之后覆蓋于地表。每一小區(qū)中，玉米（富友1號(hào)）播種12棵，每年5月份底肥施用N、P、K分別為50、30、68 kg/hm2，7月份玉米拔節(jié)期進(jìn)行第一次追施氮肥為100 kg/hm2，8月份玉米吐絲期進(jìn)行第二次追施氮肥為50 kg/hm2。試驗(yàn)開(kāi)始后，所有小區(qū)的耕作方式由之前的傳統(tǒng)耕作改為免耕。試驗(yàn)截至2014年，已有8 a歷史。

1.3 樣品采集與測(cè)定

每年玉米收獲期，采集每個(gè)小區(qū)中的玉米，用網(wǎng)袋置于陰涼干燥處風(fēng)干后測(cè)定質(zhì)量。同時(shí)，利用土鉆（直徑3 cm）取土，采樣深度為0～10、＞10～20 cm。此外，采集2006年玉米收獲期土壤（0～10、＞10～20 cm）作為初始土壤。每個(gè)小區(qū)按照 3點(diǎn)采樣法采集，然后將相同層次的 3個(gè)重復(fù)樣品進(jìn)行混合后裝于自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，在陰涼環(huán)境下風(fēng)干后去除可見(jiàn)的作物秸稈及根系、石塊，過(guò)0.25 mm篩以備土壤氨基糖測(cè)定。

土壤有機(jī)碳的測(cè)定：采用元素分析儀。

土壤樣品中氨基糖含量的測(cè)定：采用糖精乙酰酯衍生氣相色譜技術(shù)測(cè)定[24]。將含有約0.3 mg N的土壤樣品至水解瓶中，加入10 mL HCl（6 mol/L），在105 ℃下水解8 h冷卻后，加入100 uL肌醇（內(nèi)標(biāo)）振蕩搖勻過(guò)濾，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干后，將殘余物溶于約15 mL蒸餾水中，經(jīng)KOH（0.4 mol/L）調(diào)節(jié)pH值至6.6～6.8后，離心（3 000 r/min）去除沉淀。上清液用冷凍干燥機(jī)凍干后，殘留固體物質(zhì)用4 mL無(wú)水甲醇溶解后再次離心。最后將上清液轉(zhuǎn)移到5 mL衍生瓶中，在45 ℃下用氮?dú)獯蹈珊蠹尤? mL蒸餾水，用冷凍干燥機(jī)凍干后，利用0.3 mL衍生試劑（40 mg/mL 4-二甲基氨基吡啶和32 mg/mL鹽酸羥胺由1:4甲醇-吡啶溶液溶解）及1 mL乙酸酐進(jìn)行醛糖腈乙酸酯衍生，經(jīng)二氯甲烷萃取和三次水洗后，在45 ℃下用N2吹干，溶于200 uL乙酸乙酯-正己烷混合溶液（體積比1:1）到氣相色譜進(jìn)行測(cè)定（GC - 6890, Agilent, USA;HP - 5毛細(xì)色譜柱30 m×0.25 mm×0.25 um），恒定柱流量0.8 mL/min，進(jìn)樣口溫度為45 ℃，分流比為10:1，柱溫采用程序升溫，利用氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）進(jìn)行檢測(cè)并以峰面積進(jìn)行定量。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算

1.4.1 微生物殘?bào)w碳含量

微生物殘?bào)w碳含量（MRC, g/kg）的計(jì)算公式[19]為

式中CGluN為氨基葡萄糖（GluN）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；CMurN為胞壁酸（MurN）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg。

1.4.2 描述有機(jī)碳、微生物殘?bào)w碳及兩者比例的一階動(dòng)力學(xué)方程

長(zhǎng)期特定的農(nóng)田管理模式中土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳的積累通常會(huì)在一定年限內(nèi)達(dá)到平衡[25-26]，因此可以假設(shè)零階輸入和單位時(shí)間比例質(zhì)量損失都是恒定的，即兩者的動(dòng)態(tài)符合一階動(dòng)力學(xué)模型[27]，即：

式中t是從試驗(yàn)經(jīng)歷的年數(shù)，Ct是在某一年數(shù)對(duì)應(yīng)的某指標(biāo)的值，I為恒定的輸入速率，K為恒定的輸出速率。然后求解上述非齊次一階線性常微分方程，得到：

式中C0是相應(yīng)指標(biāo)在第0年的值。當(dāng)相應(yīng)指標(biāo)的年際增長(zhǎng)小于0.1%時(shí)，認(rèn)為該指標(biāo)達(dá)到平衡狀態(tài)，則此時(shí)的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值稱為平衡時(shí)間和最大值[27]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)（土壤有機(jī)碳、微生物殘?bào)w碳以及兩者的比例）的正態(tài)性通過(guò)Shapiro和Wilk’s W進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)照處理和秸稈覆蓋處理之間隨時(shí)間變化的顯著性差異通過(guò)重復(fù)測(cè)定方差分析（SPSS 16.0）。兩處理中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化通過(guò)非線性回歸模型進(jìn)行描述（Origin 8.6）。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米產(chǎn)量

在兩處理中，玉米產(chǎn)量先隨時(shí)間逐漸上升，在第 6年時(shí)達(dá)到最大值而后下降（圖1）。與CK相比，秸稈覆蓋處理SM 的玉米產(chǎn)量在前5 a并沒(méi)有表現(xiàn)出顯著差異（P＞0.05），而在第6～8年，SM中的玉米產(chǎn)量分別達(dá)到1.49×103、1.25×103、1.34×103kg/hm2，平均是 CK 的 1.05倍。這與前人開(kāi)展的長(zhǎng)期秸稈覆蓋試驗(yàn)的結(jié)果相同[28]，說(shuō)明短期秸稈覆蓋并不能達(dá)到顯著提高玉米產(chǎn)量的效果，可能與秸稈完全分解所需的時(shí)間有關(guān)。在東北地區(qū)，由于氣候原因，覆蓋在土壤表面的秸稈需要3～5 a才能分解完全[29]。兩處理間玉米產(chǎn)量的差異之所以存在這樣的變化，與土壤有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)有直接關(guān)系。

圖1 玉米產(chǎn)量隨時(shí)間變化Fig.1 Variation of maize yield with time

2.2 土壤有機(jī)碳含量變化

2種處理下0～10 cm土壤的有機(jī)碳含量都隨著時(shí)間逐漸增加，且在SM中的增加顯著高于CK（P＜0.05，圖2a）。利用一階指數(shù)方程擬合發(fā)現(xiàn)，2種處理中有機(jī)碳的積累動(dòng)態(tài)具有顯著差異（表2）。CK中因?yàn)楦鞣绞接稍瓉?lái)的傳統(tǒng)耕作轉(zhuǎn)變?yōu)槊飧?，僅有第一年土壤有機(jī)碳表現(xiàn)出顯著增加，所以土壤有機(jī)碳積累達(dá)到平衡的時(shí)間是2.1 a，最大值為11.35 g/kg。而在SM中，土壤有機(jī)碳積累達(dá)到平衡的時(shí)間和最大值為15.4 a、12.67 g/kg，比CK延長(zhǎng)了13 a且提高了12%。在＞10～20 cm土壤層次，2種處理的土壤有機(jī)碳含量雖然都隨著時(shí)間逐漸增加，但處理之間沒(méi)有顯著差異（P＞0.05，圖2b），2種處理中土壤有機(jī)碳積累達(dá)到平衡的平均時(shí)間是 1.7 a，平均最大值為10.37 g/kg（表2）。

圖2 土壤各層次中有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化Fig.2 Variation of soil organic carbon content with time

2.3 土壤微生物殘?bào)w碳含量變化

在0～10 cm土壤層次，土壤微生物殘?bào)w碳含量在2種處理中都隨著時(shí)間逐漸增加（圖3a），但2種處理中微生物殘?bào)w碳的積累動(dòng)態(tài)具有顯著差異（P＜0.05，表2）。CK中土壤微生物殘?bào)w碳積累在 14.2 a后達(dá)到最大值8.11 g/kg。而在SM中，土壤有機(jī)碳積累在26.3 a后達(dá)到最大值11.26 g/kg，比CK延長(zhǎng)了12 a且提高了39%。在＞10～20 cm土壤層次，土壤微生物殘?bào)w碳含量在2種處理中雖然都隨著時(shí)間逐漸增加，但 2種處理之間沒(méi)有顯著差異（P＞0.05，圖3b），2種處理中土壤微生物殘?bào)w碳積累達(dá)到平衡的平均時(shí)間是 8.8 a，平均最大值為6.82 g/kg（表2）。

圖3 土壤各層次中微生物殘?bào)w碳含量隨時(shí)間變化Fig.3 Variation of microbial necromass carbon content with time

表2 微生物殘?bào)w碳對(duì)土壤有機(jī)碳積累作用評(píng)價(jià)指標(biāo)的非線性模型參數(shù)Table 2 Calculated parameters of the nonlinear model for the indices of the role of microbial necromass carbon (MRC) to SOC accumulation.

2.4 微生物殘?bào)w碳占土壤有機(jī)碳的比例變化

在0～10 cm土壤層次，微生物殘?bào)w碳占土壤有機(jī)碳的比例在2種處理中都隨著時(shí)間逐漸增加（圖4a），但 2種處理中微生物殘?bào)w碳占土壤有機(jī)碳比例的變化具有顯著差異（P＜0.05，表2）。在CK中，微生物殘?bào)w碳占土壤有機(jī)碳的比例增加至最大值 72.57%需要的時(shí)間為24.1a。而在SM中，最大值和平衡時(shí)間分別為76.94%、26.7a，分別比CK增加了6%、延長(zhǎng)了2.5 a。在＞10～20 cm土壤層次，微生物殘?bào)w碳占土壤有機(jī)碳的比例在 2種處理中雖然都隨著時(shí)間逐漸增加，但 2種處理之間沒(méi)有顯著差異（P＞0.05，圖4b），2種處理中這一比例的平均最大值為 67.61%，達(dá)到平衡的平均時(shí)間為16.2 a（表2）。

圖4 土壤各層次中微生物殘?bào)w碳占土壤有機(jī)碳的比例隨時(shí)間變化Fig.4 Variation of the proportion of microbial necromass carbon to soil organic carbon with time

3 討 論

3.1 秸稈覆蓋條件下土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳的動(dòng)態(tài)

雖然在試驗(yàn)開(kāi)始的前2～3 a，秸稈覆蓋并沒(méi)有顯著提高土壤表層的土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳含量，但當(dāng)將這8 a的動(dòng)態(tài)利用一階動(dòng)力學(xué)方程擬合之后發(fā)現(xiàn)，2種處理中土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳的積累都符合非線性模型，即土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳動(dòng)態(tài)表現(xiàn)出初始很快增長(zhǎng)而后逐漸達(dá)到平衡的特征（圖2和圖3）。

根據(jù)非線性模型參數(shù)結(jié)果得知，表層土壤 SM 中土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳的最大值都顯著高于 CK中的（表2）。這是因?yàn)橄鄬?duì)于CK中僅有的地上根茬，SM中還有每年施入的玉米秸稈。這些秸稈一方面會(huì)通過(guò)直接途徑將微生物不能利用的植物源碳貢獻(xiàn)于有機(jī)碳[8,11]，另一方面會(huì)通過(guò)微生物體內(nèi)周轉(zhuǎn)途徑為土壤微生物生長(zhǎng)提供可利用養(yǎng)分（如碳水化合物、蛋白質(zhì)等）用以轉(zhuǎn)化為微生物殘?bào)w碳貢獻(xiàn)于有機(jī)碳[6-7]。因此，連續(xù)秸稈覆蓋顯著增強(qiáng)了表層土壤中土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳的含量。同時(shí)，表層土壤 SM 中土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳達(dá)到平衡的年限都顯著高于CK，分別為15.4和26.3 a（表2）。West 和 Post在分析了全球 67個(gè)秸稈覆蓋替代傳統(tǒng)耕作的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在替代之后的最初 5～10 a間土壤有機(jī)碳的變化最大，而后在15～20 a達(dá)到平衡[30]。這與此研究中連續(xù)秸稈覆蓋處理中有機(jī)碳達(dá)到平衡的年限相一致。與土壤有機(jī)碳達(dá)到平衡的時(shí)間相比，微生物殘?bào)w碳達(dá)到平衡的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。這是因?yàn)槲⑸餁報(bào)w并不是完全穩(wěn)定的，而是要參與土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)，為微生物提供碳氮[31]。微生物殘?bào)w碳積累實(shí)質(zhì)上是其合成和分解速率達(dá)到平衡的結(jié)果。秸稈覆蓋不僅會(huì)顯著提高微生物的生物量以增加微生物殘?bào)w，同時(shí)能夠緩解碳限制而降低微生物殘?bào)w的分解[32]。因此，連續(xù)秸稈覆蓋顯著延長(zhǎng)了表層土壤中土壤有機(jī)碳和微生物殘?bào)w碳達(dá)到平衡的時(shí)間。

3.2 秸稈覆蓋條件下微生物殘?bào)w碳對(duì)土壤有機(jī)碳積累貢獻(xiàn)的動(dòng)態(tài)

盡管土壤中活體微生物生物量碳對(duì)有機(jī)碳的直接貢獻(xiàn)很少（＜2%），但微生物主要通過(guò)體內(nèi)周轉(zhuǎn)（增殖-死亡過(guò)程）后以微生物殘?bào)w形式穩(wěn)定存在于土壤中，這對(duì)土壤有機(jī)碳的積累具有重要作用[33]。本研究中，表層土壤CK和SM中微生物殘?bào)w碳占土壤有機(jī)碳的比例隨時(shí)間逐漸增大（圖 4a），這說(shuō)明相對(duì)于土壤中其他有機(jī)碳組分，微生物殘?bào)w更加穩(wěn)定，由于微生物殘?bào)w更容易被土壤礦物表面吸附或者形成團(tuán)聚體而相對(duì)穩(wěn)定的保留在土壤中[34]，從而有助于微生物殘?bào)w在有機(jī)碳中的積累。經(jīng)過(guò)22～24 a之后，2種處理中微生物殘?bào)w碳占土壤有機(jī)碳的比例達(dá)到最大值分別為72.57%和76.94%，這一結(jié)果不僅符合以往通過(guò)馬爾科夫鏈模型估算理想狀態(tài)下微生物殘?bào)w碳對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)的范圍（46%～80%）[35]，也符合利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)估算溫帶土壤中微生物殘?bào)w碳對(duì)有機(jī)碳貢獻(xiàn)范圍（＞50%）[19]。同時(shí)，與 CK相比，SM 顯著提高了微生物殘?bào)w占土壤有機(jī)碳比例的最大值，且縮短了兩者比例達(dá)到平衡的時(shí)間（表2），這說(shuō)明了秸稈覆蓋一方面加快了微生物殘?bào)w在有機(jī)碳中的積累速度，同時(shí)也增加了微生物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)，進(jìn)而也解釋了秸稈覆蓋處理中有機(jī)碳顯著積累的原因。

3.3 秸稈覆蓋造成的表底層差異

秸稈覆蓋對(duì)土壤有機(jī)碳、微生物殘?bào)w碳及兩者比例的顯著提高作用僅限于表層土壤，而在底層土壤中并未表現(xiàn)出顯著差異（圖2～4和表2）。這與秸稈的施用方式有直接關(guān)系，在表層土壤中，連續(xù)覆蓋的秸稈在分解過(guò)程中形成“熱點(diǎn)”[36]，能為微生物提供可利用的碳源、養(yǎng)分和能源[37]。而在底層土壤中，僅有根系分泌物能為微生物生長(zhǎng)提供可利用養(yǎng)分，且在本研究中CK和SM土壤中＞10～20 cm的根系質(zhì)量并沒(méi)有顯著差異，前人研究結(jié)果也說(shuō)明秸稈覆蓋對(duì)深層夏玉米根系密度沒(méi)有顯著提高作用[38]，因此秸稈覆蓋對(duì)土壤有機(jī)碳、微生物殘?bào)w碳及兩者比例造成表底層的差異。同時(shí)，在其他秸稈覆蓋的試驗(yàn)中，也發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋的表層富集效應(yīng)[39]。盡管秸稈覆蓋沒(méi)有影響底層土壤有機(jī)碳的積累，但是顯著提高了整個(gè)耕層土壤（0～20 cm）的有機(jī)碳含量，進(jìn)而有利于土壤碳的固存，減少碳損失。

4 結(jié) 論

本研究初步揭示了長(zhǎng)期秸稈覆蓋對(duì)玉米產(chǎn)量和土壤微生物殘?bào)w碳積累的影響。與不覆蓋秸稈相比，覆蓋秸稈前2～5 a并未顯著提高玉米產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳及微生物殘?bào)w碳的積累，而從第 6年開(kāi)始，產(chǎn)量顯著提高。利用一階動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)得到，秸稈覆蓋處理不僅顯著提高了表層土壤有機(jī)碳、微生物殘?bào)w碳以及兩者比例的最大值，較不覆蓋秸稈處理分別高 12%、39%、6%，而且顯著延長(zhǎng)了它們達(dá)到最大值的時(shí)間，較不覆蓋秸稈處理分別多出13、12和2.5 a。然而秸稈覆蓋處理并沒(méi)有顯著影響下層土壤中有機(jī)碳、微生物殘?bào)w碳及兩者比例的變化。這種層次效應(yīng)與秸稈的施用方式有直接關(guān)系，覆蓋在土壤表層的秸稈在分解過(guò)程中能為微生物提供可利用的碳源、養(yǎng)分和能源，進(jìn)而起到刺激微生物生長(zhǎng)、提高微生物殘?bào)w積累的作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，秸稈覆蓋模式可以實(shí)現(xiàn)提高耕層土壤有機(jī)碳的目標(biāo)，對(duì)東北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理耕作措施具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。