免耕與覆蓋對(duì)土壤微生物量磷的影響

裴金銘

(甘肅省武山縣林業(yè)和草原局，甘肅 武山 741300)

土壤微生物量 (MB) 是土壤活的有機(jī)質(zhì)部分，指士壤中除去活的植物(如植物根系等)和動(dòng)物(如蚯蚓)外，體積小于5×103μm3的生物總量。主要包括細(xì)菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物等［1］。 土壤微生物本身含有大量的養(yǎng)分， 廣義的微生物量包括MB-C,MB-N,MB-P及 MB-S 等[2]。

土壤微生物磷的主要成分是核酸、磷脂等易化的有機(jī)磷及一部分無(wú)機(jī)磷[3]，而MB-P 以磷酸鹽的形式存在于易利用的細(xì)胞中。土壤微生物磷是土壤有機(jī)磷的最為活躍的部分。 由于其周轉(zhuǎn)速率快，可迅速參與養(yǎng)分循環(huán)而成為植物有機(jī)磷的重要來(lái)源[2，4，5]。 我國(guó)北方輕壤草甸褐土0~30 cm 土層中，翻耕、鐵茬、和免耕三種耕作模式通過(guò)土壤微生物量每年固定的土壤P 比作物每年吸收的總 P 量分別高 2.3、3.2、1.9 倍[6]。 由此可見(jiàn)，研究土壤微生物量磷對(duì)于了解土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤磷的固定具有非常重要的意義。

土壤微生物量P 的含量變異很大，一般與微生物C、N 之間有很好的相關(guān)性，并與土壤全磷、有機(jī)磷及及有效磷含量相關(guān)。 微生物量的C/P 與土壤性質(zhì)、利用狀況及土壤磷素供應(yīng)有關(guān)，土壤微生物量P 通常占全磷的2.4%~23.3%，占有機(jī)磷的5%~24%，土壤微生物量P 對(duì)調(diào)控土壤P 的植物有效性及磷的生態(tài)循環(huán)具有十分重要的意義[7]。

目前， 土壤中微生物量P 的測(cè)定已逐漸成為耕作、 裁培等農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)土壤肥力影響的活指標(biāo)。因而研究土壤微生物量P 是在土壤微生物量研究基礎(chǔ)上的進(jìn)一步深入，具有更為重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。 盡管國(guó)外對(duì)土壤微生物量P 的研究較多，但是他們大多數(shù)限于溫帶中性土壤，且很少涉及對(duì)耕作土壤的研究， 而在國(guó)內(nèi)研究較多的則是熱帶-亞熱帶地區(qū)高度分化的酸性土壤，對(duì)北方堿性土壤方面的研究相對(duì)少。本試驗(yàn)主要針對(duì)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)田間定位試驗(yàn)的土壤進(jìn)行了研究，通過(guò)連續(xù)3 年豌豆—小麥雙序列輪作后，對(duì)不同處理土壤微生物P 變化的比較，揭示土壤P 的微生物學(xué)特征，以便更好的利用土壤自然肥力資源，對(duì)發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)、提高磷肥利用率、以及保護(hù)士壤生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 材料與方法

1.1.試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)在定西李家堡鎮(zhèn)農(nóng)大早農(nóng)試驗(yàn)點(diǎn)，共設(shè)置六個(gè)處理，4 次重復(fù)，小區(qū)面積4 m×20 m。 隨機(jī)區(qū)組排列、播種、施肥及田間管理時(shí)間一致。

翻耕(代碼T)其處理方法為：在作物收獲后將此塊地犁三次土壤耱兩次。第一次犁地是在收獲季節(jié)的8 月份，后兩次犁地分別在8 月下旬和9 月。 犁地深度依次為 20 cm、10 cm 和 5 cm。 在 9 月份最后 1 次耕作之后耱1 次在 10 月份地凍結(jié)之后耱最后1 次。

秸稈覆蓋+免耕(代碼NTS)：此處理是從8 月份到來(lái)年三月被前茬作物秸稈所覆蓋，由前茬作物所提供的秸稈都將在脫粒后立即被歸還到小區(qū)中。

免耕(代碼NT)：該處理類似于處理Ⅱ，不同之處在于沒(méi)有秸稈覆蓋。

秸稈還田(代碼TS)：此處理的犁地方式和耱地方式類似于處理I,但是在第一次犁地時(shí)與秸稈混和。由前茬作物提供的秸稈都在脫粒后被歸還到其小區(qū)中，然后混合到土中。

薄膜覆蓋+翻耕(代碼TP)：此處理的犁地方式和耱地方式與處理I 基本相同。 不同之處就是在10 月最后一次耱地后用塑料覆蓋。塑料薄膜覆蓋在作物行間，覆蓋帶寬度為40 cm。

薄膜覆蓋+免耕(代碼NTP)：塑料薄膜將在10 月份覆蓋，使用的機(jī)器與處理V 相同。 為了避免損壞塑料薄膜，在收獲后作物殘茬(應(yīng)短于5 cm)。 應(yīng)刈除或耙除。

1.2.供試土樣

供試土樣為黃綿士，采樣時(shí)間為2018 年11 月2號(hào)，采樣深度依次為 0～5 cm、5～10cm、10～30cm。采集到的新鮮土樣保存在4 ℃冰箱中， 測(cè)定前仔細(xì)除去土樣中可見(jiàn)植物殘?bào)w(如莖、葉、根等)及土壤動(dòng)物(如蚯蚓)。 然后過(guò)篩(孔徑為 2 mm)，徹底混勻。 處理過(guò)程盡量避免破壞土壤結(jié)構(gòu)， 調(diào)節(jié)土壤含水量 (大約為40%～50%的飽和持水量)將處理好的土樣置于密封的大鋁鍋內(nèi)培養(yǎng)1 周左右 (鍋內(nèi)用隔板分為兩層，每層上放約50 mL, 1N NaOH 溶液以吸收土壤呼吸產(chǎn)生的CO2，鍋底盛有適量水以保持濕度，培養(yǎng)溫度為25 ℃),經(jīng)過(guò)預(yù)培養(yǎng)的土樣應(yīng)當(dāng)立即分析測(cè)定。這些過(guò)程為了消除土壤水分限制對(duì)微生物的影響以及植物殘?bào)w組織對(duì)測(cè)定的干擾[8]。

1.3.測(cè)定方法

結(jié)合本試驗(yàn)區(qū)土壤的特點(diǎn)。 土壤微生物量P（MP）的測(cè)定基本參照 Brookes[9]和 Hedley[10]等人的方法測(cè)定即采用氯仿熏蒸法，Olesn 提取劑(0.5N,NaHCO3pH8.5)在土水比 1∶4 中提取 30 min，提取液中的P 的測(cè)定用鉬酸銨-抗壞血酸比色法。 Bp=EP/0.4。式中Ep 為熏蒸土樣減去未熏蒸土樣提取液中的P。

2 結(jié)果與討論

表1 豌豆不同處理間土壤微生物量P (mg/kg)

表2 小麥不同處理間土壤微生物量P (mg/kg)

2.1.免耕對(duì)土壤微生物量P 的影響

表3 土壤微生物量P 方差分析表

表4 土壤微生物量P 顯著性檢驗(yàn)

由表1 可以看出，對(duì)于豌豆地在免耕條件下。 表土層(0～5 m),亞表層（5～10 m)土壤微生物量 P 明顯高于翻耕，表土層免耕與翻耕相比土壤微生物量P 免耕高出翻耕33.9%。亞表層土壤微生物量P 平均增加了11.9%。 而對(duì)于第三層(10～30 cm)免耕與翻耕微生物量P 含量差異不顯著，現(xiàn)對(duì)表土層、亞表層土壤微生物量P 作方差分析， 見(jiàn)表3。 從表3 可以看出，在0～5 cm 土層和 5～10 cm 土層中，不同處理土壤微生物量P 差異顯著。進(jìn)一步的顯著性檢驗(yàn)(表4)表明：0～5 cm 土層，NTS、TS 與 T、TP 之間差異顯著，平均值大小序列為：NTS＞TS＞NTP＞NT＞T＞TP, 而且 NTS 高出 T 56.5%、NTP 高出 TP 22.7%、NT 高出 T 19.2%。 在同一覆蓋條件下， 土壤微生物量P 表現(xiàn)出免耕大于翻耕。5～10 cm 土層，TS、NTS、NTP 與 T、TP 土壤微生物量磷差異均顯著， 平均值大小序列為： TS＞NTS＞NTP＞NT＞T＞TP。 而且 NTP 高出 TP 22.6%、NT 高出T 0.5%,因此除秸稈覆蓋外，土壤微生物量P 均表現(xiàn)為免耕大于翻耕。

由表2 可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于小麥地免耕條件下土壤微生物量P 平均值都比翻耕對(duì)應(yīng)各層次高。特別是表土層免耕土壤微生物量P 比翻耕高4.6%。

從上述比較，可以得出，無(wú)論是小麥地還是豌豆地，免耕條件下，土壤微生物量P 含量大致比翻耕高，這主要是免耕體系的土壤條件與翻耕不同所致。由于翻耕經(jīng)過(guò)了機(jī)械擾動(dòng)， 并進(jìn)行了一系列的碎土作業(yè)，擾亂了土壤結(jié)構(gòu)，土壤因此呈相對(duì)物質(zhì)性。 而免耕處理則是一種不引起土壤全面翻轉(zhuǎn)的耕作方法。它要求大量的作物殘茬覆蓋地表將耕作量減少到能保證種子發(fā)芽即可，作物殘留物等以及施入的秸稈、化肥任其自然的留在原地不會(huì)因此受到機(jī)械擾動(dòng)而改變位置，土壤呈相對(duì)異質(zhì)性。田間觀察也證實(shí)了這一點(diǎn)：免耕處理表層0～5 cm 土壤松散，表層有一層約0～5 cm 厚半腐熟殘落物， 作物根系分泌物加劇了微生物的繁殖，進(jìn)而增強(qiáng)了P 的轉(zhuǎn)化，而翻耕則沒(méi)有這種明顯的層次。

2.2.覆蓋條件對(duì)土壤微生物量P 的影響

顯著性檢驗(yàn)說(shuō)明（表4）0～5 cm 土層，NTS、TS 與T、TP 之間差異顯著， 平均值大小序列為：NTS＞TS ＞NTP＞NT＞T＞TP， 其中 T S 高出 T 42.1%、 NTS 高出NT 27% NTP 高處NT 2%， 說(shuō)明秸稈覆蓋對(duì)土壤微生物量 P 的影響較突出。 5～10 cm 土層 N TS、TS、NTP與T、TP 土壤微生物量P 差異均顯著，平均值大小序列 為 T S ＞NTS ＞NTP ＞NT ＞T ＞TP。 而 且 T ST 高 出 T 23.2%、NTS 高出 N T 18.4%、NTP 高處 N T 10.9%，說(shuō)明薄膜覆蓋對(duì)土壤微生物量P 的效應(yīng)不及秸稈覆蓋明顯。

圖1 豌豆不同處理間土壤微生物P（mg/kg）

圖2 小麥不同處理間微生物量P（mg/kg）

不同覆蓋條件下的土壤微生物量P 與不同管理措施(亦即不同的覆蓋條件），作物生長(zhǎng)和土壤理化質(zhì)的變化有著直接的關(guān)系[11]。

根據(jù)表1 對(duì)豌豆地秸稈覆蓋+免耕，在表土層、亞表層、第三層的土壤微生物量P 都比免耕處理下對(duì)應(yīng)層次的高。 對(duì)秸稈覆蓋+翻耕和翻耕土壤微生物量P的比較也有同樣的結(jié)論。 其中在表土層秸稈覆蓋+免耕比翻耕約增加了1.2 mg/kg。 這是由于秸稈覆蓋減少土壤水分的蒸發(fā)， 一定程度上起到保濕的作用，而這種環(huán)境有利于土壤微生物量P 的含量增加。 同時(shí)秸稈覆蓋后土壤溫度隨著外界溫度的變化幅度有所下降，也就是說(shuō)，由于秸稈覆蓋后，土壤微生物保持適宜的溫度，而對(duì)于微生物來(lái)說(shuō)，一定的溫度對(duì)其有利。最后，秸稈進(jìn)入土壤會(huì)使土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加進(jìn)而使C/P 升高。 C/P 增大會(huì)促使土壤微生物活性增強(qiáng)，因而使得土壤微生物量P 含量增加。

表1、表2 發(fā)現(xiàn)對(duì)于小麥地、薄膜覆蓋+免耕在表層、亞表層以及第三層土壤微生物量P 均比對(duì)應(yīng)層次免耕處理高。 而薄膜覆蓋+翻耕與翻耕相比土壤微生物量P 差異不顯著。

2.3.不同層次土壤微生物量P 變化趨勢(shì)

依據(jù)圖1 和圖2, 對(duì)于小麥地和豌豆地不管是免耕還是翻耕， 土壤微生物量P 始終都是表土層 (0～5 cm) ＞亞表層(5～10 cm) ＞第三層(10～30 cm)。 免耕條件下表層、亞表層均比對(duì)應(yīng)層次翻耕土壤微生物量P含量高。 由此可見(jiàn)隨著士層的深入，土壤微生物量P逐層遞減。

3 結(jié)論

3.1.通過(guò)對(duì)免耕條件下土壤微生物量P 的測(cè)定，可反映出土壤微生物量P 在免耕處理下，其含量較其他處理高。 免耕處理0～5 cm,甚至更淺的土壤是一層特殊層，其有機(jī)質(zhì)含量、微生物數(shù)量都比翻耕對(duì)應(yīng)土層高。免耕為土壤微生物生命活動(dòng)提供了穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境，土壤微生物的種類、數(shù)量也保持相對(duì)穩(wěn)定。由于土壤有機(jī)質(zhì)含量、存在形式制約著土壤微生物量，而表層土壤有機(jī)質(zhì)合最較高，因而表層土壤微生物量P 也比較高。

3.2.對(duì)不同覆土壤微生物量P 的測(cè)定，可以得知，秸稈覆蓋比薄膜覆蓋對(duì)土壤微生物量P 的影響顯著。這主要是因?yàn)榻斩捀采w進(jìn)入土壤會(huì)起到保持土壤水分、保持土壤溫度增加土壤有機(jī)C 的作用， 而有機(jī)C 的增加會(huì)導(dǎo)致土壤中C/P 提高，由于C/P 提高會(huì)使土壤微生物的礦化作用增強(qiáng)，從而，使得土壤微生物量P升高；然而薄膜覆蓋僅僅會(huì)對(duì)土壤起到保持水分和溫度的作用。 因此，薄膜覆蓋處理對(duì)土壤微生物量P 的影響不及秸稈覆蓋處理的顯著。

3.3.對(duì)不同層次土壤微生物量P 的測(cè)定表明， 隨著土層的加深，其含量逐層遞減。