高大響++黃小忠++王亞萍

摘要：通過田間試驗(yàn)，設(shè)計(jì)秸稈不還田（CK）、秸稈還田（WR）及秸稈還田并加入腐熟劑（WRI）3種處理方法，研究秸稈還田及腐熟劑添加對(duì)土壤微生物及酶活性的影響。結(jié)果表明，與CK相比，早期WR及WRI處理的細(xì)菌數(shù)量顯著增加（P<0.05），而真菌和放線菌數(shù)量顯著減少（P<0.05）；中后期，WR和WRI處理的3種菌數(shù)量均高于CK處理，尤其WRI更為顯著（P<0.05）。各時(shí)期，WR和WRI處理的基礎(chǔ)呼吸（BR）均比CK強(qiáng)，后期WRI處理顯著（P<005）。3種處理的微生物量碳（MBC）含量均在處理60 d達(dá)最高；WR和WRI處理的土壤微生物量氮（MBN）含量增加或顯著增加（P<0.05）；MBC/MBN受同期MBC和MBN含量變化的影響。在一定時(shí)間內(nèi)，WR和WRI處理能提高脲酶、堿性磷酸酶及纖維素酶活性。每階段3種處理間的土壤脫氫酶和過氧化氫酶活性無顯著差異（P>0.05）。脲酶和細(xì)菌及纖維素酶和放線菌均由顯著正相關(guān)變成負(fù)相關(guān)。在某時(shí)期，除土壤脲酶外，所測土壤酶活與微生物量碳、基礎(chǔ)呼吸呈正相關(guān)，而脲酶與微生物量氮呈不顯著相關(guān)。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；腐熟劑；微生物；土壤酶活性

中圖分類號(hào)： S154文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）12-0468-04

收稿日期：2015-10-25

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金（編號(hào)：31400577）。

作者簡介：高大響（1969—），男，安徽潁上人，碩士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)發(fā)酵技術(shù)研究。E-mail：1183772425@qq.com。

目前，秸稈焚燒現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，既造成資源浪費(fèi)，又污染環(huán)境。國內(nèi)外已采取多種方法如秸稈發(fā)電、沼氣發(fā)酵、堆肥等措施進(jìn)行秸稈處理，但難以大范圍推廣[1]。秸稈還田仍是秸稈處理的主要措施之一。

秸稈通過土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)為植物生長提供營養(yǎng)[2]，并對(duì)土壤基礎(chǔ)呼吸有重要影響[3]。土壤微生物量是土壤有機(jī)質(zhì)的活性部分，可作為土壤中植物有效養(yǎng)分的貯存庫[4]，也是反映土壤變化的重要指標(biāo)[5]。土壤酶是由微生物、動(dòng)植物活體分泌及動(dòng)植物殘?bào)w分解釋放的一類具有催化能力的生物活性物質(zhì)，Tabatabai等認(rèn)為酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的核心[6]，作為土壤質(zhì)量的生物活性指標(biāo)比土壤微生物量能更好地反映土壤有機(jī)質(zhì)的累積[7]。徐國偉等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田提升了土壤酶活性[8-9]。

近年來，對(duì)秸稈還田有不少的研究報(bào)導(dǎo)[10-11]，但有關(guān)秸稈腐熟劑添加對(duì)土壤微生物及土壤酶活性的研究較少，而大田相關(guān)試驗(yàn)更少。本研究通過田間試驗(yàn)，考察了3種處理（CK、WR及WRI）對(duì)土壤微生物特性和土壤酶活性的影響，為有效利用農(nóng)作物秸稈提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)用地與作物品種

試驗(yàn)地設(shè)于江蘇省句容市白兔鎮(zhèn)解塘村，各田塊相連平整，肥力均等，是種植大戶多年連續(xù)稻麥輪作的田塊；每處理田塊面積為600 m2左右，不同處理田塊間筑埂分隔。稻—麥輪作，小麥品種為揚(yáng)麥16號(hào)，水稻品種為鎮(zhèn)稻11號(hào)。

1.2土壤處理方法

設(shè)置如下3個(gè)處理：處理1（CK）為麥秸不還田，稻秸不還田；處理2（WR）為麥秸全量還田，稻秸全量還田；處理3（WRI）為麥秸接種秸稈腐熟劑全量還田，稻秸接種秸稈腐熟劑全量還田。

以上處理均采用旋耕。各處理均按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量施用化肥，氮肥（純）、磷肥（純）及鉀肥（純）用量分別為300、60、525 kg/hm2，其中氮肥用作基肥、分蘗肥及穗肥，其比例分別為42%、18%及40%；磷鉀肥均作基肥。灌溉水量為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)量。

在機(jī)械收獲水稻后，采用噴霧器噴撒方式于田間接種秸稈腐熟劑，同時(shí)在未施用腐熟劑的處理田塊噴撒等量清水。所用腐熟劑均為市場購買，有效活菌數(shù)約為5.0×107 CFU/g。

2014年2月8日開始分別間隔30 d采樣，土壤采樣時(shí)，每處理試驗(yàn)田塊按空間布局采3個(gè)土壤樣品（0～20 cm），作為各處理的重復(fù)樣品。鮮樣采回保存于冰箱中備用，另一批鮮樣自然風(fēng)干后過篩密封保藏。

1.3土壤分析方法

1.3.1細(xì)菌、真菌、放線菌計(jì)數(shù)采用稀釋平板法，細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基。

1.3.2土壤含水率和基礎(chǔ)呼吸（BR）測定土壤含水率測定采用烘干稱重法；基礎(chǔ)呼吸測定采用堿液吸收法，呼吸瓶內(nèi)加入20 g新鮮土樣，內(nèi)置一盛有5 mL 0.1 mol/L NaOH溶液的小瓶，塞緊呼吸瓶口，于28 ℃恒溫培養(yǎng)24 h，用滴定法測產(chǎn)生CO2的量。

1.3.3土壤微生物量碳氮（MBC/MBN）測定采用三氯甲烷熏蒸浸提法[12]，比較熏蒸與未熏蒸土樣提取液中含碳氮量的差異，計(jì)算土壤微生物量碳氮。

1.3.4土壤酶活性測定脫氫酶活性測定采用TTC比色法[13]，用TPF量換算氫離子質(zhì)量，以1 g土壤中H+的毫克數(shù)表示酶活性。脲酶活性測定采用靛酚比色法[13]，以1 g土壤在37 ℃下24 h內(nèi)酶解尿素釋放NH3-N的毫克數(shù)來表示酶活性。堿性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法[13]，以 1 g 土壤在37 ℃下24 h后釋放酚Ph（OH）毫克數(shù)表示酶活性。纖維素酶活性測定采用硝基水楊酸比色法[13]，以10 g土壤在37 ℃下培養(yǎng)72 h產(chǎn)生葡萄糖（Glu）的毫克數(shù)表示酶活性。過氧化氫酶活性測定采用容量法[14]，以20 min后1 g土壤消耗0.1 mol/L KMnO4溶液的毫升數(shù)表示。

1.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)分析。不同處理間土壤微生物及土壤酶活性差異采用SPSS軟件（13.0）進(jìn)行單因子方差（One-Way ANOVA）分析，通過鄧肯法（Duncans）進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1土壤微生物菌落數(shù)的變化

每種處理土壤中菌落數(shù)依次為細(xì)菌>放線菌>真菌（表1），WR處理的細(xì)菌數(shù)量隨時(shí)間先增后減，而真菌和放線菌數(shù)量遞增。處理30 d，與CK相比，WR和WRI處理的細(xì)菌數(shù)量顯著增加（P<0.05），而真菌和放線菌數(shù)量顯著減少（P<005）；處理60 d，WRI和WR處理的細(xì)菌數(shù)量顯著增加（P<005），而真菌和放線菌數(shù)量增加但不顯著 （P>0.05）；處理 90 d，WRI處理的細(xì)菌數(shù)量多于CK和WR處理，但3種處理的細(xì)菌數(shù)量均明顯低于30 d和60 d，WR和WRI處理的真菌及放線菌數(shù)量顯著多于CK處理（P<0.05）。

2.2土壤含水率及微生物基礎(chǔ)呼吸

3個(gè)時(shí)間點(diǎn)中，除WRI外，各處理間土壤含水率無顯著差異（P>0.05）。不論何種處理，表征土壤微生物群落的基礎(chǔ)呼吸釋放CO2量均隨處理時(shí)間呈遞減趨勢。處理30 d，3種處理間差異顯著（P<0.05），WR處理最高；處理60、90 d，WRI處理與WR、CK 2處理均有顯著差異（P<0.05）（表2），顯示了腐熟劑在影響基礎(chǔ)呼吸方面的作用。

2.3土壤微生物量變化

處理30、90 d，各處理間MBC含量差異不顯著（P>005）；處理60 d，所有處理的土壤MBC含量均達(dá)最大值，尤其WRI達(dá)到751.39 mg/kg，比WR和CK處理均顯著增加（P<0.05）。與CK和WR處理相比，WRI處理在處理30、60 d 時(shí)的土壤MBN含量顯著增加，而在處理90 d MBN含量較WR顯著減少（P<0.05）。WRI處理的MBN含量隨處理時(shí)間呈遞減趨勢。

3個(gè)時(shí)間點(diǎn)中，3種處理的MBC/MBN值均在處理60 d時(shí)達(dá)到最大值；90 d時(shí)，與CK相比，WR和WRI處理的土壤MBC/MBN值顯著減小（P<0.05），MBC/MBN值的變化深受同期MBC和MBN含量變化的影響（表3）。

2.4土壤酶活性測定

2.4.1土壤脫氫酶活性

每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，3種處理間土壤脫氫酶活性均無顯著差異（P>0.05），不過3種處理在后2個(gè)時(shí)間點(diǎn)脫氫酶活性均小于第1個(gè)時(shí)間點(diǎn)。WRI處理脫氫酶的活性隨時(shí)間遞減，但變化幅度不大，由5.85 mg/（g·24 h）（30 d）變成 5.15 mg/（g·24 h）（90 d）（圖1），表明腐熟劑添加對(duì)土壤脫氫酶活性影響較小。

2.4.2土壤脲酶活性脲酶是含氮有機(jī)物的水解酶，能專一性水解尿素。處理30 d，WR和WRI處理比CK處理均有顯著增加（P<0.05）。而處理60、90 d，各處理間土壤脲酶活性均無顯著差異（P>0.05）。另外，WR和WRI 2個(gè)處理脲酶活性呈遞減趨勢，其中WRI處理的脲酶活性由 0.51 mg/（g·24 h）（30 d）降至0.27 mg/（g·24 h）（90 d），降幅明顯（圖2）。

2.4.3土壤堿性磷酸酶活性

堿性磷酸酶是一種水解酶，能有效促進(jìn)有機(jī)磷化合物的水解，其活性可以表征土壤磷的狀況。試驗(yàn)結(jié)果（圖3）表明，處理60 d，WR處理的土壤堿性磷酸酶活性明顯升高，為0.950 mg/（g·24 h）；處理30、90 d時(shí)，各處理間均無顯著差異（P>0.05），WRI處理的堿性磷酸酶活性在處理30、60 d時(shí)變化不大， 而在處理90 d時(shí)明顯增

2.4.4土壤纖維素酶活性

3種處理的土壤纖維素酶活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。處理30 d時(shí)，3個(gè)處理間無顯著差異（P>0.05）；處理60 d各處理間出現(xiàn)顯著差異（P<005），每種處理的纖維素酶活性均達(dá)到最高水平，其中WRI最為顯著，為15.30 mg/（10 g·24 h）；處理90 d時(shí)，3種處理的酶活性又出現(xiàn)明顯下降，WRI僅為7.23 mg/（10 g·24 h）（圖4）。

[TPGDX4.tif]

2.4.5土壤過氧化氫酶活性

3個(gè)時(shí)間點(diǎn)中，各處理間均無顯著差異（P>0.05），表明秸稈還田和腐熟劑的加入對(duì)過氧[JP3]化氫酶活性影響較小。處理30、60 d的過氧化氫酶活性基本穩(wěn)定，而處理90 d后，3種處理下的酶活性均出現(xiàn)明顯降低（圖5）。

[TPGDX5.tif]

2.5土壤酶活性與微生物菌落數(shù)量、基礎(chǔ)呼吸及微生物量的相關(guān)性

相關(guān)分析結(jié)果（表4）表明，土壤酶活性與菌落數(shù)量之間的相關(guān)性有所不同。脲酶與細(xì)菌數(shù)量由顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)063*）逐漸變成負(fù)相關(guān)，而纖維素酶活性與放線菌數(shù)量由顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.51*）變成負(fù)相關(guān)。在60 d范圍內(nèi)，除脲酶外，其余所測土壤酶活與微生物量碳和基礎(chǔ)呼吸均表現(xiàn)不同程度的正相關(guān)，60 d時(shí)的土壤脫氫酶活性和過氧化氫酶活性與微生物量碳和基礎(chǔ)呼吸呈顯著或極顯著正相關(guān)。土壤脲酶與微生物量氮在3個(gè)時(shí)期均呈正相關(guān)，但不顯著。

3結(jié)論與討論

在旋耕條件下，秸稈還田及腐熟劑的施用在早期能使細(xì)菌數(shù)量增加趨勢顯著，中后期，3種菌數(shù)量都有所增加，表明秸稈還田及秸稈腐熟劑能改善土壤狀況，提高土壤含氧量及營養(yǎng)，有利于微生物特別是細(xì)菌的生長和繁殖。群落中細(xì)菌所占比例增加，在土壤中發(fā)揮重要作用，為優(yōu)勢菌[15]。而3種處理間土壤真菌和放線菌數(shù)量在前期和后期出現(xiàn)不同的差異性，體現(xiàn)了土壤微生物群落變化的復(fù)雜性和多樣性[16]。

基礎(chǔ)呼吸用于表征土壤中微生物群落對(duì)土壤有機(jī)碳的礦化能力，秸稈還田有利于基礎(chǔ)呼吸CO2的釋放；而腐熟劑加速秸稈降解，為微生物代謝活動(dòng)提供了碳源、氮源等，使土壤微生物的呼吸作用增強(qiáng)。

在不同時(shí)間段內(nèi)，秸稈還田及配合施用腐熟劑能不同程度地提高或降低土壤MBC含量，表明土壤微生物對(duì)MBC利用的不斷變化。無論是單獨(dú)秸稈還田還是配合施用腐熟劑均能夠提高或顯著提高土壤中MBN含量，從而降低土壤中微生物量碳氮比，這與群落中細(xì)菌所占比例增加有關(guān)，一般情況下細(xì)菌微生物量碳氮比較低[17]。WRI處理的MBN含量逐漸遞減，表明腐熟劑對(duì)土壤MBN變化的影響明顯。

秸稈還田以及腐熟劑對(duì)脲酶的活性有一定的影響。在一定時(shí)間段內(nèi)，腐熟劑加快秸稈降解，增加土壤有機(jī)氮量，從而提高了脲酶的活性[18]。另外，秸稈還田也在一定時(shí)間范圍內(nèi)有利于提高土壤堿性磷酸酶和纖維素酶的活性。秸稈還田和[JP2]腐熟劑加入對(duì)土壤脫氫酶及過氧化氫酶活性影響較小，是否與土壤pH值的變化、營養(yǎng)水平等因素有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

秸稈還田并充分利用腐熟劑，促進(jìn)秸稈腐解，在一定程度上改變了土壤微生物的一些特性和土壤酶活性，解決了秸稈殘留和秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染問題。

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