摘要：試驗(yàn)在20 cm留茬壓倒（NPS20）、40 cm留茬壓倒（NPS40）、40 cm立稈留茬（NS40）、20 cm立稈留茬（NS20）和傳統(tǒng)耕作（CT）5個處理的基礎(chǔ)上增加5 400 m3/hm2灌溉量（I1）、3 600 m3/hm2灌溉量（I2）兩種灌溉量，共設(shè)計(jì)了10個處理，研究了小麥不同留茬高度、不同留茬方式以及不同灌水量對土壤微生物量C季節(jié)性變化的影響。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)耕作相比，留茬免耕一年后土壤微生物量C在休閑期、播種期和收獲期平均增加量分別以40 cm立稈留茬（NS40）、40 cm立稈留茬（NS40）和20 cm留茬壓倒（NPS20）較大；不同灌水量下，留茬免耕兩年后土壤微生物量C以NS40I1最高。

關(guān)鍵詞：河西走廊；綠洲灌區(qū)；留茬免耕；春玉米；土壤微生物量碳

中圖分類號：S345；S158.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）02-0286-04

河西走廊是西北地區(qū)重要的商品糧基地，玉米是該地區(qū)僅次于小麥的主要糧食作物。由于地表水和地下水的數(shù)量減少、草地退化、人為無節(jié)制開墾、大片林木的消失等原因，為沙塵暴提供了豐富的沙塵源，而由沙塵暴引起的土壤風(fēng)蝕、水蝕等則嚴(yán)重影響了該地區(qū)的土壤環(huán)境，導(dǎo)致綠洲農(nóng)田土壤肥力下降、土質(zhì)惡化。近年來，以作物秸稈根茬覆蓋地表、少耕和免耕為核心內(nèi)容的保護(hù)性耕作在河西走廊這一特殊的綠洲氣候條件下開始進(jìn)行試驗(yàn)推廣。已有研究證明，保護(hù)性耕作由于地面有殘茬、秸稈或牧草覆蓋，土壤少耕或不耕，土壤結(jié)構(gòu)不受或少受擾動，從而能夠大幅度減輕田間揚(yáng)沙和水土流失，在解決沙塵暴治理土地沙漠化問題中起了突出的作用，是一項(xiàng)切實(shí)有效防止風(fēng)蝕、保持水土、增加土壤肥力的耕作方法[1]。土壤微生物量（MB）是指土壤中體積小于50 μm3的生物總量，它是活的土壤有機(jī)質(zhì)部分，但活的植物體根系不包括在內(nèi)[2]。土壤微生物是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分C、N、P、S等轉(zhuǎn)化和循環(huán)的動力，并參與土壤中有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的形成、土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化循環(huán)等過程，土壤微生物對覆蓋與耕作等措施有比較敏感的反應(yīng)。土壤微生物量的多少反映了土壤同化和礦化能力的大小，是土壤活性大小的標(biāo)志[3]，也被廣泛作為表征土壤肥力變化的一種有效指標(biāo)[4]。因此，在河西走廊開展少免耕條件下土壤微生物量的變化的研究，對于提高該地區(qū)的土壤自然肥力和推廣保護(hù)性耕作具有重要的理論指導(dǎo)價值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于河西走廊凹陷帶張掖盆地的黑河灌區(qū)，地理坐標(biāo)為E100°10′-100°35′，N38°50′-39°09′，海拔1 440～1 600 m。該區(qū)屬大陸性干旱氣候，冬夏較長，春秋較短，春季多風(fēng)少雨，冬季較為寒冷。多年平均氣溫7.0 ℃，最低氣溫-28 ℃，最高氣溫38.5 ℃，年≥10℃的活動積溫3 234.3 ℃；年平均降水量125 mm，年平均蒸發(fā)量2 291 mm，年日照時間2 800～3 300 h；平均凍土深度120 cm，年均無霜期148 d。具有日照時間長、太陽輻射強(qiáng)、晝夜溫差大、降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、光熱資源豐富等特點(diǎn)，適宜多種農(nóng)作物生長。試驗(yàn)地土壤為灌漠土，耕層（0～20 cm）土壤理化性狀為有機(jī)質(zhì)17.98 g/kg，全氮0.77 g/kg，堿解氮49.2 mg/kg， 全磷1.41 g/kg，速效磷9.11 mg/kg，速效鉀93.95 mg/kg，pH 8.83。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2003年春小麥?zhǔn)斋@后按要求布置留茬，保護(hù)性耕作處理加灌水處理共10個處理（表1），3次重復(fù)，小區(qū)面積92 m2（11.5 m×8.0 m），在各小區(qū)之間間隔留0.5 m和1.0 m的走道，以防水分側(cè)滲。供試春玉米品種為中單2號，于2005年4月中旬播種。試驗(yàn)過程中不施農(nóng)家肥，基肥（純N 213.3 kg/hm2，P2O5 90 kg/hm2）于播種前用免耕播種機(jī)施入，追肥于拔節(jié)期和灌漿期進(jìn)行。

冬灌各處理灌水均為1 200 m3/hm2，玉米生育期灌水3次，灌水定額分別為拔節(jié)水900 m3/hm2（低灌）、1 500 m3/hm2（高灌）；抽穗水900 m3/hm2（低灌）、1 500 m3/hm2（高灌）；灌漿水600 m3/hm2（低灌）、1 200 m3/hm2（高灌）。

1.3 取樣及測定方法

于春小麥播種期（2004年4月）、收獲期（2004年7月）、留茬休閑期（2004年10月）、春玉米播種前（2005年4月）和收獲后（2005年10月）分5次取樣。取樣時采用口徑6.5 cm的土鉆，在各小區(qū)以蛇形取樣法分0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm 3層隨機(jī)選取5點(diǎn)，分層取樣后將各層次的樣制成一個混合樣用保鮮袋保存，并盡快帶回試驗(yàn)室冷藏備用。

土樣測定前先過2 mm土壤篩，揀去可見有機(jī)物。稱取土樣6份，其中3份進(jìn)行氯仿滅菌，加入0.5 mol/L K2SO4提取液（土∶水=1∶2），在恒溫振蕩器上振蕩60 min，過濾。提取液中的C采用K2Cr2O7-H2SO4消煮，F(xiàn)eSO4滴定法測定[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥茬免耕對土壤微生物量C的影響

土壤微生物量碳含量變幅較大，每公頃表土為110～2 240 kg碳，與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，一般為土壤有機(jī)碳的2%～5%[3]。僅從播種期結(jié)果（表2）來看，經(jīng)過短期留茬免耕后，耕層的土壤微生物量C顯著增加，0～5 cm土層增幅最大的為NPS20（459.06%），其次為NS40、NPS40、NS20，分別增加390.84%、342.43%、331.29%，均達(dá)到極顯著水平；整個耕層（0～20 cm）增幅最大的為NS40（422.46%），其次為NP20、NPS40、NS20，分別增加327.38%、304.54%、304.37%，其增幅均低于0～5 cm土層的增幅，但均達(dá)到極顯著水平，說明表層土壤微生物增殖速度較深層土壤要快，這主要是由于免耕表土層有大量的可供微生物增殖的碳源。其次，免耕處理由于表層有殘茬覆蓋，從而調(diào)節(jié)了土壤水分，當(dāng)土壤干燥時能減少水分的蒸發(fā)，降水增多時又可以通過很好的滲流不至使表層積水。另外，在冬季氣溫較低時，免耕由于表層的殘茬覆蓋不致使耕層的氣溫降到很低，從而提供了微生物增殖的良好環(huán)境。傳統(tǒng)耕作則是由于早春氣溫回升時，表層無覆蓋加快了表土層的化凍，加速微生物生長，由2004年4月和2005年4月的結(jié)果（表2）可看出，傳統(tǒng)耕作的土壤微生物量C均是5～10 cm土層低于0～5 cm土層和10～20 cm土層。

由表2還可知，土壤微生物量C在2004年一年中播種期最高，休閑期次之，收獲期最低。這是由于春種前土壤經(jīng)過了一段時間的休閑，加之休閑期接納的降水改善了表層土壤環(huán)境，另外，留于表層的作物秸稈根茬為微生物的增殖提供了豐富的碳源，從而使播種期的土壤微生物量C處于一個較高水平；前茬作物收獲后較短時間的休閑期，地力仍未能很好地得到恢復(fù)，而留于土壤中的作物秸稈根茬還未開始大量腐解，故其土壤微生物量C較之播種期要低；收獲期則是由于經(jīng)過一季作物的生長，消耗了大量的可供微生物增殖的碳源，加之此時過低的土壤水分，嚴(yán)重制約了土壤微生物的增殖。

不同耕作方式相比，休閑期0～5 cm土層土壤微生物量C免耕均高于傳統(tǒng)耕作，處理NS40的最高，與傳統(tǒng)耕作差異顯著；5～10 cm土層和10～20 cm土層NS40與CT均無顯著差異。播種期（2004年4月）0～5 cm土層土壤微生物量C留茬40 cm免耕處理含量相對較高，留茬20 cm免耕處理低于傳統(tǒng)耕作。5～10 cm土層NPS20處理的含量處于最高水平，且顯著高于傳統(tǒng)耕作，10～20 cm土層以NS40處理最高。整個耕層來看，免耕處理均高于傳統(tǒng)耕作，最高的是NS40，其次是NPS20、NPS40、NS20，分別比CT高37.25%、33.20%、31.39%、12.69%。次年播種期（2005年4月）的測定結(jié)果也具有相似的趨勢，NS40處理土壤微生物量C明顯高于CT處理，說明采用40 cm立稈留茬方式，經(jīng)過兩年連續(xù)免耕后可明顯增加玉米播種期耕層的土壤微生物量C。

年際間比較，播種期免耕一年的結(jié)果是留茬量較大的兩個處理和傳統(tǒng)耕作最高點(diǎn)在0～5 cm土層，而留茬量較小的兩個處理其最高點(diǎn)出現(xiàn)在5～10 cm土層；2005年4月的測定結(jié)果與2004年4月相比，免耕各處理其表層土壤微生物量C均增加，且差異均達(dá)到極顯著水平；土壤微生物量C免耕一年后的收獲期較休閑期和播種期均表現(xiàn)為降低。

2.2 表土層含水量對耕層土壤微生物量C的影響

小麥?zhǔn)斋@期（2004年7月）0～5 cm土層土壤微生物量C免耕處理均高于傳統(tǒng)耕作，最高為NPS40，其余依次為NS20、NS40、NPS20，分別較傳統(tǒng)耕作增加44.74%、42.99%、22.32%、21.44%。此期土壤微生物量C各土層之間變化較為平緩，這主要是由于經(jīng)過一個春小麥的生長周期，大部分養(yǎng)分已被消耗，且此時正值高溫季節(jié)，耕層土壤含水量很低，對微生物的生命活動產(chǎn)生影響。處理NPS40由于較高的產(chǎn)量和較低的表層土壤含水量（圖1，圖2），造成耕層土壤微生物量C低于傳統(tǒng)耕作，進(jìn)一步說明土壤水分與溫度對微生物量C同化具有較大影響。

2.3 不同灌水量下麥茬免耕對春玉米收獲后土壤微生物量C的影響

表3結(jié)果表明，免耕兩年的春玉米收獲后由于灌水量因素的影響，加之此期較為豐富的降水，對微生物活動產(chǎn)生了較為深刻的影響，0～5 cm土層微生物量C NS20I1最高，NPS40I1的最低。在不同灌水量、同一留茬量和留茬方式下，除NPS40外，0～5 cm土層微生物量C均表現(xiàn)為灌水量較大的處理高于灌水量較小的處理，說明土壤含水量對微生物量C的影響在春玉米收獲后居于各影響因素之首。5～10 cm土層，當(dāng)灌水量較大時NPS20I1的土壤微生物量C最高，灌水量較小時NPS40I2的最高。10～20 cm土層，在灌水量較大和較小時分別以CTI1和NPS20I2的含量處于各處理之首位。縱觀整個耕層，除20 cm留茬壓倒的二處理（NPS20I1、NPS20I2）外，其他處理微生物量C含量均是表層的最高，且高于整個耕層的平均值，而下層則低于耕層平均值，表明留茬免耕有使耕層土壤上肥下瘦的特點(diǎn)。

3 小結(jié)與討論

1）留茬免耕由于土壤表層留有大量的作物秸稈、根茬，使0～5 cm土層的土壤微生物性質(zhì)較下層發(fā)生了深刻的變化，5～10 cm土層和10～20 cm土層變化相對較小。留茬免耕一年后，與傳統(tǒng)耕作相比，微生物量C在休閑期和播種期明顯增加，在收獲期變化不大；免耕兩年后，與上年相比，土壤微生物量C極顯著增加。

2） 土壤水分對微生物的增殖產(chǎn)生深刻的影響。微生物量C以播種期最高，且年際間增加顯著，收獲期微生物量C含量相對處于最低水平。這與Franzluebbers等[6，7]對農(nóng)田土壤微生物量的研究結(jié)果較為相似，他認(rèn)為春季溫度的變動使得根系分泌物增多，土壤微生物獲得較多的C源，導(dǎo)致土壤微生物量增加。

3）土壤含水量對玉米收獲后土壤微生物量C的影響居于各影響因素之首，且此期的微生物量C含量表層土壤高于耕層土壤平均值，下層土壤則低于耕層土壤平均值，表明留茬免耕加上灌水有使耕層土壤上肥下瘦的特點(diǎn)。這與Kandeler等[8]和Gao等[9]關(guān)于免耕土壤微生物量變化的結(jié)論相似。

4）立稈留茬40 cm連續(xù)免耕兩年后可顯著增加土壤表層及耕層的微生物量C，說明留茬量較大且采用立稈方式有助于耕層土壤微生物的增殖，進(jìn)而對吸收的養(yǎng)分形成固結(jié)，減少土壤養(yǎng)分的揮發(fā)滲漏，起到培肥土壤的作用。這與陳蓓等[10]的研究結(jié)果相似。

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