劉艷慧，王雙磊，2，李金埔，3，秦都林，張美玲，聶軍軍，毛麗麗，宋憲亮，孫學振

(1.山東農業(yè)大學 農學院，作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018；2.煙臺市農業(yè)技術推廣中心，山東 煙臺 264000；3.平頂山市種子管理站，河南 平頂山 467000)

棉花秸稈還田對土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響

劉艷慧1，王雙磊1，2，李金埔1，3，秦都林1，張美玲1，
聶軍軍1，毛麗麗1，宋憲亮1，孫學振1

(1.山東農業(yè)大學 農學院，作物生物學國家重點實驗室，山東 泰安 271018；2.煙臺市農業(yè)技術推廣中心，山東 煙臺 264000；3.平頂山市種子管理站，河南 平頂山 467000)

為研究棉花秸稈還田對土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響，于山東農業(yè)大學棉花科研基地德州市抬頭寺經(jīng)濟開發(fā)區(qū)試驗田進行試驗，設棉花秸稈還田與未還田2個處理，研究連續(xù)4年棉花秸稈還田對0～60 cm土層土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響。結果表明：棉花秸稈還田能夠顯著增加0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層周年土壤微生物平均總數(shù)量，分別比未還田增加了19.87%，20.07%，56.15%；其中周年土壤細菌和真菌平均數(shù)量分別比未還田增加了20.91%、26.38%(0～20)，20.59%、31.18%(20～40)和56.85%、32.30%(40～60)，均達顯著差異水平；周年土壤放線菌平均數(shù)量分別比未還田增加了4.29%，11.62%，54.00%，其中在20～40 cm和40～60 cm土層提高效果顯著。棉花秸稈還田有利于提高土壤脲酶活性，0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層土壤脲酶活性分別比未還田提高4.27%，13.43%和24.03%，其中對20～40 cm全部取樣時期(9月除外)和除7月外40～60 cm土層其他取樣時期的提高效果達顯著差異水平；秸稈還田使土壤蔗糖酶活性在0～20 cm全部取樣時期，除5月外20～40 cm土層其他取樣時期，除8月外40～60 cm土層其他取樣時期均得到了顯著提高，分別比未還田提高了27.08%，46.96%，57.59%；除7，8月外，0～20 cm土層其他取樣時期土壤過氧化氫酶活性在棉花秸稈還田條件下得到了顯著提高，比未還田提高了8.73%，但除5，6月20～40 cm土層外，秸稈還田對20～40 cm和40～60 cm土層土壤過氧化氫酶活性的提高效果未達顯著差異水平。以上結果說明持續(xù)棉花秸稈還田有利于保持和改善土壤的生物學特性。

棉花；秸稈還田；土壤；微生物數(shù)量；酶活性

土壤微生物是土壤中最活躍的部分，主導土壤生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和能量流動[1]，其數(shù)量及活性大小直接影響著土壤有機物質的周轉及養(yǎng)分的供應，提高土壤微生物的數(shù)量是保持土壤肥力供應和維持土壤生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的重要前提[2]。土壤酶是生物催化劑，參與土壤中許多生物化學反應，對土壤有機質、氮、磷、鉀等養(yǎng)分的分解與轉化起著重要作用[3]，其活性的高低可反映土壤肥力狀況，是表征土壤質量的重要生物學指標[4]。作物秸稈還田既是改善土壤肥力狀況的重要措施，也為調控土壤微生物及酶活性提供了重要的物質條件[5-6]。據(jù)統(tǒng)計，2010年全國秸稈理論資源量已達8.4億t，可收集資源量為7億t[7]。而在實際生產(chǎn)中，被充分利用的秸稈不足2 000萬t，既造成資源浪費又污染了環(huán)境[8]。

基于以上認識，前人對農作物秸稈還田進行了大量研究，趙亞麗等[9]研究認為冬小麥夏玉米一年兩熟種植模式下，冬小麥、夏玉米秸稈還田使0～20 cm土層土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量提高 27.5%，24.0%，25.8%。慕平等[10]研究認為連續(xù)玉米秸稈還田使0～40 cm土層細菌、真菌、放線菌群體數(shù)量明顯增加。路怡青等[11]研究玉米小麥輪作種植模式下，小麥秸稈還田對玉米生長期內土壤酶活性和微生物群落的影響認為，有秸稈還田處理土壤脲酶、堿性磷酸酶、脫氫酶、轉化酶活性及微生物各類群數(shù)量均大于無秸稈還田處理。路文濤等[12]研究認為寧南半旱區(qū)谷子、玉米秸稈還田能有效提高土壤過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性。但大多研究針對禾本科作物輪作或連作種植模式下秸稈還田對土壤微生物及酶活性的影響，有關連作條件下，棉花秸稈還田對棉田土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響研究相對較少。本試驗在連續(xù)4年棉花一熟種植模式下，研究棉花秸稈連續(xù)還田對棉田土壤0～60 cm土層土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響，以期為棉花秸稈還田的大面積推廣提供理論指導，同時為研究連作條件下棉花秸稈還田的長期效應提供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗在山東農業(yè)大學棉花科研基地德州市抬頭寺經(jīng)濟開發(fā)區(qū)試驗田進行(北緯37°39′，東經(jīng)116°40′)，試驗田總面積6 300 m2(長90 m，寬70 m)，設SR(棉花秸稈還田)與SNR(秸稈未還田)2個處理，每個處理設3個重復，共6個小區(qū)，每個小區(qū)面積為957 m2(長33 m，寬29 m)。自2010年開始，于每年棉花收獲后進行相應的棉花秸稈粉碎旋耕還田和棉花秸稈拔除工作，還田秸稈數(shù)量約為3 500 kg/hm2，還田秸稈氮、磷、鉀總量分別約為43.95，17.10，104.70 kg/hm2，基施復合肥600 kg/hm2(N∶P∶K為12∶18∶15)，花鈴期追施尿素225 kg/hm2，其余田間土壤操作一致。供試土壤0～20 cm土層土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為11.90 g/kg、85.04 mg/kg、20.39 mg/kg、105.79 mg/kg。種植棉花品種為德農09068，于2014年4月22日進行機械播種，地膜覆蓋，寬窄行種植，寬行行距100 cm，窄行行距60 cm，株距25 cm，田間管理按常規(guī)高產(chǎn)栽培進行。

1.2 樣品采集

于2014年4-9月每月中旬前后進行田間取樣。以每小區(qū)采5點組成一個混合樣品，每處理共3個樣品，使用土鉆(內徑3.5 cm)采集0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層的土樣，剔除樣品中的雜物，將土樣混勻裝入無菌聚乙烯自封袋，部分置于4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物數(shù)量的測定；部分自然風干，用于土壤酶活性的測定。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤微生物數(shù)量的測定 微生物數(shù)量的測定采用稀釋平板記數(shù)法，結果以每克干土中所含微生物數(shù)量表示。其中細菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基[13]，真菌培養(yǎng)采用馬丁氏(Martin)培養(yǎng)基[13]，放線菌培養(yǎng)采用高氏1號培養(yǎng)基[13]。

1.3.2 土壤酶的測定 脲酶活性測定采用靛酚藍比色法；蔗糖酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；過氧化氫酶活性測定采用KMnO4滴定法。以上方法均參照關松蔭[14]的方法進行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2003進行數(shù)據(jù)預處理，SPSS 7.05軟件分析數(shù)據(jù)，SigmaPlot 10.0軟件作圖，以單因素隨機區(qū)組法分析土壤微生物數(shù)量及酶活性等指標的方差，利用Duncan法檢驗處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 棉花秸稈還田對棉田土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.1 細菌 土壤細菌是土壤微生物的主要組成部分，一般認為土壤細菌數(shù)量的增加是土壤肥力水平提高的重要生物學標志[10]。由表1看出，除4月20～40 cm土層外，秸稈還田在各土層各取樣時期的土壤細菌數(shù)量均高于未還田，除4月0～20 cm土層，4，5月20～40 cm土層和8月40～60 cm土層，兩處理差異不顯著外，其他取樣時期各土層均達顯著差異水平；各土層周年土壤細菌平均數(shù)量分別比未還田提高20.91%，20.59%，56.85%，均達顯著差異水平。同時試驗表明各取樣時期土壤細菌數(shù)量0～20 cm土層>20～40 cm土層>40～60 cm土層，即在各取樣時期土壤細菌數(shù)量均隨土壤深度的加深不斷減少。

表1 棉花秸稈還田對各時期土壤土層細菌數(shù)量的影響Tab.1 Effect of cotton straw returning soil on the quantity of soil bacterium of different soil layers at different sampling times ×105 cfu/g

注：同一列中不同小寫字母表示數(shù)值在0.05的水平上差異顯著。表2-4。

Note：Values in each column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.The same as Tab.2-4.

2.1.2 真菌 土壤真菌在土壤微生物區(qū)系中數(shù)量最少，但其生物量較大，在土壤中作用不容忽視[15]。由表2看出，秸稈還田在各土層各取樣時期的土壤真菌數(shù)量均高于未還田，0～20 cm土層各取樣時期兩處理均達顯著差異水平，20～40 cm土層，除4，6，7月兩處理差異不顯著外，其他取樣時期均達顯著差異水平；40～60 cm土層，4-6月兩處理達顯著差異水平；各土層周年土壤真菌平均數(shù)量分別比未還田提高26.38%，31.18%，32.30%，均達顯著差異水平。兩處理周年土壤真菌平均數(shù)量均為0～20 cm土層>20～40 cm土層>40～60 cm土層。

表 2 棉花秸稈還田對各時期土壤土層真菌數(shù)量的影響Tab.2 Effect of cotton straw returning soil on the quantity of soil fungi of different soil layers at different sampling times ×105 cfu/g

2.1.3 放線菌 放線菌是好氣菌[16]，能分解多數(shù)土壤細菌和真菌不能分解的化合物，因此，土壤放線菌數(shù)量的多少，關系著土壤代謝強度的高低[10]。由表3看出，土壤放線菌數(shù)量介于細菌和真菌之間。秸稈還田在各土層各取樣時期的土壤放線菌數(shù)量均高于未還田，但0～20 cm土層兩處理僅在6月份達顯著差異水平；20～40 cm土層6-9月，秸稈還田土壤放線菌數(shù)量均顯著高于未還田；40～60 cm土層除8月外其他取樣時期秸稈還田處理土壤放線菌數(shù)量的提高效果均達顯著差異水平；各土層周年土壤放線菌平均數(shù)量分別比未還田提高4.29%，11.62%，54.00%，其中20～40 cm和40～60 cm土層差異達顯著水平。在每一取樣時期土壤放線菌數(shù)量均表現(xiàn)為0～20 cm土層>20～40 cm土層>40～60 cm土層。

表3 棉花秸稈還田對各時期土壤土層放線菌數(shù)量的影響Tab.3 Effect of cotton straw returning soil on the quantity of soil actinomycetes of different soil layers at different sampling times ×105 cfu/g

2.1.4 微生物總數(shù)量 土壤微生物是土壤分解系統(tǒng)的主要成分，在秸稈腐解過程中作用顯著。由表4可知，秸稈還田在各土層各取樣時期的土壤微生物總數(shù)量均高于未還田，除4月0～20 cm土層，4，5月20～40 cm土層，兩處理差異不顯著外，其他取樣時期各土層差異均達顯著水平。各土層周年土壤微生物平均數(shù)量分別比未還田提高19.87%，20.07%，56.15%，均達顯著差異水平。同時各取樣時期土壤微生物總數(shù)量均為0～20 cm土層>20～40 cm土層>40～60 cm土層。

表4 棉花秸稈還田對各時期土壤土層微生物總數(shù)的影響Tab.4 Effect of cotton straw returning soil on the quantity of total microbe of different soil layers at different sampling times ×105 cfu/g

2.2 棉花秸稈還田對棉田土壤酶活性的影響

2.2.1 脲酶 脲酶能促進尿素分子中酰胺肽鍵水解生成氨，從而供植物根系吸收利用，是表征土壤供氮能力的重要指標之一[17]。由圖1可知，隨著土壤深度的加深，土壤脲酶活性有逐漸降低的趨勢。0～20 cm土層，秸稈還田土壤脲酶活性高于未還田，其中6，7月兩處理差異達顯著水平；20～40 cm土層，除9月秸稈還田脲酶活性與未還田差異不顯著外，其他月份秸稈還田均顯著高于未還田；40～60 cm土層，各月份秸稈還田脲酶活性均高于未還田，除7月外，其他月份均達顯著差異水平。各土層周年土壤脲酶平均活性分別比未還田提高4.27%，13.43%，24.03%，其中秸稈還田對20～40 cm和40～60 cm土層土壤脲酶平均活性的提高效果達顯著差異水平。

2.2.2 蔗糖酶 蔗糖酶是一種為數(shù)極多的重要水解酶，能把高分子化合物蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，供植物和微生物利用，對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質具有重要作用[18]。由圖2可知，上層土壤蔗糖酶活性高于下層。0～20 cm土層，秸稈還田蔗糖酶活性高于未還田，其中4-9月均達顯著差異水平；20～40 cm土層，除5月兩處理差異不顯著外，其他月份秸稈還田土壤蔗糖酶活性均顯著高于未還田；40～60 cm土層，各月份秸稈還田蔗糖酶活性均高于未還田，除8月外，其他月份均達顯著差異水平。各土層周年土壤蔗糖酶平均活性分別比未還田提高27.08%，46.96%，57.59%，均達顯著差異水平。

SNR.未還田；SR.還田。圖2-3同。 SNR.No straw returning soil；SR.Straw returning soil.The same as Fig.2-3.

圖2 棉花秸稈還田對各時期土壤土層蔗糖酶活性的影響Fig.2 Effect of cotton straw returning soil on soil sucrase activity of different soil layers at different sampling times

2.2.3 過氧化氫酶 過氧化氫酶在土壤中分布廣泛，它可以將植物新陳代謝過程中產(chǎn)生的過氧化氫分解為水和氧氣，進而有效防止過氧化氫對生物體的毒害作用，與土壤肥力、好氧微生物數(shù)量等密切相關[19-20]。由圖3可知，0～20 cm土層，秸稈還田土壤過氧化氫酶活性均高于未還田，其中4，5，6，9月，達顯著差異水平；20～40 cm土層，5，6月秸稈還田土壤過氧化氫酶活性顯著高于未還田，其他時期差異不顯著；40～60 cm土層兩處理過氧化氫酶活性差異不顯著。各土層周年土壤過氧化氫酶平均活性分別比未還田提高8.73%，2.82%，2.08%，其中秸稈還田對0～20 cm 土層土壤過氧化氫酶平均活性的提高效果達顯著差異水平。

圖3 棉花秸稈還田對各時期土壤土層過氧化氫酶活性的影響Fig.3 Effect of cotton straw returning soil on soil catalase activity of different soil layers at different sampling times

3 討論與結論

秸稈歸還土壤后，為土壤微生物提供了充足的能源，對土壤微生物的數(shù)量和活性具有顯著的促進作用[21-23]。不同種群微生物因其特性不同對秸稈還田的響應有一定差異。趙亞麗等[9]研究認為秸稈還田有利于增加土壤微生物數(shù)量。認為秸稈還田有利于增加土壤微生物數(shù)量。劉定輝等[2]研究認為，水稻、油菜秸稈還田顯著增加了土壤微生物的數(shù)量，在三大微生物類群中對土壤細菌的增加幅度最大。本試驗結果表明，連續(xù)4年棉花秸稈還田有利于增加土壤細菌、真菌、放線菌及微生物總數(shù)量，分別比秸稈未還田提高20.59%～56.85%，26.38%～32.30%，4.29%～54.00%，19.87%～56.15%，其主要原因為隨著秸稈還田年限的增加，土壤中積累的秸稈不斷腐解，為土壤微生物提供了充足的有效養(yǎng)分和能量物質，從而催生更多的土壤微生物生長和繁殖，使土壤微生物數(shù)量增加。但真菌易引起一些土傳病害的發(fā)生，隨著真菌數(shù)量的增加，土壤病蟲害發(fā)生的幾率有可能因此而增大[10]，因此，在進行長期棉花秸稈還田維持土壤生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的基礎上，應注意防止土壤病蟲害的發(fā)生。

土壤酶來自于土壤微生物、動植物活體或殘體，在土壤中分布廣泛，眾多學者關心秸稈還田對土壤酶活性的影響。在玉米不同生育期內，有玉米秸稈還田相比無秸稈處理可使土壤脲酶、堿性磷酸酶、轉化酶和脫氫酶活性提高[11]。孟慶陽等[19]研究認為玉米秸稈還田使土壤脲酶活性明顯升高。本試驗認為連續(xù)4年棉花秸稈還田相比未還田，有利于提高土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，其主要原因為一方面秸稈還田改善了土壤的水熱狀況，增加了土壤中可利用的能源物質，使土壤微生物數(shù)量增加進而增加土壤酶的分泌；另一方面還田秸稈本身也帶有大量活的微生物。

連續(xù)4年棉花秸稈還田與未還田相比，土壤微生物數(shù)量有一定程度的增加，各土層土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量均高于未還田棉田；秸稈還田提高了土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，有利于保持和改善土壤的生物學特性。但在進行長期棉花秸稈還田的同時，應進一步研究和探討由此可能產(chǎn)生的土壤病蟲害問題，以實現(xiàn)土壤生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

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Effects of Cotton Straw Returning Soil on Soil Microbes Quantites and Enzyme Activities

LIU Yanhui1，WANG Shuanglei1，2，LI Jinpu1，3，QIN Dulin1，ZHANG Meiling1， NIE Junjun1，MAO Lili1，SONG Xianliang1，SUN Xuezhen1

(1.College of Agronomy，Shandong Agricultural University，State Key Laboratory of Crop Biology，
Tai′an 271018，China；2.Yantai Agricultural Technology Extension Service，Yantai 264000，China； 3.Pingdingshan Seed Service Center，Pingdingshan 467000，China)

To study the effects of cotton straw returning soil on soil microbes quantities and enzyme activities，experiments were conducted at the Experimental Station of Shandong Agricultural University with two treatments(4-year straw returning soil and no straw returning soil) to investigate soil microbes quantities and enzyme activities across 0-60 cm depths after cotton straw returning for four consecutive years.The main results indicated that cotton straw returning soil significantly increased the quantity of total microbe by on average 19.87%(0-20 cm)，20.07%(20-40 cm) and 56.15%(40-60 cm)，including soil bacteria and fungi quantity significantly increased by on average 20.91%，26.38%(0-20 cm)，20.59%，31.18%(20-40 cm)，56.85%，32.30%(40-60 cm)，respectively，comparing to no straw returning soil treatment；soil actinomyces quantity increased by on average 4.29%(P>0.05)，11.62%(P<0.05)，54.00%(P<0.05)across 0-20 cm，20-40 cm，40-60 cm depths，respectively，comparing to no straw returning soil treatment.Cotton straw returning soil had no significant effect on soil urease activities at 0-20 cm depth，comparing to no straw returning soil treatment，while straw returning soil significantly increased soil urease activities across all sampling times except September at 20-40 cm and all sampling times except July at 40-60 cm depths by on average 13.43% and 24.03%，respectively.Except May at 20-40 cm and August at 40-60 cm depths，soil sucrase activities after cotton straw returning soil significantly increased across 0-20 cm，20-40 cm and 40-60 cm depths by on average 27.08%，46.96% and 57.59%，comparing to no straw returning soil treatment.Except July and August at 0-20 cm depth，cotton straw returning soil significantly increased soil catalase activity at by on average 8.73%，comparing to no straw returning soil treatment，while straw returning soil had no significant effect on soil catalase activity across 20-40 cm and 40-60 cm depths except May and June at 20-40 cm depths.These results indicated that cotton straw returning soil could maintain and improved the biological characteristics of the soil.

Cotton；Straw returning soil；Soil；Microbes quantities；Enzyme activities

2016-07-09

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2013BAD05B06)；國家自然科學基金(31601253)；山東省現(xiàn)代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系(棉花)建設專項資金(SDAIT-03)；山東省自然科學基金項目(ZR2016CQ20)；山東省農業(yè)良種工程課題(2013LZ；2014LZ)；山東農業(yè)大學鹽堿地改良利用項目(2014)

劉艷慧(1990-)，女，山東濟寧人，在讀碩士，主要從事棉花秸稈還田及高產(chǎn)栽培研究。

孫學振(1964-)，男，山東菏澤人，教授，博士，博士生導師，主要從事棉花生理生態(tài)研究。 宋憲亮(1972-)，男，山東淄博人，教授，博士，博士生導師，主要從事棉花育種研究。

S158

A

1000-7091(2016)06-0151-06

10.7668/hbnxb.2016.06.024