張建峰　苗天瑤　吉麗　孟凡娟　張潔婧

摘要：以秸稈焚燒后覆蓋的黑鈣土和棕壤為對(duì)象，研究秸稈焚燒對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量、脲酶活性的影響，并探討脲酶活性與土壤理化性質(zhì)及微生物間的相關(guān)性。結(jié)果表明，焚燒秸稈后，細(xì)菌和放線菌數(shù)量有一定程度的減少，真菌數(shù)量、電導(dǎo)率、脲酶活性有一定程度的增加；0～5 cm耕層土壤堿解氮含量幾乎沒(méi)有變化，5～10 cm耕層土壤堿解氮含量平均降低18.86%；黑鈣土有機(jī)質(zhì)含量平均下降6.37%，棕壤有機(jī)質(zhì)含量平均增加5.98%。相關(guān)分析表明，細(xì)菌與脲酶活性呈負(fù)的相關(guān)性，真菌、電導(dǎo)率與脲酶活性呈正的相關(guān)性。研究結(jié)果表明，焚燒秸稈對(duì)土壤肥力的改善并未起到促進(jìn)作用，同時(shí)焚燒秸稈使細(xì)菌、放線菌數(shù)量降低，真菌數(shù)量增加，增加土傳病害的發(fā)病率，不利于作物生長(zhǎng)，還降低作物產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：焚燒秸稈；土壤理化性質(zhì)；微生物；脲酶

中圖分類號(hào)： S154文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）11-0215-03[HS）][HT9.SS]

作物秸稈是當(dāng)今世界較為重要的生物質(zhì)能源之一[1-2]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國(guó)秸稈理論產(chǎn)量為8.4億t，可收集的秸稈量為7億t左右[3]。吉林省是我國(guó)玉米生產(chǎn)的主要省份，到2013年，吉林省的玉米播種面積為350萬(wàn)hm2，占全國(guó)玉米播種面積的9.6%，玉米總產(chǎn)量為2 775. 7萬(wàn)t，占全國(guó)玉米產(chǎn)量的7.6%[4]，隨著玉米的播種面積和總產(chǎn)量的不斷提高，秸稈的產(chǎn)量也隨之增加。但隨著人們生活水平的不斷提高，昔日作為薪材的秸稈只能被農(nóng)民付之一炬，這不僅造成了資源的浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)境造成了巨大的威脅，也一定程度上影響了土壤生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)報(bào)道，焚燒秸稈可降低土壤有機(jī)質(zhì)含量，抑制根際微生物生長(zhǎng)[5-7]。本試驗(yàn)以種植玉米的黑鈣土和棕壤土為研究對(duì)象，對(duì)比火燒前后土壤微生物數(shù)量、理化性質(zhì)、脲酶活性的變化，并探討脲酶活性與土壤理化性質(zhì)及微生物間的相關(guān)性，以期為全面認(rèn)識(shí)焚燒秸稈對(duì)土壤性質(zhì)的影響提供參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究地位于吉林省四平市梨樹縣（123°45″～124°53″E，42°49″～43°46″N），地勢(shì)東南高，西北低，南部低山丘陵，中部波狀平原，北部為東遼河沖積平原，北溫帶半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)性氣候，四季分明，雨熱同季，年均氣溫6.1 ℃，年均降水量 550 mm，受地質(zhì)條件和土質(zhì)影響，縣域土壤類型較多，有棕壤、黑土、黑鈣土、草甸土、鹽土、堿土等17種類型。

1.2土樣采集

2014年4月于梨樹縣的榆樹臺(tái)鎮(zhèn)（黑鈣土）、三合村泉眼嶺鄉(xiāng)（黑鈣土）、十家堡鎮(zhèn)（棕壤）、泉眼溝基地（棕壤）等4個(gè)試驗(yàn)區(qū)將收地后的玉米秸稈全部點(diǎn)燃。焚燒秸稈前1周和后1周進(jìn)行土壤取樣，采集深度0～5、5～10 cm，重復(fù)3次，每1個(gè)樣品移去表面的秸稈及凋落物后用土鉆采集土樣3份混合，然后采用四分法取出約250 g土壤，分成2部分：一部分保存在4 ℃冰箱中，測(cè)定其微生物的數(shù)量，另一部分風(fēng)干后用于土壤理化指標(biāo)及脲酶活性的測(cè)定。

1.3分析方法

土壤微生物數(shù)量采用梯度稀釋平板法測(cè)定，細(xì)菌用LB培養(yǎng)基，真菌用PDA培養(yǎng)基，放線菌用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基[8]。土壤pH值采用電位法測(cè)定，全鹽含量采用電導(dǎo)法，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法[9-10]，脲酶活性采用靛藍(lán)比色法測(cè)定[11]。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS 19.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1土壤微生物的數(shù)量

土壤微生物的多少是反映土壤肥力大小的一個(gè)重要指標(biāo)[12]，它的變化會(huì)直接導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的變化[13]。由表1可以看出，焚燒秸稈后，0～5 cm耕層黑鈣土細(xì)菌、放線菌數(shù)量分別平均減少66.09%、24.90%，真菌數(shù)量平均增加1484%；5～10 cm 細(xì)菌、放線菌數(shù)量分別平均減少67.83%、34.99%，真菌數(shù)量平均增加46.80%，可見焚燒秸稈對(duì)耕層 5～10 cm黑鈣土微生物的影響大于耕層0～5 cm。0～5 cm耕層棕壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量分別平均減少67.43%、45.31%，真菌數(shù)量平均增加2928%；5～10 cm細(xì)菌、放線菌數(shù)量分2.2土壤理化性質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤微生物必不可少的碳源和氮源，同時(shí)也是土壤肥力高低的重要指標(biāo)[14-16]。由表2可以看出，秸稈焚燒后，黑鈣土壤有機(jī)質(zhì)含量出現(xiàn)不同程度的下降，其中0～5、5～10 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別平均降低11.60%、113%；而棕壤有機(jī)質(zhì)含量則出現(xiàn)不同程度的升高，0～5、5～10 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別平均增加8.43%、3.53%。說(shuō)明焚燒秸稈對(duì)0～5 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響大于 5～10 cm的耕層土壤。

土壤pH值、電導(dǎo)率的變化將直接或間接反映土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的變化，如土壤中的水分、溫度、有機(jī)質(zhì)含量的變化都將導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率和pH值的變化[17-18]。秸稈焚燒后，0～5 cm耕層土壤pH值總體呈上升趨勢(shì)，5～10 cm耕層土壤pH值呈下降趨勢(shì)。土壤電導(dǎo)率總體呈上升趨勢(shì)，增幅在7.89%～69.14%。

焚燒秸稈后，0～5 cm耕層土壤堿解氮含量幾乎沒(méi)有變化，但5～10 cm耕層土壤堿解氮含量不同程度降低了，黑鈣土、棕壤堿解氮含量分別平均減少9.30%、28.50%，這說(shuō)明焚燒秸稈對(duì)耕層土壤的影響為5～10 cm>0～5 cm，對(duì)土壤類型的影響為棕壤>黑鈣土。[FL）]

2.3土壤脲酶活性

土壤脲酶是由動(dòng)植物、微生物活體分泌及由動(dòng)植物遺骸、殘?bào)w分解釋放于土壤中的一類具有催化脲素分解的的生物活性物質(zhì)，是土壤的組成成分之一，其活性越高，越不利于氮肥的保存。由表3可以看出，焚燒秸稈引起土壤脲酶活性不同程度升高，其中黑鈣土脲酶活性的增幅在29.81%～8447%，棕壤脲酶活性的增幅在0～51.77%。0～5 cm耕層土壤脲酶活性的增幅在25.54%～84.47%之間，5～10 cm耕層土壤脲酶活性的增幅在0～59.35%之間。這說(shuō)明焚燒秸稈對(duì)土壤類型的影響為黑鈣土>棕壤，對(duì)耕層土壤的影響為0～5 cm>5～10 cm。

[HTK]2.4脲酶活性與土壤理化性質(zhì)及微生物間的相關(guān)性[HT]

由表4可以看出，細(xì)菌與脲酶活性呈負(fù)相關(guān)，真菌、電導(dǎo)率與脲酶活性呈正相關(guān)，這說(shuō)明微生物的數(shù)量可以直接或間接影響酶的活性。0～5 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)與脲酶活性呈現(xiàn)很[CM且均達(dá)到顯著水平，這說(shuō)明不同土壤類型酶的活性受土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響并不一致。

3結(jié)論與討論

秸稈焚燒后，土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量明顯降低，真菌數(shù)量、電導(dǎo)率、脲酶活性明顯升高。焚燒秸稈后，秸稈中的N素在土壤表層積累，使土壤表層堿解氮含量變化不明顯，這與陳亮等的研究結(jié)果[19-21]基本一致。這表明焚燒秸稈產(chǎn)生的熱量可以殺死大部分微生物，但由于火燒強(qiáng)度等因素的不確定性，使真菌數(shù)量反而增加，加大土壤病蟲害的發(fā)生機(jī)率。不同類型[CM（25]土壤有機(jī)質(zhì)的含量變化并不一致，這可能是由于黑鈣土自[CM）]

身有機(jī)質(zhì)的積累量大于分解量，秸稈焚燒后使黑鈣土壤有機(jī)質(zhì)大量減少，而短短數(shù)月不足以使有機(jī)質(zhì)含量恢復(fù)到火燒前；由于土壤溫度在一定范圍內(nèi)可使有機(jī)質(zhì)通過(guò)蒸餾作用發(fā)生分解，這些經(jīng)過(guò)蒸餾降解所形成的較為細(xì)小的有機(jī)質(zhì)成分易于隨著水分向下位移，從而增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。這可能造成棕壤有機(jī)質(zhì)含量增加，從而導(dǎo)致不同類型土壤有機(jī)質(zhì)的變化規(guī)律不盡相同。

焚燒秸稈對(duì)土壤肥力的改善并未起到促進(jìn)作用，同時(shí)焚燒秸稈使細(xì)菌、放線菌數(shù)量降低、真菌數(shù)量增加，這將增加土傳病害的發(fā)病率，不利于作物生長(zhǎng)，降低作物產(chǎn)量，同時(shí)，脲酶的增加可能造成氮肥的流失。

參考文獻(xiàn)：

[1]Levine J S. Global biomass burning：atmospheric，climatic，and biospheric implications[M]. Massachusetts Press，1991：3-21.

[2]Department of Energy. Annual energy outlook 2005：with projections to 2025[R]. Washington：Energy Information Administration，2005.

[3]劉宇，史同瑞，朱丹丹，等. 玉米秸稈利用現(xiàn)狀及其生物發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)畜牧雜志，2014，50（6）：61-64.

[4]黨擁華，李克祥. 吉林省玉米秸稈利用的現(xiàn)狀與建議[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2015（5）：148-150.

[5]劉天學(xué)，紀(jì)秀娥. 焚燒秸桿對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和微生物的影響研究[J]. 土壤，2003，35（4）：347-348.

[6]霍憲起. 焚燒秸稈對(duì)玉米幼苗和根際微生物的影響[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（11）：27-29.

[7]劉天學(xué)，牛天嶺，常加忠，等. 焚燒秸稈不利于玉米幼苗和根際微生物的生長(zhǎng)[J]. 植物生理學(xué)通訊，2004，40（5）：564-566.

[8]中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M]. 北京：科學(xué)出版社，1985：58-88.

[9]張韞. 土壤水植物理化分析教程[M]. 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2011：53-86.[ZK）]

[10]楊劍虹，王成林，代亨林. 土壤農(nóng)化分析與環(huán)境監(jiān)測(cè)[M]. 北京：中國(guó)大地出版社，2008：26-75.

[11]薛立，陳紅躍，楊振意，等. 火災(zāi)對(duì)馬尾松林地土壤特性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（22）：6824-6831.

[12]陳文新. 土壤和環(huán)境微生物學(xué)[M]. 北京：北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1990：180-209.

[13]趙彬，孫龍，胡海清，等. 興安落葉松林火后對(duì)土壤養(yǎng)分和土壤微生物生物量的影響[J]. 自然資源學(xué)報(bào)，2011，26（3）：450-459.

[14]佩奇 A L，米勒 R H. 土壤分析法[M]. 閔九康，郝心仁，嚴(yán)慧峻，等譯. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1991：369-401.

[15]鄧邦良，袁知洋，溫衛(wèi)華，等. 武功山山地草甸土壤有機(jī)質(zhì)、全氮及堿解氮分布格局及關(guān)系[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11）：414-417.

[16]辛展，婁華君，李穎，等. 泊江海子流域土壤有機(jī)質(zhì)、全氮空間分布特征[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（3）：323-326.

[17]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：152-196.

[18]曾路生，高巖，李俊良，等. 壽光大棚菜地酸化與土壤養(yǎng)分變化關(guān)系研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2010，24（4）：157-161.

[19]陳亮，趙蘭坡，趙興敏. 秸稈焚燒對(duì)不同耕層土壤酶活性、微生物數(shù)量以及土壤理化性狀的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2012，26（4）：118-122.

[20]張敏，胡海清. 林火對(duì)土壤微生物的影響[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30（4）：44-46.

[21]王謝，向成華，李賢偉，等. 冬季火對(duì)川西亞高山草地土壤微生物功能多樣性及其強(qiáng)度的短期影響[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，5（5）：468-476.[ZK）][HT][HJ][FL）]