王雅芝，齊 鵬，王曉嬌，焦亞鵬，郭高文，馬娟娟，張 淇，王軍霞，甘 潤，王利文

（1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學管理學院，甘肅 蘭州 730070）

保護性耕作是一種以保護環(huán)境和提高環(huán)境質(zhì)量為前提，在農(nóng)田中進行免耕、少耕或秸稈覆蓋以及播種、施肥等復合作業(yè)的機械化耕作方式[1-2]。2017年我國已有保耕面積7 584 萬hm2，其中秸稈還田面積和免耕面積分別為5 003 萬和1 412 萬hm2[3]。與傳統(tǒng)耕作方式相比，保護性耕作既有省力省工、運行成本低的優(yōu)點，又可以減少土壤侵蝕、改善土壤理化性質(zhì)、促進土壤微生物繁殖、提高微生物活性和多樣性。國內(nèi)外對保護性耕作已有的研究主要集中在保護性耕作與水土保持[4-5]、保護性耕作與土壤理化性狀[6-8]、保護性耕作與土壤微生物多樣性指標[9-10]、保護性耕作對土壤中有機碳儲量的影響以及對大氣中CO2的貢獻等[11-12]。保護性耕作可以通過有效增加土壤有機質(zhì)含量，調(diào)節(jié)土壤碳氮比(C/N)及土壤溫度和水分的變化，為土壤微生物的生長與繁殖提供豐富的可利用資源[13]，使土壤生態(tài)過程更加活躍，從而提高養(yǎng)分利用率，對改善土壤質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境具有重要意義[14-17]。

土壤微生物多樣性研究可以作為判斷土壤肥力和土壤污染程度的指標[18]，也可以用于判斷植被恢復方式和土壤利用方式等的好壞程度[19-20]，其研究對于應對全球氣候變化、控制各類環(huán)境污染、維護生態(tài)服務功能、促進土壤可持續(xù)利用等具有重要意義。隨著保護性耕作在我國的推廣應用，研究者們已經(jīng)開展了大量的研究來評價保護性耕作對土壤微生物多樣性的影響。Wang 等[21]研究曾發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)耕作相比，保護性耕作處理對土壤細菌和真菌的豐度及多樣性(Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù))都有積極的影響；李彥等[22]總結了近年來我國北方保護性耕作對土壤微生物多樣性的影響結果：免耕及秸稈還田可明顯提高表層土壤微生物量以及多樣性，特別是對真菌多樣性的影響最明顯。然而，Sun等[23]指出，免耕降低了土壤真菌的生物量及多樣性，且隨著免耕試驗年限的增加，真菌多樣性反而會下降。另外，也有研究認為，耕作措施對土壤微生物多樣性的影響不顯著[24]。因此，保護性耕作對土壤微生物多樣性影響效果不盡相同，原因可能是：1)土壤微生物多樣性容易受到人為的干擾，而且對土壤變化也非常敏感[25]，不同的耕作方式對土壤微生物多樣性會產(chǎn)生不同影響；2)土壤微生物的組成在不同類型生境中存在著明顯的差異[26]，不同的耕作方法將會造成不同的土壤環(huán)境，從而導致土壤微生物數(shù)量和結構組成的變化[27-28]。

已有的研究之間的分歧為保護性耕作對土壤微生物多樣性影響的結果和推廣應用帶來了諸多的不確定性。為了更為準確、全面地了解和研究保護性耕作對土壤微生物多樣性的影響，本研究通過系統(tǒng)搜集我國保護性耕作下土壤微生物多樣性相關的研究文獻，以傳統(tǒng)耕作為對照，選擇Shannon 和Simpson 指數(shù)作為微生物多樣性的指標，這兩個多樣性指數(shù)能夠?qū)ν寥牢⑸锏呢S富度及均勻度進行綜合評價，是目前研究土壤微生物多樣性最為廣泛的兩個數(shù)量指標[29]。采用Meta 分析法定量分析我國不同保護性耕作措施下土壤微生物多樣性的變化及其影響因素，以便為提高土壤養(yǎng)分可利用性、改善土壤環(huán)境以及保護性耕作的推廣和應用提供科學依據(jù)?；谝延械难芯浚龀鲆韵录僭O：1)保護性耕作下土壤微生物多樣性顯著高于傳統(tǒng)耕作；2)這種積極的響應取決于保護性耕作施行的區(qū)域、種植作物以及試驗年限等，在我國北方施行保護性耕作對土壤微生物多樣性的增加效果應該較其他區(qū)域好，施行保護性耕作年限不應過長，否則不但沒有效果反而會適得其反。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

通過 Web of Science、Google Scholar、中國知網(wǎng)(CNKI)、萬方、維普等中英文數(shù)據(jù)庫檢索了2019 年6 月1 日前國內(nèi)有關保護性耕作和土壤微生物多樣性的文章，用于檢索的關鍵詞和短語包括“保護性耕作(conservation tillage/protective cultivation/protective tillage)”或“秸稈還田(covering straw/straw cover/straw mulch)”、“免耕(no tillage)”和“微生物多樣性(microbial diversity/morphological diversity/ metabolic diversity)”、“中國(China)”等，所選文章基于以下標準：(1)試驗區(qū)域選擇中國地區(qū)，試驗的開始和結束年份明確；(2)包含免耕秸稈不還田(NT)、免耕秸稈還田(NTS)和傳統(tǒng)耕作+秸稈還田(TS)措施中的一種或多種，以傳統(tǒng)耕作(CT)為對照；(3)研究點的背景條件、研究方法明確；(4)相同的試驗數(shù)據(jù)發(fā)表在不同期刊時，選擇信息描述較為全面的文獻。

1.2 數(shù)據(jù)提取

通過NoteExpress 剔除試驗地點、試驗年份、作物類型和試驗數(shù)據(jù)結果相同的文獻。共有42 篇文獻符合篩選標準，并納入Meta 分析。對于數(shù)據(jù)庫中的每項研究，還搜集了相關的試驗地點、氣候因素(年平均溫度和降水量)、試驗持續(xù)時間(年)和保護性耕作類型等(表1)。數(shù)據(jù)來自各項納入研究的表格和圖表，有些文獻直接報告了標準差或者根據(jù)標準誤和樣本量計算標準差。當數(shù)據(jù)以圖形的形式呈現(xiàn)時，通過Web Plot Digitizer 軟件提取[30]。

最后，篩選得到了263 組Shannon 指數(shù)和245組Simpson 指數(shù)配對試驗數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)涵蓋了廣泛的氣候條件和不同的土壤理化性質(zhì)。例如，年均溫度和降水量分別為1.5～22 ℃和150～1 800 mm。土壤性質(zhì)如土壤pH (4.9～8.5)和土壤有機碳含量(2.91～37.34 g·kg?1)也顯示了廣泛的范圍。此外，年均氮肥施用量范圍為28.5～495 kg·hm?2，平均施用量為224.1 kg·hm?2；保護性耕作持續(xù)時間為1～30 年。

1.3 統(tǒng)計分析

對保護性耕作下土壤微生物多樣性進行Meta分析，指數(shù)的標準差是Meta 分析的重要指標，對于只提供標準誤的數(shù)據(jù)，可通過公式(1)計算標準差：

為便于解釋保護性耕作對土壤微生物多樣性變化的影響，將分析結果轉(zhuǎn)化為相對變化率(Y)，計算公式：

如果Y 的95%置信區(qū)間(CI)與0 重疊，則可認為處理組與對照組差異不顯著；若 Y 的95%置信區(qū)間不與0 重疊，當P ＜ 0.05 時，響應顯著[33-34]。

1.3.1 異質(zhì)性檢驗

通過構建異質(zhì)性檢驗Q 統(tǒng)計量進行檢驗，當異質(zhì)性檢驗結果顯著時選擇隨機效應模型，反之則選擇固定效應模型。

1.3.2 發(fā)表偏倚檢驗

小樣本比大樣本研究包含更大的處理效應，更易于發(fā)表，因此會產(chǎn)生發(fā)表偏倚[35]。本研究采用回歸檢驗法進行發(fā)表偏倚檢驗。

1.3.3 Meta 回歸

將原文獻按照一定標準劃分為不同組別，并對其進行Meta 回歸分析以檢驗不同研究間異質(zhì)性的來源[36]。

1.3.4 亞組分析

對不同的影響因素進行亞組分析，以尋找更加詳細的異質(zhì)性信息，同時也可作為Meta 回歸分析穩(wěn)健性的檢驗[36]。

表1 樣本基本信息Table 1 Sample basic information

續(xù)表 1Table 1 (Continued)

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft office 2010 進行數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)集建立，以及常規(guī)的數(shù)據(jù)計算；利用Metawin 2.1 進行Meta 分析[34]，確定保護性耕作是否對微生物多樣性有顯著影響。此外，利用Stata 15.0 進行Meta 回歸分析和亞組分析以檢驗不同研究間異質(zhì)性的來源并且尋找更加詳細的異質(zhì)性信息，利用Sigmaplot 14.0 軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 保護性耕作對土壤微生物多樣性指數(shù)的異質(zhì)性及發(fā)表偏倚檢驗

對保護性耕作下土壤微生物Shannon 和Simpson多樣性指數(shù)進行異質(zhì)性檢驗(表2)，結果表明，3 種保護性耕作處理異質(zhì)性檢驗均達到顯著水平(PQ＜0.05)，因此均采用隨機效應模型。發(fā)表偏倚檢驗結果(表2)表明，對于Shannon 指數(shù)，NT/CT、TS/CT 及NTS/CT 3 個組合間均不存在發(fā)表偏倚(P ＞ 0.05)。對于Simpson 指數(shù)，3 個組合間也均不存在發(fā)表偏倚(P ＞ 0.05)。

2.2 不同保護性耕作措施對土壤微生物多樣性指數(shù)的影響

與傳統(tǒng)耕作(CT)相比，3 種保護性耕作(NT、TS、NTS)均顯著增加了土壤微生物的Shannon 多樣性指數(shù)(P ＜ 0.05)，尤其是NTS 增加效果最佳，增幅為8.4% (圖1)。對于真菌Shannon 指數(shù)，NT 和NTS均產(chǎn)生正效應，效應值分別為0.044 (95% CI: 0.014～0.073)和0.061 (0.050～0.072)，而TS 對真菌Shannon指數(shù)無顯著影響(P ＞ 0.05)。NT、TS、NTS 均顯著提高了細菌Shannon指數(shù)，增幅分別為3.8%、0.8%和5.6% (P ＜ 0.05)。

與CT 相比，TS 和NTS 均顯著增加了土壤微生物及土壤細菌的Simpson 指數(shù)(圖1)，增幅分別為2.5%、3.7%和14.2%、19.3% (P ＜ 0.05)，NT 則對土壤全體微生物及土壤細菌的Simpson 指數(shù)無顯著影響(P ＞ 0.05)。真菌的Simpson 指數(shù)只在NT 下顯著增加5.3% (P ＜ 0.05)，在TS、NTS 下均無顯著變化(P ＞ 0.05)。

表2 保護性耕作對Shannon 和Simpson 指數(shù)的異質(zhì)性及發(fā)表偏倚檢驗Table 2 Heterogeneity tests and Publication bias tests of Shannon and Simpson indices

圖1 保護性耕作下土壤微生物Shannon 和Simpson 指數(shù)效應值Figure 1 Effect size of Shannon and Simpson indices of soil microorganisms under conservation tillage

2.3 保護性耕作下土壤微生物多樣性的影響因素

2.3.1 Meta 回歸分析

上述研究結果顯示，保護性耕作具有明顯提高土壤微生物多樣性的效果，其中對土壤微生物Shannon 多樣性指數(shù)的促進作用最為明顯。本研究將土壤Shannon 指數(shù)數(shù)據(jù)進一步按照年均降水量、年均氣溫、氮肥施用量、試驗年限、試驗地區(qū)、種植作物、起始土壤有機碳含量(soil organic carbon，SOC)和pH 分組，運用 Meta 回歸分析檢驗研究間異質(zhì)性的來源(表3)，由于影響因素數(shù)據(jù)相對較少，本研究將NT 和NTS 作為免耕整體(NT)與CT 進行對比分析。

表3 保護性耕作對Shannon 指數(shù)的Meta 回歸分析Table 3 Meta-regression analysis of Shannon index by conservation tillage

由表3 分析可知，在TS 和CT 組合中，其異質(zhì)性的主要來源為年均氣溫、氮肥施用量、種植作物以及起始土壤SOC 含量；在NT 與CT 組合中，其異質(zhì)性的主要來源為年均降水量、氮肥施用量、試驗地區(qū)、試驗年限、起始土壤SOC 含量和pH。

2.3.2 亞組分析

在Meta 回歸的基礎上，為進一步明確保護性耕作促進土壤微生物多樣性在不同研究位點亞組間的變化，更好地了解保護性耕作增加土壤微生物多樣性的過程中所需要的條件或影響因素，本研究利用亞組分析，探討了不同氣候條件(年均氣溫和年均降水量)、不同土壤條件(土壤pH、土壤SOC 含量和不同氮肥施用量)、不同試驗年限以及種植不同作物條件下，保護性耕作提高土壤微生物多樣性Shannon 指數(shù)在不同亞組之間的變化。

傳耕+秸稈還田(TS)與傳統(tǒng)耕作組合的土壤微生物多樣性指數(shù)影響因素分析(圖2)結果表明，土壤Shannon 指數(shù)效應值在相對寒冷地區(qū)(年均氣溫 ≤ 5 ℃)、相對溫暖地區(qū)(5～10、10～15 ℃)和年均氣溫 ＞ 15 ℃ 4 個亞組之間均存在顯著正效應，Shannon指數(shù)隨著年均氣溫的升高而增加，然而當年均氣溫在5～10 ℃時，Shannon 指數(shù)增加效果最低，增幅為2.3%。不同年均降水量(≤ 500 mm、500～1 000 mm、＞ 1 000 mm)下，TS 均顯著增加了Shannon 指數(shù)(P ＜0.05)，分別增加2.5%、4.9%和6.7%。與傳統(tǒng)耕作相比，實施TS ≤ 5 年時，土壤Shannon 指數(shù)顯著增加6.1%，試驗年限為5～10 年時，土壤Shannon 指數(shù)卻顯著下降4.1% (P ＜ 0.05)，當試驗年限 ＞ 10 年后，土壤Shannon 指數(shù)差異不顯著(P ＞ 0.05)。氮肥施用量為100～150 kg·hm?2時，TS 處理下，土壤Shannon 指數(shù)顯著增加3.7% (P ＜ 0.05)。土壤起始SOC 在7～15 g·kg?1時，TS 處理下土壤Shannon 指數(shù)顯著增加(P ＜ 0.05)，土壤條件較差(≤ 7 g·kg?1)時，則無顯著差異(P ＞ 0.05)。當土壤為酸性或堿性土壤(pH ≤ 7或pH ≥ 8)，TS 處理下的土壤Shannon 指數(shù)均顯著增加6.6%、13.9%，但在弱堿性土壤(pH 7～8)中，TS 卻顯著降低13.9%的土壤Shannon 指數(shù)(P ＜ 0.05)。與CT 相比，TS 處理下種植水稻(Oryza sativa)、豌豆(Pisum sativum)、小麥(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)的土壤中，Shannon 指數(shù)均顯著增加，種植大豆(Glycine max)的土壤在TS 處理下的Shannon 指數(shù)無顯著差異(P ＞ 0.05)，而棉花(Gossypium)土壤中的Shannon 指數(shù)卻顯著降低，降幅為15.7% (95%CI：?21.7%～9.3%)。在西北、東北以及西南地區(qū)實施TS 均會顯著增加Shannon 指數(shù)(P ＜ 0.05)。

圖2 保護性耕作下土壤微生物多樣性Shannon 指數(shù)影響因素分析Figure 2 Analysis of factors affecting Shannon index of soil microbial diversity under conservation tillage

免耕(NT)與傳統(tǒng)耕作組合的土壤微生物多樣性指數(shù)影響因素分析(圖2)結果表明，在年均氣溫 ≤5 ℃的地區(qū)，NT 土壤Shannon 指數(shù)與傳統(tǒng)耕作的差異不顯著(平均增加率0.2%，95% CI: ?5.9%～6.6%)，當年均氣溫 ＞ 5 ℃時，NT 顯著增加土壤Shannon 指數(shù)(P ＜ 0.05)，并 且Shannon 隨 著 溫 度 的升 高 而 增加，增幅分別為4.8%、13.5%和17.5%。在年均降水量 ＞ 1 000 mm 的地區(qū)，NT 土壤Shannon 指數(shù)與傳統(tǒng)耕作的差異不顯著(P ＞ 0.05)，而年均降水量500～1 000 mm 地區(qū)的土壤Shannon 指數(shù)在NT 處理下增幅最大，為9.7%。NT 處理 ＞ 10 年后，土壤Shannon指數(shù)差異不顯著(P ＞ 0.05)，但當試驗年限 ≤ 5 年、5～10 年時，NT 分別顯著增加了7.3%和11.2%的土壤Shannon 指數(shù)(P ＜ 0.05)。NT 處理下，當?shù)适┯昧繛?00～150 kg·hm?2時，土壤Shannon 指數(shù)顯著增加11.1% (P ＜ 0.05)。在土壤狀況不理想的條件下(起始SOC ≤ 7 g·kg?1)，NT 對Shannon 指數(shù)的影響與CT 相比不顯著(95% CI 值包含0)，而當土壤條件有 所改 善 (起始SOC 為7～10 g·kg?1)和明 顯 較 好(起始SOC ＞ 15 g·kg?1) 時，NT 較CT 表現(xiàn)出顯著增加Shannon 指數(shù)的效果，分別顯著增加1.2%和6.7%(P ＜ 0.05)。在酸性(pH ≤ 7)和堿性土壤(pH ＞ 8)中，NT 與CT 相比，均表現(xiàn)出對Shannon 指數(shù)顯著增加，增幅分別為3.0%和4.1%；然而在弱堿性土壤(pH 7～8)中，NT 顯著降低了Shannon 指數(shù)(P ＜ 0.05)。NT 處理下種植水稻和玉米的土壤中，Shannon 指數(shù)均顯著增加(P ＜ 0.05)，其他作物均無顯著差異(P ＞0.05)。免耕對Shannon 指數(shù)的影響還與不同試驗地區(qū)有關，在西北、東北以及西南地區(qū)實施NT 均會顯著增加Shannon 指數(shù)，且西南地區(qū)NT 下Shannon 指數(shù)的增幅最大，為14.4% (P ＜ 0.05)。

2.3.3 回歸分析

(1)不同氣候條件

年均氣溫與效應值的回歸分析表明(表4)，與傳統(tǒng)耕作相比，秸稈還田與免耕農(nóng)田土壤微生物Shannon 指數(shù)均隨年均氣溫升高顯著增加(P ＜ 0.05)；同理，秸稈還田與免耕農(nóng)田土壤微生物Shannon 指數(shù)均隨年均降水量升高顯著增加(P ＜ 0.05)?？傮w上看，保護性耕作農(nóng)田土壤微生物Shannon 指數(shù)受年均氣溫影響較年均降水量影響大。

表4 影響因素與保護性耕作下土壤微生物多樣性Shannon 指數(shù)效應值的回歸分析Table 4 Regression analysis of influencing factors and soil microbial diversity(Shannon index effect value) under conservation tillage

(2)不同施肥與試驗年限條件

如表4 所列，不同試驗年限與秸稈還田及免耕農(nóng)田土壤微生物Shannon 指數(shù)均無顯著相關性(P ＞0.05)；與傳統(tǒng)耕作相比，秸稈還田與免耕農(nóng)田土壤微生物Shannon 指數(shù)均隨氮肥施用量增加而降低(P ＜ 0.05)。

(3)不同土壤條件

如表4 所列，與傳統(tǒng)耕作相比，秸稈還田與免耕農(nóng)田土壤微生物Shannon 指數(shù)均隨起始土壤有機碳含量增加而增加(P ＜ 0.05)，并且免耕農(nóng)田土壤Shannon 指數(shù)受起始土壤有機碳含量影響較大；保護性耕作農(nóng)田Shannon 指數(shù)則與土壤pH 無顯著相關性(P ＞ 0.05)。

3 討論

保護性耕作措施對土壤微生物多樣性的研究結果存在一定爭議，本研究經(jīng)過Meta 分析表明：與傳統(tǒng)耕作(CT)相比，保護性耕作(NT、TS 和NTS)均顯著增加土壤微生物的多樣性(Shannon 和Simpson多樣性指數(shù))，免耕秸稈還田(NTS)增加效果最佳。這與董立國[37]發(fā)現(xiàn)玉米地免耕秸稈覆蓋處理下土壤微生物多樣性指數(shù)顯著高于傳統(tǒng)耕作；Wang 等[38]研究表明免耕秸稈還田增加了土壤微生物多樣性的研究結果一致。分析原因主要有：(1)免耕秸稈覆蓋可以增加土壤有機質(zhì)的輸入，提高土壤保水性，進一步增加土壤微生物多樣性。同時，土壤微生物可以調(diào)控土壤碳氮循環(huán)，維持土壤微生物多樣性對保障植物營養(yǎng)的吸收和維持土壤肥力起著重要作用[39-40]。(2)秸稈還田改變土壤微生物碳源可利用性，影響土壤微生物的活性和多樣性。一些研究認為，秸稈還田后會有大量有機物被帶入土壤，從而刺激土壤中微生物的生長，進一步增加土壤微生物多樣性[41-42]。另外，秸稈還田有利于改善土壤的理化性質(zhì)，增加土壤的有機碳含量，為土壤微生物創(chuàng)造一個良好的棲息環(huán)境，促進土壤微生物多樣性的增加[43-44]；(3)免耕能使土壤中的微生物更加活躍，加快物質(zhì)循環(huán)和養(yǎng)分積累，進而增加土壤微生物的多樣性，這些都是由于免耕可以改善土壤理化性狀，提高土壤的供肥和保肥能力[45]。Dumonter 等[46]及Franzluebbers 等[47]認為免耕土壤表層的微生物會受到刺激而增加是因為免耕促進了有機質(zhì)的積累和氮的礦化。較多研究還發(fā)現(xiàn)[48-50]，在傳統(tǒng)耕作+秸稈還田和免耕秸稈還田處理下，土壤細菌的Shannon 和Simpson 多樣性指數(shù)均顯著增加，土壤真菌的Shannon 和Simpson 指數(shù)在免耕不還田處理下顯著增加，這與本研究得出結果一致。分析其原因：(1)秸稈還田后，秸稈上攜帶的細菌群落會隨之進入土壤，進而增加了土壤細菌多樣性，改善了土壤狀況，提高了土壤質(zhì)量[51]；(2)免耕可以為土壤中的細菌提供良好的棲息環(huán)境，進而促進了土壤細菌多樣性[52]；(3)免耕增加了土壤有機質(zhì)，再加上秸稈覆蓋可以蓄水保墑，進一步增加了有機質(zhì)，促進喜有機質(zhì)的細菌增加，故增加了土壤細菌多樣性[53-54]；(4)免耕對土壤的機械擾動減少，同時增加了土壤的含水量，在保持土壤孔隙結構的同時還有利于土壤中真菌菌絲的延伸，增加了土壤細菌的多樣性[55]。大多數(shù)研究也表明，保護性耕作處理下，Simpson 指數(shù)的增加幅度大于Shannon 指數(shù)。這主要是因為Simpson 指數(shù)對物種均勻度和富集種更為敏感，而Shannon 指數(shù)對物種豐富度及稀疏種更為敏感[29]。因此，在保護性耕作處理下，Simpson 多樣性指數(shù)增加幅度更大，這表明富集種可能會增加得更多。

土壤微生物多樣性會受到不同因素的影響，很多時候影響都是雙向的，土壤微生物多樣性也可以對其所處的生態(tài)系統(tǒng)(結構、功能、過程等)產(chǎn)生一定的影響[56-57]。Nemergut 等[58]研究發(fā)現(xiàn)，夏季氣溫高細菌會大量繁殖，到了冬季耐寒細菌則大量繁殖，因此土壤微生物多樣性會增加，這與本研究回歸分析中得出土壤微生物多樣隨年均氣溫的增加而增加的結果一致。氮肥作為一種外界添加物促進作物生長，在中國糧食安全保障中起著不可替代的作用，但是過度的施用氮肥可能破壞土壤結構并且降低土壤微生物多樣性，進一步導致土壤肥力下降[59]，秸稈還田與免耕農(nóng)田土壤微生物都會隨氮肥施用量的增加而下降。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田處理下三大糧食作物[小麥(Triticum aestivum)、水稻(Oryza sativa)、玉米]土壤中微生物多樣性均顯著增加，這與Lupayi 等[60]研究結果一致，Lupayi 發(fā)現(xiàn)秸稈還田處理小麥根際土壤微生物的多樣性大于其他作物，分析其原因，是因為免耕在增加土壤微生物多樣性的同時能夠改善土壤質(zhì)量，而土壤質(zhì)量的改善有利于土壤微生物多樣性的提高。不同土壤質(zhì)量指標的綜合效應值的變化表明，非中性土壤中有機碳含量提高是促進免耕增加土壤微生物多樣的重要原因。前人大量研究也表明，免耕下土壤微生物多樣性的提高主要得益于土壤擾動減少和有機質(zhì)投入增加帶來的土壤質(zhì)量的改善[61-63]。對免耕下土壤微生物多樣性研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)耕作相比，免耕條件下土壤微生物多樣性隨著種植區(qū)域的變化表現(xiàn)出不同的效應[64]。因此，深入研究造成免耕措施下土壤微生物多樣性變化的主要“驅(qū)動因子”，明確其影響方式有助于生產(chǎn)實戰(zhàn)上改善免耕的推廣策略，進而在我國甚至全球尺度上發(fā)揮保護性耕作增加土壤質(zhì)量的潛力。

現(xiàn)有的關于中國保護性耕作對土壤微生物多樣性的已發(fā)表中英文獻在100 篇以上，但大部分文獻或數(shù)據(jù)量較少，或數(shù)據(jù)描述不詳實，最終只有42 篇滿足要求。與此同時，影響土壤微生物多樣性的因素多而復雜，利用Meta 分析評價保護性耕作下土壤微生物多樣性時，未考慮因素之間的交互作用。本研究還對保護性耕作下體現(xiàn)土壤微生物豐富度的OTU 和Chao 1 多樣性指數(shù)進行了分析，但由于數(shù)據(jù)較少無法分析。真菌對保護性耕作的響應與細菌不同，目前對真菌的研究非常有限，強調(diào)了將來進行相關研究的必要性。建議在今后的研究中，盡可能詳細和準確地描述試驗條件和過程，以利于研究間的借鑒與整合。此外，根據(jù)區(qū)域特點和作物種類，合理規(guī)劃農(nóng)田進行保護性耕作的時間和施肥用量、對保護性耕作下更多土壤微生物多樣性指數(shù)進行研究等是實現(xiàn)保護性耕作效應的關鍵。

4 結論

Meta 分析結果表明，與傳統(tǒng)耕作比，中國保護性耕作處理下土壤微生物多樣性指數(shù)顯著增加，其中免耕秸稈還田增加效果最好，土壤中細菌和真菌多樣性均受到保護性耕作的影響，土壤細菌的Shannon 和Simpson 多樣性指數(shù)均高于傳統(tǒng)耕作，土壤真菌的Shannon 和Simpson 多樣性指數(shù)均在免耕秸稈不還田處理下顯著增加。土壤微生物多樣性在秸稈還田處理下受年均氣溫和種植作物影響明顯，隨溫度增加土壤微生物多樣性增加，種植三大糧食作物(水稻、小麥和玉米)土壤中的微生物多樣性均顯著增加。因此，通過優(yōu)化農(nóng)田管理措施，構建以免耕為核心的保護性耕作技術體系，在不同區(qū)域因地制宜的選擇秸稈還田管理措施及其他配套的農(nóng)田管理措施，能夠促進保護性耕作提高土壤微生物多樣性的優(yōu)勢，并能夠進一步發(fā)揮其在改善土壤質(zhì)量和提高土壤可持續(xù)利用的潛力。