摘 要：為探究粉壟耕作對(duì)土壤理化性質(zhì)及土壤微生物的影響，對(duì)粉壟耕作方式下寧夏銀北鹽堿地玉米生長期和收獲期的土壤酶活性和微生物數(shù)量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)對(duì)照相比，粉壟深度40 cm提高了玉米生長期0～20 cm土壤中微生物數(shù)量和土壤酶活性，其中：細(xì)菌數(shù)量和脲酶、磷酸酶及蔗糖酶的活性在3種粉壟深度中均為最高；粉壟深度40 cm和45 cm均能提高玉米生長期20～40 cm、收獲期0～40 cm土層的微生物數(shù)量和土壤酶活性。粉壟耕作能夠在一定程度上提高鹽堿地土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性，其中：粉壟40～45 cm深度最佳。關(guān)鍵詞：粉壟耕作； 土壤微生物； 土壤酶

中圖分類號(hào)：S154" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " "文章編號(hào)：1002-204X（2023）09-0005-05

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.09.003

Effects of Deep Vertical Rotary Tillage on Soil Microbial Biomass and Enzyme Activity of Maize Fields on Saline-Alkali Land in the Northern Yinchuan Plain

of Ningxia

Zeng Fanpei， Jiang Lina， Ma Wenli， Yang Yuedong， Zhao Hui*

（School of Life Sciences， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021）

Abstract In order to explore the effects of deep vertical rotary tillage on soil physical and chemical properties and soil microorganisms， soil enzyme activities and number of microorganisms during the growing and harvesting periods of maize were studied under this model on saline-alkali land in the Northern Yinchuan Plain of Ningxia. The results showed that compared with the traditional farming methods， deep vertical rotary tillage depth of 40 cm increased the number of microorganisms and the activity of soil enzymes in the 0～20 cm soil layer during the growing period of maize， among which the number of bacteria and the activities of urease， phosphatase and sucrase were the highest in the three kinds of deep vertical rotary tillage depths. Deep vertical rotary tillage depth of 40 cm and 45 cm could improve the microbial quantity and soil enzyme activity in the soil layer of 20～40 cm during the growing period of maize and the soil layer of 0～40 cm during the harvesting period of maize. Deep vertical rotary tillage can improve the number of soil microorganisms and soil enzyme activity in saline-alkali soil to some extent， and the effect of deep vertical rotary tillage depth of 40～45 cm was the best.

Key words Deep vertical rotary tillage; Soil microorganisms; Soil enzyme

土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)重要的農(nóng)事活動(dòng)，是影響土壤環(huán)境的主要因素。土壤作為作物生長的載體，能為作物生長發(fā)育提供必需的營養(yǎng)元素[1]。其中：土壤微生物是土壤重要的組成部分，參與各種代謝活動(dòng)，它們推動(dòng)著土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的循環(huán)轉(zhuǎn)化，并參與腐殖質(zhì)形成等生化過程[2]。由微生物與作物根系等共同作用而產(chǎn)生的土壤酶也是土壤最重要的活性成分之一[2]。土壤微生物與酶活性對(duì)土壤耕作方式的響應(yīng)尤為敏感，其活性的高低既能反映土壤中生化過程的相對(duì)強(qiáng)度，又能迅速響應(yīng)短期的耕作措施對(duì)土壤質(zhì)量的影響，反映土壤質(zhì)量的變化[4-5]。恰當(dāng)?shù)母鞔胧┠軌蜇S富微生物群落結(jié)構(gòu)的多樣性以及提高土壤各種酶類的活性，有利于土壤養(yǎng)分的正常轉(zhuǎn)化與積累，進(jìn)而有利于保護(hù)土壤環(huán)境與提高作物產(chǎn)量。

粉壟耕作技術(shù)是利用粉壟機(jī)械垂直螺旋型鉆頭均勻旋削粉碎土壤，使土壤顆粒呈粉碎狀并自然懸浮成壟，可全田旋磨深耕或間隔性條帶狀深耕，一次性完成深耕、深松、整地的農(nóng)耕新技術(shù)，耕深可達(dá)30～60 cm[6-7]。作為一種新型的耕作方式，完全不同于犁翻耕、旋耕機(jī)旋耕等整地方式，它既有犁翻耕的深松作用，又具有旋耕機(jī)旋耕后土壤疏松、土粒粉碎均勻的特點(diǎn)[7]，且土壤層次基本保持不變。疏松深厚的耕作層有利于更多的空氣進(jìn)入土壤、更多的雨水滲入土壤，增加土壤的含水量[8-9]，從而使土壤理化性質(zhì)得到改善，影響耕作地土壤的溫度、水分、光照，使土壤其他養(yǎng)分和微生物得以激活利用，形成全新的土壤生態(tài)環(huán)境，有利于促進(jìn)作物根系生長和深扎，形成良好的根系體系，促進(jìn)地面植株茁壯生長和光合效率提高，進(jìn)而促進(jìn)作物大幅增產(chǎn)[10]。本研究在寧夏銀北鹽堿地設(shè)置傳統(tǒng)翻耕和3種不同深度的粉壟耕作方式，系統(tǒng)分析了粉壟耕作對(duì)玉米地土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響，明確粉壟耕作對(duì)玉米地土壤微生物作用機(jī)理，為寧夏引黃灌區(qū)作物栽培提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于寧夏平羅頭閘永惠村，土壤類型為黏質(zhì)紅棕土壤。土壤基礎(chǔ)狀況：全氮1.10 g/kg、堿解氮76.92 mg/kg、全磷0.86 g/kg、速效磷34.69 mg/kg、速效鉀214.03 mg/kg、有機(jī)碳11.42 mg/kg、總鹽0.67 g/kg，pH值為8.5。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別為傳統(tǒng)翻耕（CK）：耕作深度約20 cm；粉壟40 cm（F1）：采用粉壟機(jī)，耕作土層深度均為40 cm；粉壟45 cm（F2）：采用粉壟機(jī)，耕作土層深度均為45 cm，粉壟50 cm（F3）：采用粉壟機(jī)，耕作土層深度均為50 cm。每個(gè)小區(qū)面積為67.5 m2（15 m×4.5 m），每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，玉米種植密度為4 000株/hm2。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤樣品的采集與預(yù)處理

分別在玉米生長期、收獲期采集樣品，在每個(gè)小區(qū)采集0～20 cm土層和20～40 cm土層的土樣，每個(gè)小區(qū)各采集3個(gè)土樣，均勻混合，采用四分法收集土壤，裝入無菌塑料袋，放入帶有冰塊的保溫箱帶回實(shí)驗(yàn)室，過2 mm篩后于4 ℃條件下保存。

1.3.2 微生物數(shù)量的測(cè)定

采用平板法計(jì)數(shù)。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，在37 ℃下培養(yǎng)24 h；放線菌采用高氏1號(hào)瓊脂培養(yǎng)基，在28 ℃下培養(yǎng)5 d；真菌采用馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基，臨用時(shí)每100 mL培養(yǎng)基中加入1%鏈霉素液0.3 mL，在28 ℃下培養(yǎng)3 d。微生物數(shù)量以每克干土中的菌落數(shù)（cfu/g）表示。

1.3.3 土壤酶活性的測(cè)定

蔗糖酶活性測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以24 h后1 g土壤中含葡萄糖的毫克數(shù)表示；磷酸酶活性測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法，以1 h后1 g土壤中釋出酚的毫克數(shù)表示；脲酶活性測(cè)定采用苯酚鈉次氯酸鈉顯色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示。為消除誤差和土壤中其他因素的影響，每個(gè)土樣重復(fù)3次，同時(shí)作無土和無基質(zhì)2種對(duì)照[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

2.1.1 對(duì)細(xì)菌數(shù)量的影響

由圖1和圖2可以看出，在玉米生長期和收獲期，傳統(tǒng)翻耕和粉壟處理土壤細(xì)菌數(shù)量均表現(xiàn)為0～20 cm土層高于20～40 cm土層，而且不同土層土壤細(xì)菌數(shù)量都超過106 cfu/g。從玉米生長期來看（圖1），隨著粉壟深度的增加，土壤細(xì)菌數(shù)量呈下降趨勢(shì)。在0～20 cm土層土壤中，除F3處理土壤中的細(xì)菌數(shù)量比對(duì)照（2.48×106 cfu/g）低13.61%，其余處理均高于對(duì)照，F(xiàn)1處理和F2處理分別比對(duì)照高80.80%和64.05%；在20～40 cm土層土壤中，粉壟耕作處理土壤中的細(xì)菌數(shù)量均高于傳統(tǒng)對(duì)照，F(xiàn)1、F2和F3分別比對(duì)照（1.71×106 cfu/g）高122.58%、49.27%和14.37%。從玉米收獲期來看（圖2），3個(gè)粉壟處理均提高了0～20 cm土層和20～40 cm土層土壤中的細(xì)菌數(shù)量，不同處理土壤中的細(xì)菌數(shù)量由高到低依次為F3、F2、F1、CK，其中F3處理細(xì)菌數(shù)量為5.10×106 cfu/g和4.14×106 cfu/g，分別比對(duì)照增加124.67%和127.47%。

2.1.2 對(duì)放線菌數(shù)量的影響

從圖3、4可以看出，兩種耕作方式，玉米生長期和收獲期的土壤放線菌數(shù)量均達(dá)到105" cfu/g；而且不同耕作方式0～20 cm土層土壤中的放線菌數(shù)量均高于20～40 cm土層土壤放線菌數(shù)量，粉壟耕作的3個(gè)處理放線菌的數(shù)量均高于對(duì)照。在玉米生長期（圖3），0～20 cm土層土壤中F2處理放線菌數(shù)量最高，每克干土達(dá)到5.92×105 cfu/g，比對(duì)照增加24.13%；20～40 cm土層土壤中的放線菌數(shù)量的變化趨勢(shì)與細(xì)菌的變化趨勢(shì)相同，F(xiàn)1、F2處理和F3處理分別比對(duì)照（2.09×105 cfu/g）增加37.65%、17.27%和16.55%。在玉米收獲期內(nèi)（圖4），隨著粉壟深度的增加，放線菌數(shù)量減少，與細(xì)菌的變化趨勢(shì)相反。在兩個(gè)土層土壤中，F(xiàn)1處理的放線菌數(shù)量最高：0～20 cm土層F1處理每克干土放線菌數(shù)量達(dá)到30.00×105 cfu/g，比對(duì)照增加23.46%；20～40 cm土層F1處理每克干土放線菌數(shù)量達(dá)到6.00×105 cfu/g，比對(duì)照增加38.57%。

2.1.3 對(duì)真菌數(shù)量的影響

從圖5、6可以看出，兩種耕作方式，玉米生長時(shí)期和收獲期的土壤真菌數(shù)量都達(dá)到了103 cfu/g；而且不同耕作方式0～20 cm土層土壤中的真菌數(shù)量都高于20～40 cm土層土壤，粉壟耕作的3個(gè)處理真菌的數(shù)量均高于對(duì)照。在玉米生長期（圖5），0～20 cm土層土壤中F2處理真菌數(shù)量同放線菌一樣，是3個(gè)粉壟處理中最高的，每克干土中真菌數(shù)量達(dá)到14.60×103 cfu/g，比對(duì)照組（9.60×103 cfu/g）增加了52.16%；其次為FI處理，比對(duì)照組增加43.30%。20～40 cm土層土壤中的真菌數(shù)量與細(xì)菌、放線菌一樣，也以F1最高，比對(duì)照（4.74×103 cfu/g）增加了85.85%。在玉米收獲期（圖6），0～20 cm土層土壤中，F(xiàn)1、F2處理的真菌數(shù)量分別比對(duì)照（20.10×103 cfu/g）增加了5.47%和2.56%，F(xiàn)3處理則比對(duì)照減少了4.98%；20～40 cm土層土壤中的真菌數(shù)量F1、F2處理和F3處理分別比對(duì)照（7.60×103 cfu/g）增加71.45%、86.97%和57.89%。

2.2 不同耕作方式對(duì)土壤酶活性的影響

2.2.1 對(duì)脲酶活性的影響

土壤脲酶主要來源于植物和微生物，是決定土壤中氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶，其活性高低反映了各種生化過程的方向和強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，粉壟耕作提高了土壤脲酶的活性，而且不同耕作方式0～20 cm土層土壤中的脲酶活性都高于20～40 cm土層土壤脲酶活性。在玉米生長期（圖7），不論是0～20 cm土層土壤還是20～40 cm土層土壤，各處理脲酶的活性由高到低依次為F1、F2、F3、CK。與對(duì)照相比，0～20 cm土層土壤中的脲酶活性提高幅度在0.05%～1.90%；20～40 cm土層土壤中的脲酶活性提高幅度較大，在9.16%～23.41%。由圖8可以看出，在玉米收獲期，0～20 cm土層土壤 F1、F2、F3處理土壤脲酶活性提高幅度較大，分別比對(duì)照（40.09 mg·（g·24 h）-1）提高24.93%、19.84%和5.85%；20～40 cm土層土壤中的脲酶活性以F1處理最高，達(dá)到35.29 mg·（g·24 h）-1，比對(duì)照提高28.80%。

2.2.2 對(duì)磷酸酶活性的影響

磷酸酶為水解酶類，能將土壤中有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷，供植物吸收利用。從圖9、10可以看出，玉米生長期和收獲期，不同耕作方式0～20 cm土層土壤中的磷酸酶活性均高于20～40 cm土層土壤。從玉米生長期來看（圖9），隨著粉壟深度的加深，土壤磷酸酶活性呈下降趨勢(shì)，在0～20 cm土壤中，F(xiàn)1處理的土壤數(shù)量比對(duì)照（1.04 mg·（g·h）-1）高3.26%，其余處理均低于對(duì)照；F2、F3處理分別比對(duì)照組低7.76%和15.88%。在20～40 cm土層土壤中，F(xiàn)1、F2處理的土壤磷酸酶活性均高于對(duì)照，分別比對(duì)照（0.65 mg·（g·h）-1）高42.84%和8.75%。在玉米收獲期（圖10），0～20 cm土層土壤中，F(xiàn)1、F2處理的磷酸酶活性分別比對(duì)照（0.71 mg·（g·h）-1）增加14.05%和9.12%，F(xiàn)3處理比對(duì)照減少2.25%。20～40 cm土壤中F1、F2和F3處理的磷酸酶活性分別比對(duì)照（0.42 mg·（g·h）-1）增加28.99%、25.80%和14.51%。

2.2.3 對(duì)蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶是碳素轉(zhuǎn)化主要酶類之一，可將土壤中的蔗糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖，供微生物等利用。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同耕作方式0～20 cm土層土壤蔗糖酶活性都高于20～40 cm土層土壤。在玉米生長期（圖11），0～20 cm土層土壤F1處理蔗糖酶活性最高，為10.02 mg·（g·24 h）-1，比對(duì)照增加5.40%；F2、F3處理分別比對(duì)照（9.51 mg·（g·24 h）-1）降低0.15%和0.68%。在20～40 cm土層土壤中，4個(gè)處理蔗糖酶的活性由高到低依次為F1、F2、CK、F3，F(xiàn)1處理和F2處理分別比對(duì)照（4.11 mg·（g·24 h）-1）提高19.85%和14.70%。在玉米收獲期（圖12），除F3處理的土壤蔗糖酶活性低于對(duì)照外，其余粉壟處理的土壤磷酸酶活性均高于對(duì)照。在0～20 cm土層土壤中，F(xiàn)1、F2處理的土壤蔗糖酶活性分別比對(duì)照（14.81 mg·（g·24 h）-1）提高24.34%和4.33%；在20～40 cm土層土壤中，F(xiàn)1、F2處理的土壤蔗糖酶活性分別比對(duì)照（4.53 mg·（g·24 h）-1）提高25.49%和6.20%。

3 討論與結(jié)論

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅參與土壤養(yǎng)分循環(huán)、能量流動(dòng)等許多重要的生物化學(xué)過程，還會(huì)較大程度地影響植物與土壤的相互作用過程，對(duì)土壤物質(zhì)循環(huán)、肥力演變具有重要的意義[12]。土壤微生物數(shù)量常被認(rèn)為是反映土壤質(zhì)量和生態(tài)功能的重要指標(biāo)[13]，土壤酶活性的變化也會(huì)對(duì)土壤肥力產(chǎn)生重要的影響[14]。不同的耕作措施也會(huì)對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生巨大影響[15-17]，因此，分析不同耕作方式土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性對(duì)植物生長有著至關(guān)重要的作用。

本研究結(jié)果表明，在3種不同的粉壟耕作深度中，粉壟深度40 cm和45 cm均能不同程度提高土壤微生物數(shù)量和酶活性。與對(duì)照相比，在玉米收獲期，細(xì)菌增幅為26.37%～63.88%，放線菌增幅為17.20%～38.57%，真菌增幅為2.59%～86.97%，脲酶酶活增幅為7.80%～28.80%、磷酸酶增幅為9.12%～28.99%，蔗糖酶增幅為4.33%～25.49%。有研究表明，與傳統(tǒng)的耕作方式相比，粉壟耕作能夠顯著提高土壤微生物數(shù)量[18]，粉壟耕作后土壤的酶活性有顯著提高，同時(shí)土壤的品質(zhì)也得到了改善[19]，這與本研究結(jié)果一致。這可能是由于不同耕作方式改變了土壤的結(jié)構(gòu)，使土壤通氣狀況和養(yǎng)分分布產(chǎn)生了差異，影響了土壤微生物的生長和繁殖，進(jìn)而間接影響了土壤酶活性，導(dǎo)致不同耕作方式間土壤酶活性的差異。粉壟耕作能夠在一定程度上提高土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性，本研究結(jié)果為進(jìn)一步構(gòu)建高效、生態(tài)、可持續(xù)的耕作技術(shù)體系提供理論支撐。

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責(zé)任編輯：達(dá)海莉

基金項(xiàng)目：寧夏自然科學(xué)基金（2019AAC03015）、國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（G2020107490010）、寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“粉壟耕作提升耕地質(zhì)量研究與示范”（2019BB

F02006-3）。

作者簡(jiǎn)介：曾凡佩（1999—），女，貴州惠水人，碩士研究生在讀，研究方向?yàn)樯锱c醫(yī)藥。

*通信作者：趙輝（1977—），女，碩士，副教授，主要從事微生物資源方面的研究。

收稿日期：2022-04-12" 修回日期：2023-03-25