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作物杂志, 2019, 35(6): 104-113 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.017

生理生化·植物营养·栽培耕作

不同耕作处理对土壤微生物、酶活性及养分的影响

黄炳林, 王孟雪, 金喜军, 胡国华, 张玉先

黑龙江八一农垦大学农学院,163319,黑龙江大庆

Effects of Different Tillage Treatments on Soil Microorganisms, Enzyme Activities and Nutrients

Huang Binglin, Wang Mengxue, Jin Xijun, Hu Guohua, Zhang Yuxian

College of Agronomy, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, Heilongjiang, China

通讯作者: 张玉先,教授,主要从事大豆高产生理生态研究

收稿日期: 2019-05-23   修回日期: 2019-10-11   网络出版日期: 2019-12-15

基金资助: 国家现代农业产业技术体系项目(CARS-04-01A)
黑龙江省自然科学基金(C2017049)
黑龙江省农垦总局重点科研计划项目(HNK135-02-06)

Received: 2019-05-23   Revised: 2019-10-11   Online: 2019-12-15

作者简介 About authors

黄炳林,硕士,主要从事大豆高产生理生态研究 。

摘要

为揭示不同耕作处理对土壤微生物、酶活性以及养分的影响,利用大豆为材料,采取两种不同耕作方式为主区,4种中耕方式为副区的裂区试验设计。结果表明：旋耕处理的细菌数量在开花期较翻耕处理降低;旋耕处理的真菌数量在成熟期较翻耕处理提高;而放线菌数量在开花期,翻耕处理较旋耕处理提高,到结荚期却显著低于旋耕处理。翻耕处理的脲酶活性除了在鼓粒期低于旋耕处理,在其他生育期均高于旋耕处理;翻耕处理的土壤磷酸酶活性在结荚期、鼓粒期较旋耕处理提高;翻耕处理的土壤蔗糖酶活性在开花期较旋耕处理提高;翻耕处理在开花期与结荚期的过氧化氢酶（CAT）活性较旋耕处理提高。翻耕处理的速效磷含量较旋耕处理显著提高,速效钾含量旋耕处理较翻耕处理显著提高。在不同中耕措施中,土壤细菌数量在开花期RT1、RT2较RCK显著提高;真菌数量在成熟期PT1、PT2、PT3较PCK降低;各时期的放线菌数量PT2与RT2均较高。在各生育期,PT2、RT2的脲酶活性均较高,在开花期PT2较PCK和RT2较RCK显著提高;土壤磷酸酶活性PT2、RT2在各时期亦较高;土壤蔗糖酶活性在大豆成熟期不同处理均高于各自的CK;在大豆成熟期,PT1较PCK和RT1较RCK的CAT活性提高。不同中耕措施的土壤有机质含量除了RT2显著提高外,其他处理间差异不显著,而碱解氮、速效钾含量PT2、RT2均分别显著高于PCK、RCK。综上可知,PT2组合的耕作处理更有利于保护土壤微环境。

关键词： 耕作 ; 中耕 ; 土壤微生物 ; 土壤酶 ; 土壤养分

Abstract

In order to reveal the effects of different tillage treatments on soil microorganisms, enzyme activities and nutrients, two different tillage methods and four intertillage methods were used as primary tillage and secondary tillage. The results showed that the number of bacteria of rotary tillage decreased compared with that of ploughing in the flowering stage. The number of fungi of rotary tillage was higher than that of ploughing in the mature stage. However, the number of actinomycetes of ploughing increased in the flowering stage and decreased significantly in the podding stage compared with that of rotary tillage. In the podding stage the activity of urease of ploughing was lower than that of rotary tillage, but in the other growth stages were higher than that of rotary tillage. The activity of soil phosphatase of ploughing was higher than that of rotary tillage, which was increased in podding stage and bulging stage. The activity of sucrase of ploughing increased compared with that of rotary tillage in the flowering stage. The catalase activity of ploughing in the flowering and podding stage increased compared with that of rotary tillage. The available phosphorus content of ploughing was higher than that of rotary tillage. The available potassium content of rotary tillage was significantly higher than that of ploughing. In different tillage measures, the number of bacteria in flowering stage, RT1 and RT2 significantly increased compared with RCK. The number of fungi in the mature stage, PT1, PT2 and PT3 decreased compared with PCK. The quantity of actinomycetes increased in both PT2 and RT2 in each growth stage. In each growth stage, the soil urease activities of PT2 and RT2 were all relatively high, and PT2 compared with PCK and RT2 compared with RCK were significantly increased, respectively. The soil phosphatase activity of PT2 and RT2 were all relatively high in each growth stage. Soil sucrase activity was higher than the CK in different treatments in the mature stage. In the mature stages, the catalase activity of PT1 and RT1 was increased compared with that of PCK and RCK. In addition to the soil organic matter content of RT2 was significantly increase, there was no significant difference between other treatments. However, alkaloidal nitrogen and available potassium content were significantly higher than PCK and RCK in PT2 and RT2. In conclusion, PT2 combination tillage treatment is more conducive to the protection of soil microenvironment.

Keywords： Tillage ; Intertillage ; Soil microorganisms ; Soil enzymes ; Soil nutrients

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本文引用格式

黄炳林, 王孟雪, 金喜军, 胡国华, 张玉先. 不同耕作处理对土壤微生物、酶活性及养分的影响[J]. 作物杂志, 2019, 35(6): 104-113 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.017

Huang Binglin, Wang Mengxue, Jin Xijun, Hu Guohua, Zhang Yuxian. Effects of Different Tillage Treatments on Soil Microorganisms, Enzyme Activities and Nutrients[J]. Crops, 2019, 35(6): 104-113 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.06.017

土壤微生物是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称,包括细菌、放线菌、真菌等[1];土壤微生物是土壤的主要活性成分,参与各种代谢活动[2],它们推动着土壤有机质和养分的循环转化,并参与腐殖质形成等生化过程[3]。土壤酶由微生物与作物根系等共同作用而产生,也是土壤最重要活性成分之一[4],它参与土壤所有的生物化学过程,其活性的高低既能反映土壤中生化过程的相对强度,又能迅速响应短期的耕作措施对土壤质量的影响,反映土壤质量的变化[5,6]。土壤耕作方式直接或间接影响土壤的理化特性,最主要的是影响土壤养分的含量及其有效性[7],土壤养分含量的高低反映了土壤健康状况,影响着整个生态系统中能量与物质的循环,主导了有机物碳的分解转化[8,9],并且土壤养分的含量会直接影响作物的正常生长发育[10]。耕作措施是影响土壤环境的主要因素,土壤微生物与酶活性对其响应尤为敏感,同时微生物与土壤各酶类对土壤养分转化起着非常重要的介导作用,恰当的耕作措施能丰富微生物群落结构的多样性以及提高土壤酶的活性,从而有利于土壤养分的正常转化与积累,进而有利于保护土壤环境与提高作物产量。

我国东北作为世界三大黑土地带之一,总面积高达7×104km2[8],但由于近年田间管理方式不当,导致土壤环境遭到严重破坏,黑土有机质与总氮量连年降低[11],所以寻找合适的耕作措施对维持土壤生态环境显得尤为重要。免耕+秸秆覆盖能够增加土壤表层有机质,改善土壤微生物群落组成及其多样性,从而优化作物根系生长的环境[12];还有研究指出,免耕+秸秆覆盖比传统耕作显著提高了土壤表层的酶活性[13],但是长期的免耕会提高土壤硬度,使土壤总孔隙度下降,影响好气性微生物与根系生长,且现在研究保护性耕作结合其他技术措施对土壤生态环境以及作物产量影响的报道较多,然而对传统耕作结合其他技术措施报道较少。

本研究在黑龙江省黑河市鹤山农场科技园进行试验,研究不同耕作方式结合不同中耕方式对种植大豆的土壤微生物、酶活性及养分的影响,提出适合黑龙江省黑河地区大豆种植的耕作与中耕措施。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在黑龙江省黑河市鹤山农场科技园（48°43'~49°03'N,124°56'~126°21'E）进行,试验地区年均温度≥10℃,年有效积温在2 000℃~2 300℃,无霜期在115~120d,属寒温带大陆性气候,降水多集中在夏季,年降雨量500~600mm。当地的土壤类型以黑土为主,耕地呈弱酸性,试验地0~20cm土层基本理化性质为：土壤容重1.19g/cm3、碱解氮138.9mg/kg、速效磷20.79mg/kg、速效钾179.35mg/kg、有机质14.3g/kg、pH 6.25。

1.2 试验设计

试验于2017年10月-2018年10月进行,采取裂区试验设计,其中以翻耕与旋耕为主区,不同中耕方式为副区。即前期设置翻耕（P）与旋耕（R）方式（作物秸秆均还田）：播种后在每种耕作方式基础上设置4种不同中耕措施（T1、T2、T3、CK,培土与深松为不同的中耕方式）,整体上从不同的深松深度、不同的深松与培土时间、不同的深松和培土次数上进行综合设置,共计8个处理（表1,V2、V3、……、V7期分别表示大豆第2、3、……、7节龄期,其中第2节龄期第1片复叶全展开,第2片复叶叶缘分离;第3节龄期第2片复叶全展开,第3片复叶叶缘分离;以此类推界定大豆V2~V7期的不同营养生育时期）。小培土：中耕机培土刀宽度调为20°~30°;中培土：中耕机培土刀宽度调为80°~90°;大培土：中耕机培土刀宽度调为110°~120°。设置3次常规培土（大田常用模式）为对照（CK）。

表1   不同处理方试

Table 1  Different treatment methods

耕作措施
Tillage measure		中耕方式
Intertillage method		处理组合
Treatment combination		播种后4~5d
4~5 days after sowing		V2~V3期
V2~V3 stage		V4~V5期
V4~V5 stage		V6~V7期
V6~V7 stage
T1PT1小培土-中培土大培土
翻耕(P) PloughingT2PT2深松25~30cm-深松30~35cm+中培土大培土
T3PT3-深松25~30cm深松30~35cm大培土
CKPCK-小培土中培土大培土
T1RT1小培土-中培土大培土
旋耕(R) Rotary tillageT2RT2深松25~30cm-深松30~35cm+中培土大培土
T3RT3-深松25~30cm深松30~35cm大培土
CKRCK-小培土中培土大培土

Note: "-" indicates no treatment

注：“-”表示不进行处理

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于2018年5月4日进行播种与施肥,大豆品种为当地主栽品种黑河43（北大荒种子公司提供）。行长30m,两垄行宽为65cm（8行）,小区面积为468m2,3次重复。前茬作物是玉米,施肥量与当地施肥的水平一致：N肥54kg/hm2、P2O5 67.5kg/hm2、K2O 30kg/hm2,此后不追肥,其他田间管理同当地生产一致。于2018年9月28日收获。

1.3 土壤采样和分析

1.3.1 土壤采样 于大豆的花期、结荚期、鼓粒期、成熟期共进行4次土壤采样。在行间用直径为5cm的土钻采集0~20cm的土壤,每个小区按“S”形随机采6个点,去除作物秸秆残留和石块等,最后混匀放于封口袋中立即带回实验室进行处理。土壤样品一部分放于4℃保存,用于土壤微生物数量测定分析;另一部分风干研磨过2mm土筛（有机质过0.25mm土筛）,除去秸秆残留和植物根系,用于测定土壤酶活性与土壤养分。

1.3.2 土壤酶活性分析 土壤酶活性的测定参照鲍士旦[14]的方法：采用3,5–二硝基水杨酸法测定蔗糖酶活性,以每培养24h后1g土壤中含葡萄糖的毫克数表示;采用苯酚钠比色法测定脲酶的活性,以每培养24h后1g土壤中释放氨态氮的毫克数表示;采用磷酸苯二钠比色法测定磷酸酶的活性,以每培养24h后1g土壤中释放酚的毫克数表示;采用高锰酸钾滴定法测定土壤过氧化氢酶（CAT）的活性;所有处理均是3次重复。

1.3.3 土壤微生物数量分析 采用涂抹平板法进行土壤微生物接种培养[15]：用马丁（Martin）培养基培养后测定真菌数量;用改良高氏1号培养基培养后测定放线菌数量;用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基培养后测定细菌数量;所有处理均是3次重复,培养结束后运用平板菌落计数法测定各菌落数量。计算公式：菌落总数（CFU）=3次重复平均菌落数×稀释倍数

1.3.4 土壤养分的测定 土壤养分的测定参照龚子同[16]的方法：土壤有机质采用重铬酸钾氧化-容量法测定,碱解氮采用碱解扩散法测定,速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定,速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定。

1.4 数据分析

采用Excel 2010进行数据处理,使用单因素方差分析（ANOVA）比较各处理对土壤微生物数量和酶活性的影响,采用SPSS 17.0进行统计分析,使用Origin 2018进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同耕作措施对土壤微生物数量的影响

2.1.1 对细菌数量的影响 如图1所示,不同耕作措施的土壤细菌数量达到了105数量级。在开花期,旋耕除T1外,旋耕处理均低于翻耕处理,降幅在3.4%~18.8%;相同耕作方式,PT1、PT2较PCK的细菌数量分别显著提高了17.1%、28.4%,RT1、RT2较RCK分别显著提高56.5%、17.7%,而PT2较PT3、RT2较RT3分别提高了24.2%、35.2%;RT1、RT3分别是细菌数量最高与最低的组合,说明提前进行培土有利于土壤细菌数量的提高。在结荚期,除PCK与RT1外,各处理的细菌数量较开花期均有一定的提高,且旋耕处理的细菌数量逐渐超过翻耕处理;相同耕作方式,T1、T2、T3显著高于CK,与开花期基本一致。进入成熟期,旋耕处理的细菌数均高于翻耕处理,增幅在8.7%~21.9%;相同耕作方式,其细菌数量与前期变化趋势一致,即T1、T2显著高于CK处理;RT1、PCK分别是该时期细菌数量最高与最低的组合,且RT1一直维持一个较高水平,因为提前进行培土增加了土壤受热面积,提高了前期土壤的温度,提前培土为细菌繁殖创造一个较为合适的土壤环境。

图1

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图1   不同耕作措施对土壤细菌数量的影响

不同字母代表不同处理间差异显著（P<0.05）,下同

Fig.1   Effects of different tillage measures on number of bacteria in soil

Different letters indicate significant difference among treatments (P<0.05), the same below


2.1.2 对真菌数量的影响 如图2所示,不同耕作措施的土壤真菌数量达到了104数量级。在开花期,整体上旋耕处理的真菌数要高于翻耕处理;相同耕作方式,PT2的真菌数量较PCK显著下降了21.8%,RT1、RT2、RT3分别较RCK显著下降20.9%、47.8%、28.4%,培土处理的真菌数量（T1、CK）均高于深松处理（T2、T3）的真菌数量;RT2、RCK分别为真菌数量最低与最高组合。在结荚期与成熟期两者变化趋势一致,以成熟期为例,旋耕处理的真菌数量高于翻耕处理,增幅在0.8%~31.1%;相同耕作方式,PT1、PT2、PT3较PCK分别降低12.7%、22.4%、5.5%,RT2、RT3较RCK分别降低35.3%、10.6%,且PT2较PT3、RT2较RT3分别显著下降了17.91%、27.63%;RCK与PT2分别为真菌数量最高、最低组合;说明提前深松（PT2）均能显著降低土壤真菌数量。

图2

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图2   不同耕作措施对土壤真菌数量的影响

Fig.2   Effects of different tillage measures on number of fungi in soil


2.1.3 对放线菌数量的影响 如图3所示,不同耕作措施的土壤放线菌数量达到了105数量级。在开花期,翻耕处理的放线菌数量整体上高于旋耕处理,增幅在6.9%~48.1%;相同耕作方式,PT1、PT2、PT3较PCK分别显著提高了32.5%、37.7%、27.3%;PT2、RT3分别为放线菌数量最高、最低组合。在结荚期,旋耕处理的放线菌数量显著高于翻耕处理,显著提高18.6%~41.9%;两种耕作方式变化趋势一致,均是T2>T1>T3>CK,其中PT1、PT2、PT3的放线菌数量分别较PCK提高28.4%、38.6%、11.4 %,而RT2较RCK显著提高17.6%,RT1、RT3较RCK差异不显著;以RT2组合的放线菌数量最高。在成熟期,RT1、RT2、RT3的放线菌数量分别较RCK显著提高了29.63%、49.37%、45.66%,就整体而言,旋耕处理的放线菌数量在大豆生育后期高于翻耕处理,说明旋耕结合提前培土、深松（T1、T2）有利于土壤放线菌的繁殖。

图3

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图3   不同耕作措施对土壤放线菌数量的影响

Fig.3   Effects of different tillage measures on number of actinomycetes in soil


2.2 不同耕作措施对土壤酶活性的影响

2.2.1 对土壤脲酶活性的影响 土壤脲酶活性是用来表征土壤氮素供应状况的一个指标,如图4所示,不同耕作措施对其影响显著。在开花期,整体上翻耕处理的脲酶活性比旋耕处理高,这可能是因为翻耕处理提高了根系与微生物的呼吸能力,根际微生物代谢加快,提高了分泌脲酶的速率;而相同耕作方式,PT2较PT1、PCK的脲酶活性分别显著提高了15.9%、14.1%,RT2较RT1、RT3、RCK分别显著提高了6.81%、5.64%、8.22%;PT2、RCK的脲酶活性分别为最高、最低。在结荚期,翻耕处理的脲酶活性高于旋耕处理;两种耕作方式T1、T2均高于CK,且整体上各处理的脲酶活性较开花期均有一定程度的提高。在鼓粒期,旋耕处理的脲酶活性均显著高于翻耕处理,但旋耕各处理的脲酶活性差异均不显著,而翻耕处理的PT1、PT2、PT3较PCK分别显著提高了4.9%、11.2%、10.4%;该时期以RT1、PCK的脲酶活性分别为最高、最低。大豆成熟期的脲酶活性较鼓粒期有所上升,这可能是由于大豆根系部分脱离腐化的根瘤释放根瘤菌提高了土壤脲酶的活性,且PT2与RT2处理的脲酶活性一直较高,说明深松处理对土壤脲酶活性的提高与维持有积极意义。

图4

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图4   不同耕作措施对土壤脲酶活性的影响

Fig.4   Effects of different tillage measures on soil urease activity


2.2.2 对土壤磷酸酶活性的影响 土壤磷酸酶对提高土壤磷素的有效性有积极作用。如图5所示,土壤磷酸酶活性随大豆生育期的推进呈逐渐上升趋势。在开花期,翻耕处理的磷酸酶活性均高于旋耕处理;同时,不同中耕措施间的差异不显著。在结荚期,翻耕处理的磷酸酶活性较旋耕处理提高13.9%~30.0%。进入鼓粒期,土壤磷酸酶活性提高幅度较大,翻耕处理较旋耕处理显著提高30.2%~70.6%,相同耕作方式,各处理变化趋势均表现为T2>T3>T1>CK,其中PT1、PT2、PT3较PCK分别显著提高11.2%、53.6%、26.4%,RT2较RCK显著提高25.5%;以PT2的磷酸酶活性最高,RCK最低。在成熟期,翻耕处理的磷酸酶活性高于旋耕处理,旋耕处理中RT1、RT2磷酸酶活性较RCK显著提高。

图5

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图5   不同耕作措施对土壤磷酸酶活性的影响

Fig.5   Effects of different tillage measures on soil phosphatase activity


2.2.3 对土壤蔗糖酶活性的影响 土壤蔗糖酶在土壤中广泛存在,常用来表征土壤的熟化程度,能催化促进土壤中蔗糖水解成葡萄糖和果糖。如图6所示,在开花期,翻耕处理的蔗糖酶活性较旋耕处理提高2.5%~17.4%,两种耕作方式的差异可能是由于秸秆还田以及翻耕使土壤有机质矿化速率较旋耕更为强烈,使得根系及微生物分泌更多的活性酶;相同耕作方式,PT1、PT2分别较PCK显著提高10.8%、14.7%,RT1、RT2分别较RCK显著提高10.7%、31.2%;土壤蔗糖酶活性最高、最低的组合分别是PT2、RCK。在结荚期、鼓粒期、成熟期的蔗糖酶活性变化趋势基本一致,两种耕作方式均表现为T2>T1>T3>CK,旋耕处理的蔗糖酶活性显著高于翻耕处理,结荚期、鼓粒期、成熟期增幅分别是11.1%~20.4%、3.8%~14.6%、24.1%~29.3%,这可能跟翻耕处理在开花期土壤有机质矿化速率较大有关,使得土壤的有机质消耗加速,间接降低了蔗糖酶的活性,且在两种耕作方式中,PT1、PT2、PT3分别较PCK提高15.5%、19.4%、7.4%,RT1、RT2、RT3分别较RCK提高18.4%、23.2%、11.9%。综上可知,RT2处理提高土壤蔗糖酶活性幅度最大。

图6

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图6   不同耕作措施对土壤蔗糖酶活性的影响

Fig.6   Effects of different tillage measures on soil sucrase activity


2.2.4 对土壤CAT活性的影响 CAT能通过酶促反应使H2O2转化成H2O和O2,从而缓解土壤中的CAT对大豆根系的毒害,所以CAT活性的高低会显著影响大豆根系的正常生长发育。如图7所示,两种不同耕作措施对CAT活性影响显著,整体上,翻耕处理的CAT活性高于旋耕处理。在开花期与结荚期,翻耕处理的CAT活性较旋耕处理提高5.4%~6.1%;相同耕作方式,翻耕除PT3外,其他各处理间差异不显著,旋耕各处理间差异不显著;PT2的CAT活性最高。在鼓粒期,PT1与RT1的CAT活性差异显著;在相同耕作方式中,T1处理的CAT活性高于其他处理,其中PT1较PCK显著提高了25.7%,RT1较RCK提高了10.3%,PT2和RT1、RT2处理之间差异均不显著。在成熟期,土壤CAT活性与鼓粒期变化趋势大体相似,PT1与RT1的土壤CAT均有较高的活性,这可能由于2018年试验区雨水较为充足,深松处理（T2、T3）的土壤含水量相对过高不利于根系与土壤微生物代谢,二者活性下降,而培土处理（T1,CK）有利于排水,避免了土壤长时间的含水量过高,从而有利于根系与微生物正常生长发育,提高了土壤CAT的活性。综上可知,耕作方式对土壤CAT活性有一定影响,培土（提前培土,T1）能提高其活性。

图7

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图7   不同耕作措施对土壤CAT活性的影响

Fig.7   Effects of different tillage measures on soil catalase activity


2.3 不同耕作措施对土壤养分的影响

分析和对比不同耕作措施对大豆成熟期土壤养分的影响,如表2所示。翻耕处理的有机质含量均低于旋耕处理,但除了RT2处理外,其他处理的有机质含量差异不显著。两种不同耕作方式碱解氮含量差异不显著,且两种耕作方式各处理的碱解氮含量变化趋势一致,PT2与RT2处理均显著高于其他处理,其中PT2较PT1、PT3、PCK分别显著提高5.1%、5.9%、12.1%,RT2较RT1、RT3、RCK分别显著提高7.7%、5.0%、15.0%。翻耕处理的速效磷含量较旋耕处理显著提高18.4%~53.0%,相同耕作方式,除了PT2显著高于其他处理外,其余处理间差异不显著。相反,土壤速效钾含量旋耕处理均显著高于翻耕处理,增幅在8.6%~18.6%,翻耕处理PT2显著高于其他处理,旋耕处理RT2和RT3显著高于RT1和RCK,说明深松有利于土壤养分的有效积累与提高。

表2   不同耕作措施对土壤养分的影响

Table 2  Effects of different tillage measures on soil nutrients

处理
Treatment		有机质含量(g/kg)
Organic matter content		碱解氮含量(mg/kg)
Available nitrogen content		速效磷含量(mg/kg)
Available phosphorus content		速效钾含量(mg/kg)
Available potassium content
PT120.65±3.25b143.83±1.48b22.79±0.38b157.50±4.18d
PT221.96±1.49b151.13±1.96a29.37±0.10a173.63±1.10b
PT321.59±1.81b142.75±3.66b21.29±1.49bc158.23±2.76d
PCK21.59±3.10b134.81±4.19c22.40±3.48b160.23±2.68d
RT123.65±1.49b141.68±2.57b18.14±0.19d171.13±1.15b
RT228.72±1.12a152.62±1.70a19.19±0.57cd190.53±0.97a
RT322.34±1.97b145.30±2.07b17.98±0.67d187.73±1.70a
RCK23.28±0.32b132.66±2.23c17.53±0.59d164.50±0.62c

Note: Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at 0.05 level between treatments

注：同一列中数据后不同小写字母表示处理间差异达到5%显著水平

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3 讨论

土壤微生物数量、土壤酶的活性以及养分均会对大豆的生长发育产生较大的影响[17,18],而不同的耕作措施均会对土壤环境产生巨大影响[19]。土壤微生物是土壤微环境中的主要分解者,它们对土壤养分的转化、增强土壤保湿性均有积极的意义[17,20],Vida等[21]研究表明,旋耕比翻耕更有利于土壤微生物数量的提高,且微生物群落结构得到了改善;张博文[22]研究认为深松有助于改善土壤微生物的生存环境,从而有助于土壤微生物数量的提高,进而影响土壤微生物遗传与功能多样性的提高。同样,本试验研究发现,在大豆开花期,土壤细菌、放线菌的数量翻耕处理高于旋耕处理,而真菌相反,这是因为翻耕处理在大豆生育前期土壤孔隙度较高,土壤温湿度上升,从而有利于微生物的生存,进入大豆结荚期与鼓粒期后,旋耕处理的土壤细菌、真菌、放线菌数量高于翻耕处理,这是因为旋耕处理较翻耕土壤扰动少,且翻耕处理在前期相对疏松的土层增加了土壤含水量减弱了土壤气体的流通,所以旋耕处理能为微生物提供一个更稳定的栖息地,与贾凤梅等[23]研究不一致,可能是不同年份降雨量等问题的差异所致;同样,在相同耕作方式,提前进行培土、深松的处理（T1、T2）微生物数量均高于CK,这是因为提前进行深松或者培土均能提高大豆开花期的土温以及达到土壤保水保墒的目的,从而为土壤的微小生物提供了一个较为适宜的栖息地,另一方面,深松处理（T2、T3）的微生物数量高于培土处理（T1、CK）,这是因为深松能把地表的杂草等翻进土层,既提高了土壤的通透性,又为土壤微生物提供更多的养料,从而更有利于土壤微生物数量的提高。

土壤酶在土壤环境中与物质的循环以及能量的流动密切相关,土壤酶活性的高低反映了土壤中各种生物化学过程的相对强度[24],其活性是综合评价土壤质量变化、检测土壤中微生物活性及数量的重要指标之一[25,26]。Li等[27]研究认为,与翻耕相比,旋耕对土壤表层（0~20cm）的土壤酶活性有提升作用,但对20~40cm土层的土壤酶活性作用相反,Ding等[28]研究表明旋耕较翻耕结合其他技术措施提高了土壤酶的活性,但张德喜等[10]研究表明,翻耕处理的土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、CAT的活性均高于旋耕处理,与本试验研究结果基本一致,本试验除了蔗糖酶外,土壤脲酶、磷酸酶、CAT在各时期的酶活性均表现为翻耕>旋耕,翻耕处理能把上茬作物以及其他植物残留物翻进更深土层,既增加了土壤的通透性与肥力,又能打破犁底层,为大豆根系与微生物创造“更大的”栖息地,从而有利于土壤酶活性的提高。蔗糖酶表现出相反的规律是因为蔗糖酶往往与土壤有机质含量成正相关关系,翻耕作业提高了土壤有机碳的矿化速率,促进了根系和微生物对有机质的吸收和利用,使土壤有机质含量下降,有机质含量的下降使蔗糖酶的催化底物减少,从而导致其活性下降。张文超[29]研究表明,在不同耕作措施中进行土壤深松,基本上均会提高土壤的酶活性,但CAT活性降低,与本试验结果一致;同样,本试验在相同耕作条件下,除CAT外,深松处理较培土处理的其他酶活性亦有一定程度提高,罗奥[30]亦有相似的报道,可能是因为深松降低了土壤的容重和硬度,使土壤的湿热条件更合理,从而为大豆根系和土壤微小生物提供了更好的生长环境,进而使根系与微生物代谢活动更加活跃,最终提高了土壤酶活性。本试验还发现提前培土、深松（T1、T2）比相对应处理（CK、T3）的酶活性亦有较大幅度的提高,说明提前进行培土、深松对土壤进行“放寒”与保水保墒,不仅有利于大豆生根发芽,同时对土壤环境的改善亦有积极的意义。

不同的耕作措施会对土壤环境带来明显的影响,主要表现在土壤理化特性、微生物及酶活性等方面,合理的耕作措施有利于土壤肥力的恢复与积累,从而保证作物对养分的需求,进而有利于提高作物的产量[31,32]。Tatsuya等[33]研究表明,旋耕每年能增加9.0mg/hm2的有机碳,而传统翻耕仅增加6.4mg/hm2,本试验大豆成熟期土壤的有机质含量变化与其规律一致,贾凤梅等[23]认为是翻耕降低了土壤容重,疏松的土壤能提高土壤微生物活性,微生物的活动影响了土壤养分的含量,土壤养分的含量又决定了微生物的活性,同时秸秆还田能提高前期土壤养分含量,所以提高了土壤的有机质含量;同样,本试验的速效磷含量翻耕处理高于旋耕处理,但速效钾含量则表现相反趋势,可能是因为磷具有很强的沉积性而不易溶解,翻耕处理将深层的磷翻到表层的土壤中提高了速效磷的含量[34]。张德喜等[10]认为pH降低有助于养分的溶解,从而为易溶养分分解提供了更好的条件,进而提高土壤养分,本试验的旋耕处理较翻耕处理pH更低,所以提高了土壤的速效钾、有机质含量等。同时张志政[35]研究表明深松能提高土壤碱解氮、速效磷和速效钾等含量,与本试验结果基本一致,两种耕作措施的深松处理较培土处理土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量均有所提高,说明深松对土壤有效养分的提高具有积极影响。

4 结论

耕作方式对土壤环境的影响显著,同时播种后中耕亦能显著改变土壤的理化特性,进而影响大豆的生长发育,最终影响其产量的提高。翻耕处理虽然可以降低土壤容重,打破犁底层,但却破坏了土壤的稳定性团聚体结构,对土壤的频繁扰动不利于微生物生长,导致土壤细菌、真菌、放线菌数量下降,其中细菌、真菌、放线菌数量在成熟期翻耕处理PT1较旋耕处理RT1分别降低了11.7%、23.4%、11.4%。除蔗糖酶外,翻耕处理较旋耕处理提高了土壤其他酶的活性,脲酶、磷酸酶、CAT活性在大豆成熟期翻耕处理的PT2较旋耕处理的RT2分别提高了1.12%、4.32%、5.47%,但蔗糖酶活性PT2较RT2下降21.6%;耕作方式对养分影响也较为显著,除速效磷外,旋耕使大豆生长后期的土壤养分积累显示出更大的优势;同时还发现,提前进行培土、深松对土壤环境改善明显,提高了土壤酶的活性以及调整了微生物数量的比例,特别是提前深松降低了土壤真菌数而提高了细菌数,创造了一个更合理的土壤微生物群落结构;所以无论耕作措施是翻耕还是旋耕,都可以在播种后适当提前培土、深松（尤其是深松）,这对改善土壤环境将有积极的作用与意义。

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研究不同的冬季作物马铃薯、黑麦草、紫云英、油菜在“冬季作物-双季稻”轮作种植制度下短期内对稻田土壤微生物碳、氮和微生物熵的影响，在湖南省土壤肥料研究所的实验网室内设置了小区试验。试验结果表明：几种冬季作物均提高了稻田土壤微生物碳、氮含量，黑麦草明显提高了土壤微生物量碳和微生物熵，紫云英明显提高了土壤微生物量氮。冬季作物对土壤微生物量碳和土壤微生物量氮的季节性影响变化趋势基本一致，紫云英、马铃薯处理的土壤微生物量C、N含量均在水稻生育期间8月中旬达到最大值。

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Summary

Non-fermenting Gram-negative bacilli create a significant problem in clinical settings, being the most widespread cause of nosocomial infections. They are opportunistic pathogens that take advantage of underlying conditions and diseases. Sphingomonas paucimobilis, a non-fermenting Gram-negative bacillus, is regarded as of minor clinical significance; however, many instances of infections with this organism can be found in the literature. Infections include bacteraemia/septicaemia caused by contaminated solutions, e.g. distilled water, haemodialysis fluid and sterile drug solutions. Cases of pseudobacteraemia have been recorded in association with S. paucimobilis, as have many cases of unusual infections both invasive and severe, e.g. septic arthritis and osteomyelitis. No cases of death have been recorded in the literature related to S. paucimobilis. This review illustrates that S. paucimobilis is a more important pathogen than previously thought.

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通过两年田间裂区设计试验,研究了不同土壤耕作方式(常规耕作、深耕、深松)与秸秆还田(秸秆还田、秸秆不还田)对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤微生物数量、酶活性和作物产量的影响.结果表明: 深松(耕)和秸秆还田不仅降低了土壤容重,提高了土壤有机碳含量,而且增加了土壤微生物数量、土壤酶活性和作物产量,且二者对夏玉米季的影响大于冬小麦季.与常规耕作+无秸秆还田相比,深耕+秸秆还田、深松+秸秆还田处理的20～30 cm土壤容重分别降低8.5%和6.6%,土壤有机碳含量分别提高14.8%和12.4%,土壤微生物数量、土壤酶活性分别提高45.9%、33.9%和34.1%、25.2%,作物产量分别提高18.0%和19.3%,且两处理间无显著差异.说明土壤深松(耕)结合秸秆还田有利于作物产量、土壤微生物数量和酶活性的提高.

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在沈阳农业大学试验基地开展田间控制试验，研究翻耕秸秆移除(CK)、翻耕秸秆还田(PTS)、免耕秸秆移除(NT)、免耕秸秆还田(NTS)、旋耕秸秆移除(RT)、旋耕秸秆还田（RTS）6种耕作和秸秆还田方式对棕壤养分含量和酶活性的影响。结果表明，（1）对比CK，RTS和PTS增加了表层(0～15 cm)土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量、β-1,4葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(AP)活性，但NTS和RTS比CK降低了下层(15～25 cm) SOC含量，PTS对比其他处理显著增加了下层NAG活性，RTS和PTS对比CK显著增加了两土层硝态氮(NO3--N)含量。（2）3种耕作方式配合秸秆还田的处理与无秸秆还田处理相比，增加了表层土壤SOC、TN含量以及βG、NAG、AP活性，降低了下层SOC含量，但增加了NAG和AP活性。旋耕和翻耕配合秸秆还田的处理与无秸秆还田处理相比，增加了两土层NO3--N含量，而免耕趋势相反。（3）主成分分析表明，RTS和PTS处理增加了表层土壤有机碳、氮含量，改善了土壤速效养分含量，提高了土壤酶活性，是适合棕壤的耕作结合秸秆还田的方式。

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目的 通过研究保护性耕作对旱地春玉米土壤有机碳(SOC)、 产量及水分利用的影响,分析保护性耕作的增产机制,为旱作农田耕作技术应用提供理论和技术支持。方法 采用2003~2013年连续11年的田间定位试验, 设传统耕作(CT)、 少耕(RT)和免耕(NT)3种耕作措施,分析土壤0—20 cm和20—40 cm土层有机碳含量、 土壤0—20 cm含水量、 作物耗水量、 玉米产量和水分利用效率的年际变化和耕作处理间的差异,并对玉米产量与影响因素的相关性进行分析。结果 1)保护性耕作能有效提高土壤有机碳含量,少耕、 免耕处理0—20 cm土层有机碳含量11年平均值较传统耕作分别提高了11.2%和3.4%; 至2013年,少耕、 免耕20—40 cm土层有机碳含量分别较传统耕作增加了5.53和3.29 g/kg; 土壤0—20 cm有机碳储量净增加速率分别为C 0.365和0.754 t/(hm2·a)。 2)保护性耕作具有明显的增产效果,少耕产量最高,增产效果最好,2003~2013年均产量为5.83 t/hm2,较传统耕作提高了14.7%; 免耕次之,年均产量为5.39 t/hm2,较传统耕作增产6.1%。3)各耕作处理玉米产量与土壤0—20 cm土层含水量之间存在显著的二次方程关系,与作物耗水量之间具有显著的乘幂方程关系。4)保护性耕作可以增加土壤水分,减少玉米生育期内的耗水量,提高水分利用效率,其中免耕土壤0—20 cm土层水分含量最高,2003~2013年平均含水量为15.2%,较传统耕作和少耕提高了1.90和1.66个百分点,且生育期耗水量最少,2003~2013年均耗水量为403.5 mm,较传统耕作和少耕减少了16.1 mm和7.6 mm; 少耕、 免耕的水分利用效率较传统耕作分别提高了16.1%和10.2%,降水利用效率较传统耕作提高13.9%和5.8%。结论 长期保护性耕作可以有效地提高土壤有机碳含量、 增加土壤水分、 减少作物耗水量,从而显著提高了玉米产量和水分利用效率,3种耕作措施中以少耕效果最好,免耕次之,在旱作农田推广少、 免耕保护性耕作措施是一种增产、节水的有效途径。

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土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,也是当前全球碳循环和全球变化研究的热点。土地利用/覆被变化及土地管理变化通过影响土壤有机碳的储量和分布,进而影响温室气体排放和陆地生态系统的碳通量。研究土地利用变化影响下的土壤有机碳储量及其动态变化规律,有助于加深理解全球气候变化与土地利用变化之间的关系。在阅读国内外有关文献的基础上,分别从土地利用及其管理方式变化的角度,概括了土地利用变化对土壤有机碳的影响过程与机理;针对当前研究的两大类方法,即实验方法和模型方法,分类详细介绍了它们各自的特点以及存在的一些问题。在此基础上,提出今后土地利用变化对土壤有机碳影响研究的发展趋势。

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Soil rotational tillage is an effective measure to overcome the problems caused by long-term of a single tillage, but the effect of the interval time of rotational tillage practices is not very well understood. Therefore, we conducted a 3-year field study in a wheat-maize cropping system to evaluate the effects of rotary tillage (RT) in rotation with plowing tillage (PT) on soil properties in northern China. Four practices were designed as follows: 3 years of RT to a depth of 10-15 cm (3RT), 3 years of PT to a depth of 30-35 cm (3PT), 1 year of PT followed by 2 years of RT (PT+2RT), and 2 years of PT followed by 1 year of RT (2PT+RT). Within 20 cm of the surface soil, the 3RT treatment significantly increased the soil quality index (SQI) by 6.0%, 8.8% and 13.1%, respectively, relative to the PT+2RT, 2PT+RT and 3PT treatments. The improvement was closely related to the significant increase in the soil organic carbon (SOC) and available nutrients concentrations in the 0-20 cm depths and the improvement of soil invertase, urease, alkaline phosphatase and catalase activities in the topsoil (0-10 cm). However, the opposite effects were observed in the subsoil (20-40 cm). Compared with the 3RT treatment, the 3PT, 2PT+RT and PT+2RT treatments decreased soil bulk density, and significantly enhanced enzyme activities, resulting in an increase in SQI of 32.6%, 24.4% and 0.7%, respectively, especially in the 3PT and 2PT+RT treatments, the difference was significant. When averaged across to all soil depths, the SQI under the 3RT and 2PT+RT treatments was much higher than that under the other treatments. The yields of wheat and maize under the 2PT+RT treatment were 15.0% and 14.3% higher than those under the 3RT treatment, respectively. The 2PT+RT treatment was the most effective tillage practice. These results suggest that RT in rotation with PT could improve soil quality in the soil profile whilst enhancing crop yield after continuous RT, and the benefits were enhanced with an interval time of one year. Therefore, the 2PT+RT treatment could act as an effective method for both soil quality and crop yield improvement in a wheat-maize cropping system under straw incorporation conditions.

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In the winter-wheat and summer-maize multiple cropping system in lime concretion black soil of Huanghuaihai Plain, the effects of three tilling methods (conventional tillage, rotary tillage, subsoiling tillage) in wheat season coupling with three nitrogen treatments (120 kg·hm-2, 225 kg·hm-2, 330 kg·hm-2) before maize sowing on the activities of microorganisms and enzymes re-lated nitrogen transformation, and inorganic nitrogen content in the rhizosphere soil during the main growth stages of maize, as well as the yield were investigated. The results showed that the rotary tillage had the highest ammonification intensity, and the more nitrogen was put in, the higher were the activities of microorganisms and enzymes related to soil nitrogen transformation. The activities of nitrification, denitrification and urease of subsoiling tillage was significantly higher than those of conventional and rotary tillage. Furthermore, in subsoiling tillage treatment, increasing nitrogen fertili-zer could promote soil nitrogen transformation while excessive nitrogen input inhibited soil nitrogen transformation, though the latter had higher yield and soil inorganic nitrogen content. The treatment of subsoiling tillage coupling with 225 kg·hm-2 nitrogen, was best for soil nitrogen transformation while the treatment of subsoiling tillage coupling with 330 kg·hm-2 nitrogen, had the highest corn yield.

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为了研究华北农田生态系统化肥、秸秆还田和有机肥等培肥措施对土壤微生物生物量碳的影响，在山东省桓台县冬小麦套种夏玉米种植模式下的低肥力生产系统中设置了田间试验。田间试验设7个处理，依序为：①全还+化肥（小麦秸杆+玉米秸杆还田+600kgN/(hm２•a)），②全还+化肥+有机肥（小麦秸杆+玉米秸杆还田+有机肥），③麦还+化肥（小麦秸杆还田+600kgN/(hm２•a)），④麦还+化肥+有机肥（小麦秸杆还田+600kgN/(hm２•a)+有机肥），⑤化肥（600kgN/(hm２•a)），⑥麦还双倍+化肥（加倍小麦秸杆还田+600kgN/(hm２•a)），⑦不施肥（对照）。1998年4月至1998年11月田间取样测定了土壤的微生物生物量碳。试验结果显示：在整个试验阶段提高施肥水平微生物生物量碳都明显增加。单施化肥可以增加土壤的微生物生物量碳，有机物配合施用化肥作用更加明显。不同秸秆还田方式（全还、双倍麦还和麦还）对微生物生物量碳影响的季节变化较大。有机肥对提高土壤微生物生物量碳的作用是很明显的。从微生物生物量碳的全年平均值来看，全还+化肥+有机肥处理>麦还+化肥+有机肥处理>全还+化肥处理>双倍麦还+化肥处理>麦还+化肥处理>化肥处理>对照。因此，低肥力的农田生态系统中最好的培肥措施是化肥配施有机物。

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不同耕作方式对土壤水热、养分及生物特性产生的影响不同,实施合理的农田土壤管理措施不仅可以改善土壤理化性状,也可改变农田土壤生态过程.保护性耕作方式不同程度地改善了土壤质量,免耕能有效提高土壤酶活性,免耕和深松耕等能为土壤微生物的生长繁殖提供丰富的可利用资源,免耕、少耕等能减少对土壤动物的扰动,进而影响到土壤动物的数量、多样性及种群结构.本文综述了不同耕作方式下农田土壤理化性质和生物学特性的研究进展,重点分析了不同耕作方式对土壤理化因子、酶活性、微生物多样性和土壤动物的影响,指出了适宜的耕作方式对土壤质量修复的可能性及研究方向.

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