秸秆还田配施微生物菌剂与有机肥施用对黑土微生物量碳的影响

李传宝+王宏燕+赵伟+许毛毛+袁佳慧+李晓庆

摘要：为研究在“三分法”大垄深松耕作的基础上，施加秸秆还田配施微生物菌剂及有机肥对土壤微生物生物量碳的影响，在东北农业大学试验基地玉米种植模式下设置了田间试验。试验设5个处理，分别为大垄、大垄配施有机肥、大垄秸秆还田、大垄秸秆还田配施纤维素分解菌、大垄秸秆还田配施生物表面活性剂。经过2年的田间取样，测定玉米不同生育时期土壤微生物量碳含量。试验结果表明，在大垄深松的情况下，施用有机肥和秸秆还田均可提高土壤微生物量碳含量，年平均量提高了23.04%、25.13%，且达显著水平；在大垄秸秆还田的基础上配施纤维素分解菌菌剂和生物表面活性剂，在玉米生育后期即灌浆期、成熟期对土壤微生物量碳影响显著，与大垄秸秆还田不配施菌剂处理相比，微生物量碳年平均量增加了14.82%、26.70%，表明秸秆还田配施微生物菌剂具有更大的生态效益；2010、2011年试验，二者呈现相似结果，与对照比较2011年不同处理土壤微生物量碳含量的增加更为明显。

关键词：秸秆还田；有机肥；生物菌剂；微生物量碳；玉米；大垄深松耕作

中图分类号： S181文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）05-0265-03

土壤微生物量碳、氮是土壤碳素和氮素养分转化和循环研究中的重要参数，它们较为直观地反映了土壤微生物和土壤肥力状况[1]。土壤的微生物量是土壤有机质中有生命的一部分，对环境变化非常敏感，可以作为土壤生态系统的一个指标[2]，微生物量碳在区别长期与短期土壤处理方面也非常敏感，同时还不受无机氮的直接影响[3]。而秸秆还田在提高土壤有机质和改善土壤理化性质的同时，又活化了土壤养分，促进了土壤微生物的活动[4-6]，可直接影响土壤微生物量碳的含量。本试验设计出一种全新的耕作技术——三分法大垄深松。

所谓的三分法大垄深松是一种新的保护性耕作栽培技术，采用少耕播种、深松、秸秆还田的休闲联合栽培技术。具体为140 cm大垄耕作方式，40 cm苗区，免耕播种；40 cm为施肥区，深松，垄沟整施秸秆，进行秸秆翻埋；60 cm空白区。每年采取三分法平移，3年则可实现土壤全部秸秆还田处理，提高土壤肥力，增大土壤库容。

本研究目的在于通过大田试验，研究“三分法”大垄深松结合有机肥、秸秆还田配施生物菌剂技术对土壤微生物量碳的影响，明确有机肥、秸秆还田配施不同种类生物菌剂对大田微生物量碳的影响，为实现农作物增产和土壤肥力的有效保护、开发大田土壤固碳潜力、减少土壤碳排放提供科学依据。

1.2试验设计

供试作物为玉米哲丹37。试验共设5个处理，每个处理重复4次，试验小区长6 m，宽7 m，面积为42 m2。试验于2009年进行。试验田采用秋翻地处理，每年11月中旬将玉米鲜秸秆粉碎成2～3 cm段，施加菌剂处理则采用喷洒的方式施加菌剂，[JP2]最后将秸秆与菌剂共同施用于下年的种植垄上并翻入耕种层，同时所有秸秆还田处理都配施尿素以调节碳氮比。试验设计为：（1）大垄，简称B；（2）大垄+有机肥（每个小区施用发酵好的猪粪100 kg），简称BO；（3）大垄+秸秆还田（每个小区施用用鲜秸秆37.50 kg+尿素0.15 kg），简称BC；（4）大垄+秸秆还田+纤维素分解菌（每个小区施用用鲜秸秆37.50 kg +尿素0.15 kg+纤维素分解菌菌液1.9 kg），简称BCC；（5）大垄+秸秆还田+表面活性剂（每个小区施用鲜秸秆37.50 kg +尿素0.15 kg+表面活性剂0.9 kg），简称BCS。[JP]

样品采集时间分别为2010年4—10月、2011年4—10月，分5个时期采取，分别为苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期、成熟期，取土时间为08：00。采集0～20 cm耕作層土壤，混合后迅速封装于塑料自封袋中带回，置实验室冰箱中冷藏待测。

1.3测定方法

土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸的方法[7]；其他土壤理化性质采用常规土壤农化分析方法测定[8]。

1.4数据统计与分析

用Excel 2003进行数据处理，采用SPSS 19.0进行数据分析。[JP]

2结果与分析

2.1秸秆还田对土壤微生物量碳的影响

将B处理与BC处理比较结果见图1。在拔节期至成熟期间，大垄与大垄秸秆还田土壤微生物生物量碳含量的变化趋势一致，呈现缓慢增高后急剧降低的趋势；表现为抽雄期、成熟期BC处理的土壤微生物量碳含量高于B处理，分别高出27.20%、36.69%，处理间差异显著；灌浆期表现为B处理高于BC处理，高出21.82%。从年平均值上来看，B处理的土壤微生物量碳含量显著高于BC处理，达13.96%。

2.2有机肥施用对土壤微生物量碳的影响

[JP3]B处理与BO处理比较结果见图2。BO处理与B处理土壤微生物量碳含量在拔节期到成熟期变化趋势一致，均是先增高后降低的趋势，玉米拔节期、收获期土壤微生物量碳含量很低，抽雄期、灌浆期土壤微生物量碳含量增高显著；在抽雄期、成熟期，施加有机肥的大垄处理土壤微生物量碳含量高于无秸秆大垄处理，分别高出36.12%、46.92%，差异显著；而拔节期、灌浆期施加有机肥的大垄处理则低于大垄处理。从年平均值来看，施加有机肥大垄处理，对土壤微生物量碳含量影响并不大。[JP]

[HTK]2.3秸秆还田配施纤维素分解菌对土壤微生物量碳的影响[HT]

在秸秆还田的基础上将BC处理与BCC处理比较结果见图3。从图3可以看出，BC处理与BCC处理土壤微生物量碳含量的动态变化相近，BC处理土壤微生物量碳含量在玉米拔节期、抽雄期与灌浆期均保持较高水平，在成熟期开始下降，而大垄秸秆还田在添加纤维素分解菌菌剂后，其变化趋势呈现先逐步增高到成熟期则急剧下降的趋势，不同生育时期土壤微生物量碳含量差异显著。在玉米拔节期、灌浆期、成熟期BCC处理的土壤微生物量碳含量高于BC处理，分别高出140.0%、32.99%、42.70%，差异显著。从年平均值来看，添加纤维素分解菌的大垄秸秆还田处理土壤微生物量碳含量更高，比不添加菌剂者高出14.82%，处理间差异显著。

3讨论与结论

免耕作为保护性土壤耕作的重要内容，在华北小麦—玉米两熟地区已进行大量研究。目前，有关免耕对土壤微生物生物量碳影响的研究报道较多，牛新胜等指出，秸秆覆盖免耕可提高土壤微生物生物量碳含量，并对其季节性变化产生影响等[9]。孔凡磊等试验结果表明，长期免耕土壤进行耕作处理后土壤微生物量碳的时空分布和稳定性产生显著变化，从生育期平均值看，0～5 cm土层免耕处理SMBC含量较高，翻耕和旋耕处理则分别比免耕降低6.7%、6.1%[10]；然而长期免耕土壤存在有机碳和养分表层富集、层化现象明显等土壤质量问题，对作物可持续生产存在威胁[11-12]。因此，免耕配合土壤合理耕作使土壤得到免耕修养同时保证土壤利用率是十分必要的。

本研究试验方案使一部分土壤得到免耕修复的同时提高了另一部分土壤的利用率，“种”和“休”相结合。结果表明，有机物投入和秸秆还田对玉米生育期内土壤微生物量均有较大的影响，二者对土壤微生物量的促进作用十分明显，尤其是在玉米生长的拔节期和抽雄期，本结论与曹志平等的研究结果[13]一致。主要是因为有机肥与秸秆还田都可以有效实现土壤碳源添加，从而增加农田生态系统的固碳潜力[14]，而碳源是微生物生长的一个重要因子[15]。

施用生物有机肥促进了微生物的繁殖，同时也增加了土壤养分和微生物量，为微生物提供了充足的碳源、氮源、无机盐等营养物质[16]。田小明等研究表明，选择高、中、低有机质含量不同的3种土壤，连续3年随着生物有机肥用量的增加，不同土壤均有不同程度的增加[17]。

而秸秆分解过程中产生可利用的氮及其他营养元素又促进了作物生长，增加了根的生长和根系分泌物，因而促进了土壤微生物的繁殖，提高了土壤微生物量[18]。汤宏等研究结果，高量秸秆还田且长期淹水较无秸秆还田且长期淹水有利于提高土壤中微生物量碳、氮[19]。

生物菌剂与生物有机复合肥已经成为研究农业可持续发展的热门话题。生物菌剂与秸秆还田配合使用不仅保证了农作物的碳、氮需求，还增加了有益菌含量，对土壤微生物调节和作物根系微环境的改变具有重要作用[20]。丁雷等研究表明，拮抗菌S44发酵菌液与有机肥配施，拮抗菌S228发酵菌液与有机肥配施对盆栽棉花脲酶活性影响最大且其脲酶活性趋于稳定，同时二者土壤养分含量均比较高，能满足棉花对养分的需求[21]。本研究中大垄秸秆还田处理，在施加适量尿素用以调节碳氮比的同时，施加纤维素分解菌菌剂和表面活性剂对玉米生育后期土壤微生物生物量碳的含量产生显著的促进作用，表明施加纤维素分解菌菌剂加速了秸秆的分解速率，使有机碳较快输入到土壤生态系统中，从而加速了土壤微生物的生长和繁殖。

在玉米拔节期至成熟期，无论是秸秆还田还是施加有机肥与不同菌剂均可对土壤微生物量碳含量产生影响，但是影响程度并不相同。随着有机物的增加，大垄秸秆还田和施加有机肥，在玉米生育期内土壤微生物量碳随之显著增加，但从年平均值来看并无变化。大垄秸秆还田添加纤维素分解菌菌剂或者表面活性剂虽然在玉米生育前期表现出一定的抑制作用，但是随着时间变化，这种抑制作用会减弱，至玉米生长中后期表现出其潜力，极显著增加了土壤微生物生物量碳的含量，并在年平均值上呈现了优势。因此，在长期集约化的高化肥投入农业生态系统中要提倡土壤轮休、秸秆还田和多施有机肥与有益生物菌剂。

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