小麦秸秆对杂草种子萌发和土壤微生物代谢的影响

王慧敏 魏守辉 张朝贤 朱文达 姜翠兰 陈景超 黄兆峰 黄红娟

摘要通过室内模拟小麦秸秆还田，研究小麦秸秆对农田杂草种子萌发和土壤微生物代谢功能的影响。结果表明，小麦秸秆对杂草种子的萌发抑制活性随秸秆还田的时间呈动态变化，0～10d抑草活性逐渐增强，10d后抑草活性逐渐降低。对狗尾草种子的萌发抑制效果最好，在10d时对狗尾草种子萌发抑制率高达83%。采用Biolog方法研究土壤微生物代谢功能，10d处理土壤微生物结构多样性及代谢活性显著高于其他处理。研究明确了小麦秸秆还田能够抑制杂草种子萌发，并改变土壤微生物环境。

关键词小麦秸秆;杂草种子;萌发抑制率;微生物代谢

中图分类号：S451.1文献标识码：A DOI：10.16688/j.zwbh.2018158

秸秆还田是把小麦、玉米、水稻等农作物秸秆直接或堆积腐熟后施入土壤中的一种方法，合理的秸秆还田具有改善土壤理化性质、提高土壤肥力、促进产量增加等生态学意义。近年来，秸秆还田对农田杂草的抑制作用也时有报道。秸秆高留茬深松覆盖可减少麦家公Buglossoides arvense（L）L M.Johnst.、荠菜Capsella bursa-pastoris（L.）Medic.、播娘蒿Descurainia sophia（L.）Webb.ex Prantl等杂草的综合优势度比，降低牛筋草Eleusine indica（L.）Gaertn.、马唐Digitaria sanguinalis（L.）Scop.等杂草生物量及其密度，秸秆覆盖还田配合化学除草剂可有效减少大豆田主要杂草的发生，对小麦田杂草也有良好的控制效果。另外，连续秸秆还田还可降低土壤杂草种子密度及其多样性。然而也有文献指出小麦秸秆还田可促进水稻田阔叶类杂草和莎草科杂草的发生，认为免耕（不翻动表层土壤，并全年在土壤表面留下作物残茬的耕作方式）会增加农田杂草数量，导致杂草发育参差不齐，恶性杂草发生严重，而且目前对秸秆控草的研究主要集中在稻麦连作体系中，东北、华北和西南地区是我国玉米的主产区，主要耕作模式是小麦玉米轮作，其中马唐、牛筋草、狗尾草Setaria viridis（L.）Beauv.、反枝苋Amaranthus retro.flexus L、苘麻Abutilon theophrasti Medicus等为玉米田问主要常见杂草，目前仍是采用单一化学除草剂进行杂草的防除，利用小麦秸秆控制杂草的研究较少。

土壤微生物群落结构与功能受植被凋落物数量和质量、温度及湿度等多种因素影响，秸秆覆盖还田后，土壤固氮微生物群落、细菌群落多样性发生了改变，并且显著影响了土壤微生物的生物量，长期小麦玉米轮作田，免耕秸秆还田条件下的细菌群落具有更高的多样性和丰度，以及更高的土壤微生物生理代谢活性，而秸秆还田对土壤微生物群落动态及其相关代谢功能研究较少。

本文通过室内模拟试验，考察小麦秸秆覆盖还田和秸秆混合还田两种方式对玉米田主要杂草种子萌发的影响，并利用Biolog-ECO微平板鉴定方法，研究秸秆还田对土壤微生物群落代谢功能的影响，为小麦玉米连作制下秸秆还田技术的完善及推广积累数据、提供依据。

3讨论

秸秆还田是目前作物秸秆利用较为普遍的措施之一。许多研究表明秸秆还田具有改善土壤的理化性质、增加土壤肥力、促进作物生长等作用，且适当的秸秆还田可有效控制田问杂草的发生，促进除草剂减量使用。本研究结果表明小麦秸秆还田可有效控制后茬作物玉米田狗尾草、反枝苋、牛筋草和马唐等杂草种子萌发，但秸秆覆盖还田、混合还田两种方式对杂草萌发的影响无显著差异。

土壤中微生物是土壤生态系统养分循环和能量流动的主导者，对于维持耕地稳定性和可持续利用具有重要作用。Biolog方法检测微生物代谢功能，其中AWCD值反映了土壤微生物利用碳源的能力和代谢活性的大小，其值越高，土壤中微生物群落代谢活性也就越高，从功能方面可反映微生物群落结构多样性。碳源低利用率预示着微生物对其利用能力的衰退，碳源高利用率表明微生物对其利用需求较强。Shannon-Wiener指数（H）可以表征土壤中微生物群落的丰富度，Simpson指数较多反映了微生物群落中最常见的物种优势度，MicIntosh指数则是群落物种均一性的度量。本试验结果表明，秸秆还田10d，其微生物数量显著增加，分析认为小麦秸秆可能为土壤微生物提供物质能量，促进土壤微生物活性，增加土壤微生物数量。秸秆还田后10d对土壤微生物群落代谢功能有显著影响，碳源利用显著提高，且对各类碳源利用率存在显著差异。而在秸秆还田30d后，土壤微生物对单一碳源如D-半乳糖醛酸、丙酮酸甲酯、衣康酸、D-苹果酸、D-纤维二糖等的利用发生显著变化。另外，秸秆处理10d时土壤微生物的丰富度指数较高，但各处理微生物功能多样性指数无明显变化规律，小麦秸秆还田后，逐步释放出一些次生代谢产物，它们与土壤微生物相互作用，影響微生物的群落代谢功能及其结构多样性，同时次生代谢产物或直接作用于土壤中杂草种子，或与微生物一起作用于杂草种子，影响种子萌发与生长。秸秆还田短期内有效增加土壤微生物数量，提高微生物的代谢活性，并且可对土壤微生物群落结构产生影响，该研究结果与郭梨锦等、罗希茜等的研究结果一致。

由于秸秆还田对后茬作物田杂草及土壤微生物的效应受到诸多因素的影响，本试验结论需进行田问验证，进一步验证和探索秸秆还田在田问的生态学意义。