免耕与覆盖对土壤微生物量磷的影响

裴金铭

(甘肃省武山县林业和草原局，甘肃 武山 741300)

土壤微生物量 (MB) 是土壤活的有机质部分，指士壤中除去活的植物(如植物根系等)和动物(如蚯蚓)外，体积小于5×103μm3的生物总量。主要包括细菌、真菌、藻类和原生动物等［1］。 土壤微生物本身含有大量的养分， 广义的微生物量包括MB-C,MB-N,MB-P及 MB-S 等[2]。

土壤微生物磷的主要成分是核酸、磷脂等易化的有机磷及一部分无机磷[3]，而MB-P 以磷酸盐的形式存在于易利用的细胞中。土壤微生物磷是土壤有机磷的最为活跃的部分。 由于其周转速率快，可迅速参与养分循环而成为植物有机磷的重要来源[2，4，5]。 我国北方轻壤草甸褐土0~30 cm 土层中，翻耕、铁茬、和免耕三种耕作模式通过土壤微生物量每年固定的土壤P 比作物每年吸收的总 P 量分别高 2.3、3.2、1.9 倍[6]。 由此可见，研究土壤微生物量磷对于了解土壤养分循环和土壤磷的固定具有非常重要的意义。

土壤微生物量P 的含量变异很大，一般与微生物C、N 之间有很好的相关性，并与土壤全磷、有机磷及及有效磷含量相关。 微生物量的C/P 与土壤性质、利用状况及土壤磷素供应有关，土壤微生物量P 通常占全磷的2.4%~23.3%，占有机磷的5%~24%，土壤微生物量P 对调控土壤P 的植物有效性及磷的生态循环具有十分重要的意义[7]。

目前， 土壤中微生物量P 的测定已逐渐成为耕作、 裁培等农业管理措施对土壤肥力影响的活指标。因而研究土壤微生物量P 是在土壤微生物量研究基础上的进一步深入，具有更为重要的理论和实践指导意义。 尽管国外对土壤微生物量P 的研究较多，但是他们大多数限于温带中性土壤，且很少涉及对耕作土壤的研究， 而在国内研究较多的则是热带-亚热带地区高度分化的酸性土壤，对北方碱性土壤方面的研究相对少。本试验主要针对甘肃农业大学田间定位试验的土壤进行了研究，通过连续3 年豌豆—小麦双序列轮作后，对不同处理土壤微生物P 变化的比较，揭示土壤P 的微生物学特征，以便更好的利用土壤自然肥力资源，对发展可持续农业、提高磷肥利用率、以及保护士壤生态环境具有重要意义。

1 材料与方法

1.1.试验设计

本试验设在定西李家堡镇农大早农试验点，共设置六个处理，4 次重复，小区面积4 m×20 m。 随机区组排列、播种、施肥及田间管理时间一致。

翻耕(代码T)其处理方法为：在作物收获后将此块地犁三次土壤耱两次。第一次犁地是在收获季节的8 月份，后两次犁地分别在8 月下旬和9 月。 犁地深度依次为 20 cm、10 cm 和 5 cm。 在 9 月份最后 1 次耕作之后耱1 次在 10 月份地冻结之后耱最后1 次。

秸秆覆盖+免耕(代码NTS)：此处理是从8 月份到来年三月被前茬作物秸秆所覆盖，由前茬作物所提供的秸秆都将在脱粒后立即被归还到小区中。

免耕(代码NT)：该处理类似于处理Ⅱ，不同之处在于没有秸秆覆盖。

秸秆还田(代码TS)：此处理的犁地方式和耱地方式类似于处理I,但是在第一次犁地时与秸秆混和。由前茬作物提供的秸秆都在脱粒后被归还到其小区中，然后混合到土中。

薄膜覆盖+翻耕(代码TP)：此处理的犁地方式和耱地方式与处理I 基本相同。 不同之处就是在10 月最后一次耱地后用塑料覆盖。塑料薄膜覆盖在作物行间，覆盖带宽度为40 cm。

薄膜覆盖+免耕(代码NTP)：塑料薄膜将在10 月份覆盖，使用的机器与处理V 相同。 为了避免损坏塑料薄膜，在收获后作物残茬(应短于5 cm)。 应刈除或耙除。

1.2.供试土样

供试土样为黄绵士，采样时间为2018 年11 月2号，采样深度依次为 0～5 cm、5～10cm、10～30cm。采集到的新鲜土样保存在4 ℃冰箱中， 测定前仔细除去土样中可见植物残体(如茎、叶、根等)及土壤动物(如蚯蚓)。 然后过筛(孔径为 2 mm)，彻底混匀。 处理过程尽量避免破坏土壤结构， 调节土壤含水量 (大约为40%～50%的饱和持水量)将处理好的土样置于密封的大铝锅内培养1 周左右 (锅内用隔板分为两层，每层上放约50 mL, 1N NaOH 溶液以吸收土壤呼吸产生的CO2，锅底盛有适量水以保持湿度，培养温度为25 ℃),经过预培养的土样应当立即分析测定。这些过程为了消除土壤水分限制对微生物的影响以及植物残体组织对测定的干扰[8]。

1.3.测定方法

结合本试验区土壤的特点。 土壤微生物量P（MP）的测定基本参照 Brookes[9]和 Hedley[10]等人的方法测定即采用氯仿熏蒸法，Olesn 提取剂(0.5N,NaHCO3pH8.5)在土水比 1∶4 中提取 30 min，提取液中的P 的测定用钼酸铵-抗坏血酸比色法。 Bp=EP/0.4。式中Ep 为熏蒸土样减去未熏蒸土样提取液中的P。

2 结果与讨论

表1 豌豆不同处理间土壤微生物量P (mg/kg)

表2 小麦不同处理间土壤微生物量P (mg/kg)

2.1.免耕对土壤微生物量P 的影响

表3 土壤微生物量P 方差分析表

表4 土壤微生物量P 显著性检验

由表1 可以看出，对于豌豆地在免耕条件下。 表土层(0～5 m),亚表层（5～10 m)土壤微生物量 P 明显高于翻耕，表土层免耕与翻耕相比土壤微生物量P 免耕高出翻耕33.9%。亚表层土壤微生物量P 平均增加了11.9%。 而对于第三层(10～30 cm)免耕与翻耕微生物量P 含量差异不显著，现对表土层、亚表层土壤微生物量P 作方差分析， 见表3。 从表3 可以看出，在0～5 cm 土层和 5～10 cm 土层中，不同处理土壤微生物量P 差异显著。进一步的显著性检验(表4)表明：0～5 cm 土层，NTS、TS 与 T、TP 之间差异显著，平均值大小序列为：NTS＞TS＞NTP＞NT＞T＞TP, 而且 NTS 高出 T 56.5%、NTP 高出 TP 22.7%、NT 高出 T 19.2%。 在同一覆盖条件下， 土壤微生物量P 表现出免耕大于翻耕。5～10 cm 土层，TS、NTS、NTP 与 T、TP 土壤微生物量磷差异均显著， 平均值大小序列为： TS＞NTS＞NTP＞NT＞T＞TP。 而且 NTP 高出 TP 22.6%、NT 高出T 0.5%,因此除秸秆覆盖外，土壤微生物量P 均表现为免耕大于翻耕。

由表2 可以发现，对于小麦地免耕条件下土壤微生物量P 平均值都比翻耕对应各层次高。特别是表土层免耕土壤微生物量P 比翻耕高4.6%。

从上述比较，可以得出，无论是小麦地还是豌豆地，免耕条件下，土壤微生物量P 含量大致比翻耕高，这主要是免耕体系的土壤条件与翻耕不同所致。由于翻耕经过了机械扰动， 并进行了一系列的碎土作业，扰乱了土壤结构，土壤因此呈相对物质性。 而免耕处理则是一种不引起土壤全面翻转的耕作方法。它要求大量的作物残茬覆盖地表将耕作量减少到能保证种子发芽即可，作物残留物等以及施入的秸秆、化肥任其自然的留在原地不会因此受到机械扰动而改变位置，土壤呈相对异质性。田间观察也证实了这一点：免耕处理表层0～5 cm 土壤松散，表层有一层约0～5 cm 厚半腐熟残落物， 作物根系分泌物加剧了微生物的繁殖，进而增强了P 的转化，而翻耕则没有这种明显的层次。

2.2.覆盖条件对土壤微生物量P 的影响

显著性检验说明（表4）0～5 cm 土层，NTS、TS 与T、TP 之间差异显著， 平均值大小序列为：NTS＞TS ＞NTP＞NT＞T＞TP， 其中 T S 高出 T 42.1%、 NTS 高出NT 27% NTP 高处NT 2%， 说明秸秆覆盖对土壤微生物量 P 的影响较突出。 5～10 cm 土层 N TS、TS、NTP与T、TP 土壤微生物量P 差异均显著，平均值大小序列 为 T S ＞NTS ＞NTP ＞NT ＞T ＞TP。 而 且 T ST 高 出 T 23.2%、NTS 高出 N T 18.4%、NTP 高处 N T 10.9%，说明薄膜覆盖对土壤微生物量P 的效应不及秸秆覆盖明显。

图1 豌豆不同处理间土壤微生物P（mg/kg）

图2 小麦不同处理间微生物量P（mg/kg）

不同覆盖条件下的土壤微生物量P 与不同管理措施(亦即不同的覆盖条件），作物生长和土壤理化质的变化有着直接的关系[11]。

根据表1 对豌豆地秸秆覆盖+免耕，在表土层、亚表层、第三层的土壤微生物量P 都比免耕处理下对应层次的高。 对秸秆覆盖+翻耕和翻耕土壤微生物量P的比较也有同样的结论。 其中在表土层秸秆覆盖+免耕比翻耕约增加了1.2 mg/kg。 这是由于秸秆覆盖减少土壤水分的蒸发， 一定程度上起到保湿的作用，而这种环境有利于土壤微生物量P 的含量增加。 同时秸秆覆盖后土壤温度随着外界温度的变化幅度有所下降，也就是说，由于秸秆覆盖后，土壤微生物保持适宜的温度，而对于微生物来说，一定的温度对其有利。最后，秸秆进入土壤会使土壤中有机质含量增加进而使C/P 升高。 C/P 增大会促使土壤微生物活性增强，因而使得土壤微生物量P 含量增加。

表1、表2 发现对于小麦地、薄膜覆盖+免耕在表层、亚表层以及第三层土壤微生物量P 均比对应层次免耕处理高。 而薄膜覆盖+翻耕与翻耕相比土壤微生物量P 差异不显著。

2.3.不同层次土壤微生物量P 变化趋势

依据图1 和图2, 对于小麦地和豌豆地不管是免耕还是翻耕， 土壤微生物量P 始终都是表土层 (0～5 cm) ＞亚表层(5～10 cm) ＞第三层(10～30 cm)。 免耕条件下表层、亚表层均比对应层次翻耕土壤微生物量P含量高。 由此可见随着士层的深入，土壤微生物量P逐层递减。

3 结论

3.1.通过对免耕条件下土壤微生物量P 的测定，可反映出土壤微生物量P 在免耕处理下，其含量较其他处理高。 免耕处理0～5 cm,甚至更浅的土壤是一层特殊层，其有机质含量、微生物数量都比翻耕对应土层高。免耕为土壤微生物生命活动提供了稳定的生态环境，土壤微生物的种类、数量也保持相对稳定。由于土壤有机质含量、存在形式制约着土壤微生物量，而表层土壤有机质合最较高，因而表层土壤微生物量P 也比较高。

3.2.对不同覆土壤微生物量P 的测定，可以得知，秸秆覆盖比薄膜覆盖对土壤微生物量P 的影响显著。这主要是因为秸秆覆盖进入土壤会起到保持土壤水分、保持土壤温度增加土壤有机C 的作用， 而有机C 的增加会导致土壤中C/P 提高，由于C/P 提高会使土壤微生物的矿化作用增强，从而，使得土壤微生物量P升高；然而薄膜覆盖仅仅会对土壤起到保持水分和温度的作用。 因此，薄膜覆盖处理对土壤微生物量P 的影响不及秸秆覆盖处理的显著。

3.3.对不同层次土壤微生物量P 的测定表明， 随着土层的加深，其含量逐层递减。