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摘要 通过对不同秸秆还田量以及还田后不同时期下土壤微生物量碳变化的研究结果表明，实施稻田保护性耕作，土壤微生物量碳含量与传统耕作相比有明显增加。在秸秆还田直播小麦和直播油菜处理下，秸秆中的碳将会在田中积累，随着时间推移土壤中含碳量不断上升，根据秸秆还田量的不同，土壤微生物量碳的变化为秸秆全量还田>秸秆半量还田>常规耕作。
关键词 稻田；保护性耕作；秸秆；微生物量碳；土壤有机碳
中图分类号 S153.6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）09-0201-02
Abstract After returning to the different amount of straw returned and at different times，the researches on the change of soil microbial biomass carbon were conducted. The results showed that，compared with conventional tillage，soil microbial biomass carbon content increased significantly of conservation tillage in paddy field. Under straw return field broadcast directly wheat and directly rape，soil microbial carbon gradually rising trend over time，and under the different amount of straw returned，the change trend of soil microbial biomass carbon is straw returning full amount>straw returning half amount>conventional tillage.
Key words paddy field；conservation tillage；straw；microbial biomass carbon；soil organic carbon
稻田保护性耕作（conservation tillage in paddy field）是指水稻、小麦或油菜两季种植不间断地进行免耕栽培，稻、麦、油菜收获后及时将秸秆均匀覆盖还田，水稻采用抛栽，小麦、油菜实施撒播。对农业肥料减施、节本增效和农田生态环境保护具有积极意义[1-2]。
微生物量碳（MBC）是土壤碳素养分在转化和循环研究过程中的重要参数，它可以很清楚地反映土壤微生物和土壤肥力状况，其含量可以作为研究不同耕作方法引起土壤生物學性质变化的一个指标[3-5]。近20年来，人们在重视研究耕作方式对土壤物理与化学性质影响的同时，也不断加强了耕作方式对土壤微生物学特性影响的研究[6-10]。但对于川中丘陵区稻田保护性耕作制度下土壤微生物量碳的变化还研究很少。因此，本文以简阳市为例，研究川中丘陵区稻田保护性耕作制度下土壤微生物量碳的变化，以期为该地区稻田保护性耕作提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于川中丘陵区偏西部的简阳市，属中亚热带湿润气候区，土壤类型为水稻土，肥力中等，呈微酸性。
1.2 试验设计
试验设6个处理：水稻—小麦秸秆全量还田（7 500 kg/hm2），免耕，撒播小麦（A）；水稻—小麦秸秆半量还田（3 750 kg/hm2），免耕，撒播小麦（B）；常规耕作，直播小麦（C）；水稻—油菜秸秆全量还田（7 500 kg/hm2），免耕，撒播油菜（D）；水稻—油菜秸秆半量还田（3 750 kg/hm2），免耕，撒播油菜（E）；常规耕作，移栽油菜（F）。小区面积共105 m2（7 m×15 m）。
1.3 取样方法
对稻田保护性耕作小麦、油菜栽种不同时期土壤中微生物量碳变化情况进行研究，根据作物生长周期和气候变化特点，采样时间共分4次，分别为2012年9月、2013年3月、2013年4月、2013年5月；采取土样时，考虑到保护性耕作对土层的破坏较小、秸秆腐熟后残留物主要在表层土壤中的情况，采集0～5 cm土层为供试土壤，采用“S”形随机取样的方法，并对采集的土样用四分法进行处理。
1.4 测定内容与方法
1.4.1 前处理。采用氯仿熏蒸浸提法[8]。采集后的土样在室温下培养71 d，称取相当于烘干土重20 g湿土，放人100 mL的小烧杯中，连同盛有60 mL不含酒精氯仿的小烧杯放入真空干燥器中熏蒸培养24 h，取出、去除残留在土壤的氯仿，再加入0.5 mol/L K2SO4（土水比1∶2）浸提液，振荡30 min（25 ℃，200 r/min）后迅速用中速滤纸过滤。同时，另取等量土样，直接用0.5 mol/L K2SO4浸提，处理做空白。
1.4.2 微生物量碳和土壤有机碳的测定。取浸提液10 mL于消煮管中，并加入10 mL 0.018 mol/L K2Cr2O7·H2SO4溶液，摇匀后置于（175±1）℃的磷酸浴中煮沸10 min，冷却后将溶液转移到150 mL的三角瓶中，总体积约为80 mL，加0.6 mL邻苯氨基苯甲酸指示剂和5 mL浓硫酸，用0.05 mol/L FeSO4溶液滴定至终点。土壤有机碳的测定采用重铬酸钾-外加热法。计算公式如下：
微生物量碳（mg/kg）=2.64×Ec（1）
式（1）中，Ec为熏蒸与不熏蒸土样有机碳的差值，2.64为校正系数[11]。
土壤有机碳量（mg/kg）=0.012/4×106×M（V0-V）×f / w（2） 式（2）中，M—FeSO4溶液浓度，V0—滴定空白所耗FeSO4体积，V—滴定土壤浸提液所耗FeSO4体积，f—稀释倍数，w—烘干土重，0.012—碳的毫摩尔质量，106—换算系数。
2 结果与分析
2.1 微生物量碳的变化
研究结果（图1、图2）表明，土壤微生物量碳在不同耕作栽培制度下，随时间的推移，从2012年9月至2013年5月土壤微生物量碳呈持续增长的趋势，在5月达到最大值。在相同的时间下，稻田保护性耕作与常规耕作相比，微生物量碳呈增大的趋势，以稻草全量还田直播处理为最高，其趋势为秸秆全量还田>秸秆半量还田>常规耕作。
2.2 微生物量碳与有机碳的关系
2.2.1 土壤微生物量碳和土壤有机碳量的变化。结果（表1）表明微生物量碳含量随时间的增加而不断增加，在撒播小麦和撒播油菜的处理中，均以常规耕作的微生物量碳含量最低，其次为稻草半量还田，稻草全量还田微生物量碳含量最高。说明稻田保护性耕作能有效增加土壤微生物量碳的含量，从而增加土壤肥力。
研究发现，微生物量碳在土壤有机碳量中所占比例也随着时间的推进不断增加，并且到2013年5月时，微生物量碳占土壤有机碳的比例为常规耕作<稻草半量还田<稻草全量还田。
2.2.2 土壤微生物量碳与土壤有机碳量间的相关性。对小麦地土壤有机碳和微生物量碳的相关性进行了分析，结果（图3）表明，土壤有机碳与微生物量碳的相关性达极显著水平（r=0.933**）。同时对油菜地土壤有机碳和微生物量碳的相关性进行了分析，结果（图4）表明，土壤有机碳与微生物量碳的相关性达极显著水平（r=0.880**）。
3 结论
（1）秸秆施入土壤后，随着时间的推移，不断腐熟，供给微生物生长繁殖所需的营养物质增多，土壤微生物碳量與常规相比有明显的提高，其规律为全量还田>半量还田>未还田。
（2）同时本研究的结果表明，土壤微生物量碳与土壤有机碳的变化规律一致，并经过相关性分析的结果表明，土壤有机碳与微生物量碳的相关性达极显著水平。
4 参考文献
[1] 姚雄，廖敦秀，唐永群，等.稻田保护性耕作的生态效应研究进展与发展建议[J].生态环境学报，2011，20（2）：372-378.
[2] 李向东，隋鹏，高旺盛，等.四川盆地稻田保护性耕作制度可持续性评价研究[J].作物学报，2007，33（6）：942-948.
[3] 张成娥，王栓全.作物秸秆腐解过程土壤微生物量的研究[J].水土保持学报，2000，3（14）：96-99.
[4] 胡诚，曹志平，叶钟年.不同壤培肥措施对低肥力农田土壤微生物生物量碳的影响[J].生态学报，2006，26（3）：808-814.
[5] 刘恩科，梅旭荣，赵秉强，等.长期不同施肥制度对土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响[J].中国农业大学学报，2009，14（3）：63-68.
[6] 陈英，陈蓓，张军，等.免耕覆盖对土壤微生物量碳的影响[J].生态环境，2007，17（6）：2370-2373.
[7] 陈蓓，张仁陟.免耕与覆盖对土壤微生物数量及组成的影[J].甘肃农业大学学报，2004，39（6）：634-638.
[8] 肖剑英，张磊，谢德体，等.长期免耕稻田的土壤微生物与肥力关系研究[J].西南农业大学学报，2002，24（1）：82-85.
[9] 樊丽琴，南志标，沈禹颖，等.保护性耕作对黄土高原小麦田土壤微生物量碳的影响[J].草原与草坪，2005（4）：51-53.
[10] 张四海，曹志平，张国.保护性耕作对农田土壤有机碳库的影响[J].生态环境学报，2012，21（2）：199-205.
[11] 林启美，吴玉光，刘焕龙.熏蒸法测定土壤微生物量碳的改进[J].生态学杂志，1999，18（2）：63-68.
关键词 稻田；保护性耕作；秸秆；微生物量碳；土壤有机碳
中图分类号 S153.6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）09-0201-02
Abstract After returning to the different amount of straw returned and at different times，the researches on the change of soil microbial biomass carbon were conducted. The results showed that，compared with conventional tillage，soil microbial biomass carbon content increased significantly of conservation tillage in paddy field. Under straw return field broadcast directly wheat and directly rape，soil microbial carbon gradually rising trend over time，and under the different amount of straw returned，the change trend of soil microbial biomass carbon is straw returning full amount>straw returning half amount>conventional tillage.
Key words paddy field；conservation tillage；straw；microbial biomass carbon；soil organic carbon
稻田保护性耕作（conservation tillage in paddy field）是指水稻、小麦或油菜两季种植不间断地进行免耕栽培，稻、麦、油菜收获后及时将秸秆均匀覆盖还田，水稻采用抛栽，小麦、油菜实施撒播。对农业肥料减施、节本增效和农田生态环境保护具有积极意义[1-2]。
微生物量碳（MBC）是土壤碳素养分在转化和循环研究过程中的重要参数，它可以很清楚地反映土壤微生物和土壤肥力状况，其含量可以作为研究不同耕作方法引起土壤生物學性质变化的一个指标[3-5]。近20年来，人们在重视研究耕作方式对土壤物理与化学性质影响的同时，也不断加强了耕作方式对土壤微生物学特性影响的研究[6-10]。但对于川中丘陵区稻田保护性耕作制度下土壤微生物量碳的变化还研究很少。因此，本文以简阳市为例，研究川中丘陵区稻田保护性耕作制度下土壤微生物量碳的变化，以期为该地区稻田保护性耕作提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于川中丘陵区偏西部的简阳市，属中亚热带湿润气候区，土壤类型为水稻土，肥力中等，呈微酸性。
1.2 试验设计
试验设6个处理：水稻—小麦秸秆全量还田（7 500 kg/hm2），免耕，撒播小麦（A）；水稻—小麦秸秆半量还田（3 750 kg/hm2），免耕，撒播小麦（B）；常规耕作，直播小麦（C）；水稻—油菜秸秆全量还田（7 500 kg/hm2），免耕，撒播油菜（D）；水稻—油菜秸秆半量还田（3 750 kg/hm2），免耕，撒播油菜（E）；常规耕作，移栽油菜（F）。小区面积共105 m2（7 m×15 m）。
1.3 取样方法
对稻田保护性耕作小麦、油菜栽种不同时期土壤中微生物量碳变化情况进行研究，根据作物生长周期和气候变化特点，采样时间共分4次，分别为2012年9月、2013年3月、2013年4月、2013年5月；采取土样时，考虑到保护性耕作对土层的破坏较小、秸秆腐熟后残留物主要在表层土壤中的情况，采集0～5 cm土层为供试土壤，采用“S”形随机取样的方法，并对采集的土样用四分法进行处理。
1.4 测定内容与方法
1.4.1 前处理。采用氯仿熏蒸浸提法[8]。采集后的土样在室温下培养71 d，称取相当于烘干土重20 g湿土，放人100 mL的小烧杯中，连同盛有60 mL不含酒精氯仿的小烧杯放入真空干燥器中熏蒸培养24 h，取出、去除残留在土壤的氯仿，再加入0.5 mol/L K2SO4（土水比1∶2）浸提液，振荡30 min（25 ℃，200 r/min）后迅速用中速滤纸过滤。同时，另取等量土样，直接用0.5 mol/L K2SO4浸提，处理做空白。
1.4.2 微生物量碳和土壤有机碳的测定。取浸提液10 mL于消煮管中，并加入10 mL 0.018 mol/L K2Cr2O7·H2SO4溶液，摇匀后置于（175±1）℃的磷酸浴中煮沸10 min，冷却后将溶液转移到150 mL的三角瓶中，总体积约为80 mL，加0.6 mL邻苯氨基苯甲酸指示剂和5 mL浓硫酸，用0.05 mol/L FeSO4溶液滴定至终点。土壤有机碳的测定采用重铬酸钾-外加热法。计算公式如下：
微生物量碳（mg/kg）=2.64×Ec（1）
式（1）中，Ec为熏蒸与不熏蒸土样有机碳的差值，2.64为校正系数[11]。
土壤有机碳量（mg/kg）=0.012/4×106×M（V0-V）×f / w（2） 式（2）中，M—FeSO4溶液浓度，V0—滴定空白所耗FeSO4体积，V—滴定土壤浸提液所耗FeSO4体积，f—稀释倍数，w—烘干土重，0.012—碳的毫摩尔质量，106—换算系数。
2 结果与分析
2.1 微生物量碳的变化
研究结果（图1、图2）表明，土壤微生物量碳在不同耕作栽培制度下，随时间的推移，从2012年9月至2013年5月土壤微生物量碳呈持续增长的趋势，在5月达到最大值。在相同的时间下，稻田保护性耕作与常规耕作相比，微生物量碳呈增大的趋势，以稻草全量还田直播处理为最高，其趋势为秸秆全量还田>秸秆半量还田>常规耕作。
2.2 微生物量碳与有机碳的关系
2.2.1 土壤微生物量碳和土壤有机碳量的变化。结果（表1）表明微生物量碳含量随时间的增加而不断增加，在撒播小麦和撒播油菜的处理中，均以常规耕作的微生物量碳含量最低，其次为稻草半量还田，稻草全量还田微生物量碳含量最高。说明稻田保护性耕作能有效增加土壤微生物量碳的含量，从而增加土壤肥力。
研究发现，微生物量碳在土壤有机碳量中所占比例也随着时间的推进不断增加，并且到2013年5月时，微生物量碳占土壤有机碳的比例为常规耕作<稻草半量还田<稻草全量还田。
2.2.2 土壤微生物量碳与土壤有机碳量间的相关性。对小麦地土壤有机碳和微生物量碳的相关性进行了分析，结果（图3）表明，土壤有机碳与微生物量碳的相关性达极显著水平（r=0.933**）。同时对油菜地土壤有机碳和微生物量碳的相关性进行了分析，结果（图4）表明，土壤有机碳与微生物量碳的相关性达极显著水平（r=0.880**）。
3 结论
（1）秸秆施入土壤后，随着时间的推移，不断腐熟，供给微生物生长繁殖所需的营养物质增多，土壤微生物碳量與常规相比有明显的提高，其规律为全量还田>半量还田>未还田。
（2）同时本研究的结果表明，土壤微生物量碳与土壤有机碳的变化规律一致，并经过相关性分析的结果表明，土壤有机碳与微生物量碳的相关性达极显著水平。
4 参考文献
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[10] 张四海，曹志平，张国.保护性耕作对农田土壤有机碳库的影响[J].生态环境学报，2012，21（2）：199-205.
[11] 林启美，吴玉光，刘焕龙.熏蒸法测定土壤微生物量碳的改进[J].生态学杂志，1999，18（2）：63-68.