不同耕作方式对稻田土壤微生物的影响

程教擘，陈力力，李梦丹，刘 金，邹应斌

（1. 湖南农业大学食品科技学院，湖南 长沙 410128；2.南方粮油作物协同创新中心，湖南长沙 410128；3. 食品科技和生物技术湖南重点实验室，湖南 长沙 410128）

不同耕作方式对稻田土壤微生物的影响

程教擘1, 3，陈力力1, 2, 3，李梦丹1, 2, 3，刘 金1, 2, 3，邹应斌1, 2, 3

（1. 湖南农业大学食品科技学院，湖南 长沙 410128；2.南方粮油作物协同创新中心，湖南长沙 410128；3. 食品科技和生物技术湖南重点实验室，湖南 长沙 410128）

通过对土壤细菌、放线菌、真菌的平板培养法计数以及土壤因子的常规方法测定，研究水稻—油菜免耕复种（NT）、传统翻耕（CT）稻田土壤可培养的微生物数量和菌相。结果表明，免耕土壤微生物总数比翻耕土壤增加7%，其中免耕土壤放线菌及真菌数量多于翻耕土壤，但对土壤微生物菌相没有明显改变，2种耕作方式3大类群微生物数量均为细菌＞放线菌＞真菌；随着土层加深，微生物数量逐渐减少；免耕土壤有机质、全氮含量均高于翻耕土壤，分别增加31.62%和13.5%。水稻—油菜免耕复种耕作方式有利于土壤微生物生长繁殖和提高土壤肥力。

免耕；翻耕；土壤微生物数量；土壤因子

土壤能提供微生物生长的营养条件和环境条件，因此土壤中的微生物数量和种类非常丰富，有原核微生物如细菌、蓝细菌、放线菌及超显微结构微生物，以及真核生物如真菌、藻类、地衣和原生动物等多种微生物；1 g干重农田土壤含有几百万个细菌，数十万个真菌孢子和数万个原生动物和藻类。然而，土壤条件复杂多变，土壤化学成分之间相互作用以及不同耕作方式都能够改变土壤微环境，进而改变这一生态环境内生活的微生物生长、代谢活力、生物与生物之间的相互作用和微生物的生存。

土壤耕作是农业生产中重要的农事活动之一，传统翻耕方式在全球农业生产中一直占据着主导地位，这是因为传统翻耕利用耕作机具的机械力量，可改变土壤的固、液、气相状态，构建合理的耕层结构，为作物生长发育提供良好的外部环境[1-4]。但是，长期频繁的翻耕会导致严重的碳流失、水渗透能力下降和土壤健康受损，破坏生态环境，为此，早在20世纪30年代，美国、英国、澳大利亚、前苏联、加拿大、法国和日本等国家相继开展了免耕试验地的研究，并且应运而生了少免耕等保护性耕作措施[5]。实践证明免耕能迅速改善土壤的理化性状，提高土壤的供肥保肥能力，尤其是免耕结合前茬覆盖和轮作的模式，能提高作物的产量[6-8]。该研究以油菜—水稻双序列轮试验田为例，研究免耕、翻耕土壤可培养的微生物数量和菌相变化，旨在为进一步探讨不同耕作方式下土壤微生物的多样性及其对土壤肥力的影响奠定基础。

1 材料与方法

1.1 样品的采集与处理

2014年秋季水稻收割后，在安乡（AX）、农大（ND）和南县（NX）不同试验点采用正方形5点取样法采集实行水稻—油菜双序列轮作免耕（NT）和翻耕（CT）试验田土样104份。采样时，使用土壤采样器垂直插入土层，分0～15和15～30 cm上下两层取样，将样品装入无菌自封袋，现场编号带回实验室，用于测定土壤中3大类微生物的数量和土壤营养成分。

1.2 微生物数量测定

采用稀释平板计数法进行细菌、放线菌及真菌的菌落计数。分别以稀释倍数为104、105和106的土壤悬液接种牛肉膏蛋白胨培养基，置于37℃恒温箱中培养细菌；以稀释倍数为103、104和105的土壤悬液接种高氏一号合成培养基，置于28℃恒温箱中培养放线菌；以稀释倍数为102、103和104的土壤悬液接种马丁氏孟加拉红培养基，置于25℃恒温箱中培养真菌。每个浓度样品重复3次，细菌培养2 d、放线菌培养5 d、真菌培养7 d后，进行平板菌落计数和计算，以CFU/g报告结果。

1.3 土壤养分测定

采用常规方法测定土壤养分，即土壤有机质测定用重铬酸钾容量法；全氮测定用半微量凯氏法；速效磷用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法；土壤pH用电位测定法以水土比为2.5∶1测定。

1.4 统计分析方法

数据均采用Excel 2007进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 不同耕作方式对土壤微生物数量的影响

免耕土壤NT中微生物数量多于翻耕土壤CT，微生物总数增加7%（表1），说明免耕可增加耕层土壤微生物数量，该研究结果与文献报道的一致。有较多报道认为[9-10]，土壤中微生物数量和种类受到诸如地理位置、耕作制度、土壤层次、土壤肥力、种植植被、气候变化及土壤类型等因素的影响，由于免耕处理不耕不耙并有残茬覆盖，可减轻雨水对表土的冲击和土粒的移动，减少地面径流和土面水分蒸发，防止土壤板结；可增加土壤各级水稳性团聚体，尤其是大团聚体的数量，而且已经发现大团聚体中的微生物生物量比微团聚体中的高。同时，免耕可减少大、中孔隙数量，增加小孔隙数量，维持毛管孔隙度相对稳定，有利于土壤水分和土壤空气的消长平衡，增大土壤对环境水、热变化的缓冲能力；另外免耕避免了翻耕导致的土壤团聚体的分裂和表层土壤中有机质的消耗，使得土壤化学性状显著改善。因此，免耕所创造的土壤条件与翻耕不同，免耕能为微生物的生命活动创造更好的微环境，土壤微生物的数量较翻耕土壤中有所增加。

表1不同处理对土壤微生物数量的影响

2.2 不同耕作方式对土壤3大类群微生物的影响

细菌、放线菌、真菌对氧和pH等生长条件要求有所不同，生态属性有差别，因此，在同一环境条件下的数量及所占比例是不同的。该研究结果表明免耕及翻耕土壤中，3大类群土壤微生物的数量是细菌＞放线菌＞真菌（表2），分别为×107CFU/g、×106CFU/g、×104CFU/g，并且细菌数量远大于放线菌和真菌数量，占有绝对优势，两种耕作方式比较，NT细菌数量比CT高10%。已有研究表明免耕免除了一切机械扰动，作物残留物对上层土壤肥力影响大，随着土层深度的加深，水热和通气状况变差，由此可以预料这种土壤条件将首先影响土壤微生物的垂直分布[11-12]。从表2可知，除安乡免耕土壤样品（AXNT）外，各同组样品的上层土壤细菌数量均明显高于下层土壤数量。然而，尽管免耕土壤细菌总数量高于翻耕土壤，但免耕土壤样品上下层菌数之比略小于翻耕土壤样品，这可能是因为土壤中细菌种类很多，好氧菌在该研究的需氧情况下，37℃培养48 h能够正常生长繁殖，而厌氧或微需氧菌、有特殊营养要求的以及非嗜中温的细菌，由于培养条件不能满足其生理需求，难以在此繁殖生长所造成的。

表2不同处理下耕层土壤3大类群微生物数量

Kahlon[13]通过22 a耕作试验得出，免耕0～20 cm土壤有机碳含量较翻耕增加约30%，对于异养微生物土壤放线菌、真菌而言这无疑是良好的营养基质来源，且土壤放线菌、真菌多为好气性微生物，免耕土壤的孔隙分布较合理，小孔隙数量较多，毛管孔隙度相对稳定，能提供良好的通气条件，因此，免耕土壤放线菌及真菌数量多于翻耕土壤，上层土壤的数量明显多于下层土壤。如表2所示，上层免耕土壤放线菌数量比翻耕土壤放线菌数量多1.39～2.40倍，而下层仅多1.21～1.26倍；上层免耕土壤真菌数量比翻耕土壤真菌数量多1.85～3.80倍，而下层仅多1.08～1.31倍。

2.3 不同处理对土壤因子的影响

早在1995年，人们注意免耕不仅使土壤中细菌和真菌的生物量均较高，而且有利于土壤有机碳和有机氮的积累；而翻耕的耕作活动加速了土壤微生物对有机质的消耗，导致土壤有机碳、氮含量降低，同时其土壤中的微生物数量和生物量也显著减少[14]。如表1所示，该研究结果与文献报道一致，免耕土壤样品的有机质、全氮含量均高于翻耕土壤样品，分别增加31.62%和13.5%，并且微生物数量多。土壤微生物在土壤养分转化和腐殖质形成的过程中发挥着非常重要的作用，微生物的数量及活动与土壤肥力相互影响、密切相关，微生物数量越多越活跃，物质循环越快，养分的积累也就越快，使得土壤肥力提高[15]。因此免耕有利于增加微生物数量和生物量，微生物旺盛的代谢活动有助于改善生态环境、培肥地力、提高作物产量和提高资源利用效率。边三根等[16]所开展的二晚水稻免耕与翻耕抛栽对比试验更进一步证明了这一观点，其试验结果表明，免耕比翻耕抛栽可增产19.5 kg/667m2、增收112.7元/667m2，并且生育期要短约2 d，这在寒露风来得较早的年份，更有利于提高结实率和千粒重；分析其原因为免耕使肥料相对集中在耕地表层，使禾苗吸收快，从而返青快、分蘖早、成穗率高、穗大粒多。

图1不同处理下土壤因子的变化

3 结 论

不同耕作方式对土壤微生物的生长繁殖造成不同影响，免耕能够在一定程度上改善微生物生长的微环境，因此，与翻耕相比免耕可使稻田可培养土壤微生物数量增加，其中3大类群微生物的数量细菌＞放线菌＞真菌。在稻田土壤环境中，土壤微生物既是营养基质的消费者，也是有机物的主要分解者和生态系统中的初级生产者，它们在消耗有机质等养分自生生长繁殖的同时，吸收养分，使养分免于流失，并且新陈代谢形成多种代谢产物，促进了土壤养分转化和腐殖质形成。因此，免耕增加了微生物数量，结合前茬覆盖和轮作的模式，能更好地改善土壤肥力，提高作物产量。

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（责任编辑：肖彦资）

Effects of Different Tillage Methods on Soil Microorganisms in Rice Field

CHENG Jiao-bo1,3，CHEN Li-li1,2,3，LI Meng-dan1,2,3，LIU Jin1,2,3，ZOU Ying-bin1,2,3
（1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha 410128, PRC; 3. Hunan Provincial Key Laboratory of Food Science and Biotechnology, Changsha 410128, PRC）

The total colony count of bacteria, actinomycetes and fungi was determined by plate counting method and soil factors was determined by conventionalmethods for researching the soil microbial quantity and composition in no-tillage and conventional-tillage.The results showed thatthe total number of soil microorganisms in no tillage was 7% higher than that in plowed soil, among them, the number of actinomycetes and fungi in no tillage soil was more than that in plowed soil,but there were no obvious changes in soil microflora, the number of microorganisms in 3 groups of 2 tillage methods was bacteria ＞ Actinomyces ＞ fungi; With the deepening of soil layer, the number of microorganisms decreased gradually; the soil organic matter and total nitrogen content of the no tillage soil were higher than those in the tillage soil, with an increase of 31.62% and 13.5% respectively. No tillage and multiple cropping method between rice and rape is beneficial to the growth and reproduction of soil microorganisms and the improvement of soil fertility.

no tillage; tillage; soil microbial biomass; soil factors

S154

：A

：1006-060X（2017）08-0008-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.003

2017-06-20

国家水稻产业技术体系栽培与土肥岗位专家项目（CARS-01-34）

程教擘（1995-），男，湖南衡阳市人，本科生，研究方向为微生物学。

陈力力，邹应斌