休耕对小麦和油菜田土壤生物学特性的影响（一）

土壤微生物和土壤酶是休耕响农田生态系统的重要组成部分，土壤微生物多样性、对小的影微生物量和酶活性是麦和重要的土壤微生物指标，也是油菜衡量土壤质量重要的生物学指标，并能对土壤质量的田土特性变化做出敏感反应。不同耕作制度会对土壤质量产生影响。壤生休耕也是物学一种耕作制度，能够使耕地得到休养生息，休耕响促进土壤质量发生重大变化。对小的影这种变化可能源于土壤微生物群落和相关生物化学过程的麦和变化。左梅等研究了休耕对植烟田土壤酶活性细菌多样性影响，油菜Zhang等研究了撂荒、田土特性裸地休耕和耕种3种不同土壤管理方式对土壤质量的壤生影响，也有关于长期休耕与连续耕作条件下的物学微生物量碳的变化规律的研究报道。这些研究内容有一个共同的休耕响特点就是都是将休耕期间的土壤特性与其他耕作制度对比，分析土壤微生物多样性、微生物生物量、酶活性等变化特征，进而提出不同土地利用方式和耕作制度对土壤质量改变的影响，未考虑休耕对后茬耕作农田土壤微生物特性的影响，从而提出采用休耕改进完善现有耕作制度的合理建议。

内蒙古呼伦贝尔市是粮食主产区，长期以来当地主要实施传统的秋播制度，近年来出现了耕地质量严重退化，生产能力大幅下降的问题。在该地区开展休耕对土壤生物学特性影响的作用。本研究以该地区小麦—油菜轮作田为试验对象，探讨休耕后茬作物农田土壤生物丰富度和多样性、土壤酶活性以及土壤微生物生物量的变化规律，分析研究休耕后作物农田土壤酶活性、微生物生物量和微生物多样性的响应，综合评价休耕对耕地质量的影响，深入认识休耕制度改善轮作农田土壤质量的生物学机制，为在该地区建立以小麦和油菜轮作模式为基础的休耕制度提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古呼伦贝尔市陈巴尔虎旗特泥河试验站(120°48′E，49°55′N)，该地区属寒温带大陆性季风气候，春季多风少雨，蒸发量大；夏季温凉而短促，降水集中；秋季降温快，霜冻早；冬季严寒漫长，地面积雪时间长。年平均气温-3.0～-2.5℃，≥10℃以上的积温为1700～1800℃。年平均降水量为350～370mm，年日照时数平均为2800h，无霜期110～130d，是典型的旱作农业区。试验田土壤为黑钙土，黑土层厚为35～40cm，其中0～20cm土层土壤pH值7.02，有机质含量57.16g/kg，全氮含量2.39g/kg，全磷含量0.59g/kg，速效钾含量193.33mg/kg。该试验区农田从2008年开始进行小麦—油菜轮作模式。

1.2 试验设计

试验于2015-2017年开展，采用大区对比试验，设休耕—小麦轮作、油菜—小麦轮作、休耕—油菜轮作和小麦—油菜轮作4个处理，每个处理3个重复，每个重复200m2，2016，2017年进行年际间重复，具体试验设计见表1。本试验中休耕为裸地休耕，且休耕期为1a，休耕田的上茬作物收获后秸秆全量还田，休耕期间翻埋入土。RW和WR2个处理采取秸秆全量还田和免耕播种的方式。

供试作物小麦和油菜品种分别为龙麦36和青杂5号。2016，2017年小麦播种时间分别为5月2日和5月3日，播种量为300kg/hm²，油菜播种时间分别为5月4日和5月6日，播种量为7.5kg/hm²。小麦种肥施肥量为N59kg/hm²，P20597kg/hm²，K2016kg/hm²；油菜种肥施肥量为N63kg/hm²，P20589kg/hm²，K2016kg/hm²，硼砂3kg/hm²。所有肥料均作为种肥于播种时一次性施入，全年无灌溉。

1.3 土样采集与分析方法

分别于2016，2017年小麦和油菜开花期采集土样。每个小区按照“S”形取样法，取样点5个，取土深度0～20cm，采集的土样混匀后去除石砾和植物残茬等杂物。测定土壤微生物量碳和氮的土样装入无菌自封口袋后存于4℃冰箱，测定土壤微生物多样性的土样装于无菌自封口袋后存放于-80℃冰箱，其余土样置于阴凉通风处风干后测定土壤酶活性。

土壤酶活性测定参照关松荫的方法进行，其中土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法；脲酶活性采用靛酚比色法；磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法。土壤微生物量碳和氮采用氯仿熏蒸-K₂S0₄提取方法测定。土壤细菌和真菌的种群特征由北京诺禾致源科技股份有限公司进行测试分析，其中DNA提取采用CTAB方法，并通过HiseqPE250平台进行测序和分析。在小麦和油菜收获期每个小区随机选取5个面积为1m²的样方，风干后对地上部生物产量和经济产量称质量。

1.4 数据分析

试验数据采用MicrosoftExcel2010进行数据处理和作图，利用SPSS22.0软件进行差异显著性分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 休耕对土壤酶活性变化的影响

由图1可见，经过2a试验，总体表现为FW和FR处理土壤酶活性分别高于RW和WR处理土壤酶活性。FW和FR处理土壤过氧化氢酶活性在2016年分别比RW和WR处理增加了3.51%，8.94%，在2017年分别比RW和WR处理增加了10.05%，5.41%，差异显著(P＜0.05)；脲酶在2016年分别比RW和WR处理增加了22.26%，11.47%，在2017年分别比RW和WR处理增加了28.07%，11.67%；蔗糖酶在2016年分别比RW和WR处理增加了53.79%，51.92%，在2017年分别比RW和WR处理增加了49.90%，40.87%；磷酸酶在2016年分别比RW和WR处理增加了26.66%，24.69%，在2017年分别比RW和WR处理增加了35.39%，38.47%。其中，过氧化氢酶和磷酸酶在2017年差异性达到显著水平。在不同作物农田土壤酶比较发现，小麦田的土壤酶活性高于油菜田的酶活性，其中蔗糖酶和磷酸酶的活性差异较大。综合分析土壤酶活性变化表明，休耕提高了后茬小麦和油菜田土壤酶活性，其中对蔗糖酶活性的影响最大，对过氧化氢酶活性影响最小。

2.2休耕对土壤微生物量碳和氮的含量变化

相比常规轮作相比，休耕提高了土壤微生物量碳和氮的含量(图2)，2a试验中，FW和FR处理的土壤微生物量碳含量分别大于同年的RW和WR，且达到了显著性差异(P＜0.05)，其中，2016年FW和FR处理的土壤微生物量碳含量为267.79，225.87mg/kg，分别比RW和WR处理提高41.55%，24.47%；2017年FW和FR处理的土壤微生物量碳含量为258.97，235.80mg/kg，分别比RW和WR处理提高了21.95%，30.53%。微生物量氮含量在2a试验中也表现为FW大于RW和FR大于WR，其中，2016年，FW和FR处理的土壤微生物量氮含量为51.84，46.52mg/kg，比FW和FR处理分别提高了10.78%，27.56%，且FR与WR的差异达显著性水平(P＜0.05)；2017年FW和FR处理的土壤微生物量氮含量为56.05，49.52mg/kg，分别比RW和WR处理提高了58.20%，35.97%，且差异显著(P＜0.05)。

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