吉林省是玉米生产大省，年产玉米秸秆2 300万~2 500万t ^[1]，秸秆含有大量有机质和植物生长所必需的氮、磷、钾及微量元素^[2]。大量研究表明：秸秆还田可以改善土壤结构^[3]、土壤理化特性^[4]、土壤呼吸^[5]和土壤水分特征^[6]。因此，秸秆还田已成为代替传统有机肥、增加土壤有机质、提高土壤肥力的重要措施之一^{[7, 8, 9]}。还田的秸秆作为联系下茬作物、土壤及微生物的桥梁和纽带，其对地下根际微生物环境的作用至关重要。张进良^[10]和路怡青等^[11]研究均表明：秸秆还田有利于土壤微生物的繁殖，可提高耕层土壤酶活性。玉米秸秆还田分为直接还田和深翻还田。研究表明：相比直接还田，玉米秸秆深层还田更能有效避免营养元素的径流和挥发^[12]、培肥土壤^[13]、改善土壤和作物生长的农田生态环境^[14]，为高产稳产打下良好基础^[15]。吉林省大部分地区为玉米长期连作种植区，秸秆还田作为一种很普遍的农田保护方式也在逐渐被广大农民所接受。本研究设定秸秆覆盖和秸秆深埋2种还田方式，选择连作及轮作玉米种植区，系统分析不同秸秆还田方式对玉米不同生育时期土壤微生物区系及土壤酶活性的影响，为合理施用秸秆及农田的可持续管理提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 试验区概况

试验于2013年在吉林省松原市宁江区民乐村进行。该区全年降雨量423 mm，活动积温3 050 ℃，无霜期135~140 d，土壤为黑钙土。所选试验地分别为玉米连作15年区和玉米-小麦轮作区（前茬小麦），土壤理化性质见表 1。

表 1 不同土壤理化性状（0~20 cm） Table 1 Physical and chemical properties of different soil （0~20 cm）

表选项

供试玉米品种为良玉99，将其成熟期秸秆烘干后粉碎，按照20 kg·hm^-2的还田量分别覆盖和深埋（15 cm）于玉米连作15年和玉米-小麦轮作土壤中，设定以下4个处理：秸秆覆盖于玉米长期连作土壤（CT1）、秸秆深埋于玉米长期连作土壤（CT2）、秸秆覆盖于米麦轮作土壤（T1）、秸秆深埋于米麦轮作土壤（T2）。每个处理6次重复。2013年4月25日在4个处理的土壤中播种玉米品种良玉99，大垄双行种植方式，垄高12 cm，垄上行距40 cm，垄间行距90 cm。每处理小区20行，行长20 m。按照2011—2012年良玉99获得最高产量时的最佳密度和施肥量播种，玉米整个生育时期按照高产田进行田间管理。 1.3 测定项目与方法

在玉米不同生育时期取样（苗期5月15日、拔节期6月10日、大喇叭口期7月4日、抽雄吐丝期7月20日、灌浆中期8月15日、成熟期9月26日），采用赵江大田挖掘法^[16]，每个重复选择连续3株玉米进行取样，以每株所占的行距和株距为1个样方，挖取0~40 cm土层的根系，轻轻抖动，去掉从根系上脱落的土壤（非根际土），紧密附着于根的土壤不易脱落的保留（根际土），及时放入无菌袋中，用于以下指标的测定。

土壤微生物生物量碳含量采用氯仿熏蒸浸提法^[17]；土壤主要微生物采用稀释平板法^[18]。细菌、真菌、放线菌分别采用牛肉膏蛋白胨、马丁氏孟加拉红培养基和淀粉琼脂（改良高氏1号）培养基；氨化细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基、硝化细菌采用改良斯蒂芬逊培养基、好气性固氮菌采用赫奇逊氏培养基、好气性纤维素分解菌采用改良阿须贝氏无氮琼脂培养基。微生物数量以每克干土中的菌落数（CFU·g^-1 dry soil）表示。土壤酶活性参照关松荫^[19]的方法。其中脲酶采用靛酚比色法测定，以24 h后1 g土壤中NH₄⁺-N的毫克数表示；转化酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，用24 h后1 g土重的0.1 mol·L^-1硫代硫酸钠的毫升数表示；过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法测定，以每克土消耗的0.1 mol·L^-1 KMnO₄的毫升数表示。 1.4 数据处理分析

试验数据采用Microsoft Excel 2007进行处理，用SPSS 13.0进行方差分析和主成分分析。 2 结果与分析 2.1 不同秸秆还田方式对土壤微生物生物量碳的影响

从图 1可以看出，秸秆覆盖和深埋于米麦轮作土壤的2个处理（T1 和T2），玉米不同生育时期根际土壤微生物生物量碳均显著高于连作土壤处理（CT1和CT2），全生育期内平均高23.31%。在玉米连作土壤中，生育前期（苗期到大喇叭口期）2种秸秆还田方式下微生物生物量碳无显著差异，抽雄吐丝至成熟期，差异显著，秸秆深埋处理平均高于覆盖处理18.44%。在米麦轮作土壤中，2种秸秆还田方式下土壤微生物生物量碳含量从大喇叭口期开始差异显著，成熟期T2 比T1处理增加9.37%。

图 1 不同秸秆还田方式对土壤微生物生物量碳的影响 Figure 1 Effects of different straw returning modes on the soil microbial biomass carbon in corn field

图选项

从表 2可以看出，无论是在玉米连作还是米麦轮作土壤中，在生育前期（苗期到大喇叭口期），秸秆还田方式对土壤中细菌数量影响不大；在生育后期（抽雄吐丝期到成熟期），秸秆深埋处理玉米根际土壤细菌数量显著高于秸秆覆盖，其中T2处理玉米根际土壤细菌平均数量要比CT1、CT2和T1分别增加99.6%，49.7%和28.2%（抽雄吐丝期到成熟期）。在米麦轮作土壤中，2处理土壤放线菌数量仅在拔节期和抽雄期无显著差异。而连作土壤中，秸秆深埋更能增加土壤中放线菌数量，尤其在玉米生育中后期（大喇叭口期到成熟期），秸秆深埋处理土壤平均放线菌数量比连作处理增加42.77%。在玉米生育中后期，秸秆还田方式对米麦轮作土壤中玉米根际土壤真菌数量影响不大，而对长期连作玉米根际土壤真菌数量影响较大，秸秆深埋比秸秆覆盖处理平均根际土壤真菌数量降低23.6%（抽雄吐丝期到成熟期）。

表 2 不同秸秆还田方式对主要土壤微生物数量的影响 Table Effects of different straw returning modes on the number of soil microbe in corn field

表选项

从表 3可以看出，连作土壤中，相比秸秆覆盖处理，秸秆深埋显著增加了全生育时期内土壤氨化细菌和好气性固氮菌数量，显著增加玉米生育后期（抽雄吐丝期到成熟期）土壤好气性纤维素分解菌和硝化细菌数量。全生育时期内，CT2平均土壤氨化细菌数量比CT1增加70.6%，好气性固氮菌数量比CT1增加59.8%。轮作土壤中，秸秆还田方式对玉米土壤好气性纤维素分解菌和硝化细菌数量无影响（苗期到大喇叭口期）；对土壤好气性固氮菌数量无影响（苗期到成熟期）；对于氨化细菌来说，仅在苗期和抽雄吐丝期，秸秆深埋显著高于秸秆覆盖处理，其他生育时期T1和T2均无显著差异。

表 3 不同秸秆还田方式对土壤微生物生理类群的影响 Table 3 Effects of different straw returning modes on soil microbial physiological colony in corn field

表选项

从表 4可以看出，轮作土壤中，2种秸秆还田方式下玉米根际土壤脲酶活性显著高于连作土壤。在米麦轮作土壤中，2种秸秆还田方式下土壤脲酶活性无显著差异；而连作土壤中，秸秆还田显著增加了玉米生育中后期（大喇叭口期到成熟期）土壤脲酶活性。整个生育时期内，土壤脲酶平均活性分别为0.21（CT1）、0.26（CT2）、0.37（T1）和（T2） 0.39 mg NH₃-N·g^-1·24 h^-1。土壤转化酶、过氧化氢酶和脲酶活性类似，均以轮作土壤中居高。同一土壤处理中，秸秆深埋均显著提高玉米生育中后期的土壤转化酶活性，对土壤过氧化氢酶活性影响不大。

表 4 不同秸秆还田方式对土壤酶活性的影响 Table 4 Effects of different straw returning modes on soil enzyme activities in corn field

表选项

随着玉米种植密度的增加及产量的提高，单位面积内玉米秸秆总量也在迅速增加。秸秆还田后对下茬作物根际土壤微生态环境的影响至关重要。土壤微生物生物量是评价土壤养分有效性和土壤微生态环境状况变化的敏感指标^[20]。细菌、真菌和放线菌，作为土壤微生物群落的主体，其数量变化能直接反映土壤中微生物的群落结构和多样性^[21]。路怡青等^[11]研究表明，秸秆还田显著增加了土壤细菌数量。本研究结果进一步表明，秸秆深埋显著提高了玉米生育中后期土壤微生物生物量碳含量和细菌数量。在轮作土壤中，不同秸秆还田方式对放线菌和真菌数量影响不大。相反，在玉米长期连作土壤中，秸秆深埋更能有效增加土壤细菌、放线菌数量，降低真菌数量。土壤微生物生理类群在土壤微生态中发挥着重要的作用，在物质转化中具有特定的功能^[22]。氨化细菌、硝化细菌、好气性自生固氮菌和纤维素分解菌都是参与土壤氮素循环的有益微生物生理群，对土壤微生态系统有重要的代表意义。在不同土壤中，秸秆还田方式对4种不同微生物影响不同。秸秆深埋均显著提高玉米生育中后期（抽雄吐丝期到成熟期）的土壤好气性纤维素分解菌数量，而其他3种菌仅在连作土壤中差异显著。土壤酶系统作为土壤中最活跃的部分，同土壤微生物共同推动土壤的代谢过程。土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向^[19]。脲酶与土壤供氮能力有着密切的关系，能够表示土壤氮素的供应程度^[23]，土壤转化酶参与土壤有机碳循环，对增加土壤中易溶性营养物质起着重要作用^[19]。本研究中，在同一土壤中，秸秆深埋可提高生育中后期土壤转化酶活性，对土壤脲酶和过氧化氢酶影响不大。

随着玉米秸秆还田时间的延长及土壤温度的升高，还田的秸秆腐解速率逐渐增加，向土壤中输送大量的碳源，为土壤微生物繁殖提供营养，使土壤微生物群落结构得到改善^[24]。而本研究中，秸秆还田方式及土壤，对玉米根际土壤微生物和酶活性的影响效应均不同，这种差异可能与秸秆腐解速度及腐解物密切相关。卢秉林等^[25]和匡恩俊等^[26]分别通过田间实际还田和不同还田方式模拟试验，研究秸秆还田方式对秸秆腐解特征的影响，结果均表明，秸秆深埋处理的秸秆腐解速率要大于秸秆覆盖还田。王喜艳等^[13]和萨如拉等^[14]的研究也证明，深层秸秆还田更能改善耕作的犁底层、保蓄水分，有效提高土壤有益微生物（好气性自生固氮菌、有机磷细菌、无机磷细菌和硅酸盐细菌）的数量和酶活性，有利于维持土壤养分平衡，有效改善土壤理化性状。此外，长期连作条件下，土壤微生物比较单一，多样性较差，连作区内细菌生理菌群数量相对较少^[27]。时鹏等^[28]研究结果表明，玉米连作配施秸秆土壤微生物物种丰富度和均匀度指数均显著提高。本试验进一步证明，秸秆深埋于玉米长期连作土壤，更能有效改善土壤微生物群落结构和微生态环境。 4 结论

（1）相同的秸秆还田方式下，米麦轮作土壤中玉米根际土壤微生物生物量碳、主要微生物及生理类群和土壤酶活性均高于玉米长期连作土壤处理。

（2）在玉米长期连作土壤中，相比秸秆覆盖，秸秆深埋更能显著提高下茬玉米根际土壤微生物生物量碳含量，增加土壤细菌、放线菌、主要微生物生理类群（氨化细菌、好气性固氮菌、硝化细菌）和降低土壤真菌数量，提高土壤脲酶和转化酶活性。而在米麦轮作土壤中，秸秆深埋显著提高玉米生育中后期土壤细菌和好气性纤维素分解菌数量、提高土壤转化酶活性，对玉米根际土壤真菌和主要微生物生理类群（氨化细菌、好气性固氮菌、硝化细菌）、土壤脲酶和过氧化氢酶活性影响不大。因此，在吉林省玉米长期连作种植区，秸秆深埋比秸秆覆盖更能有效改善土壤微生态环境。