土壤微生物和土壤酶是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，土壤微生物多樣性、微生物量和酶活性是重要的土壤微生物指標(biāo)，也是衡量土壤質(zhì)量重要的生物學(xué)指標(biāo)，并能對土壤質(zhì)量的變化做出敏感反應(yīng)。不同耕作制度會對土壤質(zhì)量產(chǎn)生影響。休耕也是一種耕作制度，能夠使耕地得到休養(yǎng)生息，促進(jìn)土壤質(zhì)量發(fā)生重大變化。這種變化可能源于土壤微生物群落和相關(guān)生物化學(xué)過程的變化。左梅等研究了休耕對植煙田土壤酶活性細(xì)菌多樣性影響，Zhang等研究了撂荒、裸地休耕和耕種3種不同土壤管理方式對土壤質(zhì)量的影響，也有關(guān)于長期休耕與連續(xù)耕作條件下的微生物量碳的變化規(guī)律的研究報(bào)道。這些研究內(nèi)容有一個共同的特點(diǎn)就是都是將休耕期間的土壤特性與其他耕作制度對比，分析土壤微生物多樣性、微生物生物量、酶活性等變化特征，進(jìn)而提出不同土地利用方式和耕作制度對土壤質(zhì)量改變的影響，未考慮休耕對后茬耕作農(nóng)田土壤微生物特性的影響，從而提出采用休耕改進(jìn)完善現(xiàn)有耕作制度的合理建議。

內(nèi)蒙古呼倫貝爾市是糧食主產(chǎn)區(qū)，長期以來當(dāng)?shù)刂饕獙?shí)施傳統(tǒng)的秋播制度，近年來出現(xiàn)了耕地質(zhì)量嚴(yán)重退化，生產(chǎn)能力大幅下降的問題。在該地區(qū)開展休耕對土壤生物學(xué)特性影響的作用。本研究以該地區(qū)小麥—油菜輪作田為試驗(yàn)對象，探討休耕后茬作物農(nóng)田土壤生物豐富度和多樣性、土壤酶活性以及土壤微生物生物量的變化規(guī)律，分析研究休耕后作物農(nóng)田土壤酶活性、微生物生物量和微生物多樣性的響應(yīng)，綜合評價休耕對耕地質(zhì)量的影響，深入認(rèn)識休耕制度改善輪作農(nóng)田土壤質(zhì)量的生物學(xué)機(jī)制，為在該地區(qū)建立以小麥和油菜輪作模式為基礎(chǔ)的休耕制度提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市陳巴爾虎旗特泥河試驗(yàn)站(120°48′E，49°55′N)，該地區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季多風(fēng)少雨，蒸發(fā)量大；夏季溫涼而短促，降水集中；秋季降溫快，霜凍早；冬季嚴(yán)寒漫長，地面積雪時間長。年平均氣溫-3.0～-2.5℃，≥10℃以上的積溫為1700～1800℃。年平均降水量為350～370mm，年日照時數(shù)平均為2800h，無霜期110～130d，是典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)田土壤為黑鈣土，黑土層厚為35～40cm，其中0～20cm土層土壤pH值7.02，有機(jī)質(zhì)含量57.16g/kg，全氮含量2.39g/kg，全磷含量0.59g/kg，速效鉀含量193.33mg/kg。該試驗(yàn)區(qū)農(nóng)田從2008年開始進(jìn)行小麥—油菜輪作模式。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015-2017年開展，采用大區(qū)對比試驗(yàn)，設(shè)休耕—小麥輪作、油菜—小麥輪作、休耕—油菜輪作和小麥—油菜輪作4個處理，每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)200m2，2016，2017年進(jìn)行年際間重復(fù)，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。本試驗(yàn)中休耕為裸地休耕，且休耕期為1a，休耕田的上茬作物收獲后秸稈全量還田，休耕期間翻埋入土。RW和WR2個處理采取秸稈全量還田和免耕播種的方式。

供試作物小麥和油菜品種分別為龍麥36和青雜5號。2016，2017年小麥播種時間分別為5月2日和5月3日，播種量為300kg/hm²，油菜播種時間分別為5月4日和5月6日，播種量為7.5kg/hm²。小麥種肥施肥量為N59kg/hm²，P20597kg/hm²，K2016kg/hm²；油菜種肥施肥量為N63kg/hm²，P20589kg/hm²，K2016kg/hm²，硼砂3kg/hm²。所有肥料均作為種肥于播種時一次性施入，全年無灌溉。

1.3 土樣采集與分析方法

分別于2016，2017年小麥和油菜開花期采集土樣。每個小區(qū)按照“S”形取樣法，取樣點(diǎn)5個，取土深度0～20cm，采集的土樣混勻后去除石礫和植物殘茬等雜物。測定土壤微生物量碳和氮的土樣裝入無菌自封口袋后存于4℃冰箱，測定土壤微生物多樣性的土樣裝于無菌自封口袋后存放于-80℃冰箱，其余土樣置于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干后測定土壤酶活性。

土壤酶活性測定參照關(guān)松蔭的方法進(jìn)行，其中土壤過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法；脲酶活性采用靛酚比色法；磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法。土壤微生物量碳和氮采用氯仿熏蒸-K₂S0₄提取方法測定。土壤細(xì)菌和真菌的種群特征由北京諾禾致源科技股份有限公司進(jìn)行測試分析，其中DNA提取采用CTAB方法，并通過HiseqPE250平臺進(jìn)行測序和分析。在小麥和油菜收獲期每個小區(qū)隨機(jī)選取5個面積為1m²的樣方，風(fēng)干后對地上部生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量稱質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，利用SPSS22.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 休耕對土壤酶活性變化的影響

由圖1可見，經(jīng)過2a試驗(yàn)，總體表現(xiàn)為FW和FR處理土壤酶活性分別高于RW和WR處理土壤酶活性。FW和FR處理土壤過氧化氫酶活性在2016年分別比RW和WR處理增加了3.51%，8.94%，在2017年分別比RW和WR處理增加了10.05%，5.41%，差異顯著(P＜0.05)；脲酶在2016年分別比RW和WR處理增加了22.26%，11.47%，在2017年分別比RW和WR處理增加了28.07%，11.67%；蔗糖酶在2016年分別比RW和WR處理增加了53.79%，51.92%，在2017年分別比RW和WR處理增加了49.90%，40.87%；磷酸酶在2016年分別比RW和WR處理增加了26.66%，24.69%，在2017年分別比RW和WR處理增加了35.39%，38.47%。其中，過氧化氫酶和磷酸酶在2017年差異性達(dá)到顯著水平。在不同作物農(nóng)田土壤酶比較發(fā)現(xiàn)，小麥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異較大。綜合分析土壤酶活性變化表明，休耕提高了后茬小麥和油菜田土壤酶活性，其中對蔗糖酶活性的影響最大，對過氧化氫酶活性影響最小。

2.2休耕對土壤微生物量碳和氮的含量變化

相比常規(guī)輪作相比，休耕提高了土壤微生物量碳和氮的含量(圖2)，2a試驗(yàn)中，F(xiàn)W和FR處理的土壤微生物量碳含量分別大于同年的RW和WR，且達(dá)到了顯著性差異(P＜0.05)，其中，2016年FW和FR處理的土壤微生物量碳含量為267.79，225.87mg/kg，分別比RW和WR處理提高41.55%，24.47%；2017年FW和FR處理的土壤微生物量碳含量為258.97，235.80mg/kg，分別比RW和WR處理提高了21.95%，30.53%。微生物量氮含量在2a試驗(yàn)中也表現(xiàn)為FW大于RW和FR大于WR，其中，2016年，F(xiàn)W和FR處理的土壤微生物量氮含量為51.84，46.52mg/kg，比FW和FR處理分別提高了10.78%，27.56%，且FR與WR的差異達(dá)顯著性水平(P＜0.05)；2017年FW和FR處理的土壤微生物量氮含量為56.05，49.52mg/kg，分別比RW和WR處理提高了58.20%，35.97%，且差異顯著(P＜0.05)。

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