楊躍發(fā)，王春霞*，梁 飛，藍(lán)明菊，孫 開

冬灌條件下季節(jié)性凍融期農(nóng)田土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量變化及其影響因素①

楊躍發(fā)1,2，王春霞1,2*，梁 飛3，藍(lán)明菊1，孫 開1,2

(1石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆石河子 832000；2現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832000；3新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆石河子 832000)

為揭示新疆石河子季節(jié)性凍融期不同冬灌定額對(duì)農(nóng)田土壤可培養(yǎng)微生物(細(xì)菌、霉菌)數(shù)量的影響規(guī)律，2021—2022年通過田間微區(qū)試驗(yàn)，設(shè)置了45、90、135、180 mm不同的冬灌定額和不灌水對(duì)照處理，對(duì)比分析了整個(gè)凍融期農(nóng)田土壤細(xì)菌、霉菌數(shù)量變化及其影響因素。結(jié)果表明：凍結(jié)初期，細(xì)菌數(shù)量與土壤含水量和灌水量呈顯著負(fù)相關(guān) (0.05)；霉菌數(shù)量與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān) (0.05)；穩(wěn)定凍結(jié)期，細(xì)菌數(shù)量與土壤平均溫度呈顯著正相關(guān) (0.05)，與灌水量和土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān) (0.05)，而霉菌數(shù)量與土壤水、熱、鹽呈弱相關(guān)；融化期，細(xì)菌和霉菌數(shù)量與土壤含水量呈極顯著負(fù)相關(guān) (0.01)，霉菌數(shù)量與土壤平均溫度呈顯著正相關(guān) (0.05)。整個(gè)季節(jié)性凍融期細(xì)菌相比霉菌數(shù)量較多，細(xì)菌在土壤中扮演主要角色，而充足的降雪使冬灌定額對(duì)細(xì)菌和霉菌的數(shù)量影響不明顯。

季節(jié)性凍融期；細(xì)菌數(shù)量；霉菌數(shù)量；土壤水熱鹽分布；冬灌定額

我國(guó)季節(jié)性凍土面積占陸地面積的53.3%，大部分位于干旱、半干旱地區(qū)[1]。季節(jié)性凍融期土壤經(jīng)歷了凍結(jié)初期、穩(wěn)定凍結(jié)期和融化期3個(gè)階段，土體內(nèi)水分體積變化導(dǎo)致土壤水、熱、鹽運(yùn)移規(guī)律改變[2-3]。冬灌后，季節(jié)性凍融土壤水、熱、鹽、pH等發(fā)生顯著性的變化。研究表明，冬灌對(duì)洗鹽改土、消滅病蟲害、平衡土壤溫度、改善土壤結(jié)構(gòu)和提高作物產(chǎn)量有明顯的作用[4-5]。土壤微生物種類繁多，分布廣，凍融作用下不同的冬灌定額對(duì)土壤理化性質(zhì)的改變，直接或間接地影響土壤微生物的生命活力[6]。季節(jié)性凍融期是農(nóng)田休耕期向春播期過渡的關(guān)鍵時(shí)期，也是土壤恢復(fù)地力的主要時(shí)期。土壤細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖能力旺盛，是土壤微生物生命活動(dòng)的主體和土壤中物質(zhì)分解的主要參與者，幾乎參與了土壤中所有的化學(xué)過程，在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中扮演著重要的角色[7]。土壤霉菌能夠利用礦物質(zhì)和水分，制造有機(jī)物，提供植物生長(zhǎng)必需的物質(zhì)和改善土壤質(zhì)地。季節(jié)性凍融過程改變了土壤水、熱、鹽狀況，進(jìn)而對(duì)土壤微生物產(chǎn)生影響。因此，進(jìn)行不同的冬灌定額對(duì)土壤細(xì)菌和霉菌的影響研究是必要的。

季節(jié)性凍融期，不同冬灌定額條件下，土壤溫度、水分、入滲量和蒸發(fā)損失量具有很大的差異[8]，這些差異對(duì)土壤微生物有不同的影響。馬曉飛等[9]研究表明，隨著土壤溫度降低，部分微生物死亡，微生物數(shù)量下降，但是隨著溫度升高，死去的微生物殘?bào)w被幸存的微生物所利用，微生物數(shù)量再次增加。但Sulkava和Huhta[10]研究表明，土壤在凍結(jié)期微生物仍有較高的活性。水分對(duì)于微生物也十分重要[11]，土壤不同含水率對(duì)微生物的影響不同，輕度干旱使土壤微生物數(shù)量增加，中度和重度干旱則使土壤微生物數(shù)量減少[12]。且有研究表明，土壤含水量的變化對(duì)土壤真菌的影響顯著，對(duì)細(xì)菌幾乎沒有影響[13]。目前土壤pH是公認(rèn)的對(duì)土壤微生物有著關(guān)鍵影響的因素之一[14-17]。土壤pH不同，對(duì)土壤微生物的影響也不同，比如pH越高，土壤中細(xì)菌數(shù)量越多[13]。但也有研究表明，土壤中微生物的多樣性和微生物的數(shù)量與土壤pH無顯著相關(guān)性[16]。在穩(wěn)定凍結(jié)期，細(xì)菌受土壤理化性質(zhì)的影響較大；在融化期，細(xì)菌未受到任何土壤理化性質(zhì)的影響[18]。綜上可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)季節(jié)性凍融期土壤細(xì)菌的變化研究結(jié)論不一，而對(duì)霉菌的研究較少，因此研究季節(jié)性凍融期土壤環(huán)境因子對(duì)細(xì)菌和霉菌數(shù)量的影響非常必要。

新疆位于中國(guó)西北地區(qū)，冬季季節(jié)性凍融過程表現(xiàn)明顯。本文以北疆典型季節(jié)性凍土區(qū)土壤為研究對(duì)象，于2021年10月至2022年4月進(jìn)行不同的冬灌定額處理，研究土壤細(xì)菌、霉菌數(shù)量變化及其與土壤水、熱、鹽性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系，探討微生物數(shù)量隨不同冬灌定額變化的特征，以揭示干旱區(qū)季節(jié)性凍融過程中冬灌調(diào)控土壤可培養(yǎng)微生物(細(xì)菌、霉菌)生長(zhǎng)的作用機(jī)理，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民冬灌水量的控制提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于石河子大學(xué)灌溉試驗(yàn)站，天山北麓中段，準(zhǔn)噶爾盆地南部(85°59′E，44°19′N)。該區(qū)氣候干燥，日照時(shí)間長(zhǎng)達(dá)14 ～ 16 h，平均蒸發(fā)量達(dá)1 820.9 mm，冬季為10月至來年3月，漫長(zhǎng)而嚴(yán)寒，降雪頻繁，每年最低氣溫出現(xiàn)在1月，屬于較典型的季節(jié)性凍土區(qū)。2021—2022年季節(jié)性凍融期最低氣溫–24.9 ℃，最高氣溫28.1 ℃，降雪較往年頻繁，最大降雪深度達(dá)240 mm以上。研究區(qū)土壤為砂壤土，0 ～ 20 cm土壤有機(jī)質(zhì)25 g/kg，堿解氮101 mg/kg，有效磷30.5 mg/kg，速效鉀326 mg/kg；0 ～ 100 cm土壤平均容重為1.53 g/cm3，土壤飽和含水量為28.8%，田間質(zhì)量持水率21.6%，地下水埋深9 m以下。試驗(yàn)期內(nèi)氣溫和降水量見圖1。

圖1 試驗(yàn)期內(nèi)氣溫和降水量變化

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)共劃分15個(gè)2 m×2 m試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)四周深挖60 cm，內(nèi)壁用PVC板阻隔，小區(qū)間相鄰40 cm，便于取土。每個(gè)小區(qū)深翻28 cm，施足底肥，播種8行冬小麥。設(shè)置5個(gè)不同的冬灌定額，分別為0、45、90、135、180 mm，其中0 mm為對(duì)照處理，從播種到小麥返青期土壤保持原狀，其他處理均采用漫灌控制水量。同時(shí)，在每個(gè)小區(qū)土壤深度10、25、40、60 cm處埋設(shè)溫度探頭(i500-T土壤溫度記錄儀)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。

1.3 土壤樣品采集

在季節(jié)性凍融期的不同階段，每個(gè)樣田中隨機(jī)選取3個(gè)采樣點(diǎn)，用土鉆在垂直方向分別取0 ～ 10、10 ～ 25、25 ～ 40、40 ～ 60 cm的土樣。每次下鉆前用酒精棉擦拭，取出土后立刻置于封口袋中密封并放于保溫箱中帶回試驗(yàn)室，及時(shí)進(jìn)行可培養(yǎng)微生物數(shù)量(細(xì)菌、霉菌)的測(cè)定。另外，取部分土樣風(fēng)干、研磨、過篩用于測(cè)定土壤其他理化指標(biāo)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤含水量的測(cè)定：采用烘干法。

土壤pH和含鹽量的測(cè)定：稱取風(fēng)干土樣5 g和50 mL蒸餾水按1∶5的比例(∶)混合，攪勻，靜置30 min后，用pH計(jì)測(cè)定pH；24 h后通過濾紙?zhí)崛⊥寥缿覞嵋?，利用FE38-Standard電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤懸濁液的電導(dǎo)率，并通過試驗(yàn)擬合得到的電導(dǎo)率與含鹽量之間的關(guān)系式(=3.2759+1.9026，2=0.927 8，表示電導(dǎo)率(mS/cm)，表示含鹽量(g/kg))計(jì)算獲得土壤含鹽量。

土壤溫度的測(cè)定：利用i500-T土壤溫度記錄儀監(jiān)測(cè)。

土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量測(cè)定：采用稀釋平板法[19]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，通過Origin 2021、Canocco5、Surfer12作圖，采用SPSS 25.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 季節(jié)性凍融期土壤水、熱、鹽時(shí)空分布特征

試驗(yàn)區(qū)土壤水分主要來源于降雪和灌溉，圖2 ～ 圖5為不同冬灌定額下，土壤水、熱、鹽及pH的時(shí)空變化圖。由圖2可知，由于不同的冬灌定額，土壤含水量差異明顯，可通過含水量等高線的疏密程度和平緩彎折程度體現(xiàn)。整個(gè)凍融期間對(duì)照處理等高線疏密均勻，0 ～ 25 cm土層含水量隨著深度增加變化梯度大，25 cm以下變化梯度小。45 mm冬灌定額處理樣田在凍結(jié)初期0 ～ 25 cm土層含水量等高線較密，25 cm土層以下含水量等高線稀疏；穩(wěn)定凍結(jié)期0 ～ 60 cm土層含水量等高線稀疏；直到融化期，0 ～ 25 cm土層含水量等高線再次變密。90、135、180 mm冬灌定額處理樣田在10月至11月凍結(jié)初期0 ～ 60 cm含水量等高線較密、平緩，反映土壤含水量隨著時(shí)間的變化其變化梯度較大，但隨著土層深度的變化其變化不劇烈；穩(wěn)定凍結(jié)期11月中旬至3月初，含水量等高線程度稀疏，直到融化期4月再次變密。

(圖A、B、C、D、E分別表示冬灌定額0、45、90、135、180 mm，下同)

圖4 不同冬灌定額下土壤含鹽量(g/kg)的時(shí)空變化圖

圖5 不同冬灌定額下土壤pH的時(shí)空變化

季節(jié)性凍融期冬灌水量雖有不同，但土壤溫度的變化規(guī)律基本一致(圖3)。在凍結(jié)初期和融化期，10 cm和60 cm深度土層的溫度波動(dòng)幅度較大，25 cm和40 cm深度土層的溫度變化幅度較小。凍結(jié)初期到穩(wěn)定凍結(jié)期，對(duì)照處理40 cm深度土層的溫度最高，10 cm深度土層在凍結(jié)初期偶爾出現(xiàn)溫度最高；其他灌水處理25 cm深度土層的溫度最高。融化期，所有處理樣田10 cm深度土層溫度最高，而25 cm深度土層的溫度最低。

由圖4可知，對(duì)照處理樣田在10月至次年1月，含鹽量的等高線較疏且平緩，這可能是由于冬季蒸發(fā)弱，土壤含鹽量的變化相對(duì)穩(wěn)定；隨著時(shí)間的推移，至融化期，土壤含鹽量的等高線變密且曲折，由于日照時(shí)間長(zhǎng)，土壤蒸發(fā)量大，鹽分隨水分蒸發(fā)到土壤表層，出現(xiàn)很明顯的反鹽現(xiàn)象。45 mm和135 mm冬灌定額處理在12月至次年1月的穩(wěn)定凍結(jié)期，土壤出現(xiàn)明顯的返鹽現(xiàn)象。在次年3月至4月融化期，除45 mm冬灌定額處理外，90、135、180 mm冬灌定額處理土壤含鹽量均隨土層深度的增加而增加，原因?yàn)榉€(wěn)定凍結(jié)期保持的水分在融化期將鹽分淋洗到土壤深層。45 mm冬灌定額處理灌水量少，新疆的日照時(shí)間長(zhǎng)，蒸發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致出現(xiàn)較重的表層返鹽現(xiàn)象，不利于來年的春播。

對(duì)于土壤pH，在整個(gè)凍融期間冬灌水量的不同對(duì)土壤pH的影響不明顯，從等高線圖中可以看出，從凍結(jié)初期一直到土壤通融，各處理土壤pH的變化幅度不大(圖5)。

2.2 季節(jié)性凍融期土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量變化特征

土壤復(fù)雜的環(huán)境條件影響著細(xì)菌和霉菌生長(zhǎng)，不同環(huán)境因子下細(xì)菌和霉菌的數(shù)量有著明顯的差異。季節(jié)性凍融期不同冬灌定額條件下各土層細(xì)菌和霉菌的數(shù)量如圖6所示。由圖6可知，季節(jié)性凍融期不同時(shí)間各處理的微生物數(shù)量明顯不同，表現(xiàn)在細(xì)菌和霉菌的數(shù)量在時(shí)間和土層的分布上有著明顯的差異。10月，由于土樣為初始土樣，每塊樣田細(xì)菌和霉菌的數(shù)量變化不明顯，差異不大。11月，由于冬灌水的補(bǔ)給，土壤含水量升高，土壤有了一定的濕度，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量明顯增加；土壤細(xì)菌的數(shù)量最高達(dá)約16 800 cfu/g，霉菌的數(shù)量最高達(dá)約350 cfu/g；土壤細(xì)菌和霉菌普遍集中在每個(gè)處理的10 ～ 25 cm和25 ～ 40 cm土層，而土壤霉菌在冬灌定額45 mm處理40 ～ 60 cm土層處出現(xiàn)峰值。在穩(wěn)定凍結(jié)期，12月土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量明顯下降，1月其數(shù)量又有所回升。由于12月雪水少，溫度達(dá)0 ℃以下，滿足不了微生物的生存要求，大部分微生物死亡，為土壤提供有機(jī)質(zhì)。1月，新疆降雪增多，積雪覆蓋周期長(zhǎng)，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量回升，主要集中在25 ～ 40 cm土層，而0 ～ 10 cm和40 ～ 60 cm土層細(xì)菌和霉菌的數(shù)量增加不明顯。融化期，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量變化有著明顯的差異，3月至4月，隨著時(shí)間的推移，溫度升高，凍結(jié)水融化，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量明顯增加，直到土壤完全通融，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量達(dá)到峰值；在融化期土壤霉菌相比細(xì)菌數(shù)量一直下降，說明融化期細(xì)菌占主導(dǎo)作用?？傮w來看，土壤細(xì)菌數(shù)量在季節(jié)凍融期呈現(xiàn)上升–下降–再上升的趨勢(shì)，土壤霉菌數(shù)量呈現(xiàn)下降–上升–再下降的趨勢(shì)。

(圖中外圍一圈“-”連線的數(shù)字如0-10表示“冬灌定額(mm)-土層深度(cm)”)

2.3 土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量與水、熱、鹽的關(guān)系

微生物的代謝活動(dòng)與土壤水、熱、鹽的分布息息相關(guān)。凍融期不同階段土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量與土壤水、熱、鹽的關(guān)系特征如圖7所示。圖7冗余分析表明，兩個(gè)維度共同解釋了凍融期細(xì)菌和霉菌數(shù)量變化的48%。冗余分析中箭頭方向相同表示正相關(guān)，夾角越小，相關(guān)程度越高；箭頭方向不同表示負(fù)相關(guān)，夾角越大，負(fù)相關(guān)程度越大；夾角為90°表示無相關(guān)性，夾角接近90°則表示相關(guān)性差；投影長(zhǎng)度表示相關(guān)性大小。整個(gè)凍融期，pH與霉菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)，與細(xì)菌數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)；含鹽量與細(xì)菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)，與霉菌數(shù)量呈顯著負(fù)相關(guān)；灌水量與細(xì)菌和霉菌數(shù)量均呈負(fù)相關(guān)。

土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量與土壤水、熱、鹽指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果見表1。由表1可知，季節(jié)性凍融期的不同階段，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量受水、熱、鹽的制約。凍結(jié)初期，10月(冬灌前)，土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)(0.05)，土壤霉菌數(shù)量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)(0.05)；土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量均與土壤含鹽量呈顯著正相關(guān)(0.05)。11月(冬灌后)，土壤細(xì)菌數(shù)量?jī)H與灌水量呈顯著正相關(guān)(0.05)，與其他土壤因素均呈弱的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)；土壤霉菌數(shù)量與土壤水、熱、鹽呈弱的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)。穩(wěn)定凍結(jié)期，土壤霉菌數(shù)量與土壤水、熱、鹽均呈相對(duì)較弱的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)；而12月土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤平均溫度呈顯著正相關(guān)(0.05)，與灌水量呈顯著負(fù)相關(guān)(0.05)；次年1月，土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)(0.05)，與灌水量呈極顯著負(fù)相關(guān)(0.01)。融化期，土壤水、熱、鹽與土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量相關(guān)性變強(qiáng)且顯著。3月，土壤經(jīng)歷凍融交替循環(huán)，土壤水、熱、鹽與土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量呈弱的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)；而4月，土壤通融，土壤含水量與土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量呈極顯著的負(fù)相關(guān)(0.01)，土壤平均溫度與土壤霉菌數(shù)量呈顯著的正相關(guān)(0.05)。

圖7 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤環(huán)境因子的冗余分析

表1 土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量與土壤水、熱、鹽的相關(guān)分析

注：**為在0.01水平極顯著相關(guān)；*為在0.05水平顯著相關(guān)。

總體來看，對(duì)照處理土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量主要受土壤含鹽量的影響；冬灌水后，穩(wěn)定凍結(jié)期土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量主要受土壤含水量與溫度的影響；融化初期至土壤通融，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量主要受土壤含水量的影響。凍結(jié)初期和穩(wěn)定凍結(jié)期，冬灌水量對(duì)土壤細(xì)菌的數(shù)量產(chǎn)生了影響，對(duì)土壤霉菌的數(shù)量影響較弱；融化期，冬灌水量對(duì)土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量沒有影響。

3 討論

3.1 季節(jié)性凍融作用下土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量的差異

季節(jié)性凍融作用通過改變土壤物理性質(zhì)直接影響土壤微生物的活性，凍融作用下不同時(shí)期土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量有明顯的差距[19]。本試驗(yàn)研究表明，穩(wěn)定凍結(jié)期，溫度急劇下降，土壤水分凍結(jié)，相比凍結(jié)初期土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量明顯下降，12月土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量最少；但是自1月起，隨著積雪覆蓋的周期增長(zhǎng)，細(xì)菌和霉菌利用土壤中死亡微生物的殘骸提供的有機(jī)質(zhì)生長(zhǎng)，其數(shù)量有所增加。至土壤融化期，由于表層積雪的融化，溫度的升高，腐爛的凋落物質(zhì)和土壤中的有機(jī)質(zhì)使得土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量明顯增加，直至增加到峰值，這與章高森[20]的研究結(jié)論相一致，且隨著土壤細(xì)菌數(shù)量的增加，土壤霉菌的數(shù)量明顯下降，這對(duì)冬小麥的返青有著很大的益處。

3.2 季節(jié)性凍融作用下土壤細(xì)菌和霉菌數(shù)量與土壤水、熱、鹽的關(guān)系

土壤中微生物的生存離不了適宜的水分、溫度及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等[6]。季節(jié)性凍融期間土壤溫度、含水量、pH、含鹽量等一系列因子的改變對(duì)土壤微生物數(shù)量的分布產(chǎn)生影響[21]。張成芳等[22]研究表明，在一定程度上，土壤微生物數(shù)量與土壤溫度呈正相關(guān)；在溫度較低的環(huán)境里，土壤微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力減弱，數(shù)量下降[23]。但是也有研究表明，隨著溫度的升高，0 ～ 30 cm土層細(xì)菌數(shù)量一直減少，其中表層的變化最為明顯。本試驗(yàn)中，整個(gè)季節(jié)性凍融期土壤細(xì)菌數(shù)量的變化較為明顯，而土壤霉菌在穩(wěn)定凍結(jié)期和融化期其數(shù)量變化較明顯，與Zhou等[24]的研究結(jié)論一致。

土壤含水量的變化對(duì)土壤不同微生物的影響也不同[25]。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤細(xì)菌吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝活動(dòng)主要靠土壤水膜的運(yùn)動(dòng)[26]；土壤回濕后，土壤細(xì)菌的數(shù)量隨著時(shí)間的變化明顯增加[27]。本試驗(yàn)中，在11月冬灌后土壤細(xì)菌的數(shù)量相比灌前明顯增加，與上述研究結(jié)論一致。融化期，土壤表層的冰雪融化和下層凍結(jié)水的排放，提高了土壤的含水量，有利于土壤微生物的代謝活動(dòng)和對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的獲取，促進(jìn)其再生長(zhǎng)，數(shù)量增加[28]。本試驗(yàn)中，在通融期土壤細(xì)菌的數(shù)量明顯增加，但是土壤霉菌數(shù)量卻正好相反，可能由于新疆日照時(shí)間長(zhǎng)，土壤溫度明顯升高，霉菌在微生物種群中屬于弱勢(shì)，吸收土壤有機(jī)質(zhì)的能力相比其他微生物較弱，導(dǎo)致其數(shù)量下降。

土壤pH對(duì)不同微生物的影響不同，土壤細(xì)菌適合生存在堿性條件下[13]，而土壤霉菌適合生存在酸性條件下，本試驗(yàn)的樣田土壤偏堿性，土壤霉菌的數(shù)量明顯較少。有研究認(rèn)為，在干旱地區(qū)土壤細(xì)菌與土壤pH無顯著關(guān)系性[17]。從表1的分析可以看出，本試驗(yàn)中整個(gè)凍融期間土壤pH與土壤中細(xì)菌、霉菌的數(shù)量均無顯著相關(guān)性，與上述研究結(jié)論一致。但是從不同學(xué)者的研究結(jié)果看，土壤pH對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響結(jié)論尚不明確。

土壤含鹽量直接對(duì)土壤微生物的活性產(chǎn)生影響，土壤含鹽量的升高會(huì)導(dǎo)致土壤微生物多樣性的減少[29]。本試驗(yàn)中，融化期，日照時(shí)間長(zhǎng)，蒸發(fā)量大，鹽分表聚，0 ～ 10 cm土層土壤微生物數(shù)量相對(duì)減少；凍結(jié)初期，土壤含鹽量與土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量呈顯著正相關(guān)(<0.05)；而穩(wěn)定凍結(jié)期和融化期土壤含鹽量與土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量無顯著相關(guān)性(0.05)。

4 結(jié)論

1)試驗(yàn)區(qū)在季節(jié)性凍融期，冬灌水量對(duì)土壤pH的影響不明顯，但是對(duì)土壤溫度、水分和鹽分影響較明顯：穩(wěn)定凍結(jié)期土壤最高溫度從25 ～ 40 cm土層變?yōu)?0 ～ 25 cm土層；不同處理的土壤含水量在穩(wěn)定凍結(jié)期變化不明顯，在融化期土壤含水量明顯上升；90 mm和135 mm灌水量下土壤在深層產(chǎn)生積鹽，耕作層的含鹽量相對(duì)較低。

2)凍結(jié)初期，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量增加；穩(wěn)定凍結(jié)期土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量減少，但隨著降雪量的增加，土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量再次增加；融化期，土壤細(xì)菌的數(shù)量增加到峰值，而土壤霉菌的數(shù)量明顯下降。季節(jié)性凍融期，土壤細(xì)菌相比霉菌占主導(dǎo)作用，降雪的增多使冬灌定額對(duì)土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量沒有起到最大作用。

3)整個(gè)凍融期，對(duì)照處理土壤細(xì)菌和霉菌主要受土壤含鹽量的影響；冬灌水后，穩(wěn)定凍結(jié)期土壤細(xì)菌和霉菌的數(shù)量主要受土壤含水量與溫度的影響；融化初期至土壤通融，則主要受土壤含水量的影響。

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Changes of Soil Cultivable Microorganisms in Seasonal Freezing and Thawing Period Under Winter Irrigation and Influencing Factors

YANG Yuefa1,2, WANG Chunxia1,2*, LIANG Fei3, LAN Mingju1, SUN Kai1,2

(1 College of Water Conservancy & Architectural Engineering, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000, China; 2 Key Laboratory of Modern Water-Saving Irrigation of Xinjiang Production &Construction Group, Shihezi, Xinjiang 832000, China; 3 Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation, Shihezi, Xinjiang 832000, China)

In order to reveal the changes and impacts of the cultivable microorganisms number in farmland soil under different winter irrigation quotas in Shihezi during seasonal freeze-thawing period, a micro-field experiment was conducted during 2021—2022, the quantity changes of soil bacteria and mould and their influencing factors were analyzed under different winter irrigation quotas of 45, 90, 135, 180 mm with no-irrigation as the control during the freezing-thawing period. The results show that in the initial freezing period, the number of bacteria is significantly negatively correlated with soil water content and irrigation amount (0.05), while the number of mould is significantly negatively correlated with soil pH (0.05). In the stable freezing period, the number of bacteria is significantly positively correlated with soil average temperature (0.05) and significantly negatively correlated with irrigation amount and soil moisture content (0.05); while the number of mould is weakly correlated with soil moisture, temperature and salt. In the thawing season, the numbers of bacteria and mould are negatively correlated with soil water content (0.01), and the number of mould is significantly positively correlated with soil average temperature (0.05). Throughout the seasonal freezing-thawing period, bacteria are more dominant than mould, and play a major role in soil, and the effect of winter irrigation quota is not obvious on the numbers of bacteria and mold due to sufficient snowfall.

Seasonal freezing-thawing period; Number of bacteria; Number of mould; Soil water, heat and salt distribution; Winter irrigation quota

S182

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.03.014

楊躍發(fā), 王春霞, 梁飛, 等. 冬灌條件下季節(jié)性凍融期農(nóng)田土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量變化及其影響因素. 土壤, 2023, 55(3): 569–577.

南疆重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2021DB012，2022DB020)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1803244)資助。

(410443356@qq.com)

楊躍發(fā)(1995—)，男，山西臨汾人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail: 1131183413@qq.com