補灌對旱作集雨下麥田微生物呼吸與熵值的影響

徐悅悅 王楹鑫 馬向成 蔡 鐵 賈志寬

(1.山西農業大學山西有機旱作農業研究院，太原 030031；2.西北農林科技大學農學院，陜西楊凌 712100)

0 引言

我國旱作耕地面積占總耕地面積約1/3，其中黃土高原半干旱區作為我國最為典型的旱作農業區，擁有全國近40%的旱作農田[1]。小麥是該地區重要糧食作物，種植面積占全國小麥的27%～30%，其生產對當地糧食結構安全具有重要意義[2]。然而，該地區年降雨量僅為300～600 mm，且60%以上降水主要集中在7—9月，與小麥生長需求嚴重錯位，降水資源利用率不高，干旱缺水是該地區糧食增產的主要限制因素[3]。為解決干旱半干旱區缺水和季節性干旱的問題，近年來，溝壟集雨種植技術以其顯著的增溫保墑作用被廣泛采用[4]。該技術采用壟上覆膜進行集雨，溝內種植作物的方式[5]，可以收集無效降雨，還可以降低地面無效蒸發，增加農田及作物根域土壤含水量，顯著提高作物產量和水分利用效率[6]。值得關注的是，溝壟集雨技術在提高作物產量的同時，土壤水熱改變和地膜使用影響土壤基礎呼吸、土壤有機碳含量和微生物量碳含量，進而影響土壤微生物熵和代謝熵[7]。土壤微生物熵是土壤微生物量碳含量占土壤有機碳含量的比例，主要用來反映單位資源所能支持的微生物生物量[8]。土壤微生物熵通過反映土壤養分及養分利用效率的差異變化，進而預測土壤環境的微妙變化，土壤微生物熵越大，表明土壤養分積累越大，相反土壤養分損失越大。土壤代謝熵可以表征微生物活性對環境因子或者生存條件的響應，是直接反映微生物對碳源利用效率的指標[9]?；谶@樣的特性，土壤微生物熵和土壤代謝熵可以作為評價土壤質量的敏感性指標[10]。LUO等[11]在陜西省長武4年的春玉米試驗表明，0～40 cm土壤有機碳在覆膜下表現出一定的增長趨勢，與不覆膜相比，顯著增加了輕組有機碳含量，降低了20～40 cm微生物碳含量。然而，DONG等[12]在西北黃土高原麥玉輪作試驗表明，覆膜增加了0～10 cm土層的總有機碳含量及微生物碳含量，降低了可溶性有機碳含量，這說明目前有關覆膜對土壤有機碳含量和微生物量碳含量的影響尚未有統一的結果。此外，有學者發現，根據作物的需水規律在作物不同生育時期科學合理灌水，最大限度地利用有限的水資源，是保證作物高產穩產的關鍵所在[13]。

因此，本研究在溝壟集雨種植技術下在作物生長的關鍵時期進行限量補灌，以傳統畦灌為對照，通過分析監測溝壟集雨下土壤有機碳、微生物量碳、土壤微生物呼吸及其熵值(土壤代謝熵、微生物熵)的變化來監測農田土壤質量演變特征，探究溝壟集雨補灌技術下冬小麥田土壤質量演變規律及如何在節水的前提下保證土壤的可持續發展，為評價溝壟集雨補灌技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗設在西北農林科技大學旱區節水農業研究院試驗站的作物控水監測試驗場。該地位于關中平原(34°20′N，108°04′E)，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，海拔524 m，年均溫12.9℃，多年平均降雨量550～600 mm，降雨多集中在7—9月，冬小麥生育期相對較少，平水年為200 mm左右。

作物控水監測試驗場內建有種植區，每小區面積6.7 m2(3.15 m×2.13 m)，深3 m，小區四周均為17 cm厚的水泥墻，用以防止水分水平交換，種植區中固定有TDR土壤水分測量系統，底部設有濾層(0.5 m厚沙子和石子)和排水管，以防種植區底部積水。遇雨雪電控蓋棚，全年防雨水進入。種植區內土壤選取當地代表性土壤，根層(0～30 cm)基本理化性質為：有機質質量比11.97 g/kg，全氮質量比1.31 g/kg，全磷質量比0.83 g/kg，全鉀質量比6.18 g/kg，速效氮質量比53.12 mg/kg，速效磷質量比22.34 mg/kg，速效鉀質量比97.37 mg/kg，pH值7.59，容重1.25 g/cm3，灌溉水為地下水。

1.2 試驗設計

本試驗于2017年10月—2020年6月連續3年進行。供試品種為“西農979”。冬小麥于每年10月1日進行人工整地、起壟、覆膜、施肥，第2年6月中旬收獲，收獲后至次年播種前為農田休閑期。播種前施純氮225 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 150 kg/hm2。10月上旬播種，播種量2.25×106粒/hm2，行距20 cm。播前底墑統一調整為0～2 m土層土壤貯水量400 mm。

小麥生育期模擬降雨量分別為豐水年275 mm(P1)、平水年200 mm(P2)和干旱年125 mm(P3)，各月降雨分布情況根據當地1982—2014年小麥生育期降水資料計算而得，降水分布見表1。在每個降雨水平下設置兩種補灌方式：溝壟集雨(圖1)和傳統畦灌，兩種補灌方式的補灌量設4個水平，分別為150、75、37.5、0 mm，在冬小麥越冬期和拔節期分兩次平均灌溉。為便于區分，在降雨量為275 mm時，壟溝集雨下各處理名稱分別為P1R150、P1R75、P1R37.5和P1R0。在傳統平作制度下，處理名稱分別為P1T150、P1T75、P1T37.5和P1T0。當降雨量為200、125 mm時，處理名稱同上表述。為了精確控制降雨量及灌溉量，種植區均配置了灌溉控制系統，各月不同模擬雨量也通過該系統控制實施，以保證模擬雨量及灌水的適時、均勻。本試驗共24個處理，每個處理各設3個重復。

表1 冬小麥生長季降水模擬分布

圖1 溝壟集雨種植示意圖

1.3 樣品采集與測定方法

分別于冬小麥分蘗期、越冬期、返青期、拔節期、開花期、灌漿期進行取樣(選取研究期間每個處理在作物各生育時期的平均值進行數據分析)，采樣深度為0～20 cm和20～40 cm。每次取樣時，于每個小區按S形選擇5個點，同一土層土樣混合成一個復合樣品。取樣后除去雜物和石塊，迅速混合放入無菌袋內并裝入帶冰塊的取樣箱中運回。在實驗室將土樣除去可見的土壤動物和植物殘體，將新鮮土壤過2 mm篩，放置于4℃冰箱內，用于測定土壤微生物生物量碳(MBC)含量。

土壤總有機碳(SOC)含量采用重鉻酸鉀容量法測定[14]。土壤微生物生物量碳含量采用氯仿熏蒸浸提法[15]測定。具體操作如下：稱取新鮮土樣10 g置于真空干燥器中，經氯仿熏蒸后，于25℃的黑暗條件下培養24 h后，用抽真空方法反復去除真空泵中殘存的氯仿。熏蒸的同時，稱取等量新鮮土壤。然后將熏蒸及未熏蒸的土壤樣品用40 mL 0.5 mol/L的K2SO4溶液震蕩浸提30 min后，使用定量濾紙過濾。浸提液中有機碳(SOC)含量的測定采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化法。土壤微生物生物量碳(MBC)含量計算公式為

CMBC=EC/KEC

(1)

式中CMBC——土壤微生物生物量碳含量(質量比)

EC——熏蒸與未熏蒸土樣有機碳含量的差值

KEC——轉換系數，取0.45

土壤微生物呼吸強度MR采用密閉堿液吸收滴定法測定。具體操作如下：稱取20 g新鮮土樣于500 mL廣口瓶上懸掛尼龍小網袋中，以0.1 mol/L NaOH吸收微生物呼吸釋放的CO2，25℃恒溫箱培養24 h，用0.1 mol/L HCl滴定剩余NaOH，以計算土壤微生物呼吸強度。每個處理重復3次。

土壤代謝熵Q1計算公式為

Q1=MR/CMBC

(2)

式中MR——土壤微生物呼吸強度，mg/(kg·h)

微生物熵Q2計算公式為

Q2=CMBC/CSOC×100%

(3)

式中CSOC——土壤總有機碳(SOC)質量比，g/kg

1.4 數據統計分析

采用Microsoft Excel進行數據整理，Origin 2021繪制圖表，SPSS 18.0統計軟件進行方差分析，用最小顯著差異法(LSD)進行差異顯著比較。

2 結果與分析

2.1 溝壟集雨條件下限量補灌對冬小麥田不同土層土壤微生物呼吸的影響

不同降雨量下各處理0～20 cm和20～40 cm土層微生物呼吸強度均呈現苗期至越冬期急劇下降，越冬期至開花期緩慢上升，開花期后緩慢下降的規律(圖2，圖中數據均為3年平均數據。TS表示分蘗期；RWS表示越冬期；GS表示返青期；JS表示拔節期；FS表示開花期；GFS表示灌漿期；Average表示生育期平均值，下同)。降雨量相同時，同一補灌量下，溝壟集雨處理的微生物呼吸強度略高于傳統畦灌處理(圖2)。深層土壤的土壤微生物呼吸強度高于淺層土壤(圖2)，且不同補灌處理對拔節期和開花期土壤基礎呼吸強度影響較大。在0～20 cm土層，冬小麥生育期降雨量275 mm下，同一補灌量下溝壟集雨較傳統補灌處理土壤微生物呼吸強度增加2.47%～21.67%，其中只有不進行補灌的處理達到顯著性差異(P<0.05)。降雨量200 mm下，在開花期，不同補灌量下溝壟集雨較傳統補灌處理土壤微生物呼吸增加3.90%～7.69%。其中處理P2R150 較P2T150和P2R75顯著提高4.93%和6.25%(P<0.05)，而P2T150和P2R75二者間差異不顯著。125 mm降雨量下，不同補灌量下溝壟集雨補灌較傳統畦灌開花期3年平均土壤微生物呼吸強度顯著增加4%～14.29%(P<0.05)。

圖2 不同降雨年型下0～20 cm和20～40 cm土層土壤微生物呼吸強度

在20～40 cm土層，冬小麥生育期降雨量275、200 mm下，在開花期，不同溝壟集雨補灌處理較傳統補灌土壤微生物呼吸強度分別增加3.28%～7.10%和4.35%～14.29%。其中P2R37.5和P2T37.5、P2R0和P2T0處理間差異達到顯著(P<0.05)，其余補灌量處理均未達到顯著性差異。降雨量125 mm下，不同補灌量下溝壟集雨補灌較傳統畦灌開花期3年平均土壤微生物呼吸強度顯著增加11.39%～24.59%(P<0.05)。

2.2 溝壟集雨條件下限量補灌對冬小麥田不同土層土壤微生物量碳含量和有機碳含量的影響

由圖3和圖4(圖中RF表示溝壟集雨補灌，TF表示傳統畦灌，下同)可以看出，溝壟集雨補灌可顯著提高土壤0～20 cm和20～40 cm微生物量碳含量。溝壟集雨處理的土壤微生物量碳從苗期至開花期持續上升，開花期至灌漿期下降。而傳統畦灌處理呈現從苗期至越冬期下降，越冬期至開花期緩慢上升的趨勢。冬小麥生育期降雨量275 mm下，在0～20 cm和20～40 cm土層，同一補灌量下溝壟集雨較傳統畦灌處理的微生物量碳分別增加10.10%～12.30%和4.11%～6.12%(圖3、4)。降雨量200 mm下，在0～20 cm和20～40 cm土層，同一補灌量下溝壟集雨較傳統畦灌處理分別增加10.49%～15.86%和4.37%～7.63%。降雨量125 mm下，在0～20 cm和20～40 cm土層，同一補灌量下溝壟集雨較傳統畦灌處理分別增加8.89%～15.07%和6.80%～11.80%。其中在0～20 cm土層溝壟集雨較傳統畦灌處理的土壤微生物量碳含量均達到顯著性差異(P<0.05)。

圖3 不同降雨年型下0～20 cm土層微生物量碳含量

圖4 不同降雨年型下20～40 cm土層微生物量碳含量

圖5和圖6為溝壟集雨和傳統畦灌處理的0～20 cm和20～40 cm土層有機碳含量在冬小麥整個生育時期的動態變化。由圖5、6可以看出，與土壤微生物量碳含量的變化趨勢相反，隨著降雨量及補灌量的增加，土層0～20 cm和20～40 cm的有機碳含量下降，且當降雨量及補灌量相同時，溝壟集雨處理的有機碳含量低于傳統畦灌(圖5、6)。冬小麥生育期降雨量275 mm下，在0～20 cm和20～40 cm土層，同一補灌量下溝壟集雨較傳統畦灌處理的有機碳分別降低11.12%～15.49%和8.94%～11.51%。降雨量200 mm下，在0～20 cm和20～40 cm土層，同一補灌量下溝壟集雨的有機碳較傳統畦灌處理分別降低0.42%～4.26%和3.34%～5.09%。降雨量125 mm下，在0～20 cm和20～40 cm土層，同一補灌量下溝壟集雨較傳統畦灌處理分別降低4.40%～7.15%和7.27%～11.52%。

圖5 不同降雨年型下0～20 cm土層有機碳含量

圖6 不同降雨年型下20～40 cm土層有機碳含量

2.3 溝壟集雨條件下限量補灌對冬小麥田不同土層土壤代謝熵的影響

土壤代謝熵是土壤呼吸強度與微生物生物量碳的比值，反映了單位生物量的微生物在單位時間里的呼吸強度。對不同處理下土壤代謝熵進行測定，結果表明(表2、3)，土壤代謝熵在不同處理下呈現明顯的垂直變化特征，表現為深層土壤大于淺層土壤。在P1、P2和P3降雨量下，不同補灌量處理的土壤代謝熵均值深層土壤是淺層的1.39～1.44倍。且在0～20 cm和20～40 cm土層，土壤代謝熵隨著降雨量及補灌量的增加呈現增加的趨勢。對同一降雨量下不同補灌處理顯著性分析結果表明，與傳統畦灌對比，溝壟集雨補灌對土壤代謝熵影響不顯著。

表2 不同降雨年型下冬小麥田0～20 cm土層代謝熵

表3 不同降雨年型下冬小麥田20～40 cm土層代謝熵

2.4 溝壟集雨條件下限量補灌對冬小麥田不同土層微生物熵的影響

由表4、5可以看出，土壤微生物熵在不同處理下呈現明顯的垂直變化特征，表現為淺層土壤大于深層土壤。且在0～20 cm和20～40 cm土層，土壤微生物熵隨著降雨量及補灌量的增加呈現增加的趨勢。在0～20 cm土層，冬小麥生育期降雨量275 mm下，與傳統畦灌相比，溝壟集雨補灌處理的微生物熵顯著增加22.08%～27.05%(P<0.05)。處理P1R150和P1R75顯著高于其他處理，且這二者之間差異不顯著。降雨量200 mm下，同一補灌量下，溝壟集雨補灌較傳統畦灌處理的微生物熵顯著增加9.09%～18.49%(P<0.05)。降雨量125 mm下，溝壟集雨補灌較傳統畦灌處理的微生物熵增加13.16%～22.96%(P>0.05)，但并未達到顯著性差異。其中處理P3R150顯著高于其他處理。

表4 不同降雨年型下冬小麥田0～20 cm土層微生物熵

在20～40 cm土層，降雨量275 mm下，補灌量為150、75 mm時，與傳統畦灌相比，溝壟集雨補灌處理的微生物熵分別顯著增加20.27%和18.86%(P<0.05)。補灌量為37.5、0 mm時，溝壟集雨處理的微生物熵較傳統畦灌處理分別增加17.65%和21.43%，但并未達到顯著性差異。降雨量200 mm下，補灌量相同時，溝壟集雨較傳統畦灌處理的微生物熵增加11.90%～17.48%，且隨著補灌量的增加，微生物熵增加的幅度越大，但處理間差異并不顯著。降雨量125 mm下，補灌量為150 mm時，溝壟集雨較傳統畦灌處理微生物熵顯著增加20.74%(P<0.05)。補灌量小于150 mm時，與傳統畦灌相比，溝壟集雨處理的微生物熵增加20.97%～24.76%。

表5 不同降雨年型下冬小麥田20～40 cm土層微生物熵

3 討論

3.1 溝壟集雨條件下限量補灌對土壤微生物量碳、有機碳以及微生物呼吸的影響

土壤微生物生物量碳既是土壤養分轉化與循環的動力，又可作為土壤中植物有效養分的儲備庫，其對土壤環境因子的變化極為敏感，土壤中微小的改變均會引起其活性變化，常被作為評價土壤微生物生態系統質量的重要指標[16]。本研究中，在不同降雨量及補灌量下，溝壟集雨補灌處理不同土層的土壤微生物量碳均高于傳統畦灌。這可能是由于覆膜改變了土壤內部微環境，提高了土壤微生物活性，加速了土壤呼吸，進而影響了微生物量。趙彤等[17]、劉爽等[18]研究不同植被對土壤微生物量碳的影響時發現MBC與土壤含水量呈顯著正相關。在本研究中，同一降雨量和補灌量下溝壟集雨處理的MBC均大于傳統畦灌，這可能是由于溝壟集雨顯著的增加了土壤水分含量[19]，進而影響了土壤微生物量碳含量。然而，有學者發現[20]，在濕地環境中，水分環境與微生物量之間呈顯著負相關，這是由于在土壤水分高于田間持水量時，土壤通氣性隨著水分增加而降低，土壤鹽度增加，土壤生存環境惡化，微生物量碳減少。本研究中溝壟集雨處理較傳統平作的微生物呼吸增加幅度在干旱年型較豐水年更為明顯證明了此觀點。本研究還發現，溝壟集雨和傳統畦灌處理的MBC在0～20 cm土層均達到顯著性差異，說明溝壟集雨對淺層土壤的微生物量碳影響更為顯著。這可能是由于覆膜對耕層土壤的溫度影響更大[21]，較高的溫度使植株和根部生長更為旺盛，土壤微生物量碳隨之增加，這與RAMIREZ等[22]的研究結果一致。

有研究表明，覆膜可導致土壤有機碳含量提高，其原因可能是覆膜導致土壤溫度升高，進而提高初級生產力，能夠增加土壤有機碳儲量[23]。然而在本研究中，溝壟集雨處理不同土層的土壤有機碳含量略低于傳統畦灌處理，這與KAHLON等[24]的研究結果不一致。這可能是由于地膜覆膜雖然改變了土壤生態環境[25]，改善了土壤理化性質，還會增加土壤微生物和酶的活性[1]，但同時溝壟集雨補灌也增加了土壤水分含量[26]，加速了土壤有機碳的礦化[27]，不利于土壤有機碳的積累。在作物生育期土壤有機碳含量由小到大依次為豐水年、平水年、干旱年，也說明了土壤含水量較高時微生物可利用的碳源豐富，提高了土壤有機碳的礦化速率[28]。

土壤呼吸強度是表征土壤質量和肥力的重要生物學指標，尤其是土壤微生物呼吸強度反映了土壤的生物活性和土壤物質代謝的強度[29]。影響土壤呼吸作用的因素有很多，如不同的耕作、施肥、栽培方式、水熱環境等[30]。本研究中，溝壟集雨補灌處理在不同土層的土壤微生物呼吸強度均高于傳統畦灌。這是由于溝壟集雨處理土壤環境中有機碳含量低于傳統畦灌，微生物對有機碳的競爭更為激烈，呼吸速率較高[31]。SONNENHOLZNER等[32]也發現土壤呼吸隨著土壤有機碳的穩定性的增加而減少，這與本研究結果一致。同時，有研究表明，土壤微生物呼吸和微生物量碳呈顯著的正相關關系[33]，本研究中溝壟集雨的土壤微生物量碳含量高于傳統畦灌處理正說明了這一點。而且，溝壟集雨處理較傳統平作的微生物呼吸增加幅度在干旱年型下更為明顯，這也說明溝壟集雨技術在降雨較為貧瘠的地區集雨效果更為顯著。此外，土壤微生物呼吸在一定范圍內隨土壤含水量的增大而增強，在接近田間持水量的一定范圍內，在飽和或永久萎蔫含水量時，土壤微生物呼吸停滯[34]。在本研究中，在作物降雨豐水年間，當補灌量超過75 mm時，土壤微生物呼吸呈現平緩的趨勢，且隨著降雨量及補灌量的減少，溝壟集雨較傳統畦灌處理的土壤微生物呼吸強度增幅越為明顯，說明溝壟集雨補灌由于增加了土壤水分含量進而增強了土壤微生物呼吸，但過高的土壤含水量會導致其他環境因子也發生變化，如土壤溫度、土壤通氣性、pH值等也會對微生物產生不同程度的影響，土壤水分條件對微生物的影響減弱。

3.2 溝壟集雨補灌對土壤微生物熵和代謝熵的影響

土壤微生物熵能充分反映土壤中活性有機碳所占的比例，并可表示土壤總碳庫的可利用程度[12]。有研究表明土壤微生物熵越高，表征土壤有機碳的活性程度越高，土壤中有機碳向微生物生物量轉化的速率越快。周正虎等[35]整合19個生態演替過程中土壤微生物熵的變化，發現土壤微生物熵在84%的生態演替序列中表現出隨著生態演替進程而增加，表明土壤微生物熵的變異很大程度上可以反映土壤質量的演變。在本研究中，在同一降雨量及補灌量下，溝壟集雨補灌處理的土壤微生物熵均大于傳統畦灌。且隨著降雨量和補灌量的增加，土壤微生物熵增加越為顯著，說明溝壟集雨補灌處理提高了土壤質量。其原因可能是溝壟集雨補灌的水分狀況優于傳統畦灌處理[31]，有利于改善根際土壤生態環境，促進微生物活性[36]，增加微生物生物量，有機碳周轉快，從而增加了土壤微生物熵[37]。通過對比不同降雨量下土壤微生物熵變化特征發現，隨著降雨量的減少，土壤微生物熵呈現減小的趨勢，這說明在土壤水分充足的情況下，有機碳向微生物量轉化的速率較快。尤其在干旱年間，同一補灌量條件下，溝壟集雨較傳統補灌的微生物熵增加顯著，這與土壤微生物增加的規律保持一致。本研究結果還表明，溝壟集雨對微生物熵的影響淺層大于深層，說明與深層土壤相比，溝壟集雨對表層土壤的微環境影響更為顯著。這與ROWINGGS等[38]和SCHAUFLER等[39]的試驗結果一致。

土壤代謝熵可以表征微生物活性對環境因子或者生存條件的響應，是直接反映微生物對碳源利用效率的指標[10]。GREGO等[40]通過探究肥料使用對土壤代謝熵的影響得出“土壤質量提高，土壤代謝熵有減少的趨勢”的結論，土壤代謝熵越大說明微生物將更多的碳源用于呼吸作用而非微生物自身細胞建造，對碳源利用效率低下，不利于土壤質量的提升[8]。本研究結果表明，降雨量及補灌量一致時，在0～20 cm土層，溝壟集雨處理的土壤代謝熵較傳統畦灌均有所下降。說明在淺層土壤，溝壟集雨處理較傳統平作對碳源利用效率更高，這與本研究結果土壤溝壟集雨對淺層土壤的微生物量碳影響更為顯著保持一致。在20～40 cm土層，當降雨量及補灌量一致時，溝壟集雨處理的土壤代謝熵較傳統畦灌均小幅度的提高，但并未達到顯著性差異，但均顯著低于表層土壤，這可能是由于深層土壤可利用有機質較少，微生物需保持較高的碳利用效率完成自身生存[41]。而在不同降雨年型下，與土壤微生物熵的變化特征相反，隨著降雨量的減少，土壤代謝熵呈現小幅度增加的趨勢，尤其在干旱年型下，溝壟集雨補灌措施雖然增加了土壤水分含量，但在嚴重水分脅迫下，補充灌溉緩解了作物生長面臨的水分需求[42]，但土壤環境仍不利于微生物對碳源的利用。

4 結論

(1)在0～20 cm和20～40 cm土層，冬小麥生育期降雨量275 mm下，不同補灌量下溝壟集雨較傳統平作種植的土壤微生物呼吸強度分別增加2.47%～21.67%和3.28%～7.10%，微生物量碳含量分別增加10.10%～12.30%和4.11%～6.12%，而有機碳含量分別降低11.12%～15.49%和8.94%～11.51%；降雨量200 mm下，溝壟集雨處理與傳統平作間的差異在冬小麥開花期最為顯著，土壤微生物呼吸強度分別增加3.90%～7.69%和4.35%～14.29%，微生物量碳含量分別增加10.49%～15.86%和4.37%～7.63%，有機碳含量分別降低0.42%～4.26%和3.34%～5.09%；降雨量125 mm下，與傳統平作相比，在不同補灌量下溝壟集雨的土壤微生物呼吸強度在0～20 cm和20～40 cm土層分別增加4.00%～14.29%和11.39%～24.59%，微生物量碳含量分別增加8.89%～15.07%和6.80%～11.80%，有機碳含量分別減少4.40%～7.15%和7.27%～11.52%。

(2)在0～20 cm和20～40 cm土層，在不同補灌處理中，與傳統平作相比，溝壟集雨種植均顯著提高了土壤微生物熵，而對土壤代謝熵影響不顯著。