Bt玉米秸秆连续还田的土壤生态效应及Bt蛋白降解动态模拟模型的建立

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转Bt(Bacillus thuringiensis)基因玉米(Zea mays)(Bt玉米)是全球商品化程度最快的抗虫转基因作物之一。Bt玉米秸秆还田释放的Bt蛋白可能会对土壤生态系统造成影响。本文通过室内模拟两个Bt玉米(5422Bt1和5422CBCL)和同源常规玉米5422秸秆连续5次还田实验,分析了Bt玉米秸秆连续还田过程中Bt蛋白的降解动态,建立了Bt蛋白降解的模拟模型,对比了Bt玉米秸秆连续还田对土壤微生物数量、土壤酶活性和土壤养分的影响。主要结果如下:(1)两种不同转基因的玉米品种5422Bt1和5422CBCL秸秆释放的Bt蛋白在土壤中的降解动态基本一致,在每次还田的前期降解十分迅速,每次还田后2周内就可以降解90%以上;在每次还田的后期则趋于缓慢降解状态,但在每次还田后120 d时仍能检测到少量的Bt蛋白。建立的Bt蛋白降解模型的拟合曲线均较好的与实测值吻合,模型预测的Bt蛋白在土壤中呈前期快速降解,后期趋于平稳,随着还田次数的增加,秸秆释放的Bt蛋白在土壤中均不会累积。(2)三种玉米秸秆还田后,细菌数量每次都是均随时间而减少;真菌数量随还田时间基本没有变化;放线菌数量随还田时间而减少。Bt玉米5422Bt1秸秆连续还田与常规玉米5422相比,在第一、第二和第五次还田后,提高了土壤细菌数量;在第二和第五次还田后,增加了土壤放线菌数量。另一Bt玉米5422CBCL秸秆连续还田与常规玉米5422相比,第二、第三和第四次还田后,提高了土壤细菌数量;在第二和第五次还田后,提高了土壤放线菌数量。(3)Bt玉米5422Bt1秸秆连续还田与常规玉米5422相比,在第一、二、三和五次提高了脲酶活性;在第二、第五次还田提高了土壤蔗糖酶活性;对酸性磷酸酶基本没有影响。另一Bt玉米5422CBCL秸秆连续还田与常规玉米5422相比,每次还田都增加了脲酶含量;在第二次和第三次还田提高土壤蔗糖酶活性,第四和第五次还田降低了土壤蔗糖酶活性;在第三次还田后增加了壤酸性磷酸酶的活性;第五次还田后,降低了土壤酸性磷酸酶的活性。(4)三种玉米秸秆还田后,均提高了土壤有机质含量、速效磷含量、速效钾含量碱解氮、全氮含量、全磷含量和全钾含量。Bt玉米5422Bt1秸秆连续还田与常规玉米5422相比,提高了速效磷和全氮含量;另一Bt玉米5422CBCL秸秆连续还田与常规玉米5422相比,提高速效钾和全氮含量,降低有机质、碱解氮和速效磷含量。玉米品种秸秆连续还田对土壤养分含量影响不大,而取样时间对土壤养分含量影响更大;土壤养分的差异是由于秸秆养分含量差异造成的。(5)冗余分析显示,脲酶、有机质、速效磷、速效钾、全磷和全钾均显著影响了微生物数量,土壤中Bt蛋白没有显著影响微生物数量。综上所述,Bt玉米秸秆释放的Bt蛋白均能快速降解,随着还田次数的增加,秸秆释放的Bt蛋白在土壤中不会累积。建立的Bt玉米秸秆连续还田过程中Bt蛋白降解动态模拟模型与实测值基本吻合。Bt玉米5422Bt1秸秆连续还田与常规玉米5422相比,提高了蔗糖酶酶活性、土壤速效磷含量和全氮含量。另一Bt玉米5422CBCL秸秆连续还田与常规玉米5422相比,提高了脲酶活性、速效钾和全氮含量。降低了蔗糖酶、酸性磷酸酶活性、有机质、碱解氮和速效磷含量。取样时间对土壤养分含量的影响更大。脲酶、有机质、速效磷、全磷和全钾均显著影响了微生物数量,速效钾极显著影响了微生物数量。
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