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长期不合理的农耕管理措施带来了一系列的土壤质量退化和生态环境恶化问题,在我国东北黑土区出现了黑土层变薄、有机质含量下降等现象。为改善这一现状,早在20世纪中期我国就开始了针对免耕等保护性耕作措施的探索。但已有的研究多集中在土壤理化性质方面,而对土壤微生物的研究相对较少。土壤微生物作为农田生态系统中重要的有机组分,可以有效的反映土壤质量和健康状况,因此研究秸秆覆盖免耕对土壤微生物的影响可以为在黑土区实施秸秆覆盖免耕提供理论依据。 本试验以中国科学院保护性耕作研发基地为依托,自2007年开始进行了9年的不同秸秆覆盖量免耕试验,以常规耕作(CT)为对照,设置了4个水平秸秆覆盖免耕处理即无秸秆覆盖(NT-0)、33%秸秆覆盖(NT-33)、67%秸秆覆盖(NT-67)、100%秸秆覆盖(NT-100)。通过分析测定玉米6个特征生育期(播种期、苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、收获期)内3个土层(0-5cm、5-10cm、10-20cm)的土壤理化指标和微生物指标,讨论了秸秆覆盖免耕对土壤微生物群落特性的影响。主要试验结果如下: 1.秸秆覆盖免耕相比于传统耕作显著提高了玉米全生育期表层土壤(0-5cm)含水量(SWC),不同秸秆覆盖量处理下SWC增加幅度随生育期进行表现各异,其中以NT-67和NT-100的提高作用最明显。但对全生育期下层土壤(5-10cm和10-20cm)的SWC影响不显著。随玉米生育期推进从播种期到拔节期表层土壤SWC表现为先升后降,下层土壤SWC表现为持续下降,拔节期到收获期三个土层土壤SWC均表现为先升后降,并且在灌浆期出现最大值。秸秆覆盖免耕较传统耕作土壤pH略低,但未达到显著水平。不同土层土壤pH随生育期进行表现各异,随土层的增加表现出增加的趋势。 经过9年的秸秆覆盖免耕较传统耕作显著增加了表层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量,表现为随着秸秆覆盖量的增加而增加的趋势,对下层土壤影响不显著。表层土壤SOC、TN含量均高于下层土壤,长期秸秆覆盖免耕提高了表层土壤养分,增强了土壤肥力。 2.秸秆覆盖免耕促进了玉米全生育期表层土壤微生物的生长,与传统耕作相比,显著增加了表层土壤真菌、丛枝菌根真菌、细菌、放线菌磷脂脂肪酸含量。不同耕作处理下土壤各磷脂脂肪酸含量之间具有很好的相关性,整个生育期内均表现出有秸秆覆盖免耕处理显著大于无秸秆覆盖的免耕处理,不同秸秆覆盖量间表现为随着秸秆覆盖量的增加而增加的趋势,这与SWC、SOC、TN含量变化趋势一致,说明秸秆覆盖免耕处理下土壤微生物的变化与土壤理化性质的改变密切相关。免耕处理降低了5-10cm土层土壤各磷脂脂肪酸含量,而对10-20cm土层影响较小。各菌群磷脂脂肪酸含量随玉米生育期推进均表现为从播种期到拔节期先升后降,到抽穗期上升到最大值后大幅下降,最后在收获期又小幅回升。不同土层内土壤磷脂脂肪酸含量均表现为随土层的加深而降低。免耕秸秆覆盖并未使土壤转变为真菌主导的土壤环境。土壤中G+/G-在玉米各生育期内随着土层的加深而升高,并均在抽穗期达到最小值,而耕作处理在三个土层内都未对土壤G+/G-产生影响。 3.土壤微生物群落结构随土层和生育期变化较大,耕作处理对土壤微生物群落结构影响较小。生育期对土壤微生物群落组成的影响效应随土层的增加而增大,在玉米生长前期和后期差异较大,这可能与底物的可利性差异有关。耕作处理对土壤微生物群落结构的影响主要表现在表层土壤中,尤其是在玉米生长的旺盛时期影响更突出。SWC在三个土层内对土壤微生物群落结构影响最大,其次为SOC和TN,而土壤pH对全生育期土壤微生物群落结构的影响较小。 综上所述,与传统耕作相比,免耕处理明显改善了玉米整个生育期内表层土壤的理化环境条件,增加了土壤微生物生物量,并且以免耕结合秸秆覆盖的优势更为明显,不同秸秆覆盖量间均表现出随秸秆覆盖量增加而增加的趋势,但并未转变为真菌主导的土壤微生物群落结构。