秸秆覆盖还田对谷子根围土壤微生物多样性的化感作用研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YINGWU2008
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秸秆覆盖还田不仅能保水保墒、增加土壤有机质含量,还能影响土壤微生物多样性,秸秆被雨水淋溶后产生次生代谢物质对杂草生长有化感抑制作用。本研究设置不同质量和长度的谷子秸秆以及不同质量的3种作物(玉米、小麦、谷子)秸秆覆盖还田试验,从化感作用角度综合评价秸秆雨水淋溶物质对谷子根围土壤酶活性和微生物多样性的化感作用,筛选出有利于提高谷子根围土壤微生物多样性的秸秆长度、还田质量和还田作物,为合理的秸秆覆盖还田技术提供理论依据。本研究主要结果如下:(1)谷子秸秆覆盖还田对谷子根围土壤酶活性产生了不同影响。谷子秸秆覆盖提高了0~5 cm土层深度的土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,也提高了5~15 cm土层深度的土壤蔗糖酶活性。谷子秸秆雨水淋溶物对提高土壤微生物群落多样性、维持群落丰富度有一定影响,改善了土壤微生物群落结构。其中5 cm长、2 000 kg/hm~2谷子秸秆处理下化感促进效果较好,此时谷子根围土壤微生物群落最为稳定。谷子秸秆雨水淋溶物对多种与碳水化合物代谢、氨基酸代谢和能量代谢有关的酶基因相对丰度产生了一定的化感作用。其中1 cm长、4000 kg/hm~2谷子秸秆覆盖还田对碳水化合物代谢、氨基酸代谢和能量代谢通路上的相关基因表达化感抑制作用较为显著,并降低了钛、镍元素转运相关的酶基因丰度。(2)3种作物秸秆雨水淋溶物对谷子根围土壤酶活性均存在不同程度影响。0~5cm土层深度,全量玉米秸秆(12000 kg/hm~2)、全量小麦秸秆(9000 kg/hm~2)、全量谷子秸秆(8000 kg/hm~2)覆盖还田对土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性促进效果最明显。5~10 cm土层深度,半量玉米秸秆覆盖对土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性促进效果最佳。半量和全量小麦秸秆覆盖对土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性促进效果较好。10~15 cm土层深度,玉米秸秆覆盖处理下提高了土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性,抑制了脲酶活性。小麦秸秆覆盖处理下提高了土壤蔗糖酶活性,抑制了土壤过氧化氢酶、脲酶活性。谷子秸秆覆盖处理下对土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性均产生一定影响。玉米、小麦、谷子秸秆雨水淋溶物对谷子根围微生物丰度均有不同程度影响。3种作物秸秆处理均提高了谷子根围土壤细菌群落多样性,降低了谷子根围土壤真菌群落多样性和土壤微生物丰富度。半量玉米、半量小麦和四分之一量谷子秸秆覆盖还田维持土壤微生物群落丰富度、多样性在较高水平且微生物群落比较稳定。3种作物秸秆雨水淋溶物对谷子根围细菌代谢功能产生了不同影响。半量玉米秸秆覆盖还田抑制了土壤细菌氨基酸代谢、能量代谢、碳水化合物代谢通路,减少了土壤中与碳代谢及氮代谢有关的细菌类群,增强了土壤细菌外源生物降解与代谢以及脂质代谢的能力。四分之一量谷子覆盖还田显著抑制了土壤细菌氨基酸代谢、能量代谢、脂质代谢通路,显著提高了碳水化合物代谢通路,减少了土壤中与氮代谢有关的细菌类群,增加了土壤中与碳代谢有关的细菌类群,提高了土壤碳源利用能力。3种作物秸秆覆盖下,谷子根围土壤真菌营养结构产生了变化,除病理营养型、共生营养型、腐生营养型三大类外,病理-腐生营养型、病理-腐生-共生营养型等具有兼性功能真菌所占比例增加。全量谷子秸秆处理显著促进了土壤中共生营养型、病理-腐生营养型、腐生-共生营养型和病原体-腐生-共生营养型等兼性功能的真菌生长。综上所述,秸秆长度为5cm和还田质量为2 000 kg/hm~2的谷子秸秆、6 000 kg/hm~2的玉米秸秆或4 500 kg/hm~2的小麦秸秆有利于提高谷子根围土壤酶活性和微生物多样性,有助于提高土壤质量,利于下茬作物的生长,逐步实现碳源与碳汇中和平衡,促进农业的可持续发展。
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