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我国是一个农业大国,每年农作物的种植和收获过程中大量的秸秆伴随产生,而秸秆作为重要的植物残体,还田后有利于改善土壤物理和化学性质,在维持土壤肥力、保证植物再生长养分的可利用性中起着重要作用。秸秆还田分解主要是一个有微生物参与的代谢过程,因此,土壤中微生物的种类和活性对秸秆的分解具有重要影响。 本研究选取典型农田土壤和小麦秸秆开展模拟实验,设置了两种不同的水分条件,对秸秆还田过程中可培养微生物的数量,微生物量碳和细菌的群落结构和多样性进行了比较系统的研究和分析,结果对了解秸秆还田过程中微生物的种类和功能具有重要的参考价值,对未来秸秆还田的实际操作也有一定的指导意义。本研究的主要结论如下: (1)秸秆还田过程中,非淹水条件下的土壤细菌数量呈现出先上升后缓慢下降的趋势,在34天达到峰值;真菌在17和44天分别出现两个峰,而在实验的最后阶段急剧下降;放线菌的数量一直处于整体波动下降之中。淹水条件下土壤细菌的数量也有一定程度的增长,在81天出现一个峰;真菌数量相对较少,秸秆还田之后变化也比较大,下降了约3个数量级;而放线菌的数量并没有很大的变化,总体上也是波动下降的。非淹水和淹水条件下的两个对照组的三类微生物数量均在整个实验过程中没有明显变化。 (2)微生物量碳在秸秆还田非淹水和淹水条件下及其对照处理中的总体趋势相似,均呈现出先上升后下降的趋势,且都在实验的第34天时达到峰值。在非淹水和淹水两种条件下,秸秆还田在实验的前期均增加了土壤中微生物量碳的含量。 (3)秸秆还田过程中,两个水分处理组显示出不同的群落结构,非淹水组共有42条不同条带,分属于12个不同的菌门,主要群落结构的更替变化主要出现在实验开始的第0-44天,占优势的细菌门类是 Bacteroidetes、Firmicutes、Proteobacteria和TM7,这四种菌门合计占总体的59.5%;淹水组有47条条带,属于7个不同的菌门,最优势的细菌门类是 Bacteroidetes、Firmicutes和Proteobacteria,这三种菌门总计比例达到72.3%。 (4)秸秆还田土壤微生物多样性指标(丰富度,香农指数和均匀度)在非淹水和淹水条件下均产生了不同程度的增加。非淹水条件下香农指数在24天时达到最大值,而均匀度的改变程度不大。淹水条件下香农指数增长了接近一倍,最大值出现在第34天;而均匀度随着秸秆的添加也发生了较大的改变,由0.34增加为0.46,并且始终高于添加秸秆之前。淹水条件下三项指标的增加程度显著大于非淹水条件。 (5)聚类分析表明,非淹水条件下土壤微生物的群落组成可聚为4类:第一组为秸秆未还田前(即BA),第二组为秸秆还田后第0天,第三组为秸秆还田后4-44天,第四组为秸秆还田后56-66天。淹水条件下土壤微生物的群落组成可聚为五类:第一组为秸秆还田前(BA),第二组为秸秆还田后第0天,第三组为秸秆还田后4-17天,第四组为秸秆还田后24-56天,第五组为秸秆还田后第66天。 (6)冗余分析表明,在非淹水条件下前两个排序轴的特征值分别为0.288和0.198,与土壤化学元素因子之间的相关系数为0.888和0.942,分别解释了28.8%和19.7%的细菌群落变化,对应45.9%和31.5%的细菌群落和化学元素之间的关系;所选的4个秸秆还田土壤化学元素解释了62.7%的总特征值,对细菌物种的梯度分布有较为显著的影响。淹水条件下前两个排序轴的特征值分别为0.333和0.234,与土壤化学元素因子之间的相关系数为0.925和0.876,分别解释了33.3%和23.4%的细菌群落变化,对应46.5%和26.8%的细菌群落和理化因子之间的关系;所选的4个秸秆还田土壤化学元素解释了71.5%的总特征值,对细菌物种的梯度分布有更为显著的影响。