耕作模式对上海稻田土壤健康的影响及评价

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探索不同耕作模式对土壤健康的影响可为农业生产的可持续发展提供科学依据。上海稻田在管理中逐步推行绿色种植和减肥减药措施,冬季则以深翻和种植绿肥作物等休耕措施为主。本研究针对不同的种植管理方式(常规管理和绿色管理,常规管理正常施用化肥和农药,绿色管理化肥和农药减施十分之一,化肥减施量由有机肥代替)和冬季休耕模式(绿肥和深翻,其中绿肥为蚕豆),依据成土时间梯度选择松江、奉贤、嘉定和崇明典型田块,通过野外调查结合实验室分析,研究绿色管理田块冬季种植绿肥(简称绿田绿肥,LL)、绿色管理田块冬季深翻(简称绿田深翻,LF)、常规管理田块冬季种植绿肥(简称常规绿肥,CL)和常规管理田块冬季深翻(简称常规深翻,CF)四种耕作模式对土壤健康的影响及其作用机制。在此基础上筛选出适用于上海稻田土壤健康评价的指标,并建立评价模型对土壤健康进行评价,主要研究结果如下:(1)冬季种植绿肥休耕模式下土壤有机质、总氮、水解氮、总磷、有效磷、速效钾含量高于深翻休耕模式,土壤Cr、Pb、Cd、As和Hg含量则低于深翻休耕模式。各耕作模式土壤细菌优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)。绿田绿肥(LL)耕作模式下土壤硝化螺旋菌门相对丰度较高。绿田深翻(LF)耕作模式下土壤浮霉菌门(Planctomycetes)相对丰度较高。常规绿肥(CL)耕作模式下土壤放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度较高。常规深翻(CF)耕作模式下Rokubacteria、芽单胞菌门和Latescibacteria的相对丰度较高。冬季种植绿肥休耕模式下土壤酸杆菌门丰度、硝化螺旋菌门丰度、微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷、蔗糖酶活性、脲酶活性和碱性磷酸酶活性高于深翻休耕模式。绿色管理方式下土壤有机质、总氮、水解氮、总磷、有效磷、微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷、土壤蔗糖酶活性、土壤脲酶活性、碱性磷酸酶活性和水稻产量高于常规管理方式,而稻米中Cd和As的含量低于常规管理方式。(2)遵循实用性和敏感性原则对指标进行筛选,得到土壤理化指标、土壤环境质量、土壤生物和稻米生产四个方面共计21个指标作为上海稻田土壤健康评价指标体系。由土壤健康评价得出上海稻田土壤健康处于中等以上水平。绿田绿肥、绿田深翻、常规绿肥和常规深翻耕作模式综合指数分别为81.67、74.06、68.72和64.78。由样本配对检验可知,各耕作模式间土壤健康状况差别显著(p<0.05)。(3)土壤生物对土壤的理化指标和生态学指标有显著影响。相关性分析表明,蚯蚓密度与土壤有机质、总氮、总磷、水解氮、速效钾、脲酶活性、蔗糖酶活性、微生物量碳、微生物量氮和硝化螺旋菌门的丰度呈显著正相关(p<0.05)。土壤线虫密度与微生物量碳和微生物量氮表现出正相关关系(p<0.01)。硝化螺旋菌门的丰度与有机质、总氮和水解氮呈显著正相关(p<0.05)。绿弯菌门与土壤有机质呈显著正相关(p<0.05)。Latescibacteria与有机质表现出显著负相关关系(p<0.05)。冗余分析表明,蚯蚓密度、土壤微生物量氮含量和硝化螺旋菌门的丰度对土壤健康产生的正向影响最明显。蚯蚓密度、微生物量氮含量和硝化螺旋菌门的丰度在绿田绿肥耕作模式下最高。因此绿田绿肥耕作模式可能更有利于土壤健康。土壤蚯蚓密度和硝化螺旋菌门丰度可用来指示土壤健康。
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