论文部分内容阅读
新疆棉花生产以规模化经营、机械化作业、棉田连片大面积种植等特点著称全国；棉花在农业总产值中的比重超过60％，其形成的工业增加值已超过30%。由于植棉具有较好的经济效益，主要植棉地区棉花种植面积占耕地总面积的比例达到60%-70%，个别地区达到80%以上，棉花连作现象严重，并产生了连作障碍等问题。因此，本文针对新疆棉花长期连作所产生的连作障碍问题，依托石河子大学实验站棉花长期连作定点试验田，采用非培养分子技术PCR-DGGE法和常规微生物培养技术分析不同连作年限土壤微生物群落结构多样性，揭示棉花连作和秸秆还田与土壤微生物多样性关系，从反应农田质量变化的土壤微生物量和群落变化入手，评价棉花长期连作与秸秆还田对土壤质量的影响，并分析棉花长期连作与秸秆还田对棉花光合生理、生理代谢酶活性的影响，为进一步寻求减轻棉花连作障碍的技术措施提供理论依据。主要研究结论如下： 1.为了进一步揭示供试土壤间真菌DNA片段的差异，用QuantityOne软件对连作土壤的DGGE图谱进行处理，采用非加权成对算术平均法（UPGMA）对土样DGGE指纹图谱作相似性聚类分析，结果表明供试土壤的遗传相似性为44%，在51%水平可将6个供试土壤区分开来，表明土壤间存在遗传多态性。根据各棉田土壤真菌相似性分为两大类：秸秆还田连作15年和非秸秆还田模式连作10年遗传相似性为71%，秸秆还田连作10年和非秸秆还田模式连作15年遗传相似性为78%，连作20年和25年棉田的真菌遗传关系比较近，相似性为65%；秸秆还田连作20年、25年、30年遗传相似性为59%。由UPGMA图表明，秸秆还田棉田真菌遗传多态性与其它非秸秆还田棉田的差异最大，长期连作经秸秆还田后土壤真菌群落结构会发生一定的改变。 2.应用Quantityone软件定量分析细菌16SrDNA基因的DGGE图谱，泳道带型相似度越高，说明细菌群落结构相似性越高。采用凝胶成像分析系统对DGGE图谱进行分析，结果表明不同连作年限下土壤的条带位置和数量均存在一定的差异，既有许多公共条带，又有少量特有条带，说明棉花不同连作年限及耕作措施下土壤可能存在一些相同种类的细菌，同时又存在少数特有的细菌类型。不同连作年限棉田土壤微生物条带在图谱中的分布和荧光强度也不同，数学平均未加权成对聚类分析（UPGMA）结果表明秸秆还田连作15年和非秸秆还田模式连作5年棉田的条带分布相似74%；而秸秆还田连作25年和连作30年相似88%。说明随着连作年限的延长，其土壤细菌群落发生了变化。从耕作模式来看，非秸秆还田模式下连作10年、15年相似性达到77%。由此可见，连作对土壤细菌群落的影响大，而秸秆还田在一定程度上缓解了土壤细菌群落结构。 3.通过采用常规微生物培养技术分析不同连作年限棉田土壤微生物量及种群结构变化，揭示棉花连作秸秆还田与土壤微生物多样性关系。研究表明，棉花秸秆还田能够增加微生物数量，改善棉田土壤微生物种群结构。随着连作年限增加，秸秆还田模式下真菌数量在连作5-15年增加明显，15-20年下降，20-30年又增加；细菌数量在连作5年后开始明显下降，连作20年最小，20年后呈现上升趋势，连作30年的细菌数量比连作20年、25年的细菌数量分别增加了80%、50%；放线菌呈波动变化，连作5年放线菌数量最多。真菌和防线菌Simpson指数和Shannon指数呈增加趋势，细菌则随着连作年限的增加而降低。棉田土壤微生物细菌/真菌（B/F）比值逐渐减小。非秸秆还田模式下棉田土壤真菌数量随着连作年限增加而增加；细菌数量呈先上升后下降的变化趋势；放线菌数量随着连作年限的增加呈先下降后上升。真菌和放线菌Simpson指数和Shannon指数随着连作年限的增加而增加，而细菌则呈下降趋势。土壤微生物细菌/真菌（B/F）比值与秸秆还田模式呈现相同的变化趋势。 4.利用棉花长期连作定点微区试验，通过比较秸秆还田和非秸秆还田条件下长期连作对棉花光合作用及叶绿素荧光参数的影响。结果表明：随着连作年限增加棉花叶片叶绿素相对含量（SPAD值）和光合速率呈下降趋势，特别是连作20年后光合速率下降明显，秸秆还田后连作5年、10年和15年分别比非秸秆还田增加11.9%、1.8%和3.6%，说明连作障碍在短期内表现明显，秸秆还田能在一定程度上缓解棉花连作障碍，但在20年以后连作障碍持续影响棉花的生长。棉花连作5-10年PSII原初光能转换效率(Fv/Fm)和PSII潜在活性(Fv/Fo)均表现出先下降后上升的趋势，光合活性受到暂时抑制，光合器官并没有受到损伤，说明棉花连作主要是通过降低叶片PSII原初光能转换效率(Fv/Fm)和光化学荧光猝灭系数(qP)，引起单叶光合速率(pn)下降，最终影响棉花植株生理生长。