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[博士论文] 郭梨锦
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:土壤有机碳与土壤的健康和生产力密切相关。以免耕和秸秆还田是提高土壤有机碳含量的有效措施。尽管有研究报道了不同耕作措施与秸秆还田方式对作物产量、土壤有机碳库和微生物多样性的影响,然而,免耕与秸秆还田下土壤有机碳库的微生物驱动机制尚未明确。因此,研究免耕与秸秆还田对土壤有机碳库、温室气体排放和微生物多样性的影响,以及土壤有机碳库的微生物驱动机制,具有重要意义。本研究于2012-2014年在湖北省武穴市大法寺镇的试验基地进行,以我国长江中下游典型的稻麦种植系统为研究对象。大田试验采用裂区试验设计,其中耕作措施(常规翻耕与免耕)为主区,秸秆还田方式(前茬作物秸秆全量还田和秸秆不还田)为副区,共有4个处理,3个重复,共计12个小区,处理分别为:翻耕+秸秆不还田(Conventional intensive tillage with straw removal,CTNS)、翻耕+秸秆还田(Conventional intensive tillage with straw returning,CTS)、免耕+秸秆不还田(No-tillage with straw removal,NTNS)与免耕+秸秆还田(No-tillage with straw returning,NTS)。经过3年的稻麦种植,主要的试验结果如下:
  (1)耕作措施与秸秆还田方式显著影响表土层(0~5cm)土壤有机碳(Soilorganic carbon,SOC)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和土壤团聚体SOC。与翻耕相比,免耕处理下土壤SOC、DOC、MBC、2~1mm和1~0.25mm土壤团聚体SOC含量分别提高了2.3%~15.5%、8.8%~12.6%、15.1%~39.8%、4.6%~19.9%和13.4%~14.6%。与秸秆不还田相比,秸秆还田提高了SOC、DOC、MBC、2~1mm和1~0.25mm土壤团聚体SOC的含量,分别为6.5%~9.5%、13.0%~29.9%、18.1%~33.3%、12.5%~17.4%和6.2%~7.0%。
  (2)耕作措施与秸秆还田方式显著影响表层土(0~5cm)CO2和CH4的累积排放量,然而对土壤N2O排放无显著影响。与翻耕相比,免耕处理CO2排放量和CH4排放量分别降低7.2%~19.8%和5.8%~19.7%。与秸秆不还田相比,秸秆还田处理CO2排放量和CH4排放量分别增加了9.1%~4.1%和18.6%~232.9%。
  (3)耕作措施与秸秆还田方式显著影响表层土(0~5cm)土壤微生物群落结构。与翻耕相比,免耕处理土壤细菌的生物量、辛普森指数和香农指数分别提高了45.4%~74.6%、2.3%~3.4%和6.1%~12.2%,然而,免耕处理革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G+/G-)和单不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸(MUFA/STFA)分别降低了12.0%~25.4%和28.2%~42.3%。与秸秆不还田相比,秸秆还田处理的土壤细菌生物量、MUFA/STFA、辛普森指数和香农指数提高了20.6%~58.1%、5.9%~30.0%、3.1%和12.8%,然而秸秆还田处理降低了G+/G-9.5%~20.7%。
  (4)耕作措施与秸秆还田方式显著影响表层土(0~5cm)土壤微生物功能多样性。与翻耕相比,免耕处理土壤微生物的香农指数、辛普森指数和均匀度指数分别提高了1.9%~7.1%、0.3%~1.3%和1.3%~2.7%。与秸秆不还田相比,秸秆还田处理土壤微生物的香农指数、辛普森指数和均匀度指数分别增加了17.1%~25.5%、12.0%~27.5%、19.6%~33.7%、1.1%~8.8%、0.2%~1.5%和1.3%~3.8%。
  综上所述,经过3年的稻麦种植,本研究发现免耕与秸秆还田是增加长江中下游稻麦种植系统的土壤有机碳含量的有效途径。耕作措施与秸秆还田方式通过影响细菌群落,改变了2~1mm土壤团聚体有机碳含量和甲烷排放,从而影响土壤有机碳含量。然而,免耕与秸秆还田下土壤(0~20cm)有机碳库微生物驱动机制,还需要长期定位试验进一步研究。
摘要:土壤微生物作为土壤生态系统的重要组成部分,对农艺措施响应敏感,为此采用磷脂脂肪酸(PLFA)法研究短期耕作和小麦秸秆还田对稻田表层土壤(0~5 cm)微生物群落结构和多样性的影响.2011年在湖北省均川镇,设置了免耕(NT)和翻耕(PT)两种耕作方式以及6000 kg· hm-2(SR3)、4000 kg· hm-2(SR2)、2000 kg· hm-2(SR1)、0 kg·hm-2(SRo)四种还田量试验.为期两年的试验结果表明,试验田土壤共检测出了21种不同的磷脂脂肪酸类型,以iC15:0、C16:0、10Me17:0、Cyc19:0为主,分别占总磷脂脂肪酸的9.6%~ 11.6%、16.1%~19.0%、8.7%~13.0%和7.6%~9.8%,各处理土壤总磷脂脂肪酸含量在25.35~43.06 nmol·g-1波动;免耕显著提高了表层土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,显著降低真菌和革兰氏阴性菌的生物量以及真菌/细菌、单不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸和Shannon-Winner指数;秸秆还田显著提高了细菌、真菌、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的生物量以及真菌/细菌、Shannon-Winner指数、Simpson指数和Margalf丰度指数.因此,秸秆还田提高了表层土壤微生物生物量和微生物多样性,短期免耕主要影响微生物群落结构.
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