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《甘肃农业大学》 2018年
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胡麻轮作模式对农田土壤养分、生物特性及作物产量的影响

剡斌  
【摘要】:胡麻是我国北方地区重要的油料和经济作物,然而随着胡麻种植面积的不断扩大,连作现象普遍发生,严重影响胡麻油产量和质量,阻滞胡麻产业健康发展,同时胡麻连作也导致单一的土壤养分大量消耗,土壤病害加剧,严重威胁土壤健康。因此,研究胡麻合理的轮作模式,对提高农田土壤可持续能力及胡麻产业良性发展都具有重要意义。于2013年在定西市农业科学院香泉油料站进行了以胡麻为主的长期定位试验,设置了13种不同的轮作模式:胡麻连作、胡麻-小麦-马铃薯-胡麻(FWPF)、小麦-马铃薯-胡麻-胡麻(WPFF)、马铃薯-胡麻-胡麻-小麦(PFFW)、胡麻-胡麻-小麦-马铃薯(FFWP)、小麦-胡麻-马铃薯-胡麻(WFPF)、胡麻-马铃薯-胡麻-小麦(FPFW)、马铃薯-胡麻-小麦-胡麻(PFWF)、胡麻-小麦-胡麻-马铃薯(FWFP)、小麦-马铃薯-小麦-胡麻(WPWF)、马铃薯-小麦-胡麻-小麦(PWFW)、小麦-胡麻-小麦-马铃薯(WFWP)和胡麻-小麦-马铃薯-小麦(FWPF)。根据麻在轮作系统中所占比例(胡麻频率)的不同将以上13种不同的轮作模式分为4类:100%胡麻(胡麻连作)、50%(Ⅰ)胡麻(FWPF、WPFF、PFFW、FFWP)、50%(Ⅱ)胡麻(WFPF、FPFW、PFWF、FWFP)和25%胡麻(WPWF、PWFW、WFWP、FWPF)。旨在探讨胡麻轮作模式及胡麻频率和位置对农田土壤养分,生物学特性以及作物产量的影响,并揭示它们对不同轮作模式的响应机制。取得的主要研究结果如下:1.胡麻与小麦、马铃薯轮作可提高0~60cm土层土壤有机碳、全氮和速效磷含量,但明显降低了该土层土壤全磷含量。与轮作前和连作相比,胡麻轮作0~60cm土层土壤有机碳含量分别提高23.69%和19.94%,其中25%胡麻系统中WPWF处理提高幅度最大。与胡麻轮作和休闲相比,连作显著降低了0~60cm土层土壤全氮含量,其全氮分解速率高达0.91 Mg hm~(-2)year~(-1),同时提高了该土层土壤铵态氮含量,降低了60cm以下土层硝态氮含量。胡麻轮作0~60cm土层全氮分解速率较连作和休闲降低了73.04%和103.43%,同时降低了各土层铵态氮含量,提高了60cm以下土层土壤硝态氮含量。与连作和休闲相比,胡麻轮作明显降低了0~30cm土层土壤全磷含量,提高了该土层土壤速效磷含量,尤以50%胡麻系统中PFFW处理变化幅度最大。2.胡麻与小麦、马铃薯轮作能提高0~10cm土层土壤脲酶和过氧化氢酶活性、0~30cm土层土壤微生物量碳、微生物熵和碳氮比例,但明显降低了0~30cm土层土壤微生物量氮含量。与轮作前、休闲和胡麻连作相比,胡麻轮作0~10cm土层土壤脲酶活性分别提高437.65%,682.86%和34.27%,且明显提高了该土层土壤过氧化氢酶活性,尤以25%胡麻系统中PWFW处理增幅最大。胡麻连作10~30cm土层土壤脲酶活性最高,比轮作前和休闲分别高出581.04%和59.95%。胡麻轮作0~30cm土层土壤微生物碳含量较休闲和胡麻连作明显提高12.38%~70.46%,以50%胡麻轮作系统中FPFW处理增幅最大,且明显提高了该土层微生物生物熵。与胡麻轮作和休闲相比,胡麻连作明显提高了0~30cm土层土壤微生物氮含量,降低了土壤微生物生物量碳氮比例。3.所有土壤样品中土壤细菌的25个门中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸酐菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的序列总数占全部序列的88.90%,成为优势种群。与轮作前和休闲相比,胡麻轮作和连作均能明显提高土壤细菌多样性,且随着年份的推进,Kaistobacter菌属、抗锑斯科曼氏球菌属(Skermanella)、甲基杆菌属(Methylobacterium)的丰度逐年降低,而粉红贫养杆菌属(Modestobacter)、Leatzea菌属、硝化螺旋菌属(Nitrospira)的丰度逐年增加。与轮作和休闲相比,胡麻连作明显提高了节细菌属(Arthrobacter)、Kaistobacter菌属和粉红贫养杆菌(Modestobacter)的丰度。4.对土壤真菌而言,不同轮作模式对土壤真菌种群结构产生了较大的影响,优势种群在轮作、连作和休闲田中发生了变化。胡麻与小麦、马铃薯轮作可降低有害菌的丰度,胡麻连作明显提高多种有害真菌和少数有益真菌的丰度。与轮作前相比,轮作明显降低了镰刀菌(Fusarium)的丰度,和耐冷菌属(Geomyces)的丰度(P0.05)。与胡麻连作相比,胡麻轮作明显降低了人参锈腐病菌(Cylindrocarpon)、亡革菌属(Thanatephorus)和绿僵菌(Metarhizium)的丰度(P0.01)。5.土壤细菌与土壤理化性质、生物学特性间的关系表现为:胡麻连作对放线菌属、硝化螺旋菌属(Nitrospira)、气微菌属(Aeromicrobium)、Kribbella、蓝细菌属(Cyanobacteria)数量的影响与土壤全氮含量有显著的正相关关系。土壤全磷含量与绿弯菌属(Chloroflexi)呈显著的负相关,土壤有机碳含量与硝化螺旋菌属、厚壁菌属(Firmicutes)呈正相关。胡麻轮作对硝化螺旋菌属丰度的影响与有机碳含量呈显著的正相关,对土壤节细菌属(Arthrobacter),Nitrosovibrio,Flavisolibacter菌属丰度的影响与土壤全磷、硝态氮和铵态氮含量呈显著的正相关。土壤碳氮比、微生物生物量碳、脲酶和微生物熵均与疣微菌属(Verrucomicrobia)、浮霉状菌(Planctomycetes)呈显著的正相关,土壤微生物量氮和过氧化氢酶与变形菌属、牙单胞菌属、拟杆菌属呈显著的负相关。6.土壤真菌与土壤养分、生物化学特性之间的关系表现为,土壤全磷、全氮、有机碳与小羊蹄菌属(Microdochium)、番茄组织球壳菌属、耐冷菌属、Llyonectria和镰刀菌属呈显著的正相关关系,胡麻轮作对小羊蹄菌属、番茄组织球壳菌属、耐冷菌属、Llyonectria和镰刀菌属数量的影响与土壤有机碳含量相关。胡麻连作对小羊蹄菌属、番茄组织球壳菌属、耐冷真菌、Llyonectria、镰刀菌属数量的影响与土壤全氮的含量显著相关。土壤镰刀菌、番茄组织球壳菌属、Llyonectria、Stagonosporopsis的数量与土壤微生物碳氮,脲酶有显著的相关性,土壤立枯丝核菌属(Rhizoctonia)与土壤过氧化氢酶呈显著的正相关关系。胡麻连作对亡革菌属数量的影响与土壤微生物生物量氮含量相关。7.马铃薯茬口胡麻产量比小麦茬口高16.92%。与马铃薯茬口相比,胡麻茬口种小麦产量提高22.47%。在本试验条件下,轮作系统中胡麻出现频率越高对小麦和马铃薯的增产作用越大。胡麻、小麦、马铃薯轮作年均产量较连作提高了770~9705 kg hm~(-2) year~(-1)。PFWF处理作物年平均产量最高,比其它处理提高了1100~9706 kg hm~(-2) year~(-1)。50%胡麻处理年均产量最高,与胡麻连作和25%胡麻处理相比,高出了144~3596 kg hm~(-2) year~(-1)。
【学位授予单位】:甘肃农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S565.9;S344.1

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