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秸秆覆盖对土壤团聚体组成及微生物多样性的影响

孙志旭  
【摘要】:21世纪初,由水利部、中国科学院和中国工程院联合开展的中国水土流失与生态安全综合科学考察,回答了东北黑土区水土流失与生态安全问题,近半个世纪以来的“重用轻养”及不合理耕作,再加上东北地区具有降雨集中、漫川漫岗地形特征、成土母质黏重、表土疏松等一系列特点,导致耕地土壤结构恶化,土壤有机质含量下降,土壤微生物多样性下降、活性降低,土壤侵蚀程度日益增强,面蚀、沟蚀发展迅速,成为制约黑土区生态环境建设与农业生产的主要因素。因此,防治东北黑土区坡耕地的水土流失成为当前重要的研究课题。本试验以东北黑土区典型漫川漫岗坡耕地为研究对象,依托于吉林省伊通河青沟小流域农耕区,通过土壤团聚体的测定、N、P养分的分析和高通量测序测定微生物多样性相结合的研究方法,研究评价了自然条件下坡度和秸秆覆盖对土壤团聚体、N、P养分流失和土壤微生物多样性的影响,揭示了秸秆覆盖对东北黑土区坡耕地水土流失的防治作用,并为处理秸秆资源问题提供新的解决方法,意旨为东北黑土区水土流失、土壤退化综合防治和玉米秸秆“变废为宝”问题提供理论指导。主要研究结论如下:(1)垄沟覆盖秸秆与未覆盖相比,0.25 mm的机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的含量有所增加,且变化趋势相同,均为9°6°3°。通过扫描电镜照片的对比,垄沟秸秆覆盖处理有利于土壤大团聚体的形成。(2)在一个轮耕周期内,两个处理间相比,垄沟覆盖秸秆提高了土壤团聚体的MWD和GMD值;并且土壤水稳性团聚体的MWD和GMD随着坡度的增加而显著增大;同时秸秆覆盖处理降低了土壤团聚体的分形维数。(3)同一坡度不同处理相比,垄沟秸秆覆盖处理的土壤含水量均高于无覆盖,分别是无覆盖的1.06倍,1.09倍,1.37倍。垄沟秸秆覆盖的年径流量和年径流系数均明显小于无覆盖。表明垄沟秸秆覆盖能够有效的减小坡面的股流,减少了径流流速,有利于水分的下渗。(4)通过对径流小区中农田及流失土壤中的N、P元素含量的测定与分析,垄沟整秸秆覆盖明显减少了N、P养分迁移,从而提高农田土壤中N、P养分的利用率。(5)采用高通量测序技术对垄沟秸秆覆盖下土壤细菌多样性进行分析。六组土壤样品中共得到439个OTU,其中共有的OTU数为419个。其中9JG的菌群的丰富度和多样性最高。在各土壤样品中有15个细菌类群,所占比例依次是:变形菌门(Proteobacteria)酸杆菌门(Acidobacteria)芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)拟杆菌门(Bacteroidetes)放线菌(A ctinomycete)硝化螺旋菌门(Nitrospira)绿弯菌门(Chloroflexi)LatescibacteriaSaccharibac teria疣微菌门(Verrucomicrobia)厚壁菌门(Phylum Firmicutes)装甲菌门(Armatimonadetes)绿菌门(Chlorobi)迷踪菌门(Elusimicrobia)广古菌门(Euryarchaeota)。其中变形菌门(Pr oteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)为优势菌群。(6)在对土壤真菌多样性的分析中,所有处理的OTU数一共为241个,其中109个为它们共有的OTU数。各秸秆覆盖的物种数目均大于未覆盖处理,6个土壤样品中,包括的真菌在门水平上有子囊菌门、担子菌门、球囊菌门、接合菌门和壶菌门。6个真菌类群所占比例分别是:子囊菌门担子菌门球囊菌门接合菌门壶菌门,其中子囊菌门和担子菌门是各样品中的优势菌门。


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