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秸秆翻埋对土壤团聚体有机碳分布和微生物群落结构的影响

兰木羚  
【摘要】:作物秸秆是一种宝贵的自然资源,也是量最大的农业废弃物。早期研究认为秸秆的还田施用主要是为土壤提供养分,提高土壤肥力,从而减少化肥的施用量。随着人们对秸秆的农业利用认识越来越深入,关于秸秆腐解特征、养分释放的动态变化,以及秸秆焚烧对大气环境的影响等方面做了大量研究,但是,关于不同秸秆翻埋对旱地和水田土壤团聚体有机碳的组成和微生物群落结构的影响研究报道不多,本文选取小麦、水稻、玉米、油菜和蚕豆五种农业常见作物秸秆,采用网袋法,研究在旱地和水田土壤环境下,五种作物秸秆各自的腐解特征,以及秸秆翻埋对土壤团聚体组成及有机碳分布特征和微生物群落结构的影响,主要分析了秸秆累积腐解率及腐解速率、养分累积释放率、土壤团聚体组成、有机碳分布及其贡献率、土壤PLFA总量及微生物菌群分布、微生物相对丰度及种群特征的变化差异,旨在为农业秸秆废弃物的循环利用提供科学依据。主要获得以下结果:1、五种作物秸秆腐解速度表现为前期快,后期平稳,且在试验前期小麦、水稻、油菜和蚕豆秸秆腐解率差异不大,而玉米秸秆则明显低于其余四种秸秆。旱地试验结束秸秆累积腐解率大小表现为水稻玉米小麦油菜蚕豆,水田则表现为玉米水稻小麦蚕豆油菜。旱地和水田环境相比较下,五种秸秆腐解率均表现为旱地水田;作物秸秆碳、氮释放变化规律接近,磷、钾释放变化规律接近,旱地环境下腐解释放碳和氮、磷、钾养分的快速阶段分别为10~90d、10~60d、10~60d、10~30d,五种秸秆在试验结束时碳最终累积释放率变幅为65.57~87.46%,其中油菜秸秆释放量最大,氮最终累积释放率变幅为55.00~69.79%,蚕豆秸秆释放量最大,磷最终累积释放率变幅80.08~96.66%,油菜秸秆释放量最大,钾最终累积释放率变幅为89.73~98.98%,玉米秸秆释放量最大;水田环境下腐解释放碳和氮、磷、钾养分的快速阶段分别为10~60d、10~30d、10~60d、10~30d,五种秸秆在试验结束时碳最终累积释放率变幅为49.78~69.20%,水稻秸秆释放量最大,氮最终累积释放率变幅为90.74~97.13%,蚕豆秸秆释放量最大,磷最终累积释放率变幅33.15~77.04%,玉米秸秆释放量最大,钾最终累积释放率变幅77.54~90.45%,小麦秸秆释放量最大。五种作物秸秆养分释放快慢顺序均为钾磷氮碳,试验结束碳、氮、磷、钾养分的释放大小除蚕豆秸秆是磷钾氮碳外,其余四种秸秆都是磷钾碳氮,由此可知,作物秸秆翻埋腐解后磷的释放最多,其次是钾,碳、氮释放相对较少。2、旱地和水田环境下,各处理土壤团聚体组成均以0.05mm粒径百分含量最多,其次是0.05~0.25mm,0.25mm最少,且3个粒径百分含量在所有处理的土壤团聚体中均有显著差异(P0.05)。旱地土壤翻埋秸秆能提高土壤团聚体中0.25mm粒级的百分含量,其中油菜秸秆提高作用显著,表明秸秆翻埋有利于旱地土壤团聚体中微团聚体向大团聚体转换。同时,五种秸秆翻埋均能显著提高旱地土壤0.05~0.25mm粒级团聚体百分含量,表明秸秆翻埋还有利于旱地土壤粉黏团聚体向微团聚体转换。秸秆翻埋能提高水田土壤团聚体中0.25mm粒级百分含量,但提高效果不如旱地。3、旱地环境下,五种秸秆均能提高土壤大团聚体有机碳含量,蚕豆秸秆效果显著,蚕豆和小麦秸秆还能能显著提高微团聚体和粉黏团聚体中有机碳含量,玉米秸秆对土壤团聚体有机碳含量影响最小。除玉米外,其余四种秸秆均能提高大团聚体有机碳贡献率,以油菜秸秆效果最显著。水稻、蚕豆和油菜秸秆还能能显著提高微团聚体有机碳贡献率。水田环境下,秸秆翻埋能提高土壤团聚体大团聚体有机碳含量及其贡献率,小麦和蚕豆秸秆还能显著提高微团聚体中有机碳含量。另外,秸秆翻埋虽然能提高团聚体中单种粒径有机碳含量,但有机碳含量在团聚体中3种粒径的分布大小顺序不受秸秆还田的影响。4、实验共检测出33种PLFA标记物,旱地土壤PLFA总量变幅为8.35~25.15 nmol?g-1,大小顺序为油菜蚕豆玉米水稻小麦,五种秸秆翻埋均能提高土壤微生物PLFA总量,其中油菜、蚕豆处理分别是不加秸秆处理的2.18、2.08倍,差异显著。水田土壤PLFA总量变幅为4.04~22.19 nmol?g-1,大小顺序为水稻玉米小麦油菜蚕豆,小麦、水稻和玉米秸秆翻埋后对土壤各菌群PLFA量与不加秸秆处理无显著差异,油菜、蚕豆秸秆反而降低了水田土壤各菌群PLFA量。五种秸秆处理各菌群PLFA量均高于不加秸秆处理,除蚕豆外其余秸秆处理真菌PLFA量均显著高于不加秸秆处理,蚕豆处理细菌和PLFA总量均显著低于其他处理,各处理间放线菌、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)无显著差异;微生物各类群PLFA比值分析结果表明,秸秆翻埋对旱地土壤微生物的胁迫小于水田土壤,油菜秸秆翻埋对旱地土壤微生物的胁迫较小,小麦、玉米秸秆和蚕豆青秆对水田土壤胁迫较小;水稻、小麦、玉米、油菜均能显著提高水田土壤微生物的物种丰富度指数和优势度指数。主成分分析结果表明蚕豆青秆对旱地土壤微生物群落结构影响最大,油菜青秆和小麦秸秆对水田土壤微生物群落结构影响最大;处理间PLFA总量主成分分析表明蚕豆青秆对旱地土壤微生物群落结构影响最大,油菜青秆和小麦秸秆对水田土壤微生物群落结构影响最大。


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