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干旱区施肥和秸秆还田对农田土壤微生物多样性的影响

刘彦杰  
【摘要】:土壤微生物多样性与土壤功能密切相关,对保持土壤系统的动态平衡具有重要贡献。新疆干旱区植被稀疏,绿洲农田生态系统脆弱,如果农田管理不善,可能造成土壤生态系统不佳、有机质缺乏,农田环境恶化。因此,研究施肥方式和秸秆还田对干旱区绿洲农田土壤环境的影响具有重要意义。本研究应用定位试验方法,采用裂区设计,以不同施肥和秸秆还田方式为处理,在播种前、盛花期和收获期取土样,测定不同处理土壤pH、微生物生物量碳(MBC)、土壤酶酶活性、土壤微生物碳源利用模式和细菌群落结构组成,分析秸秆还田和施肥方式对土壤微生物群落结构和功能多样性的影响,研究结果显示:土壤pH、土壤微生物生物量碳、酶活性对不同施肥处理有明显的响应,(1)秸秆还田处理土壤pH有增加的趋势;与对照相比,施肥处理中氮磷钾化肥和有机肥混施显著降低土壤pH,0-20 cm土层土壤pH小于20-40 cm土层(2)秸秆还田处理显著增加土壤微生物生物量碳,施肥处理为氮磷钾化肥和有机肥混施处理微生物生物量碳最高;土壤MBC在各个取样时期0-20 cm显著高于20-40 cm(3)土壤酶活性表现为秸秆还田下的脲酶、蔗糖酶活性显著高于秸秆不还田(P0.05);施肥处理为氮磷钾化肥和有机肥混施处理下的酶活性最高,其次是单施化肥或单施有机肥(P0.05),但单一施肥之间酶活性差异不显著(P0.05),土壤0-20cm的酶活性显著高于20-40 cm(P0.01),盛花期表现的尤为明显(4)不同管理措施综合对比,结果为秸秆还田和化肥配施有机肥措施能显著增强微生物对碳源的利用能力(AWCD),显著增加微生物多样性。微生物利用各碳源的能力不同,PCA结果显示碳水化合物类、聚合物类和氨基酸类是本实验中NPK+OM处理下土壤微生物主要利用的碳源,且NPK处理的土壤微生物主要利用的碳源类型与NPK+OM处理接近(5)PCR-DGGE分析结果显示盛花期0-20cm细菌群落多样性显著高于20-40cm,秸秆还田和施肥都能够增加盛花期土壤细菌群落多样性,秸秆兼顾有机无机肥混施措施对土壤细菌多样性增加最有利。施肥可降低土壤pH,增加土壤微生物生物量碳,提高土壤脲酶、蛋白酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶的活性,但单一施肥的效果有限,化肥与有机肥配施能改善单一化肥造成的土壤环境变劣的状况,能降低干旱区土壤碱性,增加微生物生物量碳、土壤酶活性。秸秆还田处理显著增加微生物生物量碳、土壤酶活性,但是单一实施秸秆还田不能降低土壤碱性,需要化肥和有机肥配施,以削弱棉花秸秆对土壤pH的增强作用。秸秆还田总体既有利于土壤有机物的增加,刺激微生物生长,增加生物量碳又有利于环境;外援营养物质的输入,除了秸秆还田措施,另外还有施用化肥和有机肥,这些措施不仅能增加有机碳等多类作物生长发育所需营养,而且增加微生物种类,增加土壤环境微生物多样性,使土壤环境更稳定,形成一个“土壤-微生物-作物”的良性生态系统,土壤环境得到改善,土壤质量进一步提高,有利于农田土壤的可持续利用。


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