保护性耕作对农田土壤微生物特性的影响及驱动机制

研究不同耕作方式下土壤微生物群落,对揭示耕作方式对土壤质量的影响及机制具有重要的指导意义。本文综述了保护性耕作对农田土壤微生物特性及参与土壤碳氮循环的微生物功能基因的影响,并详述了土壤微生物的驱动机制;指出了不同耕作处理对微生物影响效果不同,保护性耕作有助于维持土壤微生物多样性及活性,保持土壤生态系统的稳定性。同时,文章还分析了目前研究中存在的问题,并对今后研究方向进行了展望。     

保护性耕作对西北旱区土壤微生物空间分布及土壤理化性质的影响

【目的】保护性耕作在中国西北旱区已得到了广泛应用,是农业生产中重要的技术措施。探析保护性耕作对土壤肥力和土壤微生物群落结构的影响,有助于农业生产的可持续发展。本试验从土壤理化性质和微生物相结合的角度,探讨保护性耕作对土壤微生物空间结构的影响,以及旱作麦田微生物群落丰度和土壤理化性质的相关性,为推广保护性耕作措施提供理论依据和实践支持。【方法】以中国西北旱区土壤为研究对象,常规耕作翻耕(PT)为对照,设计深松耕(CPT)和免耕(ZT)两种保护性耕作方式,采用实时荧光定量PCR技术,测定土壤微生物群落丰度和土壤理化性质指标,并分析微生物群落空间分布与土壤理化性质和保护性耕作之间的关系。【结果】长期应用保护性耕作已对旱作麦田的环境产生显著影响,不同的耕作方式对土壤真菌和细菌群落丰度有不同的影响,两者对3种耕作方式均有不同程度的响应;在不同的耕作方式下,土壤微生物空间分布不均,连续性较差,空间变异程度较高,表现出强烈的空间聚集分布。耕作方式对土壤理化性质和酶活性也有显著的影响,与传统翻耕相比,深松耕和免耕方式能显著提高土壤黏粒、水分、全氮、铵态氮含量和脲酶、蔗糖酶活性。典范主分量分析(CPCA)结果表明,土壤微生物群落丰度和理化性质变化主要受到耕作方式的影响,并且土壤微生物群落丰度与理化性质密切相关,在免耕方式下,土壤黏粒、水分和铵态氮含量等显著影响土壤细菌群落分布;在深松耕方式下,土壤可溶性碳含量和过氧化氢酶活性等显著影响土壤真菌群落分布。【结论】旱作麦田采用保护性耕作,可以影响土壤微生物群落丰度和空间分布,并且显著影响土壤理化性质,进而影响土壤微生物空间结构。同时,土壤水分和碳氮含量分别显著影响土壤细菌和真菌丰度。     

不同耕作方式对土壤微生物量和土壤酶活性的影响

采用大田试验,研究了不同耕作方式对土壤微生物量及酶活性的影响,结果表明:不同耕作方式对土壤微生物量和土壤酶活性有显著的影响.与常规耕作相比,免耕、沟播显著提高了土壤的微生物量碳和氮的含量,以及土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性;而套作显著降低了土壤的微生物量碳和氮的含量,以及土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性.土壤有机物质输入量少,土壤耕作是套作土壤微生物量和土壤酶活性低的主要原因.     

耕作年限对延安新造耕地土壤养分、酶活性及微生物多样性的影响

采集传统耕作方式下,陕西延安市安塞县南沟村不同耕作年限新造耕地土壤样本,分析耕作年限对土壤理化性质、酶活性、微生物多样性的影响。结果表明,新造耕地土壤极为贫瘠、养分含量低。传统耕作、施肥方式在耕作初期对土壤速效养分含量、酶活性、微生物量及微生物多样性等指标方面表现出良好的提升作用,其中速效磷、速效钾含量,蔗糖酶、脱氢酶活性出现了显著性提高,功能性细菌大量出现。至耕作8年时,各指标均呈下降趋势,其中全钾、速效钾含量呈现出了显著性下降,功能性微生物减少。上述结果足以证实,传统耕作方式无法从根本上解决新造耕地养分含量低、土壤肥力不足的问题,也无法长时间的维持土壤微生物结构平衡。     

保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益，有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明：保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏，降低团聚体周转速率，提高土壤结构的稳定性；保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量；保护性耕作可以提高耕层微生物生物量，尤其对真菌生物量影响显著；保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性，但并未改变微生物在团聚体中的分布模式；保护性耕作可提高土壤线虫多度，提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数，但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状，展望了保护性耕作今后的研究重点，以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持，推进我国农业可持续发展。     

黑河流域灌区保护性耕作农田土壤微生物生物量碳、氮的动态变化

以黑河流域灌区不同保护性耕作作为研究对象,研究保护性耕作农田土壤微生物量的季节变化及剖面分布规律,探讨保护性耕作农田土壤有机质、土壤水分和土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮的变化规律,分析影响土壤微生物量的因素。结果表明,保护性耕作明显提高农田土壤有机质、微生物量C和微生物量N含量,且均表现为自上层到下层显著递减的规律。黑河流域农田土壤微生物生物量碳含量平均值为158.06mg/kg,变幅为35.04~414.34mg/kg,随季节变化表现为播种期>休闲期>收获期,土壤微生物生物量氮含量平均值为24.73mg/kg,变幅为9.47~82.87mg/kg。土壤微生物生物量氮随季节变化也呈现出春秋较高,夏季较低的规律,但季节差异较小。土壤微生物生物量碳对外界环境变化的响应较土壤微生物生物量氮更为敏感,更适宜于作为评价土壤质量快速变化的指标。     

旱作条件下不同覆盖及耕作方式对土壤微生物量磷的影响

在干旱半干旱的定西市安定区李家堡镇进行了田间定位试验,运用氯仿熏蒸浸提法测定了土壤微生物量磷含量,研究了不同覆盖、不同耕作方式及不同轮作方式对土壤微生物量磷的影响.结果表明:轮作次序对不同耕作方式及不同覆盖条件下土壤微生物量磷没有影响;0~5 cm土层中土壤微生物量磷含量免耕秸秆覆盖比传统耕作增加了29.1%,比免耕增加了6.9%,比传统耕作配合秸秆覆盖增加了5.8%;免耕地膜覆盖土壤微生物量磷比传统耕作增加了15.7%,免耕对土壤微生物量磷的影响主要表现在耕层;土壤微生物量磷的季节性变化呈冬季显著高于其他季节的趋势.     

不同耕作方式对果园土壤养分和微生物活性的影响

【目的】本文研究了不同耕作方式(免耕、翻耕、旋耕)对果园土壤养分及微生物活性的影响。【方法】采用大田控制实验和室内分析相结合的方法研究不同耕作方式下土壤养分、微生物活性。【结果】不同耕作方式下土壤pH值略显酸性,土壤容重与pH值变化趋势相反,大致表现为免耕翻耕旋耕;不同耕作方式下土壤养分(有机碳、全氮含量)和有效养分(有效磷、有效氮和有效钾)均呈现出一致性规律,大致表现为翻耕旋耕免耕,不同耕作方式下土壤全磷含量差异均不显著(P0.05);与免耕相比,翻耕和旋耕条件下,土壤土壤微生物总数量均有明显的增加,大致表现为翻耕旋耕免耕;细菌、真菌和放线菌的变化趋势相一致,细菌数量处于绝对优势地位,土壤放线菌和细菌数量基本表现为翻耕旋耕免耕,其中不同耕作方式差异均显著(P0.05);土壤真菌数量和固氮菌数量基本表现为翻耕旋耕免耕;不同耕作方式脲酶活性、脱氢酶活性、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均表现为翻耕旋耕免耕,其中不同耕作方式脱氢酶活性差异均显著(P0.05);土壤微生物活度的变化范围在0.38～0.69,依次表现为翻耕旋耕免耕,不同耕作方式下土壤微生物活度差异均显著(P0.05)。【结论】不同耕作方式下土壤微生物量碳周转率高于氮周转率,说明微生物量碳更新比微生物量氮快,其中翻耕处理下土壤微生物量碳和氮更新较旋耕和免耕快。     

不同耕作方式对土壤微生物数量的影响

为了研究冀北坝上半干旱区不同耕作方式对土壤微生物数量的影响,以小麦和燕麦为例,试验共设免耕、传统、年年深松、年年浅松、浅旋和隔年深松6个不同耕作方式处理,研究土壤微生物数量与不同耕作方式之间的关系.结果表明,土壤微生物数量在不同耕作方式下随着土层深度的增加而明显降低;与传统耕作方式相比,保护性耕作模式均可提升细菌、真菌、放线茵数量.     

几种耕作状态下土壤微生物区系组成及其纤维分解作用强度研究

对海南省东方、保亭和儋州等县市橡胶园、香蕉园和蔬菜地的土壤样品进行分析测定。结果发现,3种不同耕作状态下,土壤微生物区系均呈现细菌>>放线菌>真菌的数量变化规律,且耕作地大于空闲地。不同耕作状态土壤,以菜地微生物数量最多,香蕉地最少。土壤微生物数量与土壤的pH和全氮显著相关。菜地土壤的纤维分解菌数量及其纤维分解作用强度明显高于橡胶园和香蕉园的,耕作地的高于对照的。纤维素分解作用强度与好气纤维分解菌数量和土壤pH显著相关,与微生物总数和细菌总数极显著相关。     

栽培措施对土壤健康影响的研究

土壤健康衰退已经波及整个农业生态领域,针对其衰退现象,采用不同的栽培措施从土壤理化性质、土壤养分指标、土壤生物性状、植物病害和植株生理等指标综合分析其对土壤质量的影响。结果表明,采用免耕、合理的间作和轮作能够较好地维持土壤理化性质,减少土壤的盐分积累,维持了微生物的数量和多样性,维持微生物碳氮源的供应,减少了植物病害发病率,促进了植株的生长。     

土壤耕作方式及秸秆还田对土壤性质和烤烟性状的影响

为研究土壤耕作方式及秸秆还田对土壤性质和烤烟性状的影响,设置2种耕作深度（常规旋耕15 cm、机械深耕30 cm）与添加秸秆的交互试验。结果表明：深耕能提高土壤容重和孔隙度,降低0～20 cm土层全氮、有效磷、速效钾和碱解氮含量,提高20～40 cm土层养分的含量;秸秆还田可以显著降低土壤容重,提高土壤孔隙度,显著提高0～20 cm土层的全氮、速效钾和碱解氮含量;土壤微生物变化不明显,可能与耕作年限较短有关。     

生草葡萄园土壤微生物分布及土壤酶活性研究

为了探讨生草对葡萄园土壤肥力的影响,采集葡萄试验园行间播种高羊茅、紫花苜蓿、白三叶草区域不同土层土样,以清耕土样为对照,对土样中的土壤酶活性和微生物数量分布进行了研究。结果表明,随土层深度的增加,各处理土壤微生物数量及酶活性均呈递减趋势;生草区域土壤微生物总量普遍高于清耕(对照),其中以细菌为主,其数量占土壤微生物总量的90%以上,纤维素分解菌数量最少,占土壤微生物总量的不到1%;紫花苜蓿处理土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、纤维素酶活性是其他3个处理的1.15~2.23,1.10~2.17,1.70~3.21,1.03~1.30倍;过氧化氢酶随土层的变化不明显;经相关分析发现,除过氧化氢酶与土壤微生物未表现出相关性外,其他土壤酶活性与土壤微生物之间绝大部分都呈极显著正相关(P<0.01)。由此得出,葡萄园生草可以改善土壤的肥力状况,其中行间播种紫花苜蓿最为适宜。     

耕作深度与翻压绿肥对植烟土壤细菌群落结构及多样性的影响

【目的】研究不同耕作深度与翻压绿肥对植烟土壤细菌群落特征的影响,以期筛选出适宜贵州福泉黄壤烟区的耕作深度与绿肥品种,为该烟区培肥改土及保障优质生态烟叶生产提供理论依据。【方法】以旋耕深度（浅耕与深耕）和翻压绿肥（油菜、光叶紫花苕、黑麦草）后的0~20 cm耕层烟株根际土壤为研究对象,以无绿肥土壤为对照,采用Illumi...     

不同耕作方式对土壤理化性状及玉米产量的影响

通过2010,2011年的大田试验,对常规耕作、免耕、深翻、深松4种处理的土壤含水量、容重和氮、磷、钾、有机质含量以及玉米产量进行分析。结果表明,各处理在玉米拔节期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期的土壤含水量由高到低的顺序均为:深翻>深松>常规耕作>免耕;深翻和深松处理0～30 cm,土壤容重较常规耕作分别降低10.27%和2.10%,免耕较常规耕作增加4.1%;深翻和深松处理较常规耕作的土壤速效钾、有效磷、有机质含量增加;深翻和深松处理的玉米产量分别较常规耕作提高20.38%和3.74%,免耕处理较常规耕作减产15.11%。选择合理的耕作方式,能够有效改善土壤结构,提高土壤含水量、有机质含量和作物产量。     

东北冷凉风沙区不同保护性耕作措施对玉米耕层土壤肥力水平的影响

以东北冷凉风沙区普遍采用的玉米垄作保护性耕作方式为研究对象,通过定点试验(2004～2007年),研究不同保护性耕作措施对玉米耕层土壤肥力水平的影响.研究结果表明:不同保护性耕作措施下的土壤微生物数最均大于传统耕作(CK),其中留茬覆盖(B2)>留茬(B1)>火茬(B3).灭茬方式(B3)的土壤脲酶活性最高,留茬覆盖(B2)处理前期土壤脲酶活性较低,但后期增长迅速.留茬覆盖(B2)措施对土壤碱性磷酸酶活性的影响最显著.不同保护性耕作措施土壤有机质含量均高于传统耕作(CK),其中留茬覆盖(B2)比对照高1.58%,但差异不显著.同一种保护性耕作措施下土壤有机质含量都表现出随覆盖年限的延长而提高的趋势,留茬覆盖(B2)方式的有机质含量增加明显,2007年比2004年增加0.18g·kg~(-1).年际间不同保护性耕作措施下的土壤碱解氮、速效磷和速效钾的含量均高于传统耕作(CK),且随着保护性耕作方式实施年限延长,同一种保护性耕作措施下的土壤碱解氮和速效磷的含量呈现增加趋势,其中留茬覆盖(B2)的增幅最大,2007年比2004年分别增加35.3%和32.7%.     

立体休闲翻耕降低土壤中氟磺胺草醚残留污染的研究

根据"土壤立体休闲原理",通过现代化机械技术将氟磺胺草醚的残留土层与心土层进行位置转换,同时利用液相色谱结合生物测定的方法,系统研究不同耕作方法对氟磺胺草醚残留降解情况、土壤微生物变化和甜菜受害恢复情况的影响。结果表明,立体休闲翻耕处理对氟磺胺草醚残留的降解率明显好于常规翻耕处理,立体休闲翻耕后氟磺胺草醚的残留量降低了79%,而常规耕翻处理仅为46%;并且立体休闲翻耕处理对微生物的恢复效果好于常规翻耕处理,在0～10 cm土层中真菌、放线菌数目高于常规翻耕处理,10～20 cm和20～30 cm土层真菌数目均高于常规翻耕处理,各土层中细菌、真菌和放线菌总数恢复率分别可达到4%、29%和12%;生物测定结果表明,立体休闲翻耕提高了受药害甜菜的株高、出苗率、鲜重和叶绿素的恢复率,分别提高了12.89%、58.50%、72.29%和41.78%,效果好于常规耕翻处理。综上可以看出,与常规翻耕技术相比,立体休闲翻耕技术可更有效地降低土壤中氟磺胺草醚的残留量并减小氟磺胺草醚残留对土壤中微生物和敏感作物甜菜的影响。     

连续周年耕作对砂姜黑土农田蓄水保墒及作物产量的影响

【目的】筛选利于改善黄淮区砂姜黑土农田蓄水保墒效果及提高作物产量的夏玉米-冬小麦周年耕作方式。【方法】在秸秆全量还田条件下设置5个夏玉米季-冬小麦季周年耕作方式处理:免耕-旋耕(对照)、免耕-深耕、深松-旋耕、深松-免耕、免耕-免耕,通过多年定位试验研究周年耕作方式对砂姜黑土农田土壤容重、土壤水分及作物籽粒产量的影响。【结果】与对照处理相比,免耕-深耕处理显著降低夏玉米收获期15—25 cm土层土壤容重和冬小麦收获期20—35 cm土层土壤容重,深松-免耕和深松-旋耕处理显著降低夏玉米收获期15—40 cm土层土壤容重和冬小麦收获期20—25 cm土层土壤容重,而免耕-免耕处理显著增大夏玉米收获期0—10 cm土层土壤容重和冬小麦收获期5—20 cm土层土壤容重。免耕-深耕、深松-旋耕和深松-免耕处理显著增加夏玉米收获期0—40 cm土壤贮水量,而深松-旋耕和免耕-免耕处理却降低冬小麦收获期0—40 cm土壤贮水量。与对照免耕-旋耕处理相比,深松-免耕处理提高夏玉米-冬小麦整个周年内20—40 cm土层土壤含水量,免耕-免耕处理提高作物收获期40—160 cm土壤含水量,而深松-旋耕处理在冬小麦收获期则降低40—160 cm各土层土壤含水量。深松-旋耕和深松-免耕处理显著增加夏玉米-冬小麦周年籽粒产量,增幅分别为7.67%和10.21%,免耕-深耕处理冬小麦籽粒产量增加而夏玉米产量降低,最终周年籽粒产量降低0.44%,免耕-免耕处理夏玉米-冬小麦周年籽粒产量降低2.19%。【结论】深松-旋耕和深松-免耕处理能够降低土壤容重、提高作物籽粒产量,其中深松-免耕处理能够改善土壤蓄水保墒能力,产量及经济效益增加效果较优,可作为相对较适宜的黄淮区砂姜黑土农田夏玉米-冬小麦周年耕作方式。     

不同免耕方式对作物产量和土壤理化性状的影响

通过 8年长期定位试验研究了不同免耕方式对作物产量和土壤理化性状的影响。研究结果表明 ,连续多年双免耕作不仅可以提高作物产量 ,减少劳动力投入 ,增加经济效益 ,同时能明显改善土壤理化性状。连续 8年双免可使土壤有机质高达 5 0 8g/kg ,全氮含量高达 3 1g/kg ,速效磷提高 95 8% ,速效钾提高 6 1 0 %。同时能增加土壤孔度和促进团聚体的形成 ,达到高产节源 ,培肥土壤的目的