耕作措施对陇中麦豆轮作系统土壤真菌群落的影响

为探究耕作措施对陇中旱农区麦豆轮作系统土壤真菌多样性的影响,依托2001年布设在陇中旱农区的田间定位试验,应用高通量测序技术比较传统耕作(T)与3种保护性耕作[免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆覆盖(NTS)]对麦豆轮作体系真菌群落结构的影响。结果表明:1)子囊菌门(52.74%)、担子菌门(14.10%)为陇中旱农区麦豆轮作系统土壤真菌的主要优势种群,免耕秸秆覆盖处理下担子菌门丰度较传统耕作增加15.01%,免耕处理子囊菌门、担子菌门丰度较传统耕作分别提高3.67%、1.86%。2)保护性耕作措施能不同程度提高0～30 cm土层土壤真菌丰富度与多样性指数,其中以免耕秸秆覆盖效果最明显,但各处理间差异不显著;较传统耕作,0～30 cm土层土壤真菌特有OTU数量NTNTSTST,同时较传统耕作,免耕秸秆覆盖处理土壤真菌OTU数量提高8.07%,免耕处理提高12.41%。因此,在陇中旱农区推广以免耕秸秆覆盖为主的保护性耕作措施有利于提高土壤真菌群落丰富度和多样性。     

秸秆还田模式下种植密度对玉米根际土壤真菌群落的影响及其驱动因素分析

秸秆还田和适宜的种植密度有利于改良土壤理化性质,优化微生物群落结构。本研究采用Illumina MiSeq高通量测序技术,在宁夏引黄灌区玉米农田开展连续5a设置裂区试验,探讨不同秸秆还田模式(H1：秸秆粉碎深翻还田、H0：秸秆不还田)和种植密度(D1:67500株·hm^-2、D2:82500株·hm^-2、D3:97500株·hm^-2)下玉米成熟期根际土壤真菌多样性、群落结构的变化及其驱动因素。结果表明：(1)秸秆还田模式和种植密度两因素交互效应极显著提高了土壤真菌群落Chao1指数、ACE指数及香农指数(P<0.01),以H1D2处理下最高。(2)农田玉米根际土壤真菌群落主要由子囊菌门(63.50%～81.82%)、担子菌门(4.83%～18.03%)和被孢霉门(3.18%～9.61%)等14个门及509个属的真菌组成,真菌群落组成分析表明,秸秆还田模式各密度处理间群落结构不同,优势菌门和优势菌属相对丰度差异较大。(3)秸秆还田模式和种植密度两因素交互效应极显著降低土壤pH值,提高了有机质、碱解氮及速效磷含量(P&...     

水稻土厌氧氨氧化对不同耕作方式与秸秆还田的响应

【目的】研究稻田土壤厌氧氨氧化微生物活性、丰度和群落结构对不同耕作方式与秸秆还田的响应,为稻田土壤氮素管理提供科学依据。【方法】设置3个不同耕作方式(翻耕、旋耕、免耕)+秸秆还田处理,同时设置翻耕+秸秆不还田处理作为对照,采用_¹⁵N示踪法、荧光定量PCR及Illumina测序分别分析厌氧氨氧化菌潜在活性、功能基因hzsB拷贝数及群落组成。【结果】秸秆还田条件下,厌氧氨氧化菌潜在活性表现为免耕>旋耕>翻耕(p<0.05),对照与旋耕+秸秆还田处理无显著性差异。各处理之间厌氧氨氧化菌功能基因(hzsB)拷贝数无显著性差异。Illumina测序从属水平鉴定出Kuenenia和Scalindua两种已知的厌氧氨氧化菌及部分未鉴定属,且各处理间二者的相对丰度具有负相关关系(p<0.05)。相关性分析结果表明,厌氧氨氧化菌活性与土壤反硝化活性显著相关,与功能基因拷贝数及群落组成无显著相关性。【结论】水稻田长期秸秆还田和不同耕作方式改变了厌氧氨氧化菌活性和群落组成,但其数量未发生显著变化。水稻田秸秆还田加翻耕可一定程度上抑制土壤氮损失,而秸秆还田与免耕结合的田间管理方式提高了土壤氮素损失潜力。     

黄土高原旱作麦田土壤真菌多样性对长期保护性耕作的响应

农业管理实践会干扰土壤生态系统,对土壤微生物特别是根系周围微生物产生不同影响,保护性耕作被认为是对土壤扰动较小的耕作方式,在全球范围内应用广泛,但其可持续性受到了秸秆覆盖可能会增加土壤病原微生物的挑战,对土壤微生物多样性的影响仍存在争议。因此,为全面了解黄土高原旱作麦田长期保护性耕作对土壤生态系统的影响,本研究依托山西省临汾市长达27年的保护性耕作试验平台,采用高通量测序技术,开展了土壤真菌群落结构和多样性对传统耕作(TT1)、免耕覆盖(NTS)、深松+免耕覆盖(SNTS)的响应分析。结果表明:与TT1相比, NTS和SNTS处理小麦根围土壤真菌组成及相对丰度发生了显著变化, NTS处理出现了未知真菌类群;各处理土壤真菌的主要优势菌门为子囊菌门、担子菌门和接合菌门;从属水平物种分布热图可以看出,与传统耕作相比,该地区多年的保护性耕作会加大小麦赤霉病发生的风险;UPGMA(非加权组平均法)分析表明,2种保护性耕作土壤真菌群落组成相似;TT1中具有显著差异的关键优势物种属担子菌门,NTS和SNTS处理的属子囊菌门; NTS处理土壤真菌丰富度和系统发育多样性最高, SNTS处理土壤真菌多样性最高;但土壤真菌多样性和丰富度指数在各处理间并无显著差异。综上,长期保护性耕作显著改变了土壤真菌群落结构及组成,提高了土壤真菌的丰富度和多样性,但不存在显著差异。同时该地区多年的保护性耕作可能会加大小麦赤霉病发生的风险。本研究对黄土高原旱作麦田区推广保护性耕作及土壤管理具有一定的指导意义。     

科学耕作与留茬改良小麦-玉米两熟农田土壤物理性状及增产效果

为了探讨不同覆盖耕作方式对农田土壤物理性状及作物产量的影响,该试验研究了免耕、常规2种耕作方式和4种留茬高度的玉米秸秆还田处理,对麦-玉两熟农田土壤含水率、容重、孔隙度以及作物产量的影响。结果表明:在0～40cm土层内,秸秆还田的集雨和保水效果显著,免耕留茬0.5m还田处理的含水率比免耕无覆盖处理增加了15.95%。秸秆还田量对0～40cm内土壤贮水量的影响不同。耕作措施显著影响了土壤容重,小麦播种前常规留茬1m还田、常规全量还田处理容重低至1.0g/cm3左右。秸秆还田能增加土壤总孔隙度、降低毛管与非毛管孔隙度的比值。单一免耕处理降低了作物产量,而免耕覆盖能增产,其留茬1m还田处理比无还田处理增产22.44%,比常规留茬0.5m还田处理高3.64%。因此,免耕留茬1m还田处理在改善农田土壤物理性状和增加作物产量方面显著,该研究可为农田管理过程中耕作措施和秸秆还田量的选择提供参考依据。     

耕作方式和秸杆还田对纤维素降解细菌多样性的影响

免耕和秸秆还田是培肥地力的重要措施,明确其对土壤纤维素降解细菌群落的影响对于土壤质量提升具有重要意义。选择中国科学院封丘农业生态国家试验站耕作秸秆还田(WtS)、免耕秸秆还田(WntS)、耕作秸秆不还田(Wt)和免耕秸秆不还田(Wnt)4种处理小区并采集土壤样品,用CMC-Na刚果红培养基对纤维素降解细菌计数,采用PCR-RFLP技术研究保护性耕作和秸秆还田对纤维素降解细菌群落的影响。结果表明,秸秆还田与免耕处理均不同程度提高了纤维素降解细菌数量。WtS、WntS、Wt和Wnt4个纤维素降解细菌基因文库中,OTUs数量分别为23、26、20和19个,秸秆还田加免耕处理多样性指数最高。本文获得的纤维素降解细菌共属于11个属,秸秆还田土壤中Streptomycetaceae、Flavobacterium、Sphingobium相对丰度明显多于秸秆不还田处理土壤;免耕处理土壤中Pseudomonas、Phyllobacterium、Paenibacillus、Promicromonosporaceae、Sphingobacterium相对丰度明显高于耕作处理土壤。典范对应分析显示四种处理纤维素降解细菌群落结构发生了较大变化,p H、全磷、有机碳和全钾与免耕处理呈显著正相关性,全氮、碱解氮、速效钾、速效磷和有机碳与秸秆还田处理呈显著正相关性。免耕和秸秆还田能提高土壤中纤维素降解细菌数量及多样性,改变纤维素降解细菌群落结构。     

秸秆还田与耕作方式对麦后复种花生田土壤性质和产量的影响

小麦-花生一年两熟是解决粮油争地矛盾,实现粮油自给的重要途径,小麦收获后直播花生是麦油两熟的主要种植方式。试验在前茬小麦收获后设计秸秆还田与耕作方式2种处理因素,共6个处理:旋耕秸秆不还田(RT)、旋耕秸秆还田(RTS)、免耕秸秆不还田(NT)、免耕秸秆覆盖(NTS)、深耕秸秆不还田(DT)和深耕秸秆还田(DTS)。研究秸秆还田与耕作方式对土壤理化性质以及花生产量的影响。结果表明:不同耕作方式对土壤理化性质的影响不同,在0—10 cm土层中,与深耕处理和旋耕处理相比,免耕处理增加了大粒径团聚体的质量比例,提高了团聚体的稳定性,增加了土壤细菌、真菌、放线菌的数量。而深耕处理主要改善了10—20,20—30 cm土层土壤理化性质,深耕处理还增加了干物质积累量,提高了花生荚果产量和籽仁产量。在相同的耕作方式下,与秸秆不还田处理相比,秸秆还田处理降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度,增加了粗大团聚体的质量比例以及土壤有机碳和全氮含量,提高了团聚体的稳定性,增加了土壤细菌、真菌、放线菌的数量,增加了干物质积累量,提高了花生荚果产量和籽仁产量。DTS处理荚果产量和籽仁产量比DT处理分别增加了10.89%和14.65%,RTS处理荚果产量和籽仁产量比RT处理分别增加了10.00%和11.77%,NTS处理荚果产量和籽仁产量比NT处理分别增加了16.31%和19.82%。处理间比较,与其他5个处理相比,DTS处理不仅改良了土壤理化性质,而且提高了花生荚果产量和籽仁产量。     

保护性耕作与秸秆还田对土壤微生物及其溶磷特性的影响

试验研究保护性耕作与秸秆还田对土壤微生物及其溶P特性结果表明,免耕和秸秆还田均能促进土壤麦角固醇的增加,而少耕却显著提高土壤微生物生物量。耕作方式间土壤有机碳水平无明显差异,但秸秆还田可提高土壤有机碳含量。免耕处理土壤微生物量显著增加,深耕处理土壤微生物量则较低,秸秆还田微生物量显著高于无秸秆对照。浅耕处理溶P细菌数量最高,免耕最少,但少耕和免耕处理溶P微生物的溶P能力大于深耕及浅耕,秸秆还田对溶P微生物群体和高效溶P菌生长均有促进作用。     

耕作方式与秸秆还田对土壤呼吸的影响及机理

为探明耕作方式、秸秆还田以及二者交互对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤呼吸特征的影响,通过两年田间裂区设计试验,研究了不同土壤耕作方式(常规翻耕、深翻、深松)与秸秆还田(秸秆还田、秸秆不还田)对周年农田土壤呼吸速率、相关土壤理化性状(土壤温度、水分、紧实度、有机碳含量)的影响、两因素的互作效用,以及土壤物理性状与土壤呼吸速率的相关性。结果表明,深耕(深翻和深松)显著增加了全年土壤呼吸速率;秸秆还田增加了冬小麦季的土壤呼吸速率,却显著降低了夏玉米季的土壤呼吸速率;深耕+秸秆还田可使冬小麦季和夏玉米季的土壤呼吸速率分别增加41.9%和21.0%。土壤温度、土壤有机碳与土壤呼吸速率呈正相关,土壤紧实度与土壤呼吸速率呈显著负相关,且土壤温度与土壤呼吸速率相关系数最大。深耕与秸秆还田交互使冬小麦和夏玉米的干物质积累量分别提高34.9%和38.2%,根系干质量密度分别提高45.0%和39.4%,故在秸秆还田的基础上深翻或深松是黄淮海地区适宜的耕作方式。该研究结果可为制定黄淮海地区科学有效的土壤耕作方式提供理论依据。     

秸秆还田与施肥方式对稻麦轮作土壤细菌和真菌群落结构与多样性的影响

为探索秸秆还田与施肥方式2种农田措施对水稻-小麦(稻麦)轮作土壤微生物群落的影响,阐释其对土壤细菌和真菌群落结构和多样性的影响机制,本研究通过7年稻麦轮作长期定位监测试验,设置无肥空白(CK)、常规施肥(RT)、秸秆还田+常规施肥(RS)和秸秆还田+缓释肥(SS) 4个处理,采用Illumina Miseq高通量测序技术,分析土壤细菌和真菌群落结构和多样性,探索影响微生物群落的主控环境因子。结果表明, SS作物产量在2016年和2017年分别比RT显著提高11.6%和8.2%(水稻)、4.8%和3.6%(小麦),与RS无显著差异。相比RT,秸秆还田处理显著降低了土壤pH,提升了土壤有机碳和铵态氮含量;与RS相比,SS处理提高了铵态氮含量。秸秆还田处理提升了真菌群落多样性,但对细菌群落多样性无显著影响。SS与RS在细菌真菌群落多样性方面均无显著差异。相关性分析表明,细菌群落多样性与土壤pH呈负相关,与总氮含量呈正相关;真菌群落多样性则与土壤有机碳含量显著正相关。NMDS分析表明,施肥对于细菌群落结构影响较大(55.61%),真菌群落结构则对秸秆还田响应更明显(26.94%)。与RT相比,秸秆还田显著提升了细菌放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门的相对丰度,同时显著提升了真菌中子囊菌门的相对丰度,降低了担子菌门和接合菌门的相对丰度,加强了土壤碳氮循环能力并抑制了病原菌。SS与RS相比,仅提升了真菌中子囊菌门的相对丰度。综上,秸秆还田配施缓释肥有助于维持或者提高土壤养分有效性、作物产量及细菌真菌群落多样性,可以促进土壤碳氮循环。