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。     

长期保护性耕作对丛枝菌根真菌多样性的影响

为了明确我国北方干旱地区长期保护性耕作以及深松对丛枝菌根真菌(AMF)多样性的影响,笔者于2014年在山西省临汾市连续22年实施保护性耕作的长期定位试验基地,针对免耕覆盖(NTS)、深松免耕覆盖(SNTS)及传统耕作(TT)3种处理方式,进行了不同耕作条件下土壤AMF物种丰度、孢子密度、Shannon多样性指数以及AMF侵染率等因素的比较研究。结果显示,长期保护性耕作(NTS和SNTS)共分离鉴定出AMF 7属9种,其中根孢囊霉属(Rhizophagus)和斗管囊霉属(Funneliformis)各2种,球囊霉属(Glomus)、近明球囊霉属(Claroideoglomus)、无梗囊霉属(Acaulospora)、硬囊霉属(Sclerocystis)和隔球囊霉属(Septoglomus)各1种;而传统耕作(TT)共分离鉴定出AMF 6属8种,没有检测到无梗囊霉属。NTS、SNTS和TT处理在不同土层的AMF优势种基本一致,0~40 cm土层为摩西斗管囊霉(Fu.mosseae)和变形球囊霉(G.versiforme),40~80 cm土层为摩西斗管囊霉、变形球囊霉和聚丛根孢囊霉(Rh.aggregatum),80~120 cm土层为聚丛根孢囊霉,120 cm土层以下只有NTS和SNTS处理中存在聚丛根孢囊霉,说明保护性耕作措施促进了AMF向土壤深层发展。NTS和SNTS处理在同一土层的AMF物种丰度、孢子密度和Shannon多样性指数均高于TT处理,SNTS处理高于NTS处理。同一耕作措施不同土层的AMF物种丰度、孢子密度和Shannon多样性指数均随土层加深而逐渐降低;NTS和SNTS处理在小麦各生育期的丛枝侵染率和孢子密度均高于TT处理;各处理在小麦拔节期的AMF侵染率最高,分别为14.9%、16.1%和10.6%,而在收获期的土壤孢子密度最高,分别为111.7个·(100g)~(-1)、125.0个·(100g)~(-1)和90.3个·(100g)~(-1)。研究认为,长期免耕覆盖、尤其深松免耕覆盖,提高了AMF多样性。该研究结果可为中国北方旱作农田生态系统中AMF自然潜力的充分发挥,以及保护性耕作技术的合理应用提供科学依据。     

耕作措施对陇中旱农区土壤细菌群落的影响

为探究耕作措施对陇中旱农区麦豆轮作系统土壤细菌多样性的影响,借助2001年在陇中旱农区建立的不同耕作措施长期定位试验,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))对麦豆轮作体系土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮及细菌群落结构影响。结果表明:1)相对于传统耕作,秸秆还田显著增加0～10 cm、10～30 cm土壤有机碳、全氮、微生物量碳和微生物量氮含量,其中NTS处理0～10 cm、10～30 cm土层有机碳、全氮、微生物量碳和微生物量氮含量较传统耕作分别提高28.27%、114.16%、13.51%、49.14%和39.86%、98.05%、10.78%、40.72%。2)酸杆菌门(26.42%)、变形菌门(19.86%)和放线菌门(19.44%)为陇中旱农区麦豆轮作系统土壤细菌的主要优势种群,NTS处理下酸杆菌门、放线菌门和变形菌门丰度较传统耕作显著提高35.11%、33.77%和30.17%。3)与传统耕作相比,保护性耕作提高了0～30cm土层土壤细菌的Observedspecies指数、Chao指数、香农指数、辛普森指数,以NTS处理提高最为显著。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增加土壤碳氮固存、提高土壤细菌群落丰度和多样性和土壤的生物活性,促进农业的可持续发展。     

纳帕海高原湿地土壤微生物群落对土地利用方式改变的响应

【目的】探明高原湿地不同土地利用方式下土壤理化性质的改变对微生物群落结构及多样性的影响,为纳帕海高原湿地土地利用管理提供理论依据。【方法】以人类活动干扰下形成的放牧草地和耕地为研究对象,以自然沼泽湿地为对照,运用Illumina高通量测序技术比较不同土地利用方式下土壤微生物群落结构和多样性特征,并采用Mantel test分析土壤理化环境改变对土壤微生物群落的影响。【结果】(1)相较于自然沼泽湿地,耕作与放牧显著降低了土壤含水量、有机质、全氮和速效氮,却提高了全磷、碳氮比和容重（P <0.05）。(2)耕作和放牧显著增加土壤细菌与真菌α多样性（P <0.05）,三种利用方式间β多样性差异显著（P <0.01）。(3)耕作和放牧显著改变细菌和真菌群落结构,其中耕作使变形菌门、厚壁菌门和绿弯菌门相对丰度显著增加21.07%～123.61%,酸杆菌门、放线菌门和芽单胞菌门显著减小62.7%～75.29%;耕作使子囊菌门、担子菌门、接合菌门相对丰度显著减小71.33%～96.47%,未分类真菌门相对丰度显著增加722.97%;放牧使细菌浮霉菌门和疣微菌门增加57.46%、17...     

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。     

保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳全氮及微生物量碳氮的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的保护性耕作措施长期定位试验,共设4个处理（T：传统耕作;NT：免耕无覆盖;TS：传统耕作＋秸秆还田;NTS：免耕＋秸秆覆盖）,采用春小麦豌豆双序列轮作（即小麦→豌豆→小麦和豌豆→小麦→豌豆,本文中所指春小麦地、豌豆地分别指2008年种植春小麦、豌豆的轮作次序）,于2008年3月中旬对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量进行了采样测定。结果表明,经过7a的轮作后,两种轮作次序下,0-30cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量均有在免耕＋秸秆覆盖、传统耕作＋秸秆还田处理较免耕不覆盖、传统耕作处理高的趋势,且其含量均随着土壤深度的增加而降低。其中,土壤微生物量碳含量在两种轮作次序下的排序均为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）;而土壤微生物量氮含量在春小麦地和豌豆地的排序则分别表现为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉传统耕作（T）〉免耕不覆盖（NT）和免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）。同时,微生物量碳、微生物量氮与有机碳和全氮均呈显著正相关,说明提高土壤有机质、全氮含量的保护性耕作模式有利于土壤微生物量碳与氮的积累。     

多年麦稻轮作免耕土壤细菌对土壤养分和酶活性的影响

为了探索连续多年免耕轮作对土壤养分与微生物的影响,以麦稻水旱轮作免耕试验为对象,采用常规土壤养分测定法、土壤微生物宏基因组测序技术及京都基因和基因组百科全书(KEGG)数据库、冗余(RDA)分析等方法,对连续多年田间保留农作物残茬免耕及传统耕作土壤的养分、微生物种群、酶活性等进行了检测分析。结果表明,连续13年田间保留农作物秸秆、残茬免耕轮作与传统耕作轮作0～20 cm土壤微生物种群结构丰度在农作物不同生长发育时期发生了变化,第一核心种群的变形菌门(Proteobacteria)、酸性杆菌门(Acidobac-teria)丰度最高,呈增加趋势;第二核心种群的放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)丰度呈下降趋势;连续多年免耕轮作处理土壤中心土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶含量分别比传统耕作处理提高了4.9%、22.8%、21.7%;免耕轮作处理的作物在绝大部分生长阶段与土壤酶的关联性优于传统耕作轮作处理。免耕处理Z4与传统耕种处理T4比较,土壤有机质、全氮、全磷、水解性氮、有效磷含量分别提高了27.7%、20.3%、16.1%、30.8%、19.3%;两种土壤的微生物代谢通路差异主要表现为氨基酸类通路,免耕轮作处理的绝大多数氨基酸类通路在第1时期(小麦拔节期)和第3时期(水稻孕穗期)比传统耕作轮作激活程度强的差异达到显著或极显著水平。在免耕轮作处理中,硝基螺菌属(Nitrospira)、厌氧黏细菌属(Anaromyxobacter)与全钾、速效钾、有机质、全氮、水解性氮含量,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)与有效磷含量呈正相关。连续多年田间保留作物残茬、秸秆,为微生物提供了较多的“食物”,以及连续多年免耕轮作措施减少土壤微生物生存环境的破坏是培肥地力的根本原因。而合理轮作免耕土壤中的变形菌门、酸性杆菌门等核心优势细菌种群,以及土壤酶的催化作用优于传统耕作,它们共同促进了土壤有机质和土壤养分转化和循环是提高土壤肥力的推动力。     

冬小麦免耕覆盖与有机栽培对土壤微生物群落组成的影响

为揭示农业管理活动对土壤微生物群落结构及AM真菌多样性的影响,以农田土壤生态系统为研究对象,选取免耕覆盖+施有机肥（NF）、免耕覆盖+不施有机肥（NC）、传统耕作不覆盖+施有机肥（TF）和传统耕作不覆盖+不施有机肥（TC）4种处理,采用Illumina Miseq高通量测序及磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acids,PLFAs）分析方法,研究持续冬小麦免耕覆盖有机栽培3年后,土壤微生物群落结构组成、AM真菌及其多样性与土壤环境因子间的关系。结果表明,持续免耕覆盖有机栽培能增加以PLFA表征的土壤微生物群落的生物量,传统耕作显著提高了土壤革兰氏阳性菌（G⁺）、阴性菌（G^-）的生物量（P<0.05）。且随免耕栽培管理年限增加,土壤AM真菌生物量呈显著上升趋势;以16：1ω5c中性脂（NLFA）与16：1ω5c磷脂（PLFA）表征的AM真菌生物量比值显著升高（P<0.05）。免耕覆盖措施下,有机肥的施用提高了土壤AM真菌丰富度指数（Chao1指数和ACE指数）,但降低了土壤AM真菌的多样性（香农指数、辛普森指数）。主成分分析结果显示,AM真菌孢子（16：1ω5c中性脂）的生物量与土壤有机质、土壤易提取球囊霉素含量呈正相关关系,AM真菌丰富度指数与土壤有机质含量呈正相关,AM真菌多样性指数与土壤全氮含量、脲酶活性呈正相关。受农业管理措施导致的土壤理化性状及土壤生物学差异等综合因素影响,土壤微生物生物量及AM真菌多样性和丰富度改变。免耕覆盖措施提高了土壤AM真菌多样性指数,有机肥施用显著影响了AM真菌NLFA/PLFA生物量的比例,改变了AM真菌孢子和菌丝间生物量碳的分配关系。     

三种城市景观竹土壤微生物群落结构特征

为探究城市景观竹林对土壤微生物群落的影响，于上海辰山植物园选取3种常见景观竹利用Illumina MiSeq高通量测序技术结合土壤理化指标分析不同景观竹林对土壤理化性质和微生物群落结构特征的影响。发现不同竹林土壤全磷、速效磷、有机质、全氮、全钾含量和电导率存在显著差异（P<0.05），土壤细菌丰富度和多样性指数在毛竹林土壤中最高，在淡竹林土壤中最低，土壤细菌优势门为Actinobacteriota、Proteobacteria、Acidobacteriota和Chloroflexi，真菌优势门为Ascomycota，其中Actinobacteriota、Chloroflexi在淡竹土壤中的相对丰度显著最高，而Proteobacteria、Myxococcota的相对丰度在毛竹林土壤中最高，土壤真菌优势门的差异并不显著。此外细菌群落结构和丰度受土壤全磷、硝态氮、电导率、含水率、pH影响显著，而真菌群落变化与所选环境因子无显著相关性。     

冬麦免耕覆盖栽培对土壤丛枝菌根真菌多样性的影响

为揭示冬麦免耕覆盖栽培管理措施对土壤丛枝菌根真菌多样性的影响,以农田土壤生态系统为研究对象,利用Illumina MiSeq平台通过高通量测序的方法,对连续免耕覆盖栽培及有机肥管理下冬麦土壤丛枝菌根真菌群落组成及其与土壤环境因子间的相互关系进行研究。结果表明,丛枝菌根(AM)真菌在97%相似度下共获得4 515个AM真菌的操作分类单元(OTUs),分属于1门3纲4目8科10属155种。不同处理中,类球囊霉属(Paraglomus),球囊霉属(Glomus)和近明球囊霉(Claroideoglomus)为优势属,受农业综合管理措施中有机肥施用、免耕覆盖因子的影响,近明球囊霉、有隔球囊霉属相对丰度在不同处理间存在显著差异(P<0.05)。与耕作、不覆盖相比,免耕、覆盖措施提高了AM真菌多样性指数,但降低了AM真菌属的丰富度;与无肥条件相比,有机肥施用提高了AM真菌丰富度指数,但降低了AM真菌多样性指数。多元分析结果表明,土壤全磷及速效磷含量是影响AM真菌群落组成中优势属丰度变化的主要因素。免耕覆盖、有机栽培改变了土壤AM真菌的多样性及丰富度,土壤中丰度较低的AM真菌菌属更容易受到有机肥施用的影响;有机肥与免耕、覆盖管理的交互作用对AM真菌近明球囊霉属相对丰度有显著影响(P<0.05)。AM真菌群落对耕作覆盖、有机肥施用管理活动的响应受到农业综合管理活动及其相关因素交互作用的影响。本研究结果为合理农作物免耕覆盖、有机栽培管理提供了理论依据。     

长期免耕和秸秆覆盖下黄土高原旱作土壤不同粒级复合体中酸解有机氮含量及分配比例变化

【目的】探明不同保护性耕作措施对黄土高原旱作土壤不同粒级复合体中有机氮含量与分配的影响,可对评价耕作措施的效果提供科学依据。【方法】基于黄土高原旱区14年的长期定位试验,采用Bremner法, 对传统耕作(T)、免耕(NT)、秸秆覆盖(TS)及免耕+秸秆覆盖(NTS)四种耕作措施条件下不同土壤粒级复合体中的有机氮含量和分配进行了研究。【结果】保护性耕作方式均增加了2~10 μm粒级土壤复合体的比例,增幅为20.0%~31.7%;降低了0~2 μm粒级土壤复合体在土壤中所占的比例,降幅为27.6%~31.0%。在所有耕作措施下,耕层土壤中不同粒级复合体所占的比例为10~50 μm＞2~10 μm＞0~2 μm＞50~100 μm＞100 μm。保护性耕作方式均明显提高了耕层0~2 μm粒级土壤复合体中氨基糖氮的含量,增幅在46.9%~107.1%,降低了单位质量0~2 μm粒级土壤复合体中的NH+4-N含量,降幅在14.8%~27.0%;明显提高了耕层单位质量2~10 μm粒级土壤复合体中酸解总氮、氨基酸氮和氨基糖氮的含量,增幅分别为8.2%~14.3%、16.2%~31.5%和154.9%~184.3%;降低了单位质量2~10 μm粒级土壤复合体中NH+ 4-N的含量,降幅为28.7%~46.6%。传统耕作(T)条件下,与各粒级土壤复合体相结合的有机氮量顺序为10~50 μm＞0~2 μm＞2~10 μm＞50~100 μm＞100 μm以上,而保护性耕作条件下,与各粒级土壤复合体相结合的有机氮量顺序为10~50 μm＞2~10 μm＞0~2 μm＞50~100 μm＞100 μm以上;与传统耕作相比,保护性耕作措施显著地增加了耕层土壤中酸解总氮、氨基酸氮、氨基糖氮的含量,增幅分别为6.6%~20.4%、89.0%~113.0%和11.9%~31.6%,降低了NH+4-N的含量。【结论】与传统耕作(T)处理相比,保护性耕作(NT、TS、NTS)措施明显提高了土壤2~10 μm粒级复合体的比例,降低了0~2 μm粒级复合体的比例;增加了耕层土壤中酸解氮总氮、氨基糖态氮和氨基酸态氮的含量,降低了NH+ 4-N的含量。土壤中以氨基酸态氮占优势地位,其它形态的有机氮无明显分布规律。     

保护性耕作对黄土旱塬箭筈豌豆地土壤呼吸的影响

[目的]揭示保护性耕作对土壤呼吸的影响,为旱区保护性农业的发展提供理论依据。[方法]采用多通道土壤碳通量系统监测传统耕作(T)、传统耕作+秸秆覆盖(TS)、免耕(NT)和免耕+秸秆覆盖(NTS)下箭筈豌豆(Vicia sativa)地的土壤呼吸速率。[结果]各措施下花期呼吸速率比收获期高10.45%~45.09%,NTS处理下土壤呼吸速率最低别比TS,NT和T处理显著减少39.17%,21.37%和30.25%(p0.01)。耕作处理(T,TS)下日均土壤呼吸速率高于免耕处理(NT,NTS)(p0.05)。晴天土壤呼吸变化呈单峰曲线,最大值出现在14:00。耕作下土壤呼吸速率与气温显著线性相关,免耕下(NT,NTS)与气温呈指数关系(p0.01)。不同耕作措施间气温敏感性Q10值大小依次为:T(1.97)NT(1.62)TS(1.58)NTS(1.52)。[结论]免耕加秸秆还田处理对减少温室气体排放有一定的贡献。     

基于LSTM神经网络模拟的陇中黄土高原沟壑区保护性耕作下土壤贮水量变化

为分析陇中黄土高原沟壑区不同保护性耕作措施的贮水效果,本研究利用春小麦/豌豆（W/P）、豌豆/春小麦（P/W）轮作的长期定位试验,分别设置传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作秸秆覆盖（TS）和免耕覆盖（NTS）4种耕作措施,以当地月平均气温、月降水量、月平均辐射量、月平均蒸发量、月作物耗水量为输入因子,以月土壤贮水量为输出,建立基于长短期记忆（Long Short-Term Memory,LSTM）神经网络的土壤贮水量预测模型,并对该模型的有效性进行评估。研究结果表明：1）基于LSTM神经网络建立的土壤贮水量模型对陇中黄土高原沟壑区保护性耕作下土壤贮水量预测具有较好的适用性,模型模拟结果的平均均方根误差为7.76 mm,平均绝对误差为6.95 mm,相对误差控制在-5%~+5%的范围内。2） P/W轮作序列中各处理的土壤贮水量均比W/P轮作序列增加1.09%~1.43%。3）不同轮作序列,NTS处理的贮水效果均优于其他3种耕作措施,在W/P轮作序列中,NTS处理的年均土壤贮水量比T、NT和TS分别增加2.89%、1.70%和2.46%;在P/W轮作序列中,NTS处理的年均土壤贮水量比T、NT和TS分别增加3.03%、1.91%和2.57%。4）不同降水年型,NTS处理的土壤贮水量最高,且干旱年效果更加显著,其中丰水年NTS处理的土壤贮水量比T、NT和TS平均增加2.71%、1.48%和2.19%,而干旱年平均增加3.97%、2.54%和3.64%。5）保护性耕作措施的贮水效果随季节发生变化,作物生长前期（3-5月）保护性耕作措施的贮水优势较为明显,进入作物生长旺盛期（5-6月）保护性耕作措施与传统耕作的贮水效果差异不显著,而作物生长后期（7月）保护性耕作措施较传统耕作土壤贮水量明显增加。基于LSTM神经网络模拟环境下免耕覆盖的贮水保墒效果最好,为陇中黄土高原沟壑区最适宜的保护性耕作措施。     

绿洲灌区小麦免耕秸秆还田对后作玉米产量性能指标的影响

产量性能是决定作物生长发育和产量形成的关键因素,研究前茬秸秆处理方式对后茬作物产量性能指标的影响,对于建立高效种植制度、优化栽培措施具有重要指导意义。2009—2012年,在甘肃河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究了前茬小麦不同秸秆还田和耕作措施(NTSS:25 cm高茬收割立茬免耕;NTS:25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕;TIS:25 cm高茬等量秸秆翻耕;CT:不留茬翻耕对照)对后作玉米产量性能指标的影响,以期为优化试区玉米种植模式提供依据。结果表明,与CT相比,前茬小麦秸秆还田降低了后作玉米大喇叭口期之前的叶面积指数(LAI)与光合势(LAD),但增大了吐丝期之后的LAI与LAD,延缓了衰老,以NTSS、NTS延缓衰老作用突出;NTSS、NTS和TIS处理玉米全生育期的平均叶面积指数(MLAI)比CT分别提高12.8%、19.1%和7.0%,总光合势分别提高12.9%、18.6%和6.8%,免耕秸秆还田(NTSS和NTS)提高MLAI和LAD的效果最好。免耕秸秆还田提高了玉米全生育期的平均净同化率(MNAR),以NTSS提高作用明显,较CT高10.7%;但净同化率(NAR)表现为吐丝期之前增大,吐丝期之后降低。NTSS、NTS提高了后作玉米的籽粒产量,比CT分别高13.0%、15.6%,TIS比CT提高7.9%,NTS增产效应最大。不同秸秆还田及耕作方式下,玉米籽粒产量与MLAI、穗数(EN)、穗粒数(KNE)呈极显著正相关性,与收获指数(HI)呈显著正相关性,但与MNAR无显著相关性。MLAI、EN、KNE增加、HI提高是前茬小麦免耕秸秆还田提高后作玉米产量的主要原因。前茬秸秆免耕还田优化后茬玉米主要产量性能指标的效果最好。因此,前茬小麦25 cm秸秆覆盖免耕还田是绿洲灌区优化后作玉米产量性能指标及获得高产的可行栽培措施。     

长期保护性耕作对黄绵土总有机碳和易氧化有机碳动态的影响

长期定位试验研究了黄土高原西部旱农区不同耕作措施(传统耕作T、免耕+秸秆覆盖NTS、免耕NT、传统耕作+秸秆翻埋TS、传统耕作+地膜覆盖TP和免耕+地膜覆盖NTP)对黄绵土土壤总有机碳和易氧化有机碳的影响。结果表明, 土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低, 10~30 cm土层土壤有机碳含量的下降较为明显, 并且在0~5 cm、5~10 cm和10~30 cm土层中, 均表现为由研究初期各处理相对差异较小到试验中后期各处理出现显著差异的变化。不同耕作措施下0~30 cm土壤总有机碳和易氧化有机碳在2002-2012年的平均含量均为NTS>TS>NTP>NT>T>TP。与传统耕作相比, 免耕各处理和传统耕作秸秆翻埋处理可增加1.2%~7.2%的土壤总有机碳, 5.3%~16.6%的土壤易氧化有机碳含量, 而传统耕作覆膜处理分别降低4.3%和2.7%。免耕和秸秆覆盖处理均有利于黄绵土土壤有机碳和易氧化有机碳的积累, 免耕结合秸秆覆盖效果最佳, 而多年传统耕作覆盖地膜后有机碳明显降低。免耕秸秆覆盖处理土壤总有机碳和易氧化有机碳含量平均值在2004年、2006年、2008年、2010年及2012年分别较2002年提高9.5%和42.9%、13.2%和67.6%、21.5%和71.5%、1.1%和15.9%、2.7%和12.6%。因此, 在西部黄土高原黄绵土区, 采用免耕结合秸秆覆盖的保护性耕作措施有利于土壤总有机碳和易氧化有机碳含量的提高, 从而有利于土壤质量的持续改善。易氧化有机碳对不同耕作措施的响应比总有机碳更灵敏, 可以将其作为指示黄绵土有机碳变化的早期指标。     

Long-term and legacy effects of manure application on soil microbial community composition

We analyzed soil prokaryotic and fungal community composition in soils with varying histories of cattle manure application. The manure treatments were (i) annual application for 43 years (MF), (ii) annual application for 14 years followed by 29 years without application (MF14), and (iii) annual application for 30 years followed by 13 years without application (MF30). An annual application of chemical nitrogen (N) fertilizer (CNF) and a non-amended control (Con) were also included. Soil prokaryotic evenness and diversity significantly decreased in MF relative to other treatments in fall, but were similar to the other fertilizer treatments in spring and summer. Distinct prokaryotic and fungal community composition was observed in MF compared to other treatments across fall, spring, and summer seasons. The MF treatment significantly increased the relative abundance of Firmicutes, Gammaproteobacteria, and Gemmatimonadetes, but significantly decreased the relative abundance of Acidobacteria. In fall, the soil prokaryotic and fungal community composition with MF30 was significantly different than the other fertilization treatments. Overall, the study showed that annual manure application (MF) led to a different microbial community composition than the other fertilizer treatments. Soil without manure application for 13 years (MF30) had a significantly different microbial community composition from other fertilizer treatments in fall, while the soil without manure application for 29 years (MF14) resembled a microbial community that had never received manure.     

巯基坡缕石对镉砷复合污染土壤钝化修复及微生物群落的影响

为探究巯基坡缕石对镉(Cd)–砷(As)复合污染土壤的修复效果及其对土壤生态功能的影响,以Cd-As复合污染水稻土为研究对象,探究了1%、2%巯基坡缕石添加对土壤理化性质、Cd和As有效态的影响,并采用高通量测序技术分析了不同处理对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:巯基坡缕石添加显著降低了土壤pH,其中2%处理下pH降低更明显。与对照相比,1%和2%巯基坡缕石处理下,土壤有机质含量分别增加了30.2%、60.9%,Cd的有效态含量与毒性特性浸出量分别降低了97.7%～98.3%、77.1%～92.7%,而As的有效性未发生显著变化。巯基坡缕石添加对土壤微生物多样性及丰度无显著影响,但属水平下Pseudanabaena＿NgrPSln22和Pseudomonas的相对丰度显著降低了85.4%～98.1%、75.3%～78.9%。巯基坡缕石处理下土壤微生物群落结构显著改变,其中pH和Cd的有效性是显著影响因素。总之,巯基坡缕石不仅能显著降低Cd有效性,提高土壤有机质含量,还会影响细菌群落结构,增加土壤抗病菌丰度和减少固氮菌丰度。