应用454测序技术分析种植制度对黑垆土微生物多样性的影响

研究典型种植制度对旱地黑垆土微生物多样性的影响,对优化旱地作物种植制度、发挥土壤潜在肥力、实现土壤资源可持续利用有着重要的意义。通过27年长期定位试验,采用454测序技术分析了黄土高原旱作地区不同种植制度下黑垆土细菌、真菌多样性的变化情况。结果表明,不施肥低营养胁迫下,细菌多样性表现为粮豆轮作小麦连作裸地苜蓿连作,真菌多样性表现为小麦连作≈苜蓿连作裸地粮豆轮作。施氮、磷肥条件下,粮草长周期轮作(苜蓿→苜蓿→苜蓿→苜蓿→马铃薯→小麦→小麦→小麦+苜蓿)中土壤微生物多样性大致表现出先降低后增加的趋势,第4年苜蓿或苜蓿茬后第1年小麦微生物Chao指数和Shannon指数最低,苜蓿茬后第2年小麦微生物多样性最高,细菌Chao指数和真菌Shannon指数比连作小麦高22.0%和79.2%;粮草短周期轮作(红豆草→小麦→小麦+红豆草)中土壤微生物多样性大致呈现增加趋势,至红豆草茬后第2年小麦土壤微生物多样性达到最高,真菌Chao指数和Shannon指数均分别比连作小麦高50.8%和51.0%。黄土高原旱地区黑垆土采取粮食作物与豆科作物轮作可提高土壤微生物多样性。     

秸秆覆盖和留茬的田间水土保持效应

通过人工模拟降雨试验,研究秸秆覆盖和留茬在玉米生育期的水土保持效应.结果表明:覆盖和留茬在玉米不同生育期均可有效减少土壤侵蚀,覆盖的效果更为明显,其产沙量最大可减少75％,留茬的产沙量最大可减少29％.相同秸秆用量下实行覆盖的水土保持效应较留茬明显.覆盖结合留茬减弱土壤侵蚀的效果明显,在玉米各生育期的产沙量均有大幅减少,低覆盖高留茬减幅最大为85％,高覆盖低留茬减幅最大为78％;在抽穗期对径流强度也有削弱,低覆盖高留茬的径流量减少23％,高覆盖低留茬减少15％,相同秸秆用量下低覆盖高留茬对水土流失的抑制较高覆盖低留茬明显.     

长期施肥对黑垆土氨化细菌数量和氨化作用强度的影响

为探讨长期施肥下黑垆土氨化作用的变化,在长期定位试验条件下,分析了长期施肥对黑垆土氨化细菌数量和氨化作用强度的影响。结果表明,在小麦连作下,各施肥处理均可不同程度提高土壤中氨化细菌数量和氨化作用强度,其中单施有机肥及有机无机肥配施的效果更明显。在不同施肥处理中,氮磷配施有机肥处理的土壤氨化细菌数量最多(7.53×108个·g~(-1)),是不施肥处理(CK)的189.2倍,氨化作用强度最高(1.49mg·kg~(-1)),较CK增加55.0%;其次为单施有机肥、氮肥配施有机肥和磷肥配施有机肥处理,其氨化细菌数量和氨化作用强度均显著高于CK。在苜蓿连作下,与CK相比,单施磷肥处理的土壤氨化细菌数量和氨化作用强度均明显降低,降幅分别为99.5%和49.7%。因此,黄土高原黑垆土区小麦连作时,长期施用有机肥及有机无机肥配施均可提高土壤有机氮的转化作用,增强其供氮能力;苜蓿连作时,长期单施磷肥可减弱土壤有机氮的转化作用。     

不同耕作覆盖措施下延收对春玉米产量及籽粒品质的影响

选用5种耕作覆盖方式和7个采收时期研究延收对籽粒产量、千粒重、籽粒蛋白质、脂肪、淀粉含量及其对应的产出量的影响,为玉米获得高产优质提供依据。结果表明：适时延收可使玉米产量及主要营养成分产出量明显增加,延收15 d ,产量增幅为10．19％～15．62％,千粒重增幅为14．70％～20．39％;籽粒蛋白质含量增加0．26％～1．29％,产出量增加117～230 kg·hm－2;脂肪含量增加0．05％～0．40％,产出量增加54～78 kg·hm－2;淀粉含量虽然降低0．5％～4．9％,但产出量仍然增加340～773 kg·hm－2。黄土高原地区春玉米延收15 d具有明显的增产和提高籽粒品质产量的效果,但增幅因耕作和覆盖方式不同而存在差异。     

不同轮作制下长期施肥旱地土壤微生物多样性特征

为了探讨典型旱地区施肥制度对土壤微生物多样性的影响,本研究通过27年长期定位试验,采用454测序技术,分析了黄土旱地区小麦连作、苜蓿连作、粮豆轮作中不同化肥及有机肥施肥措施下土壤细菌、真菌多样性的变化情况。结果表明:除施氮肥和有机肥(NM)处理外,施肥后连作小麦土壤细菌Chao指数提高7.5%(施磷肥和有机肥,PM)~60.6%(单施有机肥,M),Shannon指数增加0.04(PM)~0.40(M),肥料单施优于配施;施肥后连作苜蓿土壤细菌Chao指数提高92.0%(单施磷肥,P)~102.4%(施氮肥、磷肥和有机肥,NPM),Shannon指数增加0.30(NPM)~0.32(P);施肥对粮豆轮作土壤细菌多样性影响较小。除小麦连作NP处理外,施肥后各种植系统土壤真菌Chao指数提高19.1%~55.0%,但真菌Shannon指数变化不大或明显下降。黄土旱地区作物连作时施与适当化肥或有机肥,可提高土壤细菌多样性。本研究对优化旱地作物施肥制度、发挥土壤潜力肥力、实现土壤资源可持续利用有着重要的意义。     

不同耕作覆盖措施下延收对春玉米产量及籽粒品质的影响

选用5种耕作覆盖方式和7个采收时期研究延收对籽粒产量、千粒重、籽粒蛋白质、脂肪、淀粉含量及其对应的产出量的影响,为玉米获得高产优质提供依据。结果表明：适时延收可使玉米产量及主要营养成分产出量明显增加,延收15 d,产量增幅为10.19%～15.62%,千粒重增幅为14.70%～20.39%;籽粒蛋白质含量增加0.26%～1.29%,产出量增加117～230 kg·hm^-2;脂肪含量增加0.05%～0.40%,产出量增加54～78 kg·hm^-2;淀粉含量虽然降低0.5%～4.9%,但产出量仍然增加340～773 kg·hm^-2。黄土高原地区春玉米延收15 d具有明显的增产和提高籽粒品质产量的效果,但增幅因耕作和覆盖方式不同而存在差异。     

长期轮作对旱地黑垆土纤维素分解菌数量及分解强度的影响

采用最大或然数法(MPN法)和埋片法研究了黄土高原旱地粮草长周期(苜蓿→苜蓿→苜蓿→苜蓿→马铃薯→小麦→小麦→小麦)和粮草短周期(红豆草→小麦→小麦+红豆草)轮作制度及茬口年限对黑垆土纤维素分解菌数量和分解强度的影响。结果表明:轮作制度及茬口年限对黑垆土纤维素分解菌数量的影响程度大于分解强度。纤维素分解菌数量呈现显著性差异变化,分别在粮草长周期轮作中第1年苜蓿茬和粮草短周期轮作中第2年小麦茬达到最高值,在粮草长周期轮作中马铃薯茬和粮草短周期轮作中第1年小麦茬达到最低值;纤维素分解强度在同一轮作制度中各茬口差异不显著,但换茬可提高分解强度;随着苜蓿和小麦种植年限延长,纤维素分解菌数量和分解强度均大致呈现降低趋势。红豆草茬纤维素分解菌数量低于苜蓿茬,但粮草短周期轮作更有利于提高黑垆土纤维素分解强度。     

黄土高原沟壑区苜蓿生产力及养分特性的研究

在长期定位试验的基础上,研究了黄土高原沟壑区粮草轮作中苜蓿产草量及其养分变化特性。结果表明,苜蓿产草量一年生最低,为8 763 kg/hm²,3年生产草量达到最高,为12 020 kg/hm²,4年生产草量为9 665 kg/hm²,开始出现下降。1年生苜蓿对氮、磷、 钾的吸收量最低,分别为218 kg/hm²,11 kg/hm²,105 kg/hm²,3年生苜蓿对磷、钾的吸收量最高,分别为23 kg/hm²和185 kg/hm²,比1年生苜蓿吸磷量高109.1%、吸钾量高76.2%;而4年生苜蓿对氮的吸收量最高,为351 kg/hm²,比1年生苜蓿吸氮高61%。土壤有机质、全氮和碱解氮含量逐年增加,有机质由15.60 g/kg增至18.26 g/kg,全氮由1.20 g/kg增至1.50 g/kg,碱解氮由64.74 mg/kg增至88.02 mg/kg;土壤全磷、速效磷及速效钾含量逐年下降,全磷由0.86 g/kg降至0.76 g/kg,速效磷由14.00 mg/kg降至9.27 mg/kg,速效钾由70.51 mg/kg降至54.35 mg/kg。建议在生产中施适量钾肥满足苜蓿高品质、高产量的需要。     

黄绵土长期定位试验中硝态氮剖面分布特征

对1982年建立的长期肥料定位试验的土壤剖面硝态氮含量变化进行分析.结果表明,经25 a种植冬小麦施用不同肥料后,土壤0～400 cm土层硝态氮含量差异显著,施N、NP、NPK在200cm出现累积峰,各处理在300 cm以下硝态氮含量显著减少(低于1.0 mg/kg).对于CK、和单施P处理的100 cm以下土壤因长期没有N肥的补给,作物的长期吸收利用,而趋于耗竭(低于1.0 mg/kg);单施N和NP配施处理0～400cm土壤剖面中的氮残留量高达1 323.3kg/hm2,是不施肥的23.3倍,NPK配施也达655.9kg/hm2,是不施肥的11.1倍;M处理的残留量维持在1 018.6～1 753.1 kg/hm2左右,与化肥处理相比残留量显著增加,M处理比CK处理、NM处理比N处理、NPM处理比NP处理和NPKM处理比NPK处理分别增加了93.1%、21.1%、32.5%和83.3%.单施N的硝态氮年残留率最大,相当于施肥量的48.6%;NP配施残留率33.6%,NPK为21.3%.M、NM、NPM和NPKM处理的硝态氮残留率分别为2.6%、33.2%、25.2%和22.8%.平衡施肥能显著减少硝态氮含量,相同施氮水平下,配施磷肥、钾肥、有机肥的硝态氮残留率显著减少.