【摘要】：土壤固碳對提高土壤質(zhì)量、緩解氣候變化等問題至關(guān)重要,不同耕作措施與秸稈還田顯著影響土壤有機(jī)碳組分。然而,土壤固碳的主導(dǎo)機(jī)制尚不明確,從微生物的角度來探究土壤固碳問題,將更好地解釋土壤固碳的微生態(tài)機(jī)制,從而對提升土壤固碳潛能、提高作物產(chǎn)量具有重要指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)以華北平原最具代表性的冬小麥—夏玉米生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,基于14年長期定位保護(hù)性耕作和秸稈還田農(nóng)田(始于2002年),研究了常規(guī)翻耕(C)、深松(S)、旋耕(R)條件下秸稈還田(F)和秸稈不還田(0)對土壤基本理化性質(zhì)、有機(jī)碳組分、微生物群落、作物產(chǎn)量的影響,并探究了作物產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳組分變化的影響因素。主要研究結(jié)果如下:1耕作方式與秸稈還田對土壤有機(jī)碳組分的影響秸稈還田顯著提高了0-30 cm土層的總有機(jī)碳含量,土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為在0-15 cm土層中深松處理最高,而在15-30 cm土層中翻耕最高。秸稈還田在小麥、玉米的拔節(jié)期和灌漿期均顯著提高了微生物量碳含量,但顯著降低了收獲期的微生物量碳含量。土壤微生物量碳含量在0-15 cm土層中表現(xiàn)為,深松分別顯著高于翻耕和旋耕58.3%和22.2%,而在15-30 cm土層中表現(xiàn)為翻耕分別顯著高于深松和旋耕的6.9%和29.6%,深松顯著高于旋耕21.2%。在0-15 cm土層中,秸稈還田顯著提高了土壤可溶性有機(jī)碳含量,深松顯著高于翻耕和旋耕的7.3%和7.9%,但在15-30 cm土層中,翻耕顯著高于深松和旋耕7.5%和17.9%,深松顯著高于旋耕12.6%。2土壤有機(jī)碳組分的影響因素相對于秸稈不還田,秸稈還田僅顯著提高了土壤0-15 cm土層的含水量;與翻耕相比,深松與旋耕的平均土壤含水量分別顯著提高了11.8%和6.7%。秸稈還田僅顯著降低了0-15 cm土層的土壤容重,與常規(guī)翻耕相比,深松和旋耕均顯著降低了0-30cm的土壤容重。土壤pH值在0-15 cm土層中表現(xiàn)為酸性,與秸稈不還田相比,秸稈還田僅顯著提高了土壤0-15 cm土層pH值的1.7%,深松平均土壤pH值在15-30 cm土層為7.10,顯著高于翻耕和旋耕14.7%和9.4%。秸稈還田的平均土壤全氮含量比秸稈不還田顯著提高了15.6%,翻耕全氮含量在0-15 cm土層中顯著低于深松和旋耕,而在15-30 cm中顯著高于深松和旋耕�？傆袡C(jī)碳主要受總氮、容重、含水量的顯著影響,微生物量碳主要受總氮、含水量的顯著影響,可溶性有機(jī)碳主要受總氮的顯著影響。土壤含水量、容重、總氮、pH均顯著影響了土壤微生物群落功能和結(jié)構(gòu),較高的土壤容重對常無、旋無處理的微生物碳源代謝能力與微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了消極的影響,而較高的土壤含水量和總氮含量、適宜的pH值均顯著提高了深還處理的微生物碳源代謝能力與多樣性,也促使深還處理的微生物群落結(jié)構(gòu)向有利于有機(jī)碳組分積累的方向演變。土壤微生物群落進(jìn)而顯著影響了土壤有機(jī)碳組分�？傆袡C(jī)碳、微生物量碳、可溶性有機(jī)碳均與碳源代謝強(qiáng)度呈顯著的正相關(guān);土壤微生物菌門類豐度可以在一定程度上預(yù)測土壤有機(jī)碳組分的變化,總有機(jī)碳主要受變形菌門、疣微菌門的顯著影響,微生物量碳主要受變形菌門的顯著影響,可溶性有機(jī)碳主要受厚壁菌門的顯著影響;微生物基因功能豐度也可以預(yù)測有機(jī)碳組分的含量變化,土壤有機(jī)碳與SEED數(shù)據(jù)庫中與碳水化合物代謝途經(jīng)有關(guān)的CO_2固定代謝途徑呈顯著正相關(guān),土壤微生物量碳與糖類(L2)、主要碳水化合物代謝、一碳代謝各代謝途徑呈顯著正相關(guān),土壤可溶性有機(jī)碳與主要碳水化合物代謝、單糖、一碳代謝呈顯著正相關(guān)。3作物產(chǎn)量的影響因素深松與秸稈還田均顯著提高了小麥、玉米產(chǎn)量。以總有機(jī)碳(x_1)、微生物量碳(x_2)、可溶性有機(jī)碳(x_3)為自變量,以小麥產(chǎn)量(y_1)、玉米產(chǎn)量(y_2)為因變量,進(jìn)行雙重篩選逐步線性回歸分析,回歸方程如下y1(28).04 96x1(10).0433x2(r(28).086,p(27).001),y2(28)-10.3 9x2(10)11.167x3-0.088(r(28)0.999,p(27)0.01)小麥產(chǎn)量主要受總有機(jī)碳、微生物量碳的顯著影響;玉米產(chǎn)量主要受微生物量碳、可溶性有機(jī)碳的顯著影響。因此,深還處理是提高土壤固碳和保持較高微生物多樣性的最優(yōu)組合模式。深松與秸稈還田均可以顯著影響土壤基本理化性質(zhì),從而促使微生物群落功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變異,進(jìn)而影響了土壤有機(jī)碳組分的變化,最終顯著提高了作物產(chǎn)量。
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圖 1 0-15 cm 和 15-30 cm土層下不同處理的土壤含水量Fig. 1 The soil water content of different treatments in 0-15 cm and 15-30 cm soil layer注：WJ：小麥拔節(jié)期，WF：小麥灌漿期，WH：小麥?zhǔn)斋@期，MJ：玉米拔節(jié)期，MF：玉米灌漿期，MH：玉收獲期；CF：常還，C0：常無，SF：深還，S0：深無，RF：旋還，，R0：旋無。下同Note: WJ: Wheat jointing stage, WF: Wheat filling stage, WH: Wheat harvesting stage, MJ: Maize jointing stage, MMaize filling stage, MH: Maize harvesting stage; CF: Conventional tillage and full straw returning, C0: Convention

圖 2 0-15 cm 和 15-30 cm土層下不同處理的土壤容重Fig. 2 The bulk density of different treatments in 0-15 cm and15-30 cm soil layer3.1.3 耕作方式與秸稈還田對土壤 pH 的影響土壤 pH 值在小麥季與玉米季的整個生育期內(nèi)之間無顯著差異；兩季的土壤 p值從拔節(jié)期到收獲期呈現(xiàn)微弱的上升趨勢；15-30 cm 土層的 pH 值顯著高于 0-15 c
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S153.6;S154.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 JIA Zhongjun;Yakov KUZYAKOV;David MYROLD;James TIEDJE;;Soil Organic Carbon in a Changing World[J];Pedosphere;2017年05期

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本文編號：2685801