【摘要】：在旱作農(nóng)區(qū)傳統(tǒng)谷物種植系統(tǒng)中復(fù)種、輪作飼草作物,可充分利用夏秋雨熱資源,提高土地生產(chǎn)力并改善土壤環(huán)境。為闡明隴東旱塬不同糧草復(fù)種、輪作下土壤微生物群落特征及其影響因素,本研究于2015-2017年在蘭州大學(xué)慶陽黃土高原試驗(yàn)站大田試驗(yàn)條件下,以休閑(F-F-F)為對(duì)照,設(shè)置冬麥(Triticum aestivum)連作(W-F-W)、冬麥-飼用油菜(Brassica campestris)-冬麥(W-R-W)、冬麥-箭{H豌豆(Vicia sativa)-冬麥(W-V-W)、冬麥-苜蓿(Medicago sativa)-苜蓿(W-L-L)、冬麥-休閑-玉米(Zea mays)(W-F-M)、冬麥-飼用油菜-玉米(W-R-M)和冬麥-箭{H豌豆-玉米(W-V-M)7個(gè)復(fù)種、輪作模式,測(cè)定了輪作序列末期作物的產(chǎn)量和耕層土壤養(yǎng)分,采用Hiseq平臺(tái)測(cè)定了土壤微生物群落組成及多樣性,以揭示糧草輪作系統(tǒng)下作物-土壤-微生物關(guān)系。研究得到以下主要結(jié)果:1、冬麥連作和冬麥-玉米輪作在夏季復(fù)種飼用油菜、箭{H豌豆后,冬麥、玉米秸稈產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量保持穩(wěn)定,W-R-W和W-V-W復(fù)種系統(tǒng)總產(chǎn)量較W-F-W分別提高6.62%和13.27%;W-R-M和W-V-M復(fù)種系統(tǒng)總產(chǎn)量較W-F-M分別提高25.24%和53.36%(P0.05)。不同作物復(fù)種、輪作飼草模式下耕層土壤硝態(tài)氮(NO_3-N)、銨態(tài)氮(NH_4-N)和土壤水分利用率提高。復(fù)種飼用油菜模式下土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)、全氮(TN)含量提高。2、Hiseq平臺(tái)技術(shù)檢測(cè)結(jié)果表明,在各糧草輪作模式中土壤優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門為Proteobacteria、Actinobacteria和Firmicutes;在屬水平土壤細(xì)菌群落組成以Arthrobacter、Sphingomonas、Bacillus和Bryobacter菌為主,種水平以Bradyrhizobium_elkanii、Phyllobacterium_myrsinacearum、Klebsiella_variicola和Nitrospira_japonica菌為主,它們均為參與土壤氮素轉(zhuǎn)化、固氮和溶磷相關(guān)細(xì)菌。W-F-W模式中特異菌Xanthomonas是小麥黑穎病致病菌;Pseudomonas.fluorescens能有效防控小麥全蝕病。飼用油菜參與的輪作中土壤特異菌Exiguobacterium和Pseudomonas syringae,前者可以抑制立枯絲核菌群引起油菜根腐病,后者可引起十字花科蔬菜細(xì)菌性黑斑病。在箭{H豌豆加入的輪作中,土壤特異菌群功能以參與土壤氮循環(huán)為主,如Candidatus_Nitrotoga、Flavisolibacter、Acinetobacter和Gemmatimonas等。W-L-L模式中土壤特異菌與固氮相關(guān),且是冬麥等作物病害的生防菌,如Fimbriimonas、Anaeromyxobacter和Paenibacillus。7個(gè)復(fù)種、輪作模式中,以W-R-W和W-F-M輪作模式土壤細(xì)菌群落Alpha多樣性最高。3、各糧草輪作模式下土壤優(yōu)勢(shì)真菌門為Ascomycota、Zygomycota和Basidiomycota。屬水平土壤真菌群落組成以Gibberella、Fusarium和Mortierella為主;種水平以Gibberella intrican、Gibberella acuminata和Mortierella alpina為主,它們多引起植物真菌病害。連續(xù)休閑下特異真菌為植物病原菌Phytophthora。W-F-W土壤中所見特異菌Gaeumannomyces和Camarosporium、W-F-M中特異菌Ascochyta,分別可導(dǎo)致谷類作物黑斑病、穗枯病和褐斑病。飼用油菜加入的復(fù)種輪作中,可見Alternaria、Leptosphaeria和Verticillium等致病菌,是引起油菜黑腳病、黑脛病的病原真菌。箭{H豌豆復(fù)種輪作中所見Chrysosporium,其功能參與氮代謝,有助于后茬作物對(duì)赤霉病菌產(chǎn)生抗性。在W-L-L輪作中特異真菌Colletotrichum與豆科植物炭疽病或黑斑病發(fā)生有關(guān),青霉菌Penicillium可做抗生菌肥,可拮抗侵染豆科作物的核盤菌。從多樣性來看,以W-R-W和W-F-M輪作模式土壤的真菌群落Alpha多樣性最低,細(xì)菌/真菌值最高,說明該模式土壤健康狀態(tài)相比之下最好。4、土壤細(xì)菌、真菌群落物種豐度均與全氮(TN)、土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)、全磷(TP)、銨態(tài)氮(NH_4-N)、硝態(tài)氮(NO_3-N)、速效磷(AP)含量和pH值相關(guān),冬麥-飼草復(fù)種、輪作和冬麥-飼草-玉米輪作中的土壤養(yǎng)分因子對(duì)土壤細(xì)菌物種分布解釋貢獻(xiàn)值分別為52.42%和70.09%,對(duì)土壤真菌物種分布解釋分別為44.29%和46.49%。冬麥飼草復(fù)種、輪作模式土壤細(xì)菌物種分布主要與SOM、NH_4-N含量和pH相關(guān)(R=0.31),其中SOM對(duì)其的影響極顯著(P=0.0005);真菌群落物種分布與NH_4-N和pH極顯著相關(guān)(R=0.29,P=0.0005)。冬麥-飼草-玉米不同輪作模式土壤細(xì)菌、真菌物種分布顯著受TN含量影響(P=0.0005、P=0.007)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S154.3;S158
【圖文】：

圖 3-9 冬麥飼草復(fù)種、輪作土壤細(xì)菌 Veen 圖Fig.3-9 Venn diagram of bacterial under wheat forge rotations 3-10 可以看出，在 OTU 水平，冬麥-飼草-玉米 4 個(gè)輪作

圖 3-10 冬麥-飼草-玉米土壤細(xì)菌 Veen 圖ig.3-10 Venn diagram of bacterial under wheat-forge-maize rotatio細(xì)菌聚類樹

29圖 3-11 冬麥飼草復(fù)種、輪作土壤細(xì)菌門水平群落聚類分析Fig.3-11 UniFrac UPGMA cluster analysis of bacterial communities at phylum level underwheat forge rotation

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