黄土高原半干旱区土壤生物性质对苜蓿种植年限和种植体系的响应

发布时间：2020-05-17 02:52

【摘要】：本研究依托黄土高原雨养农业区长期定位试验,探讨了不同种植年限苜蓿以及粮草种植体系土壤微生物碳源利用特征。不同种植年限试验包括6a、13a、15a生苜蓿,粮草种植体系试验设置连作苜蓿(LC)、苜蓿-休闲(LF)、苜蓿-休闲-小麦(LFW)、苜蓿-休闲-玉米(LFM)、苜蓿-马铃薯(LP)、苜蓿-谷子(LMi)。通过探讨不同种植年限苜蓿和不同粮草种植体系土壤有机碳、全氮、微生物量碳、氮、土壤相关酶活性,并运用基于BIOLOG-ECO微平板技术探究了土壤微生物功能多样性对苜蓿种植年限和种植体系的响应,以期为黄土高原雨养区苜蓿土壤质量评价与健康管理提供微生物参数,亦可为苜蓿草地的可持续利用和适宜种植体系的建立提供理论依据。本研究主要结果如下:(1)不同种植年限苜蓿土壤有机碳(total organic carbon,TOC)与微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)的变化规律间存在差异,土壤有机碳大小为13a6a15a,13a比6a提高了0.84%,13a比15a提高82.44%;微生物量碳为6a13a15a,6a比13a提高了37.41%,6a比15a提高54.44%。不同粮草种植体系研究表明,0~60cm土壤总有机碳含量差异显著。与苜蓿连作相比,苜蓿耕翻种植粮食作物后耕层土壤有机碳降低1.67%~12.77%,微生物量碳降低了0.11%~23.09%。(2)土壤全氮(total nitrogen,TN)与微生物量氮(microbial biomass nitrogen,MBN)含量随土层的加深,均呈现下降趋势。土壤全氮、微生物量氮在不同种植年限苜蓿之间均存在显著差异。TN在0~60cm土层范均表现为13a15a6a,13a比6a提高8.14%~15.20%,15a比6a提高2.21%~5.88%。在0~60cm范围内MBN呈现出6a13a15a,6a比13a提高22.90%~51.49%,13a比15a提高3.30%~24.66%。(3)随苜蓿种植年限延长,土壤碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性均呈现降低趋势,且不同年限之间差异显著。(4)Biolog分析表明,在0~60cm土壤剖面,随着土层的加深,微生物代谢明显降低。其中6a苜蓿平均孔颜色变化率(Average well color development,AWCD)值高于13a、15a两组处理,且随土壤深度增加显著减小。不同种植系统下耕层0~30cm土层LC和LF的AWCD值明显高于其余处理;土层30~60cm土壤剖面,AWCD值显示为LFM最高,而LC大于LP、LM处理,同时又小于LFM、LF和LFW处理。(5)不同种植年限苜蓿耕层0~30cm土壤微生物多样性指数(H)、均匀度指数(U)和碳源利用丰富度指数(S)处理间均无差异显著;30~60cm土层微生物多样性指数(H)和碳源利用丰富度指数(S)表现为6a最高,与15a存在显著差异。粮草种植体系研究表明,苜蓿连作和苜蓿休闲保持了较高AWCD值、Shannon指数(H)、均匀度指数(U)及丰富度指数(S),体现了较强的碳源利用能力。(6)主成分分析表明,不同种植年苜蓿土壤微生物碳源利用特征不同。苜蓿种植降低了土壤微生物对碳水化合物、氨基酸类碳源的代谢强度,并增加了对羧酸类、聚合物类、酚酸类和胺类碳源的利用。与苜蓿连作相比,苜蓿后茬持续种植粮食作物提高了微生物对羧酸类碳源的利用,降低了对氨基酸类碳源的代谢强度。(7)碳水化合物和羧酸类碳源可作为区分不同种植年限苜蓿土壤微生物利用的敏感碳源。碳水化合物和氨基酸类碳源可作为区分黄土高原雨养农业区不同种植体系差异的敏感碳源。
【图文】：

微生物量碳,有机碳,土层,农田

注：不同字母分别表示相同土层下不同处理间 0.05 水平下的差异显著性（P＜0.05），下同。Note: Different lowercase letters represent significant among different treatments at (P＜0.05) level. Thesame as below.图 1 不同土层中土壤有机碳和微生物量碳的含量变化Fig.1 Changes of soil total organic carbon and microbial biomass carbon in different soil layers3.1.2 土壤全氮和微生物量氮由图 2 可知，随着土层增加，TN、MBN 含量均呈现下降趋势。TN 在 0~60cm 范围内表现为：13a>15a>6a>农田，苜蓿 13a 显著高于其余处理，13a 比 15a、6a 和农田分别提高了 5.80%~8.80%、8.14%~15.20%，22.23%~28.18%。在 0~60cm 范围内 MBN 均呈现出 6a>13a>15a>农田，苜蓿 6a 与 13a、15a 和农田之间差异显著，苜蓿 6a 比 13a、15a和农田提高了 9.04%~10.10%、13.68%~30.85%、18.72%~35.14%。

土层,农田,甘肃农业大学,苜蓿种植

甘肃农业大学 2019 届硕士学位论文3.1.3 土壤酶活性3.1.3.1 土壤过氧化氢酶活性随着土层增加，，过氧化氢酶活性降低。各不同的处理间差异显著（P＜0.05）。在整个土壤剖面内，过氧化氢酶活性均表现为：13a>15a>6a>农田，各不同年限苜蓿间差异显著（P＜0.05），13a 比 15a、6a 和农田提高了 4.35%~5.74%、9.26%~10.81%、5.86%~12.98%。随着苜蓿种植时间的变化，土壤中过氧化氢酶活性先上升后降低。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S541;S154.4

【参考文献】