陇东旱塬不同粮草轮作模式下土壤微生物群落特征及土壤养分的研究

发布时间：2020-08-12 00:08

【摘要】：在旱作农区传统谷物种植系统中复种、轮作饲草作物,可充分利用夏秋雨热资源,提高土地生产力并改善土壤环境。为阐明陇东旱塬不同粮草复种、轮作下土壤微生物群落特征及其影响因素,本研究于2015-2017年在兰州大学庆阳黄土高原试验站大田试验条件下,以休闲(F-F-F)为对照,设置冬麦(Triticum aestivum)连作(W-F-W)、冬麦-饲用油菜(Brassica campestris)-冬麦(W-R-W)、冬麦-箭{H豌豆(Vicia sativa)-冬麦(W-V-W)、冬麦-苜蓿(Medicago sativa)-苜蓿(W-L-L)、冬麦-休闲-玉米(Zea mays)(W-F-M)、冬麦-饲用油菜-玉米(W-R-M)和冬麦-箭{H豌豆-玉米(W-V-M)7个复种、轮作模式,测定了轮作序列末期作物的产量和耕层土壤养分,采用Hiseq平台测定了土壤微生物群落组成及多样性,以揭示粮草轮作系统下作物-土壤-微生物关系。研究得到以下主要结果:1、冬麦连作和冬麦-玉米轮作在夏季复种饲用油菜、箭{H豌豆后,冬麦、玉米秸秆产量、籽粒产量保持稳定,W-R-W和W-V-W复种系统总产量较W-F-W分别提高6.62%和13.27%;W-R-M和W-V-M复种系统总产量较W-F-M分别提高25.24%和53.36%(P0.05)。不同作物复种、轮作饲草模式下耕层土壤硝态氮(NO_3-N)、铵态氮(NH_4-N)和土壤水分利用率提高。复种饲用油菜模式下土壤有机质(SOM)、全氮(TN)含量提高。2、Hiseq平台技术检测结果表明,在各粮草轮作模式中土壤优势细菌门为Proteobacteria、Actinobacteria和Firmicutes;在属水平土壤细菌群落组成以Arthrobacter、Sphingomonas、Bacillus和Bryobacter菌为主,种水平以Bradyrhizobium_elkanii、Phyllobacterium_myrsinacearum、Klebsiella_variicola和Nitrospira_japonica菌为主,它们均为参与土壤氮素转化、固氮和溶磷相关细菌。W-F-W模式中特异菌Xanthomonas是小麦黑颖病致病菌;Pseudomonas.fluorescens能有效防控小麦全蚀病。饲用油菜参与的轮作中土壤特异菌Exiguobacterium和Pseudomonas syringae,前者可以抑制立枯丝核菌群引起油菜根腐病,后者可引起十字花科蔬菜细菌性黑斑病。在箭{H豌豆加入的轮作中,土壤特异菌群功能以参与土壤氮循环为主,如Candidatus_Nitrotoga、Flavisolibacter、Acinetobacter和Gemmatimonas等。W-L-L模式中土壤特异菌与固氮相关,且是冬麦等作物病害的生防菌,如Fimbriimonas、Anaeromyxobacter和Paenibacillus。7个复种、轮作模式中,以W-R-W和W-F-M轮作模式土壤细菌群落Alpha多样性最高。3、各粮草轮作模式下土壤优势真菌门为Ascomycota、Zygomycota和Basidiomycota。属水平土壤真菌群落组成以Gibberella、Fusarium和Mortierella为主;种水平以Gibberella intrican、Gibberella acuminata和Mortierella alpina为主,它们多引起植物真菌病害。连续休闲下特异真菌为植物病原菌Phytophthora。W-F-W土壤中所见特异菌Gaeumannomyces和Camarosporium、W-F-M中特异菌Ascochyta,分别可导致谷类作物黑斑病、穗枯病和褐斑病。饲用油菜加入的复种轮作中,可见Alternaria、Leptosphaeria和Verticillium等致病菌,是引起油菜黑脚病、黑胫病的病原真菌。箭{H豌豆复种轮作中所见Chrysosporium,其功能参与氮代谢,有助于后茬作物对赤霉病菌产生抗性。在W-L-L轮作中特异真菌Colletotrichum与豆科植物炭疽病或黑斑病发生有关,青霉菌Penicillium可做抗生菌肥,可拮抗侵染豆科作物的核盘菌。从多样性来看,以W-R-W和W-F-M轮作模式土壤的真菌群落Alpha多样性最低,细菌/真菌值最高,说明该模式土壤健康状态相比之下最好。4、土壤细菌、真菌群落物种丰度均与全氮(TN)、土壤有机质(SOM)、全磷(TP)、铵态氮(NH_4-N)、硝态氮(NO_3-N)、速效磷(AP)含量和pH值相关,冬麦-饲草复种、轮作和冬麦-饲草-玉米轮作中的土壤养分因子对土壤细菌物种分布解释贡献值分别为52.42%和70.09%,对土壤真菌物种分布解释分别为44.29%和46.49%。冬麦饲草复种、轮作模式土壤细菌物种分布主要与SOM、NH_4-N含量和pH相关(R=0.31),其中SOM对其的影响极显著(P=0.0005);真菌群落物种分布与NH_4-N和pH极显著相关(R=0.29,P=0.0005)。冬麦-饲草-玉米不同轮作模式土壤细菌、真菌物种分布显著受TN含量影响(P=0.0005、P=0.007)。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S154.3;S158
【图文】：

饲草,冬麦,土壤细菌,复种

图 3-9 冬麦饲草复种、轮作土壤细菌 Veen 图Fig.3-9 Venn diagram of bacterial under wheat forge rotations 3-10 可以看出，在 OTU 水平，冬麦-饲草-玉米 4 个轮作

土壤细菌,饲草,冬麦,玉米

图 3-10 冬麦-饲草-玉米土壤细菌 Veen 图ig.3-10 Venn diagram of bacterial under wheat-forge-maize rotatio细菌聚类树

土壤细菌,饲草,群落聚类,复种

29图 3-11 冬麦饲草复种、轮作土壤细菌门水平群落聚类分析Fig.3-11 UniFrac UPGMA cluster analysis of bacterial communities at phylum level underwheat forge rotation

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