土壤團(tuán)聚體組成及耕作方式對微生物區(qū)系分布的影響.pdf

1、土壤是至關(guān)重要且有限的自然資源，是農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)要素，但土壤中發(fā)生的許多生物與生物化學(xué)過程，迄今為止都還是一個“黑箱”、土壤是由不同粒級的土壤顆粒組成，研究微生物群落在土壤結(jié)構(gòu)體內(nèi)的分布(或分異)是打開這個黑箱的第一步。了解微生物在土壤結(jié)構(gòu)內(nèi)的分布對于預(yù)測相關(guān)的生化過程如N的礦化、反硝化、生物固氮、C、N循環(huán)、土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及土壤中有機(jī)污染物的降解等都是至關(guān)重要的。本研究立足于西南大學(xué)國家紫色土肥力定位監(jiān)測點(diǎn)，研究了長期(

2、18年)壟作免耕、常規(guī)輪作和冬水稻田三種不同耕作方式下，不同粒級土壤團(tuán)聚體中幾種微生物的區(qū)系分布模式以及他們一些的作用機(jī)理，初步探討了土壤團(tuán)聚體中微生物與氮素循環(huán)的相互作用關(guān)系。通過研究，取得了以下結(jié)果： (1)三種耕作下，壟作免耕土樣分形維數(shù)最低，分別比常規(guī)輪作和冬水稻田低0.449，0.322；同時壟作免耕土樣容重分別比常規(guī)輪作和冬水稻田高0.04和0.107。不同粒級土壤團(tuán)聚體的組成中，＞4.76 mm粒級的土壤團(tuán)聚體百分

3、含量相對較高，壟作免耕土樣＞4.76 mm粒級團(tuán)聚體的百分含量相對更高，接近總量的40％；冬水稻田土樣小粒徑土壤團(tuán)聚體比重明顯提高，各級土壤團(tuán)聚體有趨向一致的趨勢。 (2)土壤有機(jī)質(zhì)在水穩(wěn)性團(tuán)聚體中具有相似的分布模式，耕作方式對其分布模式無明顯影響。2.0-0.25 mm粒級土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他粒級，＜0.053 mm粒級粉砂與粘粒組分中有機(jī)質(zhì)含量最少，二者相差3-4倍。壟作免耕和冬水稻田土樣中有機(jī)質(zhì)含量較高，大部

4、分粒級明顯高于常規(guī)輪作；同時，常規(guī)輪作下不同大小土壤團(tuán)聚體之間有機(jī)質(zhì)含量差異減小，趨向一致。 (3)三種耕作方式下，全氮、有效氮、微生物體氮、NO-3—N含量及脲酶活性在土壤團(tuán)聚體中分別具有相似的分布模式。全氮、有效氮和微生物體氮含量主要分布在＞0.25 mm粒級的大團(tuán)聚體中，脲酶活性在2.0-0.25 mm粒級團(tuán)聚體中最高，NH+4—N和NO-3—N在＞2.0mm粒級團(tuán)聚體中的含量均比其它粒級高。壟作免耕下各級團(tuán)聚體中全氮、有

5、效氮及微生物體氮含量均高于冬水稻田，其中常規(guī)輪作土樣中含量最低。脲酶活性和無機(jī)氮(NH+4—N和NO-3—N)在壟作免耕和冬水稻田土樣中含量均較高，且高于常規(guī)輪作。 (4)三種耕作方式下，壟作免耕和冬水稻田土樣團(tuán)聚體中微生物生物量碳具有相同的分布模式，大粒徑(＞1.0 mm)團(tuán)聚體中微生物生物量碳基本高于小粒徑團(tuán)聚體，其中壟作免耕土樣2.0-1.0 mm粒級團(tuán)聚體中微生物生物量碳達(dá)到1025 mg/kg，明顯高于其它粒級；常規(guī)輪

6、作中微生物生物量碳隨團(tuán)聚體粒級的減小而基本呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。土壤微生物生物量氮在常規(guī)輪作和壟作免耕土樣4.76-0.25mm粒徑之間的幾個粒級團(tuán)聚體中分布較高，但冬水稻田土樣＜0.25 mm和4.76-0.25 mm粒徑的各土壤團(tuán)聚體中微生物生物量氮均較高。本研究還發(fā)現(xiàn)壟作免耕顯著增加了團(tuán)聚體中微生物生物量碳和氮；常規(guī)輪作土樣各級團(tuán)聚體間微生物生物量分布趨向一致，差異明顯減小。 (5)真菌生物量和細(xì)菌生物量在土壤團(tuán)聚體中分別具

7、有相似的分布模式，耕作管理措施對其分布模式影響不明顯。不同粒級團(tuán)聚體中，大團(tuán)聚體(＞0.25 mm)中真菌生物量較高，特別是團(tuán)聚體4.76-2.0 mm粒級中真菌生物量更高，微團(tuán)聚體(0.25-0.053 mm)中真菌生物量最低，前者是后者的5-6倍。不同粒級團(tuán)聚體中細(xì)菌生物量呈波浪式變化，2.0-1.0 mm粒級最高，其次為＜0.053mm粒級。 (6)三種耕作方式下，2.0-0.25 mm與＜0.053 mm粒級團(tuán)聚體中硝化

8、細(xì)菌個數(shù)均較高，0．25-0.053mm粒級較??；＞2.0 mm粒級硝化細(xì)菌活性明顯高于其它幾個粒級；＞2.0 mm和＜0.053mm粒級團(tuán)聚體中呈現(xiàn)出較高的硝化強(qiáng)度。本研究也表明壟作免耕和冬水稻田土壤團(tuán)聚體中硝化細(xì)菌數(shù)及硝化強(qiáng)度普遍高于常規(guī)輪作，其中冬水稻田土樣中硝化細(xì)菌數(shù)是常規(guī)輪作的2.5倍，冬水稻田土樣中硝化作用強(qiáng)度是常規(guī)輪作1.72倍。 (7)不同粒級土壤團(tuán)聚體中微生物量氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在土壤礦化過程中分別具有相似的變

9、化趨勢。在培養(yǎng)過程中，微生物量氮先增加，再減小，然后趨于穩(wěn)定，同時2.0-0.25mm粒級團(tuán)聚體中微生物量氮最高，但變化幅度相對較小，只有15％左右；礦化過程中，銨態(tài)氮總量逐漸增大，但礦化速率逐漸降低；硝態(tài)氮總量先逐漸增高，21天時達(dá)到最大后呈現(xiàn)減少的趨勢，礦化速率的變化也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；2.0-0.25 mm粒級團(tuán)聚體中NH4+-N和NO3--N礦化速率最大。 不同的耕作方式對土壤團(tuán)聚體中礦化過程中微生物量氮、銨態(tài)氮和

10、硝態(tài)氮的變化模式具有一定的影響，常規(guī)輪作和冬水稻田土壤團(tuán)聚體中微生物量氮在培養(yǎng)7天后出現(xiàn)最高值，而壟作免耕土樣團(tuán)聚體中微生物量氮在培養(yǎng)14后才表現(xiàn)出最高。在此培養(yǎng)過程，壟作免耕土壤團(tuán)聚體中微生物量氮相對較高，分別是冬水稻田和常規(guī)輪作的1.6倍和1.4倍。壟作免耕土樣團(tuán)聚體中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮變化幅度和礦化速率都相對較高，明顯高于常規(guī)輪作土樣。 (8)不同粒級團(tuán)聚體中微生物量氮、全氮和有效氮量具有明顯的季節(jié)變化，每種耕作土壤團(tuán)聚體中都