土壤團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)的基礎要素，但土壤中發(fā)生的許多生物與生物化學過程，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構體內的分布(或分異)是打開這個黑箱的第一步。了解微生物在土壤結構內的分布對于預測相關的生化過程如N的礦化、反硝化、生物固氮、C、N循環(huán)、土壤結構的穩(wěn)定性以及土壤中有機污染物的降解等都是至關重要的。本研究立足于西南大學國家紫色土肥力定位監(jiān)測點，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理，初步探討了土壤團聚體中微生物與氮素循環(huán)的相互作用關系。通過研究，取得了以下結果： (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。不同粒級土壤團聚體的組成中，＞4.76 mm粒級的土壤團聚體百分

3、含量相對較高，壟作免耕土樣＞4.76 mm粒級團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聚體比重明顯提高，各級土壤團聚體有趨向一致的趨勢。 (2)土壤有機質在水穩(wěn)性團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粒級土壤團聚體中有機質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質含量最少，二者相差3-4倍。壟作免耕和冬水稻田土樣中有機質含量較高，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聚體之間有機質含量差異減小，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粒級的大團聚體中，脲酶活性在2.0-0.25 mm粒級團聚體中最高，NH+4—N和NO-3—N在＞2.0mm粒級團聚體中的含量均比其它粒級高。壟作免耕下各級團聚體中全氮、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)團聚體中微生物生物量碳基本高于小粒徑團聚體，其中壟作免耕土樣2.0-1.0 mm粒級團聚體中微生物生物量碳達到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聚體中微生物生物量碳和氮；常規(guī)輪作土樣各級團聚體間微生物生物量分布趨向一致，差異明顯減小。 (5)真菌生物量和細菌生物量在土壤團聚體中分別具

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。不同粒級團聚體中，大團聚體(＞0.25 mm)中真菌生物量較高，特別是團聚體4.76-2.0 mm粒級中真菌生物量更高，微團聚體(0.25-0.053 mm)中真菌生物量最低，前者是后者的5-6倍。不同粒級團聚體中細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粒級團聚體中硝化

8、細菌個數(shù)均較高，0．25-0.053mm粒級較??；＞2.0 mm粒級硝化細菌活性明顯高于其它幾個粒級；＞2.0 mm和＜0.053mm粒級團聚體中呈現(xiàn)出較高的硝化強度。本研究也表明壟作免耕和冬水稻田土壤團聚體中硝化細菌數(shù)及硝化強度普遍高于常規(guī)輪作，其中冬水稻田土樣中硝化細菌數(shù)是常規(guī)輪作的2.5倍，冬水稻田土樣中硝化作用強度是常規(guī)輪作1.72倍。 (7)不同粒級土壤團聚體中微生物量氮、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，每種耕作土壤團聚體中都