耕作方法和保水剂对黄绵土特性及冬小麦产量水氮利用的影响

摘要

通过研究半湿润区不同耕作制度下冬小麦水氮利用特征、土壤细菌多样性和群落结构的变化规律，为优化该地区农田耕作方式，促进土壤有益微生物群构建和提高土壤资源利用率等提供依据。本文研究旋耕(X100)、深翻+旋耕(F100)、深松+旋耕(S100)、深松结合保水剂(Super absorbent polymers，SAPs)+旋耕(B100)、深松不施肥(S0)对冬小麦田的土壤理化性质、冬小麦生长状况及产量构成、水氮利用效率的影响，并采用高通量测序平台，分析收获期耕层细菌的群落结构变化与土壤理化性质、冬小麦根长密度的相关性。主要结论如下: 深松显著降低了10～45cm土层的紧实度，提高了0～40cm土层的田间持水量和饱和含水量，较旋耕处理分别提高了33.4％和30.9％。深松和增施保水剂均显著提高了拔节期和收获期的铵态氮含量，较深翻和旋耕要高出65.4％～134.3％，显著降低中上层土壤和收获期深层土的硝态氮含量。 保水剂和深松均能显著地提高冬小麦的出苗率、有效穗数、成穗率、叶面积指数和干物质量。深松也显著提高了冬小麦拔节期30cm以下根长密度（较深翻和旋耕高出80.2％～104.2％），促进了孕穗期70cm以上土层的根系发育（高出1.90～2.39倍），增强了开花期40cm以上根系分布（高出39.2％～80.9％）。深松处理的产量较其他处理平均提高11.2％～15.5％。 深松结合保水剂的水分利用效率(WUEY)较深松、深翻、旋耕分别提高7.1％、9.1％、8.8％;深松处理的WUEY比深翻和旋耕分别平均增高4.6％和6.2％。深松处理的氮素吸收效率(NUPE)和氮肥当季利用率(NUTE)比旋耕处理平均增幅分别为30.4％和20.3％。 深松会降低10～20cm的细菌丰度和多样性。深松增加了耕层硝化螺旋菌目、根瘤菌目、伯克霍尔德氏菌目和一些典型氨化细菌（如假单胞菌属和沙雷氏菌属）的相对丰度，也显著降低了典型反硝化细菌（如红螺菌目和芽孢杆菌属）的相对丰度，平均分别降低了58.2％和92.5％。耕层pH、铵态氮、硝态氮含量对细菌群落结构的影响最显著，根长密度与根瘤菌目、伯克霍尔德氏菌目、假单胞菌属、沙雷氏菌属的相对丰度及铵态氮含量呈极显著正相关关系，与红螺菌目、亚硝化单胞菌目的相对丰度及硝态氮含量呈极显著负相关关系。 总之，深松及与保水剂结合施用能降低土壤紧实度，减少犁底层厚度，提高土壤持水量，增加土壤铵态氮含量和硝态氮的消耗量，促进冬小麦生长和根系向深处下扎，提高水分利用效率、氮素吸收效率、氮肥当季利用率，有利于提高作物产量。另外，深松虽然降低了耕层土壤细菌的多样性，但明显增加了生物固氮菌、氨化细菌、硝化细菌的数量，减少了反硝化细菌作用引起的氮素损失。