减量施氮对玉米/大豆套作系统土壤细菌群落及温室气体排放的影响

摘要

氮肥是农作物生长必不可少的营养元素，过量的氮肥施用带来作物产量提高的做法不仅增加了农业生产成本，还会对土壤环境、大气环境造成影响。玉米/大豆套作能使土壤养分资源高效吸收利用，土壤氮素循环得到改善，显著提高玉米、大豆的氮肥利用率。本试验采用二因素裂区试验的方法，主因素为种植模式，副因素为施氮量，研究玉米/大豆套作系统中减少氮肥的施用是否能够保障玉米套作系统的的总产量，以及植株吸氮量的变化特征，减量施氮下玉米/大豆套作系统的土壤养分含量、酶活性及细菌群落结构及多样性的变化特征以及温室气体排放特征。
　　主要研究结果如下:
　　1、不同种植模式及施氮量对作物产量以及植株吸氮量的影响
　　套作玉米(IM)产量比单作玉米(MM)产量高4.65％，套作玉米产量以常量施氮(CN)最高。套作大豆产量比单作大豆高15.92％。套作大豆下常量施氮和减量施氮(RN)分别比不施氮(NN)高46.23％和24.97％。与玉米单作相比，套作玉米的玉米茎叶吸氮量在两年间平均提高了22.59％，籽粒吸氮量增加了1.78％。各施氮水平下，MM下玉米茎叶吸氮量以CN为最高，IM下玉米的茎叶、籽粒吸氮量均为减量施氮＞常量施氮＞不施氮。与单作大豆(SS)相比，套作大豆(IS)的大豆茎叶降低了6.28％，籽粒提高了0.95％。不同的施氮水平下，大豆单套作下的茎叶吸氮量及籽粒吸氮量均以RN最高。
　　2、不同种植模式及施氮量对土壤理化性质的影响
　　与玉米单作相比，套作玉米的土壤全氮含量两年平均增加了20.54％，MM的土壤全氮以RN为最高，比NN和CN的两年平均提高22.56％和7.49％。IS的土壤全氮含量相较于SS两年平均增加了7.56％，各施氮水平下，大豆单套作下的大豆土壤总氮含量均以RN为最高。IM的土壤有机质含量均高于玉米单作，玉米单套作下的有机质含量以RN为最高，IS的土壤有机质含量均高于大豆单作，各施氮量下，大豆单作以RN为最高。单套作下玉米大豆的土壤速效磷含量比相应单作高，在不同氮水平下，玉米单套作和套作大豆的土壤速效磷含量是以RN最高。玉米套作的土壤pH与玉米单作相比表现为IM＜MM，玉米单作下以NN为最高，大豆土壤pH表现为IS＜SS，大豆套作下以CN最高。
　　玉米根际土壤蛋白酶活性、脲酶活性和硝酸还原酶活性均为套作高于单作，IM比MM提高6.87％、27.86％和14％。玉米套作成熟期RN的土壤蛋白酶活性比NN和CN分别提高11.59％和14.69％;RN下的玉米土壤脲酶活性最高，玉米土壤硝酸还原酶活性RN比NN和CN高10.84％和5.14％。成熟期大豆土壤蛋白酶活性和土壤硝酸还原酶活性为IS比SS高，大豆脲酶活性表现为SS＞IS。单套作大豆的土壤蛋白酶活性和土壤脲酶活性都以RN为最高，土壤蛋白酶活性的RN比NN和CN分别提高11.24％和14.28％，土壤脲酶活性的RN比NN和CN分别提高8.44％和4.37％，IS下土壤硝酸还原酶活性RN比NN和CN高18.87％和21.15％。
　　玉米根际土壤细菌门水平下主要有变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、芽单胞菌门。各处理的放线菌门和变形菌门差异并不显著，单套作玉米的酸杆菌门占比比休闲处理高，芽单胞菌门和拟杆菌门的占比差异不大。在属水平下的大部分的细菌属属于norank，占比较多的细菌属为others。大豆根际土壤细菌门水平主要有变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、放线菌门、芽单胞菌门。IS的Shannon指数为NN＞CN＞RN。变形菌门的占比最大，IS、SS与CK的放线菌门差异显著，而套作大豆和单作大豆间的差异不显著。各处理的放线菌门的占比差异较大，表现为IS＞SS＞CK，IS和SS处理的酸杆菌门较CK低，绿弯菌门各处理的差异不大。
　　3、不同种植模式及施氮量下作物温室气体排放的变化
　　玉米CO2排放通量在IM和MM下表现为吸收汇，在NN下为IM＞MM，在1d、2d、10d和第20d下RN和CN下为IM＞MM。单套作下玉米CH4排放通量的变化规律表现一致，第10d和第20d取样为IM＞MM，其他取样时间的表现为MM＞IM。玉米N2O排放通量总体表现为玉米单作高于套作玉米。各施氮水平下，玉米单作CO2排放通量表现为NN＞RN＞CN，套作玉米的第3d取样前表现为CN＞RN＞NN，之后表现为RN＞CN＞NN。玉米单套作下的CH4和N2O排放通量均表现为CN＞RN＞NN。
　　大豆CO2排放通量总体表现为IS＞SS，大豆CH4排放通量在RN下表现为SS＞IS;N2O排放通量在RN和CN下大豆表现为SS＞IS。各施氮量下，大豆单套作下的CO2排放通量表现为NN＞CN＞RN;SS下CH4排放通量在表现为CN＞RN＞NN，在IS下表现为NN＞CN＞RN;N2O排放通量在SS下表现为CN＞RN＞NN。

目录

声明

摘要

英文缩略符号与中英文对照表

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2文献综述

1．2．1作物产量和植株吸氮量

1．2．2土壤理化性质研究

1．2．4温室气体排放

1．3主要研究内容

1．4本研究技术路线图

第二章材料与方法

2．1试验材料

2．2试验方案

2．3取样方法及测定

2．2．1植株取样方法及测定

2．2．2土壤取样方法及测定

2．2．3温室气体取样方法及测定

2．4数据处理

第三章结果与分析

3．1套作系统植株产量和养分吸收

3．1．1种植模式及施氮水平对玉米和大豆产量的影响

3．1．2不同种植模式与施氮量对植株吸氮量的影响

3．2套作系统土壤理化性状

3．2．1不同种植模式与施氮量对土壤理化性状的影响

3．2．2套作系统土壤酶活性

3．2．3玉米土壤细菌多样性

3．2．4大豆土壤细菌群落多样性分析

3．3种植模式与施氮对玉米温室气体排放的影响

3．3．1玉米CO2排放通量

3．3．2玉米CH4排放通量

3．3．3玉米N2O排放通量

3．4种植模式与施氮对大豆温室气体排放的影响

3．4．1大豆CO2排放通量

3．4．2大豆CH4排放通量

3．4．3大豆N2O排放通量

3．5相关性分析

3．5．1玉米土壤理化性质、植株吸氮量和土壤细菌的相关性分析

3．5．2大豆土壤理化性质、植株吸氮量和土壤细菌的相关性分析

第四章讨论

4．1减量施氮对玉米／大豆套作系统生产力的影响

4．2减量施氮对玉米／大豆套作系统土壤培肥效应的影响

4．2．1种植模式及施氮量对玉米／大豆套作系统土壤理化性质的影响

4．2．2种植模式及施氮量对玉米／大豆套作系统土壤酶活性的影响

4．2．3种植模式及施氮量对玉米大豆根际土壤细菌群落结构及多样性的影响

4．3减量施氮对玉米／大豆套作系统中的温室气体排放的影响

第五章结论

参考文献

致谢

作者简历