不同種類植物籬對紫色丘陵區(qū)坡耕地農(nóng)田生態(tài)的影響機制.pdf

1、本研究采用長期定位（8年）的方法，以紫花苜蓿(Medicago sativa)、香根草(Vetiver iazizaniodes)、紫穗槐(Amsopha fruticosa)、多變小冠花(Coronilla var ia)、蓑草(Eulaliopsisbinata)等植物為研究材料，對不同植物籬模式下的水土流失量、土壤養(yǎng)分在系統(tǒng)內(nèi)的空間再分配規(guī)律、植物籬種植系統(tǒng)的各組分間相互作用及能量利用關(guān)系、農(nóng)田節(jié)肢動物多樣性變化規(guī)律、微生物多樣性

2、變化規(guī)律等方面內(nèi)容開展深入研究，為植物籬農(nóng)作模式優(yōu)化、新模式創(chuàng)制提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.植物籬可以顯著減少泥沙流失量和徑流量，控制水土流失效果好、見效快；植物籬提升了整個系統(tǒng)能量產(chǎn)投比率，是提高四川丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)能效的有效措施。豆科飼草植物籬能為地面蜘蛛提供良好的避難場所，地面蜘蛛的活動密度在冬小麥生長季節(jié)均顯著高于對照，豐富了農(nóng)田蜘蛛多樣性；植物籬顯著增加了土壤細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量、土壤微生物量碳、氮，提高了

3、土壤氨化作用強度，降低了土壤硝化和亞硝化強度，同時，也豐富了農(nóng)田微生物遺傳多樣性。因此，飼草植物籬顯著改善了紫色丘陵農(nóng)區(qū)旱坡耕地的農(nóng)田生態(tài)，是適于該區(qū)域的可持續(xù)高效農(nóng)作模式。
　　 2.采用標(biāo)準(zhǔn)土壤侵蝕監(jiān)測小區(qū)和SW40型日記式水位計監(jiān)測不同植物籬模式下的水土流失量，植物籬可以顯著減少泥沙流失量和徑流量，8年共減少泥沙165.4-242.8t/hm2，在栽種植物籬的第二年，徑流減少63.0％-70.8％，泥沙減少79.1％-85

4、.7％，可見控制水土流失效果好、見效快。種植植物籬后土壤坡度減緩明顯，兩個地塊的小區(qū)坡度分別從原來的20°、13°減小為16°28′和17°11′、10°28′和11°5′。植物籬上部有明顯的泥沙堆積，香根草、紫花苜蓿、蓑草植物籬前土壤帶平均粘粒含量為29.6％、28.9％、33.1％，分別比帶間中部和籬下土壤高6.6％和6.5％、5.9％和9.3％、7.0％和15.0％（相對差異），土壤粘粒在籬前富積，籬下加劇侵蝕，粘粒的富積與侵蝕沿

5、等高線成水平帶狀分布。土壤有機質(zhì)、N、P等主要營養(yǎng)元素出現(xiàn)與土壤顆粒相同的分布規(guī)律，對K來說，其分布不受植物籬的影響。從土壤養(yǎng)分的絕對數(shù)量來看，P呈高度富積，香根草、紫穗槐、紫花苜蓿、蓑草植物籬區(qū)坡面平均全磷含量分別達(dá)0.105％、0.098％、0.096％、0.090％，分別比初始土壤全磷含量提高了54.1％、44.1％、35.2％、26.8％；而有機質(zhì)和K則是高度耗竭，所有處理的土壤有機質(zhì)含量較試驗初始時都有降低，其中1號地對照、香

6、根草、紫穗槐植物籬區(qū)平均降低了34.3％、25.8％、21.8％,2號地對照、紫花苜蓿、蓑草植物籬區(qū)平均降低了25％、21.9％、30.2％，鉀也表現(xiàn)出類似情況。
　　 3.通過連續(xù)2年的定位試驗，對坡度為8-20°的坡耕地“作物-植物籬”系統(tǒng)能流特征如能結(jié)構(gòu)、能效率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：①“作物-植物籬”系統(tǒng)產(chǎn)出能和輸入能的數(shù)量和結(jié)構(gòu)的變化主要受到植物篙子系統(tǒng)類型的影響，與大面積坡耕地傳統(tǒng)農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)如“小麥/花生（或玉米）

7、/甘薯”比較：由于果樹、草本等植物籬的冠層及根系在形態(tài)和空間分布上與作物的異質(zhì)性，形成了對光、熱、水、土、肥等資源的連續(xù)、多層次的利用，因此能有效提高系統(tǒng)的光能利用率、人工輸入能效率和耕地單位面積總產(chǎn)出能。香根草、紫穗槐、梨間作黃花模式的光能利用率分別提高24.62％、14.78％、15.60％;“作物-草本植物籬”的人工輸入能效率提高幅度達(dá)67.88％-102.32％;坡度越大，耕地單位面積總產(chǎn)出能相對增幅亦越大，1號地增幅為9.8％

8、-24.6％,2號地和3號地增幅為1.2％-15.61％。與對照相比，所有具有植物籬的種植模式都能極顯著減少無機能輸入能，減幅達(dá)30.0％-41.0％，這有利于降低化肥農(nóng)藥使用量，減少對環(huán)境的污染和破壞。②“作物-果樹類植物籬”系統(tǒng)輸入能總量和有機能輸入量大幅度增加，“作物-棗”、“作物-梨/黃花”、“作物-枇杷/黃花”系統(tǒng)輸入能和有機能分別增加21.6％和69.8％、43.7％和146.1％、43.5％和146.2％，因此有利子優(yōu)化輸

9、入能結(jié)構(gòu)，促進(jìn)坡地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和集約高效農(nóng)業(yè)發(fā)展。③選擇香根草、紫穗槐、小冠花、紫花苜蓿作為植物籬構(gòu)成的“作物-草本植物籬”系統(tǒng)，人工輔助能的輸入量大幅度下降，由于所需投入能少，有機能耗和無機能耗均低，人工輸入能效率很高而生物產(chǎn)量也較高，并且它們提高了與其間作的其他作物的能量產(chǎn)投比，其增幅分別為40.93％、8.21％、39.38％、42.91％，因此提升了整個系統(tǒng)能量產(chǎn)投比率，分別達(dá)到64.15％、45.03％、41.50％、40

10、.79％;由于保水固土的生態(tài)功能顯著，使它能在四川廣大山地、丘陵區(qū)退耕還林還草工程中發(fā)揮重要作用。
　　 4.2005-2007年兩個冬小麥和夏玉米生長季節(jié)，在1號試驗地(坡度20°)和2號試驗地(坡度13°)利用陷阱法對香根草（1號地）、紫穗槐（1號地）、蓑草（2號地）和苜蓿(2號地)4種植物籬類型對農(nóng)田地面蜘蛛的活動密度（種群密度和活動性的參數(shù)）的影響進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果表明：植物籬處理植物籬帶地面蜘蛛的活動密度在冬小麥生長季節(jié)

11、均顯著高于對照裸地，植物籬處理植物籬帶地面蜘蛛的活動密度在夏玉米生長季節(jié)也高于對照裸地，但是只有蓑草和苜蓿植物籬帶地面蜘蛛的活動密度顯著高于對照裸地。植物籬處理和對照處理之間農(nóng)田地面蜘蛛的活動密度在冬小麥和夏玉米生長季節(jié)均沒有顯著差異。
　　 5.通過對不同處理土壤微生物數(shù)量、微生物量碳、氮，土壤氨化強度、土壤硝化強度和土壤亞硝化強度進(jìn)行測定，并采用BOXAIR-PCR和16S rDNA PCR-RFLP研究分離自不同植物籬處理

12、土壤氨化細(xì)菌和根瘤菌的遺傳多樣性，進(jìn)而對代表菌株測序分析，揭示出不同植物籬對氨化細(xì)菌和根瘤菌種群特性的影響。結(jié)果表明：種植香根草和紫穗槐植物籬處理土壤細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量分別比對照土壤增加了63.43％和36.63％、47.87％和71.89％、74.60％和43.65％;土壤微生物量碳、氮分別增加了90.02％和83.32％,24.97％和45.04％;土壤氨化作用強度分別增加了73.28％和75.65％;而土壤硝化和亞硝化強度則分