連作與秸稈還田對棉田土壤微生物群落多樣性及棉花生理的影響.pdf

1、新疆棉花生產(chǎn)以規(guī)?；?jīng)營、機械化作業(yè)、棉田連片大面積種植等特點著稱全國；棉花在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中的比重超過60％，其形成的工業(yè)增加值已超過30%。由于植棉具有較好的經(jīng)濟效益，主要植棉地區(qū)棉花種植面積占耕地總面積的比例達到60%-70%，個別地區(qū)達到80%以上，棉花連作現(xiàn)象嚴重，并產(chǎn)生了連作障礙等問題。因此，本文針對新疆棉花長期連作所產(chǎn)生的連作障礙問題，依托石河子大學(xué)實驗站棉花長期連作定點試驗田，采用非培養(yǎng)分子技術(shù)PCR-DGGE法和常規(guī)微生物

2、培養(yǎng)技術(shù)分析不同連作年限土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性，揭示棉花連作和秸稈還田與土壤微生物多樣性關(guān)系，從反應(yīng)農(nóng)田質(zhì)量變化的土壤微生物量和群落變化入手，評價棉花長期連作與秸稈還田對土壤質(zhì)量的影響，并分析棉花長期連作與秸稈還田對棉花光合生理、生理代謝酶活性的影響，為進一步尋求減輕棉花連作障礙的技術(shù)措施提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)論如下：
　　1.為了進一步揭示供試土壤間真菌DNA片段的差異，用QuantityOne軟件對連作土壤的DGGE圖譜進

3、行處理，采用非加權(quán)成對算術(shù)平均法（UPGMA）對土樣DGGE指紋圖譜作相似性聚類分析，結(jié)果表明供試土壤的遺傳相似性為44%，在51%水平可將6個供試土壤區(qū)分開來，表明土壤間存在遺傳多態(tài)性。根據(jù)各棉田土壤真菌相似性分為兩大類：秸稈還田連作15年和非秸稈還田模式連作10年遺傳相似性為71%，秸稈還田連作10年和非秸稈還田模式連作15年遺傳相似性為78%，連作20年和25年棉田的真菌遺傳關(guān)系比較近，相似性為65%；秸稈還田連作20年、25年、

4、30年遺傳相似性為59%。由UPGMA圖表明，秸稈還田棉田真菌遺傳多態(tài)性與其它非秸稈還田棉田的差異最大，長期連作經(jīng)秸稈還田后土壤真菌群落結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的改變。
　　2.應(yīng)用Quantityone軟件定量分析細菌16SrDNA基因的DGGE圖譜，泳道帶型相似度越高，說明細菌群落結(jié)構(gòu)相似性越高。采用凝膠成像分析系統(tǒng)對DGGE圖譜進行分析，結(jié)果表明不同連作年限下土壤的條帶位置和數(shù)量均存在一定的差異，既有許多公共條帶，又有少量特有條帶，說

5、明棉花不同連作年限及耕作措施下土壤可能存在一些相同種類的細菌，同時又存在少數(shù)特有的細菌類型。不同連作年限棉田土壤微生物條帶在圖譜中的分布和熒光強度也不同，數(shù)學(xué)平均未加權(quán)成對聚類分析（UPGMA）結(jié)果表明秸稈還田連作15年和非秸稈還田模式連作5年棉田的條帶分布相似74%；而秸稈還田連作25年和連作30年相似88%。說明隨著連作年限的延長，其土壤細菌群落發(fā)生了變化。從耕作模式來看，非秸稈還田模式下連作10年、15年相似性達到77%。由此可見

6、，連作對土壤細菌群落的影響大，而秸稈還田在一定程度上緩解了土壤細菌群落結(jié)構(gòu)。
　　3.通過采用常規(guī)微生物培養(yǎng)技術(shù)分析不同連作年限棉田土壤微生物量及種群結(jié)構(gòu)變化，揭示棉花連作秸稈還田與土壤微生物多樣性關(guān)系。研究表明，棉花秸稈還田能夠增加微生物數(shù)量，改善棉田土壤微生物種群結(jié)構(gòu)。隨著連作年限增加，秸稈還田模式下真菌數(shù)量在連作5-15年增加明顯，15-20年下降，20-30年又增加；細菌數(shù)量在連作5年后開始明顯下降，連作20年最小，20年

7、后呈現(xiàn)上升趨勢，連作30年的細菌數(shù)量比連作20年、25年的細菌數(shù)量分別增加了80%、50%；放線菌呈波動變化，連作5年放線菌數(shù)量最多。真菌和防線菌Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)呈增加趨勢，細菌則隨著連作年限的增加而降低。棉田土壤微生物細菌/真菌（B/F）比值逐漸減小。非秸稈還田模式下棉田土壤真菌數(shù)量隨著連作年限增加而增加；細菌數(shù)量呈先上升后下降的變化趨勢；放線菌數(shù)量隨著連作年限的增加呈先下降后上升。真菌和放線菌Simpson指數(shù)

8、和Shannon指數(shù)隨著連作年限的增加而增加，而細菌則呈下降趨勢。土壤微生物細菌/真菌（B/F）比值與秸稈還田模式呈現(xiàn)相同的變化趨勢。
　　4.利用棉花長期連作定點微區(qū)試驗，通過比較秸稈還田和非秸稈還田條件下長期連作對棉花光合作用及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響。結(jié)果表明：隨著連作年限增加棉花葉片葉綠素相對含量（SPAD值）和光合速率呈下降趨勢，特別是連作20年后光合速率下降明顯，秸稈還田后連作5年、10年和15年分別比非秸稈還田增加11.

9、9%、1.8%和3.6%，說明連作障礙在短期內(nèi)表現(xiàn)明顯，秸稈還田能在一定程度上緩解棉花連作障礙，但在20年以后連作障礙持續(xù)影響棉花的生長。棉花連作5-10年P(guān)SII原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)和PSII潛在活性(Fv/Fo)均表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，光合活性受到暫時抑制，光合器官并沒有受到損傷，說明棉花連作主要是通過降低葉片PSII原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)和光化學(xué)熒光猝滅系數(shù)(qP)，引起單葉光合速率(pn)下降，最終影響棉花