免耕-玉米免耕秸秆覆盖对土壤微生物群落功能多样性的影响a

1、1111/7777玉米免耕秸秆覆盖对土壤微生物群落功能多样性的影响玉米免耕秸秆覆盖对土壤微生物群落功能多样性的影响玉米免耕秸秆覆盖对土壤微生物群落功能多样性的影响玉米免耕秸秆覆盖对土壤微生物群落功能多样性的影响1111董立国1,袁汉民1*，李生宝1，袁海燕3，潘占兵1(1.宁夏农林科学院，宁夏银川,750002；3.宁夏气象科研所，宁夏银川,750002)摘要：为了研究免耕对土壤微生物功能多样性的影响，本项试验运用Biolog-ECO检测手段，对连续2年的玉米（ZeamaysL）保护性耕作试验全部秸秆覆盖免耕和常规耕作2种耕作处理的土样进行了土壤微生物功能多样性研究。试验表明：（1）免耕土壤微生物对碳源利用率以及不同碳源利用率高于常规耕作，免耕对总体碳源利用率平均值比常规耕作高53.1%；（2）免耕土壤微生物丰富度指数、多样性指数显著高于常规耕作，免耕微生物群落丰富度指数22.33±0.57，多样性指数3.02±0.04，常规耕作微生物群路丰富度指数14.33±1.15，多样性指数2.56±0.12。免耕秸秆覆盖耕作措施促进了土壤微生物活性、增加土壤微生物数量。关键词：免耕，玉米秸秆。

2、，土壤微生物，生态板，宁南山区免耕是保护性耕作中一种重要的耕作形式，它具有保持土壤水分，增加土壤养分、防止沙尘暴等功能【1，2】，土壤微生物既是土壤形成的作用者，又是土壤的重要组成份【3】，是土壤养分循环的主要驱动者之一，土壤微生物功能多样性是反映不同土壤类型土壤质量的指标之一，目前已有关于不同森林恢复类型土壤微生物群落的影响研究【4】、不同培肥措施下茶园土壤微生物群落功能多样性的变化【5】，但是关于免耕对土壤微生物的影响的研究鲜有报道，本文针对免耕这一耕作方式，运用Biolog方法进行土壤微生物功能多样性研究，旨在探讨免耕对土壤微生物的影响，为免耕耕作方式的发展提供一定的理论依据。1．试验设计与方法1.1土壤样品来源与试验处理2005年选取种植玉米比较平整的水平梯田，设留全部玉米秸秆覆盖留膜和留茬留膜越冬2处理，重复3次，2年玉米秸秆全部生物量平均值5670kg/hm。2006年在全部秸秆覆盖留膜处理上直接免耕种植玉米，在留茬留膜处理上进行揭膜翻地覆盖地膜播种玉米，2006玉米收获后与2005年同样的处理，2007年种植玉米与2006年相同，田间管理同大田。1.2样品采集及Biolo。

3、g-ECO分析1.2.1土壤样品的采集在作物收获以后，于2007年11月9日，在上述2种处理的小区中采用3点取样混合后，取半斤样装入保鲜袋，后去后放入冰箱4℃保存，第二天放入存有冰袋水桶里，快速运回实验室存入冰箱4℃保存，待实验。1.2.2Biolog-ECO实验1基金项目：“ChallengeProgramonWater&Food-Conservationagricultureforthedry-landareasoftheYellowRiverBasin”(CPWFYRB200504)“国家“十一五”科技攻关计划重大项目（2006BAC01A07）”资助.作者简介：董立国（1980年生），男，宁夏青铜峡，双学士，研究实习员。主要从事保护性农业、水土保持、生态农业等研究工作。E-mail：[e-mail]。地址：宁夏银川黄河东路590号,邮编:750002。通讯作者：袁汉民(1947-)男,北京人,研究员,主要从事小麦遗传育种、作物栽培等方面的研究，[e-mail]。2222/7777Biolog技术通过分布于96孔中的碳源底物来分析。

4、评价土壤微生物生理代谢特征。本研究采用有31种碳源的生态板(Biolog-ECO)分析微生物群落的代谢特征,即功能多样性。生态板利用更多的与生态有关的化合物,具有31种培养基,其组成主要为:氨基酸(6种)、醣类(10种)和羧酸(7种)。试验溶液：0.9％的生理盐水。主要设备：BiologMICROSOFT全自动微生物鉴定分型系统；Biolog电动八孔移液器；人工气候箱；超净工作台；摇床。主要耗材来源：Biolog公司生产，华粤企业集团有限公司提供。试验步骤：称取10克鲜土（称量前测量含水量），加入90ml无菌生理盐水中稀释，在摇床里振摇30分钟，静止沉淀3～5min,然后进行100倍稀释，以每孔150微升稀释液加入微孔板中，将制备好的菌悬液倒入无菌移液槽中，使用八孔移液器将其接种于微平板的96孔中。接种好的微平板放到铺有六层纱布的塑料饭盒中，为防止微平板鉴定孔中的菌悬液挥发，纱布保持一定的湿度。塑料饭盒用保鲜膜包裹，保鲜膜上用注射针头扎若干个小眼，以保证微生物的培养所需要的氧气，将微平板避光培养。培养温度：ECO生态板放到30℃恒温培养。微平板读数时间：微平板分别在培养24h、48h、。

5、72h、96h、120h时读数。测定波长：测定波长为590nm。1.2.3数据统计分析孔的平均颜色变化率[6](Averagewellcolorde2velopment,AWCD)计算方法如下：公式中:Ci为每个有培养基孔的光密度值;R为对照孔的光密度值;n为培养基碳源种类数,本研究中为31丰富度指数指被利用的碳源的总数目，为每孔中（C-R）的值大于0.25的孔数[7]。多样性指数采用Shannon-Wiener指数（H′）：H′=–∑（Pi×InPi），Pi为有培养基的孔与对照孔的光密度值差与整板总差的比值，即Pi=(C-R)/∑(C-R)[8]。数据统计分析应用Excel2007、spss15.0进行。2.结果与分析2.1不同处理微生物利用全部碳源的动力学特征由图1可以得出：免耕土壤细菌对底物碳源的利用能力显著高于常规耕作，所测时间内的平均值比常规耕作高53.1%。图图图图1111不同耕作处理土壤微生物在不同耕作处理土壤微生物在不同耕作处理土壤微生物在不同耕作处理土壤微生物在BiologBiologBiologBiolog-ECO-ECO-ECO-ECO板上的平均颜色变化率板上的平。

6、均颜色变化率板上的平均颜色变化率板上的平均颜色变化率(AWCD)(AWCD)(AWCD)(AWCD)Fig1Fig1Fig1Fig1AWCDAWCDAWCDAWCDofofofofmicrobemicrobemicrobemicrobeofofofofdifferentdifferentdifferentdifferenttillagetillagetillagetillagetreatmentstreatmentstreatmentstreatmentsononononBiologBiologBiologBiolog----ECOECOECOECOplatesplatesplatesplates()∑−nR/CAWCDi＝3333/77772.2不同处理微生物利用不同种类碳源的动力学特征按化学基团的性质对ECO板上的31种碳源分成6类,即羧酸类、氨基酸类、碳水化合物、聚合物、胺类、酚类。并将每类碳源的OD值平均。2图2可知：6类碳源的利用率都随时间的延长而增加，免耕土壤微生物对各个碳源的利用率都高于常规耕作对碳源的利用率。图图图图2222不同耕作处理土壤微生物利用不同种类碳源平均颜色。

7、变化率不同耕作处理土壤微生物利用不同种类碳源平均颜色变化率不同耕作处理土壤微生物利用不同种类碳源平均颜色变化率不同耕作处理土壤微生物利用不同种类碳源平均颜色变化率(AWCD)(AWCD)(AWCD)(AWCD)Fig2Fig2Fig2Fig2AWCDAWCDAWCDAWCDforforforfordifferentdifferentdifferentdifferentcaboncaboncaboncabonsourcessourcessourcessourcesutilizedutilizedutilizedutilizedbybybybymicrobemicrobemicrobemicrobeofofofofdifferentdifferentdifferentdifferenttillagetillagetillagetillagetreatmentstreatmentstreatmentstreatments2.3不同处理微生物群落功能多样性分析计算每孔中（C-R）的值，根据丰富度、多样性计算方法计算不同耕作处理丰富度指数、多样性指数，如表1,免耕土壤微生物丰富度指数、多样性指数。

8、显著高于常规耕作。表表表表1111土壤微生物群落功能多样性分析（土壤微生物群落功能多样性分析（土壤微生物群落功能多样性分析（土壤微生物群落功能多样性分析（n=3n=3n=3n=3））））Table2Table2Table2Table2DiversityDiversityDiversityDiversityandandandandrichnessrichnessrichnessrichnessindicesindicesindicesindicesforforforforsoilsoilsoilsoilmicrobialmicrobialmicrobialmicrobialcommunitiescommunitiescommunitiescommunities注：均值注：均值注：均值注：均值±±±±标准偏差标准偏差标准偏差标准偏差MeanMeanMeanMean±±±±SD,SD,SD,SD,同一列中不同字母表示差异显著同一列中不同字母表示差异显著同一列中不同字母表示差异显著同一列中不同字母表示差异显著DifferentDifferentDifferentDifferentletters。

9、lettersletterslettersininininthethethethesamesamesamesameverticalverticalverticalverticalrowrowrowrowshowshowshowshowthethethethesignificantlysignificantlysignificantlysignificantlydifferencedifferencedifferencedifferenceatatatatp0.01p0.01p0.01p0.012.4不同耕作处理微生物群落功能多样性的主成分分析利用96小时的AWCD值进行不同耕作处理微生物功能群落功能多样性的主成分分析（图）表明：常规耕作和免耕秸秆覆盖土壤微生物群落有明显的分异，常规耕作主要分布在PCI的负端，也处在PC2轴的正处理丰富度指数多样性指数常规耕作14.33±1.15A2.56±0.12A免耕22.33±0.57B3.02±0.04B4444/7777负2端；免耕+秸秆覆盖主要分布在PC1轴的正端，PC2轴的负端。第一主成分是变异的主要来源，占总变异的41.7%，第二主成分占。

10、总变异的25.6%。由31种碳源在2个主成分上载荷值（见表）可以得出，影响PC1的主要碳源是D-葡糖胺酸、N-乙酰-D葡萄糖氨、D-半乳糖酸γ-内酯、D-甘露醇、L-精氨酸、4-羟基苯甲酸、衣康酸、吐温40、D-木糖/戊醛糖、D，L-α-磷酸甘油、1-磷酸葡萄糖、β-甲基-D-葡萄糖苷、α-丁酮酸、丙酮酸甲酯、i-赤藓糖醇、苯乙胺、L-天门冬酰胺。影响PC2的主要碳源是D-纤维二糖、α-D-乳糖、肝糖、β-甲基-D-葡萄糖苷、α-丁酮酸、丙酮酸甲酯、腐胺、衣康酸、D-苹果酸、吐温40、吐温80、甘氨酰-L-谷氨酸。结合PCI、PC2的分析结果，常规耕作利用的主要碳源是α-丁酮酸、丙酮酸甲酯、i-赤藓糖醇、苯乙胺、L-天门冬酰胺、衣康酸、D-苹果酸、吐温40、吐温80、甘氨酰-L-谷氨酸等；免耕+秸秆覆盖主要利用的碳源是D-葡糖胺酸、N-乙酰-D葡萄糖氨、D-半乳糖酸γ-内酯、D-甘露醇、L-精氨酸、4-羟基苯甲酸、衣康酸、吐温40、D-木糖/戊醛糖、D，L-α-磷酸甘油、1-磷酸葡萄糖、β-甲基-D-葡萄糖苷等，从图也可以看出免耕+秸秆覆盖利用的碳源数量优于常规耕作。图不同耕作处。