[01342010]陇中黄土高原长期保护性耕作土壤微生物群落多样性研究

1.课题来源与背景 保护性耕作具有减少水土流失、保护生态环境的作用,在全球已经得到了大范围的推广和应用。我国西部黄土高原丘陵沟壑区是中国乃至世界上水土流失最严重、农村居民生活贫困的区域之一,传统的农业生产系统和自然资源过度利用是导致水土流失的最主要原因。2001年在我国中西部的甘肃定西市开展了保护性耕作长期定位研究,为解决当地农业土壤的退化和水土流失问题提供了研究基础。 目前对保护性耕作的土壤理化性质和微生物研究文献较多,但对土壤理化性质和土壤微生物的耦合关系,以及土壤微生物种群和群落功能进行系统研究的报道较少,在分子和基因水平对保护性耕作实验中微生物的种群关系的研究也未见报道。因此,本研究以长期定位实验为平台,探讨保护性耕作制度下农田微生物种类以及分布特征,解析土壤营养和水分与土壤微生物耦合的关键因素,阐明保护性耕作对土壤微生物种类和丰度的影响机制,探索和发挥微生物对作物生产力的调控潜势,将丰富保护性耕作的基础研究理论。 《陇中黄土高原长期保护性耕作土壤微生物群落多样性研究》于2014年获得甘肃省科学技术厅批准,编号为145RJZA208,资助经费3万元,项目执行期2014年7月至2016年12月。 2.研究目的与意义 本研究以长期定位实验为平台,探讨保护性耕作制度下农田微生物种类以及分布特征,解析土壤营养和水分与土壤微生物耦合的关键因素,阐明保护性耕作对土壤微生物种类和丰度的影响机制,探索和发挥微生物对作物生产力的调控潜势,将丰富保护性耕作的基础研究理论。 3.主要论点与论据 1)保护性耕作有利于土壤有机碳的累积。秸秆覆盖直接增加了土壤有机物的投入,增多土壤有机碳源,另外免耕对土壤的翻耕明显减少,减少了土壤有机物的分解,有利于土壤有机碳在土壤中的存储。 2)采用焦磷酸测序分子生物学技术,对不同保护性耕作的土壤微生物特性进行了研究。研究结果表明,耕作和秸秆覆盖对土壤微生物群落有显著影响,其中秸秆覆盖和还田对土壤细菌的影响比耕作的作用更明显。 3)采用磷脂脂肪酸谱图方法,研究了传统耕作（T）、传统耕作＋秸秆还田（TS）、免耕不覆盖（NT）和免耕＋秸秆覆盖（NTS）处理对土壤细菌群落总生物量的影响。表明与传统耕作比较,在小麦耕层,免耕措施下土壤细菌的数量有所上升;覆盖措施下,免耕处理土壤细菌的数量有所下降。 4.创见与创新 采用焦磷酸测序技术,对土壤微生物种群数量和功能基因进行分型鉴定,研究保护性耕作对农田土壤微生物种类和种群的时空分布特征,识别有益微生物功能群,鉴定和消除有害微生物,分析微生物在参与土壤功能代谢方面的作用,明确不同农耕制度和农艺措施对土壤微生物的影响机制,探索微生物对作物生产力和土壤质量的调控潜势。 5.社会经济效益、存在的问题 由于不同耕作方式对土壤扰动程度不同,形成了不同的土壤环境,形成土壤微生物生态群落的差异。与传统耕作比较,覆盖可改变土壤微生物的生态群落,利于土壤微生物活性的增加;覆盖对土壤有机质和速效养分的影响较大,而微生物的生长发育离不开土壤中的C、N等物质;覆盖增加了土壤水含量、改变土壤结构,调节了土壤微生物生活的环境,进而改变了土壤微生物的生态群落;同时,作物残体是土壤生物活动的主要和有效能源,通过秸秆还田可给土壤微生物提供大量能量和生存物质,因而能激发和改变土壤微生物的生态群落。下一步的工作主要是通过焦磷酸分子测序工作的开展,进一步探索长期保护性耕作对土壤微生物结构和种群分布特征的影响,探索土壤的理化性质与土壤微生物的耦合机理,为揭示长期保护性耕作对土壤微生物的影响机理提供科学依据。 6.历年获奖情况 无