茄果類蔬菜秸稈原位還田對設(shè)施土壤綜合質(zhì)量的影響.pdf

茄果類蔬菜秸稈原位還田對設(shè)施土壤綜合質(zhì)量的影響 謝鷹飛 1 宋夢圓 1 姜 偉 2 劉興群 1 張子揚(yáng) 1 田永強(qiáng) 1 高麗紅 1 1 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 設(shè)施蔬菜生長發(fā)育調(diào)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100193 2 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院 呼和浩特 010031 摘 要 為明確茄果類蔬菜秸稈原位還田對設(shè)施土壤綜合質(zhì)量的影響 該研究以番茄 茄子和辣椒秸稈為試材 設(shè)置了 秸稈不還田 CK 秸稈原位還田 SR 秸稈原位還田 氰氨化鈣 SR C 和秸稈原位還田 微生物菌劑 SR M 4個(gè)處理 研究了茄果類蔬菜秸稈不同原位還田方式對土壤化學(xué)性質(zhì) 微生物群落和秸稈降解率的影響 并通過計(jì)算土 壤質(zhì)量指數(shù) soil quality index SQI 對土壤質(zhì)量進(jìn)行了綜合評價(jià) 結(jié)果表明 與CK相比 SR SR C和SR M處理 均可提高土壤陽離子交換量 增加土壤有機(jī)碳庫 改善土壤養(yǎng)分條件 并調(diào)節(jié)土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu) 添加氰氨化 鈣抑制了辣椒秸稈的降解 但對番茄和茄子秸稈沒有影響 添加微生物菌劑能夠促進(jìn)3種蔬菜秸稈的降解 秸稈原位還 田處理均提高了設(shè)施菜田SQI 相較于CK SR SR C和SR M處理的SQI分別提高了15 8 32 5 8 8 56 8 和21 8 51 4 研究結(jié)果為茄果類蔬菜秸稈資源化利用和設(shè)施蔬菜可持續(xù)生產(chǎn)提供了理論參考 關(guān)鍵詞 土壤 秸稈 蔬菜 秸稈原位還田 土壤質(zhì)量 還田方式 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202305047 中圖分類號 S155 4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1002 6819 2023 18 0111 12 謝鷹飛 宋夢圓 姜偉 等 茄果類蔬菜秸稈原位還田對設(shè)施土壤綜合質(zhì)量的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2023 39 18 111 122 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202305047 http www tcsae org XIE Yingfei SONG Mengyuan JIANG Wei et al Effects of in situ returning solanaceous vegetable straw on comprehensive quality of facilities soil J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2023 39 18 111 122 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 202305047 http www tcsae org 0 引 言 土壤是作物生長的基石 為作物生長提供了機(jī)械支 撐 適宜的溫度和空氣條件 充足的水分和養(yǎng)分 1 但 是 由于化肥農(nóng)藥的不合理使用 土壤復(fù)種指數(shù)高以及 長期單一種植等 土壤退化問題普遍發(fā)生 2 3 進(jìn)而對作 物生產(chǎn)力產(chǎn)生不利影響 4 中國是蔬菜生產(chǎn)大國 蔬菜 種植面積和產(chǎn)量均居世界第一位 5 截止到2020年 茄 果類蔬菜 主要為番茄 辣椒和茄子 的種植面積和產(chǎn) 量分別達(dá)269 7萬hm2和1 2億t 同時(shí)也產(chǎn)生了大量無 直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值的蔬菜秸稈 6 據(jù)統(tǒng)計(jì) 從1995年到 2019年 中國產(chǎn)生的蔬菜秸稈量從1 1億t 鮮質(zhì)量 增 加到3 1億t 7 大量蔬菜秸稈被直接丟棄或焚燒 造成 資源浪費(fèi)和一系列生態(tài)環(huán)境問題 此外 蔬菜秸稈中含 有大量的營養(yǎng)元素 其從農(nóng)田系統(tǒng)中的連續(xù)移出導(dǎo)致土 壤養(yǎng)分流失和有機(jī)碳庫衰減 加快了土壤退化進(jìn)程 8 9 因此 蔬菜秸稈的資源化利用已成為蔬菜生產(chǎn)中亟需解 決的問題 蔬菜秸稈原位還田是其資源化利用的一種有效方式 秸稈還田能夠改善土壤容重和孔隙度 為作物生長創(chuàng)造 良好的水 肥 氣等條件 10 11 秸稈中難以被微生物降 解的纖維素 幾丁質(zhì)和木質(zhì)素等是重要的有機(jī)膠結(jié)物質(zhì) 能夠促進(jìn)土壤礦物顆粒和黏粒膠結(jié)形成大團(tuán)聚體 進(jìn)而 改善土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性 12 秸稈能夠?yàn)橥寥牢⑸锾峁?充足的碳源 提高土壤微生物數(shù)量和活性 進(jìn)一步影響 植物對養(yǎng)分的獲取 13 此外 微生物通過利用秸稈降解 的低分子量化合物 如碳水化合物 蛋白質(zhì) 供自身生 長 使植株殘?bào)w轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥牢⑸锪刻?14 而土壤微生 物量碳是土壤有機(jī)碳的重要來源 15 因此 秸稈還田通 過形成難降解的有機(jī)物質(zhì)和增加土壤微生物量碳提高了 土壤有機(jī)碳的含量 土壤質(zhì)量下降最顯著的特征是有機(jī)碳的損失 16 蔬 菜秸稈作為一種高碳物質(zhì) 其還田能夠增加土壤有機(jī)碳 的含量 在提高菜田土壤質(zhì)量和作物生產(chǎn)力方面具有巨 大潛力 17 18 但是 蔬菜秸稈可能會攜帶病原菌或蟲卵 直接還田可能會加重土傳病害傳播風(fēng)險(xiǎn) 進(jìn)而影響作物 生長 7 19 茄果類蔬菜秸稈的木質(zhì)化程度較高 其在自然 狀態(tài)下不易降解 20 因此 需要找到一種有效的蔬菜秸 稈管理方式 以確保蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)性 氰氨化鈣是 一種對土壤中的植物寄生線蟲和病原菌有良好殺滅作用 的土壤消毒劑 能有效降低土壤中病原微生物的豐度 抑制土傳病害的發(fā)生 已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 21 24 有研究表明 微生物菌劑能夠改善辣椒秸稈堆肥的微生 物群落結(jié)構(gòu) 減少氮的損失 提高堆肥質(zhì)量 25 在秸稈 還田中添加微生物菌劑 可有效增加土壤有機(jī)質(zhì)和腐殖 酸的含量 并且提高土壤酶活性和微生物多樣性 26 有關(guān)茄果類蔬菜秸稈原位還田對土壤質(zhì)量影響及氰 氨化鈣和微生物菌劑在茄果類蔬菜秸稈原位還田中的作 用鮮有報(bào)道 本研究通過田間試驗(yàn) 探究了茄果類蔬菜 秸稈不同原位還田方式 秸稈不還田 秸稈原位還田 收稿日期 2023 05 08 修訂日期 2023 09 05 基金項(xiàng)目 設(shè) 施 蔬 菜 秸 稈 廢 棄 物 無 害 化 利 用 技 術(shù) 研 究 與 應(yīng) 用 2022YFDZ0052 國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目 CARS 23 北京 市設(shè)施蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目 BAIC01 2023 作者簡介 謝鷹飛 研究方向?yàn)樵O(shè)施蔬菜栽培生理與環(huán)境調(diào)控 Email 405746394 通信作者 高麗紅 博士 教授 研究方向?yàn)樵O(shè)施蔬菜栽培生理與環(huán)境 調(diào)控 Email gaolh 第 39 卷 第 18 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) Vol 39 No 18 2023 年 9 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sept 2023 111 秸稈原位還田 氰氨化鈣和秸稈原位還田 微生物菌劑 對土壤化學(xué)性質(zhì) 微生物群落和秸稈降解率的影響 并 對土壤質(zhì)量進(jìn)行了綜合評價(jià) 以期為茄果類蔬菜秸稈的 資源化利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2020年7月至2021年1月在北京市房山區(qū) 弘科農(nóng)場的3座日光溫室中進(jìn)行 3座日光溫室的占地面 積均為680 m2 長85 m 寬8 m 已經(jīng)連續(xù)種植番茄 茄子和辣椒5 a 該地區(qū)處于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣 候區(qū) 年平均降雨量為448 mm 年平均潛在蒸發(fā)量為 1 786 mm 年平均氣溫為15 年平均日照時(shí)長為2 619 h 年平均太陽總輻射為1 458 kWh m2 無霜期長達(dá)190 d 3座日光溫室分別種植番茄 茄子和辣椒 試驗(yàn)地土壤 0 30 cm 的基本化學(xué)性質(zhì)如表1所示 表 1 試驗(yàn)地土壤的基本化學(xué)性質(zhì) Table 1 Soil basic physicochemical properties in experimental sites 蔬菜類型 Vegetable types pH 值 pH value 電導(dǎo)率 Electrical conductivity uS cm 1 陽離子交換量 Cation exchange capacity mol kg 1 有機(jī)碳 Organic carbon g kg 1 全氮 Total nitrogen g kg 1 礦質(zhì)氮 Mineral nitrogen mg kg 1 速效磷 Available phosphorus mg kg 1 速效鉀 Available potassium mg kg 1 番茄 Tomato 8 12 279 67 23 02 17 85 1 33 77 92 174 27 121 82 茄子 Eggplant 7 97 298 36 20 74 13 74 0 79 17 89 166 43 108 92 辣椒 Pepper 7 91 311 21 23 11 20 59 1 62 19 22 540 26 327 40 注 試驗(yàn)地土壤0 30cm Note The soil of the test site is 0 30cm 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理 分別為 CK 秸稈不還田 SR 秸稈原位還田 SR C 秸稈原位還田 氰氨化 鈣 SR M 秸稈原位還田 微生物菌劑 每個(gè)處理包 含3次重復(fù) 小區(qū)面積為36 4 m2 7 0 m 5 2 m 每 個(gè)小區(qū)種植5畦 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)布置各小區(qū) 試驗(yàn) 于2020年8月20日開始定植 每畦定植兩行 株間距 為40 cm 寬行間距為110 cm 窄行間距為30 cm 供 試番茄 茄子和辣椒品種分別為 京采8號 綠褲 長茄 和 歐麗600 栽培密度均為 2 382株 667 m2 氰氨化鈣購自寧夏祥美農(nóng)業(yè)科技有限公司 微生物菌劑 為本試驗(yàn)室從秸稈降解中分離獲得 含有Niabella Leadbetterella Solitalea Truepera Proteiniphilum Microbacterium Luteolibacter Acholeplasma Devosia Lysinibacillus Sphingobacterium 和 Thermomonas等菌群 在上一茬種植結(jié)束后 將CK處理的秸稈全部移出溫室 其余處理的秸稈使用秸稈粉碎還田機(jī)就地粉碎 秸稈長 度小于5 cm 對于SR C和SR M處理 將氰氨化鈣 用量為43 8 g kg秸稈 和微生物菌劑 OD600 nm 0 8 用量為50 ml kg秸稈 均勻撒在土壤表層 并與粉碎的 蔬菜秸稈一同翻入到0 30 cm土層中 隨后進(jìn)行覆膜灌 水處理 使土壤含水量達(dá)到最大田間持水量 為了測定 蔬菜秸稈的降解率 取相當(dāng)于30 g干質(zhì)量的新鮮秸稈與 2 5 kg的鮮土充分混合 SR C和SR M處理分別額外 添加1 3 g和1 5 ml的氰氨化鈣和微生物菌劑 一起裝 進(jìn)34 cm 24 cm的100目 孔徑大小為0 15 mm 網(wǎng)袋 中 每個(gè)小區(qū)包含15個(gè)網(wǎng)袋 在秸稈原位還田的同時(shí) 將網(wǎng)袋埋在0 30 cm土層之中 整個(gè)溫室進(jìn)行高溫悶棚 悶棚時(shí)間為20 d左右 于定植前5 10 d揭開地膜 通 風(fēng)換氣 施撒有機(jī)肥 腐熟牛糞 用量為3 3 t 667 m2 后進(jìn)行旋耕 個(gè)網(wǎng)袋 在秸稈原位還田的同時(shí) 將網(wǎng)袋 埋在0 30 cm土層之中 在蔬菜整個(gè)生長期間 保持各 小區(qū)管理一致 1 3 樣品采集與分析 1 3 1 土壤樣品采集 在番茄 茄子和辣椒盛果期 使用直徑為4 cm的土 鉆采集距離植株根部10 cm處0 30 cm深的土壤 每個(gè) 小區(qū)隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)采集土壤 混勻作為一個(gè)土壤樣品 裝進(jìn)自封袋 帶回實(shí)驗(yàn)室后 立即過2 mm網(wǎng)篩 去除 雜質(zhì)和均質(zhì)化 一部分土壤保存在 80 冰箱 用于測 定土壤微生物性質(zhì) 一部分自然風(fēng)干 用于測定土壤化 學(xué)性質(zhì) 1 3 2 土壤理化性質(zhì) 參照土壤農(nóng)化分析 27 采用電位計(jì)法 土 水 1 2 5 測定土壤pH 采用電導(dǎo)儀法 土 水 1 5 測定土壤電導(dǎo) 率 采用乙酸銨交換法測定土壤陽離子交換量 采用重 鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機(jī)碳 采用半微量凱氏法測 定土壤全氮 使用連續(xù)流動分析儀測定土壤礦質(zhì)氮 銨 態(tài)氮 硝態(tài)氮 采用鉬藍(lán)比色法測定土壤速效磷 采 用火焰光度計(jì)法測定土壤有效鉀 1 3 3 土壤微生物性質(zhì) 使用PowerSoil DNA試劑盒 QIAGEN Inc CA USA 并按照產(chǎn)品的使用說明 從0 25 g的新鮮土壤中 抽提土壤DNA 使用1 的瓊脂糖凝膠電泳檢測提取 DNA的完整性 使用納米分光光度計(jì) Drop2000 Thermo Fisher Scientific USA 測定提取DNA的濃度和 純度 細(xì)菌16S rRNA基因的V4區(qū)域使用引物515F 5 GTGCCAGCMGCCGCGG 3 806R 5 GGACTACHV GGGTWTCTAAT 3 擴(kuò)增 真菌ITS基因使用引物ITS1F 5 CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA 3 ITS2R 5 G CTGCGTTCTTCATCGATGC 3 擴(kuò)增 PCR擴(kuò)增程序 為95 初始變性3 min 95 變性30 s 循環(huán)27次 55 退火30 s 72 延伸45 s 最后72 延伸10 min 使用2 的瓊脂糖凝膠電泳對擴(kuò)增PCR產(chǎn)物進(jìn)行鑒定 使用 QIAquick PCR purification kit 試 劑 盒 Qiagen Valencia CA USA 對PCR polymerase chain reaction 產(chǎn)物進(jìn)行純化 純化后的PCR產(chǎn)物在Illumina MiSeq平 臺 Illumina Inc San Diego CA USA 上測序 去除 低質(zhì)量和包括不明確堿基的序列 隨后在97 的序列相 似性水平下 將測序序列聚類為OTU operational taxonomic unit 從數(shù)據(jù)集中去除葉綠體和線粒體的 OTU以消除宿主對細(xì)菌測序造成的污染 基于最小樣本 序列數(shù)對數(shù)據(jù)集進(jìn)行抽平 抽平后的數(shù)據(jù)集用于后續(xù)的 微生物分析 112 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) http www tcsae org 2023 年 1 3 4 秸稈降解率 在蔬菜秸稈原位還田后的15 30 60 90和150 d 從每個(gè)小區(qū)取出埋入土中的3個(gè)網(wǎng)袋 并用清水將秸稈 沖洗干凈 隨后在65 烘箱內(nèi)烘干至恒質(zhì)量 并稱質(zhì) 量 根據(jù)秸稈降解前后的干質(zhì)量計(jì)算蔬菜秸稈降解率 1 3 5 土壤質(zhì)量綜合評估 通過計(jì)算土壤質(zhì)量指數(shù) soil quality index SQI 對 土壤質(zhì)量進(jìn)行綜合評估 首先 對土壤指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 主成分分析 principal component analysis PCA 提 取特征值大于1 且能夠解釋至少5 方差的主成分 提 取所有主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率能夠反應(yīng)80 以上的方差變 異 其次 在每個(gè)PC principal component 中 因子 載荷絕對值在最高因子載荷90 以上的高權(quán)重指標(biāo)為關(guān) 鍵土壤質(zhì)量指標(biāo) 其保留在最小數(shù)據(jù)集 minimum data set MDS 中 將關(guān)鍵土壤質(zhì)量指標(biāo)轉(zhuǎn)化為0 1的無 量綱值 對于 越高越好 的指標(biāo) 包括陽離子交換量 有機(jī)碳 全氮 礦質(zhì)氮 速效磷 速效鉀 微生物OTU 豐富度和香農(nóng)指數(shù) 無量綱值用式 1 計(jì)算 Si Xi XminX max Xmin 1 式中Si Xi Xmin和Xmax分別為關(guān)鍵土壤質(zhì)量指標(biāo)的無 量綱值 實(shí)際測量值 測量最小值和測量最大值 對于 最適范圍 的指標(biāo) 包括pH值和電導(dǎo)率 無量綱值用式 2 計(jì)算 Si 1 1 X i Xm b 2 式中Xm是測量平均值 b是方程的斜率為2 5或 2 5 28 29 土壤質(zhì)量指數(shù)使用式 3 計(jì)算 F n i 1Wi Si 3 式中F為土壤質(zhì)量指數(shù) Wi為關(guān)鍵土壤質(zhì)量指標(biāo)的權(quán)重 n為MDS中的指標(biāo)數(shù) 1 4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2019 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理 采用SPSS Statistics 22 0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差 分析和主成分分析 使用Tukey s法對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比 較 檢驗(yàn)差異顯著性 使用R包vegan v 2 5 6計(jì)算土壤 微生物的OTU豐富度和香農(nóng)指數(shù) 基于Bray Curtis距 離 使用R包vegan v 2 5 6中的 pcoa 函數(shù)對土壤微 生物進(jìn)行主坐標(biāo)分析 PCoA 2 結(jié)果與分析 2 1 蔬菜秸稈不同原位還田方式對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 圖1為蔬菜秸稈不同原位還田方式下土壤的化學(xué)性質(zhì) CK SR SR C SR M a ab aa ab aa a aa a a 0 4 8 12 16 pH 值 pH value c b a a a cb c dd d b 0 300 600 900 1 200 電導(dǎo)率 Electrical conductivity uS cm 1 c b c bc b b a a a b b b 0 50 100 150 200 礦質(zhì)氮 Mineral nitrogen mg kg 1 d a a b a a a a b c a a 0 200 400 600 800 速效鉀 Available potassium mg kg 1 c c cb c ba a aa b a 0 1 2 3 4 全氮 Total nitrogen g kg 1 b c c b b b b a a a a a 0 300 600 900 1 200 速效磷 Available phosphorus mg kg 1 a pH值 a pH value b 電導(dǎo)率 b Electrical conductivity d c bc b ba b ab a a 0 10 20 30 40 50 陽離子交換量 Cation exchange capacity mol kg 1 c 陽離子交換量 c Cation exchange capacity b b bb ab bb a ba ab a 0 10 20 30 40 有機(jī)碳 Organic carbon g kg 1 d 有機(jī)碳 d Organic carbon e 全氮 e Total nitrogen f 礦質(zhì)氮 f Mineral nitrogen g 速效磷 g Available phosphorus h 速效鉀 h Available potassium 番茄 Tomato 茄子 Eggplant 辣椒 Pepper 作物 Crop 番茄 Tomato 茄子 Eggplant 辣椒 Pepper 作物 Crop 番茄 Tomato 茄子 Eggplant 辣椒 Pepper 作物 Crop 番茄 Tomato 茄子 Eggplant 辣椒 Pepper 作物 Crop 番茄 Tomato 茄子 Eggplant 辣椒 Pepper 作物 Crop 番茄 Tomato 茄子 Eggplant 辣椒 Pepper 作物 Crop 番茄 Tomato 茄子 Eggplant 辣椒 Pepper 作物 Crop 番茄 Tomato 茄子 Eggplant 辣椒 Pepper 作物 Crop 注 CK 秸稈不還田 SR 秸稈原位還田 SR C 秸稈原位還田 氰氨化鈣 SR M 秸稈原位還田 微生物菌劑 不同小寫字母表示處理間存在顯著差 異 P 0 05 下同 Note CK non straw returning SR in situ straw returning SR C in situ straw returning calcium cyanamide SR M in situ straw returning microbial agent different lowercase letters mean the significant difference among treatments at 0 05 level The same as blew 圖1 蔬菜秸稈不同原位還田方式對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 Fig 1 Effects of different in situ returning methods of vegetable straw on soil chemical properties 與CK相比 番茄的SR和SR C處理顯著提高了土 壤電導(dǎo)率 P1 00 的類群 這些類群的相對豐度占全部細(xì)菌門 的95 40 97 55 其中優(yōu)勢細(xì)菌門為Proteobacteria Actinobacteriota Chloroflexi Firmicutes和Acidobacteri ota 這些優(yōu)勢菌門的相對豐度占全部細(xì)菌門 68 38 81 75 其他相對豐度1 00 的 類 群 分 別 是Ascomycota unclassified k Fungi Basidiomycota Mortierellomycota Rozellomycota Chytridiomycota和 Basidiobolomycota 這7個(gè)類群的相對豐度占全部真菌門的98 54 99 93 其中優(yōu)勢真菌門為Ascomycota unclassified k Fungi和 Basidiomycota 占總真菌門相對豐度的90 57 98 26 其他相對豐度 1 00 的類群占全部真菌門的0 07 1 46 土壤真菌屬級水平上的群落Heatmap圖 圖6 表 明 種植番茄和辣椒土壤的優(yōu)勢菌屬均為Chaetomium unclassified o Sordariales unclassified f Microascaceae 和Schizothecium 而 種 植 茄 子 土 壤 的 優(yōu) 勢 菌 屬 為 Chaetomium unclassified o Pezizales unclassified f Chaetomiaceae和Neocosmospora 不同秸稈還田方式土 壤的真菌群落結(jié)構(gòu)在屬級水平上存在明顯差異 例如 與CK相比 SR SR C和SR M處理分別提高了番茄 秸 稈 還 田 土壤 Metarhizium 茄 子 秸 稈 還 田 土 壤 Aphanoascus和辣椒秸稈還田土壤Lophotrichus的相對豐 度 SR C和SR處理分別提高了番茄和辣椒秸稈還田土 壤中Schizothecium的相對豐度 3種秸稈原位還田處理 均降低了辣椒秸稈還田土壤中unclassified o Sordariales 的相對豐度 0 20 40 60 80 100 相對豐度 Relative abundance Other Ascomycota unclassified k Fungi Basidiomycota Mortierellomycota Rozellomycota Chytridiomycota Basidiobolomycota 番茄 Tomato茄子 Eggplant辣椒 Pepper 作物 Crop CK SRSR C SR M CK SRSR C SR M CK SRSR C SR M 圖5 蔬菜秸稈不同原位還田方式對門水平土壤 真菌群落組成的影響 Fig 5 Effects of different in situ returning methods of vegetable straw on soil fungal community composition at phyla level Alpha多樣性分析結(jié)果表明 SR處理顯著降低了茄子 秸稈還田土壤的OTU豐富度 而SR SR C和SR M 處理均顯著提高了辣椒秸稈還田土壤的香農(nóng)指數(shù) 表3 此外 從土壤真菌OTU的PCoA結(jié)果 圖7 看 不同 處理之間的真菌群落整體結(jié)構(gòu)明顯分離 表明蔬菜秸稈 原位還田方式對土壤真菌群落具有不同的影響 第 18 期 謝鷹飛等 茄果類蔬菜秸稈原位還田對設(shè)施土壤綜合質(zhì)量的影響 115 Chaetomium unclassified o Pezizales unclassified o Sordariales unclassified f Microascaceae unclassified f Chaetomiaceae Neocosmospora Aspergillus Gymnascella unclassified f Pyronemataceae Sodiomyces Acaulium Humicola Leucothecium Mycothermus Kernia unclassified p Ascomycota unclassified o Coniochaetales Aphanoascus Lophotrichus Metarhizium Gibberella Microascus Cladorrhinum Uncinocarpus Ascobolus Fusarium Penicillium Trichoderma Cephaliophora unclassified o Onygenales unclassified c Sordariomycetes Cladosporium unclassified f Nectriaceae Hapsidospora Madurella Thielavia Acremonium Albifimbria Alternaria Chrysosporium Clonostachys Peziza Schizothecium Gibellulopsis unclassified f Aspergillaceae Basidiomycota Mortierellomycota Rozellomycota Basidiobolomycota Ascomycota unclassified k Fungi 0 28 54 相對豐度 Relative abundance 番茄 Tomato茄子 Eggplant辣椒 Pepper 作物 Crop CK SR SR C SR M CK SR SR C SR M CK SR SR C SR M 圖6 蔬菜秸稈不同原位還田方式對屬水平土壤真菌群落組成的影響 Fig 6 Effects of different in situ returning methods of vegetable straw on soil fungal community composition at genus level 表 3 蔬菜秸稈不同原位還田方式對土壤真菌Alpha 多樣性指數(shù)的影響 Table 3 Effects of different in situ returning methods of vegetable straw on soil fungal Alpha diversity index 作物 Crop 處理 Treatment OTU豐富度 OTU richness 香農(nóng)指數(shù) Shannon index 番茄 Tomato CK 400 33 18 32 a 3 49 0 11 ab SR 416 00 31 66 a 3 90 0 11 a SR C 336 33 23 50 a 3 20 0 25 b SR M 357 33 24 50 a 3 45 0 10 ab 茄子 Eggplant CK 441 00 8 96 a 3 54 0 06 a SR 374 00 27 00 a 3 64 0 22 a SR C 407 33 22 36 a 3 30 0 12 a SR M 445 33 12 98 a 3 50 0 12 a 辣椒 Pepper CK 427 00 31 09 a 3 09 0 10 c SR 500 33 30 69 a 3 62 0 11 bc SR C 469 33 45 67 a 4 22 0 18 a SR M 551 67 47 98 a 4 06 0 03 ab 2 4 不同原位還田方式下蔬菜秸稈的降解率 不同原位還田方式下 3種蔬菜秸稈的降解率如圖8 所示 與SR相比 番茄秸稈在還田30和150 d時(shí) SR M處理顯著提高了秸稈的降解率 分別提高了1 30 和0 52個(gè)百分點(diǎn) 圖8a和圖8d 茄子秸稈在還田90 和150 d時(shí) SR M處理的秸稈降解率分別達(dá)92 09 和92 20 比SR處理顯著提高了5 54和3 81個(gè)百分點(diǎn) 圖8b和圖8e 辣椒秸稈在還田60和150 d時(shí) SR C 處理的秸稈降解率顯著低于SR處理 分別降低了3 66 和1 26個(gè)百分點(diǎn) 而在還田150 d時(shí) SR M處理比SR 顯著提高了秸稈的降解率 P 0 05 提高了0 96個(gè) 百分點(diǎn) 圖8c和圖8f 2 5 蔬菜秸稈不同原位還田方式對土壤質(zhì)量指數(shù)的影響 將土壤指標(biāo)測定值標(biāo)準(zhǔn)化為0 1之間的無綱量值 隨后對標(biāo)準(zhǔn)化的土壤指標(biāo)進(jìn)行PCA分析 提取了4個(gè)特 征值大于1的主成分 這些主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為 84 12 其中 PC1的方差貢獻(xiàn)率為34 66 有機(jī)碳 116 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) http www tcsae org 2023 年 速效磷和速效鉀在PC1中的載荷較大 分別為0 899 0 943和0 883 PC2的方差貢獻(xiàn)率為26 12 陽離子交換 量和礦質(zhì)氮在PC2中具有較大的載荷 分別為0 810和 0 845 PC3的方差貢獻(xiàn)率為12 93 pH 細(xì)菌OTU豐 富度 真菌OTU豐富度和真菌香農(nóng)指數(shù)在PC3中的載荷 較大 分別為0 524 0 567 0 522和0 532 PC4的方 差貢獻(xiàn)率為10 41 電導(dǎo)率和細(xì)菌OTU豐富度在PC4 中具有較大的載荷 分別為0 565和0 575 表4 a 番茄 a Tomato b 茄子 b Eggplant c 辣椒 c Pepper 0 3 0 1 0 5 0 3 0 1 0 5 0 4 0 0 4 PCoA1 42 17 PCoA2 24 11 0 2 0 0 2 0 3 0 0 3 PCoA2 27 17 PCoA1 29 96 0 3 0 0 3 PCoA1 24 09 PCoA2 18 10 CK SR CSR SR M 圖7 不同處理土壤真菌群落PCoA圖 Fig 7 PCoA of soil fungal community among different treatments a 番茄秸稈降解率 a Degradation rate of tomato straw b 茄子秸稈降解率 b Degradation rate of eggplant straw c 辣椒秸稈降解率 c Degradation rate of pepper straw a b ab a ba b b a aa a a a a 60 70 80 90 100 110 15 30 60 90 150 秸稈降解率 Straw degradation rate 還田天數(shù) Days of returning to the field d SR SR C SR M ab ab a b b b b a ab ab a a a a a 60 70 80 90 100 110 15 30 60 90 150 秸稈降解率 Straw degradation rate 還田天數(shù) Days of returning to the field d a a a a b a a b a c a a a a a 60 70 80 90 100 110 15 30 60 90 150 秸稈降解率 Straw degradation rate 還田天數(shù) Days of returning to the field d 15 d 30 d 150 d 60 d 90 d SR SR C SR M 處理Treatments SR SR C SR M 處理Treatments SR SR C SR M 處理Treatments 15 d 30 d 150 d 90 d 60 d 15 d 30 d 150 d 90 d 60 d d 不同還田天數(shù)的番茄秸稈 d Tomato straw with different returning days e 不同還田天數(shù)的茄子秸稈 e Eggplant straw with different returning days f 不同還田天數(shù)的辣椒秸稈 f Pepper straw with different returning days 圖8 不同原位還田方式下蔬菜秸稈的降解率和蔬菜秸稈殘留 Fig 8 Degradation rates of vegetable straw under different in situ returning methods and remained vegetable straw 4個(gè)主成分中載荷較大 載荷絕對值在最高因子載 荷90 以上 的土壤指標(biāo)為關(guān)鍵土壤質(zhì)量指標(biāo) 并保存 在MDS中 根據(jù)這些關(guān)鍵土壤質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算了土壤質(zhì) 量指數(shù) 結(jié)果表明 番茄和辣椒所有秸稈原位還田方式 均提高了SQI 土壤質(zhì)量指數(shù) soil quality index 且 在秸稈原位還田的基礎(chǔ)上 增施氰氨化鈣和微生物菌劑 進(jìn)一步提高了番茄和辣椒秸稈還田土壤的SQI 而茄子 僅SR M秸稈還田處理提高了SQI 圖9 相較于CK SR SR C和SR M處理的SQI分別提高了15 8 32 5 8 8 56 8 和21 8 51 4 綜上 SR C SR M和SR M處理分別對番茄 茄子和辣椒秸稈還田 后土壤綜合質(zhì)量的提升效果最佳 第 18 期 謝鷹飛等 茄果類蔬菜秸稈原位還田對設(shè)施土壤綜合質(zhì)量的影響 117 表 4 土壤指標(biāo)的主成分分析結(jié)果 Table 4 Results of principal component analysis of soil indicators 項(xiàng)目 Items PC1 PC2 PC3 PC4 特征值 Eigenvalue 4 160 3 134 1 551 1 249 方差貢獻(xiàn)率 Variance contribution rate 34 664 26 117 12 926 10 409 累計(jì)方差貢獻(xiàn)率 Cumulative variance contribution rate 34 664 60 781 73 706 84 115 pH值 pH value 0 161 0 559 0 524 0 105 電導(dǎo)率 Electrical conductivity 0 016 0 550 0 122 0 565 陽離子交換量 Cation exchange capacity 0 117 0 810 0 233 0 283 有機(jī)碳 Organic carbon 0 889 0 169 0 198 0 044 全氮 Total nitrogen 0 813 0 472 0 280 0 134 礦質(zhì)氮 Mineral nitrogen 0 271 0 845 0 327 0 015 速效磷 Available phosphorus 0 943 0 235 0 052 0 063 速效鉀 Available potassium 0 883 0 045 0 310 0 173 細(xì) 菌 OTU豐富度 Bacterial OTU richness 0 037 0 514 0 567 0 575 細(xì)菌香農(nóng)指數(shù) Bacterial Shannon index 0 414 0 697 0 088 0 511 真 菌 OTU豐富度 Fungal OTU richness 0 689 0 290 0 522 0 145 真菌香農(nóng)指數(shù) Fungal Shannon index 0 528 0 081 0 532 0 414 注 粗體數(shù)值表示保留在最小數(shù)據(jù)集中的關(guān)鍵土壤質(zhì)量指標(biāo)對應(yīng)的因子載荷 Note The bold values represent the factor loadings corresponding to the key soil quality indicators retained in the MDS minimum data set c bc cb c ba ab b b a a 0 1 2 3 番茄 Tomato 茄子 Egg