玉米-大豆轮作系统中秸秆腐解物对根际微生物的影响及作用机制

玉米-大豆作物轮作方式是吉林省非常重要的农作体系，秸秆还田已成为很普遍的一种农田保护方式，其秸秆腐解物作为系统中生化互作效应不可缺少的部分，对土壤微生物有很重要的影响。本项目全面系统的分析鉴定玉米-大豆轮作体系中秸秆腐解物中的化学物质，分析与各自连作时的成分差异；探讨秸秆腐解液不同腐解时间对土壤微生物数量、微生物生物量和土壤酶活性的综合影响，并应用磷脂脂肪酸和Biolog方法深入研究其对土壤微生物群落结构、功能及多样性的影响，为相关的作物连作化学障碍研究提供新的科学研究方法，为农田的可持续管理和农业可持续发展提供理论依据。

本项目采用室内与田间试验相结合的方法，研究不同还田方式下秸秆腐解特征、养分释放规律和根际微生物的动态变化；同时，分析秸秆腐解液对根际土壤微生物群落结构和功能的影响，为合理施用秸秆与养分资源管理提供理论依据。. 项目组选择玉米长期连作试验田和米豆轮作试验田，秸秆分别以直接和深埋两种方式还田，进行秸秆腐解特征及秸秆腐解物对根际微生物影响研究。结果表明：在长期连作及秸秆还田处理中，秸秆腐解速度及氮磷钾的释放率显著低于轮作土壤秸秆腐解速度，且深埋的秸秆腐解速度显著高于秸秆表面覆盖处理；在吉林省西部大垄双行膜下滴灌种植方式下，玉米秸秆腐解速率比当地常规种植区平均提高了30.4%，尤其在生育前期(0~30天)和后期(90~150天)存在极显著差异。在玉米秸秆腐解液中检测出的酚酸含量顺序为：邻苯二甲酸>苯甲酸>对羟基苯甲酸>丁香酸>香草酸>阿魏酸。平均含量以“连作土+秸秆”处理显著高于“轮作土+秸秆”处理(丁香酸除外)。其中，“连作土+秸秆”处理中香草酸和阿魏酸的平均含量要高于“轮作土+秸秆”处理1倍以上。在玉米生育前期(从苗期到大喇叭口期)，“米豆轮作+秸秆深埋(T2)”处理检测到的土壤总PLFAs显著高于其他处理，生育中后期(抽雄吐丝期到成熟期)差异不大；真菌和细菌PLFAs的比例则在整个生育时期几乎均处于最低水平，而代表假单胞菌的特征脂肪酸(如3OH10：0，12：0，16：0等)含量显著高于其他处理，在苗期和抽雄吐丝期趋势最为明显。将秸秆深埋到连作土壤中，羧酸类和双亲化合物类微生物的活性受到显著抑制。 . 室内试验中，收集不同时期秸秆腐解液添加到连作及轮作土壤中，探讨对玉米幼苗根系及土壤微生物的影响。研究表明：秸秆腐解液对玉米幼苗根系可溶性蛋白含量影响较大，可溶性糖含量相对稳定；连作和轮作土壤中，添加第45、60天收集的连作土壤制备的秸秆腐解液，玉米幼苗根系SOD和POD活性显著降低；添加轮作土壤制备的秸秆腐解液结果则相反。随着腐解时间的延长，土壤革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和放线菌均先降低后升高，腐解30和45天的秸秆腐解液对三种微生物类群PLFAs抑制效应显著。. 在吉林省长年连作和秸秆还田的区域，还田秸秆作为联系下茬作物、连作土壤及微生物的桥梁和纽带，秸秆腐解物及根系分泌物在该地下微生态环境中如何相互作用有待于进一步完善。