改性膨润土对科尔沁沙地土壤改良效应及机制研究

论文摘要

科尔沁沙地位于我国北方农牧交错带,该地区农田土壤沙化退化严重,限制和阻碍了当地的农牧业发展。如何提高沙地土壤质量和生产力成为该地区目前亟待解决的生态环境问题。本研究选取改性膨润土为土壤改良剂,研究了在沙地上一次性施用改性膨润土后1-7年间对土壤理化性质、土壤微生态、玉米生长和产量的影响及长效性机制。旨在为利用改性膨润土改良退化土壤提供理论依据和技术支持。主要研究结果如下:1.施用改性膨润土有效的改善了土壤结构,显著（P<0.05）降低了土壤容重,提高了土壤充水孔隙度,增加了大于0.25mm各粒径土壤团聚体含量。提高了土壤含水量、贮水量和田间持水量,改善了沙地土壤保水蓄水能力和水分供给。也显著（P<0.05）提高了土壤阳离子交换量、有机质和氮磷钾含量,提高了沙地土壤肥力。2.施用改性膨润土促进了土壤总的微生物活动,显著（P<0.05）提高了土壤微生物生物量和土壤酶活性。在玉米播后90天达到最大,土壤微生物生物量碳、氮和磷分别较对照提高了 5.50%-22.03%、17.48%-57.73%和 11.48%-41.06%。土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶分别较对照提高了 10.81%-43.23%、6.78%-23.00%、4.9%-17.03%和 9.05%-36.87%。3.施用改性膨润土提高了土壤微生物群落功能多样性。显著（P<0.05）提高了微孔平均颜色变化率（AWCD）、香浓指数（H）和碳源优势度（S）,但对丰富度（E）无显著影响。显著（P<0.05）提高了土壤微生物对酚酸类和胺类碳源的利用,降低了对碳水化合物的利用。施用改性膨润土后第1年对土壤微生物群落功能多样性无显著影响,后随着施用年限显著增加,在施后第5年达到最大。4.施用改性膨润土显著（P<0.05）提高了土壤细菌群落多样性。提高了富营养型细菌的丰度,其中厚壁菌门提高了 44.2%-341.39%,拟杆菌门为对照的1.73倍-3.7倍。降低了寡营养型细菌和自养型细菌的丰度,酸杆菌门和绿弯菌门较对照分别降低了20.88%-66.68%和35.98%-75.33%,对群落丰富度无显著影响。UniFrac分析表明,施后第1年与对照聚为一类,说明施后当年对细菌群落整体结构影响较小,施后第3年变化最大,施后第5年与第7年的群落结构相似,说明施用5年后细菌群落结构趋于稳定。冗余分析表明土壤速效磷（R2=0.84,P<0.001）是驱动土壤细菌群落结构变化最主要的环境因子。5.施用改性膨润土显著（P<0.05）降低了真菌群落的多样性和丰度。降低了致病菌属中镰刀真菌属和赤霉菌属的丰度,分别较对照降低了 27.01%-79.56%和43.54%-63.31%,且随改性膨润土施入年限的增加而降低,有利于沙地上壤土传病害的控制。UniFrac分析表明,施用改性膨润土后土壤真菌群落变化波动较大,施后第3年与第7年的群落结构相似,而对照与施入后第1年和第5年的群落结构相似。冗余分析表明上壤碱解氮（R2=0.78,P<0.001）是驱动土壤真菌群落结构变化最主要的环境因子。6.施用改性膨润土显著（P<0.05）提高了玉米株高、叶面积指数、地上干物质量和根干重。也显著（P<0.05）提高了玉米产量、籽粒养分含量、水分利用效率和经济效益。籽粒氮磷钾含量在施入后34年达到最大,分别平均较对照提高了 5.36%-21.89%、18.07%-54.14%和6.21%-38.57%。玉米产量和效益及水分利用效率均表现为施后第5年达到最大,籽粒产量、生物产量和水分利用效率分别平均较对照提高了 65.65%、52.06%和67.24%,后趋于稳定。施用改性膨润土增强了籽粒产量与土壤理化性状和微生物学性状的相关性,提高了相关系数,也提高了各指标间的相关关系。7.改性膨润土对土壤结构、土壤肥力和土壤微生物生物量及土壤酶活性影响整体表现为在施后第5-6年达到最佳,后趋于稳定。施用改性膨润土后对0-40cm 土层上述指标影响较大,尤其对10-20cm 土层影响最大。随年限的增加,对40cm 土层以下影响增强。

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文章来源

类型: 博士论文

作者: 周磊

导师: 刘景辉,Carlos M.Monreal

关键词: 改性膨润土,沙地土壤,土壤理化性质,土壤微生态,玉米产量

来源: 内蒙古农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,农艺学

单位: 内蒙古农业大学

分类号: S156

总页数: 162

文件大小: 15011K

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