保护性耕作下秸秆还田对三江平原土壤细菌群落结构与功能的影响OA

针对东北三江平原玉米连作下不合理耕作导致的土壤质量下降等问题,开展保护性耕作和秸秆还田方式定位试验(始于2019年),设翻耕秸秆还田(PT)、旋耕秸秆还田(RT)、条带耕作秸秆还田(ST)、免耕秸秆覆盖还田(NT)4个处理,以常规旋耕秸秆不还田(CK)为对照,分析定位试验5年后保护性耕作下秸秆还田对玉米产量、土壤理化性状和土壤细菌群落组成及功能的影响。结果表明:各处理玉米产量均高于CK,表现为ST、PT>RT>NT、CK,其中RT处理产量稳定性最佳(变异系数为4.4%),NT处理产量变幅最大(变异系数为10.4%)。0~5 cm表层土壤中,各处理较CK显著提升了铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾、有机质含量和土壤含水量,其中NT处理增幅最大,但除PT外均导致pH值降低;在5~10 cm亚表层土壤中,ST处理有效磷含量显著高于其他处理(增幅13.1%~83.7%),PT处理速效钾含量最高,各处理均较CK显著降低了pH值。各处理0~5 cm土层细菌Shannon指数较CK提高4.9%~9.0%;NT处理促进了放线菌门富集,ST处理促进了变形菌门富集。Mantel分析、FAPROTAX功能预测和功能基因qPCR验证表明,耕作和秸秆还田方式通过影响硝态氮、有效磷等土壤理化性状调控微生物群落组成,形成独特的碳-氮耦合代谢机制,使表层和亚表层土壤固氮功能分别增加0.3%~22.6%和69.3%~108.0%,亚表层固氮功能基因nifH丰度显著增加78.7%~161.1%。在三江平原地区ST模式玉米产量和土壤生态效益的综合表现最优,NT模式在表层土壤改良方面具有优势。