生物措施对松嫩平原盐碱退化草地改良效果的研究

【摘要】松嫩草地是我国东北西部绿色生态屏障,具有较高的经济价值和重要的生态意义。但是由于自然原因和长期的不合理利用致使草地出现退化、沙化和盐碱化,尤其是草地盐碱化加重。松嫩草地己有近70%以上存在着不同程度的盐碱化,并且目前仍以1.5-2%的速度递增,其中有20-30%已成光盐碱斑,完全失去了放牧利用价值。草地面积的不断减少和退化,牲畜头数又不断增加,更加剧了草地盐碱化程度,成为草地畜牧业持续发展的限制因素。退化盐碱草地的治理与恢复是当前的主要任务。本研究以松嫩平原西部黑龙江省哈尔滨市立功村退化盐碱草地为试验基地,采用随机区组试验设计,通过补播一年生牧草东饲1号稗草(EchinochloacrusgalliBeauv.cv.dongsiNo.2)和虎尾草(ChlorisvirgataSwartz)、多年生牧草星星草(Puccinelliatenuiflora(Turcz.)Scribn.)和野大麦(Hordeumbrevisublatum(Trin.)Link),以未进行补播作为对照(CK),并配合四种玉米秸秆覆盖量{分别为2kgm-2(2M)、1.5kgm-2(1.5M)、1kgm-2(1M)和0kgm-2(0M)}共计20个处理,通过2010-2012年连续三年的野外定点试验,研究了补播牧草及覆盖秸秆这一生物措施模式下植被修复生长情况,退化盐碱草地0-10cm和10-20cm土层的土壤养分、pH、阳离子交换量、交换性钠、全盐量、盐分含量、土壤酶活性(脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶)及微生物数量(细菌、真菌、放线菌)的变化及其规律,并利用Real-timePCR和PCR-DGGE技术研究四种秸秆覆盖量下四种耐盐碱牧草根际土壤微生物群落大小及结构多样性的影响,评价生物措施(补播牧草+秸秆覆盖)对退化盐碱草地植被恢复及土壤改良的效果,筛选出适宜盐碱草地修复及改良的牧草品种及秸秆覆盖量,确定建立适合当地土壤改良的最佳模式。研究主要得出以下结论：(1)生物措施对植被恢复的影响补播后及时覆盖秸秆,可有效保持土壤水分和固定种子,植物的出苗、保苗和生长都得到显著提高,其中在2012年,补播星星草和野大麦在1.5M处理下与0M相比,生长高度和生物量分别提高了15.75%、14.06%和15.99%、13.08%；补播东饲1号稗草和虎尾草在2M处理下与0M相比,生长高度和生物量分别提高了6.59%、27.9%和9.25%、10.88%。(2)生物措施对土壤营养成分的影响生物措施可显著提高0-10和10-20cm土层土壤的有机质、全氮、全钾、碱解氮和速效钾含量,并且与耐盐牧草的种植年限呈正相关。补播星星草和野大麦的改善效果显著高于东饲一号稗草、虎尾草和CK(P<0.05)。土壤的TP含量在耐盐牧草种植三年后,略有增加。(3)生物措施对土壤化学性质的影响生物措施可显著降低在0-10和10-20cm土层土壤的pH值、电导率、交换性钠含量,并且与耐盐牧草的种植年限呈负相关。随着种植年限的增加,土壤可溶性盐中K+、Ca2+、Cl-离子含量增加,SO42-、HCO3-、Na+、Mg2+离子含量减少,土壤化学性质得到了一定程度的改善。经过三年的对比试验可知,野大麦1.5M组合改良效果更为明显。(4)生物措施对土壤酶活性的影响生物措施可显著提高0-10和10-20cm土层土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性,并且与耐盐牧草的种植年限呈正相关。补播星星草和野大麦脲酶、纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性显著高于东饲1号稗草、虎尾草和CK(P<0.05)；补播虎尾草蔗糖酶和碱性磷酸酶活性显著高于其他牧草处理(P<0.05)。经过三年的对比试验可知,虎尾草2M组合蔗糖酶和碱性磷酸酶活性增加幅度最大；野大麦1.5M组合脲酶、纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性增加幅度最大。(5)生物措施对土壤微生物数量的影响生物措施可显著提高0-10和10-20cm土层土壤细菌、真菌和放线菌数量,并且与耐盐牧草的种植年限呈正相关。在0-10cm土层,补播野大麦处理细菌、真菌和放线菌数量增加幅度最大,分别是39.49%、44.39%和48.40%,而在10-20cm土层补播星星草处理细菌、真菌和放线菌数量增加幅度最大,分别是27.78%、44%和49.98%。经过三年对比可知,种植星星草或野大麦2M组合显著增加了退化盐碱草地土壤微生物数量。(6)生物措施对根际土壤微生物群落大小的影响种植第三年牧草根际土壤细菌和真菌Real-timePCR结果表明,补播星星草和野大麦后植物根际土壤细菌16SrDNA和真菌18SrDNA拷贝数显著高于东饲1号稗草、虎尾草和CK处理(P<0.05),并且秸秆覆盖量为1.5M时细菌16SrDNA和真菌18SrDNA拷贝数最高。(7)生物措施对根际土壤微生物结构多样性的影响PCR-DGGE结果表明,生物措施改变了土壤细菌和真菌群落结构。覆盖秸秆提高了植物根际土壤细菌、真菌Shannon-Weaver指数、Simpson指数和均匀度指数。不同植物品种根际对土壤细菌和真菌群落组成不同,主要表现在DGGE条带的亮度、迁移度特异条带和缺失条带上。综上所述,生物措施(覆盖秸秆和补播牧草)提高了松嫩平原退化盐碱草地土壤养分含量,降低了土壤的pH,改善土壤化学性质及盐分离子含量,使土壤微生物及酶活性增加；PCR-DGGE结果表明覆盖和种植牧草对土壤细菌和真菌群落结构产生了影响；Real-timePCR结果表明覆盖秸秆和种植牧草改变了土壤细菌和真菌群落大小。从植被恢复,土壤理化性质及土壤微生态环境三方面综合考虑,秸秆覆盖量为1.5kgm-2+种植多年生牧草是最佳组合。
【作者】李洪影；
【导师】崔国文；
【作者基本信息】东北农业大学，草学，2014，博士
【关键词】松嫩平原；盐碱退化草地；种植牧草；秸秆覆盖；微生物区系；

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