研究不同施肥处理对晋南旱塬麦田土壤微生物功能多样性的影响,可从微生物功能多样性的角度为旱地小麦减肥增产和肥力提升提供理论依据.本研究依托晋南黄土旱塬冬小麦种植区的长期定位试验田,设置秸秆炭(SF)、菌肥(BF)、有机肥(OF)、腐殖酸(HF)、测控施肥(MF)、农户施肥(FF)和不施肥(CK)7种处理,基于Biolog-ECO微平板法,研究了不同施肥处理下晋南旱塬麦田土壤微生物的碳源利用能力和功能多样性的差异.结果表明:不同施肥处理均能提高黄土旱塬麦田土壤微生物代谢活性和功能多样性,但不同处理的增效不同,SF处理下土壤微生物对碳源的利用最强,能够显著提高土壤微生物对31种碳源的总体利用能力和不同类型碳源的利用能力;SF处理下基于碳源利用的微生物功能多样性、物种丰富度、优势度均显著高于其他5个施肥处理,而其均匀度仅高于BF处理.主成分分析和双向聚类热图分析表明,不同施肥处理对土壤微生物群落代谢功能产生显著影响,SF处理对土壤微生物群落功能多样性有显著促进作用,这种促进作用主要体现在微生物对碳水化合物、羧酸类和氨基酸类碳源的利用上.综上,秸秆炭化还田对晋南旱塬麦田土壤微生物活性有较好的促进作用.

垄膜沟播是黄土旱塬麦田一种典型种植方式, 覆膜条件下不同肥料肥效及其对微生物群落结构的影响均不同.在晋南黄土旱塬冬小麦种植区, 通过2年大田试验系统分析传统农户施肥 (FF) 、监控施肥 (MF) 、监控施肥配施有机肥 (MFM) 和监控施肥配施生物有机肥 (MFB) 4种施肥措施对冬小麦产量形成及土壤微生物量碳、氮和磷的影响.结果表明, 通过优化平衡施肥可显著提高黄土旱塬冬小麦产量, 其中MFB处理籽粒产量最高, 达4 107-5 400 kg/hm2, 较FF处理高14.5％-23.2％ (P＜0.05).不同施肥措施主要通过影响成穗数来影响冬小麦的产量形成, 对冬小麦穗粒数和千粒重影响均不显著.土壤微生物量受冬小麦生育期进程和施肥措施共同影响, 其中微生物量碳在拔节期至扬花期最高, 微生物量氮、磷均在拔节期达最高值.不同生育期间土壤微生物量碳、氮和磷的变化率总体在50％以下, 而优化施肥措施对土壤微生物量碳、氮和磷的平均贡献率则可达90％.配施生物有机肥或配施有机肥较单施化肥可显著提高冬小麦生育期土壤微生物量碳、氮和磷, 但MFM和MFB处理间的土壤微生物碳和氮差异不显著, 而MFB处理由于混合磷细菌的作用, 其土壤微生物量磷较MFM处理高19.8％-47.1％ (P＜0.05).各处理土壤微生物量碳氮比和碳磷比分别在6.9-9.8和14.4-41.0, 且均在冬小麦扬花期达最大值.综上所述, 在黄土旱塬垄膜沟播种植条件下, 通过监控施肥配施生物有机肥可有效提高冬小麦产量和土壤微生物量.

通过大田试验研究了平膜穴播和垄膜沟播等覆膜方式对晋南旱地麦田土壤水分、氮素平衡及产量的影响,以期在当地确立一套适宜的科学覆膜方式,为晋南旱塬地区乃至我国旱作小麦的高产优质提供理论依据.结果表明,垄膜沟播和平膜穴播处理的冬小麦增产效果显著,且以平膜穴播处理的效果最优,较测控施肥处理的籽粒产量和生物产量分别提高22.71％和25.45％.经过冬小麦一个生育期对土壤水分的吸收利用,两种覆膜处理的耗水量较不覆膜处理有较大的提高,而其水分利用率略低于不覆膜处理,但差异不显著.两种覆膜处理也能提高麦田的降水生产效率和休闲效率,较不覆膜处理分别提高9.46％-30.16％和9.95％-39.22％.覆膜有利于氮的矿化,并能促进小麦对氮素的吸收利用,同时也可以在一定程度上降低氮素在土壤中的残留,最终有利于小麦增产.

明确减氮覆膜措施下冬小麦的产量变化规律和麦田土壤氮肥的利用效率及残留情况,可为旱地冬小麦的环境友好科学施肥提供理论依据.于2013-2018年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,设置农户施肥种植模式(FP)、减氮测控施肥(MF)、减氮测控施肥+垄膜沟播(RFSF)和减氮测控施肥+平膜穴播(WFFHS)4种处理,分析在5年减氮覆膜条件下冬小麦产量、氮肥偏生产力、0-2 m土壤氮素残留分布和氮素平衡状况.结果显示,减氮测控施肥在5年总施氮量减少46.9％、平衡增施磷钾肥的情况下,能够保障冬小麦产量处于稳定状态,氮肥偏生产力比农户模式提高120.3％,0-2 m土壤硝态氮残留量减少30.5％,氮素累积表观损失量减少72.9％,且差异均达显著水平.在减氮测控施肥基础上覆膜种植后,使冬小麦产量提高9.46％-56.4％,氮肥偏生产力提高21.7％-41.4％,0-2 m土壤硝态氮残留量减少16.6％-25.8％,土壤累积表观矿化氮含量增加89.1％-127.8％,差异均达显著水平.本研究表明通过减少氮肥用量和平衡施用磷钾肥可提高氮肥利用效率,降低硝态氮残留量和表观损失,并达到稳产的目的;同时在减氮测控施肥基础上进行覆膜,可进一步促进小麦对土壤养分的吸收利用,在提高小麦产量、降低硝态氮积累和减小环境污染风险方面具有显著的效应.

探究适合晋南旱塬冬小麦填闲种植的绿肥作物,为冬小麦绿色生产提供理论依据.采用大田试验,研究了旱塬冬小麦夏闲期种植翻压草木樨、柽麻、大豆、黑豆、绿豆、乌豇豆等6种绿肥作物的养分归还效应,以及对麦田土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、颗粒态有机碳(POC)、颗粒态有机氮(PON)和轻重组有机碳(LFOC、HFOC)、轻重组有机氮(LFON、HFON)组分的影响.结果表明:6种绿肥作物的总养分归还量(N+P205+K2O)以绿豆、黑豆、乌豇豆最高,为104.77～121.82 kg.hm-2.与传统农户模式相比,种植翻压不同绿肥作物均可显著提高土壤微生物量碳,提高幅度为27％～57％,但对土壤微生物量氮影响不显著.不同处理间土壤可溶性有机碳、颗粒态有机碳、重组有机碳、轻组有机氮和重组有机氮含量差异不显著,但与传统农户模式相比,种植翻压黑豆、绿豆显著提高了 土壤可溶性有机氮含量,提高幅度为27％～55％,种植翻压大豆显著提高了土壤颗粒态有机氮和轻组有机碳含量,提高幅度分别为31％和162％.研究表明,黄土旱塬冬小麦夏闲期种植翻压大豆、绿豆、黑豆具有相对较高的养分归还效应,且对土壤活性有机碳、氮库的影响尤为显著.