科研 Soil Tillage Res：分歧耕做轨制对土壤C和N库以及次要微生物群的持久影响因做物耕种挨次而异正在土壤无机碳含量持续下降的半干旱地中海中，确定最佳的性农业办法以添加土壤无机碳（C）从而提高土壤质量至关主要。正在土壤无机碳含量持续下降的半干旱地中海中，确定最佳的性农业办法以添加土壤无机碳（C）从而提高土壤质量至关主要。因而，这项持久研究的目标是。正在持续使用了23年的对比性耕做轨制（常规耕做[CT]，取不耕做[NT]）和做物耕种挨次（小麦单做取小麦-蚕豆轮做）后，正在一个耕做年度的三个分歧时间，从表土（0-15厘米）和基层土壤（15-30厘米）采集土壤样品。阐发了土壤样品的总无机碳和不不变无机碳库、微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮、根本呼吸，以及通过磷脂脂肪酸阐发了次要微生物群体的品貌。。这反过来又刺激了微生物的生物量，出格是革兰氏阳性菌。这表白NT的土壤质量较高，这一点从MBC/TOC的添加和压力指数的降低中获得了。相反，正在实菌生物量方面没有察看赴任异。这些发觉表白，2013-2014年发展季的总降雨量为603毫米，高于该地域的持久平均值（图1）。降雨量正在整个发展季候分布优良。约25%的总降雨量发生正在9月至11月（即做物播种前），而12月至4月是发展季中最潮湿的期间（总降雨量的66%，33个雨天）。最初，5月至7月相当干燥（总降雨量的8%，只要6个雨天）。这一年的平均气温为15。2℃，低于持久平均气温（15。9℃；图1）。图1 2013-2014年发展季候（2013年9月-2014年7月）尝试的降雨（蓝条）和日平均气温（红线）。耕做轨制和做物耕种挨次都对大部门表层土壤特征发生了显著影响，但很少有基层土壤特征遭到影响（表1）。正在表层土壤中，NT的TOC平均比CT的高32%（图2）。TOC也遭到做物的影响，蚕豆后的麦田（F）土壤。正在NT，TOC跟着深度的添加而削减，而正在CT，TOC几乎连结不变。然而，耕做轨制对TOC的影响因做物耕种挨次而异。正在）平均比CT的高26%，但耕做轨制的影响因做物耕种挨次而异（表1）。现实上，正在两种小麦做物中，NT的C）受耕做轨制（P = 0。021）的影响大于做物耕种挨次（P = 0。057，表1）。正在NT地域，N正在表层土壤中，MBC受耕做轨制和做物耕种挨次的影响；NT比CT高62%（图3），正在两种耕做轨制下，小麦地块（F）（CT和NT平均别离+39%和+30%）。正在NT，基层土壤中的MBC低于表层土壤（图3），虽然正在CT中表层土壤和基层土壤之间没有较着差别。做物取耕做轨制彼此影响（表1），但无论耕做轨制若何，小麦地块的MBC平均高于蚕豆地块。MBN仅受上层土壤耕做轨制的影响，显示NT的数值平均比CT高46%（图3）。BR仅正在表层土壤中受两种尝试要素的影响。现实上，取CT比拟，NT较着添加了BR，而正在各类做物中，F中，NT比CT高（图4）。此外，正在CT和NT系统中，轮做的两种做物之间的微生物商有较着差别（正在两种耕做轨制中，W（+15％），虽然正在CT中两种小麦做物之间没有察看赴任异。鄙人层土壤中，做物耕种挨次，无论是零丁仍是通过取耕做轨制的彼此感化，城市影响微生物商数。最显著的差别发生正在表1 方差阐发。使用途理（耕做轨制和做物耕种挨次）对从0-15厘米（表土）和15-30厘米（基层土壤）土层采集的土壤样品的化学和生化性质影响的P值。图4 正在0-15厘米（表土）和15-30厘米（基层土壤）土层的土壤样品中，土壤根本呼吸（BR）、微生物商（MBC/TOC）和代谢商（qCO正在表层土壤中，无论做物耕种挨次若何，取CT比拟，NT的总PLFAs平均超出跨越54%，但两种耕做轨制之间的差别取做物耕种挨次彼此感化，使PLFAs按F）之间也有较着差别。鄙人层土壤中，NT的总PLFAs较着高于CT（图5）。正在NT的两种小麦做物之间察看到了总PLFAs的较着差别（鄙人层土壤中，次要微生物群体的品貌遭到测试要素的交互影响（表1）。总细菌和革兰氏阳性细菌正在NT中平均高于CT中（图5，图6）。正在CT中，两种小麦做物之间的总细菌和革兰氏阳性细菌存正在显著差别（F）。别的，正在小麦地块中，CT的BAC+/BAC-和cy19！0/cis18！1ω7比值高于NT的。细胞17！0/cis16！1ω7比率仅受耕做轨制的影响，而且CT的数值高于NT（图7）。图7 从0-15厘米（表土）和15-30厘米（基层土壤）土层采集的土壤样品中，革兰氏阳性菌取革兰氏阳性菌的比例（BAC+/BAC-），以及细胞17！0/cis16！1ω7和细胞19！0/cis18！1ω7的比例受耕做轨制和做物影响。对表土和基层土壤别离进行了两次CDA。变量取规范维数的关系正在图8顶用向量暗示。每个向量都是由它取规范维数的相关性来定义的。正在表土中（图8A），按照似然比降阶测试，两个规范维数都很显著。近71%的组间平均差别是由第一个规范维数（CAN1）形成的，它遭到阐发中包罗的所有土壤性状的积极影响，出格是TOC、MBC和CO；此外，CAN1较着区分了CT和NT系统。第二个规范维数（CAN2）注释了16。8%的变异，受TOC、BAC+和实菌的正向影响，次要受CO鄙人层土壤中（图8B），按照似然比降阶测试，两个规范维数都很显著。近48%的组间平均差别是由CAN1形成的，它取BAC图9显示了合用于这两层的分类树。每棵树由一系列法则构成，从树顶起头（树根，包含所有单位），每条法则都基于一个变量。每棵树都有一些的特征，发生分支和内部节点，而正在底部能够找到终端节点或叶子。每个朋分都了单位划分为两个子节点的特点是单位的最大同质性（就响应变量而言，本研究中的做物×耕做）。取每个相关的变量是最具判别力的变量。关于表土（图9A），取CDA的成果分歧，最具判别力的变量是TOC、MBC和CO（即三个取C轮回完全相关的典范土壤变量）。正在每个叶子（树的底部），演讲了单元的分布环境：例如，正在底部叶子（节点4）中，跨越80%的单元是CT-WF，其特点是TOC13。885，MBC307。125。此外，TOC15。02对应于CT，而TOC≥15。02则对应于NT。基层土壤的成果（图9B）不是很好。需要三个以上的变量才能尽可能平均地将单位划分为叶片。这一成果取CDA图中显示的成果分歧，此中每组椭圆的堆叠很较着。然而，值得留意的是，第一个判别要素是BAC操纵丈量和推导的化学和生物化学数据进行的CDA明白区分了NT系统和CT系统，也显示了表层土壤比基层土壤更较着的差别。CDA还强调了一个现实，即NT系统比CT系统正在图上更分离，这表白因为做物耕种的挨次，所查询拜访的土壤参数有更大的变化。正在表土中，取CT比拟，NT的TOC有相当大的添加。这种差别很是较着，正如分类树阐发所强调的，TOC是具有最高判别力的参数。因为两种耕做轨制之间的做物残留物的输入没有差别，TOC的差别能够归因于耕做轨制对做物残留物命运的影响。现实上，耕做能够添加土壤通气性和氧气扩散率，这反过来又能够添加无机物的降解，降低固碳量。此外，通过将做物残留物取土壤连系和夹杂，耕做添加了它们对土壤微生物的可及性，从而加速了它们的矿化速度。将做物残留物连结正在NT土壤的概况，使它们对土壤微生物的可及性降低，从而减缓了分化过程，并逐步导致无机C正在表层土壤的第一厘米处堆集。此外，通过土壤布局，保守的耕做方式有帮于正在宏不雅堆积体中构成富含C的微堆积体，这能够从物理上土壤无机物的矿化。相反，稠密型耕做法有益于通过微生物的，氧化先前物理的土壤无机物。取CT比拟，NT的表土中C都更高。正如Tivet等人（Soil organic carbon fraction losses upon continuous plow-based tillageand its restoration by diverse biomass-C inputs under no-till in sub-tropicaland tropical regions of Brazil，，2013）所认为的那样，这两个参数可能会积极影响土壤堆积物的构成，从而土壤无机物，成立一个支撑土壤固碳的良性轮回。按照Sun等人（No tillage combinedwith crop rotation improves soil microbial community composition and metabolic activity，，2016）的研究，NT中这种基质的更大可用性，添加了MBC和MBC/TOC比率，由于微生物有更多的C可操纵。取基质的更大可操纵性相连系，从协同感化上讲，堆集正在NT表土上的做物残留物能够削减土壤温度和水分的波动，使表土更有益于土壤微生物。如前所述，CT中较低的MBC值也可能是因为加强了对堆积体被所惹起的微生物群的干燥。值得留意的是，取CT比拟，NT中的微生物生物量持续添加，次要归因于细菌而不是实菌的添加。正在NT中没有更多的实菌是一个意想不到的成果，由于很多研究发觉正在NT处置中有更多的实菌。别的，比来正在一项全球Meta阐发中表白，土壤实菌和细菌都对性耕做有积极的反映，并取土壤C含量的添加有较着的关系。然而，耕做对实菌群落的影响是有争议的，由于它取进行尝试的相关。正在这个田间尝试中，无论哪种耕做轨制，细菌都正在微生物群落中占从导地位。这可能归因于很多要素，包罗中度碱性的土壤反映和一年中大部门时间的低土壤湿度，以及取CT比拟更高的C和N底物的可用性。关于后一个要素，细菌和实菌有分歧的化学计量，前者的C/N比率约为5，后者的比率平均约为10。因而，估计细菌和实菌对N的需求别离较高和较低。因而，若是获得C的机遇是相等的，但N是无限的，那么估计会转向实菌的从导地位，但若是N不受，估计细菌会占从导地位。现实上，正在这项研究中，有来由认为氮不是细菌的要素，C比率低于6（这取细菌的比率类似），MBC/MBN比率低于7。7，这都了这一点。因而，正在很长一段时间内，NT中TOC的添加取细菌群落的添加相关，而细菌群落的添加大于实菌群落的添加。正在这方面，实菌正在C轮回中的感化可能更多地取接收细菌的代谢物相关，而不是取间接分化土壤无机物相关。这一发觉值得留意，应推进人们关心细菌正在半干旱的地中海中的固碳感化。此外，它表白该当从头考虑F/B比率做为半干旱地中海土壤中固碳的目标的感化。。这一发觉取一些研究相反，但取其他正在温和缓干燥中进行的研究分歧。对这一成果的一个注释可能是，NT土壤中较高的C可用性推进了BAC，由于前者发展更快，一旦养分物质的可用性添加，就能更好地增殖。这个假设取Laudicina等人(Soilcarbon dynamics as affected by long-term contrasting cropping systems andtillages under semiarid Mediterranean climate，，2014)正在统一研究区域发觉的环境相吻合(即取CT比拟，NT的易分化基质数量更高)。此外，Fanin等人（The ratio of Gram-positive to Gram-negative bacterial PLFA markers as anindicator of carbon availability in organic soils，（NT比CT平均+58%），因为它们有能力操纵难分化的无机C，所以可以或许利用较老的无机C基质。以环丙烷取单烯烃前体脂肪酸的比率计较的压力目标取此分歧。现实上，CT中较高的cy17！0/cis16！1ω7比率表白土壤微生物的压力前提，可能是土壤微生物顺应无限C的成果，这可能了细菌的发展。关于表层土壤，因为正在CT中使用的做物耕种挨次的影响，化学和生物化学参数以及次要微生物群的变化很小。相反，正在NT中察看到次要微生物群体之间的庞大差别，这取做物的影响而不是时间的累积效应相关。小麦地块中察看到的总PLFAs和细菌（特别是BAC）的数值高于WF地块，这能够归因于分歧的动物密度和的形态心理根系特征（小麦的根系密度和根系渗出物堆积高于蚕豆）和分歧的氮肥，W别离接管120和80公斤氮公顷，而蚕豆没有通过施肥接管矿物氮。这取其他研究分歧，了小麦可以或许添加其根瘤中18！1ω7、cy17！0和cy19！0（即BAC的生物目标）的浓度，出格是当它以单一种植或很是短的做物轮做体例发展时。关于氮肥，Kirchmann等人（Properties of soilsin the Swedish long-term fertility experiments！ VII。 Changes in topsoil andupper subsoil at Örja and Fors after 50 years of nitrogen fertilization andmanure application，ActaAgriculturae Scandinavica， Section B — Soil & Plant Science，2013）和Zhang等人（Effect of soybeanand maize rotation on soil microbial community structure，的雷同刺激感化，这可能是因为细菌发展的氮供应和动物的根部渗出的分析感化。此外，正如Stewart等人（Interactions ofstover and nitrogen management on soil microbial community and labile carbonunder irrigated no-till corn，， 2018）所认为的，这两个要素能够彼此感化，由于氮肥能够支撑小麦根部渗出的添加，其代表是糖、无机酸和其他微生物容易获得的C形式，包罗BAC如氨氧化和反硝化细菌，取Zhu等人（Multiple soil nutrient competition between plants，microbes， and mineral suces！ model development， parameterization， andexample applications in several tropical forests，， 2016）和Badagliacca等人（Long-term effects ofcontrasting tillage on soil organic carbon， nitrous oxide and ammonia emissionsin a Mediterranean Vertisol under different crop sequences，2018）正在之前做为统一持久尝试的一部门进行的深切研究中获得的成果分歧。因而，似乎NT有益于BAC为什么分歧的做物耕种挨次对NT的次要微生物群体有较着的影响，而对CT的影响却不较着，其准确的缘由还有待注释。很多要素可能正在此中阐扬了感化，包罗统一做物正在分歧天气前提下的分歧数量的根系渗出物，因为分歧的土壤耕做轨制，分歧做物残留物的分歧命运，以及CT和NT之间的杂草区系因做物耕种挨次的分歧而存正在差别，这可能通过分歧的根系渗出物和堆积分歧质量的残留物而影响土壤微生物群落。所有这些要素也能够彼此感化，并跟着时间的推移发生累积效应。总的来说，这项研究表白，NT惹起的TOC、C以及其他物理特征的变化使该系统对来自其他办理要素（即做物耕种挨次）变化的刺激反映愈加活络，其影响可达次要微生物群体。这很是风趣，当然值得进一步研究，由于它可能表白，相对于CT，NT的土壤-动物系统具有更大的弹性。从统一持久尝试中获得的做物数据显示，只要正在采用恰当的做物耕种挨次（即谷物-豆类轮做而不是持续谷植）的系统中，以及正在恰当调整其他做物办理办法（杂草节制、氮肥等）的环境下，NT才对做物产量和资本操纵效率发生积极影响。本研究的成果为注释这些影响供给了一个有用的环节。对基层土壤数据的分析阐发使得有可能将保守系统取NT系统区分隔来，虽然差别似乎没有正在表土中发觉的那么较着。出格是，正在CT和NT之间没有察看到TOC的差别。然而，总的来说，若是我们只考虑耕地土壤层（0-30厘米深度），持久NT答应正在地中海半干旱中达到COP21方针。很多做者演讲说，取NT比拟，CT表层土壤中较低的TOC凡是被基层土壤中较高的TOC所抵消。然而，本研究没有这一发觉；现实上，取CT比拟，NT的整个土壤层（0-30厘米）的C存量正在尝试期间（23年）逐步添加。此外，就土壤中的C而言，鄙人层土壤中察看到CT比NT有积极的影响；这可能是因为两种耕做轨制惹起的做物残留物的分歧分层，而不是因为上下土层之间C转移的差别。关于次要微生物群体的品貌，所研究的系统（耕做和做物耕种挨次）对基层土壤的影响取正在表土察看到的类似，但程度较轻。取正在表层土壤中察看到的环境雷同，分歧的做物耕种挨次对微生群发生了影响，正在NT中具有雷同的趋向，但正在CT中没有。最初，需要进一步研究，通过度析，阐明持久持续后，耕做轨制和做物耕种挨次对土壤细菌和实菌群落布局所发生的变化。总的来说，这些成果表白，正在半干旱的地中海中，取CT比拟，持久NT通过添加土壤无机碳、微生物生物量和微生物商数来改善土壤质量，从而有可能提高农业生态系统对缓解和顺应天气变化的贡献。持久的NT添加了土壤无机碳，从而使这个地中海半干旱实现了COP21的方针。因为NT，无机基质的供应量添加，反过来刺激了土壤微生物的生物量，特别是细菌群落，次要是BAC，而不是实菌群落。这一成果值得留意，并应推进人们关心细菌正在半干旱地中海的耕做土壤中的固碳感化。此外，它表白该当从头考虑实菌取细菌比率做为固碳目标的感化，至多正在这种下是如许。NT的影响因做物耕种挨次的分歧而有很大差别，而CT的影响不大，并不老是可不雅的。这强调了农艺办理的各个方面（耕做、做物耕种挨次、施肥等）正在调理基质质量对土壤化学和生物特征影响方面的主要性。此外，由NT惹起的土壤中总的和易溶的C和N库以及物理特征的变化，使NT系统对来自做物耕种挨次变化的刺激有更大的反映，对次要微生物群体的影响也是显而易见的。这很是风趣，当然值得进一步研究，由于它可能表白，相对于CT，NT的土壤-动物系统具有更大的弹性。本研究获得的消息可能有帮于正在地中海半干旱地域更成功地使用性农业办法，以连结以至提高土壤质量。
