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本文通过设置在黄土高原半干旱丘陵沟壑区的定西市李家堡镇甘肃农业大学旱农综合试验站的长期定位试验,研究了黄土高原西部雨养农业区多年生苜蓿耕翻轮作粮食作物后对土壤碳氮形态及其相关酶活性的影响,其中粮草轮作系统包括苜蓿-苜蓿(Medicago sativa)(L-L)、苜蓿-休闲(L-F)、苜蓿-小麦(Triticum aestivum)、(L-W)苜蓿-玉米(Zeamays)(L-C)、苜蓿-马铃薯(Solanum tuberosum)(L-P)和苜蓿-谷子(Setaria italica)(L-M)。通过分析探讨不同粮草轮作系统土壤碳氮形态及其相关酶活性的差异特征,旨在揭示粮草轮作系统土壤生态的的演变规律,为该地区苜蓿草地的可持续利用和适宜轮作作物的筛选提供理论依据。研究结论如下:(1)苜蓿-作物轮作模式不利于土壤总有机碳的积累,而苜蓿翻耕后保持休闲则可维持较高的有机碳含量;与苜蓿连作相比,苜蓿粮食作物种植模式的土壤有机碳降低了1.60%~23.11%;苜蓿连作多年导致表层土壤全氮含量最高,苜蓿休闲土壤全氮含量最低,表明长期种植苜蓿能够有效地保持并平衡土壤氮素,从而保持并提高土壤表层肥力。(2)不同轮作模式下土壤酸解有机总氮仅在表层0-10cm表现为苜蓿连作显著高于苜蓿-作物轮作,而土壤非酸解有机氮在各处理间并无显著差异;就各氮组分占全氮百分比比例而言,表现为非酸解态氮>酸解未知氮>氨基酸态氮>氨态氮>氨基糖态氮。(3)不同轮作模式下土壤酸解有机氮各组分中,土壤酸解性氨态氮和酸解氨基酸态氮分别在在表层0-10cm和10-30cm表现为苜蓿连作显著高于苜蓿-作物轮作和休闲,土壤酸酸解未知态氮在表层0-10cm表现为苜蓿连作和休闲显著高于苜蓿-作物轮作,土壤酸解性氨基糖态氮在各处理间并无显著差异。(4)与苜蓿连作相比,苜蓿粮食作物种植模式降低了土壤过氧化氢酶和蛋白酶活性,同时提高了土壤硝酸还原酶活性;其中土壤过氧化氢酶活性和蛋白酶活性分别降低了5.20%~12.30%和15.03%~43.43%,硝酸还原酶活性提高了1.26%~28.79%。苜蓿连作和苜蓿-粮食作物种植模式的土壤脲酶活性无显著差异,但均高于苜蓿-休闲处理。相关性分析结果表明,土壤脲酶活性与土壤有机碳、全氮含量呈显著正相关,可作为衡量土壤肥力的指标。(5)不同轮作模式下0-24h内Biolog-ECO板内平均颜色变化率均较低,碳源基本没有被利用。随着培养时间的延长,微生物对碳源的利用能力增强,其中表层0-10cm表现为苜蓿-休闲模式土壤微生物代谢能力较强,10-30cm土层表现为苜蓿连作模式土壤微生物代谢能力较强。