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耕作直接或间接影响土壤物理、化学和生物学性质,合理的土壤耕作措施能有效改善土壤结构、理化性质和生态环境,实现农田土壤的可持续利用,促进作物高产稳产。由传统翻耕造成的土壤结构破坏、肥力下降和作物减产等被人们越来越重视,近年来免耕、深松等耕作方式得到推广应用。为探讨不同耕作措施对渭北地区黑垆土有机碳和微生物群落功能多样性的影响,本试验以渭北旱塬黑垆土长期定位试验为研究对象,采用裂区试验设计,主区为3个施肥水平(平衡施肥(BF)、低肥(LF)、常规施肥(CF)),副区为不同耕作模式(单一耕作:连年翻耕(CC)、连年免耕(NN)、连年深松(SS);轮耕:免耕/深松(NS)、深松/翻耕(SC)、翻耕/免耕(CN)),研究了不同耕作方式下,土壤养分、有机碳组分和微生物碳源代谢活性等的变化特征,并探讨了土壤有机碳与微生物功能多样性之间的关系,揭示了耕作和施肥方式对渭北旱塬黑垆土的影响,为该地区耕作优化提供理论依据和技术支撑。主要结论如下:1.不同耕作与施肥对土壤养分含量和分布的影响三种施肥水平下,土壤全氮含量在0～10 cm、10～20 cm土层的大小顺序均为CF>BF>LF;碱解氮含量在0～10 cm的大小顺序为BF>LF>CF,10～20 cm表现为BF>CF>LF,且BF显著高于LF和CF。土壤全磷在0～10 cm土层的含量顺序为BF>CF>LF,且三者之间均呈现显著差异,10～20 cm土层的全磷为CF>LF>BF,CF显著高于LF和BF,LF和BF之间无显著差异;速效磷在0～10 cm表现为CF>BF>LF,10～20 cm土层为BF>CF>LF,其中BF和CF均显著高于LF。土壤全钾、速效钾在0～10cm和10～20 cm的大小顺序均为BF>LF>CF,且三者之间差异显著。不同耕作措施在平衡施肥下,土壤全氮在0～10 cm土层的大小顺序为NS>SS>NN>SC>CN>CC,其中与CC处理相比其他耕作措施均有显著提高;在10～20cm土层全氮变化为NN>CC>NS>CN>SC>SS,其中与CC处理相比,NN处理显著增加了17.07%,SS处理减少了18.84%。碱解氮含量在0～10 cm土层表现为NS>NN>SS>CN>CC>SC,但在10～20 cm土层,CC处理的碱解氮含量最高,NN处理含量最低,较CC减少了32.58%。全磷在0～10 cm层含量从大到小依次为SC>NN>NS>CC>SS>CN,与CC处理相比,SC处理显著增加了12.94%,在10～20 cm层NN处理含量最高,较CC增加了6.49%,NS处理最低,较CC显著减少了41.97%;速效磷在0～10 cm的含量依次为NS>CN>NN>SC>CC>SS,在10～20 cm土层,CC处理的速效磷含量最低,CN处理最高,较CC显著增加了39.68%。全钾含量在0～10 cm土层的大小顺序为SS>NS>CN>NN>SC>CC,在10～20 cm层NN处理的全钾含量最高,较CC增加了15.63%,SS处理最低,但与CC的差异不显著;速效钾含量在0～10 cm的大小顺序为SC>NN>SS>CN>NS>CC,在10～20 cm土层中速效钾含量表现为CN>SS>NS>SC>CC>NN,与CC处理相比,CN处理的分别增加了14.39%,NN处理显著减少了38.42%。不同耕作措施下土壤养分的层化现象在速效养分中差异较大。与CC处理相比,NS、NN和SS处理在3种施肥情况下均显著提高了土壤碱解氮的层化比,NS、SC处理提高了全磷层化比,但速效磷层化比有所降低,SS处理提高了全钾和速效钾的层化比。2.不同耕作与施肥对土壤有机碳及其组分的影响从施肥水平来看,有机碳含量在0～10 cm土层的大小顺序为BF>LF>CF,在10～20cm表现为BF>CF>LF。土壤微生物量碳、易氧化有机碳含量在0～10 cm、10～20 cm的含量均为BF>LF>CF。可溶性有机碳在0～10 cm、10～20 cm土层的含量顺序均为BF>CF>LF。表明平衡施肥增加了0～10 cm、10～20 cm土层有机碳及其活性组分的含量。在平衡施肥下不同耕作措施,土壤有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳和易氧化有机碳含量在0～10 cm土层与CC处理相比均有所提高,提高的幅度分别为9.12%～22.57%、14.74%～44.62%、7.84%～24.07%、11.85%～41.23%,其中均以NS和NN处理含量较高。微生物量碳和易氧化有机碳在10～20 cm土层均以NS和CN处理含量较高,NN处理含量最低,较CC处理分别显著减少了25.32%和44.83%。不同耕作处理下层化比表明,与CC处理相比,其他耕作措施均提高了土壤微生物量碳的层化比,其中NS、NN处理增加幅度相对较大。NS、SC、NN、SS处理也显著提高了易氧化碳比值,NS和NN处理还提高了可溶性有机碳的层化比比值。3.不同耕作与施肥对土壤微生功能多样性的影响从3种施肥水平来看,平衡施肥的AWCD(平均颜色变化率)值、碳源利用率和功能多样性指数均高于低肥和常规施肥。与CC处理相比,深松、免耕耕作处理的AWCD值在3种施肥水平下均有所提高,其中NS处理均显著增加,分别增加了63.79%、64.10%、121.05%;NN处理在平衡施肥和常规施肥下达到显著差异,增加幅度分别为32.76%、89.74%。在平衡施肥下,NS和NN处理对各类碳源的利用均高于CC处理,其中糖类和氨基酸类碳源是该地土壤微生物最主要的利用碳源。功能多样性指数表明,深松、免耕等保护性耕作处理较CC处理均提高了丰富度指数和香农指数,其中NS和NN处理增加最为显著分别增加了35.17%、4.05%和11.11%、4.39%。均匀度指数和优势度指数在6种耕作措施下均无显著差异。主成分分析得出不同耕作处理下土壤微生物对碳源利用有所差异,其中NS和NN处理对碳源利用模式相似。冗余分析表明,全氮、碱解氮、全磷和速效磷均对土壤微生物碳源代谢影响较大;有机碳及其各组分与土壤微生物碳源代谢均有正相关关系,其中有机碳和微生物量碳对其影响较大,易氧化有机碳影响相对较小。综上所述,平衡施肥结合免耕深松轮耕措施是比较适合该地区的耕种模式。