深翻与柠条堆肥对设施连作土壤微环境的修复机制研究

Due to the perennial machinery-shallow tillage and simple cropping systems in greenhouse, soil layer is becoming shallow, accompanied by deteriorated soil microenvironment and aggravated continuous cropping obstacles. Deep tillage may create an optimum soil thickness that is helpful in increasing yields. However, it is still unclear the optimum tillage depth maximumly enhancing soil fertility and meeting crop growth needs. In this project, a 10-year continuous cropping cucumber soil showing plant growth obstacles will be chosen to investigate the effects of different tillage depths (a traditional tillage depth used as control) and Caragana microphylla compost on the spatial distribution of soil structure, the temporal and spatial distribution of soil nutrient, water and salt, microbial community composition and genetic diversity evolution law, through quantitative analysis of soil physichemical, biological and biochemical traits, and the comprehensive fertility index evaluation model based on fuzzy mathematics and multivariate statistical method. The major aims are to understand the relationship between soil productivity and tillage depth and/or Caragana microphylla compost, and to reveal the main factors and mechanism of soil quality restoration of continuous cropping cucumber. The results would provide a theoretical support for soil sustainable and efficient production in continuous cropping cucumber.

设施常年机械浅耕加之单一种植，引发土壤耕层变浅，土壤微环境劣变，连作障碍加重。深翻能为土壤创造一个适宜的耕层厚度，增产效果显著，但翻耕多深才能最大程度的提高土壤肥力和满足作物生长需求尚不明？本项目以黄瓜连作10年有明显连作障碍土壤为研究对象，以常规机械浅耕深度为对照，设计土壤翻耕不同深度，结合高碳柠条堆肥处理，通过土壤物理化学、生物学及生物化学性状定量分析，结合模糊数学中的综合肥力指数评价模型与多元统计方法，系统分析设施连作黄瓜土壤在翻耕不同深度和柠条堆肥下土壤结构空间分布、土壤养分和水盐时空分布，微生物群落组成和遗传多样性演变规律，明确设施连作黄瓜土壤生产力与翻耕深度和柠条堆肥间的相互关系，揭示翻耕与柠条堆肥处理下设施连作黄瓜土壤质量修复的主要因子和形成机制，为设施黄瓜连作土壤健康持续高效生产提供理论支撑。

在设施农业集约化生产下，增施化肥以及常年机械浅耕引起土壤耕作层变浅，犁底层上升，土壤质量下降等问题，本项目通过“深翻与柠条堆肥对设施连作土壤微环境的修复机制”的研究，为提升土壤质量和作物产量提供理论依据。在内容上，我们主要从两个方面进行了深入的探究：一是围绕土壤耕层的合理构建这一目标，连续3年研究了不同耕层厚度下土壤养分空间分布、根系和植株地上部生长状况，评价了各指标与作物生产力间的关系，探究了不同耕层厚度对土壤养分空间分布的影响，明确了耕层厚度对黄瓜根系和植株地上部形态特性和生理特性的影响，探明了不同耕层厚度下土壤养分、根系、植株地上部间的响应，我们发现当耕层厚度为30 cm，犁底层厚度20 cm时有利于黄瓜植株生长，根系发育，果实产量形成，深耕层（40和50 cm）处理则在综合评价时显著低于其他处理，浅耕层（10 cm）处理随栽培年限累积综合得分呈现增加趋势；二是围绕作物土壤健康的持续高效生产这一目标，以黄瓜连作10年有明显连作障碍土壤为研究对象，探究了不同有机底肥施用结合不同翻耕深度对黄瓜连作土壤养分、微生物群落、黄瓜植株生长状况、生物量、荧光特性、黄瓜果实品质和产量的影响，发现柠条堆肥替代传统鸡粪结合适当耕作深度提高了土壤综合肥力、土壤质量和菌群多样性，有利于植株根系发育，果实品质提升。另外大多数指标显著受栽培季节的影响，冬季低温不利于微生物代谢、土壤养分循环和作物生长，因此春茬柠条堆肥结合深翻（35cm），秋茬柠条堆肥结合浅耕（15cm）有利于维持较好的植株生长、果实品质和产量形成。