1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
意义:绿肥是我国传统农业中的清洁有机肥源,翻压绿肥具有改善土壤环境,提供饲草,合理用地养地等作用,绿肥生产是我国未来生态农业发展的方向[1]。我国有大量的冬闲田,国内外研究表明:对比冬闲田,覆盖作物能够减少冬季地表裸露,增加生物产量,抑制硝态氮淋溶,对于提高土壤有机质含量和土壤养分利用效率具有重要作用;可以通过增加农田作物多样性并丰富土壤中的根际沉积物,从而为微生物活动提供大量新鲜有机质和养分来源,有利于增加土壤微生物数量和活性[2]。而线虫在土壤中种类丰富,分布广泛,数量众多,是土壤生物区系的重要组成部分,土壤线虫对土壤环境变化反应敏感,其群落组成能很好的反应土壤质地,有机质输入,以及土壤环境的扰动情况,是土壤质量状况的指示者[3],本身也易于观察鉴定,且结构与功能对应关系好,因此土壤线虫群落结构可以反应土壤生态系统结构与功能变化,表征土壤健康状况。
研究进展:我国绿肥网的工作已收集常用绿肥作物916份,整理鉴定归并为4科20属26种共617份,筛选出70多个综合性状好、适宜在不同地区应用的绿肥作物[4]。目前已有很多研究报道了绿肥对土壤理化性质及土壤微生物的影响。首先,绿肥根系可以疏松土壤,增加土壤通透性[5];紫云英能有效提高团聚体稳定性[6];二月兰和黑麦草栽培可以提高土壤水分含量[2]。同时,绿肥作物翻压施入土壤后,能直接增加土壤养分。豆科绿肥的生物固氮作用,在土壤氮素平衡中发挥重要作用,豆科和十字花科绿肥可提高磷酸盐和某些微量元素的有效性[7]。最后,翻压绿肥可以有效改良土壤生物生存的环境,改变土壤生物的群落结构,提高土壤生物的多样性[8]。针对线虫群落结构的影响因素的研究也有很多。土壤线虫受到土壤质地、土壤含水量、土壤c/n比、ph以及土壤中其他生物的影响[9、10]。但是专门针对绿肥对土壤线虫群落结构影响的研究较少。为数不多的研究集中在绿肥对寄生性线虫的影响研究上,有研究显示,随着翻压绿肥数量的增加,土壤寄生性线虫和土壤线虫总数均趋于增加,烟草根结线虫危害极显著降低[11],说明绿肥的翻压使得土壤趋向于健康的发展。
应用前景:中国农业生产方式正在发生深刻变革,绿色发展将是未来农业生产的主基调。我国耕地质量较差、面源污染较重、产品质量较低等问题突出,这些问题与绿色发展背道而驰,必须加以变革,实现农业可持续发展。绿肥不仅是清洁的有机肥源,而且能有效提高土壤肥力、改善土壤环境质量、防止水土流失、改善生态环境。绿肥是今后绿色农业发展的重要方面,对绿肥生态服务功能展开研究十分重要。通过研究线虫群落对绿肥种植的响应,可以把土壤线虫作为补充绿肥生态系统服务功能的一个重要方面。
2. 研究的基本内容和问题
研究目标:通过这次实验,更加深刻的了解绿肥对土壤理化性质及土壤生物的具体影响,同时也希望为绿肥应用于生产实践提供更加全面丰富的理论支持,以期待最终能运用于指导实践,诸如可以针对不同情况土壤提出最适合种植的绿肥品种,为我国的绿肥研究做出贡献。
实验内容:为了探究绿肥种植翻压对土壤线虫的影响情况,本实验通过种植不同品种绿肥,然后用生态学方法对土壤中线虫群落结构进行统计计算。将结果与对照相比,反应绿肥种植翻压对线虫群落结构的改变。同时也比较不同绿肥品种之间对线虫影响的差异。
需解决的关键问题:掌握分离、鉴定线虫的方法,学习线虫群落分析的生态学指标。3. 研究的方法与方案
实验方案:从5个科的不同分类群中选取14种冬绿肥品种(表1),其系统发育距离不同(图1),并以1种当地常规种植冬小麦品种为对照。后茬作物为玉米(Zea mays Linn.)选用的是江苏如东当地地常用品种‘江玉 877’。
采用田间单作处理,即不同系统发育相关性的绿肥作物和冬小麦处理。实验共设置小区60个(15处理×4个重复),采用随机区组排列,小区面积为3.5 m×5 m。播种前首先将种子进行表面消毒,小区采用条播方式,行间距为40 cm,播种量参照绿肥各品种常规播种量。
在成熟期对土壤进行取样测定分析。新鲜供试土壤首先用浅盘法、蔗糖离心法分离线虫, 随即通过体视显微镜结合倒置显微镜鉴定。表1 供试绿肥植物分类信息
科/属 | 种 | family | genus | species |
豆科黄耆属 | 紫云英(信紫) | Leguminosae | AstragalusLinn | Astragalussinicus L. |
紫云英(弋江籽) | ||||
紫云英(余江大叶) | ||||
紫云英(宁波大桥) | ||||
紫云英(湘紫) | ||||
豆科草木樨属 | 草木樨 | Leguminosae | MelilotusMiller | Melilotussuaveolens Ledeb. |
豆科巢菜属 | 光叶苕子 | Leguminosae | Vicia spp | Viciavillosa Roth var. |
豆科碗豆属 | 豌豆 | Leguminosae | Pisum | Pisumsativum L. |
豆科车轴草属 | 绛三叶 | Leguminosae | Trifolium | Trifoliumincarnatum L. |
豆科苜蓿属 | 紫花苜蓿 | Leguminosae | Medicago | Medicagosativa L. |
十字花科芸薹属 | 油菜 | Cruciferae | Brassica | Brassicajuncea L. |
菊科菊苣属 | 菊苣 | Compositae | Cichorium | Cichoriumintybus L. |
禾本科黑麦草属 | 黑麦草 | Gramineae | Lolium | Loliummultiflorum Lam. |
禾本科小麦属 | 小麦 | Gramineae | Triticum | Triticumaestivum L. |
蓼科荞麦属 | 荞麦 | Polygonaceae | FagopyrumMill | Fagopyrumesculentum Moench. |
图1 供试植物系统发育相关性
技术路线:
可行性分析:
1、实验材料丰富,有很多综合性状好、适宜在不同土壤条件应用的绿肥作物供选择;
2、条件与设备齐全,实验场地与实验工具都能被提供;
3、相关技术成熟,所需的实验技能较为基本能够掌握,同时已有丰富线虫生态学指数来帮助研究线虫群落结构。
4. 研究创新点
通过查阅文献,发现专门针对绿肥对土壤线虫影响的研究较少,本实验的创新之处就在于直接把绿肥对土壤的影响,及线虫群落对土壤环境改变的响应直接联系起来,可以更加丰富目前对绿肥的研究,现实意义明显,有相当的先进性。
土壤线虫作为土壤生态系统中对环境变化非常敏感的指示者,可以很好的用来表征绿肥对土壤健康状况的影响情况。
对不同品种绿肥进行比较,也可以更好的地分析不同情况下绿肥在农业生产中的实际运用情况。
5. 研究计划与进展
2月底-3月中旬:查阅有关文献资料,完成开题报告;
3月中旬-3月底:实验方案论证,确定实验方案;
4月初-4月中旬:采集土样,分离线虫;
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