玉米是我国主要粮食作物,截止至2018年全国玉米总产量为总粮食产量的70%。秸秆作为玉米主要的副产物产量庞大,随着环保理念及国家政策提倡,将秸秆进行还田处理逐渐兴起。秸秆还田作为一项新的应用技术,其对生态环境的改变有着至关重要的意义。随着现代农业的发展,兴起越来越多不同秸秆还田方式,对玉米产业也产生了一定影响。玉米生长过程中病害发生种类较多,其中玉米大斑病(Exserohilum turcicum)和玉米纹枯病(Rhizoctonia solani Kühn)是玉米主要病害,发生普遍、分布广,对玉米产业危害严重。秸秆还田方式的改变,导致病害发生规律发生了变化,因此开展秸秆还田方式对病害发生流行影响及其机制研究具有重要意义。本文研究了不同秸秆还田方式下玉米纹枯病与玉米大斑病的发生机制,通过田间病害调查的方式监测免耕覆盖、松钯混拌、秸秆粉碎深翻、常规模式对玉米纹枯病和大斑病发生规律,通过测定其土壤耕层理化性质和酶活性,揭示土壤环境变化规律;利用高通量测序方法测定土壤真菌群落,结合土壤环境因子进行相关性分析。本研究为揭示秸秆还田的生物学机制以及对病害发生流行的影响奠定了理论基础,对实现农田土壤资源的可持续开发利用具有重要意义。主要研究结果如下:1.明确了秸秆还田方式下玉米纹枯病与大斑病发生流行规律。通过植物病害流行学原理,利用随即取样调查的方法,研究玉米纹枯病和大斑病发生规律、绘制流行曲线、构建病害流行模型、推导病害流行时期。结果表明,秸秆还田方式对病害发生影响显著。对于病害发生程度,秸秆粉碎深翻玉米大斑病与纹枯病发病最轻,免耕覆盖病害发生最重。在玉米整个生长季中,秸秆还田方式对玉米纹枯病发生在各个时期均有显著影响,而对玉米大斑病发生只在指数增长期影响显著,其他时期并不显著。通过SPSS 22.0软件对田间玉米纹枯病时间流行曲线模拟发现,Logistic模型能较好模拟出玉米纹枯病与大斑病的流行曲线。通过Logistic模型模拟随着病情指数时间变化动态推测出病害流行时期,玉米大斑病流行时期变化规律与纹枯病相同。2.明确了秸秆还田方式下土壤理化性质的变化规律。通过土壤理化性质系统监测,发现秸秆还田方式对其影响显著。随着时间的增加土壤pH升高,其中免耕覆盖pH值最大,在8月15日达到最大值后趋于稳定,最大值为6.53。EC值整体呈现下降趋势,粉碎深翻下降幅度较大,呈现的规律是免耕覆盖>松钯混拌>粉碎深翻>常规模式。土壤孔隙度的增加显著,秸秆粉碎深翻增加7.2%,松耙混拌增加4.1%,免耕覆盖平增加2.1%。相对于常规模式土壤容重秸秆粉碎深翻减少13%,松耙混拌减少11%,免耕覆盖减少7%。免耕覆盖土壤耕层速效钾增加27.1%,有效磷增加51.4%,碱解氮增幅39.4%。松耙混拌土壤耕层速效钾增加11.3%,有效磷增加24.3%,碱解氮含量略有下降,减少20%。秸秆粉碎深翻壤耕层速效钾降低5.9%,有效磷降低46.8%,碱解氮降低31.1%,常规模式无显著差异。同土层中,与其他处理相比,免耕覆盖处理下土壤平均温度高于其他处理。通过对与病害相关性分析发现土壤温湿度相关显著。3.明确了秸秆还田方式下土壤酶的活性变化规律。通过对秸秆还田后土壤耕层土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶及转化酶活性研究表明,秸秆还田方式对土壤酶的活性影响差异显著。秸秆还田方式均对土壤脲酶、转化酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶的活性表现出促进作用。整个播种0d时土壤碱性磷酸酶活性呈现出常规模式<秸秆粉碎深翻<松钯混拌<免耕覆盖的规律。随着时间增加在播种120d时呈现的规律为秸秆粉碎深翻<常规模式<松钯混拌<免耕覆盖。在整个生长季土壤脲酶活性的变化呈现为松钯混拌>粉碎深翻>免耕覆盖>常规模式的规律。对于常规模式土壤转化酶活性与其他处理相比秸秆粉碎深翻增加40.0%,松耙混拌增加33.0%,免耕覆盖增加23.1%。土壤过氧化氢酶在7月15日酶活性达到最大值,其他各还田方式与常规模式酶活性相比免耕覆盖增加37.2%,秸秆粉碎深翻增加31.2%,松钯混拌增加18.8%。对于不同土层来说,随着土层深度的增加土壤酶的活性下降。通过相关性分析发现过氧化氢酶与病害发生相关性显著。4.探究了秸秆还田方式下土壤真菌群落的变化规律。利用高通量测序方法研究了秸秆还田方式对耕层土壤真菌结构的影响,结果表明,免耕覆盖、秸秆粉碎深翻、松耙混拌处理后的土壤中腐生类真菌显著增加,随着时间的增加土壤真菌丰富度增加。播种0d时各处理菌群结构差异明显,菌群丰富度及多样性最大为秸秆粉碎深翻,在属水平上分类共15个属。其中耐冷酵母菌属Guehomyces占整个群落67%、短柄菌属Solicoccozyma占10%,未知菌属Unclassified占12%。松钯混拌中Guehomyce占比最大,粉碎深翻占比最少。播种45d时秸秆粉碎深翻菌落丰富度最高,随着还田时间的增加土壤菌群结构发生改变,新增8种真菌,其中镰刀菌属Fusarium与腐质霉属Humicola占新增菌属40%。播种90d时各处理菌落丰富度最大为常规模式,整体菌落丰富度及多样性升高,较45d时群落结构菌属增加6个菌属,其中浮球菌属Epicoccum最大占新增菌属70%。通过CCA(canonical correspondence analysis)分析表明,免耕覆盖、松耙混拌和秸秆粉碎深翻这三组处理土壤真菌微生物与速效养分其他酚酸处理空间分布较远,主要与免耕覆盖、秸秆粉碎深翻相关性较高,与常规模式、松耙混拌之间分布较远,各处理间土壤结构有很大差异,土壤结构的改变其真菌结构发生了变化。根据土壤真菌系统发育与Heatmap分析结果可以看出,松耙混拌与秸秆粉碎深翻真菌群落具有一定的相似性。