长期不同施肥措施下■土细菌群落结构变化及其主要影响因素

【目的】研究不同施肥处理下土壤细菌群落的特征,为建立促进土壤生态系统稳定和健康的养分管理制度提供依据。【方法】陕西省杨凌示范区"国家黄土肥力与肥料效益监测基地"的28年长期定位试验始于1990年秋,种植制度为冬小麦–夏休闲,无灌溉。本研究选取定位试验中不施肥(CK)、施用氮磷钾肥(N、P_2O_5、K_2O分别为135、108、67.5 kg/hm~2,NPK)和有机无机肥配施(70%N来自牛粪,MNPK) 3个处理。于2018年6月小麦收获后采集0—20 cm耕层土样,测定养分含量、含水量、微生物量碳含量、微生物量氮含量及目标土壤微生物。以1%琼脂糖凝胶电泳法检测土壤中DNA,根据97%相似度对序列进行OTU聚类、α多样性分析(包括Shannon、ACE和Chao1等指数),使用CANOCO 4.5软件对土壤细菌门水平群落结构、细菌相对丰度等与土壤理化性质进行冗余分析。【结果】与CK相比,NPK和MNPK处理显著提高了土壤有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮、硝态氮和铵态氮含量,显著降低了土壤pH值。不同处理细菌基因拷贝数为每克干土6.69×10~9～16.46×10~9,与CK相比,NPK和MNPK处理细菌数量分别提高了77%和146%。MNPK处理的土壤细菌Shannon多样性指数显著高于CK和NPK处理,而Simpson指数显著低于CK和NPK处理,NPK与CK处理间两个指数无显著差异。3个处理的细菌丰富度指数(Chao1指数和ACE指数)和均匀度指数均没有显著差异。在门水平上,共获得35个细菌类群,其中,放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为主要优势菌门(相对丰度 10%),占到全部菌门的80.1%～81.7%。与CK相比,MNPK处理显著降低了放线菌门(F=5.845,P 0.05)的相对丰度,增加了拟杆菌门(F=4.461,P 0.05)的相对丰度,3个处理间其他菌门均无显著差异。冗余分析结果显示,CK与NPK、MNPK处理的土壤细菌群落结构具有明显差异,且MNPK处理对土壤细菌群落组成的影响更大。土壤理化性质对细菌菌群影响表现为:土壤硝态氮可溶性有机碳 pH铵态氮有机碳土壤含水量,这些理化因子均是影响微生物生长的关键因子。【结论】关中■土区旱作雨养条件下,化肥平衡施用和有机无机肥配施均显著提高了土壤中细菌数量、多样性和丰富度,有机无机肥配施还改变了细菌群落结构,特别是降低了放线菌门、增加了拟杆菌门的丰度,更有利于土壤生态系统的稳定和健康。     

长期施用有机肥增加黄壤稻田土壤微生物量碳氮

【目的】微生物量碳、氮是土壤中易于利用的养分库及有机物分解和矿化的动力,与土壤养分循环密切相关,其变化可反映土壤耕作制度和土壤肥力的变化。本研究旨在揭示长期施肥对贵州黄壤稻田土壤微生物生物量碳 (SMBC) 和土壤微生物生物量氮 (SMBN) 的影响,并探讨其合理培肥模式。【方法】以贵州黄壤肥力与肥效长期定位监测基地为依托,采用氯仿熏蒸—K₂SO₄提取法,重点研究不同施肥条件下土壤微生物生物量碳氮的变化及其与全量有机碳氮的关系。试验处理包括不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施有机肥 (M)、低量有机无机肥配施 (0.5MNPK) 和高量有机无机肥配施 (MNPK)。【结果】长期不同施肥处理下,SMBC的变化范围在423.87～695.04 mg/kg之间,SMBN的变化范围在44.36～91.65 mg/kg之间。施用化肥 (NPK) 和施用有机肥及两者配施 (M、0.5MNPK和MNPK) 能增加SMBC和SMBN含量,其中MNPK处理较CK处理SMBC含量增幅最高,达64.0%,显著高于NPK和0.5MNPK处理,但与M处理差异不明显;M处理较CK处理SMBN含量增幅最高,达106.6%,显著高于NPK和0.5MNPK处理,但与MNPK处理差异不明显;长期单施化肥 (NPK) 仅对SMBN含量有显著提高作用 (44.1%),对SMBC作用不明显。SOC、TN和微生物熵 (qMB) 的变化与SMBC一致,均表现为MNPK处理最高,其次为M和0.5MNPK处理,NPK处理最低;所有施肥处理下的SMBC/SMBN无显著性差异且均低于CK处理。【结论】土壤微生物碳、氮量和微生物熵的显著提高均与土壤有机质和全氮的含量变化呈正相关,单施有机肥和高量有机无机肥配施是提高土壤微生物生物量的有效途径。     

长期施肥对黄棕壤细菌多样性的影响

  【目的】   基于武汉黄棕壤长期定位试验 (1981—2016年),探究不同施肥措施下土壤肥力演变和土壤微生物多样性变化,为黄棕壤培肥以及农业绿色可持续发展提供依据。   【方法】   本研究采用Illumina MiSeq高通量测序技术和偏最小二乘路径模型 (PLS-PM) 综合分析了不施肥 (CK)、氮磷钾 (NPK)、常量有机肥 (OM)、氮磷钾+常量有机肥 (NPK+OM) 和氮磷钾+高量有机肥 (NPK+OMM) 5种不同施肥方式对黄棕壤理化性质、细菌多样性的影响及其与产量的关系。   【结果】   1) 与CK相比,施有机肥处理显著增加了土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机碳含量,而NPK处理只显著增加了土壤有机碳含量。NPK+OMM处理的土壤有效磷和速效钾含量显著高于OM和NPK+OM处理,3个有机肥处理间的碱解氮、有机碳含量差异不显著。4个施肥处理均显著提高了水稻产量,但处理间差异不显著。2) OM处理土壤微生物多样性最高,而高量粪肥投入的NPK+OMM处理,细菌多样性有下降的趋势,但各施肥处理间细菌多样性差异不显著。3) 长期不同施肥方式影响土壤细菌群落结构,其中NPK+OM和NPK+OMM处理细菌群落结构更接近。OM处理提高了变形菌纲和放线菌纲的相对丰度,降低了绿弯菌纲和硝化螺旋菌纲的相对丰度。NPK处理降低了放线菌纲和硝化螺旋菌纲相对丰度,提高了酸杆菌纲相对丰度。与NPK+OM处理比较,NPK+OMM处理降低了放线菌纲和α-变形菌纲相对丰度,提高了厌氧绳菌纲、绿弯菌纲和硝化螺旋菌纲相对丰度。4) PLS-PM显示土壤有机碳 (SOC)、碱解氮、有效磷和速效钾对细菌群落结构表现出正调控 (路径系数 = 0.36),而pH表现负调控 (路径系数 = ?0.48);但是对细菌多样性的影响都较小;影响产量的理化指标主要是SOC、碱解氮和有效磷。土壤细菌多样性对产量显示正调控 (路径系数 = 0.42)。   【结论】   土壤有机碳 (SOC) 和碱解氮、有效磷、速效钾含量对细菌群落结构有正调控作用,而pH有负调控作用。与NPK处理相比,长期施用常量有机肥 (OM) 处理提高了细菌多样性和水稻产量,而高量有机肥配施氮磷钾肥 (NPK+OMM) 会导致细菌多样性和产量降低。     

长期施肥对稻田土壤微生物群落结构及氮循环功能微生物数量的影响

  【目的】   稻田是陆生生态系统中重要的氮库之一，在氮素生物地球化学循环中具有重要地位。研究不同施肥处理对稻田土壤微生物群落结构及其功能的影响具有重要意义。   【方法】   田间试验位于江苏省金坛市，在取样时试验已进行了6年。施肥处理包括:不施肥对照 (CK)、施化肥 (CF)、化肥+猪粪混施 (CMF)、化肥+秸秆混施 (CSF)。采用高通量测序和定量PCR方法测定稻田土壤微生物群落结构及氮循环相关功能微生物数量。   【结果】   在施用肥料6年后，土壤全碳、可溶性有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量均不同程度地提高。与CF相比，CSF和CMF处理土壤pH升高，全碳、可溶性有机碳与养分含量升高。CK与施肥处理的土壤细菌群落结构差异明显，不同施肥处理的细菌群落结构之间有明显差别。聚类结果显示，CK与CMF处理细菌群落聚类更接近，CF处理和CSF处理细菌群落结构更为接近；与CK相比，CF、CMF、CSF处理土壤中氨氧化细菌 (AOB) 和铁氨氧化微生物Feammox A6的丰度显著提高，其中Feammox A6分别增长87.6%、158%和157%。冗余分析结果表明，施肥过程及其对土壤化学性质的改变显著影响土壤细菌群落的组成和分布。   【结论】   施肥导致的反应底物 (NH₄+、NO₃–含量) 及土壤理化性质的差异，是土壤微生物群落结构和功能微生物数量响应的主要决定因素。不施肥与化肥配施猪粪的土壤细菌群落聚类更接近，施化肥与化肥配施秸秆的细菌群落结构更为接近。施肥对氨氧化细菌AOA数量影响不明显，但显著提高氨氧化古菌AOB和厌氧铁氨氧化功能微生物Feammox A6的数量，特别是有机肥 (猪粪、秸秆) 提高Feammox A6数量的效果大于化肥。长期单施化肥土壤中厌氧氨氧化细菌丰度显著降低，反硝化功能基因nirK、nosZ丰度显著增高；化肥配施猪粪土壤中的厌氧氨氧化细菌丰度变化不明显，反硝化功能基因narG、nirK、nosZ丰度显著增高；化肥配施秸秆处理厌氧氨氧化细菌丰度变化不明显，反硝化功能基因nirK、nosZ丰度显著增高。     

不同施肥模式对土壤氮循环功能微生物的影响

  【目的】   微生物在土壤氮循环过程中发挥着重要作用。通过研究农田土壤氮循环过程中不同功能微生物群落基因丰度对施肥模式的响应及其关键影响因素,探讨不同施肥模式调控下氮素转化的微生物学机制,为改善农业生产中氮素的管理策略提供理论依据。   【方法】   田间试验始于2011年,试验地点位于江苏省常州市溧阳市南渡镇,供试土壤为白土型水稻土,种植制度为稻麦轮作。试验包括单施化肥 (NPK)、化肥+畜禽有机肥 (NPKM)、化肥+秸秆还田 (NPKS) 以及相邻江苏省耕地质量监测点不施肥对照 (CK),共 4个处理。于2014年水稻成熟期采集土壤样品,采用实时荧光定量PCR法分析了土壤硝化 (amoA)、反硝化 (narG、nirS、nirK、norB、nosZ)、固氮 (nifH)、硝酸盐异化还原 (napA) 等氮循环过程的相关功能微生物基因丰度的变化。以氨氧化微生物为模式微生物,测定添加与不添加1-辛炔情况下的土壤硝化潜势,分析氨氧化古菌 (AOA) 与氨氧化细菌 (AOB) 功能基因丰度与土壤硝化功能的内在联系。   【结果】   与CK相比,NPK处理显著增加了土壤中AOB-amoA、narG、nosZ和nifH基因的丰度。与NPK处理相比,NPKS处理进一步提高了土壤中AOB-amoA、narG、nosZ、nifH以及nirK基因的丰度。与CK相比,除AOA-amoA、nirS、napA基因以外,NPKM处理显著提高了土壤中所有氮循环功能基因的丰度。AOB-amoA基因丰度的变化对土壤氮循环功能基因丰度的整体变异影响最大。AOB主导了施肥土壤的硝化过程 (81.90%～84.42%)。土壤总硝化潜势与AOB-amoA基因丰度显著相关,但与AOA-amoA基因丰度相关性不显著。氮循环功能微生物基因丰度主要受到土壤pH、土壤有机碳(SOC)和NO₃–含量的影响。   【结论】   畜禽有机肥与秸秆的施用能够进一步刺激氮循环功能基因丰度的增长,促进土壤氮循环。土壤pH、SOC和NO₃–含量是影响土壤氮循环功能微生物丰度的关键因素。施肥主要通过提高土壤AOB-amoA功能基因的丰度,进而提高土壤硝化潜势,因此在控制土壤硝化作用时应重点关注AOB微生物群落。     

长期有机无机肥配施对东北黑土真菌群落结构的影响

【目的】分析长期有机无机肥配施对土壤真菌丰度、多样性及其群落特征的影响,探讨东北黑土真菌群落变化与施肥的相关性,为进一步调节土壤微生物结构,改善其生态功能提供参考依据。【方法】依托黑龙江省农业科学院36年长期定位试验站,选取4个不同施肥处理:不施肥处理（CK）、有机肥处理（M）、氮磷钾无机肥处理（NPK）和有机肥配施无机肥处理（MNPK）的耕作层土壤为研究对象,以真菌ITS基因为分子标靶借助qPCR技术和Illumina Miseq高通量测序平台,研究不同施肥处理对黑土中真菌群落丰度、多样性和组成的影响,并与土壤化学性质进行偶联分析,揭示群落与施肥的相关性。【结果】长期施用无机肥显著降低土壤pH,而有机无机配施可以有效缓解土壤酸化。NPK处理的ITS基因丰度显著高于MNPK;MNPK处理的细菌/真菌比值（26.91104）显著大于NPK,各处理比值由高到低为MNPK M CK NPK。细菌/真菌比值与土壤pH正相关;MNPK处理的真菌多样性指数值略大于NPK。Ascomycota和Zygomycota为土壤中主要真菌门,不同施肥处理之间真菌组成的相对丰度存在显著差异,对照处理Ascomycota的相对丰度为45.35%,MNPK和NPK处理分别为50.93%和56.16%。有机肥有利于降低病原真菌相对丰度,具有高度侵染性的Cochliobolus在MNPK（0.41%）和M（0.39%）中的相对丰度显著小于CK（3.25%）和NPK（2.08%）。CCA分析表明,土壤理化性质共解释土壤真菌群落结构变化的73.3%,有效磷（贡献量为32.4%,P=0.002）、铵态氮（贡献量为14.8%,P=0.01）和硝态氮（贡献量为16.2%,P=0.048）是3个重要的影响因子。【结论】不同施肥条件下土壤真菌丰度、多样性,以及菌群组成特征不同。与无机肥相比,有机肥无机肥配施能够有效改善真菌群落结构,降低真菌的丰度,增加真菌多样性,并提高土壤pH,减缓土壤酸化。土壤有效磷、铵态氮和硝态氮含量是影响黑土土壤真菌群落结构变化重要因素。     

基于宏基因组学方法分析施肥模式对设施菜田土壤微生物群落的影响

  【目的】  采用宏基因组测序技术,研究施肥对细菌、真菌和古菌群落组成和结构的影响,为设施菜田可持续健康发展提供科学依据。  【方法】  设施蔬菜施肥长期定位试验始于2009年,试验地位于天津市西青区,为春季番茄和秋冬季芹菜轮作体系。在春茬番茄 (第20茬蔬菜) 盛果期,选择定位试验中的6个等氮磷钾投入处理,包括全部使用化肥氮 (4/4CN) 处理和5个有机替代处理 (3/4CN+1/4MN、2/4CN+2/4MN、1/4CN+3/4MN、2/4CN+1/4MN+1/4SN、2/4CN+2/4SN),其中M和S代表猪粪和秸秆。采集0—20 cm土壤样品,测定土壤微生物相关指标。  【结果】  有机替代处理的土壤微生物量碳(MBC) 和微生物量氮(MBN) 含量较4/4CN处理平均分别增加101.5%和134.6%,以2/4CN+1/4MN+1/4SN、2/4CN+ 2/4SN处理的土壤MBC和MBN含量相对较高,较4/4CN平均分别增加158.8%和210.9%。与4/4CN相比,有机替代处理的土壤细菌和真菌丰度平均分别增加8.6%和11.6%,古菌平均降低21.7%;高碳有机替代模式(1/4CN+3/4MN、2/4CN +1/4MN+1/4SN、2/4CN+2/4SN) 土壤细菌和真菌丰度较低碳有机替代模式(3/4CN+1/4MN、2/4CN+2/4MN) 平均分别增加12.3 %和12.0%,古菌丰度平均降低12.9%。与4/4CN处理相比,低量、中量有机替代模式（3/4CN+1/4MN、2/4CN+2/4MN）土壤细菌、真菌Shannon指数没有显著增加,而有机替代模式古菌Shannon指数平均增加了9.0%,高碳有机替代处理古菌Shannon指数平均增加了11.9%。与4/4CN处理相比,有机替代模式提高了土壤细菌中变形菌门相对丰度,降低了放线菌门、绿弯菌门相对丰度;提高了土壤真菌中子囊菌门、壶菌门和球囊菌门相对丰度,降低了担子菌门相对丰度;提高了古菌中的广古菌门和深古菌门相对丰度,降低了奇古菌门相对丰度。主成分分析表明,土壤细菌和真菌群落结构组成对施肥模式的响应弱于古菌。冗余分析表明,有机碳和硝态氮分别解释土壤细菌群落结构变异的22.3%和16.1%,解释真菌群落结构变异的10.4%和8.9%,解释古菌群落结构变异的36.0%和34.7%。  【结论】  同等养分投入量下,以有机肥、秸秆氮替代部分化肥氮可提高土壤细菌和真菌丰度,降低古菌丰度,改变土壤优势菌群的组成,增加微生物多样性。土壤硝态氮和有机碳含量是影响土壤细菌、真菌和古菌群落结构的共同因素,古菌对施肥模式的反应强于细菌和真菌。其中,以2/4化肥+1/4猪粪+1/4秸秆施肥模式可获得最多样的微生物群落结构。     

秸秆还田对长期不同施肥黑土微生物残体碳的影响

  【目的】  研究长期施肥以及秸秆还田对黑土中微生物标识物氨基糖含量的影响,以期为调节黑土碳循环提供理论支撑。  【方法】  吉林省农业科学院黑土长期定位试验始于1990年,2018年选取其中不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和有机肥配施化肥(MNPK) 三个处理进行秸秆微区田间试验。这三个处理的土壤中分别再设加入1 cm 长玉米秸秆6000 kg/hm2的处理(CKS、NPKS、MNPKS)和不加入玉米秸秆的处理(CK、NPK、MNPK),共6个处理。秸秆与土壤混匀后置于PVC框(长0.9 m、宽0.6 m、高0.6 m)内,PVC框上端高于地面20 cm。在PVC框埋入土壤60天(夏季)、150天(秋季)后,取土样测定理化性状及氨基葡萄糖(GluN)、氨基半乳糖(GalN)和胞壁酸(MurN)含量。微生物真菌残体碳和细菌残体碳含量依据各氨基糖含量计算。  【结果】  与CK相比,NPK和MNPK处理能够促进氨基糖在土壤中的积累,其中第60天氨基葡萄糖分别显著增加18.81%和105.36%;胞壁酸分别显著增加19.62%和129.30%。两种施肥措施均能提升土壤中微生物残体碳的含量,而且MNPK处理微生物残体碳积累量较CK处理高出近1倍。各处理中真菌残体碳含量要远高于细菌残体碳含量,两种施肥措施均会降低真菌残体碳占微生物残体碳的比重,说明施肥会增加细菌在这一过程中对黑土有机碳积累的贡献。NPKS处理氨基葡萄糖占总氨基糖含量百分比明显增加,MNPKS处理真菌来源的氨基葡萄糖所占百分比也在第60天、第150天这两个时期内逐渐上升,表明真菌细胞死亡残体积累量在增加。  【结论】  添加秸秆后的MNPK处理促进了黑土中微生物残体碳的积累,NPK处理与秸秆添加相结合可以提高真菌残体碳在微生物残体碳中所占比重。因此,施肥和秸秆添加会使黑土中微生物群落组成发生变化,从而影响微生物残体的积累特征。     

长期施用有机肥潮土细菌的多样性及功能预测

  【目的】  细菌作为土壤中最多的微生物物种,其多样性是土壤质量和土壤健康的标志。施肥不仅为土壤细菌提供了矿质养分,也为细菌提供了不同的碳源。探究长期不同施肥下潮土细菌的多样性及其功能,对于深入理解土壤养分转化的微生物驱动过程及优化施肥管理措施具有重要意义。  【方法】  选取潮土上连续37年不施肥(CK)、单施化学氮肥(N)、单施有机肥(M)、有机肥和化学氮肥配施(MN) 的4个处理,采用高通量测序方法分析土壤细菌丰度(16S rRNA基因拷贝数)、α多样性和β多样性,采用FAPROTAX功能预测的方法分析主要功能种群的丰度在处理间的差异,采用Mantel 检验分析细菌多样性等与产量、土壤养分含量间的相关关系。  【结果】  长期施用有机肥显著提高了土壤细菌丰度,MN和M处理下土壤中的16S rRNA基因拷贝数分别是CK和N处理平均值的11.8和10.7倍(P< 0.05)。土壤细菌多样性指数(Shannon index)和丰富度指数(Chao1 index)均在M处理下最高。潮土中变形菌门、酸杆菌门和放线菌门为优势菌门。与CK相比,施肥处理均提高了潮土拟杆菌门、厚壁菌门和疣微菌门的相对丰度。与N处理相比,MN处理显著提高了潮土变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门的丰度,降低了酸杆菌门的丰度。潮土细菌生态功能以化能异养、有氧化能异养、发酵作用、硝化作用和硝酸盐还原为主,相应种群丰度均在1%以上。MN处理下化能异养功能细菌的丰度较其他处理显著提高2.2%～4.2%。MN和M处理中起发酵作用的种群相对丰度是其他处理的3倍以上。与CK 相比,3个施肥处理均显著增加了光异作用和光异养作用功能种群的相对丰度。土壤细菌β多样性和功能结构均与土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、硝态氮(NO₃?-N)含量及作物产量呈显著(P < 0.05)或极显著(P < 0.01)相关。  【结论】  长期施用有机肥提高了潮土中细菌的数量和多样性,提高了土壤中变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门的丰度,降低了酸杆菌门的丰度。有机肥和化肥配施处理中化能异养型细菌丰度较高,可能是施用有机肥后优化土壤养分循环和响应作物产量提高的主要菌群,今后可进一步深入研究其菌群组成和功能调控。     

长期有机与无机肥配施的黄壤稻田土壤细菌群落结构特征

  【目的】  比较长期施用不同肥料黄壤稻田土壤细菌群落结构的差异,剖析不同肥料维持土壤细菌群落多样性的作用及其机理,为农田施肥管理提供理论依据。  【方法】  以农业农村部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站为依托,采用高通量测序技术,分析连续24年不施肥(CK)、全量化肥(NPK)、1/4牛厩肥+3/4化肥(1/4M+3/4NP)、1/2牛厩肥+1/2化肥(1/2M+1/2NP)和全量牛厩肥(M)处理黄壤稻田土壤细菌群落组成及多样性,并揭示其主要环境影响因子。  【结果】  不同施肥处理土壤细菌α多样性指数分析结果显示,长期施用有机肥提高了土壤细菌多样性指数(Shannon)、优势度指数(Simpson)和均匀度指数(Pielou),对丰富度指数(Chao1)影响较小。与CK相比,长期施肥不同程度地提高了变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度,化肥的作用更明显。与CK和NPK相比,施用有机肥处理降低了棒状杆菌门(Rokubacteria)和亚硝酸盐氧化菌门(Nitrospinae)相对丰度,提高了拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度,其他菌门变化不明显(P<0.05)。土壤细菌群落结构主成分分析结果表明,施用有机肥1/4M+3/4NP和1/2M+1/2NP处理土壤环境较为相似,细菌群落组成相似度较高,而CK和NPK处理土壤环境相似,细菌群落组成相似度高。土壤细菌群落结构组成与土壤环境因子冗余分析显示,土壤理化性质对细菌群落结构的影响重要性由大到小依次为全氮、碱解氮、速效钾、pH、有效磷、全磷,其中全氮、碱解氮和速效钾是关键因素。  【结论】  长期施用有机肥能够提高黄壤稻田土壤肥力,改变细菌生长环境,进而改变细菌群落结构组成,提高细菌群落多样性,促进土壤生态系统稳定和健康。     

不同有机肥施用模式下黄壤稻田根际和非根际土壤有机碳的矿化特征

【目的】研究长期施用有机肥对土壤有机碳矿化特征的影响,为提高土壤碳库稳定性和培肥土壤提供理论依据。【方法】贵阳黄壤肥力与肥效长期定位试验始于1994年,种植制度为单季水稻。2021年水稻收获后,选取不施肥(CK),平衡施用化肥(NPK),25%和50%有机肥氮替代化肥氮(0.25MNPK、0.5MNPK)和单施有机肥(M) 5个处理的水稻植株,用抖根法采集根际和非根际土壤样品,分析活性碳组分含量,以采集的土样进行室内培养试验,研究有机碳矿化特征。【结果】1)与NPK相比,3个有机肥处理的根际土壤有机碳(SOC)含量提升了26%～43%,非根际土壤SOC含量提高了24%～32%;根际土壤微生物量碳(MBC)含量提升了16%～31%,且比非根际土壤高148%;非根际土壤易氧化有机碳(LOC)含量显著提升了36%～75%;0.5MNPK处理非根际土壤可溶性有机碳(DOC)含量显著提升了54%,且根际土壤的DOC含量平均高于非根际土壤10%。2)有机肥施用可明显增加黄壤稻田根际及非根际土壤有机碳矿化量,非根际土壤有机碳矿化量和矿化率分别高于根际土壤30%和33%;较CK和NPK处理,有机肥施用...     

长期施肥砂姜黑土微生物学特征差异及评价

【目的】作为安徽省主要中低产土壤类型之一,砂姜黑土不良属性严重制约旱地粮食作物稳产增产,因此本研究利用长期定位试验研究砂姜黑土微生物特征对不同施肥模式的响应,为改善砂姜黑土生态功能、提高地力可持续性等提供理论依据。【方法】基于安徽省杨柳长期定位试验(始于1981年),研究5种施肥模式不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、有机肥与化肥配施(等氮)(MNPK)、有机肥与化肥配施(高氮)(HMNPK)砂姜黑土耕层土壤可培养微生物数量、微生物生物量及酶活性等微生物学性状的变化规律,并通过主成分分析方法对不同施肥模式下的土壤微生态进行综合评价。【结果】与不施肥相比,长期施用有机肥(M、MNPK和HMNPK)可显著增加土壤微生物总数量(15.68~22.80倍),尤其是细菌和放线菌数量二者分别于M、MNPK处理达最高值(30.50×10~5cfu/g和15.50×10~4 cfu/g);长期单施有机肥对土壤真菌有明显抑制作用,单施化肥有利于土壤真菌数量的增加。施用有机肥(M、MNPK和HMNPK)可有效增加土壤微生物生物量碳、氮含量,其中MNPK处理微生物量碳含量增幅最高,达119.74%但与M、HMNPK处理差异不明显,微生物量氮含量增幅达88.46%,显著高于M、HMNPK处理;长期单施化肥仅对微生物量碳含量有提增作用(38.87%)对微生物量氮作用不明显,其对微生物量碳的提增作用显著低于其他施肥处理。长期单施有机肥可显著提高土壤脲酶与转化酶活性,抑制磷酸酶活性,长期单施化肥的作用则相反。用主成分分析方法将9个生物指标降维提取出2个主成分,第一主成分以细菌、放线菌、微生物量碳、微生物量氮、脲酶和转化酶为主要影响因子,第二主成分以为真菌、酸性和中性磷酸酶为主要影响因子分别代表了与碳、氮和磷循环密切相关微生物影响因子。通过综合得分把不同施肥模式下砂姜黑土微生物生态划分为3个等级,一等包括长期有机肥与化肥配施(等氮与高氮),二等包括长期单施有机肥,三等为长期单施化肥与不施肥。【结论】通过综合评价可得砂姜黑土的微生物生态状况在长期有机肥与化肥配施条件下最佳单施有机肥次之而长期单施化肥与不施肥的较差。     

长期有机无机肥配施增强黄壤性水稻土有机氮的物理保护作用

【目的】土壤有机碳物理一化学联合分组方法很好地联系了有机碳的多种稳定机制,成为深入研究土壤有机碳组分特征的有效手段。本研究旨在利用该方法研究长期施肥对黄壤性水稻土有机氮组分特征的影响,为合理施肥提供理论依据。【方法】基于南方黄壤性水稻土18年长期施肥定位试验,分析了不同施肥处理土壤有机氮组分含量及分配比例的变化。试验处理包括不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、无机肥配施低量有机肥(0.5MNPK)和无机肥配施高量有机肥(MNPK)。【结果】单施化肥处理(NPK)水稻土总有机氮及各组分有机氮含量与不施肥对照相比无显著变化,施用有机肥处理(M、0.5MNPK、MNPK)则显著提高了土壤总有机氮、游离态粗颗粒、物理保护、化学保护及生物化学保护有机氮含量提高幅度分别为27%~51%、23%~39%、128%~274%、29%~42%和13%~28%,以有机无机肥配施最为显著,但降低了游离态细颗粒有机氮含量。在各个氮组分中游离态颗粒有机氮占总有机氮比例最高(46%~50%)物理保护有机氮比例最低(2%~6%)。与不施肥(CK)及单施化肥处理(NPK)相比,有机肥处理(M、0.5MNPK、MNPK)提高了土壤物理保护有机氮的分配比例。【结论】长期施肥土壤各组分有机氮及总有机氮两两之间均呈显著相关关系只有游离细颗粒有机氮与物理保护有机氮呈负相关关系。长期施用有机肥,极大改善土壤团聚体结构促进游离细颗粒有机氮的包裹,进而提高物理保护有机氮的相对比例,土壤有机氮的物理保护作用相对增强。因此,有机无机肥配施是提高稻田土壤有机氮含量的最有效措施。     

冬小麦–夏休闲体系作物产量和土壤磷形态对长期施肥的响应

【目的】 研究土壤无机磷和有机磷组分变化,有助于选择和优化特定作物体系下不同肥料管理措施,提高磷资源效率。 【方法】 基于20年土冬小麦/夏休闲体系长期肥料定位试验,利用Tiessen-Moir磷素分级法,测定土壤无机磷和有机磷组分,并分析其与小麦磷吸收量、土壤磷表现平衡之间的关系。试验设7个处理:不施肥 (CK)、单施化学氮肥 (N)、氮钾化肥配施 (NK)、磷钾化肥配施 (PK)、氮磷化肥配施 (NP)、氮磷钾化肥配施 (NPK) 和氮磷钾化肥配施有机肥 (MNPK)。 【结果】 旱作条件下,20年长期NP、NPK和MNPK处理较CK、N、NK、PK处理显著提高了小麦籽粒产量,年平均增产在205～265 kg/hm2之间,以MNPK增幅最高。NP、NPK和MNPK处理较CK处理显著提高了小麦籽粒和秸秆吸磷量。PK、NP、NPK、MNPK处理较CK处理显著提高了树脂磷 (Resin-P)、碳酸氢钠提取无机磷 (NaHCO₃-Pi)、氢氧化钠提取无机磷 (NaOH-Pi)、浓盐酸提取无机磷 (C.HCl-Pi) 和残余磷 (Residual-P) 含量,显著降低了碳酸氢钠提取有机磷 (NaHCO₃-Po) 和氢氧化钠提取有机磷 (NaOH-Po) 含量。PK、NP、NPK与CK相比,对稀盐酸提取无机磷 (D.HCl-Pi)、浓盐酸提取有机磷 (C. HCl-Po) 含量影响不大,而MNPK显著提高了D. HCl-Pi和C. HCl-Po含量。N、NK处理较CK显著增加了Residual-P和C. HCl-Po,显著降低了NaHCO₃-Po和NaOH-Po,对Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、C.HCl-Pi和D.HCl-Pi含量没有影响。与试验初始时相比,长期施用化学磷肥和有机肥主要增加了土壤中可利用态无机磷的比例,降低了残余态磷和有机磷的比例。土壤中Resin-P、NaHCO₃-Pi和C. HCl-Pi与小麦磷吸收量之间呈显著正相关关系。磷素盈余显著增加了D. HCl-Pi、Resin-P和NaHCO₃-Pi的含量。 【结论】 供试土壤条件下,NP、NPK和MNPK三种平衡施肥措施都不仅有利于作物增产,而且有利于保持高比例的土壤有效磷库。      

有机培肥显著提升矿区复垦土壤活性有机碳含量

  【目的】  土壤有机碳作为土壤肥力的核心，其不同组分间具有高度异质性。研究不同施肥措施对煤矿区复垦土壤有机碳及其各组分提升的差异特征，可为煤矿区土壤修复提供理论依据。  【方法】  田间试验在山西煤矿复垦区进行，复垦始于2014年，种植作物为大豆 (1年) 和玉米 (2年) 轮作，采样时 (2018年) 种植作物为玉米。试验共设5个处理分别为未复垦自然恢复 (ZH)、不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施有机肥 (M) 和有机肥配施化肥 (MNPK)。使用物理?化学联合分组方法，将土壤有机碳分为游离活性、物理保护、化学保护和生物化学保护4个组分，分析了不同施肥处理下土壤各组分有机碳的含量，计算了各组分有机碳与总有机碳含量间的相关关系。  【结果】  相较于自然恢复处理，CK、NPK、M、MNPK处理中土壤总有机碳含量分别提高了11.8%、24.0%、49.3%和38.8%，有机肥处理又显著高于CK和NPK处理。M、MNPK处理下，游离活性有机碳含量分别为2.11 和1.68 g/kg，物理保护有机碳含量分别为0.70 和0.49 g/kg，均显著高于CK和NPK处理；化学保护和生物化学保护组分的有机碳含量在各处理间差异不显著。除了微团聚体内的轻组和粘、粉粒外，各组分质量比例在不同施肥处理间均存在显著差异，施用有机肥主要增加了大团聚体 (游离活性态和物理保护态) 的质量比例，改善了土壤结构。相关分析表明，游离态的粗颗粒和细颗粒有机碳及物理保护有机碳与总有机碳含量间呈现极显著正相关关系 (P < 0.01)，其中拟合方程的斜率表示组分碳含量随单位总有机碳含量增加而引起的变化值，最高的为游离粗颗粒有机碳组分，达到39.7%，游离细颗粒和物理保护有机碳组分的变化率分别为18.6%和21.7%；而化学保护粘、粉粒和生物化学保护粘粒组有机碳与总有机碳含量无显著相关性。  【结论】  施肥和轮作与自然恢复状态相比，短期可显著提高土壤有机碳含量，施用有机肥效果好于单施化肥。单施或者与NPK配合施有机肥主要促进了土壤大团聚体中游离活性态和物理保护态有机碳含量的提升，单施有机肥效果更佳。由于新增的土壤有机碳活性高，需要长时间持续投入才可能恢复土壤有机碳的稳定性。     

长期有机培肥黑土有机碳、全氮及玉米产量稳定性的变化特征

【目的】探讨东北黑土区长期有机培肥对土壤有机碳、全氮含量及产量稳定性的影响,为优化黑土培肥技术及玉米稳产高效提供指导。【方法】以38年长期定位试验为研究平台,选择6个施肥处理:不施肥 (CK),氮磷钾配施 (N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2,NPK),常量有机肥 (有机肥30 t/hm2,折纯N 150 kg/hm2、P₂O₅ 135 kg/hm2、K₂O 45 kg/hm2,M₂),常量有机肥配施氮磷钾肥 (M₂NPK),高量有机肥 (有机肥60 t/hm2,M₄),高量有机肥配施氮磷钾肥 (M₄NPK)。测定耕层土壤有机碳、全氮含量及玉米籽粒产量。【结果】玉米籽粒产量以M₄NPK处理最高,平均产量为9637 kg/hm2,其次是M₂NPK处理,平均产量为9422 kg/hm2,CK处理产量最低,平均产量为3551 kg/hm2,且显著低于其他各处理。前10年试验施用有机肥可显著提升土壤基础地力,降低玉米籽粒产量对化肥的依赖,M₂与M₄处理的籽粒产量与NPK处理均无显著差异。之后至2017年,单施有机肥处理玉米产量较NPK处理平均提高3.8%。拟合方程表明,地力产量每增加1000 kg/hm2,肥料贡献率降低9.2%～12.2%。在培肥30年后,肥料对籽粒产量贡献率开始下降。有机无机配施处理下,玉米产量变异系数较低,平均为19.3%,产量可持续性指数SYI为0.58,达到稳定水平。土壤有机碳含量随施肥年限在不同施肥处理间差异逐步变大,且在10年后出现显著差异,增施有机肥后,土壤有机碳显著增加,以M₄NPK和M₄处理最高;土壤全氮与土壤有机碳呈显著正相关 (r = 0.826**),土壤有机碳每升高1 g/kg,土壤全氮含量增加0.086 g/kg。施用有机肥,玉米籽粒产量与土壤有机碳、土壤全氮含量显著正相关,表明长期有机培肥对实现玉米高产稳产具有重要贡献。【结论】在供试黑土条件下,单施有机肥在一段时间内主要提高土壤有机碳含量,有机碳达到一定水平后才可以提高产量。有机肥配合氮磷钾化肥可以快速有效提高土壤有机碳和全氮含量,提高玉米产量。本试验条件下,有机无机配合施用的土壤有机碳年增加量为0.35～0.47 g/kg,全氮含量增加46.3%～84.2%,玉米产量稳定系数 (SYI = 0.58) 达到较高水平。土壤基础地力的提高可减少玉米产量对外源肥料的依赖,地力产量每增加1000 kg/hm2,肥料贡献率降低9.2%～12.2%。因此,有机肥配施化肥是黑土区保证玉米稳产高产、不断提升土壤肥力、保障黑土资源可持续利用的重要措施。     

有机肥施用对红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响

【目的】明确有机肥施用对河北葡萄主产区高产优质红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响,为葡萄种植合理施用有机肥提供理论依据。【方法】以河北张家口市怀来县葡萄试验示范基地13年生红地球葡萄为试验材料,进行为期4年的田间试验。设置6个处理,分别为农民传统施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥9 t/hm^2 (M)、有机肥7.5 t/hm^2+化肥(M1NPK)、有机肥15 t/hm^2+化肥(M2NPK)、有机肥45 t/hm^2+化肥(M3NPK),采用常规方法测定葡萄产量、品质、重金属含量及果园土壤中硝态氮、微生物量碳和氮、重金属含量,并对葡萄园土壤重金属累积达到限量所需年限进行推算。【结果】施用有机肥处理葡萄产量均显著高于单施化肥(NPK),其中以中量有机肥+化肥处理(M2NPK)的产量最高,4年(2010-2013)平均产量为21503kg/hm^2,较农民传统施肥(CK)提高了14%;施用有机肥处理葡萄Vc含量比对照显著增加。各处理间葡萄百粒重、pH、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比差异不显著。收获后M2NPK处理0-20 cm和20-40 cm土壤硝态氮累积量下降,土壤微生物生物量碳、氮含量显著高于CK。连续4年施用有机肥后,葡萄果实及果园土壤的重金属含量(Cr、Cd、As、Pb、Hg、Cu、Zn)均未超标,但随着有机肥施用量的增加,葡萄及土壤中的重金属分别呈现线性和二次函数累积趋势。M3NPK处理土壤重金属含量较其他施用有机肥处理提前累积到限量水平。【结论】中量有机肥+化肥(M2NPK)处理葡萄的产量最高,品质最佳,而且降低了土壤硝态氮在各土层的累积,增加了土壤微生物生物量碳、氮含量,且葡萄果实和果园土壤重金属含量未超标。高量有机肥处理不会进一步提高红地球葡萄的产量和品质,但快速增加果园土壤重金属累积。     

等氮条件下长期有机无机配施对春玉米的氮素吸收利用和土壤无机氮的影响

【目的】研究等氮量投入条件下,长期使用不同有机物料替代无机肥的适宜比例对玉米氮养分累积、运移和氮肥利用效率和产量的影响,可以为吉林黑土区春玉米高效施肥,维持并提高土壤肥力提供理论依据。【方法】以国家(公主岭)黑土肥力与肥料效益长期定位试验为研究平台,玉米品种郑单958为供试作物,设5个不同处理,即:不施肥(CK)、氮肥(N)、氮磷钾化肥(NPK)、粪肥+NPK(MNPK)、秸秆还田+NPK(SNPK)。在玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、抽丝期、灌浆期和成熟期采集地上部植株样品,分析玉米植株不同部位的氮含量和累积量以及运移比例,计算氮肥利用效率。【结果】在玉米各生育时期,MNPK处理氮素累积量均高于NPK和SNPK处理;拔节期至大喇叭口期氮素累积量为19.67~86.44 kg/hm2,其中MNPK氮素累积量达到86.44 kg/hm2,为氮素累积量增加最多、吸收速率最快的时期;在成熟期,MNPK、NPK、SNPK、N和CK处理植株氮素总累积量分别达到286.2、276.2、249.4、151.7和63.6 kg/hm2,SNPK处理氮素累积量略低于NPK处理,MNPK显著高于NPK和SNPK(P0.05)。MNPK、SNPK、NPK和N处理中,叶和茎鞘总氮素转移量分别为99.0、79.7、87.2和41.8 kg/hm2,总的转移氮素对籽粒的贡献率分别为51.0%、47.7%、47.2%和43.4%,以MNPK处理的总氮素转移量和转移氮素对籽粒贡献率最高,与其他处理差异显著。在各处理中,MNPK、NPK和SNPK三个处理的氮肥偏生产力(PFP)均大于60kg/kg,以MNPK最高,达到65.4 kg/kg。与化肥NPK处理比较,SNPK氮素偏生产力和收获指数差异不显著。MNPK处理土壤无机氮的含量在玉米整个生育期一直高于化肥NPK处理,并在玉米大喇叭口期达到最高,达到60.83 mg/kg,并与其他处理差异显著。【结论】长期有机无机配合施用,不仅能有效调节氮素积累和转运,还能提高氮肥利用效率。在适宜氮用量为165 kg/hm2时,以农家肥氮替代70%,或秸秆氮替代30%化肥氮素,既减少化肥氮投入,又增加了土壤供氮能力,因此,有机肥氮替代部分化肥氮是吉林省黑土区春玉米氮素管理的有效途径之一。