长期施肥对红壤旱地土壤有机质组分、微生物群落结构和酶活性的影响

【摘要】：土壤中的有机质(SOM)和微生物在维持农田生态系统的功能和稳定性方面都扮演着不可或缺的角色。施肥是农业管理的重要措施之一,加强长期施肥对SOM组分以及土壤微生物群落结构和酶活性影响机制的研究可为提升农田作物产量,实现农田土壤的可持续利用与发展方面提供一定的理论基础与现实意义。本研究基于中国南方的红壤旱地长期定位试验,采用物理-化学联合分组方法将SOM分为:未保护SOM组分(cPOM、fPOM)、纯物理保护的SOM组分(iPOM)、物理-生物化学保护的SOM组分(NH-μSilt、NH-μClay)、物理-化学保护的SOM组分(H-μSilt、H-μClay)、化学保护的SOM组分(H-dSilt、H-dClay)和生物化学保护的SOM组分(NH-dSilt、NH-dClay)等六大类,并在此基础上分析了SOM组分的质量比例以及各组分中的土壤有机碳(SOC)含量对长期施肥处理的响应变化;利用磷脂脂肪酸(PLFA)法和微孔板荧光法分析了土壤微生物群落结构以及酶活性对长期施肥的响应。主要研究结果如下:(1)与不施肥(CK)处理相比,长期有机与无机肥配施(NPKM)使SOC和全氮(TN)含量分别显著提高了70.6%和57.5%。单独施用化肥(N、NPK)后土壤pH发生明显下降,这表明长期施用化肥会引起土壤酸化。与CK处理相比,长期NPKM处理使6类SOM组分(H-dClay和NH-dClay组分除外)中SOC含量均显著提高。其中cPOM、iPOM组分中SOC的增幅最大。这表明未保护SOM组分和纯物理保护SOM组分中SOC对施肥管理措施具有较强的敏感性。各SOM组分中SOC含量与土壤中的总SOC含量关系各不相同。随着总SOC含量的提高,iPOM组分中SOC含量的线性增长率最大。这表明在长期施肥条件下,不同SOM组分中SOC稳定机制具有差异。以上研究表明长期有机无机肥配施是提升农田生态系统土壤肥力的一项有效管理措施。(2)长期施肥处理显著改变了土壤微生物的群落结构。长期NPKM处理后土壤微生物总生物量以及细菌、真菌、放线菌、革兰氏阳性(G~+)细菌和革兰氏阴性(G~–)细菌的生物量为所有处理中最高。与其他3种处理(CK、NPK、NPKM)相比,单施N肥处理条件下上述各菌群生物量最低。与CK处理相比,NPK处理仅对真菌生物量产生显著影响。以上结果表明:长期有机无机肥配施条件下土壤环境向更有利于微生物的生存方向变化。此外,本研究发现了土壤各微生物菌群生物量与土壤理化性质之间都有明显的相关性,且与土壤pH的相关性关系更强,这表明土壤pH是长期施肥条件下影响土壤微生物群落的最主要环境因子。(3)长期施肥对土壤酶活性也产生显著影响。长期NPKM处理下β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)以及酸性磷酸酶(AP)活性最高。SOC和TN含量与这3种酶活性之间都呈极显著正相关性,表明SOC和TN含量是长期施肥条件下影响土壤酶活性的主要环境因子。