不同形态氮素对紫花苜蓿-土壤反馈的影响

【摘要】：外源氮输入影响“植物-土壤”系统的反馈作用,进而影响生态系统的结构、功能及过程。植物-土壤反馈由多个层面组成,如根面、根际、个体、群落或更大的时空尺度,研究不同形态氮素输入对植物-土壤反馈的影响,有助于夯实生态系统中地上-地下相互反馈的理论基础,探索合理使用氮肥的方法和途径。紫花苜蓿在我国种植面积广,是保障畜牧业发展的优质牧草资源。本研究以紫花苜蓿为试验材料,设置石英砂盆栽(无土环境)试验、土壤盆栽试验和小区试验,从“植物-土壤”反馈的角度研究不同形态氮素配比对紫花苜蓿氮素吸收利用、土壤氮素转化、土壤酶活性和氮循环功能微生物的影响,分析紫花苜蓿-土壤反馈作用规律,阐述在不同形态氮素配比处理下,紫花苜蓿与土壤中参与氮循环的各要素之间的关系,为生态系统中地上-地下相互反馈作用奠定理论基础,为生态系统合理的氮素管理提供科学依据。主要结果如下:(1)石英砂盆栽试验结果表明:施加硝态氮和铵态氮两种氮素,显著提高了紫花苜蓿株高和地上生物量。与铵态氮相比,施加硝态氮更有利于提高紫花苜蓿的株高,增加地上部分硝态氮含量。而铵态氮有利于紫花苜蓿根系的生长,提高地下生物量,增加地下根中铵态氮的含量。等比例混合施加硝态氮和铵态氮有利于提高紫花苜蓿地上生物量和株高,促进其对不同形态氮素的吸收利用,使其生长效果最好。(2)土壤盆栽试验结果表明:施加硝态氮更有利于促进紫花苜蓿的分枝,提高地上生物量,而铵态氮有利于紫花苜蓿根系的伸长,提高地下生物量。两种形态氮素混合施用时均能显著提高土壤淀粉酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和羟胺还原酶活性。等比例硝铵配施均能显著提高了土壤氨氧化微生物、固氮微生物和反硝化微生物功能基因的丰度,单施硝态氮对氨氧化微生物功能基因丰度无显著影响。土壤硝态氮、铵态氮和全氮含量与紫花苜蓿的生长有着正反馈的关系。(3)小区试验结果表明:与盆栽试验结果一致,不同施氮处理均提高了紫花苜蓿地上生物量。等比例混合施加硝态氮和铵态氮提高了紫花苜蓿的氮素吸收效率和对氮肥的利用效率。随着紫花苜蓿生长进程的推进和刈割次数增加,土壤中性蛋白酶、脲酶和亚硝酸还原酶活性逐渐降低,而土壤羟胺还原酶活性逐渐增强。单施铵态氮处理对提高硝酸还原酶活性效果最好,硝铵等比例施用均能提高土壤中性蛋白酶、脲酶和羟胺还原酶活性。施加铵态氮有利于提高氨氧化微生物丰度,而单施硝态氮时无显著影响,等比例硝铵配施能不同程度提高土壤氨氧化微生物和反硝化微生物的丰度。(4)外源不同形态氮素的添加在提高紫花苜蓿产量和氮素积累的同时,也改变了土壤微生物功能群的丰度和土壤酶活性,促进了土壤养分的转化进程。土壤微生物功能群的丰度和土壤酶活性与紫花苜蓿生长初期各项指标均呈现出一致的正向增长态势。随着刈割次数的增加,参与土壤中的固氮过程、硝化与反硝化过程的土壤微生物功能群丰度、土壤酶活性出现了波动变化,促进了土壤中不同形态氮素的转化以及紫花苜蓿对氮素的吸收利用。紫花苜蓿与土壤间的正反馈关系维持了植株个体对不同形态氮素响应的稳定性。