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麦玉轮作有机无机肥料配施的土壤团聚体及微生物群落特征

何翠翠  
【摘要】:团聚体是土壤的基本结构单元和微生物的主要活动场所。微生物是生态系统中最活跃的部分,直接影响土壤中养分循环和团聚体的形成。因此,研究不同施肥措施下土壤团聚体粒径分布、团聚体养分含量及微生物分布规律具有重要意义。本文依托华北平原肥料试验(5年),系统分析了冬小麦-夏玉米轮作体系下,有机无机肥料配施对团聚体粒径分布及其碳氮含量、微生物多样性和活性变化等的影响。试验共设5个处理:对照(CK)、单施化肥(M0)、秋季有机肥替代20%化肥氮(M20)、替代50%(M50)、替代100%(M100)。CK处理外其它处理均采用等氮量设置。主要研究结果如下:(1)有机无机肥料配施能够提高冬小麦、夏玉米产量和氮肥农学效率。与M0处理相比,有机无机肥料配施对当季作物冬小麦增产不明显,对后茬作物夏玉米增产显著,且随着试验年限增加,增产幅度增加。有机无机肥料配施提高了氮肥偏生产力及氮肥农学效率。M100处理夏玉米偏生产力最高,为47.88 kg kg~(-1),比M0处理提高了12.58 kg kg~(-1)。(2)有机无机肥料配施促进了土壤大团聚体形成,并提高了其有机质含量。不同的施肥处理改变了土壤团聚体不同粒径组分的分布情况,与CK处理相比,M50和M100处理中粒径2 mm团聚体的比例分别增加了35.15%和40.92%。不同处理的平均粒径大小规律表现为M100M50CKM20M0,CK、M0和M20处理中团聚体组分的优势粒径为1-2 mm,M50中团聚体组分的优势粒径为2-5 mm,M100中团聚体组分的优势粒径为10 mm,表明有机无机肥料配施促进了土壤大团聚体的形成;不同施肥处理中土体土壤和同一粒径土壤团聚体有机质含量规律均表现为M100M50M20M0CK。(3)有机无机肥料配施提高土体土壤中微生物多样性及活性。PLFA总量随着有机肥施入量的增加而增加,M100处理的PLFA总量约为CK处理的9倍。细菌、真菌、放线菌含量与PLFA总量的变化规律相似,均表现为M100处理含量最高。Biolog ECO结果显示有机肥施用量越大,相应的香农指数、丰富度指数、优势度指数及AWCD值越大,表明有机无机肥料配施提高了土壤微生物多样性。同时,有机无机肥料配施提高了微生物活性,与CK、M0处理相比,M50和M100处理增加了微生物增长Logistic曲线的K值和指数生长期增长速率、缩短了潜伏期。不同施肥处理土壤微生物代谢活性K值,M0最低,为0.3954,M50和M100最高,均大于0.45。指数期增长速率,CK处理的最低为0.0452,然后是M0、M50、M20,在0.045-0.050之间,M100最高,为0.0635。M0处理的潜伏期大于24h,其它处理的潜伏期在12-24h之间。(4)有机无机肥料配施改善土壤团聚体微生物分布规律。有机无机肥料配施不同粒径的土壤团聚体香农指数均有了不同程度的增加,且粒径小的土壤团聚体增加的幅度较大。总PLFA含量和细菌数量均表现为在粒径5-10 mm、0.25-0.5 mm团聚体含量较高,而放线菌数量在0.25-0.5mm团聚体含量最高。M50、M100处理随着土壤团聚体粒径减小,革兰氏阳性菌含量逐渐增加。有机无机肥料配施提高了团聚体微生物活性,不同施肥处理粒径大于10 mm的土壤团聚体中M50和M100处理微生物总碳源代谢潜力最高,其AWCD的K值分别为0.4635和0.4316;M20、M50、M100这三个处理达到0.5K时所消耗的时间分别为57.89h、61.32h和54.31h,均短于M0的75.52h。总之,华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统中,在等氮量投入情况下,有机无机肥料配施能够增加粮食产量,提高氮肥农学效率,促进土壤大团聚体形成,提高土壤团聚体中有机质含量,提高微生物多样性和活性,增大微生物碳代谢能力。


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