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连续施用土壤改良剂对沙质潮土土壤质量的影响

周吉祥  
【摘要】:本文以有机、无机两种典型沙化土壤改良剂为研究对象,选择河北省廊坊市沙质潮土为试验载体,通过2015-2018年连续三年田间定位试验,研究了不同沙化土壤改良剂(CK:不施改良剂;T1:CK+有机改良剂15t·hm~(-2);T2:CK+无机改良剂2.25t·hm~(-2);T3:CK+有机改良剂15t·hm~(-2)+无机改良剂2.25t·hm~(-2))对土壤理化性质、酶活性及微生物群落结构等相关指标的影响,探讨了土壤改良剂对土壤质量的影响及其作用机理,以期为土壤改良剂研发、应用及沙质潮土改良提供理论依据。研究结果如下:1.施用有机改良剂显著提高土壤养分含量,增强土壤综合肥力。与CK相比,单施有机改良剂(T1)土壤有机质、速效磷、速效钾含量分别显著提高28.42%、243.76%、43.83%(P0.05),土壤pH显著降低0.35(P0.05);单施无机改良剂(T2)显著提高土壤速效钾含量19.81%(P0.05),土壤pH显著降低0.22(P0.05);配施有机无机改良剂(T3)土壤有机质、速效磷、速效钾含量分别显著提高32.89%、254.17%、74.10%(P0.05),土壤pH显著降低0.28(P0.05);T3处理土壤有机质、速效磷、速效钾等养分含量较T1无显著差异。以土壤综合肥力指数(IFI)作为指示指标,T1、T3处理较CK分别显著提高了15.65%和17.39%(P0.05),效果优于T2处理,表明连续施用有机改良剂能够增加沙质潮土土壤养分,培育土壤肥力。2.施用有机改良剂能够提高土壤活性有机碳组分含量,提高土壤碳库管理指数(CPMI),增加碳库库容,改善土壤质量。与CK相比,T1、T3处理各活性碳组分含量均呈升高趋势,且易氧化有机碳(LOC)溶解性有机碳(DOC)微生物量碳(MBC);相反土壤活性碳库组分有效率均呈下降趋势,其中T1和T3处理土壤易氧化有机碳有效率(LOC/TOC)分别显著降低了12.57%和12.02%(P0.05),微生物量碳有效率(MBC/TOC)分别显著降低了12.84%和12.30%(P0.05);各处理CPMI较CK增加了6.11%-10.64%。3.施用土壤改良剂提高土壤水稳性团聚体含量并改善团聚体结构。与CK相比,T2和T3处理均能显著增加沙质潮土WR_(0.25)的含量(P0.05);T1、T3处理能够显著促进小粒径土壤颗粒向大粒径土壤颗粒的转化;施用改良剂各处理几何平均直径(GMD)的变化趋势与土壤WR_(0.25)一致;平均质量直径(MWD)各处理较CK均有提高趋势,T3处理达到了显著效果。试验结果表明连续施用有机、无机改良剂均能够显著改善沙质潮土土壤团粒结构。4.施用土壤改良剂提高了土壤胞外酶活性。较CK处理,T1和T3处理β-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)活性分别提高了42.97%-63.96%、9.06%-23.66%;T1、T2和T3处理乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)活性提高了114.57%-227.8%,T1、T2处理亮氨酸氨肽酶(LAP)提高了15.83%-23.58%;T1和T3处理土壤磷酸酶(PHO)活性提高了37.27%-37.83%;T1和T3处理多酚氧化酶(PPO)活性分别显著提高了27.59%、48.61%(P0.05)。冗余分析和皮尔逊相关性分析可知,土壤活性有机碳和pH对酶活性影响最显著,pH与所有酶相关系数都为负值,其中过氧化物酶(PER)达到显著负相关(P0.05)、多酚氧化酶(PPO)达到极显著负相关(P0.01),说明pH是影响土壤酶活性的最重要因子。5.施用土壤改良剂对沙质潮土微生物群落结构和组成影响显著。T1、T3处理增加了土壤细菌酸杆菌门(Acidobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的物种丰度,降低了变形菌门(Proteobacteria)的丰度;T1、T3处理增加了真菌莫氏菌门(Mortierellomycota)、粪壳菌纲(Sordariomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)、丝霉菌纲(Mortierellomycetes)丰度。冗余及热图(Heatmap)相关性分析,表明微生物物种组成和丰度与土壤环境及养分特征有密切关系。其中,活性有机碳及其组分对真菌油壶菌纲(Olpidiomycetes)、伞菌纲(Agaricomycetes)组成影响显著;半子囊菌纲(Saccharomycetes)、Rozellomycotina_cls_Incertae_sedis、芽枝霉纲(Blastocladiomycetes)、伞菌纲(Agaricostilbomycetes)四种菌群相对丰度同时对土壤PPO、PER两种氧化酶呈现显著负相关(P0.05)。综上所述,有机改良剂在增加土壤养分含量,提高土壤碳库库容及胞外酶活性,改善土壤微生物群落结构,培育土壤肥力方面效果优于无机改良剂,有机-无机改良剂配施与单施有机改良剂无显著差异,说明有机改良剂是提升土壤肥力的主要驱动因子;两种改良剂均能够增加沙质土壤水稳性大团聚体数量,改善团聚体结构、降低土壤容重、提升土壤质量,两种改良剂配施效果最佳,单施两者之间无显著差异。研究结果为典型沙质潮土土壤改良剂研制与应用提供了理论依据和技术支撑。


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