长期施肥对红壤旱地和水田有机碳形态结构及微生物群落的影响

发布时间：2018-10-26 10:47

【摘要】：随着人口数量的持续增长,耕地面积在不断锐减,特别是我国中亚热带湿润地区的红壤土,拥有的耕地面积占全国耕地面积的30%。但由于长期不合理的土地利用和施肥方式,使土壤退化极为严重,耕地的生产力极为低下。土壤有机碳虽然仅占了土壤总量的很小一部分,但其能为植物生长提供充足的养分,也是土壤生物的重要能量和物质来源,对于维持生态系统的生产力和稳定性等众多生态功能都至关重要。因此如何能够高质量的保持土壤的肥力就关系到土壤有机碳的保护和稳定性。本文基于长达30年的红壤长期定位肥料试验,通过分析不同施肥,如不施肥CK、施化肥NPK、有机肥化肥混施NPKM,土壤理化性质、微生物活性及其群落结构和多样性,系统评价不同碳水平土壤有机碳特征和微生物群落变化,本研究的主要结论如下:1)土壤团聚体测定结果表明,稻田土壤中,CK、NPK、NPKM处理0.25mm的水稳定性团聚体的含量分别为42.40%、45.70%、59.95%;旱地土壤中的分别为34.98%、45.80%、58.27%。经过30年施肥管理后,稻田和旱地中,NPK处理的pH值均降幅最大,NPKM处理的pH值在各处理中最高。NPK和NPKM处理均显著促进了稻田土壤有机质的和全氮含量的增加,其有机质含量NPK、NPKM处理较CK处理分别增加了 40.2%、47.8%;旱地中,施肥同样增加了土壤有机质含量和全氮水平,其中仅NPKM处理较CK处理显著提高了土壤全氮含量。同时,施肥还能够显著增加红壤中速效磷和速效钾的含量,且NPKM处理效果最明显。2)铁、铝氧化物含量测定表明,施肥对稻田和旱地土壤游离态铁氧化物(Fed)和游离态铝氧化物(Ald)的含量无显著影响,仅在旱地土壤中,NPKM处理较CK处理降低了 Fed、Ald的含量。土壤中的络合态铁、铝氧化物(Fep、Alp)和无定型态铁、铝氧化物(Feo、Alo)对长期不同施肥的响应趋势基本一致,稻田土壤中,与CK处理相比,NPKM处理均显著增加了土壤中Fep、Alp、Feo和Alo的含量;旱地土壤中,NPK和NPKM处理均显著增加Fep、Alp、Feo和Alo的含量,其中NPKM处理较CK处理达显著差异。3)酶活性的分析结果表明,在稻田土壤中,NPKM处理较CK处理显著促进了土壤中参与碳循环的蔗糖酶(INV)、木聚糖酶(XYL)、β-葡糖苷酶(BGL)、和纤维素酶(CEL)4种酶活性增加,NPK处理显著促进了 INV、XYL和CEL酶活性的增加,但对BGL活性无显著影响;旱地土壤中,与CK处理相比,NPKM处理均显著促进了上述4种酶的酶活性的增加,且NPKM处理与NPK处理相比,INV和BGL活性也显著增加。在稻田和旱地土壤中,施肥均能够不同程度的增加土壤中微生物量生物量碳(SMBC)和微生物量生物量氮(SMBN)的含量。其中稻田和旱地NPKM处理增长均达到显著水平,而只有稻田中NPK处理增长达显著水平。4)对稻田和旱地土壤微生物及其群落结构研究表明,在稻田土壤中,施肥可以使微生物群落结构发生显著变化,降低真菌/细菌比例,增加土壤微生物生物量,其中NPKM处理有利于G-细菌、真菌、放线菌及原生动物的增长,NPK处理有利于G+细菌的增长;在旱地土壤中,土壤中各项指标均与NPKM处理接近,而NPK处理与土壤中的真菌/细菌比例相关性较强。对稻田和旱地土壤微生物群落功能多样性研究表明,与CK处理相比,NPK处理易造成土壤微生物活性的降低,而NPKM处理能够提高微生物对碳源利用的能力以及其群落功能多样性。5)土壤DOC三维荧光光谱图谱显示,稻田和旱地土壤中,CK和NPK处理主要的DOC荧光峰均出现在Ex/Em=240/340nm处,显示该峰值在色氨酸区,而NPKM处理的DOC荧光光谱在色氨酸区,类富里酸区和类胡敏酸区均有峰值,且类胡敏酸区与色氨酸区和类富里酸区相比荧光强度较弱。6)各菌群PLFA与土壤养分及土壤铁铝氧化物与不同土壤有机碳之间的相关性分析结果表明,稻田土壤中,几乎所有的菌群PLFA与土壤有机质和全氮呈极显著正相关(p0.01,下同),而与速效养分相关性不高;旱地土壤中,真菌和细胞壁较厚革兰氏阳性细菌与土壤有机质和全氮相关性强。在稻田和旱地土壤中,无定型和络合态的铁、铝氧化物与StOC和SOC有很好的相关性。而土壤中游离态铁、铝氧化物在旱地中与StOC呈极显著负相关,在水田中与TOC、StOC、DOC均无相关性。总之,本研究显示,NPK处理虽然会增加土壤中有机碳和全氮含量,能够提高土壤肥力,但容易造成土壤微生物活性的降低。而NPKM处理能显著增加土壤中理化及微生物各项指标,因此其应作为江西红壤地区保持和提高土壤质量并获得高产的一种可持续的施肥方式。本结果将对该地区的农业管理和施肥措施及减少农田土壤C02排放有重要的指导意义。
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【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S153.6;S154.3

【参考文献】