【摘要】：大量研究表明,过量施肥会对环境造成严重影响。在保证粮食作物高产的同时,如何减少化肥施用量、提高肥料养分利用率、维持农业可持续发展始终是土壤与植物营养领域的重点研究内容。本文通过长期田间定位试验,研究了典型稻麦轮作区有机无机肥料配合施用对稻麦生长和土壤理化性状、土壤有机碳数量和结构以及土壤微生物群落结构的影响。试验共包含5个氮肥用量(氮肥用量分别为0kg·hm~(-2)、180kg·hm~(-2)、240 kg·hm~(-2)、270 kg·hm~(-2) 和 300 kg·hm~(-2),磷钾肥用量一致,分别简称 CK、N1PK、N2PK、N3PK 和 N4PK)、3 个有机肥用量(有机肥用量:1500 kg·hm~(-2)、3000 kg·hm~(-2) 和 4500kg·hm~(-2),分别简称M1、M2和M3),主要研究结果如下:1、有机无机肥料长期配施能够保持水稻和小麦高产稳产。其中施氮量180 kg·hm~(-2)下施用3000 kg·hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为71:29)以及施氮量240 kg·hm~(-2)下施用4500 kg·hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为67:33)下水稻和小麦产量显著高于单施化肥处理;施氮量270 kg·hm~(-2)和300 kg·hm~(-2)下施用猪粪堆肥增产效果与单施化肥处理虽无明显差异,但增产率达到了 1.1%-11.8%。有机无机肥料配施增加了水稻干物质累积量,其中施氮量180 kg.hm~(-2)下有机无机肥料配施的水稻干物质累积量均显著高于单施化肥处理;施氮量240 kg·hm~(-2)下施用4500 kg-hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为67:33)、施氮量270 kg·hm~(-2)下施用4500 kg·hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为71:29)、施氮量300 kg·hm~(-2)施用1500 kg·hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为91:9)下水稻干物质累积量显著高于单施化肥处理;而有机无机肥料配施的小麦干物质累积量与单施化肥处理相比,没有显著差异。施氮量为240 kg·hm~(-2)和270 kg·hm~(-2)时,有机无机肥料配施提高了稻麦轮作系统产量稳定系数,有利于作物稳产。2、有机无机肥料长期配施影响水稻对氮肥的吸收利用。除施氮量180 kg·hm~(-2)下施用1500 kg.hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为85:15)和施氮量300 kg·hm~(-2)下施用1500 kg·hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为91:9)外,其余有机无机肥料配施处理均提高了水稻地上部氮素累积量;与单施氮肥比较,施氮量180 kg·hm~(-2)下施用4500kg·hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为56:44)、施氮量240 kg·hm~(-2)下施用4500 kg·hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为67:33)和施用3000 kg·hm~(-2)猪粪堆肥(无机肥氮:有机肥氮为78:22)、施氮量270 kg·hm~(-2)施用4500 kg·hm~(-2)猪粪堆肥下(无机肥氮:有机肥氮为71:29)时,水稻地上部氮素累积量差异达显著水平。水稻季氮肥利用率的规律与氮素累积量规律一致。与单施化肥比较,有机无机肥料配施处理的小麦地上部氮素累积量及小麦氮肥利用率虽无显著差异,但均有所增加。3、有机无机肥料长期配施显著影响了成熟收获期表层土壤水稳性团聚体的分布。有机无机肥料配施显著增加了水稻季土壤0.5 mm粒径团聚体数量和小麦季土壤2mm粒径团聚体数量,显著降低了两季土壤0.05 mm粒径团聚体的数量。水稻季土壤0.05-0.25 mm团聚体数量显著高于小麦季土壤,小麦季土壤2 mm、1-2 mm和0.5-1mm团聚体数量显著高于水稻季土壤。与单施化肥比较,无论水稻季还是小麦季,有机无机肥料配施和单施有机肥均显著增加了土壤团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),显著降低了土壤容重。4、有机无机肥料长期配施改善了水稻收获期土壤的化学性状。与单施化肥比较,有机无机肥料配施显著增加了表层土壤全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量。在土壤铵硝空间分布上,有机无机肥料配施显著增加了表层土壤(0-20 cm)铵硝的含量,降低了底层土壤(20-100 cm)的铵硝含量,从而起到了有效蓄持养分、减少养分流失的作用。5、有机无机肥料长期配施显著改变了作物收获期表层土壤中土体土及团聚体内总有机碳(SOC)和易氧化态有机碳(LOC)的含量。与单施化肥比较,有机无机肥料长期配施显著增加了水稻季土体土的SOC和LOC含量,分别提高了 9.9%和24.2%;小麦季土体土 SOC含量提高了 7.2%。有机无机肥料长期配施显著提高了水稻季土壤2 mm、1-2 mm团聚体内SOC的含量和小麦季土壤1-2 mm团聚体内SOC含量,水稻季土壤1-2 mm团聚体内有机碳含量显著高于小麦季;有机无机肥料长期配施显著增加了水稻季土壤2 mm、1-2 mm团聚体内LOC含量,也增加了小麦季土壤2 mm团聚体内LOC含量。与单施化肥处理比较,有机无机肥料长期配施能够显著提高水稻季和小麦季土壤中游离态轻组有机碳含量,显著降低小麦季土壤中重组有机碳含量。有机无机肥料长期配施还能够改变SOC的结构,与单施化肥处理比较,有机无机肥料长期配施增加了土壤有机碳烷基碳和羧基碳的相对含量,降低了烷氧基碳的相对含量,增加了有机碳的疏水性。6、有机无机肥料长期配施显著改变了成熟收获期表层土壤微生物学特性。与单施化肥处理比较,有机无机长期配施显著提高了土壤微生物量数量、水稻季和小麦季土壤的细菌多样性和丰富度,降低了水稻季真菌的多样性和丰富度。江苏苏南地区稻麦轮作系统中水稻季土壤细菌群落中的优势菌群分属于酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes),小麦季为酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chlorofiexi)。与单施化肥处理比较,水稻季有机无机配施处理增加了放线菌门(Actinobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度,降低了酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicute)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)的相对丰度。水稻季土壤真菌群落主要以子囊菌门(Ascomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)为主,小麦季主要以子囊菌门(Ascomycota)为主。土壤MWD与土壤真菌群落结构显著相关。有机无机肥配施提高了微生物的多样性,改变了农田生态系统的微生物群落结构,还显著增加了表层土壤氨氧化细菌(AOB)丰度。结论:在江苏苏南典型的稻麦轮作系统中,连续有机无机肥料配施(水稻季3:7,小麦季2:8),能够将该地区的总施氮量从农民普遍用量的270 kgN·hm~(-2)-300 kgN·hm~(-2)降至240 kgN·hm~(-2),比农民习惯施肥减少20%以上,在这种施肥模式下,土壤养分和土壤有机质含量得到显著提高,土壤团聚体和土壤微生物群落结构得到显著改善,这是确保苏南地区粮食作物可持续生产的最佳施肥模式。
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【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S158.3
【参考文献】
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