施肥模式和耕作年限影响土壤磷有效性和碳氮磷耦合转化的微生物学机制

发布时间：2022-01-27 03:17

　　磷是植物中含量仅次于氮和钾的大量必需营养元素。据报道,全球约有40%的耕地土壤因缺磷而限制作物增产,施用磷肥已成为提高作物产量和品质的重要农艺措施之一。但是,磷肥施入土壤后易被吸附固定,其当季利用率只有10%～25%,以无效态累积磷在土壤中高达85%,这不仅降低磷肥的施用效益,加快不可再生的磷矿资源耗竭,而且增加水体环境污染的风险。微生物是肥料养分进入土壤后循环转化过程中的关键驱动者,直接关系养分利用效率及其农学和环境效应。虽然关于不同农业措施对土壤养分转化及其微生物群落结构变化的影响已有不少研究报道,但是关于长期不同施肥模式和耕作方式及其年限对土壤磷有效性和碳氮磷耦合转化的微生物学机制及其调控原理尚不完全清楚。为此,本论文以长期肥料定位试验和时间序列土壤为研究对象,采用土壤化学测试、酶学、稳定性同位素和微生物生态学等技术相结合的方法,研究了长期施用化肥、有机无机肥配施以及不同耕作方式和年限对土壤磷有效性和碳氮磷转化相关的土壤微生物群落组成和多样性的影响及其驱动机制。取得以下主要结果:1. 以连续27年施用不同化肥的田间定位试验为研究对象,采用基于Hedley无机磷库的磷酸盐氧同位素(... 

【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：169 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

环境因素和氮有效性驱动下微生物碳利用效率的变化及其对土壤碳固存的影响(Manzoni et al.,2012)。蓝色箭头表示正效应,红色虚线表示负效应

长期施用磷肥特别是平衡施肥通过提高土壤磷酸酶活性和磷循环相关功能基因丰度,促进土壤不同形态磷的转化并提高土壤磷素有效性,其主要机制包括以下三个方面(图2-8):(1)促进生物可利用磷库(H2O-Pi,Na HCO3-Pi和Na OH-Pi)的周转,达到由胞内焦磷酸酶水解引起的同位素平衡;(2)促进有机磷化合物的胞外水解,导致分馏产生轻于平衡值的同位素特征值;(3)大部分肥料磷在供试的碱性潮土中经过多级转化最后沉淀为Ca-P。因此,土壤不同形态磷间的磷酸盐氧同位素比值的变化可在一定程度上反映微生物在土壤磷素循环转化的作用,并追踪肥料磷施入后的固定及其在不同磷库间的转化过程。这为进一步揭示长期施用化学磷肥后土壤磷素转化的微生物学机制和提高磷肥利用效率提供理论依据。3.1 引言

有机无机肥配施处理尤其减磷条件下可维持与常规施肥处理相当的水稻产量并显著提高土壤有效磷含量(图3-9),并显著提高phoD基因的绝对丰度及其相关细菌群落中Bradyrhizobium和Methylobacterium的相对丰度。有机无机配施主要通过增加碳源供应、提高养分有效性以及调节pH来改善土壤微生物栖息环境,进而在优势微生物主导下形成稳定复杂的解磷菌群落网络,从而增强有机磷矿化和无机磷溶解的微生物潜力并促进土壤难溶性无机磷和有机磷的活化。可见,有机肥部分替代化肥可以通过重塑phoD和pqqC基因细菌群落,促进土壤难溶性磷的活化,从而提高磷肥的利用效率和施用效果,可为水稻生产中实现磷肥减施增效目标提供理论依据。4.1 引言


本文编号：3611653