【摘要】：成都平原是我国重要粮食生产基地,稻麦轮作是成都平原重要种植模式。长期施用化肥导致土壤酸化、肥力降低,合理施用有机肥或有机无机肥配施是化肥减施的重要措施。本研究通过设置6种不同施肥处理:沼肥低量(BL)、沼肥中量(BM)、沼肥高量(BH)、沼氮混施(BN)、氮磷钾肥(NPK)及不施肥(CK)处理,研究了2014-2016年间成都平原稻麦轮作制不同施肥处理对小麦和水稻产量、土壤及作物养分和重金属含量、土壤微生物量和酶活性的影响,应用PCR-DGGE技术分析了小麦分蘖期氨氧化微生物多样性,运用IilluminaMiseq测序技术探究了沼肥施用对小麦和水稻收获期土壤微生物群落结构的影响,以期为成都平原合理施肥提供科学依据。主要研究结果如下:沼肥施用显著增加了小麦和水稻产量。除2014年以NPK处理小麦和水稻产量最高外,2015与2016年,BN处理产量最高,水稻产量分别为7554.52 kg·hm-2和7985.85 kg·hm-2,较CK分别增加了 73.05%和49.64%;小麦产量分别为4176.80 kg·hm-2和4708.65 kg.hm-2,较CK增加了 73.05%和49.64%,而NPK处理在同等施氮量条件下产量呈降低趋势。施用沼肥改善了稻麦产量构成因素,与产量具有较好的一致性。施沼肥可提高作物养分含量,水稻籽粒粗蛋白含量在2014年以NPK处理最高,其次为BH处理,但差异不显著;2015、2016年均以BH处理最高,分别为7.71%和7.07%,较CK提高26.88%和36.49%,其次为BN处理。面粉粗蛋白含量在2014年NPK处理最高,但与BH处理差异不显著,2015、2016年分别以BH与BN处理最高,分别为 11.36%和 11.20%,较 CK 增加了 31.46%和 24.22%。在水稻籽粒中未检出重金属镉,重金属铬、铜、铅、锌含量分别为0.14-0.26 mg·kg-1、2.88-4.08 mg·kg-1、0.078-0.14 mg·kg-1、17.81-41.83 mg~kg-1。小麦籽粒(面粉)中同样未检测出镉含量;面粉中铬、铜、铅、锌含量分别为0.21-0.39 mg·kg-1、3.54-5.18 mg·kg-1、0.064-0.17 mg·kg-1、17.06-38.58 mg·kg-1 均符合《国家食品重金属含量》(NY861-2004)限制标准值的要求。沼肥处理较CK处理显著增加了土壤养分含量,以BH和BN处理效果较好。BN处理水稻季土壤有机质增加30.02%-76.87%、全氮含量增加1.65%-78.38%、硝态氮增加 10.38%-28.03%、铵态氮增加 19.16%-21.94%、速效磷增加 19.53%-295.74%、速效钾增加19.16%-31.92%;小麦季BN处理土壤有机质增加13.44%-79.03%、全氮含量增加7.52%-41.33%、硝态氮增加20.49%-36.02%、铵态氮增加6.13%-31.52%、速效磷增加 6.13%-78.58%、速效钾增加 20.99%-34.38%。连续3年结果表明,各施肥处理土壤除锌含量略有增加外,镉、铬、铜、铅含量呈降低趋势。2014-2016年水稻季土壤镉、铬、铜、铅和锌含量分别为0.14-0.34 mg·kg-1、50.48-142.55 mg kg-1、9.76-18.04 mg kg-1、19.45-43.86 mg kg-1、83.79-171.93 mg kg-1;小麦季土壤镉、铬、铜、铅和锌含量分别为0.15-0.23 mg·kg-1、34.13-139.38 mg·kg-1、9.73-17.03 mg·kg-1、19.56-52.71 mg·kg-1 90.05-158.57 mg·kg-1,均低于国家《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准值。施肥显著提高了小麦分蘖期土壤硝化作用强度,以BH处理最高(54.83%),NPK次之(52.12%),BM(48.56%)BN(47.78%)BL(44.75%)。PCR-DGGE 分析表明,分蘖期各施肥处理土壤氨氧化细菌(AOB)多样性指数变化明显,BH与NPK处理显著高于其他处理(P0.05);而氨氧化古菌(AOA)多样性指数变化幅度小。对代表性DGGE条带克隆测序,构建了 AOB和AOA群落系统发育关系,结果表明,分蘖期土壤AOB群落分类变化明显,出现了两个新类群;各处理土壤AOA群落属于未培养奇古菌(uncultured Thaumarhaeote)中的 ClusterS。施沼肥显著提升了收获期土壤微生物量碳(SMBC)、土壤微生物量氮(SMBN)和土壤微生物量(SMBP)。2014-2016年水稻季SMBC、SMBN含量均以BH处理最高,分别提高了 54.88%-108.38%;92.03%-230.56%;水稻季 SMBP 在 2014 年以NPK处理最高,2015与2016年以BH处理最高,分别较CK提高109.10%、67.90%和144.15%。2014-2016年小麦季SMBC、SMBN、SMBP含量均以BH处理最高,分别提高了 54.88%-136.40%;30.58%-161.05%、56.26%-133.00%。对不同施肥处理收获期土壤酶活性测定结果表明,施沼肥显著增加了土壤水解酶与过氧化氢酶活性,BH与BN处理的土壤蔗糖酶、淀粉酶、乳糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶、中性磷酸酶、蛋白酶和过氧化氢酶活性最高,NPK处理在2014年显著提升了土壤脲酶活性,但连续施用降低土壤了土壤蔗糖酶与蛋白酶活性。Miseq测序结果表明,在97%水平上,收获期土壤细菌共得到7114个OTUs,划分成43个门,包含101个纲,229个目,434个科,734个属,1576个种;真菌共得到3727个OTUs,划分成8个门,包含32个纲,105个目,249个科,522个属,835个种。在门水平,变形菌门(Proteobacteria)为土壤细菌第一大优势类群,其他优势类群包括酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。子囊菌门(Ascomycota)为土壤真菌第一优势类群,其他优势真菌类群包括接合菌门(Zygomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。在属水平,Subgroup-6是细菌优势类群,被孢霉属(Mortierella)是真菌优势类群。PCA及Heatmap分析结果表明,收获期土壤细菌以单施沼肥处理间的相似度更高,沼氮混施与单施化肥更加接近;单施沼肥处理间土壤真菌相似度较高,与沼氮混施或单施化肥处理的差异大。RDA结果表明,土壤有机质和速效磷是影响水稻季土壤细菌群落结构的主效环境因子,全氮是影响小麦季土壤细菌群落的主效环境因子。沼氮混施(BN)处理是较好的施肥方案,水稻季可替代氮肥(尿素)施用178 kg·hm·2·a-1,小麦季可替代氮肥(尿素)施用180kg·hm-2·a-1,在一定时间内可免施磷肥和钾肥。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S141
【图文】：
４．３．２不同施肥处理土壤硝化作用强度逡逑硝化作用是氮素转化中心环节，反映了土壤有效态氮供应能力。对各处现土壤硝逡逑化作用强度（图４－１）的分析结果表明，小麦分蘖期不同施肥处理土壤的硝化作用强逡逑度表现为册＞训１０邋８？＾＞８＼１＞８［＞（：反。施肥显著提高了土壤硝化作用强度，以逡逑ＢＨ处现最高，为５４．８３％。不同处理间，ＢＨ和ＮＰＫ与ＢＬ和ＢＮ差异显著，ＢＨ和逡逑ＮＰＫ处理、ＢＭ和ＢＮ间差异不显著。尽管ＢＬ处理土壤硝化作用强度在所有施肥处逡逑理中最低
４．３．３．２氨氧化古菌群落特征分析逡逑１）邋ａｍｏＡ基因ＰＣＲ－ＤＧＧＥ图谱分析逡逑对不同施肥处现ＡＯＡ的ａｍｏＡ基因进行ＤＧＧＥ分析（图４－４），结果显示，不同逡逑处理间ＤＧＧＥ带谱比较相似，说明，供试土壤ＡＯＡ种群变化不大。｛Ｒ沼肥与ＮＰＫ逡逑ＢＬ逦ＢＭ逦ＢＨ逦ＢＮ邋ＮＰＫ邋ＣＫ逡逑sEｒ＿逡逑ｌｉ逦？．．邋．邋．逦Ｉ邋ｔ逦ｔ逦ｈ邋￣逦Ｈ逦——逦Ｂ１２逡逑Ｉ邋Ｉ邋＼、逦，逦——逦Ｂ｜１逡逑Ｉ逦ｉ－ｋ逦－逦－４Ｂ１４逦１１逦３ｉ￥逦ｉ邋ｉ逦漏逡逑ｆ逦ｈ逦ｆｆ逦１－逦ｉｆ逦＾逦ｌｉ逦ｌｉ逡逑图４－４不同施肥十壤氨氧化古菌ＤＧＧＥ指纹图谱逡逑Ｆｉｇ．４－４邋ＤＧＧＥ邋ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ邋ｏｆ邋ＡＯＡ邋ｉｎ邋ｓｏｉｌ邋ｂｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ逡逑处理间存在差异
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