土壤生態(tài)系統(tǒng)對典型有機肥的響應及機制研究.pdf

1、隨著大量化肥支持的農(nóng)田土壤出現(xiàn)的土壤退化、貧瘠化新動向，有機肥施用成為國內(nèi)外維持土壤健康和肥力水平的新寵，然而，人們把更多焦點放在有機肥的肥力效果上，而不同有機肥的施用可能對農(nóng)田土壤系統(tǒng)的碳庫、氮庫、微生物及溫室氣體排放等過程產(chǎn)生不同的影響，進而對土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康產(chǎn)生不同的影響，而對這些方面的關注還遠不夠系統(tǒng)。因此，本文以豬糞堆肥(PMC)、污泥堆肥(SMC)和餅肥(CM)為典型有機肥，以無機肥(IF)和不施肥對照(CK)為參照

2、，通過溫室大棚的盆栽試驗，考察了不同有機肥對植物生長和土壤pH值和電導率的影響動態(tài)、探討了土壤碳庫、氮庫對有機肥施用的響應情況、比較了有機肥對土壤微生物活性、功能多樣性以及土壤細菌群落結構多樣性的影響，并分析了土壤-植物系統(tǒng)CO2和CH4排放通量對有機肥的響應。獲得的主要研究結果包括:
　　 1、通過小青菜（BrassicaChinensis）和黑麥草（LoliumperenneL.）種子的發(fā)芽試驗和有機肥對植物生物量的影響研究

3、發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過堆制的豬糞堆肥和污泥堆肥對兩種供試植物無明顯的植物毒性，且能促進小青菜的生長，使生物量增加;而未經(jīng)腐熟的餅肥有機肥對小青菜和黑麥草都表現(xiàn)出明顯的毒性效應，其發(fā)芽指數(shù)(GI)和小青菜的生物量均顯著低于CK對照。
　　 2、施肥對土壤pH和EC值的影響研究結果表明，CM處理和無機肥IF處理都會導致土壤pH值在短期內(nèi)的明顯下降，25天后趨于穩(wěn)定，試驗結束時的第35天，兩種處理對應的pH值分別下降了1.18和1.42個單位;S

4、MC處理土壤的pH值基本在7.0左右穩(wěn)定波動，表明其對土壤pH值沒有影響;而PMC處理也會導致土壤pH值的短期下降，但在第25天后出現(xiàn)緩慢回升，到第35天時只比第1天時下降0.58個單位。表明CM和IF施用會導致土壤的酸化，而污泥堆肥不會，豬糞堆肥短期會使土壤酸化，但隨時間會部分恢復。各施肥處理均可明顯提高土壤電導率值，不同處理電導率平均值從大到小依次為IF＞PMC＞SMC＞CM。
　　 3、施肥對土壤碳庫的影響研究表明，各施肥

5、處理土壤中總碳(TC)和有機碳(SOC)含量均明顯高于CK對照，各處理的TC和SOC含量從高到低依次都是PMC≈SMC＞CM＞IF＞CK，它們隨時間變化都在相對穩(wěn)定的水平內(nèi)小幅波動。而各施肥處理土壤可溶性有機碳(DOC)含量在試驗初期呈快速上升趨勢，經(jīng)過大約14天的穩(wěn)定期后開始下降，在試驗結束的第35天時，CM、SMC和PMC處理分別是初始值的7.06倍、5.19和5.08倍，CM處理下降到第27天后進入下一個相對穩(wěn)定期。外源有機肥和無

6、機肥的施用都會增加土壤的碳庫水平，其原因，一方面肥料本身碳的輸入，另一方面肥料促進植物生長和根分泌物的增加以及土壤微生物生物量的增長等促使土壤有機碳含量增加。
　　 4、各施肥處理的土壤總氮(TN)和總可溶性氮（TDN）的平均水平從大到小依次都是CM＞IF＞PMC＞SMC＞CK，各處理TN隨時間也均呈波形變化趨勢。而各施肥處理TDN的變化趨勢不同，CK對照和SMC處理呈緩慢下降趨勢，PMC處理在前20天內(nèi)較穩(wěn)定，之后緩慢下降;C

7、M處理和IF處理則分別經(jīng)過13天和11天的穩(wěn)定期后迅速上升到一個較高水平，直到30天后才開始下降。各施肥處理土壤銨態(tài)氮(NH4+-N)隨時間變化都呈持續(xù)下降趨勢，并在30天左右時降到CK的水平;而各施肥處理土壤的硝態(tài)氮(NO3--N)含量呈波形變化，IF處理和CM處理在第25天出現(xiàn)增長并開始明顯高于PMC處理和SMC處理。各施肥處理土壤中可溶性有機氮(DON)與TDN含量變化趨勢相似?？梢姡瑹o機肥和餅肥可在較短的時間內(nèi)釋放可溶性氮，而兩

8、種堆肥的釋放速度相對較緩慢。
　　 5、各施肥處理土壤中微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)均高于CK對照，MBC先持續(xù)增長到第29天后逐漸趨于平穩(wěn);而MBN始終呈波形變化規(guī)律。在試驗后期，CM處理的MBC含量明顯高于PMC處理和SMC處理，而PMC和SMC之間無明顯差異;IF處理呈不規(guī)則起伏變化規(guī)律并無明顯增幅。各處理之間的土壤呼吸速率無明顯差異，總體都呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，從初始階段緩慢增加到第21天后急劇上升，27天

9、出現(xiàn)峰值后急劇下降，33天后趨于穩(wěn)定，但在培養(yǎng)結束時均仍高于初始值。各處理土壤的微生物代謝商(q(CO2))分別在第1天到第7天、第27天到第31天出現(xiàn)兩次階梯式下降規(guī)律，各處理之間沒有表現(xiàn)出明顯差異?？梢姡袡C肥處理不僅可促進土壤中微生物量的增長，而且可激勵微生物的活性。
　　 6、通過BIOLOGECO微平板分析了不同肥料對土壤微生物碳源利用功能的影響，研究表明，各有機肥處理都可以增強土壤微生物碳源利用功能，而無機肥則使土壤

10、微生物碳源利用功能明顯減弱，但各處理微生物碳源利用功能之間的差異隨時間變化逐漸縮小，有明顯的回歸趨勢。利用Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Simpson指數(shù)對土壤微生物群落碳源利用功能多樣性的研究表明，在試驗第35天時各處理土壤微生物群落的Shannon指數(shù)的大小排序為SMC＞PMC＞CM＞CK＞IF，而到第75天時變?yōu)镃M＞PMC＞SMC＞CK＞IF。從第35天到第75天，SMC處理的Simpson指數(shù)從顯著高于變?yōu)轱@著低于

11、PMC處理和CM處理。在第35天和第75天時，PMC和CM的McIntosh指數(shù)都顯著低于SMC。表明，不同有機肥施用對微生物群落優(yōu)勢度和均勻性的影響存在差異。IF處理不僅降低了微生物群落碳源利用功能，其功能多樣性也顯著降低。各施肥處理AWCD值的主成分分析表明，隨時間變化，土壤pH值都為酸性的PMC和CM處理的碳源利用功能多樣性表現(xiàn)出相似性;IF處理與有機肥處理之間差異逐漸明顯，而與CK對照之間的差異逐漸縮小。
　　 7、采用

12、末端限制性片段長度多態(tài)性(T-RFLP)分析技術對有機肥施用的土壤細菌群落結構多樣性進行了研究。結果表明，不同有機肥處理的土壤細菌群落結構多樣性均高于CK對照處理，在試驗初期，以CM處理的Shannon指數(shù)和種群豐富度最高，而兩種堆肥處理的種群豐富度隨時間而增大，到試驗結束時，SMC處理的多樣性指數(shù)最高。說明，有機肥有利于細菌群落多樣性增長。主成分分析表明，兩種堆肥處理土壤中細菌群落結構的相似性隨時間而降低，PMC與CM處理的相似性增加

13、，而IF和CK之間的差異逐漸縮小。土壤pH值可能是影響微生物群落結構變化的重要因素。
　　 8、采用靜態(tài)箱法考察了不同施肥處理對土壤-植物系統(tǒng)CO2和CH4排放通量的影響。結果發(fā)現(xiàn)，各施肥處理土壤-植物系統(tǒng)都表現(xiàn)為CO2的吸收匯，Pearson相關性分析表明，相比較于微生物量、無機態(tài)氮等影響因素，各施肥處理系統(tǒng)CO2凈通量的變化主要受控于溫度變化。各施肥處理系統(tǒng)CH4呈現(xiàn)源與匯的不規(guī)則波動，且主要表現(xiàn)為CH4吸收匯。有機肥對CH