長期施肥中性紫色水稻土氮素礦化及氨氧化菌的分子生態(tài)學研究.pdf

1、土壤氮素是土壤肥力的重要組成部分和作物氮素營養(yǎng)的主要來源，多數(shù)的土壤氮素不能滿足作物生長的需求，要通過施肥來予以調(diào)節(jié)和補充。在農(nóng)田土壤中大量的有機氮通過礦化作用轉(zhuǎn)化為植物可直接利用的無機氮，其中主要是銨態(tài)氮，之后土壤有機氮礦化產(chǎn)生的或來自于肥料的銨態(tài)氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。因此，土壤氮素礦化的研究對從農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素平衡到全球變化和環(huán)境問題均有重要意義，且硝化作用作為全球氮素循環(huán)的核心環(huán)節(jié)，對農(nóng)業(yè)和環(huán)境也會產(chǎn)生很大的影響。本文利用重

2、慶市北碚區(qū)22年的中性紫色水稻土長期定位試驗，研究了不同施肥制度對紫色水稻土肥力、土壤氮素礦化特性、硝化作用特征及氨氧化微生物的影響，以期明確長期施肥對紫色土培肥和肥力演化的重要作用，為紫色土氮素養(yǎng)分資源的高效利用提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)在長期定位試驗中，從全量養(yǎng)分庫來看，長期無肥與單施有機肥顯著降低了土壤全氮含量，單施有機肥土壤碳/氮最高，單施氮肥和氮磷肥土壤全鉀出現(xiàn)虧缺。氮磷鉀配施有機肥當季水稻產(chǎn)量最高，長

3、期不均衡施肥水稻產(chǎn)量低于均衡施肥處理。從速效養(yǎng)分庫來看，氮磷鉀肥配施有機肥土壤速效磷、速效鉀含量相對較高，施氮能顯著提高土壤速效氮含量，所有施肥處理均顯著降低了土壤pH值，以含氯氮磷鉀肥配施有機肥處理最低為5.57，加劇了土壤酸化。
　　(2)通過淹水密閉培養(yǎng)—間歇淋洗法研究土壤氮素礦化過程。各施肥處理土壤開始礦化較快，后期趨于平穩(wěn)。高量氮磷鉀肥配施有機肥礦質(zhì)氮累積量最高，CK處理最小。單施氮肥土壤供氮強度較小且供氮快速，不均衡施

4、肥供氮強度相對較大且短暫，氮磷鉀肥配施有機肥土壤供氮強度最大且快速持久，而含氯化肥的施用在一定程度上抑制了土壤氮素礦化。單施氮、氮磷和氮鉀肥處理礦化勢/全氮顯著低于CK，加速了土壤有機氮的礦化和耗竭，氮磷鉀肥配施有機肥礦化勢/全氮最高，是保持提高土壤供氮潛力及改善有機氮品質(zhì)最有效的手段，其效果遠遠高于單施化肥、有機肥或含氯化肥與有機肥配施。故在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應重視有機無機配施，從而提高土壤供氮能力。
　　(3)應用Real-time

5、PCR的方法，對不同施肥處理下土壤氨氧化菌amoA基因拷貝數(shù)進行分析，氨氧化古菌amoA基因拷貝數(shù)要遠遠高于氨氧化細菌。高量氮磷鉀肥配施有機肥氨氧化細菌豐度最高。除氮肥顯著提高氨氧化細菌豐度外，在此基礎上配施磷肥氨氧化細菌豐度也相對較高，說明磷素也是影響氨氧化細菌的重要因素之一。含氯化肥的施用降低了氨氧化細菌豐度。相比對氨氧化細菌豐度的影響，長期施肥對氨氧化古菌豐度的影響較小，表明中性紫色土中氨氧化古菌可能只作為氨氧化過程中一種潛在種群

6、，存在于與氨氧化細菌不同的生境。
　　(4)應用T-RFLP對不同施肥處理的氨氧化菌amoA基因OTU統(tǒng)計結(jié)果分析，氮磷鉀肥配施有機肥處理氨氧化細菌群落多樣性最為豐度，含氯氮磷鉀肥配施有機肥氨氧化細菌群落多樣性低于不施肥處理。從氨氧化古菌多樣性來看，各處理間氨氧化古菌群落多樣性變化較小，含氯氮磷鉀肥配施有機肥氨氧化古菌群落多樣性相對較高，說明該處理低pH對氨氧化古菌多樣性影響較大，單施有機肥處理氨氧化古菌群落多樣性最低，且最優(yōu)勢菌

7、屬出現(xiàn)的比例高達82.81％。由此推測，供試土壤中氨氧化細菌群落多樣性受到了不同施肥影響較大，而對氨氧化古菌影響較小。
　　(5)通過室內(nèi)培養(yǎng)研究不同施肥硝化過程的變化，高量氮磷鉀肥配施有機肥土壤硝化細菌數(shù)量最高，而含氯氮磷鉀肥的施用顯著降低了硝化細菌數(shù)量，土壤全氮含量和有效磷含量與土壤硝化細菌數(shù)量相關系數(shù)分別為0.879**(P＜0.01)和0.656*(P＜0.05)。氮磷鉀肥配施有機肥土壤氨氧化潛勢最高，而含氯化肥顯著抑制了

8、氨氧化能力，可能是含氯化肥降低了土壤pH值，或是氯離子直接作用，土壤pH值和有效磷含量與土壤氨氧化潛勢相關系數(shù)分別為0.742*(P＜0.05)和0.698*(P＜0.05)。土壤硝化強度與氨氧化潛勢變化類似，進一步驗證了含氯化肥的施用抑制了土壤硝化作用。
　　(6)通過短期磷酸二氫鈉處理75天后，添加20 mg P2O5·kg-1土處理的硝化細菌數(shù)量最高，在此之后，隨著磷酸鹽濃度提高土壤硝化細菌數(shù)量呈下降趨勢。不同處理土壤氨氧化