红壤性水稻土有机培肥效应及其微生物学机制

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江西红壤性水稻土有机质和养分含量低,生物肥力尤为低下,而有机物料还田是培肥土壤,提高地力的有效手段。本文以江西双季稻长期定位试验为基础,采用土壤理化分析、荧光微孔板酶检测和第三代高通量测序等技术,研究了不同有机培肥方式对作物产量、酶活性、微生物量及微生物群落结构的影响。试验设置6个处理,分别为:(1)不施肥;(2)单施化肥(每季施N 159kg/hm2、P2O5 75kg/hm2、K2O 142.5kg/hm2);(3)早稻施绿肥22500kg/hm2;(4)早稻二倍量施绿肥45000kg/hm2;(5)早稻施绿肥22500kg/hm2和晚稻施猪粪22500kg/hm2;(6)早稻施绿肥22500kg/hm2和晚稻秸秆还田4500kg/hm2。有机处理在施用上述有机物料的基础上,每季还补充一定量化肥(N 69kg/hm2、P2O5 30kg/hm2、K2O 67.5kg/hm2)。主要研究进展如下:(1)长期有机物料还田提高了水稻产量和土壤养分含量。早稻施绿肥晚稻施猪粪的产量最高,其次是早稻二倍量施绿肥,二者产量明显高于单施化肥,其他有机处理在养分投入量低于单施化肥的条件下,产量与单施化肥无显著差异;早稻施绿肥晚稻施猪粪有效提高了土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量,其他有机肥处理在养分投入量低于或等于单施化肥处理条件下,土壤养分水平不下降;作物产量与土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量呈显著正相关。(2)与单施化肥相比,长期有机物料还田提高了土壤微生物量及与土壤碳、氮、磷和硫循环相关的胞外酶活性,其中早稻施绿肥晚稻施猪粪效果最佳;微生物量碳氮和土壤酶活性与有机碳和全氮呈显著正相关,可作为微生物学指标表征土壤肥力的变化;相较于土壤pH,土壤有机碳含量在提高水稻产量,改善土壤微生物学特性上发挥了更为关键的作用。(3)与单施化肥相比,早稻施绿肥晚稻施猪粪提高了细菌群落的丰富度和多样性指数,并显著改变了土壤的细菌群落结构组成,其他有机处理的土壤微生物群落多样性和结构与单施化肥无显著差异;变形菌门、放线菌门、绿弯菌门和酸杆菌门是红壤性水稻土的优势菌群;土壤细菌群落结构与土壤理化性质密切相关,有机碳和有效磷是影响红壤性水稻土细菌群落结构的主要环境因子。(4)有机处理降低了土壤真菌群落的多样性和丰富度,尤其早稻施绿肥晚稻施猪粪的丰富度和多样性指数为各处理最低;与其他处理相比,早稻施绿肥晚稻施猪粪处理明显改变了土壤真菌群落结构组成;被孢霉属是参与土壤碳氮循环的关键物种,长期施用有机肥,尤其是早稻施绿肥晚稻施猪粪增加了土壤被孢霉属的相对丰度;土壤真菌群落结构与土壤理化性质密切相关,有效磷、全氮和有机碳是影响红壤性水稻土真菌群落结构的主要环境因子。综上所述:长期施用有机物料处理提高了水稻产量、养分含量、微生物量和各类酶活性。其中早稻施绿肥晚稻施猪粪在提高水稻产量、土壤微生物量和酶活性上效果最佳,并较其他有机处理显著改变了细菌和真菌的群落结构,增加了细菌群落的多样性指数,但降低了真菌群落的多样性指数。
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