连续施用炭基肥对硝化作用及氨氧化微生物的影响

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本文以沈阳农业大学炭基花生专用肥定位试验地2018年花生各生育期的土壤和植物为供试材料,采用了田间试验,室内培养试验,高通量测序等不同试验方法,通过设置空白处理(CK)、低量生物炭处理(C15)、高量生物炭处理(C50)、化肥处理(NPK)和炭基肥处理(BBF)探讨了生物炭或炭基花生专用肥(以下简称“炭基肥”)的连续施用对生育期土壤铵硝态氮变化趋势,土壤硝化势,硝化潜力,植物氮吸收量以及氨氧化细菌和氨氧化古菌的丰度、群落结构的影响。从而探索炭基肥对于土壤的改良、弱化土壤硝化作用、降低氮素的损失从而增实现花生高产提供理论依据。经过试验,本文得出如下结论:(1)在花生生育过程中,铵态氮的峰值出现在苗期,而硝态氮的峰值出现在开花下针期。不同施肥处理同一生育时期也表现出不同的铵硝态氮浓度,其中NPK处理的硝态氮浓度在花生生育的各个时期均明显高于其他处理,花针期表层土壤硝态氮浓度相比CK处理提高了2.3倍。炭基肥的施入能够增加土壤铵硝态氮含量,并能增加土壤铵态氮的积累,减缓土壤硝态氮深层次土壤淋移,同时降低土壤硝化势,减少土壤因硝化作用造成的大量铵态氮的积累与损失,从而降低土壤氮素损失。(2)连续施用生物炭及炭基肥能够明显增加土壤微生物量碳含量,对较深土层的微生物量氮含量也有提升效果。生物炭及炭基肥的施入能够提高土壤的微生物量碳氮比。土壤脲酶活性的大小与土壤微生物量碳氮比表现出明显相关性。(3)在本试验条件下,各处理氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)amo A基因拷贝数范围为1.28×106~6.16×106和2.73×104~1.39×105copies·g-1干土。AOA的amo A基因拷贝数相比AOB扩大了10-100倍。BBF处理的AOAamo A基因拷贝数为6.16×106,明显高于其他处理。连续施用生物炭及炭基肥均对氨氧化微生物的丰度产生显著影响。随着生物炭投入量的增加,AOA和AOB的amo A基因拷贝数显著增加,AOA/AOB比例显著增加。炭基肥显著提高了AOA amo A基因拷贝数,但对AOB基因丰度无明显影响,且能相对降低其基因拷贝数,从而抑制硝化作用。(4)在AOA和AOB的群落结构中,奇古菌门和泉古菌门是AOA群落的优势门类群,占AOAamo A基因总序列的53.21%,变形菌门是AOB群落的优势门类群,占AOBamo A基因总序列的78.08%。NPK处理能够显著提高土壤中Nitrosospira(AOB优势菌)的相对丰度,从而促进氨氧化进程。维恩分析结果显示,不同施肥处理对AOB群落操作分类单元OTU数量的影响强于AOA。氨氧化微生物的群落结构受土壤理化性质影响,铵态氮含量和脲酶活性对其影响显著。炭基肥的施入能够提高土壤中氨氧化微生物硝化过程中优势菌的相对丰度,但相对于施用化肥的NPK处理又表现出明显的差异,可以通过影响氨氧化微生物的调控进一步对硝化作用产生抑制效果。(5)施入生物炭及炭基肥均能显著提高花生根瘤的固氮量和花生氮素积累量。随着生物炭施入量的增加,氮素积累量逐渐提高。不同处理在干物质量积累方面表现为:BBF处理>C50处理>NPK处理>C15处理>CK处理。连续施用炭基肥能够增加花生各生育期干物质积累量,进而显著提高花生产量。
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