不同氮素形态对马铃薯生长及土壤微生态的影响

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我国是世界上第一大马铃薯生产国,种植面积及产量均位居世界首位,但我国马铃薯平均产量低于世界平均水平。在马铃薯生产中,施肥是实现高产的重要措施,其中氮肥是关键因子。为了明确不同氮素形态对马铃薯生长及土壤微生态的影响,本研究以马铃薯品种“兴佳”为试验材料,设置了三个氮素形态处理:CK(不施氮)、Nitrate(硝酸钾)、Ammonium(硫酸铵)、Amide(尿素),研究不同氮素形态对马铃薯植物学性状、产量和品质的影响,并利用16s测序分析技术,研究细菌群落结构对不同氮素形态的效应,对各项指标进行综合评价,为马铃薯精细施用氮肥提供数据支持。试验主要结果如下:1、不同氮素形态对马铃薯生长、产量及品质的影响与Ammonium和Amide处理相比,Nitrate处理更能促进地上部茎叶生长,其植株叶面积、干物质量最大;Nitrate处理块茎产量最高,为2647.92 kg/亩,显著高于其他处理,因此,认为马铃薯是喜硝作物。Nitrate处理块茎可溶性糖含量、维生素C含量和亚硝酸酸盐含量显著高于其他氮素处理。Ammonium处理块茎镉含量最高。2、不同氮素形态对马铃薯土壤理化性质及土壤酶活性的影响Nitrate处理土壤pH、速效钾含量、有机碳含量最高,显著高于其他处理。不同氮素形态对马铃薯根际土壤酶活性影响不一,Amide处理土壤脲酶活性最高,Nitrate处理土壤蔗糖酶活性最高,而不施氮CK处理土壤过氧化氢酶活性最高。由相关性分析可知,产量与土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶呈极显著正相关。3、不同氮素形态对马铃薯土壤细菌多样性及群落结构的影响对土壤细菌16s测序分析,研究结果表明:(1)Ammonium处理土壤细菌物种最为丰富,细菌物种多样性较其他施氮处理多。由主成份分析可知,马铃薯块茎膨大期和淀粉积累期,Amide与Ammonium处理土壤细菌群落结构比较相似;马铃薯成熟期,Amide与Nitrate处理土壤细菌群落结构比较相似。(2)在门水平上,不同氮素形态处理下马铃薯三个时期土壤优势门类丰度最高的前三个菌门均为Proteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria。综合三个时期,Ammonium处理土壤中寡营养型Acidobacteria菌门细菌较其他处理丰富,Nitrate处理土壤中富营养型Proteobacteria和Actinobacteria菌门细菌较其他处理丰富,说明Nitrate处理土壤中偏好营养物质丰富的菌门细菌较其他处理丰富,马铃薯土壤肥力较高。(3)在属水平上,利用单因素方差分析不同氮素处理下存在差异的属类中,综合土壤指示物种分析及LEf Se分析,筛选出各氮素处理土壤中起关键作用并可作为指示物种的菌属,Nitrate处理的土壤中有Sphingomonas、Pedobacter、Gemmatimonas和Massilia菌属;Ammonium处理土壤中有Geobacter、Anaeromyxobacter、Nitrospira、MND1菌属;Amide处理土壤中的Rhodoferax和Arenimonas菌属。(4)根据不同氮素形态下土壤中C、N有关的优势功能菌可知,Nitrate处理土壤中好氧菌种类较其他处理丰富,而且具有固氮作用的好氧菌Mesorhizobium相对丰度均较其他处理高,说明Nitrate处理土壤中有机物和无机物的代谢产能更活跃。Ammonium处理土壤中与亚硝酸盐氧化好氧菌Nitrospira,具有硝酸盐呼吸作用的Geobacter相对丰度较其他处理高。Amide处理土壤中具有硝酸盐呼吸作用Mizugakiibacter,具有硝酸盐还原作用的好氧菌Arenimonas相对丰度均高于其他处理,说明Ammonium和Amide处理下土壤中易积累亚硝酸盐,这不利于马铃薯的生长。(5)根据不同氮素形态下马铃薯根际土壤细菌群落与土壤理化性质的相关性,综合马铃薯三个时期,不同氮素形态下,OC、AN对细菌群落结构改变效应最显著的理化因子;土壤中Rhodanobacter是受土壤理化因子影响最大的菌属。
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