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油菜是我国主要的油料作物之一。甘蓝型油菜(Brassica napus L.)需硼量高,对缺硼敏感,受土壤硼营养丰缺的影响较大。同时,油菜是喜磷作物。我国油菜主产区多数土壤既缺硼又缺磷,油菜施用硼肥和磷肥作用及其营养效应都有大量的文献报道,但硼磷互作的鲜有研究。因此,本研究以油菜为主要研究对象,通过田间小区试验,设置不同的硼、磷肥施用量,探究硼和磷互作条件下土壤微生物群落结构和功能多样性、土壤有效养分含量的变化及其对油菜生长和产量的影响,以了解硼磷互作对土壤培肥和油菜生长的效应,为油菜合理施用硼磷肥提出建议和理论支撑。主要研究结果如下:
(1)硼磷互作显著影响油菜根区土壤和有效养分的含量。研究结果表明,在相同磷肥用量下,土壤有效磷含量随着硼肥施用量的增加呈现先增加后下降的趋势,在P6B0.6处理时土壤中有效磷含量达到最大值,说明施入适量的硼肥能够促进土壤中有效磷含量的增多。在相同的硼水平下,随着施磷量的增多,土壤有效硼含量呈现先下降后上升的趋势,在P6B0.6处理下达到最小值,其原因可能是施入适量的磷肥促进了植物对土壤硼的吸收利用。对于土壤中有机质含量而言,在相同的磷肥施用量下,随着硼肥施用量的增加而呈现先上升后下降的趋势,在P6B0.6处理时达到最大值。另外,对于土壤中碱解氮含量而言,在相同的磷肥施用量下,随着硼肥施用量的增加而增加,在相同的硼肥施用量下呈现相同规律。对于土壤中速效钾含量而言,与土壤中碱解氮含量的变化规律相似。说明硼磷互作影响了土壤中养分的有效性,并由此影响油菜的生长。
(2)硼磷互作显著影响油菜根区土壤酶的活性。在相同的施硼水平下,随着磷肥施用量的增加,土壤中酸性磷酸酶和蔗糖酶活性呈现先增强后减弱的趋势,在P6B0.6处理时达到最大值。在相同的施磷水平下,土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性呈现相同规律,说明适量的硼磷施用量提高了土壤中酸性磷酸酶和蔗糖酶的活性。对于土壤脲酶而言,在相同的施硼水平下,随着磷肥施用量的增加,土壤中脲酶活性呈现先减弱后增强的趋势。在相同的施磷水平下,土壤中脲酶活性变化规律类似。
(3)硼磷互作显著影响油菜根区土壤细菌种群丰度和多样性。基于高通量测序技术测定油菜根区土壤微生物序列,分析发现硼磷互作影响了油菜成熟期根区土壤中土壤细菌的多样性和种群相对丰度。对于物种多样性而言,在不同施硼处理的土壤中,随着硼水平的增加呈现先升高后降低的趋势,P6B0.6处理的物种多样性最大。不同施磷处理的土壤当中,呈现类似的趋势。对于物种丰富度而言,在不同施硼处理的土壤当中,随着硼水平的增加呈现升高的趋势,P6B1.2处理的物种丰富度最高。不同施磷处理的土壤当中,随着硼水平的增加,物种的丰富度呈现先升高后下降的趋势,P6B0.6处理的物种丰富度最高。另外适量的硼磷肥的施入增加了优势菌门中Proteobacteria、Choroflexi、Kineosporiales等菌门的丰度,降低了Actinobacteria、Acidobacteria等菌门的丰度。而这些细菌部分种群参与了土壤中解磷、硝化、固氮等过程。推测硼磷肥的施用通过改变土壤中一些参与碳氮磷循环的细菌的丰度,从而影响土壤中碳氮磷循环过程。
(4)硼磷互作对油菜的籽粒产量存在显著(P<0.05)的交互效应。配施适量的硼肥时,磷肥表现出良好的增产效应,显著提高籽粒的产量。说明硼肥的施用有助于充分的发挥磷肥的肥效。适量硼磷肥的施用均能增加油菜的株高、分枝数、有效角果数、单株产量,而且硼肥和磷肥之间表现出显著的协同效应,最大值均出现在硼磷配合施用的P6B0.6处理中。
综上所述,本研究利用油菜田间小区试验,研究分析了硼磷互作对油菜根区土壤细菌种群结构、土壤有效养分、土壤酶活性、油菜籽粒产量及产量相关指标的影响及其相互关系,确定硼磷互作协同增效的适宜处理为P6B0.6,即适宜的磷肥施用量为6kgP2O5/亩,适宜的硼肥施用量为0.6kgborax/亩。
(1)硼磷互作显著影响油菜根区土壤和有效养分的含量。研究结果表明,在相同磷肥用量下,土壤有效磷含量随着硼肥施用量的增加呈现先增加后下降的趋势,在P6B0.6处理时土壤中有效磷含量达到最大值,说明施入适量的硼肥能够促进土壤中有效磷含量的增多。在相同的硼水平下,随着施磷量的增多,土壤有效硼含量呈现先下降后上升的趋势,在P6B0.6处理下达到最小值,其原因可能是施入适量的磷肥促进了植物对土壤硼的吸收利用。对于土壤中有机质含量而言,在相同的磷肥施用量下,随着硼肥施用量的增加而呈现先上升后下降的趋势,在P6B0.6处理时达到最大值。另外,对于土壤中碱解氮含量而言,在相同的磷肥施用量下,随着硼肥施用量的增加而增加,在相同的硼肥施用量下呈现相同规律。对于土壤中速效钾含量而言,与土壤中碱解氮含量的变化规律相似。说明硼磷互作影响了土壤中养分的有效性,并由此影响油菜的生长。
(2)硼磷互作显著影响油菜根区土壤酶的活性。在相同的施硼水平下,随着磷肥施用量的增加,土壤中酸性磷酸酶和蔗糖酶活性呈现先增强后减弱的趋势,在P6B0.6处理时达到最大值。在相同的施磷水平下,土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性呈现相同规律,说明适量的硼磷施用量提高了土壤中酸性磷酸酶和蔗糖酶的活性。对于土壤脲酶而言,在相同的施硼水平下,随着磷肥施用量的增加,土壤中脲酶活性呈现先减弱后增强的趋势。在相同的施磷水平下,土壤中脲酶活性变化规律类似。
(3)硼磷互作显著影响油菜根区土壤细菌种群丰度和多样性。基于高通量测序技术测定油菜根区土壤微生物序列,分析发现硼磷互作影响了油菜成熟期根区土壤中土壤细菌的多样性和种群相对丰度。对于物种多样性而言,在不同施硼处理的土壤中,随着硼水平的增加呈现先升高后降低的趋势,P6B0.6处理的物种多样性最大。不同施磷处理的土壤当中,呈现类似的趋势。对于物种丰富度而言,在不同施硼处理的土壤当中,随着硼水平的增加呈现升高的趋势,P6B1.2处理的物种丰富度最高。不同施磷处理的土壤当中,随着硼水平的增加,物种的丰富度呈现先升高后下降的趋势,P6B0.6处理的物种丰富度最高。另外适量的硼磷肥的施入增加了优势菌门中Proteobacteria、Choroflexi、Kineosporiales等菌门的丰度,降低了Actinobacteria、Acidobacteria等菌门的丰度。而这些细菌部分种群参与了土壤中解磷、硝化、固氮等过程。推测硼磷肥的施用通过改变土壤中一些参与碳氮磷循环的细菌的丰度,从而影响土壤中碳氮磷循环过程。
(4)硼磷互作对油菜的籽粒产量存在显著(P<0.05)的交互效应。配施适量的硼肥时,磷肥表现出良好的增产效应,显著提高籽粒的产量。说明硼肥的施用有助于充分的发挥磷肥的肥效。适量硼磷肥的施用均能增加油菜的株高、分枝数、有效角果数、单株产量,而且硼肥和磷肥之间表现出显著的协同效应,最大值均出现在硼磷配合施用的P6B0.6处理中。
综上所述,本研究利用油菜田间小区试验,研究分析了硼磷互作对油菜根区土壤细菌种群结构、土壤有效养分、土壤酶活性、油菜籽粒产量及产量相关指标的影响及其相互关系,确定硼磷互作协同增效的适宜处理为P6B0.6,即适宜的磷肥施用量为6kgP2O5/亩,适宜的硼肥施用量为0.6kgborax/亩。