不同施肥模式下洱海流域大蒜季农田土壤微生物群落分析

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有机肥替代化肥已被证明是提高土壤肥力和作物产量的有效途径。然而,适合洱海流域典型多作物轮作系统(水稻-蚕豆-水稻-大蒜)可持续生产的有机肥施肥方案信息仍有限。本研究旨在探讨该轮作系统中施肥量最高的大蒜季,不同施肥模式下土壤微生物多样性、群落组成、共现网络以及氮循环过程之间的差异,从微观角度确定适合大蒜可持续生产的施肥方案,为洱海流域农田肥料的科学管理提供理论支撑。水稻-蚕豆/大蒜轮作长期定位试验(2015-2021年)采用四种施肥模式,包括:CK,不施肥;CF,单施化肥;T40,40%无机氮肥用有机肥替代;T100,100%无机氮肥用有机肥代替。主要研究结果如下:(1)不同施肥模式对土壤理化性质和大蒜产量影响显著。与CK相比,CF处理的土壤p H值显著降低,施用有机肥(T40和T100)能够维持土壤p H值。与CF比,施用有机肥显著提高土壤中有机质的含量。与CF和T40相比,T100土壤全氮含量显著增加。T40处理大蒜产量显著高于其他三种模式,增产效果最佳。(2)与CK比,CF处理土壤细菌和真菌的多样性和丰富度下降,古菌的多样性显著增加,潜在致病菌丰度上升。与CF相比,施用有机肥显著降低了土壤真菌的多样性,提高了土壤细菌的多样性和丰富度,改变了土壤微生物的群落结构,增加了参与复杂有机质分解和土壤养分转化的特定菌群的丰度。CF和T100处理促进了产甲烷菌(Methanomicrobiales、Methanosarcinales和Methanocellales)的生长,这可能导致CH4排放量增加。潜在有益微生物(Pseudaleuria、Trichocladium和Lophotrichus)与大蒜产量呈正相关。同时,施用有机肥扩大了土壤细菌群落和古菌群落的共现网络,刺激了细菌间的竞争,相反,真菌群落的共现网络复杂性下降,这可能与腐生真菌丰度倍增有关,施用有机肥改变了土壤真菌群落的生态功能,扰乱了原有的真菌网络。(3)CF处理中参与土壤氮循环的丙酸杆菌目(Propionibacteriales)、微球菌目(Micrococcales)、棒状杆菌目(Corynebacteriales)明显富集,根瘤菌目(Rhizobiales)、伯克氏菌目(Burkholderiales)处于劣势。添加有机肥的处理(T40和T100)中土壤红杆菌目(Solirubrobacterales)丰度较低,但鞘氨醇单胞菌目(Sphingomonadales)显著富集。与CK相比,三种施肥方式均能显著增加土壤同化硝酸盐还原成铵过程功能基因丰度,CF显著增加了土壤硝化、反硝化过程功能基因,T40中硝化过程功能基因丰度显著上升,T100中固氮过程功能基因显著增加。与CF和T40相比,T100处理硝化过程功能基因显著下降。与CF比,T40和T100反硝化功能基因(nir K、nir S)丰度下降,推测NO和N2O排放量降低。
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