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煤炭开采和土地整治过程中因土壤剧烈扰动和大型器械作业,导致新复垦土壤结构破坏、质量下降、养分贫瘠,尤其是土壤的有效磷含量极低。施用有机肥可以提高土壤磷素含量,然而不同有机肥对土壤有效磷及其在不同剖面的影响是否相同?在复垦过程中,石灰性土壤有效磷随复垦年限的响应关系如何;不同有机肥究竟在什么施磷水平下能取得作物的最大生产效率及有机肥对不同磷水平土壤磷吸附-解吸的微生物机制如何,这些问题均是尚不清楚的科学问题。为此,本文依托定位培肥试验基地(山西省孝义市偏城村采煤塌陷区),研究不同有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)在四个磷水平(0、25、50和100kg·hm-2)对复垦年限中土壤微生物功能多样性、细菌群落结构及碳磷循环相关酶活性的影响,以及不同有机肥对玉米供磷特性、土壤Olsen-P含量和土壤磷吸附解吸的差异,为合理培肥矿区复垦土壤和改善复垦土壤微生态环境提供科学理论依据。主要研究结果表明:(1)各施肥处理微生物多样性及碳磷循环相关酶活性均随复垦年限的增加呈增加趋势(土壤真菌数量、脱氢酶活性除外)。与不施肥处理(CK)相比,各施肥处理均显著提高了土壤微生物量碳(46.67%-131.57%)、微生物量磷(246.57%-502.28%)、脱氢酶活性(22.66%-257.51%)、植酸酶活性(36.61%-206.39%)、碱性磷酸酶活性(27.61%-105.21%)、转化酶活性(88.36%-130.27%)、微生物真菌数量(90.78%-233.76%)。复垦三年时土壤过氧化氢酶活性各施肥处理与CK处理差异均不显著,复垦四年时化肥处理对该酶仍无显著影响,而有机肥处理显著提高该酶活性。与化肥处理相比,复垦三年的有机肥处理显著提高了土壤细菌数量,而对微生物真菌和放线菌数量、过氧化氢酶活性、碱性磷酸酶活性、脱氢酶活性、植酸酶活性和转化酶活性均没有显著提高。复垦四年时,三种有机肥与化肥处理相比均显著提高了过氧化氢酶活性(55.88%-123.53%)、碱性磷酸酶活性(19.04%-60.80%)和植酸酶活性(35.82%-75.44%)。复垦四年时,与化肥处理相比,猪粪处理显著提高了土壤微生物量碳含量(64.07%),而牛粪处理则显著提高了微生物量磷和土壤真菌含量(73.78%和69.42%)。总之,三种有机肥猪粪对土壤微生物量碳、过氧化氢酶的提高幅度最大。而三种有机肥中鸡粪对土壤微生物细菌数量、微生物量磷、磷酸酶、脱氢酶和植酸酶的提高幅度最大。牛粪处理对真菌数量的提高幅度最大。(2)利用Biolog-ECO技术,分析施用不同有机肥(50kg·hm-2磷水平)对复垦三年和四年土壤微生物的碳源利用及微生物多样性指数的影响。结果表明各施肥处理土壤AWCD值随复垦年限的增加呈增加趋势。其中,复垦三年时,不同施肥处理对土壤AWCD值随着培养时间变化幅度大小顺序表现为鸡粪≥牛粪≥猪粪≥化肥。而复垦四年则表现为猪粪≥牛粪≥鸡粪≥化肥。复垦第三年时,鸡粪处理与CK处理相比显著提高了酯类、酸类碳源利用程度(766.67%和462.50%),而复垦四年显著提高糖类和醇类碳源利用能力(61.29%和170.69%)。猪粪处理与CK处理相比均显著提高了羧酸类碳源利用程度(复垦三年和四年分别提高了65.53%和78.95%),牛粪处理与CK处理相比显著提高了酯类碳源利用程度(复垦三年和四年分别提高了466.67%和84.75%)。通过主成分分析表明有机肥与化肥处理对土壤碳源利用能力差异显著,且不同施肥年份碳源利用能力也不同。(3)利用Illumina Mi Seq高通量测序技术分析有机肥处理(50kg·hm-2磷水平)对细菌群落结构(复垦三年)的影响结果表明不同处理Alpha多样性指数中chao1指数表现为猪粪≥鸡粪≥牛粪>化肥>CK,而香浓指数和辛普森指数则为:鸡粪≥化肥≥猪粪≥牛粪≥CK。对不同处理门水平群落结构进行分析表明,不同有机肥对土壤微生物群落结构的改变不同。与不施肥处理(CK)相比,施肥处理均显著提高了变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度。鸡粪和猪粪处理厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度与CK处理相比分别提高了114.73%和144.74%,牛粪处理芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)的相对丰度显著高于化肥、鸡粪和猪粪处理。通过主成分分析表明,施肥处理改变了细菌群落结构,施用有机肥与化肥对土壤细菌群落结构的影响不同。通过RDA分析表明土壤Olsen-P、植酸酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性对土壤细菌群落多样性的影响大。土壤Olsen-P含量与植酸酶、脱氢酶、磷酸酶和转化酶呈正相关,与过氧化氢酶呈负相关。(4)在矿区复垦年限中,施肥处理显著影响玉米籽粒产量、土壤Olsen-P含量及磷吸附解吸特性。随复垦年限的增加各施肥处理土壤Olsen-P含量和解吸率均呈增加趋势,而土壤吸磷量呈减少趋势。不同施肥处理对玉米籽粒产量、吸磷量、磷肥利用率、Olsen-P含量和解吸率大小顺序均表现为鸡粪≥猪粪≥化肥≥牛粪。玉米籽粒产量和吸磷量随施磷水平的增加呈先增后基本不变的趋势,磷肥当季回收率表现为随施磷水平的增加呈下降趋势;各施肥处理的土壤Olsen-P含量随施磷水平的增加呈增加趋势。通过构建4年磷肥效应方程发现,化肥、鸡粪、猪粪和牛粪处理的四年平均最佳施磷量分别为66.51、37.25、38.23和59.98kg·hm-2,玉米可获得理论最高产量,可见有机肥推荐施磷量小于化肥处理。