【摘 要】
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施肥是农业提高作物产量的主要措施,目前关于长期施肥对土壤性质,尤其酶和微生物特征的影响还不是很清楚。本研究以中国科学院安塞水土保持试验站的坡地农田长期(1995-2019年)定位施肥试验为基础,研究长期氮磷施肥处理(CK、N1、N2、N1P、N2P,其中N1、N2施氮量分别为:55.2,110.4 kg·hm-2,P施磷量为90 kg·hm-2)对坡地农田土壤性质和土壤微生物特征的影响。取得主要结
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(41977076)和(42077456);
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施肥是农业提高作物产量的主要措施,目前关于长期施肥对土壤性质,尤其酶和微生物特征的影响还不是很清楚。本研究以中国科学院安塞水土保持试验站的坡地农田长期(1995-2019年)定位施肥试验为基础,研究长期氮磷施肥处理(CK、N1、N2、N1P、N2P,其中N1、N2施氮量分别为:55.2,110.4 kg·hm-2,P施磷量为90 kg·hm-2)对坡地农田土壤性质和土壤微生物特征的影响。取得主要结果如下:1.与对照相比,长期单施氮肥(N1和N2处理)土壤中碱解氮含量分别提高了24.81%和39.92%;长期氮磷肥配施(N1P和N2P处理)土壤有机碳、全磷、碱解氮和有效磷含量分别提高了7.82%~16.81%、52.63%~58.18%、21.59%~22.89%、450.5%~660.3%,土壤p H降低了0.04~0.08个单位。2.长期单施氮肥(N1和N2处理)使碱性磷酸酶(AP)活性提高了3.90%~4.44%;长期氮磷肥配施(N1P、N2P处理)使土壤β1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶与亮氨酸氨基肽酶酶活性(NAG+LAP)、葡萄糖苷酶活性(βG)分别提高了47.12%~59.94%、16.76%~71.01%;长期轮作种植和施肥对碳源酶、氮源酶、磷源酶活性均有显著提高作用,且在N1P处理土壤酶化学计量比最接近1:1:1稳态。3.与试验开始前的基础养分相比,经过24年长期施肥后,单施氮肥处理(N1、N2)使有机碳、全氮增幅分别为51.4%~77.3%、19.6%~30.3%,增速分别为.0.09~0.13 g/(kg·a)、0.02~0.04 g/(kg·a)。氮磷化肥配施处理(N1P、N2P)土壤有机质全氮增幅分别为38.5%~42.2%、18.9%~36.3%,增速分别为0.07~0.08 g/(kg·a)、0.02~0.03 g/(kg·a)。与对照相比,不同施肥谷子产量提高了6.65%~94.73%。4.不施肥条件下,微生物量磷(MBP)在谷子根际土壤中显著高于非根际土壤中,微生物量碳、氮(MBC、MBN)略低于非根际土壤中。不同施肥条件下,MBC、MBN、MBP在根际土中略高于非根际土。与单施氮肥相比,氮磷配施肥处理明显提高土壤细菌群落的α多样性,优势菌种数也大幅提高。对于根际土壤细菌而言,长期氮磷施肥会显著提高土壤酸杆菌(Acidbacteria)、放线菌(Actinobacteria)和绿弯菌(Chloroflex)的相对丰度,降低蓝细菌(Cyanobacteria)的丰度,但N2施肥处理刚好相反;氮磷配比施肥处理提高了土壤变形菌(Proteobacteria)丰度,单施氮肥处理与之相反。整体上,优势菌群在根际土壤中相对丰度均高于非根际土壤中,但在单施氮肥处理中土壤变形菌门的相对丰度明显降低。在所有处理中,绿弯菌(Chloroflex)都在根际土壤中高度富集。5.氮磷平衡施肥的显著提高根系碳、磷含量。施肥运输根生物量提高了106.67%~336.41%,吸收根的生物量降低了35.20%~60.20%。吸收根对养分变化敏感,且在氮磷肥配施处理尤为明显。施肥增加了吸收根致病菌的相对丰度,提高了运输根中抗病菌的相对丰度。吸收根中的Ascomycota、Glomeromycota门及Fusarium、Minimedusa属相对丰度显著高于运输根,Mortierellomycota、Basidiomycota门及Mortierella、Bipolaris、Cladosporium属相对丰度则显著低于运输根。6.长期施肥通过提高通过提高土壤全磷提高放线菌丰度;施肥通过土壤速效磷含量提高变形菌群落丰度,通过提高提高微生物量碳、硝态氮降低其丰度;施肥通过提高微生物量碳、硝态氮、土壤全磷降低蓝细菌丰度。施氮肥通过提高根系生物量改变运输根优势菌群结构变化。施肥提高了植物根系碳含量、土壤全磷、速效磷、土壤易溶解氮含量从而促进吸收根优势菌群结构变化。施肥增加了吸收根致病菌的相对丰度,提高了运输根中抗病菌的相对丰度。总之,长期施肥能够促进谷子植株生长,施用氮磷肥的效果优于氮肥,低氮配施磷肥(N 55.2 kg·hm-2+P 90 kg·hm-2)效果最佳。在低氮配施磷肥处理(N1P)土壤氮磷含量、土壤酶活性、土壤微生物量和产量较不施肥处理分别提高了21.59%~58.18%、59.94%~71.01%、32.46%~218.10%、227.62%。
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