论文部分内容阅读
磷（P）是作物生长必需营养元素之一,土壤中磷有效性对作物生长有重要影响。过去很长一段时间,黑土区大量施用化学磷肥以提高土壤磷有效性,进而保障粮食稳产增产。长期过量施用化学磷肥导致黑土耕地大部分磷被土壤固定,磷素有效性显著降低。粪肥施用一方面可以直接提高土壤有效磷含量,另一方面可以改善土壤养分,提高土壤微生物活性,促进有机磷矿化分解。水稻是黑土区主要粮食作物之一,其种植过程中土壤干湿交替变化会显著影响土壤微生物群落与磷循环过程。因此,本文以黑土区水稻土为供试土壤,通过室内培养试验,探究淹水-落干过程中猪粪施用对黑土水稻土磷转化影响以及土壤微生物响应过程,以期为粪肥施用提高黑土稻田土壤磷有效性提供理论依据。主要研究结果如下:1、通过分析淹水-落干条件下猪粪施用对土壤磷素形态及有效性影响发现,相比不施肥处理（CK）,猪粪处理（PM）在淹水40天时土壤速效磷（Olsen-P）、总磷（TP）和PAC值分别显著（P＜0.05）增加276.0%、31.7%和180.6%,无机磷组分中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P分别显著（P＜0.05）增加307.1%、318.6%、143.9%和64.8%,中等稳态有机磷（Fulvic Acid-associated Organic P,FAPo）显著（P＜0.05）增加36.6%,土壤微生物量碳（MBC）增加12.3%,微生物量磷（MBP）显著（P＜0.05）增加37.2%。落干20天后,与CK相比,PM处理下土壤Olsen-P、TP和PAC值分别显著（P＜0.05）增加212.6%、23.1%和156.8%,Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P分别显著（P＜0.05）增加208.3%、195.8%、103.2%和35.8%,MBC增加12.3%,MBP显著（P＜0.05）增加37.3%。淹水和落干条件下猪粪施用均较CK提高MBC/MBN,降低了MBC/MBP和MBN/MBP;与淹水培养相比,落干后各处理TP、Olsen-P和PAC值均有所降低。淹水-落干变化显著影响了土壤有机磷组分,相比淹水培养,落干后各处理活性有机磷（Labile Organic P,LPo）、中等活性有机磷（Moderately Labile Organic P,MLPo）显著（P＜0.05）降低,FAPo显著（P＜0.05）增加,PM处理在落干后较CF处理降低了稳态有机磷（Humic Acid-associated Organic P,HAPo）含量。相关性分析和冗余分析（RDA）结果表明,在淹水培养时,p H、TC和MBP是影响土壤磷组分的主要因子,而落干后MBC和MBC/MBP是主要影响因子,其中MBC和MBC/MBP是影响土壤有机磷组分的主要因素。以上结果表明,猪粪施用在淹水和落干条件下均显著提高土壤磷库库容与磷有效性,且猪粪施用显著增加活性较高的无机磷组分含量,淹水-落干变化促进了LPo和MLPo向FAPo的转化,落干后猪粪施用活化了HAPo。2、进一步分析淹水-落干变化下猪粪施用对土壤微生物群落及水稻土有机磷组分影响。结果表明,与淹水培养相比,落干后土壤细菌群落丰度显著（P＜0.05）增加,且PM处理较CK增加更显著（P＜0.05）;各处理中氯弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）（相对丰度＞10%）均是优势菌门,其次是放线菌门（Actinobacteria）拟杆菌门（Bacteroidetes）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和浮霉菌门（Planctomycetes）（相对丰度＞1%）;与淹水培养相比,落干条件下显著（P＜0.05）增加各处理具有溶磷作用的放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）以及寡营养型微生物疣微菌门（Verrucomicrobia）相对丰度。进一步分析土壤酶活性变化发现,落干培养较淹水培养显著（P＜0.05）提高土壤β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性。土壤酶活性矢量分析表明,土壤微生物生长受到碳、氮限制,且碳限制随氮限制增加而加强,土壤含水量（WHC）是造成氮限制的主要原因。解磷细菌与有机磷组分相关性分析表明,细菌群落与水稻土有机磷组分呈显著相关关系,土壤细菌群落变化显著影响土壤有机磷组分,且微生物群落受土壤理化性质变化影响。进一步通过随机森林模型分析结果表明,p H、WHC和其它形态有机磷是影响土壤有机磷组分的主要因素。综上所述,淹水-落干过程中土壤理化性质变化加剧了微生物所受碳氮限制,促使微生物改变其结构和丰度并调节自身胞外酶分泌作出响应,在获取自身所需养分的同时影响了水稻土有机磷转化。淹水-落干过程中猪粪施用显著提高了黑土水稻土磷有效性和微生物群落丰度,因此,探究此过程中影响土壤磷转化的理化及生物因素对猪粪施用提高稻田土壤磷有效性具有重要意义。