长期施用生物炭和炭基肥对土壤有机碳及团聚体微生物特性的影响

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:syx
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本研究依托沈阳农业大学2011年建立的现代农业花生产业技术体系土壤肥料长期定位试验基地,试验设置5个处理:不施肥(CK),施用低量生物炭(C15;250 kg·hm-2),施用高量生物炭(C50;750 kg·hm-2),施用化肥(NPK;N:75.0 kg·hm-2,P2O5:97.5 kg·hm-2,K2O:97.5 kg·hm-2)和施用炭基肥(BBF;750 kg·hm-2)。采集2018年收获期土壤和植物样本对不同施肥条件下土壤基本理化性质,有机碳及其组分,团聚体结构及稳定性,土壤微生物特性,团聚体中细菌丰度及群落结构,作物养分积累和产量进行研究,有助于揭示土壤营养元素-土壤结构-土壤微生物之间的相互作用,是农田土壤固碳机制的深化研究方向,对制定合理的养分管理措施,实现花生连作地区增产增效有重要意义。试验结果表明:(1)长期施用生物炭和炭基肥缓解了土壤酸化,比CK处理分别提高了土壤氮、磷、钾养分含量69.5%91.0%,74.3%523.0%和24.3%60.5%,且施用炭基肥效果最好。(2)长期施用生物炭和炭基肥比CK处理显著提高了土壤总有机碳含量,增幅在5.8%10.2%,其中粗颗粒有机碳,自由态颗粒有机碳和物理保护微团聚体内部颗粒有机碳含量分别提升21.2%34.7%,50.0%123.3%和7.5%115.1%,矿物结合态有机碳含量降低3.3%19.5%。其中BBF处理对总有机碳,粗颗粒有机碳,自由态颗粒有机碳和物理保护微团聚体内部颗粒有机碳含量的提升最大,分别比NPK处理显著提高了6.2%,23.3%,131.0%和39.0%,BBF处理土壤矿物结合态有机碳含量最低,比NPK处理显著降低了13.4%。(3)长期施用生物炭和炭基肥显著提高了土壤>0.25mm大团聚体的比例和其中有机碳的含量,以及团聚体有机碳对总有机碳的贡献率,增强了团聚体的稳定性。BBF处理>1mm和10.25mm团聚体比例比NPK处理分别显著提高了18.5%和33.7%,>1mm有机碳含量比NPK处理显著提高23.8%,>1mm和10.25mm团聚体有机碳对总有机碳的贡献率比NPK处理显著提高了34.6%和23.6%,团聚体平均重量直径和几何平均直径比NPK处理显著增大23.3%和37.5%,分形维数比NPK处理显著减小4.0%。C50处理>1mm团聚体有机碳含量和它对总有机碳的贡献率比C15处理显著增大50.9%和31.0%。(4)长期施用生物炭和炭基肥比CK处理显著提高了土壤微生物碳的含量164.8%383.8%;土壤微生物群落多样性、优势物种多样性以及个体分布的均匀度指数比CK处理提高了12.1%,11.2%和10.1%。长期施用生物炭和炭基肥也显著提高了对不同种类碳源的利用能力。其中BBF处理各类对碳源的利用能力与NPK处理相比显著增强,尤其表现在羧酸类和胺类碳源的利用。(5)长期施用生物炭和炭基肥处理显著提高了大团聚体中细菌丰度,群落多样性和丰富度,且施用炭基肥效果最显著。各生物炭和炭基肥处理>1mm和10.25mm细菌16SrRNA基因拷贝数分别比CK处理提高了12.9%97.9%和29.2%80.2%;shannon指数比CK处理分别增大了8.4%11.7%和3.76.4%,simpson指数比CK处理分别减小了4.2%38.9%和10.5%16.7%;>1mm团聚体ace和chao指数分别比CK处理显著增大了25.2%40.4%和10.1%22.8%。变形菌门,放线菌门,酸杆菌门和绿弯菌门在不同处理各粒级团聚体中占比较大。施用生物炭和炭基肥提高了大团聚体中变形菌门和放线菌门的相对丰度,降低了酸杆菌门和绿弯菌门的相对丰度。变形菌门与团聚体中有机碳含量呈显著正相关(r=0.323)。酸杆菌门与团聚体有机碳含量呈现显著负相关(r=-0.275)。(6)施用生物炭和炭基肥比CK处理均显著提高了花生植株不同部位氮、磷、钾素的积累和荚果分配系数和花生产量。随着生物炭投入的增多,各养分积累量和氮、磷荚果分配系数增大。施用生物炭和炭基肥比CK处理显著提高花生产量30.7%38.2%,其中施用炭基肥花生产量最高,为4183.9 kg·hm-2。土壤有机碳、团聚体稳定性指标和土壤微生物多样性与花生产量显著相关。
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