【摘 要】
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红壤区是我国粮食主产区之一,但因其固有的障碍因子,加之不合理的农艺措施,出现了耕层变浅、土壤紧实、肥力下降、微生物多样性衰减等复杂退化问题,导致质量变差和作物产量低而不稳,评价多种农艺措施下旱地红壤耕层质量对区域农艺措施选择具有实践意义。然而,因研究目的和对象不同,土壤质量评价尚无统一的标准和指标。随着土壤质量的内涵不断深化,基于现有理化因子指标评价旱地红壤质量并不能真实、客观反映旱地红壤质量现状
【基金项目】
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公益性行业（农业）科研专项:华中（江西）坡耕地合理耕层构建技术指标研究与示范（课题编号:201503119-05-01）； 江西省重点研发计划项目:旱地红壤肥厚耕层生物构建技术研究与示范（项目编号:20203BBFL63068）；
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红壤区是我国粮食主产区之一,但因其固有的障碍因子,加之不合理的农艺措施,出现了耕层变浅、土壤紧实、肥力下降、微生物多样性衰减等复杂退化问题,导致质量变差和作物产量低而不稳,评价多种农艺措施下旱地红壤耕层质量对区域农艺措施选择具有实践意义。然而,因研究目的和对象不同,土壤质量评价尚无统一的标准和指标。随着土壤质量的内涵不断深化,基于现有理化因子指标评价旱地红壤质量并不能真实、客观反映旱地红壤质量现状,引入微生物特性指标对丰富和发展土壤健康与耕地质量培育具有重要理论意义。本文基于江西进贤旱地红壤长期施肥定位试验（1986年开始）,综合种植制度转变（2006年开始）和短期大田试验（2015年开始）等多种农艺措施,采用高通量测序技术、典范对应分析、主成分分析等方法,以长期不同施肥、种植制度转变、秸秆还田方式等影响江西旱地红壤生产潜力的单项和优化组合农艺措施为切入点,探究不同农艺措施下红壤性质、细菌群落结构和多样性变化特征,解析细菌群落结构分异主控因素,多维度评价旱地红壤质量,建立旱地红壤质量评价最小数据集指标,界定最小数据集指标阈值范围,构建土壤质量与作物生产潜力关系,提出区域合理农艺措施,得到以下结果:（1）外源有机物投入显著提高了旱地红壤质量。长期有机无机肥配施（NPKM）、深翻与秸秆翻埋相结合（PSD）、一年生作物与冬季绿肥结合（LBD）等农艺措施降低土壤容重,增厚耕层,提高团聚体稳定性、土壤养分和生物肥力,提高了土壤综合肥力指数。13种农业措施中,有机无机肥配施（NPKM）处理物理、化学和综合肥力指数最高,分别为0.82、0.78、0.82,是旱地红壤耕层质量提升的最佳农业措施,LBD处理生物肥力指数最高（0.90）,而不施肥（CK）和旋耕单施化肥（RC）处理综合肥力指数分别为0.16、0.20,处于较低水平。旱地红壤秸秆翻埋提升耕层质量效果优于秸秆覆盖。转变种植柑橘后,人为扰动和有机肥投入少,容重增加,耕层变浅,土壤酶活性降低,生物肥力低下,导致其综合肥力指数仅为0.29,需要配套合理的耕作与施肥措施。值得注意的是,长期施用新鲜猪粪（OM）和与化肥配施（NPKM）后,磷素累积显著,有效磷分别提高了6.38和6.64倍,全磷分别提高了2.64倍和2.31倍,而全氮和全钾的提升幅度较小。（2）外源有机物投入提高了旱地红壤细菌多样性,改变群落结构和优势菌相对丰度。高通量测序结果表明,有机无机配施（NPKM）、施有机肥（OM）、冬季肥田萝卜（LBD）、翻耕与秸秆翻埋（PSD）显著提高旱地红壤细菌群落α多样性,并改变了β多样性,但OM和NPKM处理的细菌群落β多样性具有趋同现象。旱地红壤在门水平上检测到20个类别的细菌,其中Acidobacteria、Proteobacteria、Chloroflexis、Actinobacteria和Gemmatimonadetes为所有农艺措施的共同优势门（相对丰度＞5%）,在属水平上检测到21个类别,Nitrospira、MND1和Candidatus Solibacter为共同优势属。门和属水平优势菌相对丰度在不同农艺措施中有较大差异。（3）理化性质改善后驱动旱地红壤细菌群落结构分异。采用典范对应和逐步回归分析等方法,发现水稳团聚体组成是驱动细菌群落结构、多样性和优势菌分异最为重要的物理因子,其次为土壤容重,＞2mm水稳团聚体含量为促进作用,土壤容重则为抑制作用,耕层有效土壤重量对优势菌相对丰度有显著影响。有效磷是驱动旱地红壤细菌群落结构分异的关键化学因子,其次为土壤有机碳含量。土壤有机碳含量是驱动细菌群落多样性分异的关键化学因子,其次为土壤p H和全磷。优势菌分异的关键化学因子为土壤p H和碱解氮,其次为土壤有机碳含量。（4）明确了旱地红壤质量评价最小数据集指标和阈值范围,厘清了土壤质量指数与作物生产力的关系。采用3种评价方法对13种农艺措施耕层质量进行评价,发现长期有机无机肥配施（NPKM）土壤质量指数最高,长期不施肥（CK）和旋耕单施化肥（RC）等措施土壤质量指数处于较低水平。采用主成分分析法建立了旱地红壤耕层质量评价最小数据集指标为耕层厚度、团聚体平均重量直径、速效钾、有机碳、p H、土壤容重、过氧化氢酶活性。各指标取值范围为:耕层厚度≥20.58 cm,团聚体平均重量直径≥0.76 mm,速效钾AK≥142.39 mg/kg,有机碳≥12.04 g/kg,p H 4.91～5.78,土壤容重1.14～1.26 g/cm~3,过氧化氢酶活性≥5.41μmol p-NP/（g/h）。建立了土壤质量指数与作物产量的关系,明确了旱地红壤质量指数提高0.1个单位时,玉米产量可以提高1.11～1.36 t/hm~2,花生产量可以提高0.35～0.51 t/hm~2。上述结果表明,增施有机肥、翻耕与秸秆翻埋相结合、冬季种植绿肥等措施显著提升旱地红壤耕层质量和作物产能,并通过改善理化性质而提高细菌群落多样性,驱动细菌群落结构和优势菌分异,是旱地红壤质量和作物产量提升的有效农艺措施。
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