有机-无机肥配施对番茄根际土壤硝化过程和番茄品质的影响机制

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番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)在中国蔬菜生产和加工中占重要地位,具有巨大的经济和营养价值。近几十年来,施用肥料已成为确保番茄高产的普遍手段。然而,长期单一和过量施用化肥可能损害土壤质量,例如土壤理化性质恶化、微生物结构失衡和土壤酶活性降低等,从而降低番茄产量和品质。因此,在我国“化肥零增长”和“肥药两减”的农业政策下,有机肥和无机肥的联合施用已成为缓解土壤质量退化的研究热点。本研究以番茄为研究对象,在等养分(氮、磷、钾)的原则下共设置5个处理:(1)不施肥(CK);(2)100%无机肥(NPK);(3)75%无机肥+25%有机肥(NPK+CM1);(4)50%无机肥+50%有机肥(NPK+CM2);(5)100%有机肥(CM)。研究不同有机-无机肥配施比例对番茄各生长时期土壤理化性质、氮形态、酶活性、土壤微生物量和活性及番茄产量和番茄品质的影响;运用高通量测序技术分析不同有机-无机肥配施比例处理下土壤细菌及氨氧化细菌群落结构的变化,以期为集约化现代农业生产模式下优化番茄种植施肥模式提供科学依据。本研究中得到的主要结论如下:(1)无机肥可为番茄从幼苗期到开花期提供了充足且易得的养分。相反,有机-无机肥处理能中和土壤p H值,维持较高的速效磷含量,并显著提高在初果期和盛果末期期间的土壤碳(有机碳和腐殖质)和氮(总氮、有机氮、碱解氮、铵态氮和硝态氮)含量,进而提升番茄产量和番茄品质。综合来说,最佳有机-无机肥配施处理为25%有机肥配施75%无机肥,显著提高番茄产量245%,并提高番茄维生素C、番茄红素、可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量和糖酸比。(2)有机-无机肥配施明显改善了番茄根际土壤微生物群落的结构和功能,增加了土壤有益细菌的相对丰度,如诺卡氏菌属(Nocardioides)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、大理石雕菌属(Marmoricola)、大豆根瘤菌属(Bradyrhizobium)、Paraburkholderia、Phycicoccus和Ferruginibacter等,对番茄产量产生了间接影响。其中,25%有机肥配施75%无机肥对番茄根际土壤有益细菌的促进效果最佳,同时获得最佳的番茄产量和品质。(3)有机-无机肥配施改变了土壤氨氧化细菌群落结构,增加了亚硝酸弧菌属(Nitrosovibrio)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)相对丰度,但减少了亚硝化螺菌属(Nitrosospira)的相对丰度。其中,25%有机肥配施75%无机肥的施肥方案有利于促进土壤的硝化过程,可获得较高的硝化速率和硝态氮含量,稳定铵态氮水平,减少番茄生产所需的无机肥用量。
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