长期施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物的影响

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含氯化肥主要是指含有氯离子的化学肥料,其中包含如氯化钾、氯化铵以及含有氯化钾、氯化铵的复混合肥等。部分研究认为,氯对硝化作用具有抑制作用。氨氧化过程是土壤硝化作用的限速步骤,该过程主要由氨氧化微生物所驱动,是影响土壤氮素循环的关键环节。因此本研究以沈阳农业大学棕壤含氯化肥长期定位试验为平台,采集2018年玉米主要生育时期和收获期土样,利用荧光定量PCR和高通量测序技术研究氨氧化细菌(AOB)、古菌(AOA)的丰度和群落结构对含氯化肥的响应,研究连续34年施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化细菌(AOB)、古菌(AOA)的影响,并结合土壤硝化潜势、脲酶活性和基本化学性质,分析长期施用含氯化肥对棕壤硝化作用及氨氧化微生物的影响。主要研究结果如下:(1)长期施用含氯化肥,改变了土壤的p H、氯离子及速效养分含量。在玉米苗期,氯离子含量在高氯处理土壤中最大为135.8mg/kg,但未超过作物耐氯临界值。经过34年的长期定位,各处理的土壤p H均低于定位前土壤p H,高氯处理的土壤p H降幅最大。施氯处理对土壤中速效磷钾的含量影响较小。(2)高氯处理抑制了土壤硝化作用,在玉米生育时期内高氯处理的土壤硝化潜势最低,除收获期外,各生育时期土壤中的NH4+-N含量均高于其他处理。低氯处理对硝化作用影响较小。除抽雄期外,不施氯处理NP处理硝化潜势均为最高且铵态氮含量较低,说明NP处理促进了土壤硝化作用。而低氯处理与不施氯处理相比对土壤硝化作用没有明显的差异。在玉米播前、苗期和收获期,高氯处理能够抑制土壤脲酶活性。(3)在棕壤上AOA丰度显著高于氨氧化细菌AOB丰度,AOA数量占优势,但AOA和AOB共同驱动硝化作用。高氯处理能够降低土壤AOA和AOB的丰度,长期施用含氯化肥对AOA丰度影响较大,其中AOA的主要影响因子有p H、氯离子含量和铵态氮含量。(4)低氯处理对氨氧化古菌群结构影响较小,高氯处理能够降低棕壤氨氧化古菌的丰富度和多样性。NK处理可以提高土壤中氨氧化细菌的丰富度,而其他施肥处理均会导致氨氧化细菌丰富度降低。施氯处理对土壤氨氧化细菌多样性影响较小。综上,在棕壤上长期使用含氯化肥,低氯处理对土壤AOA和AOB的影响较小。高氯处理均能减少氨氧化微生物丰度,降低了土壤AOA群落结构的丰富度和多样性,但对土壤AOB群落结构的影响较小。由此可知在棕壤上,高氯处理能够通过影响土壤氨氧化微生物的丰度和AOA的群落结构,抑制土壤硝化作用,提高土壤中铵态氮含量,且可以抑制土壤脲酶活性,保证氮肥的长效利用,为含氯化肥合理农业提供理论参考。
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