设施蔬菜连作年限和施肥措施对土壤氮转化和作物养分吸收的影响

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近年来我国设施蔬菜种植迅速发展。然而,由于人们过度的追求作物产量和设施利用率的最大化,导致种植过程中普遍出现连作现象及化肥过量施用的现象,从而引起土壤酸化、盐渍化、微生物活性降低,严重制约了设施农业的可持续发展。研究表明,有机肥替代部分化肥是控制土壤健康恶化的有效措施,因此施用有机肥条件下设施蔬菜土壤养分变化和作物养分利用特征成为当前关注的焦点。氮素作为土壤养分库的重要构成元素,不仅影响土壤质量、作物生长状况等,同时也影响环境问题乃至全球变化。氮素在土壤中发生着复杂的转化,而氮素的转化速率则控制着各形态氮素在土壤中的含量变化。研究不同施肥措施下不同连作年限蔬菜土壤氮转化的过程,明确土壤氮转化不同过程的强度和影响因素,对制定合理的施肥方案、改善土壤健康、促进设施蔬菜种植的持续发展等具有重要的意义。鉴于此,本研究选择了施用有机肥连作2年、施用有机肥连作4年和施用化肥连作4年的设施番茄小区,对其土壤进行采样,测定了土壤酸碱度、电导率、养分状况及微生物学性质等指标,并通过15N稀释技术测定土壤氮素初级转化速率,以期了解设施蔬菜种植下土壤中的氮转化过程与这些指标的关系。研究结果表明:(1)连作年限的增加会降低土壤pH,增加电导率,土壤发生一定程度的酸化和盐渍化,而有机肥的施用能够减缓这一趋势。在均施用有机肥的情况下,随着连作年限的增加,土壤中的有机碳、全氮、可溶性有机碳、矿质氮(铵态氮与硝态氮之和)的含量均呈增加的趋势。(2)连作年限的增加和有机肥的施用均会促进土壤初级矿化速率和铵态氮的同化速率,自养硝化速率和异化还原速率均呈降低的趋势。而连作年限和施肥措施对异养硝化速率和硝态氮的微生物同化速率均没有影响。为了进一步了解设施蔬菜连作条件下不同施肥措施对土壤氮转化和作物养分吸收的影响,针对连续种植6年番茄的设施大棚,选择其中不施肥处理、施用化肥处理和施用有机肥处理,重点分析不同施肥措施对番茄不同生育期下土壤氮转化及番茄养分吸收的变化。研究结果如下:(1)无论是在番茄花期还是收获期,相较于未施肥处理,施用化肥和施用有机肥均会显著增加土壤全氮含量,且在番茄收获期时,有机肥对全氮含量的提高效果显著高于化肥。土壤中的矿质氮含量在番茄收获期不受施肥的影响,但在花期,相较于不施肥和施用有机肥处理,施用化肥会显著增加矿质氮含量。在番茄不同生长期,与不施肥处理相比,施用化肥均显著降低土壤微生物生物量碳氮含量(氯仿熏蒸提取法)、磷脂脂肪酸含量(PLFAs)、细菌及真菌的生物量,而施用有机肥则均表现出促进作用。(2)由于番茄在不同生长期对于养分的需求量不同,所以不同施肥处理对于番茄不同生长期土壤的氮转化速率的影响效果有所不同,在番茄花期,相较于不施肥处理,施肥普遍提高了土壤中的氮转化速率,且化肥的影响效果高于有机肥,而在番茄收获期,施肥则普遍降低了土壤中的氮转化速率,同样化肥的降低效果也比有机肥更为显著。(3)无论是在番茄的花期还是收获期,相较于不施肥处理,施用肥料会显著增加植株的地上部茎叶的全碳和全氮含量、地下部根系全氮含量、植株生物量、N素吸收量及N素利用效率,且有机肥的增加效果显著高于化肥。总之,本研究阐述了设施蔬菜种植下不同连作年限和施肥措施对土壤氮转化过程的影响机制,并探究了有机肥的施用是否有利于土壤中氮的周转,缓解土壤中的连作障碍,本研究对于设施蔬菜保持高生产率并持续发展具有重要意义。
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