有机肥和生物炭与化肥配施五年对旱地红壤团聚体中碳氮和氨氧化微生物分布的影响

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我国南方旱地红壤区自然条件优越,农业生产潜力大,但由于红壤地区高温多雨,土壤风化、淋溶作用强烈以及人为不合理的开发利用,旱地红壤养分贫瘠更加严重,严重制约了我国南方经济的发展,亟需建立瘠薄红壤地力快速提升的施肥措施。土壤有机碳、全氮和土壤团聚体均是土壤肥力和农业生产力的重要组成部分,因此提高红壤有机碳水平和改善红壤团聚体组成可以显著提高红壤的生产力和质量,对农业生产有直接影响。  秸秆、猪粪和生物炭还田均对土壤有机碳水平和团聚体组成有重要影响,但秸秆、猪粪和生物炭的组成成分、碳源结构不同,而且秸秆、猪粪和生物炭矿化分解的过程复杂,制约了对土壤中有机碳和团聚体形成与转化的机理研究。本研究选择第四纪红粘土发育的红壤,设置了等碳投入量的三种秸秆还田方式(秸秆还田、秸秆猪粪配施还田和秸秆生物炭还田),综合研究土壤有机碳、全氮含量,以及在团聚体中的分布,揭示不同外源碳投入对红壤有机碳转化过程和团聚体形成的影响,并研究了不同团聚体中微生物总量以及氨氧化微生物量的分布,从机理上研究碳氮分布的差异,以期为红壤区合理利用秸秆资源和提高红壤地力提供科学依据。  本研究针对中亚热带典型的旱地红壤,基于等碳量(1000kg C/hm2)不同碳源投入的5年野外定位试验,种植玉米和花生两个系统,除公用空白处理(Ref)外,分别各设置对照(CK)、单施化肥(N)、秸秆还田(NS)、秸秆猪粪配施(NSM)和生物炭还田(NB)等5个处理,结果表明:  秸秆还田、秸秆猪粪配施和生物炭还田显著增加玉米系统和花生系统机械稳定性大团聚体和水稳性大团聚体的含量和稳定性,其中秸秆猪粪配施和秸秆还田对增加玉米系统大团聚体含量和稳定性的效果最好,玉米系统大团聚体含量和稳定性的增加主要与0.25~2mm团聚体含量相关性最大,而秸秆猪粪配施和生物炭对增加花生系统大团聚体含量和稳定性的效果最好,主要与>2mm团聚体含量的相关性最好。  秸秆猪粪配施和生物炭还田显著增加了玉米系统各粒级团聚体中有机碳和全氮的含量,其中<0.25mm团聚体有机碳、全氮含量最大,但仅显著增加花生系统各粒级团聚体有机碳含量,对全氮含量增加差异不显著,<0.25mm团聚体有机碳、全氮含量最大,玉米系统<0.25mm团聚体富集SOC、TN能力强于花生系统。  秸秆猪粪配施显著增加了玉米系统和花生系统各粒级团聚体氨氧化细菌和氨氧化古菌数量,且氨氧化古菌与氨氧化细菌主要分布在<0.25mm团聚体,同粒级有机碳、全氮含量,细菌总量,作物地上部生物量是影响氨氧化古菌与氨氧化细菌数量的主要因素。在玉米系统中,作物地上部生物量对>2mm团聚体AOA数量影响大于AOB,在<0.25mm团聚体AOB数量影响小于AOB,在花生系统中,地上部生物量仅影响0.25~2mm、<0.25mm团聚体AOA和AOB数量,其中对AOB的影响大于对AOA的影响。玉米系统中,同粒级全氮含量和细菌总量对AOB、AOA数量的影响和地上部生物量相反,对>2mm团聚体AOA数量影响小于AOB,对<0.25mm团聚体AOB数量影响大于AOB;花生系统中,细菌总量、对应团聚体TN含量与AOA的相关系数均小于AOB的相关系数。玉米系统各粒级团聚体AOA、AOB数量与硝化潜势显著相关,>2mm团聚体中,AOA与硝化潜势的相关性大于AOB的相关性,而<2mm团聚体中,AOA与硝化潜势的相关性小于AOB的相关性。花生系统硝化潜势仅与0.25-2mm、<0.25mm团聚体AOB、AOA基因拷贝数呈正相关,且与AOA的相关性大于AOB的相关性。
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