有機無機肥配施的協(xié)同效應及其提高氮肥利用率的機制研究.pdf

1、氮是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的養(yǎng)分限制因子。土壤氮損失嚴重、氮肥利用率低是制約我國發(fā)展高產(chǎn)、高效和優(yōu)質農(nóng)業(yè)的主要問題之一。研究表明，有機無機肥配施有利于改善土壤理化性狀、調節(jié)土壤供肥性能、促進作物對養(yǎng)分的吸收、提高作物產(chǎn)量和肥料利用率。然而，目前有關有機無機肥配施方面的研究主要集中在其生物效應及對土壤理化性質的影響等方面。關于有機無機肥配施的長期效應和短期效應的比較及其提高氮肥利用率機制方面的研究較少。系統(tǒng)地研究和比較有機無機肥配施的長期效應和短

2、期效應，進一步探討有機無機肥配施協(xié)同提高氮肥利用率的微生物作用機制，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中降低氮肥損失、減輕環(huán)境污染、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
　　 本文采用短期盆栽試驗與長期定位施肥試驗相結合的方法，研究了有機無機肥配施的土壤效應、植物效應與微生物效應，比較了長期定位與短期盆栽條件下有機無機肥配施效應的差異，并深入探討了有機無機肥配施協(xié)同提高作物氮肥利用率的微生物學機制。主要研究結果如下:
　　 1、有機無機肥配施顯

3、著提高作物產(chǎn)量、生物量、植株氮素累積量和氮肥利用率，與單施化肥和不施肥對照相比，田間長期有機無機肥配施的水稻籽粒產(chǎn)量分別提高4.72％-12.5％和44.3％-61.2％,水稻生物量分別提高4.21％-12.1％和45.2％-65.7％，氮素累積量分別提高5.39％-12.9％和73.2％-107％;有機無機肥配施處理的氮肥利用率比單施化肥提高11.6％-27.8％。盆栽試驗中以配施20％有機肥氮的處理作物產(chǎn)量和生物量最高，其次為配施3

4、0％有機肥氮的處理;與化肥、純有機肥和對照處理相比，配施20％有機肥氮的處理作物產(chǎn)量分別提高10.1％-12.8％、22.1％-33.5％、37.8％-62.9％，生物量分別提高8.56％-12.8％、20.0％-30.7％和38.6％-59.3％;配施20％有機肥氮處理的作物氮素累積量分別比化肥、純有機肥處理和對照增加11.6％-13.8％、26.7％-38.5％和52.0％-74.9％，氮肥利用率分別比化肥和純有機肥處理提高37.2

5、％-43.5％和160％-229％。
　　 2、有機無機肥配施具有一定的后效，其增產(chǎn)效應優(yōu)于單施化肥。各施肥處理的后效產(chǎn)量和生物量分別比對照增加11.7％-39.6％和9.62％-26.8％;與化肥處理相比，有機無機肥配施處理水稻產(chǎn)量和生物量的增加幅度分別為5.66％-13.9％和5.00％-9.84％，小麥產(chǎn)量和生物量的增加幅度為2.02％-8.31％和0.95％-6.27％;其中配施30％有機肥氮的處理水稻產(chǎn)量以及配施20％

6、和30％有機肥氮處理的水稻和小麥生物量顯著高于單施化肥處理。
　　 3、有機無機肥配施顯著提高土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)和微生物商(SMQ)，SMBC、SMBN和SMQ隨有機肥配施比例的提高而增加。25年長期定位施肥試驗結果表明，各施肥處理的SMBC、SMBN和SMQ均顯著高于不施肥對照，有機無機肥配施處理的SMBC、SMBN、SMQ顯著高于單施化肥處理;有機無機肥配施處理的SMBC、SMBN和S

7、MQ分別比對照提高194％-232％、216％-269％和86.8％-98.4％，比單施化肥處理提高42.0％-60.0％、40.1％-63.7％和16.8％-24.0％。盆栽試驗結果表明，經(jīng)過連續(xù)四茬施肥后，所有施氮肥處理的SMBC、SMBN和SMQ均顯著高于不施氮對照，增加幅度分別為25.5％-64.5％、21.6％-66.5％和19.4％-53.3％;配施有機肥處理的SMBC、SMBN和SMQ顯著高于化肥處理，增加幅度分別為15.

8、8％-31.1％、16.2％-36.9％和15.3％-28.5％。
　　 4、有機無機肥配施顯著提高土壤相關酶活性及酶活性綜合指數(shù)(GMea)。長期定位試驗結果表明，有機無機施肥處理的土壤酶活性和酶活性綜合指數(shù)均顯著高于單施化肥和對照;與單施化肥相比，長期有機無機肥配施處理土壤的蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶活性和GMea提高幅度分別為21.7％-36.7％、20.1％-31.1％、55.1％-67.4％、16.6

9、％-28.2％、23.3％-42.1％和27.1％-40.2％;配施70％有機肥處理的GMea顯著高于配施30％有機肥的處理。盆栽試驗連續(xù)種植四茬后，有機無機配施處理的土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、過氧化氫酶活性和GMea顯著高于單施化肥處理，提高幅度分別為17.1％-38.1％、20.0％-30.0％、18.4％-36.0％、12.2％-22.1％和16.5％-30.8％;配施20％和30％有機肥氮處理的GMea顯著高于配施10％有機肥氮

10、的處理。
　　 5、不同施肥方式改變了土壤微生物群落結構。PCR-DGGE分析結果表明，25年長期施肥降低了細菌的Shannon winnier指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)，提高了真菌的Shannon winnier指數(shù)和豐富度指數(shù)。長期單施化肥對微生物群落多樣性的影響大于有機無機肥配施處理，說明長期有機無機肥配施更有利于土壤微生物群落多樣性的穩(wěn)定。連續(xù)四茬盆栽試驗結果表明，單施化肥提高了土壤放線茵的數(shù)量，而對土壤細菌、真菌數(shù)量

11、的影響不明顯;有機無機肥配施處理土壤的真菌、細菌和放線菌的數(shù)量均顯著高于單施化肥處理及對照，且土壤微生物數(shù)量隨著有機肥配施比例的提高而增加。
　　 6、有機無機肥配施改善了土壤的團粒結構，增強了水穩(wěn)性團聚體的穩(wěn)定性，提高了團聚體中的養(yǎng)分含量和酶活性。25年長期有機無機肥配施增加了土壤中水穩(wěn)性大團聚體的含量而降低了水穩(wěn)性小團聚體的含量，提高了水穩(wěn)性團聚體的平均重量直徑，并且顯著提高了水穩(wěn)性團聚體中全碳、全氮含量。有機無機肥配施提高

12、了土壤不同粒級水穩(wěn)性團聚體中蔗糖酶、蛋白酶、脲酶、酸性磷酸酶、脫氫酶和過氧化氫酶活性，且水穩(wěn)性大團聚體中的酶活性顯著高于小團聚體的酶活性;土壤酶活性在各粒級水穩(wěn)性團聚體中的分布規(guī)律與碳氮的分布規(guī)律一致;配施有機肥處理土壤水穩(wěn)性團聚體的酶活性綜合指數(shù)顯著高于單施化肥處理和對照。
　　 7、相對于單施化肥處理，長期（定位實驗）和短期（盆栽試驗）有機無機肥配施均能顯著提高土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和土壤酶活性，改善土壤微生物群

13、落結構，即長期和短期有機無機肥配施對土壤微生物學特性的影響在統(tǒng)計學上具有相似性（與單施化肥處理均差異顯著）。對作物生長和養(yǎng)分吸收的影響結果表明，在短期內（盆栽試驗第一、二茬），有機無機肥配施處理的作物產(chǎn)量、生物量、氮素累積量和氮肥利用率與單施化肥相比差異不顯著，隨著種植茬數(shù)增多（盆栽試驗第三、四茬），處理間差異增大并逐漸達到顯著水平，而25年長期定位試驗的結果表明，有機無機肥配施處理的作物產(chǎn)量、生物量、氮素累積量和氮肥利用率顯著高于化肥

14、處理，即有機無機肥配施對于作物生長和養(yǎng)分吸收特性的影響具有一定的累積效應，即隨著時間延長，與化肥處理間差異增大。
　　 8、有機無機肥配施有利于促進土壤氮素供應與作物氮素需求的同步，減少氮素損失，提高氮肥利用率。水稻分蘗期作物生長速度和養(yǎng)分吸收速度較慢，有機無機肥配施處理的土壤微生物生物量碳、氮和礦質態(tài)氮含量顯著低于化肥處理，有利于減少因化肥氮快速礦化造成的氮素損失;水稻抽穗期至灌漿期和小麥拔節(jié)期至開花期作物生長速度和養(yǎng)分吸收速

15、度最快，有機無機肥配施處理的微生物生物量碳、氮和礦質態(tài)氮含量最高且顯著高于單施化肥處理，即土壤氮素養(yǎng)分的釋放速度較快，有利于滿足作物快速生長對養(yǎng)分的大量需求;水稻灌漿期以后和小麥開花期以后作物生長速度和養(yǎng)分吸收速度迅速降低直至最后趨于停止，有機無機肥配施處理的微生物生物量碳、氮和礦質態(tài)氮含量也迅速降低，到收獲期均低于純有機肥處理，即有機無機肥配施處理的土壤氮素釋放與作物的氮素吸收同步迅速降低。從作物全生育期綜合分析可知，相對于單施化肥及

16、純有機肥處理，有機無機肥配施處理的氮素養(yǎng)分釋放動態(tài)與作物氮素養(yǎng)分吸收動態(tài)的協(xié)調同步性更好，促進了作物對養(yǎng)分更大程度的吸收，提高了作物產(chǎn)量、生物量和氮素累積量，提高了氮肥利用率。
　　 綜上所述，有機無機肥配施促進了土壤微生物繁殖，顯著提高了土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物商、土壤酶活性及酶活綜合指數(shù)，改善了土壤物理結構和微生物群落結構，從而改善了土壤氮素供應特征，促使土壤氮素供應動態(tài)與作物氮素吸收規(guī)律在更大程度上協(xié)調同