長期施肥對亞熱帶稻田土壤有機碳氮及微生物學(xué)特性的影響.pdf

1、選取分布在湖南省不同縣市的8個稻田長期定位施肥試驗點，以不同施肥小區(qū)(無肥、化肥、有機肥、秸稈還田)的耕層土壤作為研究對象，通過室內(nèi)分析和培養(yǎng)實驗，對土壤有機碳、活性有機碳、有機氮組分、微生物生物量、微生物多樣性、土壤酶活、有機碳氮的礦化作用等進行測定分析，揭示涉及土壤有機質(zhì)積累轉(zhuǎn)化過程中的土壤微生物學(xué)特性及土壤有機質(zhì)組分的特征。主要結(jié)果如下： 一、稻田土壤碳氮積累特征 1、各試驗點耕層土壤有機碳(TOC)含量范圍為16

2、.18～38.65g/kg，長期不施肥處理(CK)土壤TOC的含量保持在一個較為穩(wěn)定的水平上，在17年的試驗過程中，土壤TOC有上升趨勢。單施化肥(NPK)對土壤TOC含量的影響不顯著(僅在桃江和臨澧試驗點顯著提高)；化肥配施有機肥處理(MOM、HOM)均顯著提高了土壤TOC的含量，秸稈還田處理(STR)也對土壤TOC含量的提高作用明顯。 2、各試驗點耕層土壤全氮(TN)含量范圍為1.07～3.93g/kg，CK處理土壤TN的含

3、量與試驗初始時相比基本持平。各施肥處理對土壤TN的影響與TOC相似，NPK處理對土壤TN含量的提高有一定的效果，且在3個試驗點上影響顯著；MOM、HOM和STR處理均顯著提高了土壤TN的含量。 3、稻田土壤碳氮比(C/N)在9:1～17:1之間，各施肥處理對其影響不顯著，只在半數(shù)試驗點上的MOM、HOM處理對其提高顯著。 4、各試驗點土壤pH值變化在5.07～8.00之間，除南縣和武岡試驗點的土壤是偏堿性外，其余試驗點土

4、壤pH值均呈酸性。與稻田土壤初始值相比，長期種植水稻后土壤的pH值均表現(xiàn)出下降的趨勢；與CK處理相比，長期施肥后稻田土壤pH值有明顯的下降。 二、稻田土壤活性有機碳特征 1、各試驗點耕層土壤可溶性有機碳(SOC)含量范圍為23.73～122.77mg/kg。NPK處理對SOC含量的影響不顯著；MOM、HOM、STR處理均顯著提高SOC的含量，且影響效果是HOM>MOM>STR。土壤SOC占TOC含量的0.13％～0.32

5、％，新化和南縣點土壤SOC所占的比例較高，MOM、HOM和STR處理除個別試驗點外均顯著提高其比例。 2、各試驗點耕層土壤輕組有機碳(LFOC)含量范圍為0.62～6.08g/kg。NPK處理可以提高LFOC的含量：MOM、HOM、STR處理均顯著提高了LFOC的含量。土壤LFOC占TOC含量的3.80％～17.40％，MOM、HOM和STR處理均顯著提高了土壤LFOC占土壤TOC的比例。 3、土壤易氧化有機碳(ROOC

6、)含量范圍為5.87～18.60g/kg。土壤ROOC占TOC的比例變化范圍在49.02％～58.31％之間，與CK處理相比，不同施肥處理之間的比例差異均不顯著。 4、土壤活性有機碳各組分均與土壤TOC有顯著的正相關(guān)性，可以作為表征稻田土壤有機碳的指標(biāo)。 三、稻田土壤有機氮組分特征 1、各試驗點耕層土壤酸解總氮(TAHN)的含量范圍為822～3102mg/kg，占土壤TN的64％～92％，是土壤氮的主體。長期不同

7、施肥處理對TAHN含量及其組分有顯著的影響。與CK處理相比，各施肥處理可以提高土壤TAHN及其組分中的氨基酸氮(AAN)、氨基糖氮(ASN)和酸解氨態(tài)氮(AN)的含量，但在個別試驗點上影響未達顯著水平。不同施肥處理使土壤酸解未知氮(HUN)和非酸解性氮(NHN)的含量有不同的變化規(guī)律，總體上施肥后HUN的含量有所降低，而使NUN有所增加。 2、不同施肥處理土壤TAHN各組分所占TN比例的變化規(guī)律不盡相同，各處理間差異不太顯著，大

8、致上講ASN和AAN的比例有所增加，AN和HUN的比例有下降趨勢。AAN所占份額較大，對施肥處理的響應(yīng)最為顯著，ASN所占份額最小，且所占份額對不同施肥措施不敏感。 3、土壤可溶性有機氮(SON)含量的變化范圍為6.19～30.86mg/kg，占土壤TN的0.32％～0.96％。NPK處理對土壤SON的影響不顯著，化肥配施有機肥顯著提高SON含量及其所占TN的比例。土壤SON與酸解有機氮各組分均存在顯著的正相關(guān)性。 四、

9、稻田土壤微生物量、群落功能多樣性及酶活性特征 1、各試驗點稻田土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)含量的范圍分別為261～968mg/kg和25～109mg/kg。NPK處理對半數(shù)試驗點的土壤MBC、MBN含量影響不顯著，MOM、HOM、STR處理則均有顯著提高。土壤MBC占TOt的1.3％～4.5％，平均為2.1％；MBN占TN的1.3％～3.7％，平均為2.5％。施肥對微生物量占土壤TOC和TN的比例影響不太顯著。

10、土壤MBC與TOC、MBN與TN之間的關(guān)系呈顯著正相關(guān)。各試驗點稻田土壤微生物量碳氮比變化范圍在6.5～13.5之間，除株洲和武岡試驗點值較大外，其余都在7～9左右。與CK處理相比，各施肥處理降低了微生物碳氮比，但差異不顯著。 2、各試驗點不同施肥措施在Biolog測定的細菌單一碳源利用模式上區(qū)分明顯：Biolog盤中每孔的平均吸光值A(chǔ)WCD隨培養(yǎng)時間的延長而增加，即土壤微生物碳源利用率在提高；不同施肥處理土壤微生物在碳源的利用

11、能力上存在顯著差異；土壤微生物群落利用的碳源主要為氨基酸類和糖類，但不同施肥處理碳源利用類型有差異。Shannon和Simpson指數(shù)的結(jié)果顯示所有施肥處理均有利于維持微生物群落多樣性，但秸稈還田使土壤微生物群落均勻度(McIntosh指數(shù))降低。 3、不同施肥處理下稻田土壤與碳循環(huán)有關(guān)的酶活(蔗糖轉(zhuǎn)化酶、淀粉酶、纖維素酶、)，與氮循環(huán)有關(guān)的酶活性(蛋白酶、脲酶)以及參與磷循環(huán)的酶活性(酸性磷酸酶)，與CK處理相比，活性均有顯著

12、的提高，其中HOM處理的促進作用最大，STR的影響在新化試驗點上最為明顯。 五、稻田土壤有機碳氮礦化作用特征 1、在淹水條件下，不同施肥處理土壤有機碳礦化速率總趨勢基本相似，CO2的產(chǎn)生速率在前期保持較高水平，之后迅速下降直至穩(wěn)定水平；CH4的產(chǎn)生速率呈現(xiàn)為先緩慢升高后迅速降低的動態(tài)變化；土壤CO2累積排放量范圍為448.64～1516.77μg/g，CH4累積排放量在范圍15.60～33.34μg/g，化肥配施有機肥處

13、理顯著增加CO2和CH4的累積排放量；在培養(yǎng)期內(nèi)土壤有機碳累積排放總量占TOC的3.6％～5.6％；土壤不同碳形態(tài)的含量與累積排放總量之間極顯著正相關(guān)性，而僅ROOC、HC和FC的比例與累積排放總量呈顯著正相關(guān)性；土壤有機碳累積排放總量所占TOC的比例與各碳形態(tài)相關(guān)性不顯著。 2、在不同溫度條件下，土壤有機碳礦化在培養(yǎng)前期土壤CO2產(chǎn)生速率較快，后期逐漸趨于平緩，其速率變化符合對數(shù)函數(shù)。升溫促進了稻田土壤有機碳的礦化，以MOM、

14、HOM和STR處理土壤有機碳礦化總量較高。土壤礦化總量與不同形態(tài)碳含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤的()10值變化在1.01～1.53之間，與土壤微生物代謝商和酶活顯著正相關(guān)性，與土壤C/N比和Kos呈負(fù)相關(guān)。 3、土壤有機氮礦化實驗中，初始階段礦化作用較強，礦化速率最大，有機氮礦化量迅速增加；但隨著時間的延續(xù)，礦化作用減弱，礦化速率不斷下降，礦化量達到最大值后變化平緩。10～30℃范圍內(nèi)，土壤有機氮礦化作用逐漸增強，65％田間持水量

15、比淹水狀態(tài)更有利于土壤氮素的礦化。長期化肥配施有機肥施用可以促進土壤氮素的礦化作用，使氮礦化量和礦化速率增大。 綜上，化肥配施有機肥對稻田土壤有機碳、氮及其各組分，有機碳、氮的礦化作用，土壤微生物量、活性和群落多樣性都有明顯促進作用，顯著提高土壤碳氮肥力。不同有機肥之間的效果有所差別，秸稈還田措施不及施用豬糞處理，因此合理選擇有機肥管理措施，可以提高土壤健康質(zhì)量，增加土壤有機碳庫，對緩解溫室效應(yīng)、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)有重要的現(xiàn)實意義。