长期缺素施肥及石灰石膏施用对江西鹰潭红壤反硝化微生物功能基因丰度的影响

反硝化功能基因丰度是决定温室气体氧化亚氮(N₂O)排放潜力的重要生物因素。反硝化功能基因主要包括产生N₂O的关键基因nirK和nirS,以及将N₂O还原成氮气的基因nosZ I和nosZ II。本研究利用实时荧光定量PCR,研究了32年缺施氮(N)、磷(P)或钾(K)肥,以及施用石灰、石膏处理下江西鹰潭红壤反硝化功能基因的丰度,分析了其关键影响因素。结果表明: 与平衡施肥的NPK处理相比,缺施P肥显著降低了nirK、nirS、nosZ I和nosZ II基因丰度;缺施N肥显著降低了nirK、nosZ I和nosZ II丰度,对nirS丰度无显著影响;缺施K肥则对反硝化功能基因丰度无显著影响。逐步回归和随机森林分析表明,土壤pH值是影响旱地红壤nosZ I和nosZ II基因丰度的关键环境因子。施用石灰或石灰+石膏提高了土壤pH值,进而显著提高了nosZ II基因丰度和nosZ II/nosZ I比值,增幅分别为151%～233%和127%～155%。旱地红壤施用石灰或石灰+石膏更有利于nosZ II型N₂O还原菌生长,可能提高nosZ II在N₂O还原中的相对重要性。缺施P肥对红壤反硝化功能基因丰度的负面影响最大,而施用石灰或石灰+石膏可以提高nosZ II丰度和nosZ II/nosZ I比值,有利于降低红壤N₂O排放潜力。     

不同氮效率水稻品种根系生理生态指标的差异

以氮素利用效率差异大的两个水稻品种(氮高效品种南光和氮低效品种Elio)作为试验材料,设计高低两个供氮水平,在温室砂培条件下研究了不同氮效率水稻高效吸收利用氮素的根系生物学特性及生理机制.结果表明,在两个供氮水平下,氮高效水稻南光的产量均显著大于氮低效水稻,增幅在50%以上.随着供氮水平的提高,两个水稻品种植株的总吸氮量和干物质量随之增加,氮高效水稻南光的生育后期吸氮量和地上部及根系的生物量显著高于氮低效水稻Elio;氮高效水稻品种南光根系形态参数对氮素营养的响应度高于氮低效品种Elio,高氮处理下,南光较低氮处理分别增加127%(总根长)和114%(根系表面积),而Elio仅增加92%(总根长)和82%(根系表面积),而且Elio在齐穗期后根系形态参数水平下降显著;南光的根系伤流强度在拔节期较氮低效水稻Elio高出11%(1mmol L-1)和32%(5mmol L-1),灌浆期南光较Elio高出12%(1mmol L-1)和12%(5mmol L-1),差异均显著.由本试验结果可推断根系形态及根系活力的差异是造成水稻氮效率差异的重要原因之一.     

长期施用不同无机肥对旱地红壤线虫群落的影响

红壤生态系统中土壤生物群落对于维持土壤功能的正常发挥具有重要作用.本研究基于持续25年的红壤旱地化肥定位试验,研究不同无机肥组合,包括氮磷钾(NPK)、氮磷钾补充石膏(NPKCaS)、氮磷(NP)、氮钾(NK)和磷钾(PK)对花生生长季土壤线虫群落的影响.结果表明： 土壤线虫总数、营养类群以及各生态指数在处理间差异显著(P<0.01).线虫总数由高到低的顺序为PK>NPKCaS>NPK>NP>NK.除5月外,NPK、NP、NK处理的线虫总数均显著低于NPKCaS和PK处理.NPKCaS处理的优势类群为食细菌线虫,平均丰度为42.1%,其他处理均以植食性线虫为优势营养类群,其平均丰度为38%~65%.NPKCaS处理线虫群落较高的成熟度指数、瓦斯乐斯卡指数和结构指数说明土壤食物网结构较为成熟和稳定,同时表明氮磷钾补充石膏通过缓解土壤酸化创建了良好的土壤健康状况.仅施氮钾的处理则相反.本研究证实了施用石膏和磷肥是改善红壤质量的有效措施,土壤线虫群落分析能较好地反映不同无机肥对红壤旱地生态系统的影响.
     

沼液还田对旱地红壤微生物群落代谢与多样性的影响

通过沼液还田定位实验,按照不同沼液全氮还田比例设6个等氮量(N-P_2O_5-K_2O量均为120-90-135 kg/hm~2(对照除外))处理:对照(不施肥,CK)、100%化学氮(NPK)、15%沼液氮+85%化学氮(BS15)、30%沼液氮+70%化学氮(BS30)、45%沼液氮+55%化学氮(BS45)和100%沼液氮(BS100),运用Biolog-ECO技术分析0—20cm花生收获期土壤微生物群落代谢功能多样性,阐明微生物群落代谢与沼液还田量的相关关系。结果表明:①BS45、BS30处理土壤微生物群落碳源代谢强度(AWCD)显著高于CK和NPK处理;而BS15、BS100处理土壤微生物群落碳源代谢强度(AWCD)与CK和NPK处理则无显著差异;②土壤微生物群落碳源代谢强度(AWCD)、丰富度指数、Shannon指数、Simpson优势度指数均表现为BS45BS30NPKCKBS100BS15;③结合主成分分析和聚类分析,表明各处理土壤微生物群落功能多样性分为4组:BS45、BS30处理为一组,微生物群落代谢活性最强,特别是碳水化合物、氨基酸、聚合物和胺类等碳源的代谢能力;NPK、CK、BS100处理为一组,微生物群落代谢活性次之;BS15处理为一组,微生物群落代谢能力最低,其碳水化合物、羧酸、氨基酸、聚合物、酚类和胺类等碳源的代谢能力均为最低。结合主成分分析综合得分,土壤微生物群落代谢和多样性的顺序为BS45BS30NPKCKBS100BS15。可见,沼液还田显著影响旱地红壤微生物群落的代谢活性和多样性,沼液不能完全替代化肥,当沼液全氮还田比例在30%—45%时,微生物群落代谢活性最强,有利于土壤质量提高,适于在我国旱地红壤地区推广。     

长期施用猪粪对红壤完全氨氧化菌基因丰度的影响

完全氨氧化菌(comammox Nitrospira)的发现对硝化微生物的研究提出了新的挑战。大量研究表明完全氨氧化菌在陆地生态系统中广泛分布,但其在农田土壤中的分布规律及其对长期施用粪肥的响应尚不清楚。研究了长期施用猪粪对农田红壤完全氨氧化菌、氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)功能基因(amoA)丰度的影响,及其与土壤净硝化速率的关系。结果表明：与不施肥的对照处理相比,猪粪施用显著提高土壤有机质和养分含量,且随着猪粪的施用量增加而增加。同时,施用中量和高量猪粪显著提升土壤净硝化速率,增幅分别达到317%和416%。所有处理中,完全氨氧化菌丰度以进化枝A为主,进化枝B丰度极低,大多为非特异性扩增产物,但进化枝A的amoA丰度均低于氨氧化古菌和氨氧化细菌。长期施用高量猪粪显著提升进化枝A的amoA基因丰度,表明存在喜好富营养环境的完全氨氧化菌,而有效磷是最主要的影响因子。相关性分析表明,进化枝A的amoA丰度与净硝化速率呈显著正相关(P<0.01),而氨氧化古菌和氨氧化细菌则没有,表明进化枝A可能在长期施用粪肥的农田红壤硝化过程中发挥重要功能。综上所述,长期施用粪肥显著提高...     

旱地红壤反硝化功能基因丰度对长期施肥的响应

农田施肥会影响土壤微生物驱动的氮素转化和氧化亚氮(N₂O)排放。基于32年的长期肥料定位试验,研究了旱地红壤反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ I和nosZ II)对不同长期施肥处理的响应及其关键影响因素。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK)、单施化肥、化肥+花生秸秆、化肥+水稻秸秆、化肥+萝卜菜和化肥+猪粪。结果表明: 与单施化肥相比,化肥和有机物料配施可以有效缓解红壤酸化、提高土壤有机碳含量,其中以化肥和猪粪配施的效果最好。长期施肥对nirK基因丰度没有显著影响,但显著影响nirS基因丰度;与CK相比,长期单施化肥可显著增加nirS基因丰度,增幅达426%,但与单施化肥相比,化肥和有机物料配施降低了nirS基因丰度。旱地红壤中nosZ I基因丰度远高于nosZ II基因丰度,表明nosZ I在酸性红壤中占主导地位;长期施肥对nosZ II基因丰度没有显著影响。但长期施用化肥+猪粪显著提高了nosZ I基因丰度,增幅为138%。逐步回归分析表明,有效磷含量是影响nosZ I基因丰度的关键环境因子,而nosZ II基因丰度则主要受硝态氮含量的影响。化肥和猪粪配施处理的(nirS+nirK)/(nosZ I+nosZ II)值最低,表明化肥和猪粪配施可能会降低旱地红壤的N₂O排放能力。     

不同施肥制度甘蔗地土壤养分对微生物群落结构的影响

以广西红壤长期定位施肥甘蔗地为研究对象,探讨了不同施肥措施甘蔗地土壤微生物群落特征以及土壤养分对微生物群落结构的影响。结果表明,长期优化施肥可以提高土壤微生物多样性,不施肥土壤微生物生长得到显著抑制。土壤全氮、全钾、速效钾含量与微生物群落结构密切相关,可采取适当增加钾肥用量以增加微生物多样性,提高土壤肥力。土壤中磷素含量与微生物群落结构无显著相关,红壤甘蔗地中磷肥用量应适当,不宜过量施用。     

不同有机无机肥配施比例对红壤旱地花生产量、土壤速效养分和生物学性质的影响

大田条件下,研究了不同有机无机配施比例对红壤花生旱地可培养微生物数量、土壤主要酶活性、土壤速效养分及花生产量的影响。结果表明:(1)有机肥配施花生产量显著高于其他处理,有机肥比例为40%时,荚果产量、籽仁产量、单株结果数及百粒重效果增加最明显,分别较常规施肥提高20.14%、26.92%、27.87%和7.08%;(2)有机肥配施可以显著提高土壤速效养分含量,40%有机肥在花生生育期结束后能显著提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量,与常规施肥相比,分别增加了17.89%、22.96%、12.57%;(3)土壤中细菌、真菌、放线菌数量随着有机肥配施比例增高而增加;40%有机肥配施比常规施肥处理的细菌、真菌、放线菌数量全生育期平均值分别提高:71.62%、40.42%、43.94%。(4)施肥可以显著提高土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖转化酶活性,其中有机无机中量配施(40%有机肥)、高量配施(60%、80%有机肥)显著高于其他处理,低量有机肥配施(20%有机肥)接近于常规施肥水平。综上表明,在等量N、P、K养分条件下,配施40%猪粪N更有利于红壤地区土壤肥力及产量的改善。