【摘要】：有機(jī)培肥是稻麥輪作體系作物增產(chǎn)的主要措施,也是農(nóng)田可持續(xù)利用的重要保證。團(tuán)聚體作為土壤最基本的結(jié)構(gòu)單元,是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ),也是土壤碳氮轉(zhuǎn)化的主要場所。理解有機(jī)培肥下土壤團(tuán)聚體碳氮轉(zhuǎn)化特征是科學(xué)施肥的基礎(chǔ)。本論文以稻麥輪作體系有機(jī)培肥長期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ),利用交叉極化-魔角旋轉(zhuǎn)固態(tài)~(13)C核磁共振技術(shù)(CP/MAS ~(13)C-NMR)、磷脂脂肪酸分析(PLFA)、定量PCR(qPCR)、末端限制性片段長度多態(tài)性(T-RFLP)、454高通量測序等現(xiàn)代分子生態(tài)學(xué)技術(shù),研究不同粒徑團(tuán)聚體碳氮分布、腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、與碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的胞外酶活性、微生物群落結(jié)構(gòu)分異特征、參與土壤氨氧化及纖維素分解過程的功能微生物多樣性,從而闡明長期施肥下稻麥輪作體系土壤團(tuán)聚體碳氮轉(zhuǎn)化特征。論文取得的主要進(jìn)展如下:(1)長期施肥下土壤團(tuán)聚體碳氮分布。土壤團(tuán)聚體可分為大團(tuán)聚體(2000μm)、粗砂(2000-200μm)、細(xì)砂(200-63μm)、粉粒(63-2μm)和粘粒(2-0.1μm)5個(gè)粒徑。長期施肥影響了黃棕壤性水稻土土壤團(tuán)聚體組成,麥季土壤以粉粒和大團(tuán)聚體為主,稻季以粗砂和粉粒為主,細(xì)砂含量在兩季均最低。與單施化肥相比,有機(jī)無機(jī)肥料配施顯著降低了兩季大團(tuán)聚體的比例,提高了粗砂粒徑的比例,改善了土壤結(jié)構(gòu)。團(tuán)聚體效應(yīng)對土壤碳氮分布影響顯著,其中細(xì)砂粒徑的有機(jī)碳、全氮含量及碳氮比顯著高于其他粒徑,此外,土壤有機(jī)碳和碳氮比均呈大粒徑團(tuán)聚體(63μm)大于粉粘粒(63-0.1μm)的規(guī)律;麥季全氮在粗砂中較高,稻季則在粘粒中含量較高。施用有機(jī)肥普遍顯著提高了兩季耕層和各團(tuán)聚體土壤有機(jī)碳、全氮含量,降低了土壤碳氮比。(2)長期施肥下土壤團(tuán)聚體酶活性變化。土壤胞外酶活性隨團(tuán)聚體粒徑、施肥措施變化顯著,且與土壤有機(jī)碳、全氮、碳氮比顯著相關(guān)。十種胞外酶磷酸酯酶、硫酸酯酶、β-葡萄糖苷酶、β-纖維二糖苷酶、乙酰氨基葡糖苷酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、酚氧化酶和過氧化物酶中,除磷酸酯酶和硫酸酯酶外,其余胞外酶均在細(xì)砂土壤中活性最高。此外,除麥季粗砂磷酸酯酶、硫酸酯酶、乙酰氨基葡糖苷酶、β-木糖苷酶和稻季硫酸酯酶、α-葡萄糖苷酶、乙酰氨基葡糖苷酶外,有機(jī)無機(jī)配施較單施化肥處理顯著提高了其余土壤團(tuán)聚體各胞外酶活性。(3)長期施肥下土壤團(tuán)聚體微生物群落結(jié)構(gòu)特征。施肥效應(yīng)和粒徑效應(yīng)對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響顯著,兩季磷脂脂肪酸總量均呈現(xiàn)大粒徑團(tuán)聚體(63μm)大于粉粘粒的規(guī)律(63-0.1μm),以粉粒中最低;施用有機(jī)肥提高了兩季耕層及各土壤團(tuán)聚體的磷脂脂肪酸總量。麥季200μm粒徑土壤具有較低的革蘭氏陽性菌:陰性菌和較高的真菌:細(xì)菌比值。研究發(fā)現(xiàn),影響麥季土壤團(tuán)聚體微生物群落結(jié)構(gòu)的重要因子是全氮、碳氮比、磷酸酯酶、硫酸酯酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶活性,而稻季是有機(jī)碳、全氮、土壤碳氮比、α-葡萄糖苷酶、硫酸酯酶、β-葡萄糖苷酶、β-纖維二糖苷酶和酚氧化酶活性。(4)長期施肥下土壤團(tuán)聚體氨氧化微生物分異特征。團(tuán)聚體粒徑和施肥措施對土壤硝化潛勢和氨氧化微生物群落影響顯著,土壤碳氮含量及其轉(zhuǎn)化相關(guān)的酶活性對其群落結(jié)構(gòu)的變異解釋達(dá)40%。與不施肥相比,有機(jī)無機(jī)配施處理顯著提高了耕層土壤及各粒徑團(tuán)聚體的硝化潛勢,其氨氧化細(xì)菌豐度顯著高于單施化肥處理。稻季土壤的氨氧化微生物數(shù)量高于麥季,施肥處理降低了土壤氨氧化古菌:氨氧化細(xì)菌比值,且以粘粒中最高。盡管氨氧化古菌數(shù)量高出氨氧化細(xì)菌數(shù)倍,氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)對施肥及團(tuán)聚體粒徑的響應(yīng)更為敏感。高通量測序結(jié)果顯示氨氧化古菌主導(dǎo)類群大多歸屬于奇古菌I.1b類群(Thaumarchaeota Group I.1b),氨氧化細(xì)菌的主導(dǎo)類群大多歸屬于亞硝化螺菌屬(Nitrosospira Cluster 3a)。(5)長期施肥下土壤團(tuán)聚體纖維素分解酶基因多樣性。參與纖維素轉(zhuǎn)化的真菌糖苷水解酶cbhI基因和細(xì)菌糖苷水解酶GH48基因豐度隨團(tuán)聚體粒徑和施肥處理變異顯著,于細(xì)砂中最高,粘粒中最低,且在有機(jī)肥的施用下普遍增加。對纖維素分解標(biāo)記基因豐度與土壤腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),纖維素分解基因在腐殖化程度較低的粒徑中(63μm)較為豐富,這些組分的土壤胡敏酸芳香度高、脂化度低、烷基碳:氧烷基碳比值相對較低,而在腐殖化程度較高的粒徑(63-0.1μm)中纖維素分解基因豐度較低�？傊�,有機(jī)無機(jī)配施顯著降低了2000μm團(tuán)聚體的比例,提高了2000-200μm團(tuán)聚體比例,大粒徑團(tuán)聚體(63μm)的碳氮含量、碳氮水解酶活性、磷脂脂肪酸總量、氨氧化細(xì)菌豐度以及纖維素分解相關(guān)基因豐度普遍高于小粒徑團(tuán)聚體(63-0.1μm),有機(jī)培肥處理各粒徑以上指標(biāo)普遍高于單施化肥,顯示其促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體碳氮轉(zhuǎn)化,有利于土壤肥力提升。
【圖文】：

2.2.2 長期施肥下不同粒徑團(tuán)聚體碳氮分布團(tuán)聚體粒徑和施肥兩因素及其交互作用對兩季土壤SOC、全N、C:N產(chǎn)生了顯著的影響（表2.2）。圖2.1和圖2.2分別顯示了麥季和稻季土壤不同粒徑團(tuán)聚體碳氮分布特點(diǎn)，結(jié)果表明兩季土壤中，細(xì)砂粒徑的SOC、全N含量及C:N比均顯著高于其他粒徑土壤（P < 0.05），除細(xì)砂外，兩季土壤SOC含量及C:N比均呈現(xiàn)大粒徑團(tuán)聚體（>200 μm）大于粉粘粒（63-0.1 μm）的規(guī)律；麥季全N含量呈粗砂>粘粒>大團(tuán)聚體>粉粒的規(guī)律，而稻季粘粒的全N含量高于粗砂粒徑，因此稻季粘粒的C:N比較麥季更低。施肥，尤其是施用有機(jī)肥對土壤肥力的提高達(dá)顯著水平。與CK相比，NPK處理提高了麥季耕層和除粉粒外各團(tuán)聚體土壤SOC含量

2.2.2 長期施肥下不同粒徑團(tuán)聚體碳氮分布團(tuán)聚體粒徑和施肥兩因素及其交互作用對兩季土壤SOC、全N、C:N產(chǎn)生了顯著的影響（表2.2）。圖2.1和圖2.2分別顯示了麥季和稻季土壤不同粒徑團(tuán)聚體碳氮分布特點(diǎn)，結(jié)果表明兩季土壤中，細(xì)砂粒徑的SOC、全N含量及C:N比均顯著高于其他粒徑土壤（P < 0.05），除細(xì)砂外，兩季土壤SOC含量及C:N比均呈現(xiàn)大粒徑團(tuán)聚體（>200 μm）大于粉粘粒（63-0.1 μm）的規(guī)律；麥季全N含量呈粗砂>粘粒>大團(tuán)聚體>粉粒的規(guī)律，，而稻季粘粒的全N含量高于粗砂粒徑，因此稻季粘粒的C:N比較麥季更低。施肥，尤其是施用有機(jī)肥對土壤肥力的提高達(dá)顯著水平。與CK相比，NPK處理提高了麥季耕層和除粉粒外各團(tuán)聚體土壤SOC含量
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S152;S154

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2622161