不同有机肥对煤矿复垦区土壤养分及细菌群落结构的影响

【目的】探明在煤矿复垦区施用不同有机肥下土壤养分及细菌群落与功能的变化特征,为复垦区土壤的培肥改良和健康管理提供理论依据。【方法】依托定位培肥试验基地(山西省孝义市偏城村采煤塌陷区),分析连续3年施用不同有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)和化肥处理对煤矿复垦区土壤养分、细菌群落结构与功能以及玉米产量的影响。【结果】(1)连续3年定位培肥后,施用有机肥较化肥显著降低土壤pH(降低0.03—0.08单位),而显著增加了土壤有机碳(11.0%—15.5%)、全氮(14.9%—19.1%)、碱解氮(20.3%—43.4%)和速效钾(12.3%—13.6%)含量,其中鸡粪处理对土壤有机碳和碱解氮含量提升最大;施用化肥和有机肥均显著增加作物产量(16.7%—21.1%),其中猪粪对作物产量的提升最大。(2)施用有机肥显著提高复垦区土壤细菌丰富度,并影响细菌群落结构组成。在门水平上,施用有机肥显著增加变形菌门和厚壁菌门的相对丰度,其中猪粪和鸡粪处理下厚壁菌门的相对丰度显著高于牛粪处理。在属水平上,不同有机肥处理均显著增加了列契瓦尼尔氏菌属、鞘氨醇单胞菌属和芽孢杆菌属等有益菌属相对丰度。(3)复垦区土壤细菌生态功能以化能异养、好氧化能异养为主。施用有机肥显著提高化能异养和发酵作用种群的相对丰度,其中猪粪处理下发酵作用种群丰度显著高于鸡粪和牛粪处理。(4)Mantel检验分析结果表明,土壤细菌多样性和功能均与土壤有机碳、全氮、全磷含量呈显著正相关。【结论】施用不同有机肥均可以提高复垦区土壤养分含量,改善土壤细菌群落结构与功能,进而增加玉米产量。但不同有机肥对土壤养分、细菌功能菌群及玉米产量的影响存在差异,其中鸡粪对土壤养分的提升幅度最大,猪粪对有关碳素功能菌群和玉米产量提升幅度最大,而牛粪对土壤养分和产量的提升幅度较低。

有机肥对煤矿复垦土壤团聚体碳氮磷含量及细菌群落的影响

【目的】施用有机肥可以有效改善煤矿复垦土壤肥力低、团聚体数量少和土壤微生物活性低的问题。研究施用不同有机肥对复垦土壤团聚体中碳氮磷养分及细菌群落变化特征的影响,为复垦土壤合理培肥提供科学依据。【方法】依托山西省孝义市采煤塌陷区进行5年的定位培肥试验,供试作物为玉米。田间试验设施用鸡粪、猪粪、牛粪、化肥4个处理,另设一个不施肥对照。施肥处理每年养分总投入量为N 200 kg/hm^(2)、P_(2)O_(5)100 kg/hm^(2)、K2O 100 kg/hm^(2),有机肥用量以P_(2)O_(5)100 kg/hm^(2)为标准折算,氮、钾不足部分以化肥补充。在第5年玉米收获后,采集0—20 cm土壤样品,以干筛法将土壤样品分为>2 mm、0.25~2 mm和<0.25 mm 3个粒径组,通过常规化学方法测定各粒径土壤团聚体中碳、氮、磷养分含量,采用16S rRNA高通量测序法测定细菌群落及相对丰度。【结果】1)与CK相比,化肥处理显著降低了>2 mm团聚体比例,有机肥处理则提高了>2 mm团聚体比例,其中鸡粪处理的增幅达到显著水平。鸡粪、猪粪和牛粪处理较化肥处理>2 mm团聚体比例分别提高了35.56%、22.32%和20.25%。施肥显著增加了各粒径团聚体中碳、氮、磷养分含量。在>2 mm团聚体中,有机肥处理的可溶性有机碳(DOC)含量较化肥处理平均提升了42%,猪粪处理DOC含量较鸡粪和牛粪处理分别显著提升了28%和40%;在0.25~2 mm团聚体中,有机肥处理的全氮(TN)、全磷(TP)、微生物量氮(SMBN)和微生物量磷(SMBP)增幅平均分别为41%、73%、42%和260%(P<0.05),上述各指标的提升幅度均表现为鸡粪>猪粪≥牛粪;在<0.25 mm团聚体中,有机肥处理对有机碳(SOC)、速效磷(AP)和微生物量碳(SMBC)的增幅平均分别为75%、373%和124%,对SOC和SMBC的提升均表现为猪粪>鸡粪≥牛粪,猪粪处理的SOC含量较鸡粪和牛粪分别高24%和23%,SMBC含量分别高23%和21%,而鸡粪对SMBP的提升幅度最大,牛粪最小,鸡粪SMBP含量较牛粪显著增加了41%。2)放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门和拟杆菌门为本研究土壤中的优势菌门。连续5年施肥显著增加了0.25~2 mm团聚体中细菌多样性和丰富度。与CK相比,施肥处理酸杆菌门相对丰度降低了17.8%~110.0%,变形菌门相对丰度提升了8.98%~43.5%,拟杆菌门相对丰度提升了19.9%~56.0%,且有机肥处理的提升幅度达到显著水平。PICRUSt功能预测结果表明,施用有机肥增加了碳氮磷代谢相关功能基因丰度,以鸡粪的增幅最大。【结论】施用有机肥可以改善复垦土壤结构,并增加各粒径团聚体中碳氮磷养分含量。不同有机肥对土壤团聚体中养分及细菌群落的影响不同,其中猪粪对碳含量的提升幅度最大,鸡粪对磷含量及细菌多样性和丰度的提升幅度最大。