平衡施肥对缺磷红壤性水稻土的生态效应

为了研究平衡施肥对缺磷水稻土的生态效应,对长期缺施磷肥水稻土进行了3.5a平衡施肥试验。试验采取盆栽水稻的方式,在长期缺施磷肥的红壤性水稻土上比较不施磷肥(NK)、平衡施用氮磷钾无机肥(NPK)、无机氮磷钾肥配施硅肥(NPKSi)、无机氮磷钾肥配施有机肥(无机肥占3/5)、NPK基础上增施磷肥(NKhP)、NPKM基础上增施磷肥(NKhPM)处理的土壤肥力、土壤微生物特性、土壤磷的渗漏量以及地上部水稻产量、养分利用率、磷肥利用率的变化。试验表明,平衡施肥处理NPK、NPKSi、NPKM、NKhPM显著提高水稻产量,比不施磷肥(NK)平均增产147%,其中NPKM提高152%;能提高土壤肥力,比不施磷肥土壤有机质含量平均提高18.5%,其中NPKM提高30.1%;显著提高土壤微生物生物量,比不施磷肥土壤微生物生物量碳(MBC)平均提高57.2%,其中NPKM提高87.1%;提高氮素、钾素养分利用率,比不施磷肥平均分别提高120.3%、33.6%,其中NPKM分别提高152%、43%。而长期重施无机磷肥处理(NKhP)虽然水稻产量比不施磷肥处理提高125.1%,但因土壤中磷酸根离子含量过高影响土壤微生物正常生长,土壤微生物活度比不施磷处理降低9.4%,土壤微生物量碳(MBC)降低2.4%,稻田土壤微生物生态系统质量劣化。此外,重施磷肥处理(包括NKhP、NKhPM)易导致稻田水体的磷污染。各处理比较,NPKM综合生态效应最佳,以下依次是NKhPM、NPKSi、NPK,NKhP,NKhP对稻田土壤微生物生态系统产生负效应。根据试验结果,平衡施肥是恢复缺磷水稻土的有效措施,其中在平衡施用氮磷钾化肥的基础上增施有机肥或硅肥效果较好。

水稻根际和非根际土磷酸酶活性对碳、磷添加的响应

【目的】研究外源养分添加对稻田土壤磷酸酶活性影响的特征,明确水稻根际和非根际土壤胞外磷酸酶活性对碳、磷添加的响应过程,为稻田土壤水肥管理,实现农业可持续利用提供理论指导。【方法】选取湖南长期种植水稻的典型缺磷水稻土,进行盆栽试验。试验设置4个处理,分别为不添加碳磷(CK)、添加碳(C)、添加磷(P)和添加碳磷(CP)。采用96微孔荧光法测定根际土与非根际土的酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(ALP)活性,同时基于生物可利用性的磷分级方法(BBP法)测量4种磷组分(Ca Cl2-P、Citrate-P、Enzyme-P和HCl-P),探讨碳、磷添加对4种生物有效性的磷组分的影响和土壤磷酸酶活性的响应特征。【结果】与CK相比,C、P添加和CP配施处理水稻地上部分生物量分别增加29.76%、84.03%和87.94%(P<0.05),地下部分生物量分别减少20.13%、增加57.49%和56.53%(P<0.05);植物全磷(TP)含量与生物量变化规律一致,C、P和CP添加处理地上部分TP含量比CK分别增加57.23%、95.21%和95.91%(P<0.05),地下部分TP含量比CK分别减少26.12%,增加45.45%和38.01%(P<0.05)。根际土pH、NH_4^+-N和Olsen-P的含量低于非根际土,CP配施处理中根际土微生物量磷(MBP)含量高于非根际土;碳、磷添加对4种基于生物有效性磷组分具有显著调控作用(P<0.05);Olsen-P和MBP与ALP呈极显著负相关(P<0.05),与ACP无显著相关性,表明微生物对速效养分利用明显。冗余分析表明非根际土壤中的酶活性变化主要受Olsen-P、MBP、Ca Cl2-P和Citrate-P含量影响;而土壤中含水量、pH、NH_4^+-N、根系生物量、HCl-P和Enzyme-P含量主要影响水稻根际土壤中的酶活性。【结论】P和CP配施处理能提高缺磷水稻土微生物活性,显著增加水稻生物量,提升根际微生物效应,改善土壤环境,有利于稻田生态系统的健康。

磷差异性调控水稻根际nirK/nirS型反硝化菌组成与丰度

磷作为一种重要的生命元素,对反硝化微生物的活性和功能有重要影响.反硝化功能基因nir K和nir S是编码亚硝酸还原酶的两种同工酶基因,但是,磷对具有同种功能的nir K和nir S型反硝化菌的调控是否存在差异尚不十分清楚.本文采集严重缺磷红壤性水稻土设置水稻盆栽试验,通过外源添加磷肥设置对照(CK,P:0 mg·kg^-1),低磷(P1,P:15 mg·kg^-1),高磷(P2,P:30 mg·kg^-1)这3个磷添加水平,研究不同磷水平对水稻亚硝酸还原酶基因的组成与丰度的调控作用.结果表明,在长期缺磷土壤上施用磷肥对含亚硝酸还原酶基因nir K和nir S的细菌种群的调控作用有明显差异.不管是根际还是非根际土,含nir S的微生物种群均对施磷水平表现敏感,尤其是高磷(P2)水平,施磷可导致nir S丰度提高2~3倍,同时显著改变nir S型反硝化微生物的组成结构.相比之下,施磷后含nir K基因的微生物组成结构和丰度变异较小.与非根际土壤相比,高磷水平条件下根际土中nir S的基因拷贝数和群落结构均发生了显著变化,缺磷和低磷条件下水稻生长只引起根际土nir S种群组成结构发生显著变化,但其丰度与非根际无显著差异.但不同磷水平条件下nir K的基因丰度和组成结构在根际和非根际土之间几乎无显著变化.综上所述,在严重缺磷水稻土中加施磷肥会显著提高水稻根际和非根际土中nir K和nir S型反硝化菌数量,并改变其种群组成结构,且nir S比nir K型种群响应更敏感.不同磷水平条件下的水稻根系生长均显著改变了根际土壤中nir K和nir S种群组成结构,但除了在高磷水平条件下显著增加了nir S丰度外,对nir K和nir S丰度均影响较小.研究结果可为进一步深入探究施肥对土壤反硝化过程的影响提供理论依据.