长期施肥对黄棕壤水稻土真菌群落结构的影响

【目的】探究长期不同施肥措施对黄棕壤水稻土土壤肥力和真菌群落结构的影响,为绿色农业提供理论依据。【方法】位于湖北武汉的黄棕壤水稻土长期施肥定位试验始于1981年,包括5个施肥处理:不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾化肥(NPK)、常量有机肥(OM)、氮磷钾+常量有机肥(OMNPK)。2020年5月,在各处理小区内取0—20 cm土层土壤样品,利用Illumina MiSeq高通量测序技术、FUNGuild和生态网络方法,综合分析了土壤养分含量、酶活性、真菌群落结构。【结果】1)与CK比较,N处理降低了土壤速效养分含量,NPK处理维持了土壤养分稳定,OM和OMNPK处理显著提高了土壤速效养分含量。OMNPK处理显著降低了α-葡萄糖苷酶、硫酸酯酶活性,却显著提高了β-纤维二糖苷酶活性;OM和OMNPK处理提高了亮氨酸氨基肽酶活性,却降低了乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,N和NPK处理对这两种酶活性的影响与之相反。2)与CK相比,N处理显著降低了真菌多样性,而NPK和OM处理显著提高了真菌多样性。菌群结构在N、NPK、OM处理间明显不同,而OM、OMNPK和CK处理比较接近。LEfSe分析结果发现,N处理土壤中的差异物种是Entrophospora属和Sympoventuriaceae科,OMNPK处理的差异物种是Microascales目和Microascaceae科,OM处理的差异物种是盘菌目(Pezizales)、Pyronemataceae科和Pseudaleuria属。冗余分析结果显示,β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、磷酸酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、硫酸酯酶和pH是影响土壤真菌群落结构的重要因素。3)施肥提高了病理营养型(pathotroph)真菌的相对丰度,减少了腐生营养型(saprotroph)真菌的相对丰度。与CK比较,N、NPK、OM和OMNPK处理的病理营养型真菌相对丰度分别提高了190.5%、141.4%、71.5%和250.2%,腐生营养型真菌相对丰度分别降低了30.6%、33.3%、19.4%和49.5%,共生营养型(symbiotroph)真菌相对丰度分别提高了310.8%、956.8%、424.3%和435.1%。各施肥处理相比,OM处理病理营养型真菌相对丰度最低,而OMNPK处理最高。病理营养型中,OMNPK、N、NPK和OM处理的动物性病原体丰度比CK分别提高了322%、184%、105%和85%;N和NPK处理较CK处理还显著提高了植物性病原体丰度,OMNPK和OM处理对植物性病原体丰度无显著影响。有机肥处理提高了真菌网络的边数、正相关数、平均加权度、图密度、网络直径和连接部件,增强了网络的复杂性。【结论】长期施用有机肥能够培肥地力,增加真菌群落的多样性和物种交互复杂性,减少病理营养型真菌相对丰度,而有机无机肥配合施用提高土壤肥力的效果显著高于单施有机肥,但也增加了动物性病原体丰度,增加了病害的潜在风险。

长期施肥对黄棕壤细菌多样性的影响

【目的】基于武汉黄棕壤长期定位试验(1981—2016年),探究不同施肥措施下土壤肥力演变和土壤微生物多样性变化,为黄棕壤培肥以及农业绿色可持续发展提供依据。【方法】本研究采用Illumina MiSeq高通量测序技术和偏最小二乘路径模型(PLS-PM)综合分析了不施肥(CK)、氮磷钾(NPK)、常量有机肥(OM)、氮磷钾+常量有机肥(NPK+OM)和氮磷钾+高量有机肥(NPK+OMM)5种不同施肥方式对黄棕壤理化性质、细菌多样性的影响及其与产量的关系。【结果】1)与CK相比,施有机肥处理显著增加了土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机碳含量,而NPK处理只显著增加了土壤有机碳含量。NPK+OMM处理的土壤有效磷和速效钾含量显著高于OM和NPK+OM处理,3个有机肥处理间的碱解氮、有机碳含量差异不显著。4个施肥处理均显著提高了水稻产量,但处理间差异不显著。2)OM处理土壤微生物多样性最高,而高量粪肥投入的NPK+OMM处理,细菌多样性有下降的趋势,但各施肥处理间细菌多样性差异不显著。3)长期不同施肥方式影响土壤细菌群落结构,其中NPK+OM和NPK+OMM处理细菌群落结构更接近。OM处理提高了变形菌纲和放线菌纲的相对丰度,降低了绿弯菌纲和硝化螺旋菌纲的相对丰度。NPK处理降低了放线菌纲和硝化螺旋菌纲相对丰度,提高了酸杆菌纲相对丰度。与NPK+OM处理比较,NPK+OMM处理降低了放线菌纲和α-变形菌纲相对丰度,提高了厌氧绳菌纲、绿弯菌纲和硝化螺旋菌纲相对丰度。4)PLS-PM显示土壤有机碳(SOC)、碱解氮、有效磷和速效钾对细菌群落结构表现出正调控(路径系数=0.36),而pH表现负调控(路径系数=−0.48);但是对细菌多样性的影响都较小;影响产量的理化指标主要是SOC、碱解氮和有效磷。土壤细菌多样性对产量显示正调控(路径系数=0.42)。【结论】土壤有机碳(SOC)和碱解氮、有效磷、速效钾含量对细菌群落结构有正调控作用,而pH有负调控作用。与NPK处理相比,长期施用常量有机肥(OM)处理提高了细菌多样性和水稻产量,而高量有机肥配施氮磷钾肥(NPK+OMM)会导致细菌多样性和产量降低。

养分专家系统推荐施肥对湖北中稻产量和养分利用率的影响

为评价中稻养分专家系统(Nutrient Expert,NE)推荐施肥对中稻产量效应、养分利用率的影响,于2013~2017年期间在湖北省开展了42个试验,并对结果进行了分析。广水市推荐施肥NE比习惯施肥FP施氮肥低18.0%,磷肥高23.9%和钾肥高8.9%情况下,中稻增产1.4%,差异不显著。赤壁市推荐施肥NE比习惯施肥FP施氮、磷和钾肥分别减少8.8%、32.9%和44.1%的情况下,中稻增产6.9%,差异不显著。中稻氮、磷和钾肥平均农学效率分别为12.5、9.5和1.3 kg/kg,中稻氮、磷和钾肥平均当季利用率分别为39.8%、6.5%和27.9%。水稻养分专家系统推荐施肥促进了水稻对氮磷钾养分的吸收和利用,达到增产增收效果,氮肥利用效率也高于全国平均水平,可在中稻种植区推广应用。