秸秆还田对南方稻田土壤N_(2)O排放及硝化和反硝化微生物群落的影响

【目的】以我国南方典型赤红壤水稻土为研究对象,探究不同秸秆还田量对双季稻区晚稻季土壤N_(2)O排放特征及硝化和反硝化微生物的影响,旨在为南方稻田N_(2)O减排提供科学依据。【方法】以2015年设置的定位试验为研究平台,设计5个处理:(1)CK,化肥+无秸秆还田;(2)CKS,化肥+当季秸秆全量还田;(3)S10,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代10%钾肥;(4)S20,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代20%钾肥;(5)S30,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代30%钾肥。采用密闭静态暗箱-气相色谱法及宏基因组测序对气体和土壤微生物进行检测。【结果】稻田土壤N_(2)O排放主要集中在水稻分蘖期;较CK处理,秸秆还田各处理显著降低了稻田土壤N_(2)O累计排放量,其中,S30处理的N_(2)O累计排放量最低,为0.09 kg·hm^(-2),其全球增温潜势也最低;硝化过程中,氨氧化细菌(amoA和amoB)在分蘖期和成熟期的优势菌属均为甲基孢囊菌属;反硝化过程中,nirK型反硝化细菌的芽单胞菌属、罗河杆菌属、丰祐菌属在分蘖期和成熟期细菌属中均占据主导地位;nirS型反硝化细菌的嗜甲基菌属和甲基营养型反硝化菌属在分蘖期和成熟期细菌属中均占据主导地位;分蘖期,土壤N_(2)O排放量与nirS型反硝化细菌的甲基营养型反硝化菌属呈显著负相关、与nirS型反硝化细菌的沙壤土杆菌属呈显著正相关;成熟期,土壤N_(2)O排放量与nirS型反硝化细菌的水生细菌属呈极显著正相关关系。【结论】秸秆还田显著降低了稻田土壤N_(2)O排放,AOB(amoA)和AOB(amoB)的甲基孢囊菌属是氨氧化过程的优势菌属,nirK型反硝化细菌的芽单胞菌属、罗河杆菌属、丰祐菌属,和nirS型反硝化细菌的嗜甲基菌属及甲基营养型反硝化菌属是反硝化过程的优势菌属。

秸秆还田对稻田土壤磷素形态及磷循环微生物功能基因的影响

【目的】以南方酸性土壤连续8年秸秆还田定位试验田为研究对象,探究秸秆还田对水稻分蘖期与成熟期土壤磷循环微生物功能基因的影响。【方法】定位试验共设置5个处理:化肥+无秸秆还田(CK)、化肥+当季秸秆全量还田(CKS)、化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代10%钾肥(S10)、化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代20%钾肥(S20)和化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代30%钾肥(S30)。利用Guppy土壤磷素连续浸提法和宏基因组测序技术,分别测定土壤磷素组分和磷循环微生物功能基因数据。【结果】秸秆还田处理显著提高了Guppy土壤磷分级中可利用磷组分NaHCO_(3)-Pi的含量(P<0.05),其中S10、S20处理较CK处理提升了5.88%~8.73%;中等可利用磷组分中NaOH-Pi为南方酸性稻田土壤最主要的磷素形态,含量为154.03~202.11 mg·kg^(-1)。同时,秸秆还田还显著影响了土壤磷循环微生物功能基因的丰度,其中无机磷溶解基因pqqC对秸秆全量还田处理的响应更为明显。秸秆还田条件下磷循环功能基因(如phnW、phnO、pqqB、pqqC)促进了盐酸磷和残余磷向可利用磷库的活化,appA、phnX、ppx基因参与了稳定态磷的活化过程,NaOH-Pi为关键的过渡态磷素,参与长期的磷素转化过程。此外,土壤有机碳和pH是决定功能基因丰度的主要影响因子。【结论】秸秆还田通过影响土壤理化性质,改变了稻田土壤磷循环功能基因丰度,促进了南方酸性稻田土壤磷素转化过程。

长期有机培肥对南方红壤区稻田土壤碳循环功能基因的影响

【目的】研究长期有机培肥对南方红壤区稻田土壤碳循环功能基因的影响,为南方稻田土壤碳库高效利用和施肥策略提供理论参考。【方法】依托江西省红壤研究所长期定位试验平台,设4个处理:不施肥处理(CK)、单施化肥处理(NPK)、早稻施绿肥紫云英处理(M1)、早稻施绿肥紫云英+晚稻秸秆还田处理(M2)。晚稻收获后采集土壤样品,测定土壤基本理化性质,利用实时荧光定量PCR测定土壤碳循环功能基因的绝对定量,分析不同活性碳含量及碳循环相关基因与环境因子的关系。【结果】长期有机培肥处理提高了土壤有机碳组分中活性有机碳含量,其中M2处理易氧化有机碳、热水提取态有机碳、可溶性有机碳含量均显著高于CK(P<0.05,下同);M1处理土壤微生物量碳含量最高(193.98 mg/kg)。各处理中,M1和M2处理参与碳水解、碳固定和甲烷代谢过程的相关功能基因表达量均处于较低水平。相关分析结果表明,碳水解过程相关功能基因(除amyX、IsoP、lig和naglu)、碳固定过程相关功能基因(除mcrA)和甲烷代谢(除emGDH)与全钾、微生物量碳和胡富比均呈显著负相关。碳固定过程功能基因和甲烷代谢过程功能基因(除emGDH)与pH和速效钾呈正相关。随机森林分析结果显示,长期有机培肥稻田土壤对碳水解功能基因和环境因子的解释率为89.22%,对碳固定功能基因和环境因子的解释率为90.12%,对甲烷代谢功能基因和环境因子解释率为87.14%;结构方程建模结果表明,长期有机培肥稻田土壤中mnp和apu基因、mct和rbcL基因、em GDH和pmoA基因分别直接影响碳水解、碳固定和甲烷代谢过程,土壤有机碳、胡敏素和胡富比间接影响碳水解和碳固定基因表达量,胡敏酸、有机碳和胡敏素间接影响甲烷代谢过程功能基因表达量。【结论】长期有机培肥有利于增加南方稻田土壤活性有机碳组分含量,降低碳循环功能基因表达量,提高土壤的稳定性,有助于环境变化中保持农田生产力的稳定。

甲咪唑烟酸对水稻田土壤微生物数量及土壤酶活性的影响

【目的】监测除草剂甲咪唑烟酸对稻田土壤可培养微生物数量、除草剂耐受菌数量及土壤酶活性的影响,为施用除草剂对农田土壤生态的影响提供参考依据。【方法】采用平板计数法监测水直播和旱直播模式稻田土壤可培养微生物及除草剂耐受菌数量。土壤脲酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定,土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定,过氧化物酶活性采用邻苯三酚-乙醚提取法测定,土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定。【结果】在种植一茬水稻后,水直播模式甲咪唑烟酸除草处理土壤过氧化物酶活性显著提升30%,旱直播模式甲咪唑烟酸除草处理脲酶活性显著提升136.2%,酸性磷酸酶活性显著提升9.6%。两种直播模式甲咪唑烟酸除草处理较人工除草处理真菌总数差异不显著。水直播模式甲咪唑烟酸处理细菌总数及除草剂耐受细菌数量分别下降28.7%、29.5%,放线菌总数下降2 4.2%,除草剂耐受放线菌数量下降40.7%;旱直播模式甲咪唑烟酸处理对细菌影响不大,放线菌总数下降26.7%,除草剂耐受放线菌数量下降45.9%。【结论】水直播模式施用甲咪唑烟酸能够有效提升稻田土壤过氧化物酶活性,旱直播模式施用甲咪唑烟酸能够有效提升土壤酸性磷酸酶和脲酶的活性。水直播模式施用甲咪唑烟酸会抑制土壤细菌的生长;无论是水直播模式还是旱直播模式,施用甲咪唑烟酸都会抑制土壤放线菌的生长。

长期培肥降低稻田土壤硝化和反硝化细菌功能基因丰度并减缓氮素周转

【目的】硝化和反硝化细菌在稻田土壤氮循环中起着十分重要的作用。研究长期有机物料还田条件下红壤区稻田土壤硝化和反硝化细菌群落及功能基因丰度,有助于揭示土壤硝化和反硝化过程中的微生物机制,为红壤区稻田氮高效利用和管理提供参考。【方法】基于40年水稻长期施肥定位试验,选择其中的不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、早稻施绿肥紫云英(M1)和早稻施绿肥紫云英+晚稻秸秆还田(M2)处理小区采集土壤样品,利用宏基因组测序和荧光定量PCR技术,通过对典型反硝化细菌nirK、nirS和硝化细菌amoA、hao进行基因标记,分析了土壤硝化和反硝化细菌群落结构和多样性。【结果】nirK、nirS型反硝化细菌和AOB(amoA)、hao细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria)。所有处理中nirK型反硝化细菌的优势属为Ardenticatena菌属、硝化螺菌属(Nitrospira)和罗河杆菌属(Rhodanobacter),且M2处理土壤中罗河杆菌属相对丰度显著高于其他处理(P<0.05)。nirS型反硝化细菌中类固醇杆菌属(Steroidobacter)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)分别在M2和NPK处理中占比最高,分别达到33%和29%。AOB(amoA)细菌中慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)在CK和M1处理中占比最高,分别为30%和32%;变形菌门中的甲基单胞菌属(Methylomonas)在M2处理中占比最大;硝化螺菌属(Nitrospira)在CK处理中的占比显著高于其他处理。hao细菌中地杆菌属(Geobacter)相对丰度在各处理中占比最高。冗余分析显示,土壤速效氮(P=0.002)、有效磷(P=0.006)和有机碳(P=0.002)是nirK型和nirS型反硝化细菌群落组成变化的主导因子,土壤有机碳(P=0.008)、有效磷(P=0.01)、速效钾(P=0.008)是hao细菌群落结构变化的关键因子,速效氮(P=0.004)、有效磷(P=0.004)和全磷(P=0.002)是AOB(amoA)群落结构产生变化的关键因子。Spearman相关性分析表明,土壤有机碳、全氮和铵态氮与功能基因amoA、hao和反硝化功能基因nirK、nirS的丰度都呈现极显著(P<0.01)负相关关系。【结论】土壤有效磷、速效氮和有机碳是影响细菌群落结构的主要环境因子。长期培肥降低了土壤硝化和反硝化功能基因的丰度,减缓了土壤氮素循环的周转,提高了土壤氮素的稳定性。

烟草新型土壤调理剂对植烟沙泥田土壤的改良及应用效果

为研究烟草新型土壤调理剂在植烟沙泥田的改良效果,与传统产品进行比较,了解其对烟草的促进作用以及沙泥田土壤理化性质的影响。通过盆栽试验,比较了烟草新型土壤调理剂和其他3种产品在植烟沙泥田土壤的改良效果。结果表明:(1)新型土壤调理剂促进烟草的生长发育,与对照处理相比,新型土壤调理剂处理的有效叶片数、茎秆鲜重显著增加10.71%、54.3%;同时,单株生物量显著高于对照处理、健地调理剂处理、烟叶宝调理剂处理,达到1604.18 g。(2)新型土壤调理剂处理显著改变了沙泥田土壤理化性状,在移栽前显著提高土壤pH至7.36,土壤速效氮、磷养分含量显著提高22.5%、48.8%。(3)新型土壤调理剂处理显著提高了烟叶的还原糖、钾含量。综上所述,在盆栽试验条件下,以新型土壤调理剂对沙泥田的土壤改良和促进烟草生长效果最好。