中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (19): 3843-3855.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.011
张灵菲1,2(), 马垒2, 李玉东2, 郑福丽2, 魏建林2, 谭德水2, 崔秀敏1(
), 李燕2(
)
收稿日期:
2022-11-03
接受日期:
2022-12-31
出版日期:
2023-10-01
发布日期:
2023-10-08
通信作者:
联系方式:
张灵菲,E-mail:zhanglingfei199811@163.com。
基金资助:
ZHANG LingFei1,2(), MA Lei2, LI YuDong2, ZHENG FuLi2, WEI JianLin2, TAN DeShui2, CUI XiuMin1(
), LI Yan2(
)
Received:
2022-11-03
Accepted:
2022-12-31
Published:
2023-10-01
Online:
2023-10-08
摘要:
【目的】研究有机物料与化肥长期配施对土壤细菌群落和酶活性的影响,揭示土壤养分、胞外酶活性与细菌群落之间关系,为制定潮土区小麦玉米轮作制度下长期且合理的施肥策略提供理论依据。【方法】连续10年的定位试验,设置不施肥 (NF)、单施化肥(NPK)、化肥配合秸秆还田(NPKS)、50%的化肥配施6 000 kg·hm-2猪粪(NPKP)和50%的化肥配施6 000 kg·hm-2牛粪(NPKC)等5个处理。【结果】(1)有机物料与化肥长期配施(NPKS、NPKP和NPKC)可显著提高土壤肥力和胞外酶活性,其中NPKC处理提升效果最为显著,土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量和碱性磷酸酶活性较NPK处理提升幅度为13.8%—15.4%、9.7%—15.5%、7.2%—15.9%、13.6%—38.5%和2.5%—13.1%。(2)有机物料与化肥长期配施显著改变了细菌群落结构和组成。与NPK处理相比,小麦季NPKS处理显著上调物种为Aggregatilinea和Parachlamydia,NPKP处理显著提高Pseudomonas、Nonomuraea和Flexilinea丰度,NPKC处理仅Luteitalea丰度显著升高。玉米季NPKS处理显著上调的物种为Phycisphaera和Syntrophothermus,NPKP处理显著提高Gemmatimonas丰度;NPKC处理Aquipuribacter和Desulfosoma丰度显著升高。(3)功能预测结果表明,长期有机物料与化肥配施较单施化肥对土壤碳、氮循环功能有促进作用,尤其NPKC处理对硝化作用、尿素溶解、芳香族化合物的降解、木聚糖分解、纤维素降解作用均有较强的影响。(4)蒙特尔分析表明,土壤pH是潮土细菌群落结构和生态功能的主要调控因素。【结论】有机物料与化肥长期配施(尤其是化肥配施牛粪)可提高土壤肥力和胞外酶活性,增加有益菌群丰度,显著改变细菌群落结构和组成,有利于碳、氮、磷循环,从而促进潮土形成适合作物和细菌生长的环境。
张灵菲, 马垒, 李玉东, 郑福丽, 魏建林, 谭德水, 崔秀敏, 李燕. 有机物料与化肥长期配施对小麦玉米轮作潮土细菌群落和酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3843-3855.
ZHANG LingFei, MA Lei, LI YuDong, ZHENG FuLi, WEI JianLin, TAN DeShui, CUI XiuMin, LI Yan. Effects of Long-Term Synergistic Application of Organic Materials and Chemical Fertilizers on Bacterial Community and Enzyme Activity in Wheat-Maize Rotation Fluvo-Aquic Soil[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(19): 3843-3855.
表1
各处理养分投入情况"
处理 Treatment | 化肥 Chemical fertilizer (N-P2O5-K2O)(kg·hm-2) | 有机肥 Organic fertilizer (N-P2O5-K2O)(kg·hm-2) | 周年养分投入 Annual nutrient input (N+P2O5+K2O)(kg·hm-2) | ||
---|---|---|---|---|---|
小麦Wheat | 玉米Maize | 小麦Wheat | 玉米Maize | ||
NF | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
NPK | 300-120-100 | 250-45-45 | 0 | 0 | 860 |
NPKS | 300-120-100 | 250-45-45 | 0 | 0 | 860+秸秆Straw |
NPKP | 150-60-50 | 125-22.5-22.5 | 68-105-42 | 68-105-42 | 860 |
NPKC | 150-60-50 | 125-22.5-22.5 | 68-108-39 | 68-108-39 | 860 |
表2
不同有机物料与化肥长期配施对土壤养分的影响"
作物季节 Crop season | 处理 Treatment | pH | 有机质 SOM (g·kg-1) | 全氮 TN (g·kg-1) | 全磷 TP (g·kg-1) | 碱解氮 AN (mg·kg-1) | 有效磷 AP (mg·kg-1) | 速效钾 AK (mg·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
小麦季 Wheat season | NF | 8.51±0.03a | 14.10±0.57c | 0.97±0.04c | 0.85±0.04b | 70.26±6.76c | 12.46±2.76c | 218.50±16.58b |
NPK | 8.45±0.03ab | 17.38±0.28b | 1.23±0.07b | 1.08±0.07a | 87.28±6.45b | 49.64±1.72b | 276.00±8.04a | |
NPKS | 8.45±0.03ab | 19.02±0.30a | 1.27±0.11b | 1.00±0.09ab | 97.78±4.51a | 51.14±3.17b | 274.75±14.45a | |
NPKP | 8.37±0.16b | 18.67±0.67ab | 1.29±0.07b | 1.10±0.26a | 95.20±5.58ab | 66.45±6.84a | 270.25±11.38a | |
NPKC | 8.43±0.07ab | 19.81±1.74a | 1.42±0.09a | 1.08±0.07a | 101.15±4.39a | 68.73±1.32a | 286.00±12.06a | |
玉米季 Maize season | NF | 8.93±0.04a | 14.94±0.24d | 1.07±0.02c | 0.83±0.04c | 75.98±2.07d | 4.88±0.32e | 222.75±2.50b |
NPK | 8.74±0.04b | 17.00±0.09c | 1.24±0.03b | 1.03±0.03ab | 96.89±0.69b | 18.07±0.61c | 243.50±2.65a | |
NPKS | 8.75±0.03b | 18.63±0.85b | 1.28±0.00b | 0.99±0.04b | 91.47±0.31c | 14.46±0.59d | 245.75±3.95a | |
NPKP | 8.66±0.03c | 18.54±0.29b | 1.33±0.04a | 1.08±0.03a | 103.20±3.59a | 22.88±0.62a | 239.50±16.42a | |
NPKC | 8.79±0.05b | 19.62±0.56a | 1.36±0.03a | 1.06±0.02a | 103.88±3.25a | 20.52±1.30b | 240.75±6.85a |
[1] |
doi: 10.1038/nature13855 |
[2] |
doi: 10.1038/s41586-018-0386-6 |
[3] |
doi: 10.1007/s00248-017-1110-z pmid: 29188301 |
[4] |
doi: 10.1016/j.apsoil.2015.07.001 |
[5] |
doi: 10.1016/j.apsoil.2021.104115 |
[6] |
张雅丽, 郭晓明, 胡慧, 郭暖, 徐小涛, 李建林. 牛粪还田对土壤微生物群落特征的影响. 环境科学, 2023, 44(3): 1792-1800.
|
doi: 10.1021/es903455p |
|
[7] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2015.05.007 |
[8] |
doi: 10.3389/fmicb.2017.00187 pmid: 28232824 |
[9] |
赵凤艳, 张勇勇, 张玥琦, 张天实, 张国显, 张慧, 杨丽娟. 有机物料对设施番茄长期连作土壤细菌群落结构的影响. 生态学杂志, 2019, 38(6): 1732-1740.
|
|
|
[10] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2015.07.018 |
[11] |
敖金成, 李博, 阎凯, 李永梅. 连作对云南典型烟区植烟土壤细菌群落多样性的影响. 农业资源与环境学报, 2022, 39(1): 46-54.
|
|
|
[12] |
doi: 10.1038/s41598-018-34685-0 pmid: 30410029 |
[13] |
doi: 10.1016/j.eja.2021.126332 |
[14] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2019.107679 |
[15] |
鲍士旦. 土壤农化分析. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000.
|
|
|
[16] |
doi: 10.2136/sssaj2016.09.0280 |
[17] |
doi: 10.1126/science.1182570 pmid: 20150447 |
[18] |
doi: 10.1080/00103624.2020.1763394 |
[19] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2018.02.035 |
[20] |
温延臣, 李海燕, 袁亮, 徐久凯, 马荣辉, 林治安, 赵秉强. 长期定位施肥对潮土剖面养分分布的影响. 中国农业科学, 2020, 53(21): 4460-4469. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.014.
|
|
|
[21] |
刘国辉, 买文选, 田长彦. 施用有机肥对盐碱土的改良效果:Meta分析. 农业资源与环境学报, 2023, 40(1): 86-96.
|
|
|
[22] |
doi: 10.1016/j.agee.2015.09.028 |
[23] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2010.04.029 |
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
doi: 10.3390/microorganisms10050958 |
[27] |
杨旭, 刘海林, 黄艳艳, 杨红竹, 贝美容, 林清火. 有机无机复混肥施用量对热带水稻土微生物群落和酶活性的影响. 植物营养与肥料学报, 2021, 27(4): 619-629.
|
|
|
[28] |
doi: 10.1371/journal.pone.0261387 |
[29] |
doi: 10.2323/jgam.55.267 |
[30] |
|
[31] |
doi: 10.1016/j.ecoenv.2019.02.060 |
[32] |
田美, 刘汉湖, 申欣, 赵方庆, 陈帅, 姚永佳. 百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组的生物多样性及功能分析. 环境科学, 2015, 36(5): 1739-1748.
|
|
|
[33] |
doi: 10.1099/ijsem.0.001827 |
[34] |
doi: 10.1099/ijs.0.000269 |
[35] |
doi: 10.1007/s10482-011-9675-x |
[36] |
doi: 10.1099/ijs.0.034751-0 |
[37] |
doi: 10.1007/s10532-022-09980-3 pmid: 35482264 |
[38] |
doi: 10.1016/S2095-3119(17)61740-4 |
[39] |
李胜君, 胡菏, 李刚, 王蕊, 赵建宁, 张贵龙, 修伟明. 化肥减量与有机物料添加对华北潮土微生物氮循环功能基因丰度和氮转化遗传潜力的影响. 环境科学, 2022, 43(10): 4735-4744.
|
|
|
[40] |
doi: 10.1007/s42832-021-0121-3 |
[41] |
doi: 10.1038/ismej.2010.58 |
[42] |
doi: 10.1007/s00248-014-0530-2 pmid: 25395291 |
[43] |
林惠瑛, 周嘉聪, 曾泉鑫, 孙俊, 李锦隆, 刘苑苑, 谢欢, 吴玥, 张秋芳, 崔琚琰, 程栋梁, 陈岳民. 武夷山黄山松林土壤细菌群落特征沿海拔梯度的分布模式. 生态学杂志, 2022, 41(8): 1482-1492.
|
|
|
[44] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2016.08.013 |
[45] |
刘泽勋, 庄家尧, 刘超, 郑康, 陈玲. 大同铅锌尾矿不同污染程度土壤细菌群落分析及生态功能特征. 环境科学, 2023, 44(7): 4191-4200.
|
doi: 10.1021/es100205t |
|
[46] |
doi: 10.1186/s12866-022-02452-x pmid: 35109809 |
[47] |
doi: 10.1111/ele.2017.20.issue-10 |
[1] | 王飞, 李清华, 何春梅, 游燕玲, 黄毅斌. 长期施肥对黄泥田土壤团聚体中氮素积累和有机氮组成的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1718-1728. |
[2] | 韩紫璇, 房静静, 武雪萍, 姜宇, 宋霄君, 刘晓彤. 长期秸秆配施化肥下土壤团聚体碳氮分布、微生物量与小麦产量的协同效应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1503-1514. |
[3] | 王宁, 冯克云, 南宏宇, 丛安琪, 张铜会. 水分亏缺下有机无机肥配施比例对棉花水氮利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1531-1546. |
[4] | 李浩, 陈金, 王洪亮, 柳开楼, 韩天富, 都江雪, 申哲, 刘立生, 黄晶, 张会民. 红壤性水稻土有机无机复合体中碳氮特征对长期施肥的响应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1333-1343. |
[5] | 董秀, 张燕, MUNYAMPIRWA Tito, 陶海宁, 沈禹颖. 长期保护性耕作对黄土高原旱作农田土壤碳含量及转化酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 907-919. |
[6] | 刘淑军, 李冬初, 黄晶, 曲潇林, 马常宝, 王慧颖, 于子坤, 张璐, 韩天富, 柳开楼, 申哲, 张会民. 近30年来我国小麦和玉米秸秆资源时空变化特征及还田减肥潜力[J]. 中国农业科学, 2023, 56(16): 3140-3155. |
[7] | 刘高远, 和爱玲, 杜君, 吕金岭, 聂胜委, 潘秀燕, 许纪东, 李珏, 杨占平. 有机肥替代化肥对砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统N2O排放的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(16): 3156-3167. |
[8] | 马小艳, 杨瑜, 黄冬琳, 王朝辉, 高亚军, 李永刚, 吕辉. 小麦化肥减施与不同轮作方式的周年养分平衡及经济效益分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(8): 1589-1603. |
[9] | 张家桦,杨恒山,张玉芹,李从锋,张瑞富,邰继承,周阳晨. 不同滴灌模式对东北春播玉米籽粒淀粉积累及淀粉相关酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(7): 1332-1345. |
[10] | 李晓立,何堂庆,张晨曦,田明慧,吴梅,李潮海,杨青华,张学林. 等氮量条件下有机肥替代化肥对玉米农田温室气体排放的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(5): 948-961. |
[11] | 张学林, 吴梅, 何堂庆, 张晨曦, 田明慧, 李晓立, 侯小畔, 郝晓峰, 杨青华, 李潮海. 秸秆分解对两种类型土壤无机氮和氧化亚氮排放的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(4): 729-742. |
[12] | 朱长伟,孟威威,石柯,牛润芝,姜桂英,申凤敏,刘芳,刘世亮. 不同轮耕模式下小麦各生育时期土壤养分及酶活性变化特征[J]. 中国农业科学, 2022, 55(21): 4237-4251. |
[13] | 相玉婷, 王晓龙, 胡新中, 任长忠, 郭来春, 李璐. 燕麦品种间脂肪酶活性差异及低脂肪酶优质品种的预测[J]. 中国农业科学, 2022, 55(21): 4104-4117. |
[14] | 张川,刘栋,王洪章,任昊,赵斌,张吉旺,任佰朝,刘存辉,刘鹏. 不同时期高温胁迫对夏玉米物质生产性能及籽粒产量的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(19): 3710-3722. |
[15] | 夏芊蔚,陈浩,姚宇阗,笪达,陈健,石志琦. “优标”水稻体系对稻田土壤环境的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(17): 3343-3354. |
|