





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] | 袁浩亮, 聂军, 黎鹏, 鲁艳红, 廖育林, 徐昌旭, 李忠义, 曹卫东, 张江林. 紫云英与稻草联合利用对南方稻区土壤磷库组成及磷素活化的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1480-1491. |
| [2] | 王佳诺, 陈桂平, 李盼, 王丽萍, 南运有, 何蔚, 樊志龙, 胡发龙, 柴强, 殷文, 赵连豪. 免耕地膜两年覆盖提高绿洲灌区玉米产量的灌浆期光合生理机制[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1189-1202. |
| [3] | 李星宇, 黄容, 鲜一鸣, 田娇娇, 马晓瑾, 杨乔茜, 李冰, 王昌全. 稻田土壤不同粒级团聚体有机碳组分及CO2排放对长期施肥的响应[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1255-1271. |
| [4] | 李永娟, 张悦彤, 王艺博, 赵长江, 宋洁, 陈雪丽, 姚钦. 生物炭施用对大豆轮连作系统土壤固氮微生物nifH基因丰度及群落组成的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1272-1285. |
| [5] | 魏圆慧, 余益辉, 李子钧, 丁文杰, 涂文龙, 毛艳玲. 长期施肥对黄泥田土壤有机碳化学结构与固碳细菌群落结构的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 1020-1033. |
| [6] | 严艳鸽, 张水勤, 许猛, 徐久凯, 李燕婷, 赵秉强, 袁亮. 葡聚糖改性尿素在潮土中的转化特征[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 1048-1059. |
| [7] | 温玉斌, 白珊珊, 蔡泽江, 孙楠, 徐明岗. 有机物料对土壤微生物量的影响及其酸度调节机理[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 834-849. |
| [8] | 王仁卓, 李玥颖, 黄绍敏, 姜桂英, 张琦, 刘超麟, 杨锦, 王梦茹, 王贝贝, 刘芳, 郭斗斗, 介晓磊, 宋练, 刘世亮. 长期有机无机肥配施对潮土细菌群落结构、生态网络及关键物种的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 354-367. |
| [9] | 吕旭东, 孙世媛, 李亚楠, 刘玉龙, 王艳群, 付鑫, 张佳英, 宁鹏, 彭正萍. 智能机械化分层施肥对麦田根-土养分分布和小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 129-146. |
| [10] | 白雨欣, 刘灵芝, 安婷婷, 李双异, 汪景宽. 长期不同施肥对棕壤细菌群落结构和碳代谢功能的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1579-1590. |
| [11] | 陈桂平, 李盼, 邵冠贵, 吴霞玉, 殷文, 赵连豪, 樊志龙, 胡发龙. 减量灌水与有机无机肥配施对青贮玉米吐丝期后叶片持绿特性的调控作用[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1381-1396. |
| [12] | 黄少辉, 杨慧敏, 杨军芳, 杨文方, 聂浩亮, 张静, 邢素丽, 王敬霞, 杨云马, 贾良良. 磷肥长期施用对石灰性褐土团聚体中磷形态及磷酸酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 943-955. |
| [13] | 李建昆, 彭超, 张子扬, 梁茜, 魏鸣康, 杨强, 李斌奇, Muhammad Moaaz Ali, Viola Kayima, 陈发兴, 邓红红. ‘皇冠’李果实空腔褐变与木质素积累的关系及其4CL基因家族鉴定[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 759-778. |
| [14] | 罗一诺, 李艳霏, 李文虎, 张思琦, 牟文燕, 黄宁, 孙蕊卿, 丁玉兰, 佘文婷, 宋文斌, 李小涵, 石美, 王朝辉. 我国新育成小麦品种(系)籽粒不同部位铁含量及影响因素[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 416-430. |
| [15] | 房康睿, 丁世杰, 陈雨珊, 杨秉庚, 郭腾飞, 徐新朋, 赵士诚, 王秀斌, 黄绍敏, 仇少君, 何萍, 周卫. 有机无机肥配施下典型潮土小麦季有机肥氮磷的当季释放率[J]. 中国农业科学, 2025, 58(24): 5234-5246. |
|
||