论文部分内容阅读
近年来中国化肥过量施用已引起广泛关注,与此同时,有机养分资源利用不足,畜禽有机肥和秸秆还田率低问题突出,由此导致我国肥料利用率低以及出现水体富营养化、温室气体增排、土壤酸化等生态环境问题。研究我国主要有机养分资源利用潜力对于提高肥料利用率、实现养分资源高效利用、保障化肥用量零增长以及保证国家粮食安全具有重大意义。本文在采用国家统计数据并参考相关资料基础上估算了中国畜禽粪肥和秸秆数量及养分资源量,阐明了有机养分资源分布特点以及替代化肥养分的潜力;利用有机肥长期定位试验,采用稳定同位素探针(DNA-SIP)和MiSeq高通量测序,阐释了小麦根际土壤中含有亚硝酸盐还原酶基因nirS和nirK的两种反硝化细菌特征,揭示了有机养分资源利用下重要分子生态过程。研究取得了以下新的进展:1、中国主要农作物秸秆资源量71878.53万t,氮(N)、磷(P205)、钾(K20)养分资源总量分别为625.6万t、197.9万t、1159.5万t,占化肥用量的38.4%、18.9%和85.5%。养分总量排名前四位的为水稻、小麦、玉米和油菜秸秆,分别占养分资源总量的33.1%、14.5%、34.2%和7.6%。秸秆养分总量中氮、磷和钾养分所占百分比分别为31.5%、10.0%和58.5%。我国秸秆全量还田下平均相当于施用养分量为 54.4kgN/hm2、15.5kgP205/hm2和 88.1kgK2O/hm2。2、中国畜禽粪肥总量315835.8万t,N、P2O5、K2O养分资源总量分别为1478.0、901.0 和 1453.9 万 t,占化肥用量的 71.8%、115.7%和 137.4%。畜禽粪肥全部还田下平均相当于施用养分126.7kgN/hm2、77.2kgP2O5/hm2和124.6kgK2O/hm2。N和P205减施量最高的均为华北地区,分别为274.8和206.4万t,K2O减施量最高的为西南地区,减施量为324.5万t。3、长期施用化肥的土壤中,小麦根际13C标记根系分泌物主要被Alcaligenaceae等nirS型反硝化菌和Phyllobacteriaceae等nirK型反硝化菌同化利用;长期施用有机肥促进了反硝化菌对植物源碳的利用,导致13C标记反硝化微生物群落组成更丰富。施肥导致土壤条件改变是决定根际反硝化微生物群落结构的关键因素,而植物根际的影响则很有限。