施氮量对冬小麦土壤微生物群落及理化性质的影响

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jst1984
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氮肥对于小麦的生长及产量至关重要,然而氮肥的过量施用会造成麦田土壤营养过剩以及对地下水等的污染,并且土壤的理化指标也会随着施氮量的不同而发生变化,这主要是由于土壤生态系统发生了改变,从而对土壤微生物群落及其理化性质造成影响,因此通过对土壤微生物群落和理化性质的研究,进而可以多角度、多层次的了解土壤营养状况。为此,本试验设置了5个施氮梯度0(N0,对照)、90(N6)、180(N12)、240(N16)、300(N20)kg N·hm-2,结合高通量测序技术,研究了黄土高原地区不同施氮量对小麦耕层土壤微生物群落及理化性质的影响,以期为该地区施肥决策的制定以及土壤生态系统的可持续提供理论依据。(1)不同施氮量处理下的p H和全碳均有显著差异。土壤容重随着施氮量的增加呈下降趋势。土壤重量含水率、土壤总孔隙度和土壤充气孔隙度则随施氮量的增加呈上升趋势。土壤三相比显示随着施氮量的增加固相比例逐渐减小,液相和气相比例逐渐增加,当施氮量超过N12处理时,三相比没有明显变化。(2)N12处理下的1-5mm粒径中水稳性团聚体的占比高于其它处理,而N16处理下的0.25-1mm粒径中水稳性团聚体的占比低于其它处理。平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)随施氮量的增加呈先增加后减小的趋势,N12处理下的MWD和GMD高于其它处理。N0处理下的稳定率最大,破坏率最小,而N20处理与之相反。(3)土壤磷酸酶和脲酶的活性在整个生育期均呈先增加后减小的趋势,均在开花期达到最大;而土壤蔗糖酶活性呈减小的趋势,在越冬期达到最大。除开花期的脲酶和成熟期的蔗糖酶以外,其它时期均在N12处理下发现较高的土壤酶活性。(4)施氮量对土壤微生物多样性指数有显著影响,N12处理下的细菌、氨氧化古菌(AOA)、nif H和nir K型细菌的Chao1和ACE指数均显著高于其它处理;除了nir K型细菌,N12处理下的Shannon指数显著高于其他处理;N12处理下的AOA的Simpson指数显著高于高氮处理。(5)在不同施氮量处理的细菌、nif H型和nir K型细菌群落门和纲水平的优势类群中均发现了变形菌。在细菌的门水平发现酸杆菌门和绿弯菌门的相对丰度在N0处理中显著高于其他处理,N12处理显著提高了变形菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门和Rokubacteria的相对丰度,N16处理显著提高放线菌门的相对丰度;在AOA门水平中发现,N20处理显著提高了奇古菌的相对丰度;而在nif H型和nir K型细菌门水平未发现显著差异。(6)聚类分析发现AOA、nif H和nir K型细菌在N12处理下都独自分布于一个聚类,细菌的N12处理虽然不在一个单独的聚类中,但是N12和N0、N6距离较远;主成分分析与聚类分析结果相似。冗余分析表明土壤充气孔隙度和GMD显著影响了细菌群落结构,土壤GMD、MWD和团聚体稳定率显著影响了AOA群落结构,GMD显著影响了nir K型反硝化细菌群落结构,p H和全碳显著影响了nif H型固氮细菌群落结构(门水平)。相关性分析表明细菌多样性与产量呈显著正相关,AOA多样性与p H呈显著负相关,nir K型细菌多样性与土壤全碳呈显著正相关。(7)施氮处理的穗数、千粒重和产量均显著高于不施氮处理,N12、N16、N20处理间的穗数和产量差异不显著。千粒重随施氮量的增加呈先增加后减小的趋势。穗粒数与p H和容重呈显著负相关,与GWC和土壤总孔隙度呈显著正相关。综合本研究结果表明,施氮量为180 kg N·hm-2时,可以提高产量和土壤肥力,有效改善土壤微生物群落结构,为维持生态系统平衡奠定基础。
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