化肥减量配施有机肥对采煤塌陷区复垦土壤熟化的影响

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试验研究了化肥减量配施有机肥对晋东南采煤塌陷区复垦土壤、作物和微生物的影响,旨在为改良和加速复垦土壤熟化提供理论依据。本试验采用牛粪作为供试有机肥,设置5个有机肥替代比例(0%、30%、50%、70%、100%),分别是单施化肥(W)、70%化肥+30%有机肥(70W+30M)、50%化肥+50%有机肥(50W+50M)、30%化肥+70%有机肥(30W+70M)、单施有机肥(M)。通过油菜盆栽试验,研究等氮磷钾用量条件下不同比例有机肥替代化肥对不同时期复垦土壤理化性质、酶活性和油菜生长的影响,同时采用高通量测序技术对复垦土壤中微生物群落构成进行分析,并评价微生物群落结构变化与土壤理化性质和酶活性的相关性。(1)不同时期施肥整体上均提高复垦土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷含量。第30天,化肥有机肥配施处理与W处理和M处理相比显著提高土壤有机质、全氮和速效钾含量,配施处理间差异不显著;30W+70M处理相比其他施肥处理显著提高速效钾含量,较CK提高了37.27%,同时显著降低了含水率;W处理相比其他施肥处理显著降低了p H,较CK降低了0.19个单位;M处理相比其他施肥处理显著提高了碱解氮和有效磷含量,显著降低了硝态氮含量。第50天,M处理土壤含水率、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、铵态氮和硝态氮含量均最高,且显著降低了p H;30W+70M处理对全氮含量提高效果最显著,较CK提高了17.85%。(2)不同时期施肥均提高复垦土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性。第30天,M处理提高脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性效果最显著,较CK分别提高了17.14%、16.85%、12.37%和33.21%。第50天,50W+50M处理和30W+70M处理的脲酶和过氧化氢酶活性与其他施肥处理相比影响效果最显著,两者间差异不显著;M处理的蔗糖酶活性提高效果最显著;施用化肥处理较CK均显著提高碱性磷酸酶活性,提高幅度为12.72%~21.09%,处理间差异不显著。(3)油菜生长第30天,化肥有机肥配施处理较CK均显著提高株高、根长、鲜重、干重和全钾含量,30W+70M处理提高效果最好;W处理的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量提高效果最好;50W+50M对还原型Vc提高效果最显著,但与30W+70M处理相比差异不显著;M处理硝酸盐含量降低效果最显著。油菜生长第50天,70W+30M和50W+50M处理显著提高株高、鲜重、干重、叶绿素和全钾含量,显著降低了硝酸盐含量,两者间差异不显著,其中70W+30M处理硝酸盐含量最低,较CK降低了80.73%,且株高、叶绿素a、总叶绿素和全钾含量显著高于50W+50M处理。(4)化肥减量配施有机肥能改变复垦土壤细菌群落结构。30W+70M处理细菌OT U数量最多,达2797种;M处理特有OTU数量最多,达515种,其Shannon指数和S impson指数均最高,分别为9.3932和0.9954;变形菌门在复垦土壤细菌群落中占优势地位(37.16%~51.72%),W处理变形菌门和放线菌门的相对丰度最高,30W+70M处理芽单胞菌门相对丰度最高;M处理促进了相对丰度较低的菌门的繁殖,且与其他处理的细菌群落在门水平上结构组成相似度最低。各处理在细菌门水平上根据PCA1轴排序:M>30W+70M≈CK>50W+50M>70W+30M>W,同时拟杆菌门相对丰度与PCA1轴呈最大正相关(r=0.9160),变形菌门相对丰度与PCA1轴呈最大负相关(r=-0.9018)。(5)化肥减量配施有机肥能改变复垦土壤真菌群落结构。M处理真菌OTU数量和特有OTU数量最多,分别为269和55种,其Shannon指数和Simpson指数均最高,分别为5.0042和0.9246;子囊菌门在复垦土壤真菌群落中占优势地位(24.62%~66.24%);M和50W+50M处理的真菌群落在门水平上结构组成相似度最接近。各处理在真菌门水平上根据PCA1轴排序:30W+70M>W>M≈50W+50M>70W+30M>CK,新丽鞭毛菌门相对丰度与PCA1轴呈最大正相关(r=0.9265),子囊菌门相对丰度与PCA1轴呈最大负相关(r=-0.7879)。(6)通过Spearman双变量相关分析和方差膨胀因子对环境因子进行筛选和检验。土壤理化因子与细菌群落RDA图前两轴累计解释量达86.39%,铵态氮(F=4.8,P=0.016)的解释度和贡献度分别达到54.6%、55.9%,因此铵态氮是造成土壤细菌群落相对丰度差异的主导因子;蔗糖酶(F=3,P=0.092)在土壤酶活因子与细菌群落RDA图的解释度和贡献度分别达42.7%和47.4%,但未达显著水平;含水率(r=0.9232)在土壤理化因子与真菌群落RDA图与第二轴呈正相关,但第二轴解释度只有17.73%;土壤酶活因子与真菌群落RDA图前两轴累计解释量为31.92%,不足50%。(7)本研究说明化肥减量配施有机肥可以有效培肥复垦土壤并促进油菜生长,为改良和加速土壤熟化提供一定的理论依据。其中30W+70M和M处理有利于改良土壤理化性质,提高土壤酶活性,改变微生物群落结构,30W+70M有利于油菜前期生长,70W+30M有利于油菜后期生长发育,因此认为30%化肥+70%有机肥是最佳肥料配施比例。
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