连续12年施用生物炭土壤微生物群落结构特征及其非生物学影响因子研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjh901223
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生物炭作为一种新兴的土壤培肥材料,在很多研究中已经体现出对于土壤碳库、土壤养分释放和土壤生物学上的益处。但是,目前缺乏生物炭与传统土壤培肥材料(玉米秸秆、猪粪堆肥)的比较研究,尤其是缺乏长期定位试验支撑的相关研究。因此,为了比较生物炭与传统土壤培肥材料(玉米秸秆、猪粪堆肥)对于土壤生物学和非生物学因子的长期效应,开展了本项研究。选择生物炭的两种利用方式,即作为土壤改良剂直接施用和作为化肥缓释增效载体施用,以两种传统土壤培肥材料,即玉米秸秆和猪粪堆肥,作为对照,设置田间微区定位试验。定位试验始于2009年,试验设置4个处理:玉米秸秆+NPK(CS)、猪粪堆肥+NPK(PMC)、生物炭+NPK(BIO)和生物炭基肥(BF),种植作物为花生。在连续施用12年后,于2020年花生播种前采集0-20cm土层土壤,测定常规土壤理化指标以及土壤团聚体组成,并且利用扩增子测序获得真菌和细菌群落组成,研究连续12年施用不同有机物料条件下,土壤细菌、真菌群落结构特征及其与土壤理化性质之间的关系,明确生物炭与传统有机培肥方式之间以及生物炭的两种利用方式之间的土壤肥力及微生物群落差异,为揭示生物炭培肥土壤的机理提供理论参考。主要研究结果如下:(1)与试验前相比,各种有机物料长期与化肥配施均能显著提高土壤p H、有机碳、碱解氮、有效磷含量。连续施用12年后,与猪粪堆肥相比,生物炭和炭基肥显著降低了土壤全氮含量但未显著改变土壤全磷含量。两种传统的有机物料相比,以猪粪堆肥对上述指标的提升和改善效率更高。施用生物炭、炭基肥和玉米秸秆处理的土壤理化性质较为相近,且最不同于施用猪粪堆肥。(2)连续施用12年后,生物炭和炭基肥相比于传统培肥方式(玉米秸秆和猪粪堆肥),降低了土壤真菌alpha多样性,并且形成了各自显著区别于其他处理的真菌群落,施用猪粪堆肥土壤真菌群落与其他处理差异最大。相比于施用玉米秸秆,施用生物炭和炭基肥显著降低了担子菌门的相对丰度。相比于施用猪粪堆肥,施用生物炭显著降低了被孢菌门的相对丰度。施用生物炭和炭基肥的Fusarium和Fusicolla的相对丰度高于CS处理,而Acrophialophora、Guehomyces和Solicoccozyma低于CS处理。施用生物炭的Auxarthron、Plectosphaerella和Gibberella的相对丰度高于其他处理。土壤MWD、p H和碱解氮含量能够较好地解释门水平下土壤真菌组成的变异。土壤MWD和碱解氮含量能够较好地解释属水平下真菌组成的变异。施用炭基肥相比于玉米秸秆,能够降低病原体真菌的相对丰度;相比于玉米秸秆和生物炭,能够增加共生真菌的相对丰度。(3)连续施用12年后,生物炭和炭基肥相比于传统培肥方式(玉米秸秆和猪粪堆肥),降低了土壤细菌alpha多样性。施用生物炭条件下土壤细菌群落与其他处理差异最大。施用生物炭相比于其他处理,显著增加了变形菌门、芽单胞菌门和Sphingomonas的相对丰度,但显著降低了RB14的相对丰度。施用炭基肥相比于玉米秸秆,显著降低了Gaiella的相对丰度,且相比于猪粪堆肥,显著降低了Bryobacter的相对丰度。土壤p H、MWD、全氮和碱解氮含量能够较好地解释门水平下土壤细菌组成的变异。土壤有机碳、p H和MWD能够较好地解释属水平下土壤细菌组成的变异。综上所述,生物炭无论是直接施用还是作为肥料缓释增效载体施用,对于土壤肥力的提升作用虽不及猪粪堆肥,但与玉米秸秆相近。施用生物炭和炭基肥相比于传统培肥方式(玉米秸秆和猪粪堆肥),降低了土壤真菌和细菌alpha多样性。施用生物炭和炭基肥土壤真菌群落与施用玉米秸秆差异较小,与施用猪粪堆肥差异最大。施用不同有机物料土壤真菌群落差异与土壤理化性质,即MWD、p H和碱解氮含量密切相关。炭基肥能够优化土壤真菌组成,即减少病原真菌,增加共生真菌。施用生物炭土壤细菌群落与其他处理差异最大,施用不同有机物料的土壤细菌群落差异与土壤p H、MWD、有机碳、全氮含量密切相关。
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