磷肥用量对膜下滴灌棉花磷素吸收和土壤微生物群落结构的影响

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棉花生产过程中需要长期施用磷肥,导致土壤中的磷素不断累积,造成资源浪费和作物减产的风险,本研究结合新疆膜下滴灌棉花进行连续2年田间试验,设置五个不同施磷水平处理:0kg·hm-2(P0);75kg·hm-2(P1);150 kg·hm-2(P2);300 kg·hm-2(P3)和450 kg·hm-2(P4),分析长期不同施磷水平下土壤养分变化、棉花生长和养分吸收积累规律以及土壤微生物群落特征,探索土壤中微生物对施磷的响应和棉花磷素高效吸收的机制,为合理施用磷肥,充分挖掘土壤微生物功能,促进绿色农业生产提供理论支持。主要研究结果如下:(1)施用磷肥可使土壤p H降低和电导率升高,随着棉花生育期的后移电导率呈下降的趋势;2020年和2021年土壤有效磷含量分别在P3和P4处理下最高,随着土层深度的增加有效磷含量呈下降的趋势;2020年和2021年土壤全磷分别在P3和P4处理显著增加,较P0处理分别增加了21.1%和32.7%,随着土层深度的增加土壤全磷呈下降的趋势;连续两年土壤全氮含量均在P3处理达到峰值,碱解氮和有机质均在P2处理显著增高,与P0处理相比全氮、碱解氮和有机质含量分别平均增加了42.1%、51.8%和31.4%;连续两年棉花生育期间不同施磷处理下土壤无机磷形态中Ca10-P含量最高,在生育期间较为稳定无显著变化,土壤Ca2-P含量均在P4处理达到最高,较P0处理分别增加了56.3%和60.2%,O-P和Ca8-P含量同样在P4处理达到峰值,作为中等有效磷源的Al-P和Fe-P含量分别在P2和P4处理最高。(2)不同施磷水平对膜下滴灌棉花干物质量和产量构成因素有显著的影响,2020年和2021年单铃重分别在P3和P2处理下最高,与P0处理相比分别平均增加了8.1%和11.9%;单铃数均在P2处理下最高,与P0处理相比分别增加了16.5%和44.1%;棉花产量均在P2处理达到最高值,与P0处理相比分别增产了19.7%和13.5%。在不同施磷处理下棉花植株各器官磷素分配大致表现为铃>茎>叶>根系,2020年苗期、花铃期和吐絮期棉花植株整株磷素积累量均在P3处理下达到最高,与P0处理相比各时期分别增加了6.2%、42.5%和55.5%;2021年棉花植株磷素分配总体规律与2020年基本一致,生育期间整株磷素积累量均在P2处理显著增加,与P0处理相比各时期分别增加了53.5%、60.2%和43.4%。棉花氮素分配总体规律与磷素相似,连续两年的棉花生育期内整株氮素积累量均在P3处理下显著增加,与P0处理相比各时期分别平均增加了46.5%、49.1%和54.1%。(3)增施磷肥较P0处理均提高了土壤微生物碳、磷含量,2020年和2021年棉花不同生育期土壤微生物量碳、磷均在P2和P3处理显著增加。在细菌优势菌群中,检测出2个优势菌门分别是变形菌门(平均相对丰度59.7%)和放线菌门(平均相对丰度14.1%),3个优势菌纲分别是γ-变形菌纲、α-变形菌纲和β-变形菌纲,3个优势菌属分别是中华根瘤菌属、糖多孢菌属和链霉菌属。在真菌优势菌群中,检测出3个优势菌门分别是子囊菌门(平均相对丰度86.7%)、担子菌门和被孢霉菌门,3个优势菌纲分别是子囊菌纲、锤舌菌纲和座囊菌纲,2个优势菌属分别是头束霉属和假裸囊菌属。从多样性分析中得出,施用磷肥可以增加土壤细菌和真菌群落的丰富度和多样性,但影响不显著。RDA分析结果表明,土壤p H、有效氮磷和全量氮磷含量是影响土壤微生物群落结构的重要环境因子。
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