论文部分内容阅读
研究长期施肥对农田土壤有机质及微生物生物量碳氮磷化学计量比的影响,对于深刻认识农田土壤有机碳和养分循环及其相互作用过程具有重要理论和实践意义。基于生态化学计量学的理论方法,依托吉林省公主岭26年的黑土农田长期定位施肥试验,分析长期不同施肥条件下“土壤—有机质—微生物生物量”碳氮磷化学计量学特征。同时,基于界限分析的方法,大数据分析全国范围内不同气候和施肥措施对土壤微生物生物量碳、氮的特征及其容量的影响。长期定位施肥试验结果表明,与撂荒处理(Fallow)相比,长期施用化肥(N、NP、PK、NPK)显著降低土壤C:N比,磷肥(化肥磷和有机磷)的施用使土壤C:P比和N:P比显著降低。长期施用化肥磷(NP、PK、NPK)显著提高了微生物生物量C:N比,长期秸秆还田处理下(SNPK),土壤磷素对微生物造成养分限制。因为农田土壤微生物生物量碳氮磷比不具有内稳性特征,所以土壤碳氮磷元素的改变会直接导致微生物群落结构发生变化,进而微生物生物量碳氮磷化学计量比发生改变。其中土壤有机碳(SOC)、有效磷(AP)和pH对土壤微生物群落的生长发育起着关键限制作用(有效磷有助于细菌的生长,pH对真菌的影响更显著),但土壤有机质碳氮磷计量比更多是受到微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷、作物吸氮量、作物吸磷量及某些微生物种群的影响。土壤微生物C:N、C:P、N:P比与有机质C:N、C:P、N:P比无直接显著相关性,但不同微生物种群对土壤有机质C:N比和N:P比有不同的显著影响。长期化肥处理导致土壤营养环境的恶化,不利于微生物群落的生长发育,而化肥配施有机物料(秸秆和有机肥)对于提高土壤微生物群落多样性、微生物种群含量和有机质碳氮磷化学计量比的平衡均具有重要作用。大样本数据分析结果表明:长期施用有机肥条件下,土壤微生物生物量碳、氮对有机碳和全氮增加的响应系数分别为24.6和28.7,显著高于化肥或不施肥条件(分别为18.3和17.9)。不同气候条件下土壤SMBC/SOC和SMBN/TN均存在显著差异,其中,中温带半干旱半湿润区SMBC/SOC的中值最高为2.67%,其次为亚热带湿润区(2.44%)和暖温带湿润区(2.31%),中温带湿润区最低为1.48%;SMBN/TN的中值大小顺序为:暖温带湿润区(4.05%)>中温带半干旱半湿润区(3.50%)>亚热带湿润区(2.99%)>中温带湿润区(1.92%)。不同施肥条件下土壤SMBC/SOC和SMBN/TN中值无显著差异,二者变化范围分别为0.35%-6.50%和0.50%-9.72%。界限分析结果显示,不同施肥措施下SMBC对SOC增加响应的最大值为26.4-31.9,SMBN对TN的最大响应系数为46.4-50.4,当前平均水平分别相当于该最大值的67.0%和46.3%。表明气候对土壤微生物生物量碳、氮所占比例具有显著影响,不同施肥模式虽然不能显著改变微生物生物量碳、氮的比例,但有机肥的施用对微生物生物量碳、氮的提升效果显著高于化肥或不施肥。该结果对于土壤生物肥力的调控有重要指导意义。