【摘 要】
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红壤水稻土是我国南方地区常见的农业土壤耕作类型,实现该区稻米丰产对全国粮食形势至关重要。然而,红壤贫瘠已成为限制该区域作物产量的关键瓶颈。秸秆还田和种植利用绿肥是培肥改良红壤水稻土的重要措施,大量研究表明二者单独还田可有效改善土壤肥力,促进作物生长。但不同类型的有机物料各具独特性质,因此单独施用往往存在一定缺陷。当前晚稻留茬机收的生产方式为第二年早稻种植前的稻茬与紫云英的联合施用提供了可能,但是目
【基金项目】
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江西省现代农业科研协同创新专项(JXXTCXQN202008);
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红壤水稻土是我国南方地区常见的农业土壤耕作类型,实现该区稻米丰产对全国粮食形势至关重要。然而,红壤贫瘠已成为限制该区域作物产量的关键瓶颈。秸秆还田和种植利用绿肥是培肥改良红壤水稻土的重要措施,大量研究表明二者单独还田可有效改善土壤肥力,促进作物生长。但不同类型的有机物料各具独特性质,因此单独施用往往存在一定缺陷。当前晚稻留茬机收的生产方式为第二年早稻种植前的稻茬与紫云英的联合施用提供了可能,但是目前关于二者联合施用对土壤肥力、作物产量的研究较少,尤其是对土壤微生物群落的影响尚不明确。土壤微生物群落是农田生态系统的关键组分,与土壤肥力、作物健康及生产能力密切相关。探明不同的农业管理措施对土壤肥力、微生物群落和作物生产力的影响可能为农业可持续发展提供理论依据。本研究依托网室盆栽试验,选用我国南方地区典型的红壤水稻土开展研究,设单施化肥(CK)、紫云英单独还田(MV)、低量(10 cm)稻茬与紫云英联合施用(S1MV)、高量(30 cm)稻茬与紫云英联合施用(S2MV)4个处理,分别在水稻分蘖期(TS)、抽穗期(HS)和成熟期(MS)3个时期进行土壤取样。采用高通量测序技术(Illumina Mi Seq)和生物信息学分析方法研究稻茬与紫云英联合施用对土壤养分、微生物生物量和作物产量的影响,进一步探索了土壤细菌和真菌的多样性及群落结构对稻茬-紫云英联合施用的响应。研究结果如下:(1)稻茬-紫云英联合施用促进养分循环、改善土壤肥力、增加土壤微生物生物量、提高水稻产量。与对照相比,紫云英单独还田导致水稻产量显著降低53.7%,而稻茬与紫云英联合施用(S1MV和S2MV)均显著提高水稻产量,增幅可达8.12%、83.3%,其中S2MV处理相较于S1MV处理显著提升水稻产量75.2%。与对照相比,紫云英单独还田对土壤NH4+、NO3-、SOC和MBC含量没有显著影响,而稻茬与紫云英联合施用(S1MV和S2MV)显著增加了上述指标含量,仍以S2MV处理效果最好。与对照相比,紫云英单独还田使土壤TN、AN和MBN含量明显提高,最高增幅达4.05%、11.1%、43.2%,而稻茬与紫云英联合还田(S1MV和S2MV)使土壤TN、AN和MBN含量提高了3.44%~7.51%、13.3%~22.2%、8.99%~88.9%,同样以S2MV处理效果最好。(2)稻茬-紫云英联合施用对红壤水稻土细菌群落产生显著影响。稻茬与紫云英联合施用(S1MV和S2MV)显著改变了分蘖期、抽穗期和成熟期土壤细菌群落组成。Mantel检验发现水稻不同生育期土壤细菌群落组成差异受不同因素影响。土壤TN、NH4+和AN含量分别是分蘖期、抽穗期和成熟期最显著影响细菌群落组成的环境因子。与对照相比,紫云英单独还田显著降低分蘖期变形菌门(Proteobacteria),抽穗期绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria),成熟期蓝细菌(Cyanobacteria)的相对丰度;高量稻茬与紫云英联合施用显著增加分蘖期放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes),抽穗期变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes),成熟期变形菌门(Proteobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)的相对丰度。S2MV处理还显著增加了作物有益细菌类群(拟杆菌属Bacteroides、Hydrogenispora、苯基杆菌属Phenylobacterium和甲基杆菌属Methylobacterium)的相对丰度,因此高量稻茬与紫云英联合施用改善了土壤细菌群落组成。(3)稻茬-紫云英联合施用对红壤水稻土真菌群落产生显著影响。与对照相比,添加外源有机物的农业措施(MV、S1MV和S2MV)显著改变分蘖期,抽穗期和成熟期的土壤真菌群落组成。在分蘖期,MV处理与SMV处理(S1MV和S2MV)间真菌群落组成无显著差异,然而在抽穗期和成熟期,MV处理与SMV处理(S1MV和S2MV)间真菌群落组成差异显著。与对照相比,紫云英单独还田显著降低抽穗期和成熟期接合菌门(Zygomycota)的相对丰度,高量稻茬与紫云英联合施用显著增加分蘖期和成熟期子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度。S2MV处理显著增加作物有益真菌类群绿僵菌属(Metarhizium)和Westerdykella的相对丰度,因此高量稻茬与紫云英联合施用也改善了土壤真菌群落组成。综上所述,稻茬与紫云英联合施用显著提升了红壤水稻土的肥力状况,改善了土壤微生物群落结构,进而增加了作物产量,是改良我国南方红壤水稻土的有效农业措施。本研究为我国南方红壤区的水稻高效生产、有机资源科学利用提供理论依据,对实现农业与地区经济的同步可持续发展具有一定促进作用。
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