有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的協(xié)同效應(yīng)及其提高氮肥利用率的機(jī)制研究.pdf

1、氮是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的養(yǎng)分限制因子。土壤氮損失嚴(yán)重、氮肥利用率低是制約我國(guó)發(fā)展高產(chǎn)、高效和優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)的主要問(wèn)題之一。研究表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施有利于改善土壤理化性狀、調(diào)節(jié)土壤供肥性能、促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收、提高作物產(chǎn)量和肥料利用率。然而，目前有關(guān)有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施方面的研究主要集中在其生物效應(yīng)及對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響等方面。關(guān)于有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的長(zhǎng)期效應(yīng)和短期效應(yīng)的比較及其提高氮肥利用率機(jī)制方面的研究較少。系統(tǒng)地研究和比較有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的長(zhǎng)期效應(yīng)和短

2、期效應(yīng)，進(jìn)一步探討有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施協(xié)同提高氮肥利用率的微生物作用機(jī)制，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中降低氮肥損失、減輕環(huán)境污染、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
　　 本文采用短期盆栽試驗(yàn)與長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的土壤效應(yīng)、植物效應(yīng)與微生物效應(yīng)，比較了長(zhǎng)期定位與短期盆栽條件下有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施效應(yīng)的差異，并深入探討了有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施協(xié)同提高作物氮肥利用率的微生物學(xué)機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施顯

3、著提高作物產(chǎn)量、生物量、植株氮素累積量和氮肥利用率，與單施化肥和不施肥對(duì)照相比，田間長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施的水稻籽粒產(chǎn)量分別提高4.72％-12.5％和44.3％-61.2％,水稻生物量分別提高4.21％-12.1％和45.2％-65.7％，氮素累積量分別提高5.39％-12.9％和73.2％-107％;有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的氮肥利用率比單施化肥提高11.6％-27.8％。盆栽試驗(yàn)中以配施20％有機(jī)肥氮的處理作物產(chǎn)量和生物量最高，其次為配施3

4、0％有機(jī)肥氮的處理;與化肥、純有機(jī)肥和對(duì)照處理相比，配施20％有機(jī)肥氮的處理作物產(chǎn)量分別提高10.1％-12.8％、22.1％-33.5％、37.8％-62.9％，生物量分別提高8.56％-12.8％、20.0％-30.7％和38.6％-59.3％;配施20％有機(jī)肥氮處理的作物氮素累積量分別比化肥、純有機(jī)肥處理和對(duì)照增加11.6％-13.8％、26.7％-38.5％和52.0％-74.9％，氮肥利用率分別比化肥和純有機(jī)肥處理提高37.2

5、％-43.5％和160％-229％。
　　 2、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施具有一定的后效，其增產(chǎn)效應(yīng)優(yōu)于單施化肥。各施肥處理的后效產(chǎn)量和生物量分別比對(duì)照增加11.7％-39.6％和9.62％-26.8％;與化肥處理相比，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理水稻產(chǎn)量和生物量的增加幅度分別為5.66％-13.9％和5.00％-9.84％，小麥產(chǎn)量和生物量的增加幅度為2.02％-8.31％和0.95％-6.27％;其中配施30％有機(jī)肥氮的處理水稻產(chǎn)量以及配施20％

6、和30％有機(jī)肥氮處理的水稻和小麥生物量顯著高于單施化肥處理。
　　 3、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施顯著提高土壤微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)和微生物商(SMQ)，SMBC、SMBN和SMQ隨有機(jī)肥配施比例的提高而增加。25年長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)結(jié)果表明，各施肥處理的SMBC、SMBN和SMQ均顯著高于不施肥對(duì)照，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的SMBC、SMBN、SMQ顯著高于單施化肥處理;有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的SMBC、SMBN和S

7、MQ分別比對(duì)照提高194％-232％、216％-269％和86.8％-98.4％，比單施化肥處理提高42.0％-60.0％、40.1％-63.7％和16.8％-24.0％。盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)連續(xù)四茬施肥后，所有施氮肥處理的SMBC、SMBN和SMQ均顯著高于不施氮對(duì)照，增加幅度分別為25.5％-64.5％、21.6％-66.5％和19.4％-53.3％;配施有機(jī)肥處理的SMBC、SMBN和SMQ顯著高于化肥處理，增加幅度分別為15.

8、8％-31.1％、16.2％-36.9％和15.3％-28.5％。
　　 4、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施顯著提高土壤相關(guān)酶活性及酶活性綜合指數(shù)(GMea)。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)無(wú)機(jī)施肥處理的土壤酶活性和酶活性綜合指數(shù)均顯著高于單施化肥和對(duì)照;與單施化肥相比，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理土壤的蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、過(guò)氧化氫酶活性和GMea提高幅度分別為21.7％-36.7％、20.1％-31.1％、55.1％-67.4％、16.6

9、％-28.2％、23.3％-42.1％和27.1％-40.2％;配施70％有機(jī)肥處理的GMea顯著高于配施30％有機(jī)肥的處理。盆栽試驗(yàn)連續(xù)種植四茬后，有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理的土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶、過(guò)氧化氫酶活性和GMea顯著高于單施化肥處理，提高幅度分別為17.1％-38.1％、20.0％-30.0％、18.4％-36.0％、12.2％-22.1％和16.5％-30.8％;配施20％和30％有機(jī)肥氮處理的GMea顯著高于配施10％有機(jī)肥氮

10、的處理。
　　 5、不同施肥方式改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。PCR-DGGE分析結(jié)果表明，25年長(zhǎng)期施肥降低了細(xì)菌的Shannon winnier指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)，提高了真菌的Shannon winnier指數(shù)和豐富度指數(shù)。長(zhǎng)期單施化肥對(duì)微生物群落多樣性的影響大于有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理，說(shuō)明長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施更有利于土壤微生物群落多樣性的穩(wěn)定。連續(xù)四茬盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，單施化肥提高了土壤放線(xiàn)茵的數(shù)量，而對(duì)土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量

11、的影響不明顯;有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理土壤的真菌、細(xì)菌和放線(xiàn)菌的數(shù)量均顯著高于單施化肥處理及對(duì)照，且土壤微生物數(shù)量隨著有機(jī)肥配施比例的提高而增加。
　　 6、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施改善了土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，提高了團(tuán)聚體中的養(yǎng)分含量和酶活性。25年長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施增加了土壤中水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量而降低了水穩(wěn)性小團(tuán)聚體的含量，提高了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的平均重量直徑，并且顯著提高了水穩(wěn)性團(tuán)聚體中全碳、全氮含量。有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施提高

12、了土壤不同粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體中蔗糖酶、蛋白酶、脲酶、酸性磷酸酶、脫氫酶和過(guò)氧化氫酶活性，且水穩(wěn)性大團(tuán)聚體中的酶活性顯著高于小團(tuán)聚體的酶活性;土壤酶活性在各粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體中的分布規(guī)律與碳氮的分布規(guī)律一致;配施有機(jī)肥處理土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的酶活性綜合指數(shù)顯著高于單施化肥處理和對(duì)照。
　　 7、相對(duì)于單施化肥處理，長(zhǎng)期（定位實(shí)驗(yàn)）和短期（盆栽試驗(yàn)）有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施均能顯著提高土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和土壤酶活性，改善土壤微生物群

13、落結(jié)構(gòu)，即長(zhǎng)期和短期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)土壤微生物學(xué)特性的影響在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有相似性（與單施化肥處理均差異顯著）。對(duì)作物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響結(jié)果表明，在短期內(nèi)（盆栽試驗(yàn)第一、二茬），有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的作物產(chǎn)量、生物量、氮素累積量和氮肥利用率與單施化肥相比差異不顯著，隨著種植茬數(shù)增多（盆栽試驗(yàn)第三、四茬），處理間差異增大并逐漸達(dá)到顯著水平，而25年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的結(jié)果表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的作物產(chǎn)量、生物量、氮素累積量和氮肥利用率顯著高于化肥

14、處理，即有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)于作物生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收特性的影響具有一定的累積效應(yīng)，即隨著時(shí)間延長(zhǎng)，與化肥處理間差異增大。
　　 8、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施有利于促進(jìn)土壤氮素供應(yīng)與作物氮素需求的同步，減少氮素?fù)p失，提高氮肥利用率。水稻分蘗期作物生長(zhǎng)速度和養(yǎng)分吸收速度較慢，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的土壤微生物生物量碳、氮和礦質(zhì)態(tài)氮含量顯著低于化肥處理，有利于減少因化肥氮快速礦化造成的氮素?fù)p失;水稻抽穗期至灌漿期和小麥拔節(jié)期至開(kāi)花期作物生長(zhǎng)速度和養(yǎng)分吸收速

15、度最快，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的微生物生物量碳、氮和礦質(zhì)態(tài)氮含量最高且顯著高于單施化肥處理，即土壤氮素養(yǎng)分的釋放速度較快，有利于滿(mǎn)足作物快速生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的大量需求;水稻灌漿期以后和小麥開(kāi)花期以后作物生長(zhǎng)速度和養(yǎng)分吸收速度迅速降低直至最后趨于停止，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的微生物生物量碳、氮和礦質(zhì)態(tài)氮含量也迅速降低，到收獲期均低于純有機(jī)肥處理，即有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的土壤氮素釋放與作物的氮素吸收同步迅速降低。從作物全生育期綜合分析可知，相對(duì)于單施化肥及

16、純有機(jī)肥處理，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施處理的氮素養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)與作物氮素養(yǎng)分吸收動(dòng)態(tài)的協(xié)調(diào)同步性更好，促進(jìn)了作物對(duì)養(yǎng)分更大程度的吸收，提高了作物產(chǎn)量、生物量和氮素累積量，提高了氮肥利用率。
　　 綜上所述，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施促進(jìn)了土壤微生物繁殖，顯著提高了土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物商、土壤酶活性及酶活綜合指數(shù)，改善了土壤物理結(jié)構(gòu)和微生物群落結(jié)構(gòu)，從而改善了土壤氮素供應(yīng)特征，促使土壤氮素供應(yīng)動(dòng)態(tài)與作物氮素吸收規(guī)律在更大程度上協(xié)調(diào)同