環(huán)境因素對菜地土壤氮素轉化及其生物學特性的影響.pdf

1、蔬菜是一種年復種指數高、需肥多、投入大、產出高的一種經濟作物。施肥是蔬菜生產中一項的關鍵的農藝措施，但是過量偏施氮肥已成為當前蔬菜施肥中最突出的問題之一。不合理的施肥和管理易導致菜園土壤質量退化，土壤養(yǎng)分失調，土壤微生物群落多樣性降低，蔬菜產量品質下降等。氮是蔬菜作物生長發(fā)育過程中最重要的大量元素之一。土壤氮素主要以有機態(tài)存在，而作物所吸收的氮以無機態(tài)為主，故土壤固有的有機氮和施入的有機氮肥需轉化為無機氮才能有效地被作物吸收利用，但當無

2、機氮積累在土壤中就有可能會通過淋溶、揮發(fā)和反硝化等途徑導致氮素損失并引起生態(tài)環(huán)境問題。因此，研究土壤氮素形態(tài)轉化過程，不僅有利于了解土壤供氮能力和確定合理的施氮量，而且對于提高氮肥利用率、減少氮素損失和保護生態(tài)環(huán)境均有重要意義。國內外關于環(huán)境因素對土壤氮素轉化的影響已有不少報道，但大多針對水分或溫度單一因子進行，較少考慮水分和溫度的相互作用對土壤氮素轉化的影響，而且常把水分處理設置為恒定含水量，這與農業(yè)生產中土壤水分波動的實際情況有明顯

3、的差異。因此，本論文以典型菜地土壤為研究對象，針對集約化蔬菜生產中頻繁灌溉和氣候變化等造成干濕交替和低溫脅迫的實際問題，采用室內培養(yǎng)試驗研究了水分、溫度等環(huán)境因子對菜地土壤氮素轉化的影響及其生物學機制，旨在為發(fā)揮養(yǎng)分與環(huán)境要素的協(xié)同效應，提高肥料利用率提供理論依據和技術支撐。取得的主要結果如下：
　　 1.采用室內培養(yǎng)試驗，研究了3種水分狀況[恒干(CDC，維持30％WHC)、恒濕(CWC，維持75％WHC)、干濕交替(DW，3

4、0％-75％WHC)]對不同類型的菜地土壤(潮土、小粉土、青紫泥)氮素轉化及其相關酶活性的影響。結果表明，干濕交替處理(DW)的土壤硝態(tài)氮、無機氮含量高于恒干(CDC)和恒濕處理(CWC)；3種土壤的凈礦化氮量、礦化率、凈硝化量和硝化率的大小表現為DW>CWC>CDC。土壤脲酶、天冬酰胺酶、谷氨酰胺酶、芳基酰胺酶、N-乙酰基-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性對水分的響應因土壤類型不同而異，但總體趨勢為DW>CWC。土壤天冬酰胺酶、谷氨酰

5、胺酶、芳基酰胺酶、NAG等酶的活性與土壤氮素轉化過程有密切的關系。由此可見，干濕交替過程有利于土壤氮素的礦化和硝化作用，對土壤氮素轉化的影響與其對土壤酶活性的影響有關。
　　 2.采用碳素利用法(BIOLOG)和磷脂脂肪酸(PLFA)方法比較了3種水分狀況[恒干(維持30％WHC)、恒濕(維持75％WHC)、干濕交替(30％-75％WHC)]對不同類型的菜地土壤(潮土、小粉土、青紫泥)微生物群落多樣性的影響。BIOLOG的結果表

6、明，不同類型土壤微生物群落的平均吸光值(AWCD)在時間的響應上存在明顯的差異，潮土、小粉土和青紫泥的AWCD值分別在48h、96h和60h之后才隨著培養(yǎng)時間的延長而逐漸升高；除了小粉土的AWCD值表現為DW>CWC>CDC外，潮土和青紫泥都表現為在培養(yǎng)初期DW>CWC，但培養(yǎng)后期則為CWC>DW；恒濕有利于維持微生物群落豐富度及均勻度；干濕交替提高了潮土的微生物對酚類混合物、醣類和胺類的利用，而促進了青紫泥的微生物對氨基酸類、羧酸類和

7、聚合物的利用。PLFA結果發(fā)現，干濕交替能顯著提高表征真菌和細菌的特征磷脂脂肪酸的相對含量。表明，水分狀況顯著影響微生物群落功能多樣性和結構多樣性，其影響因土壤類型的不同而有異。
　　 3.采用土壤培養(yǎng)試驗，研究了溫度(30℃和5℃)、水分恒濕[維持75％WHC)和干濕交替(30％-75％WHC)]及不同施肥處理(對照、尿素、豬糞)對菜地土壤氮素轉化及其動態(tài)的影響。結果表明，土壤硝態(tài)氮、無機氮含量、礦化量、硝化量、礦化率和硝化率

8、均表現為30℃處理>5℃處理，干濕交替處理(DW)>恒濕處理(W)，其中不施肥土壤無機氮含量30℃比5℃高21.4％，尿素處理無機氮含量DW(244.0mg·kg-1)比CWC(194.2mg·kg-1)高20.4％；施用尿素的土壤氮素平均礦化量和硝化量為51.1mg·kg-1和59.5mg·kg-1，分別是不施肥對照的3.25倍和2.68倍，而有機肥處理土壤氮的礦化量和硝化量分別是不施肥對照的2.0倍和1.8倍；溫度、水分、肥料及各因

9、素的互作對土壤礦化硝化量均有極顯著的影響。可見，較高的溫度和干濕交替(DW)有利于土壤氮素的礦化和硝化作用，合理調控水分和溫度等環(huán)境因子可促進土壤氮素形態(tài)轉化過程。
　　 4.采用碳素利用法(BIOLOG)和磷脂脂肪酸(PLFA)方法研究了溫度(30℃和5℃)、水分[恒濕(維持75％WHC)和干濕交替(30％-75％WHC)]及不同施肥處理(對照、尿素、豬糞)對河北潮土的微生物群落功能多樣性和結構多樣性的影響。BlOLOG的結果

10、表明，低溫處理提高AWCD值，表明低溫提高了微生物的活性；AWCD、豐富度(S)，Shannon指數(H)，均勻度指數(E)均表現為施有機肥處理>不施肥對照>尿素處理；PLFA與Biolog有類似的趨勢，5℃培養(yǎng)土壤PLFA含量明顯高于30℃培養(yǎng)土壤的PLFA含量；施肥明顯提高各PLFA含量，增加土壤PLFA的豐富度；主成分分析的結果表明，施豬糞提高土壤革蘭氏陽性細菌、真菌及放線菌的含量；而施尿素的土壤微生物群落以低碳原子數的微生物為優(yōu)