土壤生態(tài)系統(tǒng)對(duì)典型有機(jī)肥的響應(yīng)及機(jī)制研究.pdf

1、隨著大量化肥支持的農(nóng)田土壤出現(xiàn)的土壤退化、貧瘠化新動(dòng)向，有機(jī)肥施用成為國(guó)內(nèi)外維持土壤健康和肥力水平的新寵，然而，人們把更多焦點(diǎn)放在有機(jī)肥的肥力效果上，而不同有機(jī)肥的施用可能對(duì)農(nóng)田土壤系統(tǒng)的碳庫(kù)、氮庫(kù)、微生物及溫室氣體排放等過(guò)程產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)而對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康產(chǎn)生不同的影響，而對(duì)這些方面的關(guān)注還遠(yuǎn)不夠系統(tǒng)。因此，本文以豬糞堆肥(PMC)、污泥堆肥(SMC)和餅肥(CM)為典型有機(jī)肥，以無(wú)機(jī)肥(IF)和不施肥對(duì)照(CK)為參照

2、，通過(guò)溫室大棚的盆栽試驗(yàn)，考察了不同有機(jī)肥對(duì)植物生長(zhǎng)和土壤pH值和電導(dǎo)率的影響動(dòng)態(tài)、探討了土壤碳庫(kù)、氮庫(kù)對(duì)有機(jī)肥施用的響應(yīng)情況、比較了有機(jī)肥對(duì)土壤微生物活性、功能多樣性以及土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響，并分析了土壤-植物系統(tǒng)CO2和CH4排放通量對(duì)有機(jī)肥的響應(yīng)。獲得的主要研究結(jié)果包括:
　　 1、通過(guò)小青菜（BrassicaChinensis）和黑麥草（LoliumperenneL.）種子的發(fā)芽試驗(yàn)和有機(jī)肥對(duì)植物生物量的影響研究

3、發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)堆制的豬糞堆肥和污泥堆肥對(duì)兩種供試植物無(wú)明顯的植物毒性，且能促進(jìn)小青菜的生長(zhǎng)，使生物量增加;而未經(jīng)腐熟的餅肥有機(jī)肥對(duì)小青菜和黑麥草都表現(xiàn)出明顯的毒性效應(yīng)，其發(fā)芽指數(shù)(GI)和小青菜的生物量均顯著低于CK對(duì)照。
　　 2、施肥對(duì)土壤pH和EC值的影響研究結(jié)果表明，CM處理和無(wú)機(jī)肥IF處理都會(huì)導(dǎo)致土壤pH值在短期內(nèi)的明顯下降，25天后趨于穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的第35天，兩種處理對(duì)應(yīng)的pH值分別下降了1.18和1.42個(gè)單位;S

4、MC處理土壤的pH值基本在7.0左右穩(wěn)定波動(dòng)，表明其對(duì)土壤pH值沒(méi)有影響;而PMC處理也會(huì)導(dǎo)致土壤pH值的短期下降，但在第25天后出現(xiàn)緩慢回升，到第35天時(shí)只比第1天時(shí)下降0.58個(gè)單位。表明CM和IF施用會(huì)導(dǎo)致土壤的酸化，而污泥堆肥不會(huì)，豬糞堆肥短期會(huì)使土壤酸化，但隨時(shí)間會(huì)部分恢復(fù)。各施肥處理均可明顯提高土壤電導(dǎo)率值，不同處理電導(dǎo)率平均值從大到小依次為IF＞PMC＞SMC＞CM。
　　 3、施肥對(duì)土壤碳庫(kù)的影響研究表明，各施肥

5、處理土壤中總碳(TC)和有機(jī)碳(SOC)含量均明顯高于CK對(duì)照，各處理的TC和SOC含量從高到低依次都是PMC≈SMC＞CM＞IF＞CK，它們隨時(shí)間變化都在相對(duì)穩(wěn)定的水平內(nèi)小幅波動(dòng)。而各施肥處理土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)含量在試驗(yàn)初期呈快速上升趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)大約14天的穩(wěn)定期后開(kāi)始下降，在試驗(yàn)結(jié)束的第35天時(shí)，CM、SMC和PMC處理分別是初始值的7.06倍、5.19和5.08倍，CM處理下降到第27天后進(jìn)入下一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定期。外源有機(jī)肥和無(wú)

6、機(jī)肥的施用都會(huì)增加土壤的碳庫(kù)水平，其原因，一方面肥料本身碳的輸入，另一方面肥料促進(jìn)植物生長(zhǎng)和根分泌物的增加以及土壤微生物生物量的增長(zhǎng)等促使土壤有機(jī)碳含量增加。
　　 4、各施肥處理的土壤總氮(TN)和總可溶性氮（TDN）的平均水平從大到小依次都是CM＞IF＞PMC＞SMC＞CK，各處理TN隨時(shí)間也均呈波形變化趨勢(shì)。而各施肥處理TDN的變化趨勢(shì)不同，CK對(duì)照和SMC處理呈緩慢下降趨勢(shì)，PMC處理在前20天內(nèi)較穩(wěn)定，之后緩慢下降;C

7、M處理和IF處理則分別經(jīng)過(guò)13天和11天的穩(wěn)定期后迅速上升到一個(gè)較高水平，直到30天后才開(kāi)始下降。各施肥處理土壤銨態(tài)氮(NH4+-N)隨時(shí)間變化都呈持續(xù)下降趨勢(shì)，并在30天左右時(shí)降到CK的水平;而各施肥處理土壤的硝態(tài)氮(NO3--N)含量呈波形變化，IF處理和CM處理在第25天出現(xiàn)增長(zhǎng)并開(kāi)始明顯高于PMC處理和SMC處理。各施肥處理土壤中可溶性有機(jī)氮(DON)與TDN含量變化趨勢(shì)相似。可見(jiàn)，無(wú)機(jī)肥和餅肥可在較短的時(shí)間內(nèi)釋放可溶性氮，而兩

8、種堆肥的釋放速度相對(duì)較緩慢。
　　 5、各施肥處理土壤中微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)均高于CK對(duì)照，MBC先持續(xù)增長(zhǎng)到第29天后逐漸趨于平穩(wěn);而MBN始終呈波形變化規(guī)律。在試驗(yàn)后期，CM處理的MBC含量明顯高于PMC處理和SMC處理，而PMC和SMC之間無(wú)明顯差異;IF處理呈不規(guī)則起伏變化規(guī)律并無(wú)明顯增幅。各處理之間的土壤呼吸速率無(wú)明顯差異，總體都呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，從初始階段緩慢增加到第21天后急劇上升，27天

9、出現(xiàn)峰值后急劇下降，33天后趨于穩(wěn)定，但在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)均仍高于初始值。各處理土壤的微生物代謝商(q(CO2))分別在第1天到第7天、第27天到第31天出現(xiàn)兩次階梯式下降規(guī)律，各處理之間沒(méi)有表現(xiàn)出明顯差異?？梢?jiàn)，有機(jī)肥處理不僅可促進(jìn)土壤中微生物量的增長(zhǎng)，而且可激勵(lì)微生物的活性。
　　 6、通過(guò)BIOLOGECO微平板分析了不同肥料對(duì)土壤微生物碳源利用功能的影響，研究表明，各有機(jī)肥處理都可以增強(qiáng)土壤微生物碳源利用功能，而無(wú)機(jī)肥則使土壤

10、微生物碳源利用功能明顯減弱，但各處理微生物碳源利用功能之間的差異隨時(shí)間變化逐漸縮小，有明顯的回歸趨勢(shì)。利用Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Simpson指數(shù)對(duì)土壤微生物群落碳源利用功能多樣性的研究表明，在試驗(yàn)第35天時(shí)各處理土壤微生物群落的Shannon指數(shù)的大小排序?yàn)镾MC＞PMC＞CM＞CK＞IF，而到第75天時(shí)變?yōu)镃M＞PMC＞SMC＞CK＞IF。從第35天到第75天，SMC處理的Simpson指數(shù)從顯著高于變?yōu)轱@著低于

11、PMC處理和CM處理。在第35天和第75天時(shí)，PMC和CM的McIntosh指數(shù)都顯著低于SMC。表明，不同有機(jī)肥施用對(duì)微生物群落優(yōu)勢(shì)度和均勻性的影響存在差異。IF處理不僅降低了微生物群落碳源利用功能，其功能多樣性也顯著降低。各施肥處理AWCD值的主成分分析表明，隨時(shí)間變化，土壤pH值都為酸性的PMC和CM處理的碳源利用功能多樣性表現(xiàn)出相似性;IF處理與有機(jī)肥處理之間差異逐漸明顯，而與CK對(duì)照之間的差異逐漸縮小。
　　 7、采用

12、末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(T-RFLP)分析技術(shù)對(duì)有機(jī)肥施用的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，不同有機(jī)肥處理的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性均高于CK對(duì)照處理，在試驗(yàn)初期，以CM處理的Shannon指數(shù)和種群豐富度最高，而兩種堆肥處理的種群豐富度隨時(shí)間而增大，到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，SMC處理的多樣性指數(shù)最高。說(shuō)明，有機(jī)肥有利于細(xì)菌群落多樣性增長(zhǎng)。主成分分析表明，兩種堆肥處理土壤中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的相似性隨時(shí)間而降低，PMC與CM處理的相似性增加

13、，而IF和CK之間的差異逐漸縮小。土壤pH值可能是影響微生物群落結(jié)構(gòu)變化的重要因素。
　　 8、采用靜態(tài)箱法考察了不同施肥處理對(duì)土壤-植物系統(tǒng)CO2和CH4排放通量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各施肥處理土壤-植物系統(tǒng)都表現(xiàn)為CO2的吸收匯，Pearson相關(guān)性分析表明，相比較于微生物量、無(wú)機(jī)態(tài)氮等影響因素，各施肥處理系統(tǒng)CO2凈通量的變化主要受控于溫度變化。各施肥處理系統(tǒng)CH4呈現(xiàn)源與匯的不規(guī)則波動(dòng)，且主要表現(xiàn)為CH4吸收匯。有機(jī)肥對(duì)CH