腐殖酸与不同耕作措施对盐碱土碳库和微生物群落结构的影响
Effects of Humic Acid and Different Tillage Measures on Carbon Pool and Microbial Community Structure in Saline Alkali Soil
通讯作者:
收稿日期: 2022-09-3 修回日期: 2023-02-9 网络出版日期: 2023-03-29
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Received: 2022-09-3 Revised: 2023-02-9 Online: 2023-03-29
作者简介 About authors
杨彦明,研究方向为耕作制度与农业生态系统,E-mail:
盐碱地作物苗期遇降雨或漫灌容易使土壤结皮,导致碳库代谢受阻、微生物生存环境恶化。为阐明施用腐殖酸后苗期深松、镇压措施对碱土碳库及微生物群落的影响,利用大田试验,设旋耕+腐殖酸(HA)、旋耕+苗期浅松+腐殖酸(QHA)、旋耕+苗期镇压+腐殖酸(ZHA)3个处理,以旋耕不施腐殖酸为对照(CK),通过测定土壤pH、电导率(EC)、有机碳(TOC)、无机碳(SIC)及细菌、真菌群落结构揭示其变化规律。结果表明,增施腐殖酸可有效降低土壤pH,使土壤SIC含量小幅降低,同时增加TOC含量,且以浅松处理增幅最显著,达40.36%。增施腐殖酸可导致土壤微生物生物量碳小幅降低,浅松、镇压会进一步增加降幅;增施腐殖酸使K+显著提高,增加K+/Na+,极大减少Na+伤害,提高作物的耐盐性。相关性分析发现,微生物与环境因子关系密切,其中芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮酶菌门(Planctomycetes)、Mortierellomycota、Rozellomycota与土壤pH呈显著正相关;酸杆菌门(Acidobacteria)、Mortierellomycota、Glomeromycota、Mucoromycota与SIC呈显著正相关;Rozellomycota与pH、SIC呈显著正相关;Firmicutes、Ascomycota与TOC呈显著正相关,疣微菌门(Verrucomicrobia)与MBC呈极显著正相关,Chytridiomycota与活性有机碳呈显著正相关。综合分析各项指标发现,增施腐殖酸配合苗期浅松(QHA)处理下盐碱土碳库及微生物群落结构最优。
关键词:
Rainfall or irrigation crusting at seedling stage of saline alkali soil crops is the main cause of soil environment deterioration. In order to clarify the effects of applying humic acid and cultivation measures at seedling stage on the carbon pool and microbial community of saline alkali soil, three treatments of rotary tillage+humic acid (HA), rotary tillage+shallow loosening at seedling stage+humic acid (QHA), rotary tillage+ suppression at seedling stage+humic acid (ZHA) were set through field experiments, and rotary tillage without applying humic acid was used as the control (CK), by measuring soil pH, EC, organic carbon, inorganic carbon and bacterial and fungal community structure, the change rules were revealed. The results showed that the application of humic acid could effectively reduce soil pH, slightly reduce soil inorganic carbon (SIC) content, and increase soil TOC content, and the increase rate of shallow loosening treatment was the most significant, reaching 40.36%. Increasing humic acid application could lead to a small decrease in soil MBC, while shallow loosening and suppression will further increase the decrease; Increasing the application of humic acid could significantly increase K+, increase K+/Na+, greatly reduce Na+ damage, and improved the salt tolerance of crops. Correlation analysis showed that microorganisms were closely related to environmental factors, among which Gemmatimonadetes, Planctomycetes, Mortierellomycota and Rozellomycota were significantly positively correlated with soil pH; Acidobacteria, Mortierellomycota, Glomeromycota and Mucoromycota were significantly positively correlated with SIC; Rozellomycota was positively correlated with pH and SIC; Firmicutes and Ascomycota were significantly positively correlated with TOC, Verrucomicrobia was extremely significantly positively correlated with MBC, and Chytridiomycota was significantly positively correlated with active organic carbon. Through comprehensive analysis of various indicators, it was found that the carbon pool and microbia community structure of saline alkali soil were the best under the treatment of increasing humic acid and shallow loosening (QHA) at seedling stage.
Keywords:
本文引用格式
杨彦明, 周祎, 张子健, 赵洋, 李雅剑, 庞雅祺, 王亚迅, 韩雯毓, 刘景辉.
Yang Yanming, Zhou Yi, Zhang Zijian, Zhao Yang, Li Yajian, Pang Yaqi, Wang Yaxun, Han Wenyu, Liu Jinghui.
中国盐碱土面积居世界第3位,达9.9×107 hm2[1],盐碱化严重影响我国生态可持续和农业健康发展。目前,常见的盐碱土改良措施有物理、生物及化学措施[2]。研究[3]表明旋耕会破坏土壤团聚体结构,对土壤呼吸造成影响,进而影响有机质的矿化分解,降低土壤有机质含量。浅松可有效减小土层密度,增强透气性,增加表层积温,减小播种阻力,提高播种质量[4-5]。有研究[6-7]表明,长期浅旋导致犁底层变厚,阻碍降雨渗透和作物根系生长,导致表土松散不能保持水分,而浅松减轻了犁底层以下土层土壤容重,增加根的穿透能力。展文洁等[8]和张博文等[9]研究表明,深松且苗带镇压的方式可为作物供应充足的养分,利于作物更好吸收。南江宽等[10]和王倩姿等[11]研究表明腐殖酸能够有效降低土壤容重,改良土壤结构,增加土壤蓄水保水能力,提高土壤养分和作物产量。目前,应用腐殖酸开展盐碱地改良的研究颇多,然而增施腐殖酸结合不同耕作措施,通过“化学+农艺”2种手段互作改良盐碱地的研究方面鲜有报道,因此本研究结果可为盐碱土治理提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于内蒙古农业大学海流图科技示范园区(111°22'30" E,40°41'30" N),该地属中温带大陆性气候,年降水量350~400 mm;年均气温6.7 ℃,年均蒸发量1851.7 mm。土壤质地为黏土(砂粒:黏粒:粉粒=35:21:44),盐分以Na2SO4和NaCl为主,土壤全盐量17.84 g/kg。试验地土壤含有机质13.28 g/kg,碱解氮63.11 mg/kg,有效磷10.90 mg/kg,速效钾158.59 mg/kg,全氮0.55 g/kg,全磷1.71 g/kg,全钾27.78 g/kg,pH 8.85。
1.2 试验设计
试验于2020-2021年进行,2020年5月24日将腐殖酸(褐煤粗加工制得,含碳量65%)均匀撒施于各小区后旋耕,施用量2000 kg/hm2。5月30日播种,燕麦品种为坝莜1号,播种量150 kg/hm2,8月20日刈割测定燕麦生物产量。试验设旋耕(旋耕机旋耕,耕深20 cm,HA)、旋耕+苗期浅松(苗期凿式犁浅松,深度20 cm,QHA)和旋耕+苗期镇压(苗期镇压器镇压,ZHA)3种处理,以旋耕不施腐殖酸为对照(CK),小区面积24 m2(4 m×6 m),各处理重复3次,其他管理同常规大田。
1.3 样品采集
于2021年6月1日利用五点采样法采集各小区0~20 cm土层土样,样品分3份,1份-4℃保存于保温箱,带回实验室用于测定微生物量等需要鲜土的指标,1份风干后测定相关指标,1份用液氮保存送北京百迈客生物科技有限公司测定微生物群落结构。
1.4 指标测定方法
1.4.1 土壤理化性状及碳库
采用SC-900紧实度仪测定土壤紧实度,采用环刀法[12]测定土壤含水量,采用TZS-TCW土壤环境测定仪[12]测定土壤温度,采用电位法[13]测定pH值,采用水土比5:1[13]测定电导率(EC),采用氯仿熏蒸K2SO4提取法[14]测定土壤微生物生物量碳(MBC),采用重铬酸钾―浓硫酸外加热法[15]测定土壤总有机碳(TOC),采用高锰酸钾氧化法[15]测定土壤活性有机碳(DOC),采用滴定法[15]测定土壤无机碳(SIC),采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-IOS)[16]测定水溶性钾钙钠镁,采用DIK-0450直接测量CO2排放通量(CO2 emission flux,CEF)。
稳态有机碳=总有机碳-活性有机碳,碳库活度(A)=活性有机碳/稳态有机碳,碳库活度指数(AI)=农田碳库活度/参考土壤碳库活度,碳库指数(CPI)=农田土壤有机碳/参考农田土壤有机碳,碳库管理指数(CPMI)=碳库活度指数×碳库指数× 100。
1.4.2 土壤微生物群落结构
土壤细菌真菌群落:取新鲜的土壤样品0.5g,用E.Z.N.A DNA提取试剂盒(Omega Bio-Tek,Norcross,GA,美国)提取土壤基因组DNA。使用带Barcode的细菌16S rRNA基因V4区特异性引物515F(5′-GTGCCAGCMGC CGCGG-3′)和806 R(5′-GGACTACHVGGGTWTC TAAT-3′),真菌ITSI(internal transcribed spacer 1)区特异性引物ITSIF(5′-CTTGGTCATTTAGAGGA AGTAA-3′)和2043 R(5′-GCTGCGTTCTTCATCG ATGC-3′)。PCR扩增采用ABI Gene AmpoRR9700 PCR System。构建好的扩增子测序文库送北京百迈客生物科技有限公司采用Illumina Miseq PE300平台测序。
1.5 数据处理
采用Excel 2016和SPSS 25.0软件进行统计分析,采用LSD法进行数据多重比较。使用Qiime软件(Version 1.7.0)进行样品复杂度计算及多样品比较分析。
2 结果与分析
2.1 不同处理土壤pH、EC和含水量的变化
如图1所示,增施腐殖酸可明显降低表层土壤pH,且以HA、QHA降幅最大,其中QHA较CK降幅达5.47%;增施腐殖酸后,3种处理耕层土壤EC值小幅提高,但与CK差异不显著。土壤含水率是反映农业生产中土壤供水能力的重要指标,与CK相比增施腐殖酸使HA小幅降低。然而QHA、ZHA处理耕层土壤含水量则小幅提高,表明苗期浅松、镇压耕作措施可以提高土壤蓄积水分的能力。
图1
图1
不同耕作措施下增施腐殖酸对土壤pH、EC、含水量的影响
不同小写字母表示0.05水平显著差异,下同。
Fig.1
Effects of increasing humic acid application on soil pH, EC and moisture under different tillage measures
The different lowercase letters indicate the significant difference at the 0.05 level, the same below.
2.2 不同处理下土壤碳组分的变化
由表1可知,增施腐殖酸可导致土壤MBC小幅降低,浅松、镇压会进一步增加降幅,ZHA处理较CK显著降低,降幅达51.07%;土壤CaCO3与TOC的分解以及CO2的再转化密切相关[17],增施腐殖酸使土壤无机碳含量小幅降低,尤以QHA处理降幅最大。TOC作为农田重要碳库,直接影响地力及CO2循环[18]。HA和ZHA处理土壤TOC分别较CK提高17.12%和17.90%,但差异不显著,然而QHA处理较CK显著提高,增幅达40.36%。DOC作为土壤碳组分中最活跃的成分,在一定程度上决定了土壤的肥力水平[19],HA处理土壤DOC较CK显著提高了120.97%;HA处理下,土壤CO2排放通量较CK显著提高27.69%,QHA、ZHA处理较CK分别降低15.06%和2.15%,差异显著;HA处理土壤碳库活度较CK显著提高136.36%,QHA处理较CK显著降低50%。增施腐殖酸处理的CPI均高于CK,除QHA处理外,AI与CPMI亦高于CK。
表1 不同处理碳库管理指数变化
Table 1
| 处理 | TOC (g/kg) | DOC (g/kg) | MBC (mg/kg) | SIC (%) | CO2 [mg/(cm2∙24h)] | A | CPI | AI | CPMI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CK | 6.82±0.25b | 1.24±0.22bc | 309.97±28.08a | 9.31±0.03a | 86.43±0.80b | 0.22±0.05b | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
| HA | 8.00±0.70ab | 2.74±0.35a | 272.25±15.10a | 9.21±0.08a | 110.37±0.72a | 0.52±0.04a | 1.17 | 2.42 | 2.83 |
| QHA | 9.58±0.69a | 0.91±0.06d | 232.08±31.63ab | 9.03±0.04a | 73.42±1.15c | 0.11±0.01c | 1.40 | 0.49 | 0.69 |
| ZHA | 8.05±1.88ab | 1.49±0.18b | 151.75±28.07b | 9.21±0.07a | 84.58±1.14b | 0.23±0.04b | 1.18 | 1.09 | 1.29 |
不同小写字母表示0.05水平显著差异,下同。
The different lowercase letters indicate the significant difference at 0.05 level, the same below.
2.3 不同处理下土壤阳离子含量的变化
如图2所示,增施腐殖酸后,土壤K+含量较CK显著提高,HA、QHA、ZHA处理增幅分别达68.48%、80.64%、67.21%;从Ca2+和Mg2+含量看,增施腐殖酸亦使2种离子含量增加,QHA处理Ca2+含量较CK显著提高37.06%,ZHA处理Mg2+含量显著高于CK,增幅15.21%。同时,镇压处理导致耕层Ca2+含量降低,旋耕处理导致耕层Mg2+含量下降;从Na+来看,HA、QHA处理均显著低于CK,降幅分别为6.06%和8.89%。由此可见,增施腐殖酸可有效降低Na+含量,加快Na+吸附和固定。
图2
图2
不同处理对土壤K+、Ca2+、Mg2+和Na+含量的影响
Fig.2
Effects of different tillage measures on contents of K+, Ca2+, Mg2+ and Na+ in soil
2.4 不同处理耕层土壤细菌、真菌菌落多样性的变化
由Venn图(图3a)可知,细菌群落中CK、HA、QHA、ZHA处理土壤OTUs分别为976、1042、1005、1022,其中共享OTUs为660,独享OUT总数量达到83,各处理的比例分别为9.02%、7.97%、8.26%、8.12%。由真菌Venn图(图3b)可知,CK、HA、QHA、ZHA处理OTUs分别为469、446、383、449,共享OTUs为204,独享总数量达到222,比例分别为43.28%、49.78%、57.96%、49.44%。由表2可知,Alpha多样性能够清晰反映物种的多样性与丰度,增施腐殖酸后,除ZHA真菌外,土壤细菌、真菌ACE、Chao1、Simpson、Shannon指数均表现为CK最大,其中除Simpson和Shannon指数外,QHA处理土壤细菌和真菌各指数均最低。
图3
图3
不同处理对耕层土壤细菌(a)、真菌(b)菌落的影响
Fig.3
Effects of different tillage on bacterial (a) and fungal (b) colonies in topsoil
表2 不同处理下土壤细菌、真菌Alpha多样性指数
Table 2
| 项目Item | 处理Treatment | ACE | Chao1 | Simpson | Shannon |
|---|---|---|---|---|---|
| 细菌Bacteria | CK | 894.39±4.51a | 876.10±11.61a | 0.9925±0.0010a | 8.0913±0.1030a |
| HA | 869.64±76.57ab | 860.62±97.99a | 0.9858±0.0013ab | 7.6918±0.1104a | |
| QHA | 843.63±54.43b | 836.71±50.55a | 0.9885±0.0024ab | 7.8091±0.1913a | |
| ZHA | 850.87±13.79ab | 837.67±12.65a | 0.9824±0.0089b | 7.7212±0.2688a | |
| 真菌Fungus | CK | 291.48±15.51a | 293.24±14.51a | 0.9575±0.0032a | 6.1063±0.1915a |
| HA | 282.41±19.00a | 288.78±23.57a | 0.9339±0.0086a | 5.7549±0.1114a | |
| QHA | 242.94±14.83a | 232.14±29.58a | 0.7823±0.1019a | 4.2029±1.1615a | |
| ZHA | 301.93±37.23a | 315.46±138.48a | 0.9378±0.0221a | 5.6122±0.3665a |
2.5 不同处理下土壤细菌和真菌分布变化
由图4a可知,各处理门水平分布优势细菌分别为变形菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、Planctomycetes、Verrucomicrobia、放线菌门(Actinobacteria)、Deinococcus-Thermus、酸杆菌门(Acidobacteria)、Patescibacteria、Firmicutes。各优势菌中变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门所占比例最高,分别为24.41%~30.93%、16.77%~ 24.45%、15.68%~20.43%;各处理门水平优势真菌分别为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、罗兹菌门(Rozellomycota)、Mortierellomycota、Chytridiomycota、Glomeromycota、Mucoromycota、Olpidiomycota。各优势菌中子囊菌门、担子菌门和罗兹菌门所占比例最高,分别为55.99%~84.14%、5.78%~20.58%、3.21%~10.38%(图4b)。
图4
图4
不同处理中土壤细菌(a)、真菌(b)门水平的分布情况
Fig.4
Distribution of bacteria (a) and fungi (b) phylum levels in soils under different tillage measures
由图5可知,细菌群落优势菌属分别为bacterium_f_Longimicrobiacea、bacterium_c_BD2-11_ terrestrial_group、bacterium_f_Balneolaceae、bacterium o_Gammaproteobacteria_Incertae_Sedis、bacterium_ c_Alphaproteobacteria、bacterium_o_Actinomarinales、Halomonas、bacterium_f_WD2101_soil_groupaa、bacterium_f_Rhodothermaceae、bacterium_f_ Pedosphaeraceae。可见增施腐殖酸后,土壤菌落发生了明显变化。在土壤细菌中,CK处理土壤bacterium_f_Longimicrobiacea比率最高,达12.85%。HA、QHA、ZHA处理bacterium_f_Longimicrobiacea均有所降低,所占比率分别为9.07%、4.73%、7.73%,其中QHA处理bacterium_c_ BD2-11_terrestrial_group最多,达21.75%。增施腐殖酸后,各处理bacterium_o_Gammaproteobacteria_ Incertae_Sedis与bacterium_c_Alphaproteobacteria均有所降低。
图5
图5
不同耕作措施下增施腐殖酸土壤细菌(a)、真菌(b)的属水平分布
Fig.5
Distribution of bacteria (a) and fungi (b) in soil under different tillage measures
真菌优势菌属分别为曲霉菌属(Aspergillus)、被孢霉属(Mortierella)、Kotlabaea、镰刀菌属(Fusarium)、毛葡孢霉(Botryotrichum)、Cladosporium、Trichoderma、Tomentella、Penicillium、Alternaria。除ZHA处理外,土壤真菌菌落中占比含量前5名均为曲霉菌属、被孢霉属、Kotlabaea、镰刀菌属、毛葡孢霉,ZHA处理下链格抱属含量较高,占比为9.50%。CK处理曲霉菌属含量最大,为93.44%。各处理曲霉菌属含量占比显著降低,分别为11.23%、6.74%、10.30%;HA、QHA处理被孢霉属较CK均显著降低,而ZHA处理升高,毛葡孢霉变化趋势与之相反。
2.6 不同处理下土壤细菌与环境因子的相关性分析
如图6所示,芽单胞菌门和浮酶菌门(Planctomycetes)与pH均呈显著正相关;Firmicutes与TOC、K+、Mg2+均呈显著正相关,变形菌门与K+、燕麦生物量均呈显著正相关;酸杆菌门与SIC呈显著正相关;疣微菌门(Verrucomicrobia)与MBC呈极显著正相关。
图6
图6
不同耕作处理中土壤细菌与环境因子相关性
“*”和“**”分别表示0.05和0.01水平显著相关,下同。
Fig.6
Correlation between soil bacteria and environmental factors with different tillage measures
“*”and“**”indicate significant correlation at the 0.05 and 0.01 levels, respectively, the same below.
2.7 不同处理下土壤真菌与环境因子的相关性分析
如图7所示,Mortierellomycota与pH呈极显著正相关,Rozellomycota与pH、SIC均呈显著正相关;子囊菌门与TOC呈极显著正相关;Glomeromycota、Mucoromycota均与SIC呈极显著正相关,Mortierellomycota与SIC呈显著正相关;Chytridiomycota与DOC呈显著正相关;子囊菌门与生物量呈显著正相关。
图7
图7
不同耕作处理中土壤真菌与环境因子相关性
Fig.7
Correlation between soil fungus and environmental factors under different tillage measures
如图8所示,增加腐殖酸后,各处理燕麦生物产量显著提高,HA、QHA、ZHA增幅分别达到45.23%、53.28%、43.22%;分析发现,QHA处理与镇压、旋耕处理相比,生物产量增加幅度最为显著,增加幅度分别为5.55%和6.57%。由此可见,增施腐殖酸可在一定程度上改善燕麦生长环境,优化其根系微生物群落结构,从而有利于燕麦形态建成;从处理方式上看,浅松比镇压和旋耕更具有优势。
图8
图8
不同耕作处理对燕麦生物产量影响
Fig.8
Effects of different tillage measures on biological yield of oat
3 讨论
3.1 不同处理对盐碱土pH、EC和含水量的影响
腐殖酸通过絮凝作用改变土壤团粒结构,利用自身可溶性强的特点,在土壤中通过自身化学结构能够控氮、释磷、促钾等,降低土壤盐分含量[20-21]。腐殖酸具有物理、化学和生物性质的吸附、络合和氧化还原等特性,能够提高作物产量[22]。于晓东等[23]发现相比常规施肥,增施腐殖酸可降低土壤pH,影响养分的有效性及作物根区对土壤养分的吸收,增加小麦产量。唐雪等[24]研究同样表明,腐殖酸能够降低土壤pH。本试验结果与上述研究基本一致,原因可能是腐殖酸提高H+释放和交换能力,苗期镇压夯实了耕层土壤,降低土壤孔隙度,使腐殖酸不能够充分发挥作用。可见通过改变耕作方式与土壤调理剂互作,能够改变土壤pH与EC;一般认为土壤溶液含盐量与电导率在一定浓度范围内呈正相关,但在本研究中,各处理EC值与CK差异不显著,可能是腐殖酸施用后,生成腐殖酸―腐殖酸盐相互转化的缓冲系统[25],使土壤EC值短期内比较稳定。土壤含水量能够影响作物对养分的吸收,对研究土壤的水盐运移具有重要意义。叶雪松[26]通过研究免耕、旋耕、深松和翻耕4种耕作方式中土壤水分的变化规律,表明土壤含水率在同一耕作措施下,苗期土壤含水率基本处于同一水平,本研究结果与其基本一致,由此推断苗期浅松与镇压处理对土壤含水率影响不大。
3.2 不同处理对盐碱土阳离子含量的影响
腐殖酸作为一种带有负电荷的胶体,能够与土壤中各种阳离子结合,生成腐殖酸盐,形成腐殖酸―腐殖酸盐相互转化的缓冲系统[27],外施腐殖酸可以增强土壤对Na+的吸附作用,降低土壤耕层含盐量[28],土壤中交换性K+、Ca2+、Na+、Mg2+的含量决定了土壤的盐基总量,可以通过土壤中的钙镁置换钠,从而降低土壤盐分。李志鹏等[29]研究表明,增施腐殖酸可以增加烤后烟叶K+含量。本研究中,增施腐殖酸后K+含量显著提高,较高的K+/Na+能够提高作物的耐盐性,除QHA处理,Na+含量均显著低于CK,增施腐殖酸后,土壤处于高钾环境下,这极大地减少了Na+伤害,Ca2+和Mg2+含量均维持在较高水平,能够与Na+发生置换作用,从而使Na+含量降低。
3.3 不同处理对盐碱土碳库及指数的影响
土壤有机碳与有机质关联密切,有研究[30]表明土壤有机碳占有机质含量高达60%~80%,土壤易氧化活性有机碳作为土壤中高有效性的活性有机碳,可以反映出土壤有机质以及地力的早期变化,对耕作措施的改变极为敏感,且对作物生长发育十分密切。有机质作为评价农田土壤地力的重要指标,其含量对作物生物量的积累具有重要作用[31]。本研究中,增施腐殖酸使土壤TOC较CK显著提高,这可能是由于通过增施腐殖酸,增加土壤TOC含量,通过苗期浅松,促使腐殖酸加快TOC转化进程。皮婧婧等[32]研究表明,通过增施腐殖酸可提高土壤MBC含量,但本研究中镇压处理的土壤MBC显著低于CK,而在HA和QHA处理下,土壤MBC均与CK相当。原因可能是土壤MBC含量较低,加之苗期镇压增大土壤紧实度,导致土壤微生物活性及数量大大降低。增施腐殖酸可增加土壤TOC含量,降低pH,这与张志美等[33]研究结果基本一致。土壤CO2释放不仅来自有机碳的分解[34],也源于无机碳的溶解,本研究中增施腐殖酸处理土壤CO2排放通量显著高于CK,而浅松、镇压后则显著低于CK,可见耕层结构对CO2排放通量影响极大。
3.4 不同处理对盐碱土微生物群落结构变化的影响
本研究表明盐碱胁迫影响土壤微生物菌落结构的构成,增施腐殖酸后,改变了土壤的理化性质,提升了肥力,同样也影响了微生物菌落结构的变化,袁婉潼[35]研究表明,高量生物腐殖酸处理下,土壤微生物数量显著高于对照。宋以玲等[36]研究表明,增施腐殖酸提高了根际土壤细菌和放线菌数量,降低了真菌数量;董睿潇等[37]研究表明,腐殖酸用量与Shannon指数在一定范围内呈正相关,但本试验中,Shannon指数均为CK处理最大。在盐碱土等逆境环境中,土壤微生物的活动决定了土壤的理化性质。土壤的pH与土壤微生物活动密切相关,他直接影响土壤微生物的生长繁殖和土壤酶的活性,常豆豆等[38]研究认为,土壤pH、EC、MBC的升高能增加碱胁迫下土壤微生物菌落数量,呈正相关,通过土壤菌落与环境因子相关性分析可知,TOC、K+、Mg2+、SIC、DOC等含量对土壤微生物菌落的组成均有重要影响,且呈显著正相关或极显著正相关,本试验结果与之基本一致。前人[39-40]研究表明,土壤中优势细菌门水平下多为变形菌门、拟杆菌门和放线菌门,本研究中,各优势菌分别为变形菌门(24.41%~30.93%)、芽单胞菌门(16.77%~24.45%)、拟杆菌门(15.68%~ 20.43%),这说明在盐碱化环境下,土壤微生物的组成具有一定的相似性,这与前人[39-40]研究结果基本一致。土壤真菌门水平常见菌类为子囊菌门、接合菌门和担子菌门,本研究在土壤真菌中,各优势真菌分别为子囊菌门、担子菌门、罗兹菌门、Mortierellomycota、Chytridiomycota、Glomeromycota、Mucoromycota和Olpidiomycota。其中Ascomycota、Basidiomycota和Rozellomycota所占比例最高,分别为55.99%~84.14%、5.78%~ 20.58%和3.21%~10.38%,与前人[38]研究结果一致。
4 结论
增施腐殖酸可显著降低耕层土壤pH,小幅增加表土含水量;增施腐殖酸可小幅度降低表土SIC含量,显著提高DOC含量,促进固定态有机碳向活性有机碳转化。苗期旋耕和镇压处理可使土壤CaCO3含量和CO2排放通量降低;增施腐殖酸可提高土壤碳库活度指数,进而提高土壤碳库管理指数;增施腐殖酸可迅速改变碱土土壤离子的原有数量与分布,使土壤中水溶性Ca2+、Mg2+、K+含量增加,Na+含量明显降低。
增施腐殖酸可使碱土土壤微生物群落结构特异性增加,增施腐殖酸后细菌中变形菌门和芽单胞菌门成为优势类群,且苗期旋耕、镇压处理增幅最大;增施腐殖酸可增加真菌中子囊菌门、担子菌门和罗兹菌门丰度。相关性分析发现,不同菌属与土壤各项理化指标间关系密切,各项指标显著影响特定菌群丰度变化。
参考文献
Sodic soils: Distribution, properties, management and environmental consequences
Effects of tillage practices on water consumption characteristics and grain yield of winter wheat under different soil moisture condition
Residual effects of a slant-legged subsoiler on some soil physical conditions and the root growth of spring barley
腐植酸类物质的施用对盐碱地的改良效果
DOI:10.13287/j.1001-9332.201904.001
[本文引用: 1]
采用田间小区试验方法,以生化腐植酸(OHA)、氨化腐植酸(AHA)和微生物活化腐植酸(MHA)为试验材料,探讨了3种腐植酸类物质对盐碱地的改良效果.结果表明: 与对照单施化肥相比,在盐碱地上增施不同的腐植酸类物质,当季对土壤pH的影响不明显.但3种腐植酸类物质均表现出了一定的降低土壤电导率(EC)、水溶性Na<sup>+</sup>和K<sup>+</sup>含量以及钠吸附比(SAR)的效果,影响深度均达0~40 cm土层.降低土壤EC的效果以OHA最优,但降低土壤水溶性Na<sup>+</sup>和K<sup>+</sup>含量以及SAR的效果3种材料间差异不大.此外,腐植酸类物质在降低土壤NO<sub>3</sub><sup>-</sup>-N含量,增加土壤NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N、可溶性有机氮(SON)和可溶性全氮(TSN)含量方面也有积极作用,且AHA和MHA作用效果优于OHA.添加3种腐植酸类物质均可提高土壤速效磷含量,其中以MHA效果最佳.增施腐植酸类物质可显著提高玉米灌浆期功能叶的SPAD值和玉米产量,但3种供试腐植酸类物质间差异不显著.腐植酸类物质对氮、磷肥表观利用率的影响表现为AHA>MHA>OHA,而OHA处理的氮、磷肥农学效率最高,AHA处理的氮、磷肥偏生产力最高.
滦河流域不同土地利用类型土壤微生物量C、TN、TP垂直分异规律及其影响因子研究
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906(2010)08-1844-06 [本文引用: 1]
免耕与常规耕作下黑土腐殖酸含量与结构的差异
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906(2010)05-1238-04 [本文引用: 1]
腐植酸土壤调理剂对黄河三角洲盐碱土化学性状及小麦产量的影响
DOI:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas20190700100
[本文引用: 1]
为研究腐植酸土壤调理剂对黄河三角洲盐碱土的改良效果,通过腐植酸土壤调理剂与常规肥料配伍,在黄河三角洲盐碱土壤上进行3年小麦定位试验。结果表明:施用腐植酸土壤调理剂能够改善土壤化学性状。与常规施肥相比,施用腐植酸土壤调理剂后,土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别提高3.8%~5.0%、8.6%~12.0%、16.4%~29.2%、27.3%~30.7%。腐植酸土壤调理剂能够改良土壤盐碱障碍,相比常规施肥处理,pH降低0.30~0.43个单位,碱化度降低4.6%~27.2%,脱盐率为17.28%~23.53%,钠离子含量降低15.4%~42.7%,氯离子含量降低20.7%~37.6%。2250 kg/hm<sup>2</sup>和3000 kg/hm<sup>2</sup>土壤调理剂施用量间均无显著差异。腐植酸土壤调理剂能够提高小麦产量,与常规施肥相比,小麦产量提高7.47%~25.83%。综上,施用腐植酸土壤调理剂2250 kg/hm<sup>2</sup>是改良黄河三角洲盐碱土以及提高小麦产量的最佳用量。
改良剂调控盐碱胁迫对棉田土壤微生物多样性的影响
DOI:10.13880/j.cnki.65-1174/n.2022.21.003
[本文引用: 1]
以有机高分子复配材料和黄腐酸为主的复合材料作为盐碱土改良剂,利用田间桶栽控制试验,探究两种改良剂对重度盐碱胁迫下(NaCl、Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)棉田土壤理化性质及细菌群落多样性的影响。结果表明:与常规施肥相比,施用2种改良剂使根际土壤pH和EC值、K<sup>+</sup>和Na<sup>+</sup>含量降低,进而影响了土壤微生物多样性。盐碱胁迫下土壤微生物优势菌门主要为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和芽单胞菌门,盐胁迫下添加有机高分子复配材料和以黄腐酸为主的复合材料型改良剂的处理后,土壤中放线菌门和厚壁菌门的相对丰度增加,碱胁迫下施用2种改良剂后,变形菌门、酸杆菌门和疣微菌门的相对丰度增加。盐化和碱化土壤中微生物多样性丰富,优势菌群相对稳定,并且在添加改良剂后盐化土壤的耐受性比碱化土壤的更高;有机高分子复配材料和以黄腐酸为主的复合材料的应用可以通过改变土壤微环境进而影响菌群丰度。
连续深松对黑土水热酶特性及细菌群落的影响
为阐明连续深松措施对黑土水热酶活性动态变化及细菌群落多样性的影响,于2016—2017年设置旋耕(CK)、浅松1年(QS1)、浅松2年(QS2)、深松1年(SS1)、深松2年(SS2)、超深松1年(CS1)、超深松2年(CS2)7个处理,研究土壤水分、温度、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性及细菌群落结构变化。结果表明:深松可显著降低0~20 cm土壤含水量,以SS1、SS2降幅最小,提高各处理20~40 cm土壤含水量,以QS2效果最佳,深松2年土壤含水量高于深松1年;各深松处理开花期土壤温度显著低于CK,而小喇叭口期、抽雄期、成熟期则显著高于CK。随着深松深度增加,0~20 cm土壤温度显著降低;深松可维持0~20 cm土壤酶活性长效性,提高20~40 cm土壤酶活性;深松较CK提高0~20 cm土层玉米根际土壤细菌群落丰富度与多样性,深松2年各处理细菌群落丰富度高于深松1年,各深松处理以SS2效果最优。深松可提高酸杆菌门、芽单胞菌门、浮霉菌门、奇古菌门等相对丰度,降低放线菌门、厚壁菌门等具有致病菌种菌门相对丰度。深松可优化土壤水热环境,维持土壤酶活性高效、稳定,协调细菌群落结构构建,促进黑土地可持续利用。
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