施肥对喀斯特典型旱地土壤微生物和线虫的影响

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有机无机肥配施是我国广泛采用的一项施肥措施。一般认为有机无机肥配施是降低单施化肥负面环境效应并保证作物生长的重要手段。喀斯特地区生态系统退化严重,中国政府实施了退耕还林、石漠化治理等系列生态工程,大面积退耕导致该区有限的耕地资源更加宝贵。喀斯特地区土层浅薄,人地矛盾尖锐,旱地作物生产尤为重要。因此,喀斯特旱地土壤培肥,促进农业可持续发展已经成为迫切的任务。研究区域秸秆和牛粪是最常用的有机肥料资源,但秸秆和粪肥代替化肥以及有机无机肥配比差异等对喀斯特土壤微食物网的影响还不明确。土壤微生物和土壤线虫是土壤微食物网的重要组成部分,占据了土壤微食物网的关键位置,在生态系统服务中起着至关重要的作用。土壤生物是生物地球化学循环过程的直接参与者,是决定土壤生态功能的重要因素,深入了解农业管理措施如何影响土壤生物对于农业可持续发展至关重要。因此,研究不同施肥措施对土壤微生物和线虫的影响,对于喀斯特旱地土壤培肥和农业可持续发展有重要意义。本研究以喀斯特典型旱地长期定位试验(开始于2006年4月)为研究对象,用秸秆和牛粪分别替代常规化肥用量的30%(0.3)和60%(0.6)。2019-2020年采集不施肥(C)、单施化肥(NPK)、减肥配施少量秸秆(0.3S)、减肥配施少量牛粪(0.3M)、减肥配施大量秸秆(0.6S)、减肥配施大量牛粪(0.3M)六种不同施肥处理的样品,研究农作物产量与土壤理化性状变化;采用PLFA分析、高通量测序和显微镜计数等技术方法,对土壤微生物和土壤线虫群落的多样性和群落结构进行系统分析,旨在明确不同施肥措施对土壤微生物和线虫的影响,揭示不同施肥措施下作物产量和土壤理化性质等土壤生态功能与土壤微食物网的关系。主要研究结果如下:(1)5种施肥处理(NPK、0.3S、0.3M、0.6S和0.6M)均显著提高了玉米和大豆产量,但5种施肥处理间不存在显著差异。对比不施肥(C),减肥配施秸秆和大量牛粪(0.3S、0.6S和0.6M)显著提高了土壤有机碳和全氮含量,并维持较低的土壤碳氮比。在提高土壤养分有效性方面,对比不施肥(C),减肥配施大量牛粪(0.6M)能显著提高土壤碱解氮含量,5种施肥处理(NPK、0.3S、0.3M、0.6S和0.6M)均能显著提高速效磷和速效钾含量,但对于提高速效钾含量,化肥优于牛粪优于秸秆。此外,对比单施化肥(NPK),减肥配施秸秆和牛粪(0.3S、0.3M、0.6S和0.6M)显著提高了土壤含水量,并且土壤含水量随秸秆和牛粪施用量的增加而增加。(2)土壤细菌生物量随秸秆和牛粪施用量的增加而增加。减肥配施少量牛粪(0.3M)能维持土壤细菌多样性,减肥配施秸秆(0.3S和0.6S)能维持土壤真菌多样性。不同施肥措施下土壤养分含量改变和土壤有机碳组分异质性是改变土壤微生物群落组成的主要影响因素。如施肥导致富营养细菌(如变形菌门)相对丰度的增加,减肥配施秸秆(0.3S和0.6S)增加了具有秸秆分解能力的土壤微生物类群(如酸杆菌和散囊菌)的相对丰度增加。(3)单施化肥(NPK)和减肥配施大量牛粪(0.6M)降低了土壤线虫多样性,减肥配施秸秆(0.3S和0.6S)促进了土壤线虫复杂群落的构建。土壤含水量和土壤pH是影响土壤线虫群落的重要因素。减肥配施秸秆和牛粪(0.3S、0.3M、0.6S和0.6M)能缓解单施化肥(NPK)所导致的生物共现网络中生物活跃程度低、生物间的协同和拮抗作用减少、食物网复杂程度下降、食物网稳定性下降等负面影响。其中,施用秸秆更有利于增加网络中生物活跃程度和网络复杂性,施用牛粪更有利于网络稳定性。此外,土壤细菌生物量与作物产量显著正相关,土壤细菌生物量可能是该区域影响农作物产量的重要因素。综上所述,减肥配施少量牛粪(0.3M)和减肥配施大量秸秆(0.6S)总体效果较优,可作为喀斯特典型旱地农业生产中的推荐施肥方案。关注不同施肥措施对喀斯特典型旱地生态系统作物产量、土壤理化性质、土壤微生物和线虫的影响,不仅为土壤肥力和土壤健康提供新的思路,还为可持续农业生产提供科学依据。
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