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有机肥/秸秆替代化肥模式对设施菜田土壤氮循环功能基因丰度的影响

马龙  高伟  栾好安  唐继伟  李明悦  黄绍文  
【摘要】:【目的】利用天津市农业科学院西青区基地日光温室的蔬菜有机肥/秸秆替代化肥模式定位试验,分析不同施肥模式下设施春茬番茄盛果期土壤氮循环功能基因丰度、硝化潜势(PNR)及N_2O排放量的差异,为设施菜田可持续健康发展提供科学依据。【方法】定位试验始于2009年,共设置来源于化肥(CF)、有机肥(M)和玉米秸秆(S)不同比例的6个等氮磷钾处理,分别为:4/4CF、3/4CF+1/4M、2/4CF+2/4M、1/4CF+3/4M、2/4CF+1/4M+1/4S、2/4CF+2/4S。在第20茬设施蔬菜(春茬番茄盛果期)采集0—20 cm土壤样品,测定土壤氮循环相关指标。【结果】1)含有机肥/秸秆处理土壤的PNR较4/4CF处理平均增加72.9%,其中仅配施有机肥3个处理平均增加了107.0%,而配施秸秆两个处理显著低于含有机肥的2/4CF+2/4M、1/4CF+3/4M处理。2)与4/4CF处理相比,有机肥/秸秆替代处理土壤反硝化过程功能基因NapAB、NirS、NorB、NosZ丰度平均分别增加了19.9%、20.4%、19.1%、2.3%,硝酸盐异化还原成铵过程功能基因NirB丰度平均增加了25.9%,而土壤硝化过程功能基因AmoA、AmoB、AmoC、Hao,以及硝酸盐异化还原成铵过程功能基因NrfH丰度平均分别降低了37.9%、46.3%、33.8%、65.5%、8.8%。3)与4/4CF处理相比,有机肥/秸秆替代处理土壤0~28天N_2O累计排放量平均增加了59.6%。4) Spearman相关性分析表明,土壤PNR与土壤有机碳(r=0.37)、铵态氮(r=0.47)、土壤N_2O累计排放量(r=0.56)以及反硝化过程功能基因NapAB (r=0.78)、NirK (r=0.21)和NorB (r=0.53)呈显著正相关关系,与土壤pH (r=–0.40)呈显著负相关关系;土壤N_2O累计排放量与土壤有机碳(r=0.90)、全氮(r=0.83)、硝态氮(r=0.83)、铵态氮(r=0.64)及反硝化过程功能基因NapAB (r=0.67)、NirK (r=0.49)、NirS(r=0.36)和NorB (r=0.88)呈显著正相关关系,与土壤pH (r=–0.52)和硝化过程功能基因AmoA (r=–0.62)、AmoB (r=–0.64)、AmoC (r=–0.71)和Hao (r=–0.77)呈显著负相关关系。冗余分析显示,土壤硝态氮(P=0.01)、铵态氮(P=0.03)和有机碳(P=0.05)对土壤氮循环功能微生物影响显著,分别解释其群落结构变异的34.0%,13.3%和11.3%。【结论】同等氮磷钾养分投入量下,有机肥/秸秆替代部分化肥,尤其是配施1/4有机肥及1/4秸秆模式(2/4CF+1/4M+1/4S)可显著降低土壤硝化过程功能基因丰度,增加反硝化、硝酸盐异化功能基因丰度,促进番茄盛果期的氮素吸收,减少可能向下淋洗的氮量。

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