科研产出
有机物料与化肥长期配施对小麦玉米轮作潮土细菌群落和酶活性的影响
《中国农业科学 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：【目的】研究有机物料与化肥长期配施对土壤细菌群落和酶活性的影响，揭示土壤养分、胞外酶活性与细菌群落之间关系，为制定潮土区小麦玉米轮作制度下长期且合理的施肥策略提供理论依据。【方法】连续10年的定位试验，设置不施肥（NF）、单施化肥（NPK）、化肥配合秸秆还田（NPKS）、50%的化肥配施6 000 kg·hm-2猪粪（NPKP）和50%的化肥配施6 000 kg·hm-2牛粪（NPKC）等5个处理。【结果】（1）有机物料与化肥长期配施（NPKS、NPKP和NPKC）可显著提高土壤肥力和胞外酶活性，其中NPKC处理提升效果最为显著，土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量和碱性磷酸酶活性较NPK处理提升幅度为13.8%—15.4%、9.7%—15.5%、7.2%—15.9%、13.6%—38.5%和2.5%—13.1%。（2）有机物料与化肥长期配施显著改变了细菌群落结构和组成。与NPK处理相比，小麦季NPKS处理显著上调物种为Aggregatilinea和Parachlamydia,NPKP处理显著提高Pseudomonas、Nonomuraea和Flexilinea丰度，NPKC处理仅Luteitalea丰度显著升高。玉米季NPKS处理显著上调的物种为Phycisphaera和Syntrophothermus,NPKP处理显著提高Gemmatimonas丰度；NPKC处理Aquipuribacter和Desulfosoma丰度显著升高。（3）功能预测结果表明，长期有机物料与化肥配施较单施化肥对土壤碳、氮循环功能有促进作用，尤其NPKC处理对硝化作用、尿素溶解、芳香族化合物的降解、木聚糖分解、纤维素降解作用均有较强的影响。（4）蒙特尔分析表明，土壤pH是潮土细菌群落结构和生态功能的主要调控因素。【结论】有机物料与化肥长期配施（尤其是化肥配施牛粪）可提高土壤肥力和胞外酶活性，增加有益菌群丰度，显著改变细菌群落结构和组成，有利于碳、氮、磷循环，从而促进潮土形成适合作物和细菌生长的环境。
关键词： 小麦玉米轮作 有机物料 化肥 长期施肥 细菌群落 酶活性 土壤养分 潮土
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不同有机物料还田后砂质土壤有机碳组分结构特征
《农业生物技术学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：近年来固态13C核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技术已成为土壤有机碳分子结构研究领域的应用热点,相比于壤土和黏土,砂质土对土壤碳组分变化的反馈机制更加敏感.为揭示不同外源碳输入对土壤有机碳组分及稳定性的影响,本研究利用13C-NMR技术,以秸秆还田、单施化肥为主、副对照,测定3种有机物料进行8年连续还田后对砂质土壤有机碳分子结构的影响.结果表明:1)猪粪、沼渣和生物炭处理的土壤有机碳组分与对照组相似,均以烷氧碳(45~110 ppm)为主,其中碳水化合物类碳(60~90 ppm)是其构成的主体.2)与秸秆还田(主对照)相比,沼渣与猪粪还田后土壤耐分解碳组分(烷基碳+芳香碳)比例分别降低了2.96%和3.77%,而生物炭处理则增加了8.12%;沼渣与猪粪处理的疏水性指数分别比秸秆处理降低了4.93%和6.25%,而生物炭处理则提高了14.65%;生物炭处理的芳香度约为沼渣和猪粪处理的1.7~2.0倍.3)冗余分析表明,土壤芳香碳的相对含量对土壤有机碳稳定性指标和有机碳含量的影响达到显著水平(P<0.01).由于不同有机物料还田后土壤有机碳组分存在差异,沼渣和猪粪还田后增加了土壤易分解碳组分(以碳水化合物类碳为主)和羧基碳,意味着土壤有机碳的稳定性被削弱了;生物炭还田后增加了土壤耐分解碳组分(以芳香碳为主),提升土壤有机碳稳定性的效果更显著.本研究结果可为进一步提升农田土壤有机碳库稳定性提供参考.
关键词： 有机物料 长期施肥 固态13C核磁共振(NMR) 有机碳分子结构
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长期施肥下山东潮土固碳特征及产量效应
《华北农学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：为明确长期施肥对山东潮土固碳潜力和作物产量的影响，以冬小麦-夏玉米轮作体系为研究对象，通过28 a定位施肥试验研究长期施肥下潮土固碳特征及其作物产量效应，提出不同肥力水平山东潮土有机碳提升策略。试验采用裂区设计，包括单施化肥和有机无机肥配施两大主处理，化肥区处理分别为不施肥、氮、氮磷、氮钾、磷钾、氮磷钾、减量氮磷钾、增量氮磷钾；有机肥区处理为化肥区处理基础上分别增加等量有机肥。结果表明，有机肥处理土壤累积碳投入量和固碳速率分别比化肥处理高2.47,4.29倍。有机肥处理土壤有机碳投入量为155.6～193.2 t/hm~2,固碳速率为0.25～2.18 t/（hm~2·a）,化肥处理土壤有机碳投入量为39.5～100.5 t/hm~2,固碳速率为4.15～5.49 t/（hm~2·a）。其中，化肥区和有机肥区均是增量氮磷钾处理碳储量最高、固碳速率最快。随着外源碳的累积投入量增加，土壤有机碳呈线性增加，当投入量小于120 t/hm~2时，土壤有机碳的存储能力为18.4%～20.6%;当投入量在120～200 t/hm~2时，土壤有机碳的存储能力为11.5%。外源碳累积投入量小于100 t/hm~2时，土壤固碳效率为11.7%;外源碳累积投入量100～200 t/hm~2时，土壤固碳效率为4.3%。土壤有机碳含量与小麦和玉米产量之间均呈极显著相关关系，潮土土壤有机碳提升1 g/kg,作物总产量可增加414.5 kg/hm~2（小麦和玉米产量可分别增加208.4,184.8 kg/hm~2）。在保证土壤肥力和作物产量条件下，建议山东潮土累积有机碳投入量为150 t/hm~2较为合适。
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施用不同有机物料对砂质土壤玉米成熟期根际细菌群落变化的影响
《中国农业大学学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：为探究有机物料还田后土壤理化性质对细菌群落变化的影响，在华北平原砂质土壤玉米成熟期分别以秸秆还田（ST）和单施化肥（CF）为主、副对照，设置猪粪（PM）、沼渣（BR）和秸秆生物炭（BC）3种有机物料还田处理，利用Illumina高通量测序技术分析根际土壤细菌群落结构。结果表明：1)玉米成熟期根际土壤细菌群落丰富度的2个指标（Chao 1和ACE）由高到低均为：PM＞BR＞ST＞BC＞CF，但沼渣和生物炭处理的土壤细菌群落多样性（Shannon）均显著高于猪粪处理。2)沼渣、生物炭和对照组（秸秆和化肥处理）的土壤细菌优势菌门均为放线菌门（Actinobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi），优势菌门的累计丰度为71.53%～80.31%；而猪粪处理的土壤细菌优势菌门以厚壁菌门（Firmicutes）为首，其余依次为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门和绿弯菌门，优势菌门的累计丰度为85.61%。3)土壤有效磷是影响土壤细菌群落结构变化的主效环境因子（P＜0.05），与厚壁菌门的梭菌属（Clostridium）和土孢杆菌属（Terrisporobacter）的相对丰度均呈显著正相关，其中猪粪处理的土壤有效磷含量显著高于其他处理；生物炭处理显著增加土壤pH和有机质含量，沼渣处理增加土壤水分含量但不显著，生物炭和沼渣处理显著上调放线菌门相关菌属的相对丰度。综上，猪粪处理虽然显著提高土壤细菌群落的丰富度，但是导致菌落的多样性显著下降，生物炭处理则与之相反；沼渣处理也显著提高土壤细菌群落的丰富度和多样性。综上，合理施用沼渣还田可作为改良华北平原砂质瘠薄型农田的首选方式。
关键词： 有机物料 长期施肥 玉米根际土壤 土壤细菌群落 高通量测序
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连续施用化肥及秸秆还田对潮土酶活性、细菌群落和分子生态网络的影响
《植物营养与肥料学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：[目的]采用高通量测序和分子生态网络分析技术,研究连续施用化肥及秸秆还田对细菌群落结构和种间互作关系的影响,为黄淮海潮土区秸秆资源化利用与土壤肥力提升提供理论依据.[方法]长期定位试验位于山东德州,始于2010年,土壤为典型潮土,为冬小麦-夏玉米轮作.2021年从不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPKS)3个处理小区采集土壤样品,分析土壤养分、酶活性、细菌群落等指标.[结果]与CK处理相比,NPK和NPKS处理pH均降低了 0.06个单位,土壤有机质分别提升了 23.19%和34.82%,细菌多样性分别降低了 0.90%和0.91%,均匀度均显著降低了 1.11%.与CK相比,NPK处理土壤中β-葡糖苷酶(β-GC)和碱性磷酸酶(ALP)分别显著升高47.91%和50.35%,NPKS处理β-GC、ALP和脱氢酶(DHA)活性分别升高78.31%、46.53%和50.91%.CK处理的优势菌群为寡营养型细菌(酸杆菌门和浮霉菌门)和固氮菌(生丝微菌科和伯克氏菌科),NPK处理的优势菌群为可降解顽固有机质的变形菌门(草酸杆菌科、红丹杆菌科和黄单胞菌科)、放线菌门和拟杆菌门;NPKS处理的优势菌群为具有纤维素降解能力的厚壁菌门(芽胞杆菌科).网络分析发现,不同施肥处理优势菌群分属于不同网络模块,与土壤养分含量和酶活性呈显著相关关系,其中NPKS处理中富集的芽胞杆菌通过强烈的共生关系形成特定物种集群,并且与β-GC、ALP和DHA呈显著正相关关系.[结论]秸秆还田配施化肥有利于黄淮海潮土区土壤肥力的提升,并可通过调节细菌种间互作关系,优化细菌群落组成,提高土壤酶活性.
关键词： 长期施肥 秸秆还田 土壤酶活性 高通量测序 网络分析
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长期施肥对山东潮土磷盈亏及农学阈值的影响
《华北农学报 》 2019 北大核心 CSCD
摘要：为了揭示长期施肥对山东潮土磷素盈亏、农学阈值的影响,以冬小麦-夏玉米轮作为研究对象,通过33 a长期定位施肥试验研究土壤磷素盈亏、土壤有效磷对磷素盈亏响应,明确土壤有效磷农学阈值;试验采用裂区设计,包括单施化肥和有机无机肥配施两大主处理.结果表明,不施磷和只施有机肥处理磷素亏缺量分别为23.27~29.20 kg/(hm~2·a),12.10~22.27 kg/(hm~2·a);单施磷肥和有机无机磷肥配施磷盈余量分别为68.34~85.99 kg/(hm~2·a),88.84~107.64 kg/(hm~2·a).单施化肥和有机无机肥配施两大主处理每盈余100 kg/hm~2磷素,土壤有效磷分别增加0.76,1.46 mg/kg,有机无机肥配施处理有效磷对磷盈亏的增幅响应更大.单施化肥处理中小麦和玉米的有效磷农学阈值分别为12.60,8.90 mg/kg,有机无机肥配施处理中作物产量和土壤有效磷含量关系不明显.长期耕作下,不施磷肥和单施有机肥处理需增施磷肥或增加有机肥量来增加土壤磷素;施磷处理中可适当减少施磷量来调控土壤磷盈亏;根据农学阈值和有效磷转化率合理确定施磷量.
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