生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量與土壤氮循環(huán)作用機(jī)制研究

趙健宇 王鳳新 孟潮彪,2 金 松 彭 敏

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；2.浙江大學(xué)土水資源與環(huán)境研究所，杭州 310058；3.懷俄明大學(xué)工業(yè)與民用建筑工程系，拉勒米 WY 82071；4.元泰豐(包頭)生物科技有限公司，包頭 014199)

0 引言

土壤氮循環(huán)是土壤生態(tài)系統(tǒng)中重要的循環(huán)之一，與其密切相關(guān)的氨氧化細(xì)菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、反硝化細(xì)菌和固氮菌是參與硝化、反硝化和固氮作用的重要功能微生物，其群落豐度和結(jié)構(gòu)等因素直接調(diào)節(jié)氮素在土壤中的轉(zhuǎn)化，影響作物對(duì)氮素的吸收利用[1]。

研究發(fā)現(xiàn)，施肥會(huì)導(dǎo)致土壤微生物的豐度和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。有機(jī)和無機(jī)肥料配合施用已被證明是提高土壤肥力和維持農(nóng)作物產(chǎn)量的有效施肥方式[2]。施用糞肥、作物秸稈作為有機(jī)肥料還田能顯著增加固氮菌、反硝化菌和AOB豐度[3-6]。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)施用糞肥對(duì)反硝化菌豐度無影響，無機(jī)肥與糞肥配施減少固氮菌豐度，而無機(jī)肥與秸稈還田配合對(duì)固氮菌豐度無明顯影響[4,7-9]。有機(jī)肥料對(duì)氮循環(huán)相關(guān)微生物的豐度產(chǎn)生不同程度的影響，與土壤理化特性的變化有關(guān)。有機(jī)肥料的施入直接為反硝化菌等異養(yǎng)微生物生長(zhǎng)提供碳源，促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)[10]。不同有機(jī)肥和無機(jī)肥配施量對(duì)氮素形態(tài)(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)的影響直接關(guān)系到硝化作用和反硝化作用底物的濃度，進(jìn)而對(duì)相關(guān)微生物的豐度和功能產(chǎn)生影響[11-12]。當(dāng)土壤中可利用的氮能充分滿足固氮微生物的需求時(shí)，固氮微生物的活性將會(huì)降低，生物固氮作用受到抑制[13]。此外，施肥造成的土壤pH值變化也是影響微生物變化的主要因素之一[3,14-15]。因此，氮循環(huán)過程相互關(guān)聯(lián)，受到土壤環(huán)境因子驅(qū)動(dòng)，不同的肥料類型及施用量會(huì)對(duì)氮循環(huán)相關(guān)微生物的活性和豐度產(chǎn)生重要影響，從而影響土壤養(yǎng)分循環(huán)。

褐煤具有多孔性和較大的比表面積，具有較高的有機(jī)質(zhì)和腐殖酸含量，對(duì)各種土壤化合物的吸附作用較強(qiáng)[16]，有助于增加土壤有機(jī)碳含量、碳氮比和陽離子交換能力，是有機(jī)肥料的基礎(chǔ)[17]。褐煤中的腐殖酸可以提高馬鈴薯對(duì)含氮化合物的吸收，促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)和塊莖形成。與糞肥等有機(jī)肥料相比，褐煤穩(wěn)定性較強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)礦化速率有限，短期內(nèi)可能對(duì)土壤微生物群落豐度和結(jié)構(gòu)影響較小[18]。土壤養(yǎng)分的供應(yīng)離不開微生物的參與。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)以褐煤為原料進(jìn)行微生物發(fā)酵生產(chǎn)的煤基生物有機(jī)肥[19-20]。煤基生物有機(jī)肥與無機(jī)肥料混施，能否促進(jìn)肥料本身和土壤養(yǎng)分的緩慢釋放，從而提高肥料利用效率；煤基生物有機(jī)肥能否改善土壤的理化特性和調(diào)節(jié)土壤氮循環(huán)功能微生物，進(jìn)而促進(jìn)馬鈴薯對(duì)氮素的吸收利用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提升，值得研究。

目前的研究很少關(guān)注生物有機(jī)肥聯(lián)合化肥施用對(duì)作物生長(zhǎng)及土壤氮循環(huán)微生物的影響。本研究擬通過大田試驗(yàn)，利用分子微生物學(xué)方法標(biāo)記相關(guān)功能基因，研究增施煤基生物有機(jī)肥對(duì)滴灌馬鈴薯產(chǎn)量和土壤理化特性以及氮循環(huán)相關(guān)功能微生物豐度的影響，揭示煤基生物有機(jī)肥對(duì)作物產(chǎn)量和土壤氮循環(huán)的作用機(jī)制，為土壤科學(xué)管理和提高氮素利用率及制定合理施肥制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年5月11日—9月10日在內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市固陽縣舊城村(41°1′N，110°3′E，海拔1 356 m)，該地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為4℃，年平均降雨量為300 mm，多年平均20 cm蒸發(fā)皿蒸發(fā)量為2 270 mm左右，年日照總時(shí)數(shù)為3 130 h，無霜期為95～110 d。該試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為砂壤土，0～80 cm處土層平均干容重為1.35 g/cm3，平均田間持水率約為21.67%(體積含水率)。前茬作物為馬鈴薯，耕作層(0～40 cm)土壤pH值8.10，有機(jī)碳質(zhì)量比3.71 g/kg，全氮質(zhì)量比0.39 g/kg，全磷質(zhì)量比0.61 g/kg，硝態(tài)氮質(zhì)量比12.0 mg/kg，速效鉀質(zhì)量比141.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共計(jì)4個(gè)處理：?jiǎn)问┗?CF)、化肥增施1 500 kg/hm2煤基生物有機(jī)肥(BF1)、化肥增施3 000 kg/hm2煤基生物有機(jī)肥(BF2)、化肥增施4 500 kg/hm2煤基生物有機(jī)肥(BF3)，每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，隨機(jī)布置。所用化肥為尿素(含N 46%)、磷酸二銨(含N 16%，P2O544%)、硫酸鉀(含K2O 50%)，施用量為210、150、180 kg/hm2。煤基生物有機(jī)肥由元泰豐(包頭)生物科技有限公司生產(chǎn)，主要原料為褐煤，其pH值為8.48，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比為976 g/kg，全氮質(zhì)量比為30.9 g/kg，全碳質(zhì)量比為366 g/kg，碳氮比為11.9。

1.3 農(nóng)藝措施

試驗(yàn)所用馬鈴薯品種為克新一號(hào)，每個(gè)小區(qū)種植7壟，壟長(zhǎng)6.00 m，壟底寬0.80 m，壟高0.30 m，一壟單行，株距約為0.25 m，播種深度為0.15 m，種植密度為52 500 株/hm2，所有處理小區(qū)均采用黑色地膜(寬約0.70 m，厚約0.008 mm)覆蓋。馬鈴薯于2019年5月11日播種，9月10日收獲。采用滴灌灌溉，壟的中央、滴頭的正下方埋設(shè)負(fù)壓計(jì)，陶土頭埋深為20 cm，土壤水勢(shì)低于-25 kPa時(shí)開始灌水，每次灌水量取5 mm[21]。馬鈴薯全生育期共灌水56次，灌水總量為280 mm，各生育期(除A外)灌水量如圖1(圖中A～E分別表示芽條生長(zhǎng)期、幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、成熟期)所示。有機(jī)肥和全部磷肥、30%氮肥和30%鉀肥在旋耕起壟前人工撒施，剩余氮肥和鉀肥平均分成2份分別在塊莖形成期(6月24日)和塊莖膨大期(7月20日)隨水追施。

圖1 全生育期累計(jì)灌水量Fig.1 Accumulated irrigation amount in growth period

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1作物干物質(zhì)量及塊莖產(chǎn)量

干物質(zhì)量：塊莖成熟期從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株馬鈴薯，將植株莖、葉、根和塊莖分離并稱鮮質(zhì)量，植株的莖、葉、根和塊莖置于105℃干燥箱中殺青30 min，然后80℃恒溫干燥至質(zhì)量恒定，再冷卻至室溫(20℃)，分別稱量得莖、葉、根和塊莖的干物質(zhì)量。

塊莖產(chǎn)量及分級(jí)：收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取10株馬鈴薯，用電子天平(精度為0.01 g)稱量單株塊莖質(zhì)量和商品薯質(zhì)量(≥75 g)；每個(gè)小區(qū)選取中間3壟稱取鮮質(zhì)量，計(jì)算單位面積上塊莖總產(chǎn)量。

1.4.2土壤樣品采集

塊莖成熟收獲前，各小區(qū)選取3個(gè)代表樣點(diǎn)采集0～20 cm深度土樣，混合均勻后分成2份裝入無菌袋低溫保存帶回實(shí)驗(yàn)室。一份鮮土4℃保存，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)；另一份鮮土-20℃保存，用于提取土壤DNA。

1.4.3土壤理化性質(zhì)測(cè)定

土壤理化性質(zhì)的測(cè)定參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[22]中的相關(guān)方法進(jìn)行。土壤pH值用土壤pH計(jì)測(cè)定，水土質(zhì)量比為5∶1；土壤含水率采用干燥法測(cè)定；有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；全氮、全磷和全鉀含量分別采用凱氏定氮法、氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法和氫氧化鈉熔融-火焰光度法測(cè)定；2 mol/L氯化鉀溶液浸提土壤后用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。

1.4.4土壤微生物DNA提取和功能基因熒光定量分析

從土樣中取0.5 g，通過PowerSoil DNA提取試劑盒(MoBio Laboratories,Carlsbad,CA,美國(guó))按操作步驟提取土壤總DNA。提取的DNA保存在-20℃下備用。通過瓊脂糖凝膠電泳((Bio-Rad,Hercules,CA,美國(guó))和ND-2000型分光光度計(jì)(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,美國(guó))檢測(cè)所提DNA片段大小和質(zhì)量。PCR反應(yīng)體系為20 μL，其中包含4 μL的5×FastPfu緩沖液，2 μL dNTPs(2.5 mmol/L)，上下游引物(5 μmol/L)各0.8 μL，0.4 μL的FastPfu聚合酶(Promega,Fitchburg,WI,美國(guó))和10 ng的DNA模板，最后用雙蒸水補(bǔ)齊至20 μL。16S rRNA、ITS、nirS、AOB-amoA和nifH基因熒光實(shí)時(shí)定量PCR分析所用的引物及反應(yīng)條件見表 1。質(zhì)粒及標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備參照文獻(xiàn)[23]。

表1 PCR擴(kuò)增引物及反應(yīng)條件Tab.1 Primers and reaction conditions of PCR analysis

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，Origin 2017進(jìn)行繪圖，SPSS 20統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析和LSD法分析處理間顯著性差異(P<0.05)，相關(guān)性分析采用Pearson法。

2 結(jié)果與分析

2.1 煤基生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯成熟期干物質(zhì)量和塊莖產(chǎn)量的影響

由圖2(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同)可知，BF3處理馬鈴薯植株干物質(zhì)積累總量最大，比CF處理多27.11%。在塊莖成熟期時(shí)，干物質(zhì)積累量主要集中于塊莖，占干物質(zhì)積累總量的62.21%～71.65%；其次是莖，占干物質(zhì)積累總量的17.56%～25.76%；根和葉干物質(zhì)積累量分別占總量的2.31%～2.98%、8.30%～9.73%。煤基生物有機(jī)肥對(duì)塊莖干物質(zhì)積累量具有極顯著影響(P<0.01)，BF3和BF2處理塊莖干物質(zhì)量分別比CF處理多10.37%、9.32%，BF1較CF處理多6.05%；BF2與BF3間無顯著性差異(P>0.05)。

圖2 馬鈴薯成熟期干物質(zhì)積累量Fig.2 Dry matter accumulation at potato maturation stage

由圖3可知，增施煤基生物有機(jī)肥處理的產(chǎn)量均高于單施化肥處理且差異顯著(P<0.05)，隨著煤基生物有機(jī)肥量的增加，單株薯質(zhì)量、商品薯質(zhì)量和塊莖總產(chǎn)量均有不同程度增加。與CF處理相比，BF3處理顯著提高了單株薯質(zhì)量、商品薯質(zhì)量和塊莖總產(chǎn)量，分別增加了22.62%、17.73%和9.49%。就塊莖總產(chǎn)量來說，增施1 500～4 500 kg/hm2的煤基生物有機(jī)肥，較單施化肥增產(chǎn)幅度為5.30%～9.49%。

圖3 不同處理對(duì)馬鈴薯單株薯質(zhì)量、商品薯質(zhì)量和塊莖總產(chǎn)量的影響Fig.3 Tuber weight per plant,commodity potato weight and yield in responding to different treatments

2.2 煤基生物有機(jī)肥對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響

不同煤基生物有機(jī)肥增施量對(duì)0～20 cm土壤pH值和有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量的影響，如表2所示。與CF處理相比，BF1、BF2和BF3顯著降低了土壤pH值，顯著增加了有機(jī)碳含量。增施煤基生物有機(jī)肥對(duì)土壤全氮、全鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量變化沒有產(chǎn)生顯著差異，但隨著增施量的增加，呈現(xiàn)出土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮遞增趨勢(shì)。

表2 不同處理的土壤基本理化性質(zhì)Tab.2 Physical and chemical properties of soils under different treatments

2.3 煤基生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物豐度的影響

與單施化肥相比，增施煤基生物有機(jī)肥可以使0～20 cm深度土壤細(xì)菌和真菌總量增加26%～97%，其中細(xì)菌豐度增加33%～104%，真菌豐度增加11%～80%(圖4)，但無顯著差異(P>0.05)。而隨著煤基生物有機(jī)肥增施量的增加，土壤細(xì)菌和真菌豐度均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，但均高于CF處理。各處理中土壤細(xì)菌/真菌豐度比為2.4～3.3，隨生物有機(jī)肥增施量的增加呈現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì)；BF3處理較BF2處理真菌豐度減少26%，細(xì)菌豐度幾乎不變，致使BF3處理土壤細(xì)菌/真菌豐度比提高；而BF2處理比BF1處理真菌豐度減少17%，細(xì)菌豐度減少31%，造成BF2處理土壤細(xì)菌/真菌豐度比大為降低，甚至低于CF處理。說明適量增施煤基生物有機(jī)肥可以增加土壤細(xì)菌和真菌的豐度，進(jìn)一步增施會(huì)導(dǎo)致其豐度減少；由于微生物豐度減少的比例不同，細(xì)菌/真菌豐度比發(fā)生變化。

圖4 不同處理土壤中細(xì)菌和真菌豐度及細(xì)菌/真菌豐度比Fig.4 Abundance and ratio of bacteria and fungi in soil under different treatments

2.4 煤基生物有機(jī)肥對(duì)土壤氮循環(huán)相關(guān)微生物功能基因豐度的影響

由亞硝酸鹽還原酶基因(nirS)、氨氧化細(xì)菌(AOB)的氨單加氧酶基因(amoA)和固氮酶基因(nifH)豐度測(cè)定表明(圖5)，試驗(yàn)土壤中nifH基因和AOB-amoA基因拷貝數(shù)高出nirS基因拷貝數(shù)1個(gè)數(shù)量級(jí)，與CF處理相比，增施煤基生物有機(jī)肥的0～20 cm深度土壤中上述3種與氮循環(huán)相關(guān)的功能基因豐度均有所提高，但nifH基因和AOB-amoA基因在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著差異(P>0.05)。與CF處理相比，對(duì)于nifH基因和AOB-amoA基因豐度，以BF3處理提高幅度最大，分別達(dá)74%和77%，BF2處理提高幅度最小，為29%和40%；對(duì)于nirS基因豐度，以BF2處理提高幅度最大，為90%，BF3處理提高幅度最小，為33%。隨著煤基生物有機(jī)肥增施量的增加，nifH基因和AOB-amoA基因豐度呈現(xiàn)先減后增，nirS基因豐度呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。

圖5 不同處理土壤中nirS、AOB-amoA和nifH基因拷貝數(shù)Fig.5 Copies of nirS,AOB-amoA and nifH genes in soil under different treatments

2.5 土壤理化性質(zhì)與氮循環(huán)相關(guān)微生物功能基因的相關(guān)分析

土壤微生物豐度與土壤基本理化性質(zhì)的相關(guān)分析(表3)表明，細(xì)菌16S rRNA、真菌ITS和nifH基因豐度與土壤含水率、pH值、有機(jī)碳含量、全氮含量、硝態(tài)氮含量、銨態(tài)氮含量均無顯著相關(guān)性。除nirS基因豐度與有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)，AOB-amoA基因豐度與全氮含量呈顯著正相關(guān)外，nirS、AOB-amoA基因豐度與其他土壤理化性質(zhì)無顯著相關(guān)性。

表3 土壤微生物豐度與土壤基本理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients between soil microbial abundances and physical and chemical properties of soil

3 討論

3.1 煤基生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響

3.2 煤基生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物豐度的影響

土壤微生物在一定程度上能反映土壤肥力水平，土壤細(xì)菌豐度高，表明土壤性質(zhì)和水肥條件好，可以作為評(píng)價(jià)土壤健康的指標(biāo)[35]。倪雷[36]研究發(fā)現(xiàn)，作物生育時(shí)期是影響土壤細(xì)菌豐度變化的首要因素，施加有機(jī)肥后增加了細(xì)菌豐度，而自小麥拔節(jié)期后豐度遞減且無顯著差異。本研究結(jié)果與之相似，增施煤基生物有機(jī)肥較單施化肥不同程度增加了土壤細(xì)菌和真菌豐度，但無顯著差異。一方面由于施加有機(jī)肥帶入了有機(jī)質(zhì)和碳源，促進(jìn)了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，進(jìn)而促進(jìn)微生物生命活動(dòng)和生長(zhǎng)繁殖，細(xì)菌和真菌豐度增加[37]；另一方面可能是作物生育期內(nèi)氣候變化和產(chǎn)生的根系分泌物導(dǎo)致成熟期各處理土壤細(xì)菌和真菌豐度無顯著差異。隨著煤基生物有機(jī)肥施用量的增加，土壤中細(xì)菌和真菌豐度均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，這可能是由于煤基生物有機(jī)肥本身含有大量腐殖酸、大中小分子系列有機(jī)物和有益活性菌，這些組分均可加劇微生物活動(dòng)，造成微生物間相互爭(zhēng)奪養(yǎng)分，優(yōu)勢(shì)群體逐漸占主導(dǎo)地位，抑制其他種群繁殖，并充當(dāng)關(guān)鍵物種(Keystone species)，起到穩(wěn)定微生物生態(tài)平衡的作用[38]。其次，褐煤在堿性土壤中可能釋放出一些化合物，如酚類、鄰苯二甲酸鹽、多芳香烴、苯類和脂肪族化合物等，其中一些對(duì)細(xì)胞代謝有毒害作用[18]。這也是隨著煤基生物有機(jī)肥施用量增加，微生物生長(zhǎng)受到抑制的原因之一。

本研究中，增施4 500 kg/hm2和1 500 kg/hm2煤基生物有機(jī)肥土壤細(xì)菌/真菌豐度比高于單施化肥，而增施3 000 kg/hm2煤基生物有機(jī)肥土壤細(xì)菌/真菌豐度比低于單施化肥，說明土壤微生物區(qū)系可以通過施用生物有機(jī)肥進(jìn)行調(diào)控，適宜的有機(jī)肥施用量對(duì)細(xì)菌/真菌豐度比有增加趨勢(shì)。然而增施該種煤基生物有機(jī)肥對(duì)土壤微生物區(qū)系的調(diào)控規(guī)律仍需進(jìn)一步研究。

3.3 煤基生物有機(jī)肥對(duì)土壤理化性質(zhì)和氮循環(huán)功能基因的影響

增施煤基生物有機(jī)肥對(duì)土壤pH值和有機(jī)碳含量影響顯著。增施煤基生物有機(jī)肥后土壤有機(jī)碳含量增加了4.8%～18.4%，這與肥料本身碳含量豐富密切相關(guān)；土壤pH值降低了0.10～0.17，這可能是由于在有機(jī)肥分解過程中有機(jī)酸和CO2釋放到土壤中所致[39]。

本研究利用PCR技術(shù)定量檢測(cè)了nirS、AOB-amoA和nifH3個(gè)關(guān)鍵氮循環(huán)功能基因，以研究增施煤基生物有機(jī)肥對(duì)參與反硝化作用、硝化作用和固氮作用微生物的影響。土壤pH值、有機(jī)碳含量、氮含量等理化性質(zhì)是影響氮循環(huán)的重要環(huán)境因子。先前的研究表明pH值是決定土壤微生物豐度與群落的最主要因素[3,14,40]，而本研究中土壤pH值與氮循環(huán)相關(guān)微生物豐度無顯著相關(guān)關(guān)系，說明增施煤基生物有機(jī)肥雖然顯著降低了土壤pH值，但未能改變土壤酸堿度對(duì)微生物豐度變化產(chǎn)生影響。

作為氨氧化作用的主要承擔(dān)者，AOB在土壤氮循環(huán)中起到重要作用。先前有研究表明，肥料類型顯著影響AOB豐度[45]，而本研究結(jié)果表明，增施煤基生物有機(jī)肥對(duì)AOB-amoA基因拷貝數(shù)增加不顯著。AOB是一類化能自養(yǎng)型微生物，一般不以有機(jī)碳為能源生長(zhǎng)。因此，本研究中土壤有機(jī)碳含量增加沒有導(dǎo)致AOB豐度顯著提高。據(jù)報(bào)道，氨氧化作用的底物——氨的可利用性是氨氧化微生物生長(zhǎng)的重要原因，無機(jī)氮作為能源物質(zhì)，AOB的生長(zhǎng)易受到其影響[12,40]。本研究中，AOB-amoA基因拷貝數(shù)與土壤全氮含量呈顯著正相關(guān)，則進(jìn)一步說明了氮素對(duì)AOB生長(zhǎng)的重要性。

3.4 土壤氮循環(huán)特征與馬鈴薯增產(chǎn)機(jī)制

4 結(jié)論

(1)增施煤基生物有機(jī)肥可以調(diào)節(jié)土壤氮循環(huán)過程，增加土壤有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分，顯著提高馬鈴薯成熟期干物質(zhì)積累量，顯著提高單株薯質(zhì)量、商品薯質(zhì)量和塊莖總產(chǎn)量，以增施4 500 kg/hm2煤基生物有機(jī)肥最佳。

(2)增施煤基生物有機(jī)肥較單施化肥不同程度增加了土壤細(xì)菌和真菌豐度，而隨增施量增加，土壤細(xì)菌和真菌豐度均呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，但無顯著差異；適宜的生物有機(jī)肥增施量對(duì)細(xì)菌/真菌豐度比有增加趨勢(shì)。

(3)增施煤基生物有機(jī)肥能顯著降低土壤pH值，提高有機(jī)碳含量和nirS型反硝化菌豐度，而對(duì)AOB和固氮菌豐度影響不顯著。相關(guān)性分析表明，nirS基因拷貝數(shù)與土壤有機(jī)碳含量顯著正相關(guān)，AOB-amoA基因拷貝數(shù)與土壤全氮含量顯著正相關(guān)，土壤有機(jī)碳是驅(qū)動(dòng)nirS型反硝化菌豐度的重要環(huán)境因子。