不同促腐条件下秸秆还田对土壤无机氮含量和微生物特性的影响研究

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秸秆是一种含碳丰富的有机资源,秸秆还田作为提高土壤有机质含量、改善土壤生态环境的一项重要措施已得到了大家的广泛认可。秸秆还田后是在一系列微生物参与下完成降解的,秸秆的质量,特别是C/N比是影响秸秆还田后分解速率和养分释放的重要自身因子。由于秸秆C/N比较高,秸秆在降解过程中往往造成土壤微生物和作物争夺氮素的现象,这对作物的生长和土壤微生物活性都是不利的,因此秸秆还田要补施氮肥,而在如今的农业生产中为了满足对粮食产量的需求,氮肥的施用量越来越多,这不仅增加了生产成本而且危害了土壤质量,因此在秸秆还田条件下,如何能够更加科学合理地施用氮肥是一个关键问题。本研究以秸秆还田施入碳氮的C/N为切入点,采用室内培养和田间试验相结合的方法,通过改变外源氮输入量或者外源氮输入形态(无机氮或者有机氮),研究调节秸秆还田输入碳氮的C/N比对土壤无机氮含量、相关土壤微生物特性以及作物产量的影响,旨在为秸秆还田合理施氮提供理论依据。  在室内培养条件下,研究了苜蓿秸秆或氮肥配施玉米秸秆在相同C/N下(25∶1)施入土壤对秸秆碳氮矿化和土壤微生物特性的影响,共设置4个处理:1)对照(CK);2)玉米秸秆单施(M);3)苜蓿秸秆配施玉米秸秆调节C/N为25∶1(MM);4)无机氮肥配施玉米秸秆调节C/N为25∶1(MF),实验在25℃下进行共培养270 d。主要得到以下结论:(1)玉米秸秆单施在整个培养过程中均表现为对土壤氮素的固持作用,苜蓿秸秆或氮肥配施玉米秸秆施入土壤均缓解了土壤微生物对土壤氮素固持作用,提高了土壤无机氮含量;苜蓿秸秆配施相比于氮肥配施,延长了氮素的可利用性。相比于玉米秸秆单施和氮肥配施玉米秸秆,苜蓿秸秆配施降低了施入有机碳的矿化率,提高了土壤有机碳含量。(2)苜蓿秸秆或氮肥配施提高了培养过程中土壤微生物生物量碳和土壤微生物生物量氮含量以及土壤转化酶和β-葡萄糖苷酶活性,并以苜蓿秸秆配施处理最高。与玉米秸秆单施相比,苜蓿秸秆配施对脲酶活性影响没有显著性差异,氮肥配施显著降低了脲酶活性。相关性分析表明,氮输入量与土壤无机氮含量显著影响了土壤微生物生物量和酶活性。(3)秸秆施入提高了微生物群落的生理代谢活性,但对微生物功能多样性没有显著性影响。  田间试验共设置6个处理:1)秸秆不还田不施肥(CK);2)秸秆还田不施氮(S);3)秸秆还田常规施氮(SF碳氮比约为10∶1);4)秸秆还田施用无机氮肥调节C/N约为16∶1(SCTN);5)秸秆还田施用无机氮肥调节C/N为25∶1(SCN);6)秸秆还田施用有机氮肥调节C/N为25∶1(SM),种植制度为冬小麦-夏玉米轮作,一年两熟。试验共进行两年,主要研究结论如下:(1)无机氮配施与有机氮配施(C/N比同为25∶1)之间土壤无机氮含量差异不显著;在施用无机氮肥的情况下,不同处理土壤无机氮含量显著不同,碳氮比越低无机氮含量越高。施用无机氮肥调节C/N比为16∶1,显著提高了小麦地上部生物量,有机氮肥配施调节C/N为25∶1(SM)和无机氮肥调节C/N为25∶1(SCN)对小麦地上部生物量影响差异不显著。秸秆还田施用无机氮提高了作物产量,施用无机氮量不同没有给作物产量带来显著性差异,从投入和产出上来看,施用无机氮肥调节C/N比为16∶1较为合理。(2)土壤氨化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌数量有较强的年际变异性,不同处理对三类细菌数量的影响并不一致,但SCTN处理具有较高的亚硝化细菌数量和最低的反硝化细菌数量,这对土壤氮素的供给可能是有利的;土壤微生物量碳氮具有较强的年际变异性,时间上的效应要大于处理上的效应。秸秆还田施氮对土壤脲酶、转化酶和β-葡萄糖苷酶没有显著性影响,对土壤微生物功能多样性指数影响亦差异不显著。  室内培养试验和田间试验的结果表明,虽然秆还田施氮调节输入碳氮的C/N比为25∶1提高了土壤无机氮含量,但并不能满足作物生长期间对氮素的需求。
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