不同施肥措施对玉米田棕壤N2O排放的影响及土壤微生物响应

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hellosunday
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本文通过3年(2013-2015)田间原位观测,系统地研究了长期组合施用硝化抑制剂DCD与脲酶抑制剂氢醌HQ(UDH),以及单独施用DCD(DCD)和3,4-二甲基吡唑磷酸盐DMPP(DMPP)对棕壤N2O排放、玉米产量和相关微生物的影响,以期为长期科学合理地施用抑制剂提供理论依据。  本试验也研究了连续施用有机肥(FPS)以及在此基础上添加DMPP(FPSDM)对棕壤N2O排放、净全球增温潜势(NGWP)、玉米产量及氮循环功能微生物的影响,希望找到既能提高玉米产量又能减少NGWP的适宜施肥方式,为农业可持续发展提供科学依据和技术支撑。  论文获得以下主要结论:  不同抑制剂处理对玉米籽粒产量影响不大。UDH和DMPP处理分别在2013和2014年增加了玉米秸秆的生物量。有机肥处理(FPS和FPSDM)显著增加了玉米籽粒产量,而对秸秆生物量的影响不大。  土壤N2O排放的年际间变异系数在30.3%-61.6%之间。尿素处理组(SU)的N2O直接排放因子(EF)(0.19%)远远小于IPCC建议的1%;与SU相比,三种抑制剂处理均能降低土壤的N2O排放总量,尤其是DMPP的施用可显著降低土壤N2O排放总量。与SU相比,DMPP使N2O排放总量、单位产量的N2O排放量和N2O直接排放因子EF分别降低39.3%、39.5%和74.7%,且DMPP处理会显著降低土壤N2O排放对温度的响应。与FP相比,施入猪粪(FPS处理)使N2O排放量增加了28.6%。在有机无机肥配施基础上添加DMPP(FPSDM)使N2O排放总量、单位产量的N2O排放量、EF和Q10分别减少44.8%、42.7%、65.5%和26.7%。  FP处理显著降低了土壤的pH值,而FPS处理有效缓解了土壤酸化。FPS和FPSDM处理显著增加了土壤的SOC含量,且使耕层土壤SOC增加的速率为0.49-0.87tC ha-1year-1。有机肥处理组土壤的NGWP为负值,意味着它是土壤的碳汇。土壤有机碳的增加速率与碳投入呈显著正相关关系,转换系数为47.9%。  施无机氮肥显著降低了棕壤的土壤呼吸。有机肥处理(FPS和FPSDM)显著增加了棕壤的土壤呼吸,但仍小于不施氮肥处理的土壤呼吸总量。  抑制剂处理均能显著抑制玉米苗期AOB amoA基因的数量,但对AOA amoA基因没有显著影响。玉米苗期施用DCD使nirK基因拷贝数减少了54.4%。DMPP使nosZ基因的拷贝数增加了116.8%。经过一个玉米生长季,DCD和DMPP处理对上述硝化/反硝化功能基因数量无显著影响。在玉米苗期,FPS处理显著增加了AOB amoA、nirK和nosZ基因拷贝数。FPSDM处理显著降低了AOB amoA和nosZ基因拷贝数。玉米收获期,FPSDM对硝化/反硝化功能基因丰度不再造成影响。NirS基因受环境条件的影响较小。  不同抑制剂处理对微生物基础呼吸和代谢功能多样性的影响较小。在玉米成熟期,与DCD处理相比,UDH和DMPP处理显著提高了土壤对草酸的利用能力,降低了土壤对精氨酸的利用能力。SU显著降低了玉米苗期土壤微生物功能多样性指数。FPS处理显著增加了玉米苗期土壤的基础呼吸以及对葡萄糖和海藻糖的利用。相关分析表明,土壤单一碳源利用率受土壤TN和SOC含量的影响较大。  不同抑制剂组合以及有机肥的连续施用对土壤细菌种群丰富度和多样性指数无显著影响。潮棕壤细菌的优势种群属于变形菌门、酸杆菌门和放线菌门。与SU相比,UDH显著减少了绿弯菌门菌群;DMPP分别使放线菌门和绿弯菌门菌群减少了31.4%和27.3%。有机肥处理在门水平上的相对丰度相差不大。从细菌纲水平上来看,FPSDM处理使γ-变形菌纲数量降低48.4%。不同抑制剂处理土壤的细菌群落组成与环境因子进行RDA分析,结果表明土壤理化性质对细菌群落变化的解释量为44.7%;对细菌群落结构影响较大的环境因子是有效磷含量(r=0.315,p=0.026)。  总之,几种供试抑制剂比较,DMPP是较适合棕壤N2O减排的抑制剂,并且施用到土壤并经历一个玉米生长季后,对氮循环相关微生物数量、土壤代谢功能多样性和土壤总细菌种群丰富度和多样性的影响较小。因此本文推荐本地区采用“尿素+DMPP”的施肥方式。同时“有机无机配施+DMPP”不仅有利于保持较高的玉米产量,还能显著降低N2O排放总量和单位产量的N2O排放,是一种“双赢”的施肥模式。
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