環(huán)境因素對(duì)菜地土壤氮素轉(zhuǎn)化及其生物學(xué)特性的影響.pdf

1、蔬菜是一種年復(fù)種指數(shù)高、需肥多、投入大、產(chǎn)出高的一種經(jīng)濟(jì)作物。施肥是蔬菜生產(chǎn)中一項(xiàng)的關(guān)鍵的農(nóng)藝措施，但是過(guò)量偏施氮肥已成為當(dāng)前蔬菜施肥中最突出的問(wèn)題之一。不合理的施肥和管理易導(dǎo)致菜園土壤質(zhì)量退化，土壤養(yǎng)分失調(diào)，土壤微生物群落多樣性降低，蔬菜產(chǎn)量品質(zhì)下降等。氮是蔬菜作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中最重要的大量元素之一。土壤氮素主要以有機(jī)態(tài)存在，而作物所吸收的氮以無(wú)機(jī)態(tài)為主，故土壤固有的有機(jī)氮和施入的有機(jī)氮肥需轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮才能有效地被作物吸收利用，但當(dāng)無(wú)

2、機(jī)氮積累在土壤中就有可能會(huì)通過(guò)淋溶、揮發(fā)和反硝化等途徑導(dǎo)致氮素?fù)p失并引起生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。因此，研究土壤氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程，不僅有利于了解土壤供氮能力和確定合理的施氮量，而且對(duì)于提高氮肥利用率、減少氮素?fù)p失和保護(hù)生態(tài)環(huán)境均有重要意義。國(guó)內(nèi)外關(guān)于環(huán)境因素對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響已有不少報(bào)道，但大多針對(duì)水分或溫度單一因子進(jìn)行，較少考慮水分和溫度的相互作用對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響，而且常把水分處理設(shè)置為恒定含水量，這與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤水分波動(dòng)的實(shí)際情況有明顯

3、的差異。因此，本論文以典型菜地土壤為研究對(duì)象，針對(duì)集約化蔬菜生產(chǎn)中頻繁灌溉和氣候變化等造成干濕交替和低溫脅迫的實(shí)際問(wèn)題，采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)研究了水分、溫度等環(huán)境因子對(duì)菜地土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響及其生物學(xué)機(jī)制，旨在為發(fā)揮養(yǎng)分與環(huán)境要素的協(xié)同效應(yīng)，提高肥料利用率提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。取得的主要結(jié)果如下：
　　 1.采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了3種水分狀況[恒干(CDC，維持30％WHC)、恒濕(CWC，維持75％WHC)、干濕交替(DW，3

4、0％-75％WHC)]對(duì)不同類型的菜地土壤(潮土、小粉土、青紫泥)氮素轉(zhuǎn)化及其相關(guān)酶活性的影響。結(jié)果表明，干濕交替處理(DW)的土壤硝態(tài)氮、無(wú)機(jī)氮含量高于恒干(CDC)和恒濕處理(CWC)；3種土壤的凈礦化氮量、礦化率、凈硝化量和硝化率的大小表現(xiàn)為DW>CWC>CDC。土壤脲酶、天冬酰胺酶、谷氨酰胺酶、芳基酰胺酶、N-乙?；?β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性對(duì)水分的響應(yīng)因土壤類型不同而異，但總體趨勢(shì)為DW>CWC。土壤天冬酰胺酶、谷氨酰

5、胺酶、芳基酰胺酶、NAG等酶的活性與土壤氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程有密切的關(guān)系。由此可見(jiàn)，干濕交替過(guò)程有利于土壤氮素的礦化和硝化作用，對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響與其對(duì)土壤酶活性的影響有關(guān)。
　　 2.采用碳素利用法(BIOLOG)和磷脂脂肪酸(PLFA)方法比較了3種水分狀況[恒干(維持30％WHC)、恒濕(維持75％WHC)、干濕交替(30％-75％WHC)]對(duì)不同類型的菜地土壤(潮土、小粉土、青紫泥)微生物群落多樣性的影響。BIOLOG的結(jié)果表

6、明，不同類型土壤微生物群落的平均吸光值(AWCD)在時(shí)間的響應(yīng)上存在明顯的差異，潮土、小粉土和青紫泥的AWCD值分別在48h、96h和60h之后才隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高；除了小粉土的AWCD值表現(xiàn)為DW>CWC>CDC外，潮土和青紫泥都表現(xiàn)為在培養(yǎng)初期DW>CWC，但培養(yǎng)后期則為CWC>DW；恒濕有利于維持微生物群落豐富度及均勻度；干濕交替提高了潮土的微生物對(duì)酚類混合物、醣類和胺類的利用，而促進(jìn)了青紫泥的微生物對(duì)氨基酸類、羧酸類和

7、聚合物的利用。PLFA結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干濕交替能顯著提高表征真菌和細(xì)菌的特征磷脂脂肪酸的相對(duì)含量。表明，水分狀況顯著影響微生物群落功能多樣性和結(jié)構(gòu)多樣性，其影響因土壤類型的不同而有異。
　　 3.采用土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了溫度(30℃和5℃)、水分恒濕[維持75％WHC)和干濕交替(30％-75％WHC)]及不同施肥處理(對(duì)照、尿素、豬糞)對(duì)菜地土壤氮素轉(zhuǎn)化及其動(dòng)態(tài)的影響。結(jié)果表明，土壤硝態(tài)氮、無(wú)機(jī)氮含量、礦化量、硝化量、礦化率和硝化率

8、均表現(xiàn)為30℃處理>5℃處理，干濕交替處理(DW)>恒濕處理(W)，其中不施肥土壤無(wú)機(jī)氮含量30℃比5℃高21.4％，尿素處理無(wú)機(jī)氮含量DW(244.0mg·kg-1)比CWC(194.2mg·kg-1)高20.4％；施用尿素的土壤氮素平均礦化量和硝化量為51.1mg·kg-1和59.5mg·kg-1，分別是不施肥對(duì)照的3.25倍和2.68倍，而有機(jī)肥處理土壤氮的礦化量和硝化量分別是不施肥對(duì)照的2.0倍和1.8倍；溫度、水分、肥料及各因

9、素的互作對(duì)土壤礦化硝化量均有極顯著的影響。可見(jiàn)，較高的溫度和干濕交替(DW)有利于土壤氮素的礦化和硝化作用，合理調(diào)控水分和溫度等環(huán)境因子可促進(jìn)土壤氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程。
　　 4.采用碳素利用法(BIOLOG)和磷脂脂肪酸(PLFA)方法研究了溫度(30℃和5℃)、水分[恒濕(維持75％WHC)和干濕交替(30％-75％WHC)]及不同施肥處理(對(duì)照、尿素、豬糞)對(duì)河北潮土的微生物群落功能多樣性和結(jié)構(gòu)多樣性的影響。BlOLOG的結(jié)果

10、表明，低溫處理提高AWCD值，表明低溫提高了微生物的活性；AWCD、豐富度(S)，Shannon指數(shù)(H)，均勻度指數(shù)(E)均表現(xiàn)為施有機(jī)肥處理>不施肥對(duì)照>尿素處理；PLFA與Biolog有類似的趨勢(shì)，5℃培養(yǎng)土壤PLFA含量明顯高于30℃培養(yǎng)土壤的PLFA含量；施肥明顯提高各PLFA含量，增加土壤PLFA的豐富度；主成分分析的結(jié)果表明，施豬糞提高土壤革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌、真菌及放線菌的含量；而施尿素的土壤微生物群落以低碳原子數(shù)的微生物為優(yōu)