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1、【目的】生物碳具有豐富的微孔結(jié)構(gòu),可以貯存水分和養(yǎng)分,為微生物提供了良好的生存環(huán)境,直接影響土壤微生物群落組成和功能。不同生物質(zhì)原料、制備條件下獲得的生物碳在結(jié)構(gòu)、理化特性也存在很大差異。本研究以棉花秸稈、玉米芯棒、雞糞為原料制備不同類型的生物碳,探討生物碳施用對(duì)滴灌棉田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、功能及組成多樣性變化的影響,為生物碳的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。
【方法】研究采用田間小區(qū)試驗(yàn),包括不同生物碳用量和生物碳類型試驗(yàn)。(1)生物
2、碳用量試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理:對(duì)照(CK),施棉花秸稈6(S1)、12 t hm-2(S2),施棉花秸稈生物碳2.25(B1)、4.5 t hm-2(B2);棉花秸稈和棉花秸稈生物碳采用等碳量施用。每個(gè)處理設(shè)置2個(gè)施氮(N)水平:0、300 kg hm-2(N0、N300表示)。(2)不同類型生物碳試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理:對(duì)照(CK),棉花秸稈6 t hm-2(ST),棉花秸稈碳2.25 t hm-2(CS),玉米芯碳2.25 t hm-2(CC
3、),雞糞碳2.25 t hm-2(CM)。
【主要結(jié)果】
(1)施用棉稈和棉稈生物碳均可增加棉花干物質(zhì)重和吸氮量。在不施氮肥條件下(N0),生物碳低用量處理(B1)棉花干物質(zhì)重和吸氮量最高,其次是生物碳高用量(B2)和秸稈高用量處理(S2),秸稈低用量處理(S1)最低;在施氮肥條件下(N300),生物碳處理(B1、B2)棉花干物質(zhì)重與S2處理無(wú)顯著差異,而氮素吸收量顯著高于S2處理。B1、B2和S2處理棉花產(chǎn)量差異不
4、大,均顯著高于S1和CK。氮肥利用率表現(xiàn)為B2、B1>S2>S1、CK。
(2)施用棉稈生物碳顯著提高土壤碳轉(zhuǎn)化相關(guān)酶活性(?-葡萄糖苷酶和纖維二糖水解酶);B2處理土壤芳基酰胺酶和谷氨酰胺酶活性較CK分別提高18.7%和39%。土壤微生物群落對(duì)碳源底物(碳水化合物、氨基酸類、多聚物類、羧酸類)的利用能力隨著棉稈生物碳用量增加而增加。B2處理顯著改變微生物群落結(jié)構(gòu)組成,土壤微生物總磷酸脂肪酸(PLFA)含量較CK增加27%,革
5、蘭氏陰性細(xì)菌、革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌、叢枝菌根真菌和放線菌PLFA含量均顯著增加。
(3)不同生物碳類型處理土壤微生物群落碳代謝功能多樣性(AWCD)表現(xiàn)為棉桿碳(CS)、玉米芯碳(CC)>棉花秸稈(ST)>雞糞碳(CM)>對(duì)照(CK)。與CK相比, CS和CC處理顯著改變土壤微生物群落功能代謝結(jié)構(gòu),而ST和CM處理對(duì)土壤微生物群落功能代謝結(jié)構(gòu)影響較小。
(4)施用棉花秸稈(ST)和三種生物碳(CS、CC、CM)改變土壤微生
6、物群落結(jié)構(gòu),叢枝菌根真菌PLFA含量增加,腐生菌真菌PLFA含量降低。其中,CS和CC處理土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成相似,顯著增加土壤微生物總PLFA含量以及革蘭氏陰性菌和放線菌PLFA含量。
(5)棉花秸稈(ST)和三種生物碳(CS、CC、CM)顯著增加土壤細(xì)菌豐富度ACE指數(shù),其中CM處理最高;而對(duì)OUT豐富度,多樣性指數(shù)(Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù))和豐富度指數(shù)Chao均無(wú)顯著影響。
(6)不同處理土壤
7、細(xì)菌群落在門的分類水平上的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌類群為Proteobacteria(變形菌門), Actinobacteria(放線菌門),Acidobacteria(酸桿菌門)。其中,ST對(duì)變形菌門、放線菌門、酸桿菌門和Bacteroidetes(擬桿菌門)這四組菌類群影響較大,而生物碳(CS、CC、CM)對(duì)前三組菌類群影響較大。ST顯著改變土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成,其次是CC和CM處理,而CS對(duì)土壤細(xì)菌群落影響較小。棉花秸稈和三種生物碳改變土壤中特
8、殊微量功能菌群的相對(duì)豐度。纖維素分解細(xì)菌(Cellulomonas,Cellvibrio)在ST和生物碳(CS、CC、CM)處理顯著增加;硝化細(xì)菌Nitrosospira(亞硝化螺菌屬)和Nitrospira(硝化螺菌屬)在CC和CM處理顯著增加,而在ST和CS處理降低;固氮細(xì)菌Rhizobacter(根瘤桿菌屬)和Rhizobium(根瘤菌屬)在三種生物碳處理顯著增加, Mesorhizobium(中慢生根瘤菌屬)在CC處理顯著提高。
9、ST處理增加固氮細(xì)菌Rhizobium(根瘤菌屬)、Bradyrhizobium(慢生根瘤菌屬)、Mesorhizobium(中慢生根瘤菌屬)。
【結(jié)論】
施用生物碳提高土壤碳氮轉(zhuǎn)化相關(guān)的酶活性和微生物群落對(duì)碳源底物的利用能力,改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成,尤其是施用高用量生物碳(棉花秸稈生物碳4.5 t hm-2)作用更明顯。棉花秸稈碳、玉米芯碳和雞糞碳均顯著改變土壤微生物群落代謝功能多樣性和結(jié)構(gòu)組成,增加土壤纖維素
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