土壤微生物对长期设施农业栽培的响应

【作者】 徐秋芳； 王奇赞； 孙棣棣； 田甜；

【机构】 浙江林学院环境科技学院；

【摘要】 设施农业在我国各大城市菜篮子工程建设起到了巨大作用,取得了显著的经济和社会效益。但设施农业栽培其化肥、农药投入量大,土壤温度、湿度、光照等环境因素不同于常规农业,因而导致土壤理化和生物学性状恶化,影响设施农业生产的可持续发展。土壤微生物是元素循环的主要驱动者,氨氧化细菌(AOB)是氮素转化的重要微生物。长期设施栽培大量施用尿素等铵态氮肥,在硝化细菌的作用下转化为硝态氮,植物吸收其中的部分硝态氮,多余部分残留在土壤中,或进入地表水和地下水系统产生污染。为研究长期设施农业对土壤细菌、特别是氨氧化细菌(AOB)群落特征的影响,采集了0年(对照水稻田)、5年、10年和15年连续设施栽培的土壤样品。应用Biolog法、DGGE分离法以及功能基因amoA表达差异分析等方法,从微生物功能、细菌特别是AOB群落的结构以及功能基因amoA表达水平等不同层次,揭示长期设施农业栽培后土壤常规理化性质与土壤细菌特性、特别是AOB群落特征和功能关系。随着设施农业栽培时间的增加,得出以下主要结果:(1)土壤有机质、全氮和碱解氮变化不明显,而设施栽培15年土壤的硝态氮(44.47 mg/kg)则极显著高于(P<0.01)其它土壤(平均3.3 mg/kg);土壤有效磷和速效钾逐渐积累,10年起积累更加显著;15年土壤的电导率(2.32 ms/cm)分别是0、5和10年的3.93、3.09和2.58倍;10年起土壤呈现酸化。(2)土壤微生物利用碳源的能力,设施栽培10年的明显低于对照(P<0.05),AWCD值下降13.9%:15年土壤微生物利用碳源的能力则极显著低于对照(P<0.01),AWCD值下降高达61.05%。(3)长期设施栽培后土壤细菌种类发生了一定的变化,与对照相比,多数种群的数量下降,某些种随着栽培时间的增加而消失,但相反某些菌种则成为优势种群。(4)与对照相比,长期设施栽培后土壤细菌和AOB多数种群的数量下降,结构也发生了变化,某些菌种则成为优势种群,相反另一些种群随着栽培时间的增加而消失。(5)AOB数量虽然下降明显,但单位数量AOB其功能基因amoA表达水平却随着栽培时间增加呈量级升高,15年amoA表达水平分别是0,5和10年的1111、219和127倍。结论与建议:多种不同方法研究结果一致,长期大量施用化肥引起的土壤酸化和盐渍化是与土壤细菌特别是氨氧化细菌数量下降、结构变化密切相关;氨氧化细菌有很强的适应能力,在数量急剧下降时能提高功能基因的表达水平,因此,施入土壤的铵态越多转化形成的硝态氮就多,土壤酸化和盐渍化导致的数量下降并不影响AOB的功能。为了避免长期设施栽培土壤质量下降、减少环境污染,最好的办法是科学合理施肥,减少设施栽培的化肥用量,控制用量不要超过植物生长需要的范围,并采取夏季种稻且少施化肥。更多还原