减量施氮和配施生物炭对甘蔗连作土壤氨氧化作用的影响

【作者】 庞孜钦； 胡朝华； 袁照年； 黄锦文；

【机构】 福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心； 福建农林大学作物科学学院；

【摘要】 【研究背景】甘蔗连作栽培过程中,长期大量施用铵态氮肥。过量氮肥在氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）的驱动下,转化成硝态氮并以其为底物产生氧化亚氮等其它活性氮,导致蔗田土壤酸化加速、氮肥损失严重。大量研究表明,生物炭在农田酸化土壤改良和氮素转化调控等过程中具有重要的应用潜力。本文着重研究不同施氮水平下添加生物炭对蔗田连作土壤氮素营养与氨氧化微生物的影响,旨在为甘蔗高效栽培与氮肥减施增效提供一定的科学依据。【材料与方法】以耕作年限10年以上的甘蔗连作土壤为研究对象,通过田间小区试验,设置过量施氮N₃（414.0 kg N/hm²）、常规施氮N₂（310.5kg N/hm²）、减量施氮N₁（207.0 kg N/hm²）和不施氮N₀,每个施氮水平下又设置添加75×10³ kg/hm²生物炭BC处理,在施氮前后定期采集甘蔗根区土壤样品,研究减量施氮和添加生物炭对蔗田土壤氮素营养动态的影响,并运用定量PCR技术分析氨氧化微生物功能基因丰度的响应特征;【结果与分析】1)与N₀相比,施氮1～4周内,甘蔗根区土壤可溶态总氮提高了8.9～19.6倍,其中铵态氮和硝态氮占比各为5 1.9%～95.4%和1.5%～45.1%追施氮肥2～3个月后,根区土壤可溶态总氮含量仍然高于对照2.7～7.6倍,但铵氮和硝氮的占比转变为3.9%～21.4%和47.1%～68.8%。与N₃处理相比,N₁处理明显减少土壤铵氮及硝氮的累积量。与单一施氮相比,N_0～3+BC处理显著提高可溶性总氮的累积。2)荧光定量PCR分析显示,与N₀相比,施氮处理显著提高土壤AOB丰度（P<0.001）,但降低土壤AOA丰度（P<0.001）。与N_0～3相比,N_0～3+BC处理进一步提高AOB丰度（P<0.05）,并降低AOA丰度（P>0.05）。施氮水平与生物炭之间存在互作效应,进而对根区土壤AOA/AOB产生显著影响（P<0.05）。3)甘蔗产量性状分析表明,N₁+BC及N₂+BC处理增产效应均明显高于N_0～3处理（P>0.05）。在207～414kg/hm²施氮范围内,N_1～2和N_1～2+BC处理均可显著改善甘蔗产量性状,但随着施氮量超过310.5 kg/hm²,N₃和N₃+BC反而抑制甘蔗增产效应。【结论】减量施氮和添加生物炭处理增强了甘蔗连作土壤铵态氮和硝态氮的固持效果,明显提高了蔗田土壤中作物可利用有效态氮的含量。生物炭对蔗田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌之间的生态位转化具有调节作用,这对土壤氮素损失过程可能产生重要的阻控效应。因此,甘蔗栽培过程中,减量施氮和配施生物炭能够改善并维持根区土壤有效氮的供应水平,从而提高蔗田连作土壤氮素利用效率与甘蔗增产效益。更多还原