不同施肥方式对黑土肥力与微生物的影响及演变趋势

摘要

黑土区作为我国重要的商品粮生产基地，其土壤肥力下降将直接威胁到国家的粮食安全。通过长期定位试验可以全面了解影响农田生态系统和土地生产力的各种因子，以及在人为作用下土壤肥力演变趋势。本文采用GPS定位取样、田间试验、室内培养和室内分析相结合的方法，以黑长期定位试验为基础，开展了黑土肥力质量评价与黑土有机碳库演变趋势、黑土长期定位施肥土壤肥力演变趋势、不同施肥方式对黑土微生物的影响以及黑土肥力与微生物学特性的关系的研究，这项研究对揭示黑土退化机理，提高黑土综合生产能力具有重要的意义。结果如下：
　　（1）应用地统计学方法对东北区域黑土肥力质量进行了科学评价；以东北四个长期定位施肥点为平台，研究明确了土壤有机碳密度和储量变化规律及影响因子以及典型黑土区肥力评价单项指标(pH、有机质、速效磷、速效钾、粘粒)。20年来土壤肥力综合指数从一、二级退化到二、三级。水热条件、施肥以及开垦年限是土壤有机碳的影响因子。黑土区土壤有机碳平均含量呈现南低北高的趋势，平均值为14.7±1.54g/kg。随着开垦年限的增加，黑土表层土壤有机碳数量呈明显下降趋势。土壤有机碳含量和储量分别与年降雨量(p)、年均温(t)、有效积温(s)以及水温比(p/t)呈显著相关，交互作用呈非线性。土壤有机碳变化达到平衡时表层土壤有机碳含量为7.27g/kg，有机碳分解半衰期为40年。20～40cm土层土壤有机碳含量在开垦后的22年内呈增加趋势。这些结果为黑土地区土壤有机质提升选择提供了科学依据。
　　（2）以哈尔滨薄层黑土长期定位施肥试验为平台，明确了黑土长期不同施肥制度下土壤肥力演变趋势。长期不施肥，土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾均有不同程度的下降；单施氮磷钾化肥土壤有机质、全氮基本保持平衡；单施有机肥土壤有机质基本保持平衡，而全氮、全磷、速效磷含量变化较小；有机肥配施化肥处理增加了土壤有机质、全氮含量及磷的有效性，土壤有机质含量增加了2.8g/kg。全氮含量增加了8.84％，同时增加有效性高的Ca2-P、Ca8-P和Al-P含量；长期施肥条件下土壤有机硫的矿化势以施用有机肥为最大，施用有机肥对于提高黑土的供硫能力、延长供硫时间具有积极作用。长期施化肥会导致土壤酸化，pH值下降了1.21个单位。有机肥有缓冲作用，可有效缓解土壤酸化。研究结果为合理施肥及探索黑土的质量演变规律奠定理论基础
　　（3）采用BIOLOG、PCR-DGGE技术及传统平板法，分析了长期定位施肥黑土微生物多样性，细菌群落功能和结构多样性。黑土中细菌的总数量在土壤三大类微生物中处于绝对优势的地位占微生物总数的82.9%～98.9%；施用有机肥使微生物总数显著增加。有机肥与无机肥配施处理中细菌对碳源的代谢能力最强，为对照的1.096倍。各处理间细菌的代谢功能多样性差异较显著。长期施肥各处理土壤微生物的分布是均匀和稳定的。单施无机肥处理的土壤微生物多样性指数最高，微生物种类多，群落结构较复杂，与不施肥处理土壤的微生物群落结构组成存在显著差异。有机肥与无机肥配合施用可使细菌群落结构组成接近于不施肥处理土壤。这一研究结果为研究黑土生物肥力指标，维持土壤生态系统的稳定提供理论依据。
　　（4）通过点面结合的方法，明确了区域黑土土壤养分与微生物的空间分布趋势，对东北黑土微生物空间分布进行了评价，分析了土壤微生物与土壤肥力的关系。在黑龙江省松嫩平原的典型黑土主要耕地土壤中细菌、放线菌和真菌数量与土壤pH、速效氮、速效磷和速效钾的相关关系不显著。土壤酶活性、土壤微生物量碳与土壤有机质、全氮含量关系达到显著水平，细菌总数与土壤有机质呈显著的正相关关系（P﹤0.01），回归方程为y=54.302x-1184.9，相关系数r=0.8334。有机肥、有机肥配施化肥处理能够显著影响土壤酶活性、土壤微生物量碳和土壤微生物商，其土壤葡糖苷酶和脲酶活性最高。表明土壤生物活性可以用来指示土壤肥力的变化。本研究明确了土壤微生物在土壤养分循环和有机质变化中所起的重要作用。

目录

Institute of Soil Fertilizer and Environmental Resource, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 长期定位试验土壤肥力的研究状况

1.2.2 土壤有机碳库及肥力评价的研究现状

1.2.3 长期施肥对土壤微生物学特性影响研究现状

1.2.4 长期施肥土壤微生物学特性和土壤肥力关系研究现状

1.3 长期施肥条件下土壤肥力与微生物学特性研究存在的问题

1.4 课题来源及主要研究内容

1.4.1 课题来源

1.4.2 主要研究内容

第2章 材料和方法

2.1 试验区概况

2.2 试验材料

2.3 试验方法

第3章 黑土肥力质量评价与黑土有机碳库演变趋势

3.1 黑土土壤肥力质量评价及空间变异性

3.2 东北黑土区土壤碳库储量及其影响因素研究

3.4 关于黑土肥力评价和黑土有机碳库演变趋势的讨论

3.5 本章小结

第4章 黑土长期定位施肥土壤肥力演变趋势

4.1黑土有机质的演变特征

4.2 黑土氮素演变与转化特征

4.3黑土磷素演变和磷素形态特征

4.4黑土钾素演变特征

4.5 黑土硫素变化及矿化特征

4.6黑土酸碱度（pH）的变化特征

4.7 关于黑土长期定位施肥土壤肥力演变趋势的讨论

4.8本章小结

第5章 长期定位施肥对黑土微生物的影响

5.1 长期定位施肥可培养微生物数量的变化

5.2 长期定位施肥土壤各中生理菌群的数量变化

5.3 长期定位施肥土壤中细菌群落多样性分析

5.4 关于长期定位施肥对黑土微生物影响的讨论

5.5本章小结

第6章 黑土肥力与微生物学特性的关系

6.1 长期施肥肥力状况与空间变异特征

6.2 黑土区土壤微生物变化特征和空间分布

6.3 黑土长期施肥对土壤酶活性影响研究

6.4 长期不同施肥对土壤微生物量碳的影响

6.5 关于黑土肥力与微生物特性关系的讨论

6.6本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理

致 谢

个人简历