不同施肥处理对盐碱地小麦产量、土壤理化性质和土壤微生物的影响

摘要

施肥是农业生产不可缺少的增产措施，对小麦产量、土壤理化性质和土壤微生物有重要的影响。黄腐酸类肥料含有丰富的活性基团，具有改善土壤盐碱地和提高作物产量等作用。然而，关于黄腐酸类肥料如何影响小麦产量、土壤理化性质和土壤微生物尚不清楚。 本研究以滨州市无棣县渤海粮仓试验基地的盐碱地为研究对象，设置不施肥（CK）、施NPK复合肥（NPK）、施黄腐酸复混肥（FA）和施NPK复合肥配施黄腐酸微生物菌剂（NPK+FAM）四个施肥处理，分别在小麦播种前期（2017年10月）、小麦拔节期（2018年4月）和小麦收获期（2018年6月）采集上述样品。应用荧光定量PCR（qPCR）和扩增子高通量测序等现代分子生态学技术研究土壤细菌群落结构，结合理化指标和小麦产量的测定，分析施加黄腐酸类肥料对小麦产量、土壤理化性质和土壤细菌群落结构的影响。主要结果如下： （1）施肥处理影响小麦产量。与不施肥处理（CK）相比，无论单施无机肥（NPK处理）还是施加黄腐酸类肥料（FA处理、NPK+FAM处理）均能提高小麦产量。NPK+FAM处理产量最高，达7530kg/hm2，比CK处理提高29.90%；NPK处理产量为7086kg/hm2，比CK处理提高22.25%；FA处理产量为6666kg/hm2，比CK处理提高15.01%。FA处理小麦产量略低于NPK处理（5.93%），但未达到统计学显著水平（P=0.13）；而NPK+FAM处理较NPK处理小麦产量提升6.26%，但也未达显著水平（P=0.38）。施用黄腐酸类肥料和单施无机肥处理均可提高小麦产量；与单施无机肥相比，NPK复合肥配施黄腐酸微生物菌剂对提高小麦产量的效果最好。 （2）施肥影响土壤理化性质。施肥处理对土壤理化性质的影响虽然没有达到统计学显著水平（P<0.05），但理化性质随时期的动态变化具有明显的处理差异。与NPK处理相比，FA处理和NPK+FAM处理能够降低盐碱地土壤pH值和土壤电导率。四个施肥处理中，NPK+FAM处理的土壤pH值最低，三个时期分别为7.94、7.95和8.08，比NPK处理分别降低了0.07、0.15和0.02。FA处理的土壤电导率呈下降趋势，电导率℃分别为545μS/cm、436μS/cm和436μS/cm，与NPK处理相比，分别降低了131μS/cm、164μS/cm和113μS/cm。在小麦播种前期、小麦拔节期和小麦收获期，FA处理的AN、AP、AK和TN的含量是最高的。其他施肥处理在三个时期中没有明显的规律。施用黄腐酸类肥料在短期内对改善盐碱地土壤理化指标起到了一定的作用。 （3）施肥处理影响土壤细菌丰度和多样性。施加黄腐酸类肥料在三个时期均可在一定程度上提高小麦土壤细菌丰度，但未达到统计学显著水平（P<0.05）。在小麦播种前期，FA处理和NPK+FAM处理的16S rRNA基因拷贝数分别为1.1×1010copies/g和9.26×109copies/g，比NPK处理提高了24.52%和10.32%；在小麦拔节期，FA处理比NPK处理提高了10.31%；在小麦收获期，NPK+FAM处理比NPK处理提高了11.95%。施肥处理影响土壤细菌群落多样性。CK处理和NPK处理Chao1和ACE多样性指数随时期的变化呈下降趋势；而FA处理与NPK处理相比，OTU数、Chao1和ACE多样性指数有一定程度的提高；值得注意的是，NPK+FAM处理的OTU数和ACE多样性指数随时期的变化呈上升趋势。施加黄腐酸类肥料可在一定程度上提高土壤细菌丰度，也可缓解因施加无机肥造成的细菌多样性的降低。 （4）施肥能够影响土壤细菌群落结构。在土壤细菌群落组成中，酸杆菌门（Acidobacteria，33.11%）、变形菌门（Proteobacteria，17.48%）、放线菌门（Actinobacteria，16.22%）等为优势门。黄腐酸类肥料提高了土壤中芽单胞菌属（Gemmatimonas）等47个物种的丰度。在小麦收获期，FA处理中Vicinamibacter属的丰度显著高于不施肥处理（P<0.05），芽单胞菌属（Gemmatimonas）的丰度显著高于施NPK处理（P<0.05），NPK+FAM处理中Vicinamibacter属的丰度显著高于不施肥处理（P<0.05）。土壤细菌群落组成与土壤理化因子存在相关性。在三个时期中，分别有32、24和19个物种与土壤理化因子存在显著性相关关系（P<0.05）。其中酸杆菌纲（Acidobacteria）与土壤速效磷极显著负相关（P<0.01），芽单胞菌纲（Gemmatimonadetes）与土壤速效钾极显著正相关（P<0.01）。土壤细菌丰度和多样性与土壤理化因子也存在相关性。在小麦播种前期，土壤细菌丰度、OTU数、Chao1和ACE多样性指数与土壤电导率、速效磷和速效钾显著正相关（P<0.05），与土壤有机碳和pH显著负相关（P<0.05）。 综上所述，施加黄腐酸类肥料能够提高小麦产量，且NPK+FAM处理提高产量的效果更好，在一定程度上改善了土壤理化性质，提高了细菌丰度和多样性，同时也改变了土壤细菌群落结构。

目录

声明

符号说明

1 前言

1.1肥料在农业生产中的应用

1.1.1肥料的应用现状及重要性

1.1.2化肥施用存在的问题

1.1.3有机肥料发展趋势及需求

1.2施用有机肥对作物产量和土壤质量的影响

1.2.1施用有机肥对作物产量的影响

1.2.2施用有机肥对土壤理化性质的影响

1.2.3施用有机肥对土壤微生物的影响

1.3黄腐酸类有机肥料在土壤改良中的应用

1.3.1黄腐酸类肥料性质及功效

1.3.2黄腐酸类肥料对作物产量和土壤质量的影响

1.4土壤盐渍化及施肥在盐碱地改良中的应用

1.4.1土壤盐渍化现状

1.4.2土壤盐渍化成因

1.4.3土壤盐渍化对农业生产的危害

1.4.4施肥在盐碱地改良中的应用

1.5本研究的目的和意义

2 材料和方法

2.1材料

2.1.1供试材料

2.1.2菌株和质粒

2.1.3仪器设备

2.1.4主要酶及试剂

2.1.5实验引物及扩增程序

2.2方法

2.2.1实验设计

2.2.2样品采集与预处理

2.2.3样品理化指标的测定

2.2.4样品 DNA的提取纯化

2.2.5定量 PCR检测样品中细菌群落丰度

2.2.6高通量测序

2.2.7高通量数据初步处理

2.2.8样品多样性分析

3 结果与分析

3.1施肥处理影响小麦产量

3.2施肥处理影响土壤理化性质

3.2.1施肥处理对土壤 pH的影响

3.2.2施肥处理对土壤电导率的影响

3.2.3施肥处理对土壤养分的影响

3.3施肥处理影响土壤细菌丰度

3.4施肥处理对土壤细菌群落多样性的影响

3.4.1施肥处理对土壤细菌群落α-多样性的影响

3.4.2施肥处理对土壤细菌群落β-多样性的影响

3.5施肥处理对土壤细菌群落结构的影响

3.5.1施肥处理土壤中细菌在门水平的群落组成

3.5.2施肥处理土壤中细菌在属水平的群落组成

3.5.3施肥处理土壤中细菌在属水平的 Welch’s t-test差异分析

3.6土壤细菌群落分布与理化因子的相关性关系

3.6.1土壤细菌的丰度及α-多样性与理化因子的相关性

3.6.2土壤细菌群落在纲水平上与理化因子的关系

4 讨论

4.1施肥提高作物产量和土壤养分

4.2施肥降低土壤pH和电导率

4.3施肥影响细菌群落结构

4.4施肥影响细菌组成

4.5土壤理化因子影响细菌群落组成

5 结论

参考文献

致谢