高氮负荷沼液灌溉对紫色土氮素积累、淋溶和微生物多样性的影响

摘要

沼液还田是畜禽养殖粪污消纳的重要方式,但也会增加氮素流失引起的面源污染风险.采用沼液高负荷灌溉土柱试验方法,设计等量一次灌溉(T1)、等量分次灌溉(T2)和等量一次灌溉种植黑麦草(T3)3个处理,以复合肥(CK1)和无肥灌溉(CK2)为对照,持续灌溉78 d,考察土壤氮素积累,同时收集土柱底部的下渗液以监测沼液灌溉后的氮素淋溶情况;采用Illumina MiSeq高通量测序方法分析高负荷沼液灌溉后土壤微生物多样性及群落结构.在沼液灌溉前期3种处理方式均很快表现为氮素在土壤上层(0～20 cm)和中层(>20～40 cm)积累,仅在灌溉后期(78 d),沼液灌溉处理才表现为下层(＞40～60 cm)土壤氮素积累.在氮素淋溶方面,虽然T1、T2处理氮素淋溶在灌溉42、60 d时出现激增,但比CK1出现氮淋溶激增的时间分别延迟6、24 d;T3处理并未观测到氮素淋溶的激增.T1、T2和T3处理淋溶液硝态氮含量在灌溉60 d时达到峰值,且淋溶液中硝态氮占总氮比例远高于铵态氮.土壤微生物Chao 1指数由大到小依次为T3、T1、CK1、CK2和T2,Shannon指数由大到小依次为CK2、T3、T1、T2和CK1.样本距离热图结果显示,T2处理与其他处理的距离最远.费舍尔精确检验结果表明,T2处理鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)相对丰度显著降低,norank_o_Saccharimonadales相对丰度显著提高.种植作物可以延缓氮素向地下水的迁移,降低氮淋失风险;与施复合肥相比,沼液灌溉能提升土壤微生物群落物种丰富度和多样性,其中,以种植黑麦草的沼液灌溉处理为最明显;等量分次沼液灌溉对微生物群落结构影响最大.