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稻秸腐熟物不同组分对石灰性土壤磷有效性的调控作用及机制研究

稻秸腐熟物不同组分对石灰性土壤磷有效性的调控作用及机制研究

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作者：蔡成安徽农业大学

学位级别：硕士

磷有效性低是限制石灰性土壤农业生产的重要因子,外源有机物输入能够促进土壤非活性磷向活性磷转化。然而,不同来源的有机物性质不同,且相同来源但采用不同处理方式得到的有机物的组成和结构也会存在显著的差异。这些差异会对土壤磷素... 详细信息

磷有效性低是限制石灰性土壤农业生产的重要因子,外源有机物输入能够促进土壤非活性磷向活性磷转化。然而,不同来源的有机物性质不同,且相同来源但采用不同处理方式得到的有机物的组成和结构也会存在显著的差异。这些差异会对土壤磷素的转化表现出不同的调控作用。因此,本研究以“以碳促磷”为切入点,分析石灰性土壤磷有效性及形态变化对不同来源和相同来源外源有机物的响应,以期为外源有机物提升石灰性土壤磷素有效性提供科学依据。选择我国黄淮海平原两种典型石灰性土壤（砂姜黑土和潮土）设置空白对照（CK）、施稻秸腐熟物（S）、施含水铁矿稻秸腐熟物（SF）、施含针铁矿稻秸腐熟物（SG）和施含赤铁矿稻秸腐熟物（SH）5个处理,分析不同来源稻秸腐熟物对土壤磷有效性和形态变化的影响。通过前期试验发现不同来源稻秸腐熟物对砂姜黑土磷有效性活化作用更显著,在此基础上选择砂姜黑土作为供试土壤,从不同堆腐时期稻秸腐熟物中提取的水溶性有机物作为外源有机物,设置空白对照（CK）、添加30 d稻秸腐熟物中提取的水溶性有机物（DOM1）、添加90 d稻秸腐熟物中提取的水溶性有机物（DOM2）3个处理,进一步探讨有机组分的差异是否为调控土壤磷有效性的主要因子。主要研究结果如下:（1）施用含铁稻秸腐熟物均能显著提高两种土壤有效磷含量（P稻秸腐熟物处理对砂姜黑土和潮土有效磷提升效果高低顺序分别依次为S>SG>SH>SF和SF>S>SG>SH。施用稻秸腐熟物,砂姜黑土活性磷库和中稳性磷库相对含量增加,而稳定性磷库相对含量降低;培养60 d后,SG处理活性形态磷累积量显著高于其他处理（P稻秸腐熟物均可促进砂姜黑土和潮土中非活性磷向活性磷转化,进而显著提升磷有效性,砂姜黑土中施用含针铁矿稻秸腐熟物效果较好,而潮土中施用含水铁矿稻秸腐熟物效果较好。（2）两种DOM均能提高土壤有效磷含量,较CK分别提升17.3%～54.3%和0.6%～18.2%,但土壤全磷没有显著变化。Tiessen磷分级结果表明在培养期间DOM处理活性磷库分别增加12.4%～20.4%和0.8%～8.3%,中稳性磷库中Na OH-Pi相较CK分别提升13.3%～15.0%和3.3%～10.0%,Na OH-Po相较CK分别降低5.7%～17.2%和0.8%～9.3%,而稳定性磷库分别降低1.6%～2.6%和0.5%～3.7%。三维荧光光谱结果发现DOM1中类蛋白类物质较多（46.2%）,而DOM2中类腐殖质类物质占比最高（41.4%）。与DOM2相比,添加DOM1显著降低了土壤p H和DOC,并显著提升土壤Ca-ex含量。高通量测序结果表明添加DOM1刺激了节杆菌和青霉菌等溶磷微生物的生长,Mantel test进一步分析显示,在DOM1处理中土壤性质与微生物群落有最强的相关性。此外,DOM处理中微生物量磷与有效磷、HO-P、Na HCO-Pi均呈显著正相关关系。随机森林分析发现微生物量磷是驱动土壤有效磷含量变化关键因子。因此,添加DOM能够提升土壤有效磷含量,成分简单的DOM1相较于成分复杂的DOM2更能刺激微生物活性并改变了与磷相关的环境因子,从而提升土壤磷的有效性。综上,施用不同来源的稻秸腐熟物均能提高石灰性土壤有效性磷含量,砂姜黑土中施用含针铁矿稻秸腐熟物效果较好,而潮土中施用含水铁矿稻秸腐熟物效果较好。此外,相同来源的稻秸腐熟物对土壤磷有效性的调控作用也不相同,成分简单的有机物相较于成分复杂的有机物对土壤磷的活化效果更显著。因此,有机物对土壤磷素转化的调控作用可能受到其组分差异的影响,进而导致对土壤磷有效性的提升表现出不同的作用特征。本研究为稻秸腐熟物的合理农用以提高土壤磷的有效性提供了理论参考。

关键词：稻秸腐熟物砂姜黑土潮土水溶性有机物磷有效性

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