研究长期不同施肥下黄壤性稻田稗草发生特征,明确稗草发生与长期不同施肥水稻产量和土壤性质变异的响应关系.基于农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站的一项连续23年不同施肥管理水稻试验,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、磷钾肥(PK)、氮磷肥(NP)、氮钾肥(NK)、常量化肥(NPK)、1/4有机肥替代化肥(1/4MNP)、1/2有机肥替代化肥(1/2MNP)、单施有机肥(M)和常量有机肥化肥配施(MNPK) 10个处理,采用田间调查法调查各处理稗草发生密度、单株穗数、总穗数、穗粒数、千粒重和穗粒重等植物学参数;采用方差分析明确不同处理稗草发生差异,采用直线拟合、相关分析和通径分析明确杂草发生特征对水稻产量和土壤性质的响应.结果表明:长期不同施肥处理导致黄壤性稻田稗草发生特征显著变异,稗草的密度、单株穗数和总穗数均以MNPK处理最高,其次是1/4MNP处理.相较常量化肥处理,长期不施肥(CK)和不平衡施肥(N、PK、NK、NP)各处理稗草发生的密度显著降低,施用有机肥各处理(1/4MNP、1/2MNP、M、MNPK)稗草的单株穗数显著增加.稗草的发生密度和总穗数与水稻产量呈极显著的正相关性,拟合直线的决定系数分别为0.622和0.624.土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷和速效钾与稗草发生参数之间存在显著至极显著的相关性;通径分析表明,土壤全氮含量对稗草单株穗数发生有直接正效应,全磷含量是影响稗草密度和总穗数的主要因素,速效钾含量对穗粒数和穗粒重影响最大.长期不同施肥导致黄壤性稻田稗草发生特征变异,施用有机肥提高了稗草的发生密度、单株穗数和总穗数.土壤全磷含量是黄壤性稻田稗草密度和总穗数发生变异的直接影响因素.

本研究以进行了22年的黄壤稻田长期定位试验为依托,分析了不同施肥模式下土壤碳(C)、磷(P)与微生物生物量C(MBC)、P(MBP)的变化及其耦合特征,旨在探讨黄壤地区合理培肥模式以提高土壤磷素有效性.试验包括10个处理,分别为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、磷钾配合(PK)、氮钾配合(NK)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、单施有机肥(M)、3种有机无机肥配施(1/4M+3/4NP、0.5MNP、MNPK).结果表明:与不施肥相比,N和NK处理土壤有机碳(TOC)、全磷(TP)、MBC、MBP均有不同程度的降低,施磷处理(PK、NP、NPK)则有不同程度的提升;与不施肥和施用无机肥相比,施用有机肥各处理TOC、MBC、MBP及MBP/TP均显著增加,其中M和MNPK处理增幅最大.MBC/MBP、TOC/MBP、MBC/TP以施用有机肥处理最低,N处理最高.土壤MBC、MBP及其耦合关系与土壤TOC和有效磷均呈极显著相关,TOC是影响MBC、MBP、MBP/TP的直接因素,而有效磷则是影响MBC/MBP、TOC/MBP、MBC/TP的直接因素.土壤MBP及碳、磷耦合关系各指标可以有效区分单施化肥和施用有机肥的不同施肥方式,可作为评价黄壤稻田磷素肥力的生物学指标.配施有机肥是增加黄壤稻田磷有效性、提高土壤供磷潜力和保持土壤生物健康的有效途径.

为揭示多环芳烃(PAHs)污染对我国不同区域稻田土壤氨氧化过程的影响,以8个省市的稻田土壤为研究对象,通过室内培养方式添加菲、荧蒽、苯并[a]蒽等3种PAHs进行28 d的培养实验,探究PAHs对不同土壤类型硝化潜势、氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)丰度和群落结构的影响.结果显示,8种土壤的理化性质、PAHs降解行为以及AOA和AOB菌群结构和丰度都有所差异,PAHs对硝化潜势的影响也表现为因土而异.PAHs显著抑制了黑龙江(黑土)、山西(褐土)、安徽(黄褐土)和湖南(黄壤)等4种土壤样品的硝化潜势(P＜0.05),显著促进了四川(石灰性紫色土)的硝化潜势,而对北京(潮土)、河南(潮土)和重庆(中性紫色土)土壤则没有显著影响.荧光定量PCR分析amoA基因的丰度结果表明,在添加PAHs后,AOB的丰度显著增加,而AOA的丰度显著减少.相关性分析表明土壤AOA的丰度与硝化潜势的变化规律有显著相关性(P＜0.05).除重庆和四川土壤外,PAHs的添加降低了AOA和AOB群落Shannon多样性指数.群落结构分析发现PAHs的添加促进了隶属于Nitrosospira cluster 3的AOB相对丰度增加,而隶属于Nitosomonas cluster 7的AOB相对丰度则降低;然而PAHs对AOA群落结构则没有显著影响.综上所述,PAHs污染可能通过改变土壤的氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而在宏观上影响稻田土壤的硝化能力.

化肥减施增效有助于农业的可持续发展.本研究用等氮量生物炭替代化肥氮,设置0、10％、20％、30％ 、40％( CK,T1 ～T4) 5个替代比例,在水稻收获后釆集土壤样品进行室内分析,研究氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响.结果表明:氮肥减量配施生物炭均可显著提高土壤有机碳(SOC)含量,且与生物炭配施量呈正比.氮肥减施20％条件下,土壤微生物生物量碳(MBC)和易氧化碳(ROC)含量均最高,分别为293.68和250.00 mg ·kg-1,土壤可溶性碳(DOC)含量最低.SOC矿化速率在培养的第3天达到最高,前期(第3～6天)迅速下降,中期(第6～18天)缓慢下降,后期(第18～30天)趋于稳定,矿化速率随时间的动态变化符合对数函数;SOC累积矿化量和累积矿化率分别为0.66～0.86 g·kg—1和2.9％～4.0％,均以T2处理最低.稻谷产量随氮肥减施比例的增加呈先增加后下降趋势,T2处理最高,比CK显著增加了13.4％.本试验条件下,化学氮肥减量20％配施适量生物炭(5 t·hm-2)可有效提高SOC、MBC、ROC含量和水稻产量,降低SOC累积矿化量和累积矿化率,增强土壤固碳能力,是贵州黄壤稻田土壤固碳培肥的较好选择.