长期有机培肥提高红壤性水稻土生物学特性及水稻产量的微生物学机制

[目的]依托位于江西红壤研究所的有机肥长期定位试验,探究长期施用紫云英、猪粪和秸秆还田对土壤微生物量、酶活性和产量的影响,阐明土壤微生物学特性对土壤肥力的生物指示功能,揭示影响作物产量和微生物学特性的关键环境因子.[方法]长期定位试验始于1981年,选取的6个处理分别为:CK(不施肥)、NPK(单施化肥)、M1(早稻施绿肥)、M2(早稻加倍施绿肥)、M3(早稻施绿肥+晚稻施猪粪)和M4(早稻施绿肥+晚稻秸秆还田),此外,有机处理(M1、M2、M3和M4)在施用有机物料的基础上,每季还补充一定量化肥(N 69 kg/hm2、P2O530kg/hm2、K2O 67.5 kg/hm2).于每季收获后测定水稻产量.2018年早稻收获后,采集耕层(0---20 cm)土壤,测定土壤化学指标、微生物量碳氮、脲酶及其他参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性.[结果]1)2009-2018年间,长期施肥处理明显提高了水稻产量,其中M3处理的产量最高,其次为M2处理,二者均明显高于NPK处理;2)土壤微生物量及酶活性均以有机处理(M1、M2、M3和M4)较高,其中M3处理土壤微生物量碳含量及各类土壤酶活性最高,M2处理土壤微生物量氮含量最高.有机处理较CK和NPK处理提高了土壤微生物熵.此外,微生物量碳氮和土壤酶活性与有机碳、全氮间存在显著或极显著相关关系;3)有机碳与土壤微生物量(0.895)、碳循环相关酶活性(0.903)、氮循环相关酶活性(0.854)及水稻产量(0.827)呈显著正影响(P＜0.05);土壤pH与土壤碳循环相关酶活性(0.378)和氮循环相关酶活性(0.365)呈显著正影响(P＜0.05),对水稻产量(0.211)也表现为正影响,但不显著(P＞0.05).相较于pH,土壤有机碳含量在提高水稻产量、改善土壤微生物学特性上发挥了更为重要的作用.[结论]土壤微生物量碳氮和参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性均可作为土壤微生物学指标表征土壤肥力的变化.土壤有机碳含量是提高作物产量、调控土壤微生物量和酶活性的关键因子.在供试条件下,长期实行早稻施绿肥+晚稻施猪粪的有机培肥,是提高土壤微生物量及酶活性并提高水稻产量的最佳选择.