早稻秸稈還田可提高土壤速效鉀含量和晚稻鉀含量
期刊：環(huán)境科學(xué)
期刊分區(qū)：環(huán)境科學(xué)技術(shù)及資源科學(xué)技術(shù)類(lèi)核心期刊
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1 導(dǎo)讀
水稻秸稈是華南雙季稻區(qū)重要的有機(jī)肥資源，為探討早稻秸稈還田條件下鉀肥減量施用對(duì)晚稻產(chǎn)量和土壤肥力的影響，本研究于廣東省白云區(qū)和惠陽(yáng)區(qū)開(kāi)展大田試驗(yàn)，設(shè)置常規(guī)施肥(CK)、秸稈還田+常規(guī)施肥處理(RS)和秸稈還田+鉀肥減施20%(RS-K)這3個(gè)處理，分析不同處理的晚稻生物量、鉀含量和產(chǎn)量，及土壤速效鉀、有機(jī)碳、細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)等土壤肥力性質(zhì)的變化，以期為水稻秸稈科學(xué)還田和化肥減施提供理論依據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，早稻秸稈還田可提高土壤速效鉀含量和晚稻鉀含量，在早稻秸稈還田條件下鉀肥減施20%對(duì)晚稻鉀營(yíng)養(yǎng)水平和產(chǎn)量均沒(méi)有產(chǎn)生明顯負(fù)面影響，且能提高土壤有機(jī)碳和細(xì)菌多樣性。因此，在華南雙季稻區(qū)，早稻秸稈還田配合鉀肥減施20%有利于化肥減施、糧食穩(wěn)產(chǎn)和培肥地力，對(duì)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。
2 結(jié)果
2.1 不同處理對(duì)水稻生物量積累和產(chǎn)量的影響
從圖1可知，隨著水稻生育期的發(fā)展，水稻地上部分生物量不斷增加，且不同處理間的生物量差距逐漸擴(kuò)大。在收獲期，RS處理的生物量較CK處理提高了4.80%(白云點(diǎn))和8.80%(惠陽(yáng)點(diǎn))；RS-K處理的生物量較CK處理提高了0.92%(白云點(diǎn))和0.36%(惠陽(yáng)點(diǎn))。從表2可知，CK處理相比，RS和RS-K處理的
產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子均無(wú)顯著差異。
圖1秸稈還田與鉀肥減施對(duì)水稻地上部分干物質(zhì)累積的影響
2.2 不同處理對(duì)水稻植株鉀含量的影響
從圖2可知，隨著水稻生長(zhǎng)生育期的發(fā)展，水稻植株的鉀含量逐漸降低。不同處理顯著影響水稻植株鉀含量。與CK處理相比，RS處理的植株鉀含量分別提高了0.91%～8.51%(白云)和2.08%～10.44%(惠陽(yáng))，平均增幅為3.97%(白云)和6.91%(惠陽(yáng))，其中，惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)75 DAP(移栽后天數(shù)，Daysafterplanting)植株鉀含量顯著提高，增幅達(dá)10.44%。與RS處理相比，RS-K處理的植株鉀含量降低了3.40%～9.30%(白云)和3.41%～13.58%(惠陽(yáng))，其中白云試驗(yàn)點(diǎn)的45 DAP和60 DAP植株鉀含量顯著降低，降幅分別達(dá)8.86%和9.30%，惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)的15 DAP和30 DAP植株鉀含量顯著降低(P＜0.05)，降幅分別達(dá)13.31%和13.58%。與CK處理相比，RS-K處理的植株鉀含量基本沒(méi)有顯著差異，只有惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)15 DAP植株鉀含量顯著降低(P＜0.05)，降幅為10.91%；在水稻生長(zhǎng)前期，RS-K處理的植株鉀含量低于CK處理，但在水稻生長(zhǎng)后期，兩者基本沒(méi)有差異。
圖2秸稈還田與鉀肥減施對(duì)水稻植株鉀含量的影響
2.3 不同處理對(duì)土壤速效鉀含量的影響
從圖3可知，不同處理顯著影響土壤速效鉀含量。與CK處理相比，RS處理的土壤速效鉀含量提高了3.96%～25.23%(白云)和9.60%～45.16%(惠陽(yáng))，平均增幅為13.90%(白云)和21.67%(惠陽(yáng))；其中，在白云試驗(yàn)點(diǎn)，15 DAP和45 DAP的土壤速效鉀含量顯著高于CK處理(P＜0.05)，增幅達(dá)14.02%和25.23%；在惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)，15 DAP、30 DAP和收獲期的土壤速效鉀含量顯著高于CK處理(P＜0.05)，分別提高了27.85%、22.84%和45.16%。與CK處理相比，RS-K處理的土壤速效鉀惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)收獲期土壤速效鉀含量顯著高于CK處理(P＜0.05)，增幅達(dá)23.87%。
圖3秸稈還田與鉀肥減施對(duì)土壤速效鉀含量的影響
2.4 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響
由表3可知，與CK處理相比，RS和RS-K處理均不同程度地提高了土壤有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳含量。惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)RS和RS-K處理的土壤有機(jī)碳較CK處理提高了17.62%和16.07%(P＜0.05)，可溶性有機(jī)碳提高了10.50%和7.38%，其中RS處理增幅明顯，顯著高于CK處理(P＜0.05)。白云試驗(yàn)點(diǎn)RS和RS-K處理的土壤可溶性有機(jī)碳含量均顯著高于CK處理(P＜0.05)，分別提高了26.27%和27.77%。RS和RS-K處理的易氧化有機(jī)碳、微生物量碳、有效磷均高于CK處理，但差異不顯著。不同處理的pH值、NO3－-N和NH4+-N含量均無(wú)明顯變化。
2.5 不同處理對(duì)土壤細(xì)菌群落多樣性及群落構(gòu)成的影響
從表4可知，白云試驗(yàn)點(diǎn)，RS和RS-K處理的土壤細(xì)菌Chao1指數(shù)顯著高于CK處理(P＜0.05)，分別提高了15.01%和18.19%；16S序列測(cè)序覆蓋度和Shannon指數(shù)也分別較CK處理增加了0.38%和0.11%、1.65%和2.20%，但不同處理間差異不顯著；不同處理的Simpson指數(shù)基本接近。惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)，RS和RS-K處理的土壤細(xì)菌Chao1指數(shù)比CK處理增加了12.78%和11.65%，其中RS處理顯著高于CK處理(P＜0.05)；同時(shí)，RS和RS-K處理的Shannon指數(shù)顯著高于CK處理(P＜0.05)，增幅分別達(dá)8.12%和7.33%；各處理16S序列測(cè)序覆蓋度和Simpson指數(shù)均無(wú)顯著差異。
不同處理土壤細(xì)菌群落在門(mén)水平上的組成如圖4所示。白云試驗(yàn)點(diǎn)土壤以變形菌門(mén)(Proteobacteria)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)和放線菌門(mén)(Actinobacteria)為主要優(yōu)勢(shì)菌門(mén)(相對(duì)豐度＞10%)，相對(duì)豐度分別為26.82%～31.30%、21.28%～26.99%、11.02%～15.09%和8.15%～14.49%，占總細(xì)菌的68.22%～83.09%。惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)土壤以變形菌門(mén)(Proteobacteria)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)和酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)為主要優(yōu)勢(shì)菌門(mén)(相對(duì)豐度＞10%)，相對(duì)豐度分別為31.32%～36.24%、21.70%～24.35%和10.69%～14.50%，占總細(xì)菌的68.21%～71.29%。秸稈還田改變了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。與CK處理相比，白云試驗(yàn)點(diǎn)RS和RS-K處理顯著提高了變形菌門(mén)、綠彎菌門(mén)、放線菌門(mén)和硝化螺旋菌門(mén)的相對(duì)豐度(P＜0.05)，分別平均提高了7.78%、17.54%、32.23%和43.32%，顯著降低了擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)和厚壁菌門(mén)(Firmicutes)的相對(duì)豐度(P＜0.05)，分別平均降低了59.97%和65.14%；惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)RS和RS-K處理顯著提高了變形菌門(mén)、放線菌門(mén)和硝化螺旋菌門(mén)的相對(duì)豐度(P＜0.05)，分別平均提高了10.26%、44.39%和82.14%，顯著降低了酸桿菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)的相對(duì)豐度(P＜0.05)，分別平均降低了18.37%、24.62%和67.02%。RS和RS-K之間各細(xì)菌門(mén)相對(duì)豐度均無(wú)顯著差異。
圖4不同處理土壤細(xì)菌在門(mén)分類(lèi)水平上的群落組成
2.6 土壤理化性質(zhì)與土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系
為進(jìn)一步分析不同土壤理化性質(zhì)對(duì)細(xì)菌門(mén)水平群落結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤環(huán)境因子進(jìn)行RDA分析(圖5)。結(jié)果表明，RDA1和RDA2分別解釋了白云試驗(yàn)點(diǎn)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)總變異的76.44%和14.17%，惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)總變異的72.88%和13.75%。細(xì)菌門(mén)水平上，RS和RS-K處理沿RDA1軸方向與CK處理明顯分離，而RS和RS-K處理間相互交叉，分離不明顯，表明秸稈還田措施顯著改變土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。白云試驗(yàn)點(diǎn)和惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果均表明，RS和RS-K處理分布在SOC、DOC、MBC、EOC、NO3－-N、NH4+-N、AP、AK和pH投影的正方向上，白云試驗(yàn)點(diǎn)SOC、DOC和MBC在RDA1軸上的投影長(zhǎng)度較大，惠陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)SOC、AK、MBC和DOC在RDA1軸上的投影長(zhǎng)度較大，表明RS和RS-K處理通過(guò)改變土壤有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、微生物量碳、有
效鉀和有效磷含量，從而驅(qū)動(dòng)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的改變。
圖5不同處理基于微生物群落和土壤理化性質(zhì)的冗余分析
結(jié)論：
結(jié)果表明，RS-K處理的水稻生物量和產(chǎn)量與CK處理無(wú)顯著差異。與CK相比，RS處理的水稻植株鉀含量平均提高了3.97%(白云)和6.91%(惠陽(yáng))，土壤速效鉀含量平均增幅達(dá)13.90%(白云)和21.67%(惠陽(yáng))；RS-K處理的土壤速效鉀也較CK處理提高了3.56%(白云)和4.23%(惠陽(yáng))。秸稈還田處理顯著提高了土壤可溶性有機(jī)碳含量，但對(duì)土壤pH值、有機(jī)碳、微生物量碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和有效磷含量無(wú)顯著影響。與CK相比，秸稈還田處理顯著提高了土壤細(xì)菌的Chao1和Shannon指數(shù)；秸稈還田處理還顯著提升了變形菌門(mén)、放線菌門(mén)和硝化螺旋菌門(mén)的相對(duì)豐度，而降低了酸桿菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)的相對(duì)豐度；冗余分析表明，土壤有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳、微生物量碳、有效磷和速效鉀含量是驅(qū)動(dòng)土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)群落變化的主要環(huán)境因素。綜上，早稻秸稈還田可提高土壤速效鉀含量和晚稻鉀含量，在早稻秸稈還田條件下鉀肥減施20%對(duì)晚稻鉀營(yíng)養(yǎng)水平和產(chǎn)量均沒(méi)有產(chǎn)生明顯負(fù)面影響，且能提高土壤有機(jī)碳和細(xì)菌多樣性。