促進(jìn)南方紅壤丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究
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探明了多年蔬菜連作對(duì)土壤氮素轉(zhuǎn)化功能的影響及其微生物作用機(jī)制，并提出相應(yīng)調(diào)控措施，為蔬菜土氮素的調(diào)控提供強(qiáng)有力理論依據(jù)和技術(shù)支持
我國(guó)的蔬菜種植面積達(dá)?3?億畝，約占世界蔬菜種植面積的?35%，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占重要地位。然而，蔬菜生產(chǎn)中普遍存在不合理施肥的現(xiàn)象，單位面積肥料施用量一般是其他主要農(nóng)作物的數(shù)倍。大量化肥施用導(dǎo)致氮素在蔬菜和土壤中的殘留量高，一方面造成了蔬菜硝酸鹽含量超標(biāo)和蔬菜品質(zhì)下降，另一方面也造成了溫室氣體（N2O）排放和?NO3?淋失等環(huán)境污染問(wèn)題。由于蔬菜土壤種植強(qiáng)度高、化肥投入量大以及氮肥利用效率低，那么在這種長(zhǎng)期種植蔬菜的土壤中，氮肥的轉(zhuǎn)化過(guò)程和功能是否與大田作物土壤不同？土壤微生物在這些過(guò)程中扮演了什么角色？它們的作用機(jī)制又是什么？類似問(wèn)題還不清楚。針對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)系統(tǒng)采集河流沖積物發(fā)育的種植年限不同的蔬菜土壤樣品，利用分子生物學(xué)技術(shù)分析了土壤硝化功能微生物種群多樣性、群落組成的變化與硝化作用的偶聯(lián)關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期蔬菜連作顯著使得土壤中硝化細(xì)菌（AOB）優(yōu)勢(shì)種群富集，土壤硝化能力增強(qiáng)。土壤?pH?值以及?Olsen-P?含量的變化是影響?AOB?群落結(jié)構(gòu)的主要土壤因素。土壤中氨氧化古細(xì)菌（AOA）豐度明顯高于?AOB，平均為?AOB?豐度的?6?倍，但土壤硝化勢(shì)（PNF）與土壤中?AOB?豐度成顯著的正相關(guān)，而與?AOA?沒(méi)有顯著的相關(guān)性。
針對(duì)長(zhǎng)期不合理高化肥投入量導(dǎo)致城郊區(qū)菜地土壤環(huán)境惡化的現(xiàn)狀，為探討氮肥減施對(duì)城郊區(qū)菜地土壤氮磷累積及蔬菜產(chǎn)量品質(zhì)的影響，我們應(yīng)用田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了長(zhǎng)沙市郊?2?種不同菜地土壤中不同減氮處理：①氮肥減施?20%（80% N）；②施緩釋尿素并減氮?20%（80% N(CRU)）；③氮肥減施?20%?并添加脲酶抑制劑/硝化抑制劑（80% N+QD）；④氮肥減施?20%?并添加土壤調(diào)理劑（80% N+SC）的環(huán)境和農(nóng)學(xué)效應(yīng)。結(jié)果表明：與常規(guī)施肥處理相比，采用緩釋尿素減施?20%?化學(xué)氮肥（80% N+QD）有效降低了菜地土壤?Olsen-P?和?NO3?-N的含量，減少了其面源污染風(fēng)險(xiǎn)，但該法處理后的蔬菜可食部分容易累積硝酸鹽，也增加了食用風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)添加脲酶抑制劑/硝化抑制劑減施?20%?化學(xué)氮肥（80% N+QD），生育中期土壤?NH4+-N?含量和蔬菜鮮樣產(chǎn)量分別增加了?69.2%?和?262.0%，對(duì)土壤?Olsen-P、NO3?-?N以及可食部分硝酸鹽含量影響不顯著；減施?20%?化學(xué)氮肥配以添加土壤調(diào)理劑（80% N+SC）在?2?種種植年限的菜地中效果欠穩(wěn)定。兼顧經(jīng)濟(jì)、食用風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)環(huán)境等效益，建議在高肥力菜地土壤中，氮肥減量與脲酶抑制劑、硝化抑制劑配合施用。
為進(jìn)一步探明硝化抑制劑對(duì)氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程及功能微生物的影響，我們選取長(zhǎng)沙黃興鎮(zhèn)蔬菜基地?2?種蔬菜土，設(shè)置室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，設(shè)置單施尿素（CK）和尿素與硝化抑制劑雙氰胺配合施用（DCD）2?個(gè)處理，通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)過(guò)程中土壤中?NH4+-N、NO3?-?N含量變化以及土壤中氮素轉(zhuǎn)化功能微生物的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)過(guò)程中?DCD?處理使?2?個(gè)供試土壤的?NH4+濃度穩(wěn)定在較高水平，而?NO3?濃度則明顯低于對(duì)照。施用?DCD?導(dǎo)致土壤中硝化基因?amoA?豐度顯著減少，而對(duì)?16S?rRNA?和反硝化基因?nirK?豐度沒(méi)有產(chǎn)生明顯影響。因此，DCD?在菜地土壤中主要通過(guò)抑制氨氧化細(xì)菌的繁衍來(lái)抑制硝化作用。