有机肥肥际微域土壤微生物分布特征及其驱动机制

Soil microorganism is the core of the material transformation and nutrient availability in the soil, the application of organic fertilizer could provide carbon and energy for the soil microorganism. The organic fertilizer which are band application or hole application is a good way to save costs and improve efficiency，but uneven application of organic fertilizer will inevitably affect the differences of spatial distribution of the soil microorganisms. In this study, plate count method, fluorescence microscopy, fluorescence in situ hybridization, BIOLOG and PCR-DGGE by laboratory simulation and the root box pot experiments will be uaed to study the distribution characteristics of soil microorganisml under the affect of different organic fertilizer, water-fertilizer interaction and fertilize-root interaction. The soil microorganism quantity, functional diversity, genetic diversity, variation of soil nutrient availability after the application of organic fertilizer into the soil will be analysised, and revealed the main impact factors of soil microorganism distribution by non-broadcast application of organic fertilizer, clarify the material transformation in fertilizer-soil and the microbial process mechanism of nutrient availability. Basisic theories will be carried out to establish a healthy microbial flora in root zone.

土壤微生物是土壤物质转化和养分有效性的核心，有机肥的施用能为土壤微生物提供碳源和能量。有机肥穴施或条施是节约成本提高肥效的良好途径，但其不均匀施用必然影响土壤微生物的空间分布差异。本研究通过室内模拟和根盒栽培试验，应用平板计数法、荧光显微观察、BIOLOG、PCR-DGGE等方法，研究不同有机肥源（C/N）、水肥交互、肥-根系交互影响下土壤微生物的分布特征，分析有机肥施入土壤后，肥际微域土壤微生物数量、功能多样性、遗传多样性、土壤养分有效性等的变化规律及其驱动因子，揭示有机肥非均匀施用对土壤微生物分布影响的驱动机制，阐明肥际-土壤的物质转化与养分有效性的微生物过程机制，为建立根区健康的微生物区系提供理论依据。

有机肥施用往往是不均匀的，易形成肥斑。本项目研究有机肥条施、穴施对肥际微域微生物、土壤养分和植物营养的影响。通过研究不同碳源、有机肥C/N、水分驱动和不同棉花品种根际肥际交互对土壤微生物时空分布的影响，我们得到了如下主要结果：（1）土壤碱解氮随C/N降低而升高，C/N为15时速效磷最高，C/N为35速效钾含量最高。C/N为35时条施脲酶、蔗糖酶活性最高、C/N为0、25时条施纤维素酶活性最高。Illumina测序结果显示C/N为35时真菌群落组成及丰度与其他处理差异最大；C/N为25时细菌群落构成及丰度与其他处理有显著差异。（2）滴灌条件下施有机肥，土层越深酶活性、微生物数量越低。各施肥处理中处理初期BU处理各指标均较高，随着处理时间的延长，穴施生物有机肥各水平逐渐高于BU处理，穴施生物有机肥中以B0效果最好，而碱性磷酸酶则是BU处理最好。水平方向上BU和CK均以滴头为中心向四周减小，B0处理以肥料为中心向四周减小。B30处理下0-20cm土层，细菌、放线菌和蔗糖酶活性处理3-15d以水分为主要驱动力，各水平离滴头越远越低，30-60d以肥料为主要驱动力，各水平微生物活性离肥际越远越低。真菌数量受水分影响小，在整个处理周期均以肥料为中心向四周径向减小。（3）集中施入有机肥较均匀施入有机肥和不施肥显著提高了土壤酶活性以及微生物数量；其中条施有机肥较穴施更有利于提高土壤酶活性和微生物数量；肥际土壤酶活性多数显著低于非肥际活性；而肥际微生物数量则高于非肥际数量。（4）苗期和花铃期，各棉花品种CM肥际脲酶和蔗糖酶活性显著高于CK， JM16+CM、XLZ25+CM纤维素酶活性显著高于未施肥处理和非肥际，肥际和根际的交互作用不明显。综合分析表明，土壤微生物功能多样性和遗传多样性，既受肥料驱动，也受水分驱动，前期（施肥及滴水后15天内）主要受水分驱动，后期（30-60天）主要受有机肥驱动。