干旱区绿洲土壤团聚体内无机磷有效性生物学机制及其对农作模式的响应

Along with the expansion of the oasis in arid area, the soil structure and nutrient cycling are changed and the soil phosphorus levels will be inevitably affected.A long term positioning tests experiment was conducted at Shihezi Oasis located in Manasi River Basin to investigate biological mechanism of soil aggregate inorganic phosphorus and response to crop system models. The distribution of inorganic phosphorus in the soil aggregates is analyzed to explore inorganic phosphorus availability with the evolution of oasis process and to reveal relationships between inorganic phosphorus forms and aggregate fractions. The types and changes of soil organic acids under different cropping models are analyzed to clarify the activation process and mechanism of soil organic acid on soil inorganic phosphorus. The diversity of soil microbial community and phosphate dissolved bacteria are also analyzed to reveal the biological mechanism of inorganic phosphorus availability from soil aggregates scales. Adaptive cropping modes for efficient use soil phosphorus are established via analysis the effect of farming system on soil phosphorus availability. The results provide a theoretical basis for improving the oasis soil structure, phosphorus supply capacity, and enrich the oasis farming system theory.

随着干旱区绿洲化规模的扩大，改变土壤结构与养分循环，必然影响土壤磷素水平。本项目以新疆玛纳斯河流域石河子绿洲为案例，基于长期定位实验点，开展绿洲土壤团聚体内无机磷有效性生物学机制及其对农作制模式响应的研究。通过分析土壤无机磷组分在土壤团聚体中的分布规律，探明不同农作制模式下土壤各形态无机磷有效性的差异性，揭示无机磷形态对团聚体粒径的响应关系；分析农作制模式下土壤微生物群落多样性及其解磷功能菌群，从土壤团聚体结构层面揭示无机磷有效性的生物学机制；分析土壤团聚体内有机酸种类及金属离子含量，阐明有机酸对土壤无机磷活化能力及作用机制；建立土壤磷素高效利用的适应性农作制模式，完善磷素利用的多元化途径。研究成果为提高干旱区绿洲土壤结构水平及供磷能力提供理论基础，丰富绿洲农作制度理论。

随着干旱区绿洲化规模的扩大，改变土壤结构与养分循环，必然影响土壤磷素水平。本项目以新疆玛纳斯河流域石河子绿洲为案例，基于长期定位试验点，开展绿洲土壤团聚体内无机磷有效性生物学机制及其对农作制模式响应的研究。研究结果如下：（1）不同种植制度对土壤理化性质的影响较为明显。表现为农作模式主要通过降低土壤pH和EC，改善土壤盐渍化状况，增加有机质含量，增加土壤大团聚体的百分含量以及团聚体稳定性来影响土壤理化性质。（2）不同种植制度土壤细菌群落结构和多样性存在差异。土壤的优势菌门均为Firmicutes、Proteobacteria、Chloroflexi、Actinobacteria和Acidobacteria，但是丰度不同。土地利用方式中农田和草地能够显著增加土壤细菌多样性，明显改善线虫食物网状况，人工草地及人工林地土壤线虫食物网呈现结构化。土壤EC、Fe3+和pH是造成细菌群落差异的主要原因；而在种植模式中，除EC和Fe3+外，SOM和MWD对土壤细菌群落的影响极为明显。（3）不同种植制度土壤全磷含量相对较高，但是PAC反映却没有足够速效磷供植物吸收利用。土壤各无机磷组分含量表现为：Ca10-P>Ca8-P>Al-P>Fe-P>Ca2-P。不同种植制度土壤无机磷有效性表现不同。土地利用方式中速效磷与无机磷组分之间显著正相关，表明Ca10-P、Al-P 和Ca8-P是无机磷的主要来源，其中Al-P是最直接的有效磷源。种植模式中各无机磷组分对速效磷的贡献较小。（4）种植制度对土壤有机酸含量变化的影响明显。总体表现为草酸>苹果酸>柠檬酸。草酸和苹果酸含量在农田和草地中较高，且二者主要活化Ca8-P、Al-P和Ca10-P。种植制度通过影响金属离子与土壤有机酸反应来活化无机磷，Ca2+能通过与有机酸反应来活化Ca8-P、Al-P和Ca10-P。不同种植制度还可以通过细菌群落结构和多样性来影响无机磷有效性。研究成果为提高干旱区绿洲土壤结构水平及供磷能力提供理论基础，丰富绿洲农作制度理论。