寒地水稻秸秆还田调控土壤磷素有效性及磷组分的机制研究

Straw retention has been the development direction of cold-region rice production in northeast, which is an effective way to solve the problem of straw burnt in the open field and increase the source of phosphorus in the soil. Straw retention changed the carbon-phosphorus ratio, affect the diversity of microbial community structure and adsorption characteristics of phosphorus ,in soil and changed the phosphorus availability and phosphorus fractions in soil. In this study, cold-region rice was used as material. In order to study the effect of phosphorus adsorption characteristics and phosphorus metabolism of microorganisms under straw retention for successive years (10-12 years) and current year on phosphorus availability and phosphorus components in soil, a located plot experiment and a pot experiment were conducted. An indoor incubation experiment was conducted to investigate the variation of phosphorus availability and phosphorus fractions in soil under straw retention without rice cultivation. Comprehensive analysis the regulation mechanism of straw retention on phosphorus availability and phosphorus fractions in soil, so as to provide a scientific basis for more efficient utilization of soil phosphorus and rational phosphate fertilizer.

秸秆还田已经成为东北寒地水稻生产的发展方向，是解决秸秆露天焚烧、增加土壤磷素来源的有效途径。秸秆还田改变了土壤碳磷比，会影响微生物群落结构的多样性和土壤磷素的吸附特性，使土壤磷素有效性和土壤磷组分发生变化。本项目以寒地水稻为研究对象，通过连续秸秆还田小区定位试验和盆栽试验，研究秸秆多年连续还田（10-12年）和秸秆还田当季，土壤磷吸附特性及微生物磷代谢对土壤磷素有效性和磷组分的影响规律；通过室内培养试验，研究在不种植水稻条件下，秸秆还田后土壤磷素有效性和磷组分的变化规律。综合分析三部分试验内容，解析秸秆还田调控土壤磷素有效性和磷组分的机制，为更高效地利用土壤磷素和合理施磷肥提供科学依据。

本课题组完成了国家自然基金青年项目《寒地水稻秸秆还田调控土壤磷素有效性及磷组分的机制研究》规定的研究内容。结果表明：.秸秆还田使土壤中无机磷含量增加，使土壤有机磷含量降低，总磷呈现增加的状态，但是降低了水稻生育期间土壤溶液中速效磷含量，但没有改变土壤溶液中速效磷随时间的变化趋势。秸秆还田（SRT）增加了土壤对溶液中速效磷的吸附，土壤对磷素的吸附量及Qm、MBC、SPR等参数随着秸秆还田量的增加逐渐增加。SRT处理土壤多吸附的磷量与利用施磷肥梯度补充土壤溶液浓度所要增施的磷量基本相当。秸秆还田处理的土壤酸性磷酸酶活性显著高于不还田处理，其活性随秸秆施入量增加而升高。土壤中性磷酸酶活性比较稳定，秸秆还田处理的中性磷酸酶活性显著高于不还田处理。秸秆还田处理的碱性磷酸酶活性显著高于不还田处理。.Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Acidobacteria和Verrucomicrobiad的相对丰度在所有处理中占优势，其中Proteobacteria在所有处理中相对丰度最高，Verrucomicrobia相对丰度在所有处理中比较稳定。PCoA分析结果说明，SRM、SRH与SRT细菌群落组成相似，AL处理细菌群落组成与其他处理差异较大。OTU数和Alpha多样型指数说明，细菌丰度大小顺序为SRT>SRH>SRM>AL，各处理物种多样性差异不显著。.本试验区秸秆腐解主要集中在还田的前三年，累计腐解量达到77.0%，秸秆残留率与秸秆腐解年限呈线性递减的变化规律。C，N，纤维素和半纤维素的释放主要集中在还田的第一年和第二年，而P和K的释放主要在还田的第一个月，木质素则在整个试验期内均有不同程度的释放。.综上，秸秆还田后土壤中释放了磷素，增加了土壤微生物的丰度和酶活性，使土壤中有机磷向无机磷方向转化，增加了土壤中无机磷的同时，秸秆还田也增加了土壤对磷素的吸附特性，降低了溶液中的磷素含量，不利于作物的吸收，需要在常规施肥的基础上补充部分磷肥。