期刊：环境科学
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全文链接：早稻秸秆还田和减钾对晚稻产量和土壤肥力的影响- 中国知网

　　1 导读
       水稻秸秆是华南双季稻区重要的有机肥资源，为探讨早稻秸秆还田条件下钾肥减量施用对晚稻产量和土壤肥力的影响，本研究于广东省白云区和惠阳区开展大田试验，设置常规施肥(CK)、秸秆还田+常规施肥处理(RS)和秸秆还田+钾肥减施20%(RS-K)这3个处理，分析不同处理的晚稻生物量、钾含量和产量，及土壤速效钾、有机碳、细菌多样性和群落结构等土壤肥力性质的变化，以期为水稻秸秆科学还田和化肥减施提供理论依据。结果发现，早稻秸秆还田可提高土壤速效钾含量和晚稻钾含量，在早稻秸秆还田条件下钾肥减施20%对晚稻钾营养水平和产量均没有产生明显负面影响，且能提高土壤有机碳和细菌多样性。因此，在华南双季稻区，早稻秸秆还田配合钾肥减施20%有利于化肥减施、粮食稳产和培肥地力，对农业绿色发展具有重要意义。
      2 结果
      2.1 不同处理对水稻生物量积累和产量的影响
从图1可知，随着水稻生育期的发展，水稻地上部分生物量不断增加，且不同处理间的生物量差距逐渐扩大。在收获期，RS处理的生物量较CK处理提高了4.80%(白云点)和8.80%(惠阳点)；RS-K处理的生物量较CK处理提高了0.92%(白云点)和0.36%(惠阳点)。从表2可知，CK处理相比，RS和RS-K处理的
产量和产量构成因子均无显著差异。

　　图1秸秆还田与钾肥减施对水稻地上部分干物质累积的影响

　　2.2 不同处理对水稻植株钾含量的影响
       从图2可知，随着水稻生长生育期的发展，水稻植株的钾含量逐渐降低。不同处理显著影响水稻植株钾含量。与CK处理相比，RS处理的植株钾含量分别提高了0.91%～8.51%(白云)和2.08%～10.44%(惠阳)，平均增幅为3.97%(白云)和6.91%(惠阳)，其中，惠阳试验点75 DAP(移栽后天数，Daysafterplanting)植株钾含量显著提高，增幅达10.44%。与RS处理相比，RS-K处理的植株钾含量降低了3.40%～9.30%(白云)和3.41%～13.58%(惠阳)，其中白云试验点的45 DAP和60 DAP植株钾含量显著降低，降幅分别达8.86%和9.30%，惠阳试验点的15 DAP和30 DAP植株钾含量显著降低(P＜0.05)，降幅分别达13.31%和13.58%。与CK处理相比，RS-K处理的植株钾含量基本没有显著差异，只有惠阳试验点15 DAP植株钾含量显著降低(P＜0.05)，降幅为10.91%；在水稻生长前期，RS-K处理的植株钾含量低于CK处理，但在水稻生长后期，两者基本没有差异。

　　图2秸秆还田与钾肥减施对水稻植株钾含量的影响

　　2.3 不同处理对土壤速效钾含量的影响
      从图3可知，不同处理显著影响土壤速效钾含量。与CK处理相比，RS处理的土壤速效钾含量提高了3.96%～25.23%(白云)和9.60%～45.16%(惠阳)，平均增幅为13.90%(白云)和21.67%(惠阳)；其中，在白云试验点，15 DAP和45 DAP的土壤速效钾含量显著高于CK处理(P＜0.05)，增幅达14.02%和25.23%；在惠阳试验点，15 DAP、30 DAP和收获期的土壤速效钾含量显著高于CK处理(P＜0.05)，分别提高了27.85%、22.84%和45.16%。与CK处理相比，RS-K处理的土壤速效钾惠阳试验点收获期土壤速效钾含量显著高于CK处理(P＜0.05)，增幅达23.87%。

　　图3秸秆还田与钾肥减施对土壤速效钾含量的影响

　　2.4 不同处理对土壤理化性质的影响
      由表3可知，与CK处理相比，RS和RS-K处理均不同程度地提高了土壤有机碳和可溶性有机碳含量。惠阳试验点RS和RS-K处理的土壤有机碳较CK处理提高了17.62%和16.07%(P＜0.05)，可溶性有机碳提高了10.50%和7.38%，其中RS处理增幅明显，显著高于CK处理(P＜0.05)。白云试验点RS和RS-K处理的土壤可溶性有机碳含量均显著高于CK处理(P＜0.05)，分别提高了26.27%和27.77%。RS和RS-K处理的易氧化有机碳、微生物量碳、有效磷均高于CK处理，但差异不显著。不同处理的pH值、NO3－-N和NH4+-N含量均无明显变化。

　　2.5 不同处理对土壤细菌群落多样性及群落构成的影响
      从表4可知，白云试验点，RS和RS-K处理的土壤细菌Chao1指数显著高于CK处理(P＜0.05)，分别提高了15.01%和18.19%；16S序列测序覆盖度和Shannon指数也分别较CK处理增加了0.38%和0.11%、1.65%和2.20%，但不同处理间差异不显著；不同处理的Simpson指数基本接近。惠阳试验点，RS和RS-K处理的土壤细菌Chao1指数比CK处理增加了12.78%和11.65%，其中RS处理显著高于CK处理(P＜0.05)；同时，RS和RS-K处理的Shannon指数显著高于CK处理(P＜0.05)，增幅分别达8.12%和7.33%；各处理16S序列测序覆盖度和Simpson指数均无显著差异。
      不同处理土壤细菌群落在门水平上的组成如图4所示。白云试验点土壤以变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)为主要优势菌门(相对丰度＞10%)，相对丰度分别为26.82%～31.30%、21.28%～26.99%、11.02%～15.09%和8.15%～14.49%，占总细菌的68.22%～83.09%。惠阳试验点土壤以变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和酸杆菌门(Acidobacteria)为主要优势菌门(相对丰度＞10%)，相对丰度分别为31.32%～36.24%、21.70%～24.35%和10.69%～14.50%，占总细菌的68.21%～71.29%。秸秆还田改变了土壤细菌群落结构。与CK处理相比，白云试验点RS和RS-K处理显著提高了变形菌门、绿弯菌门、放线菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度(P＜0.05)，分别平均提高了7.78%、17.54%、32.23%和43.32%，显著降低了拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度(P＜0.05)，分别平均降低了59.97%和65.14%；惠阳试验点RS和RS-K处理显著提高了变形菌门、放线菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度(P＜0.05)，分别平均提高了10.26%、44.39%和82.14%，显著降低了酸杆菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度(P＜0.05)，分别平均降低了18.37%、24.62%和67.02%。RS和RS-K之间各细菌门相对丰度均无显著差异。

　　图4不同处理土壤细菌在门分类水平上的群落组成

　　2.6 土壤理化性质与土壤细菌群落结构的关系
        为进一步分析不同土壤理化性质对细菌门水平群落结构的影响，对细菌群落结构与土壤环境因子进行RDA分析(图5)。结果表明，RDA1和RDA2分别解释了白云试验点土壤细菌群落结构总变异的76.44%和14.17%，惠阳试验点土壤细菌群落结构总变异的72.88%和13.75%。细菌门水平上，RS和RS-K处理沿RDA1轴方向与CK处理明显分离，而RS和RS-K处理间相互交叉，分离不明显，表明秸秆还田措施显著改变土壤细菌群落结构。白云试验点和惠阳试验点的结果均表明，RS和RS-K处理分布在SOC、DOC、MBC、EOC、NO3－-N、NH4+-N、AP、AK和pH投影的正方向上，白云试验点SOC、DOC和MBC在RDA1轴上的投影长度较大，惠阳试验点SOC、AK、MBC和DOC在RDA1轴上的投影长度较大，表明RS和RS-K处理通过改变土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳、有
效钾和有效磷含量，从而驱动土壤细菌群落结构的改变。

　　图5不同处理基于微生物群落和土壤理化性质的冗余分析

　　结论：
       结果表明，RS-K处理的水稻生物量和产量与CK处理无显著差异。与CK相比，RS处理的水稻植株钾含量平均提高了3.97%(白云)和6.91%(惠阳)，土壤速效钾含量平均增幅达13.90%(白云)和21.67%(惠阳)；RS-K处理的土壤速效钾也较CK处理提高了3.56%(白云)和4.23%(惠阳)。秸秆还田处理显著提高了土壤可溶性有机碳含量，但对土壤pH值、有机碳、微生物量碳、硝态氮、铵态氮和有效磷含量无显著影响。与CK相比，秸秆还田处理显著提高了土壤细菌的Chao1和Shannon指数；秸秆还田处理还显著提升了变形菌门、放线菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度，而降低了酸杆菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度；冗余分析表明，土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳、有效磷和速效钾含量是驱动土壤细菌结构群落变化的主要环境因素。综上，早稻秸秆还田可提高土壤速效钾含量和晚稻钾含量，在早稻秸秆还田条件下钾肥减施20%对晚稻钾营养水平和产量均没有产生明显负面影响，且能提高土壤有机碳和细菌多样性。