水氮耦合氧灌对温室辣椒土壤肥力及细菌群落的(10)

表4 不同水氮耦合氧灌处理对氮代谢菌属相对丰度的影响Table 4 Effect of oxygen and nitrogen coupled irrigation treatments on the relative abundance of N-metabolizing bacteria处理Treatments硝化螺旋菌属（硝化细菌）Nitrospira(nitrifying bacteria)/%土微菌属（反硝化细菌）Pedomicrobium(denitrifying bacteria)/%芽孢杆菌属（固氮菌）Bacillus(azotobacter)/% 2d0.001 3c 8cd0.001 14c0.017 4bc 9cd0.001 2c 16c0.020 6ab 2abc 8ab0.001 22c0.022 1a 13a0.018 2bc 5a0.001 4a Nitrogen amount施氮量N11.917**** Air void fraction通气量A18.280**18.997**13.572** Irrigation volume灌水量W5.345* N× N×*3.298ns A× N×A×

表5 土壤呼吸、Eh、肥力因子和细菌群落的相关分析Table 5 Correlation analysis among soil respiration (Rs), oxidation-reduction potential (Eh), fertility index andbacterial community因素FactorRsShannonNO3--NNH4+-NAGNiPeBa Eh0.831**0.898**0.684**-0.487*0.468*-0.443*0.582**-0.613**0.543** RS10.812**0.596**-0.416***-0578**0.473* ****-0.423*0.699**-0.582**0.638** **-0.453*0.695** NH4+-N1-0.497* **

3 讨 论

3.1 水氮耦合氧灌对土壤通气性的影响

根际土壤水分、养分、通气状况、微生物、酶活性等是影响作物生长发育的主要微环境因素。土壤氧气主要由气相氧和液相氧组成[25]，植物在进行有氧呼吸过程中氧气是线粒体电子传递链的受体，是产生ATP的必备条件之一[26]。传统灌溉模式灌溉水分的渗入在提高土壤含水率的同时驱替土壤空气，导致土壤氧气含量下降。本研究中，加氧处理的土壤溶液溶解氧浓度较不加氧处理显著提高（图2）。通过将微气泡水运送到作物根区，有效缓解土壤低氧胁迫，加快气体交换频率增加土壤氧气含量。氧化还原电位能是反应土壤氧化还原状况的指标[27]，对调节土壤通气状况起着重要作用。本试验灌水后氧化还原电位均降至最低，之后逐步回升且持续至少24 h以上，加氧较不加氧处理有显著提高，这与臧明等[28]关于高灌水量下增氧处理的氧化还原电位有显著增强结论一致。土壤呼吸是植物、微生物等消耗O2，释放CO2的过程，主要来自作物根系的自养呼吸和土壤微生物的异养呼吸[29]。Bhattarai等[30]研究发现，当土壤孔隙饱和时，气体交换功能会完全停止且会随着土壤孔隙中含水量的增大呈指数形式下降。本试验中，加氧处理对土壤呼吸速率有显著增强效果且在灌水后约24 h最为显著，这与朱艳等[31]关于加气灌溉能有效促进土壤呼吸和植物根系呼吸研究结果相似。而不同灌水量对土壤呼吸无显著影响，可能与高灌水量造成滴头附近土壤易形成饱和湿润区，土壤通气不足造成根系呼吸速率减慢有关。

3.2 水氮耦合氧灌对土壤化学性质的影响

土壤温度和湿度适宜且通气充足时，土壤中好氧微生物更加活跃，可以释放出更多的养分供植物吸收[8]。土壤肥力的提升受土壤养分、微生物、酶活性等多方面因素的影响。Zhou等[17]研究发现，高浓度的微纳米气泡水灌溉能影响细菌群落功能的表达与有效养分含量，进而提高糖料甘蔗的产量。土壤微生物是驱动土壤硝化和反硝化反应的主要因素。硝化反应中铵态氮通过亚硝酸盐转化为硝态氮，由铵态氮氧化成亚硝酸盐是硝化反应的限速步骤[32]。硝化螺旋菌属、土微菌属是属于与氮代谢相关的硝化细菌和反硝化细菌，芽孢杆菌属则具有固氮作用[33]。反硝化菌相对丰度的增加可加快土壤氮的流失[34]，但同时固氮菌丰度的升高有利于提高土壤氮素养分[35]。本试验中，常氮高水量下，加氧处理较不加氧处理能显著增加硝化螺旋菌属和芽孢杆菌属，减少土微菌属（图4），土壤铵态氮含量在加氧处理下显著低于不加氧处理。相关分析表明（表5），土壤呼吸、Eh与硝化螺旋菌属和芽孢杆菌属呈正相关，与土壤铵态氮、土微菌属呈负相关。加氧处理在增加与土壤硝化作用相关细菌的过程中加速了土壤铵态氮向硝态氮的转化。常氮处理较低氮处理增加了芽孢杆菌属的丰度，同时提高了土壤铵态氮和硝态氮含量，表明固氮菌的增加有利于提高土壤的固氮能力。本研究中，不同灌水量对土壤化学指标及氮代谢菌属均无显著影响。今后将开展试验对磷、钾等代谢相关菌属做进一步研究。

3.3 水氮耦合氧灌对土壤细菌群落的影响

土壤微生物群落多样性包括结构多样性和功能多样性。其中，群落结构多样性是研究微生物群落的切入点。土壤细菌多样性和群落组成对于土壤生理生化过程起着至关重要的作用[36]。植物根区土壤细菌群落多样性受土壤水分、通气性、温度等环境因子变化的影响，而植物生长发育与细菌对土壤有机质的分解及养分循环利用有紧密关联。赵丰云等[37]研究表明，注气处理和不同土壤深度对土壤细菌群落多样性无显著影响。本研究发现，加氧处理显著改变土壤细菌多样性及均匀性，且土壤Eh与Shannon指数呈正相关（表5）。不同通气水平下，低氮高水量和常氮低水量处理能显著影响土壤细菌的均匀性，而灌水量和施氮量对细菌多样性无显著影响。我们推测，加氧处理引起的富氧环境加速了土壤养分循环利用，营养物质在良好的土壤-氧气环境中更容易分解，促进了好氧细菌的繁殖和活性。而灌水量对细菌均匀性的影响，可能是由于KP为0.9时进行加氧灌溉能保证根际土壤充足的水气供应，与KP为0.6时的加氧灌溉处理相比，KP为0.9水平下加氧灌溉土壤氧气、水分和养分更有利于各种细菌的繁殖。土壤细菌群落结构复杂，常规施氮影响细菌均匀性的原因还需进一步研究。

文章来源：《灌溉排水学报》 网址: http://www.ggpsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0522/801.html