太湖地区水稻土持续供氮机理研究

太湖地区水稻土25年不施肥作物产量可达长期施用化肥的76%，土壤有机碳也未出现下降。水稻土长期不施肥其养分来源为：干湿沉降及灌溉、土壤微生物固氮及土壤有机质分解。相对于长期施肥土壤，不施肥土壤的微生物固氮及土壤有机氮的矿化应该更加关键。这可能体现在固氮微生物的遗传多样性及优势菌群，土壤有机氮库容与生物有效氮之间的转折关系中。自然条件下水稻土的肥力较高、缓冲性能较强，土壤氮库容与生物有效氮之间的转折不易发现。为此本研究将以长期不施肥的水稻土作为研究对象，研究水稻土固氮微生物群落结构的丰富度、香农多样性指数和均匀度指数等遗传多样性指数，解析土壤不施肥条件下的固氮优势菌群；模拟土壤有机氮库容与生物有效性的动态变化，探索它们之间的拐点问题。通过土壤固氮微生物的遗传多样性、有机氮的矿化及拐点问题的探讨，揭示水稻土持续的供氮机制，阐释长期试验地的研究结果，为水稻土的氮肥减量提供一定的理论支撑。

太湖地区属于农业集约化程度比较高的地区，高投入高产出的管理模式在保障粮食产量的同时也带来严重的环境问题。本研究在分析外源氮输入的基础上，重点研究了水稻土的氮素供应特征及土壤肥力持续，并结合常规稻麦轮作模式和轮作制度调整模式，就不同轮作制度下水稻土的生物学特性、土壤矿质氮含量、土壤有机碳累积、土壤的地力贡献率、肥料贡献率、可持续性产量指数等因素进行了对比分析，以期挖掘水稻土自身的潜力，为区域产量环境双赢提供一定的理论支撑。主要得出以下几点结果：.常规稻麦轮作模式下麦季土壤的矿质氮含量远高于稻季土壤的矿质氮含量，可能源于麦季土壤矿化能力较强，也表现在麦季土壤的脱氢酶活性较高、氧化还原能力较强，另外麦季干湿沉降输入的氮素也高于稻季。轮作制度调整模式有利于土壤矿质态氮含量的增加，可能源于土壤微生物碳的增加，导致土壤的矿化能力增强。长期不施肥条件下，土壤的矿质态氮的含量顺序为紫云英-水稻轮作（29.61 mg kg-1）＞黑麦草水稻轮作（28.98 mg kg-1）＞休耕-水稻轮作（29.27 mg kg-1）＞稻麦轮作（20.17mg kg-1），达到显著水平。.常规稻麦轮作模式下麦季的土壤地力贡献率为51.1%，稻季的土壤地力贡献率为64.2%，远低于轮作制度调整模式下的土壤地力贡献率（均大于70.0%），无论常规稻麦轮作模式，还是轮作制度调整模式，土壤的地力贡献率和肥料贡献率均呈显著负相关关系。.相比麦季最低的产量变异系数18%，水稻产量变异系数均小于15%，而可持续性产量指数则显著大于小麦，表明太湖地区长期稻麦轮作水稻产量可持续性高于小麦。改变轮作制度后水稻产量稳定性增强，可持续性产量指数均值为79.6%，远大于传统稻麦轮作系统麦季的可持续性产量指数（60%），接近于稻季的可持续性产量指数（80%）。.综合分析，稻季土壤地力贡献高、产量稳定、可持续性强，应注重发挥土壤自身的优势，减少肥料的投入；干湿交替，仍可能是水稻土肥力持续的重要因素；轮作制度调整有利于土壤矿质态氮和微生物碳的增加，长期不施肥仍保持较高的土壤矿质氮，属于较优的常规轮作替代模式。