红壤水稻土微生物生物量磷变化及其与土壤磷有效性的关系

There are strong fixation and low contents of plant-available P in red soils of subtropical China. Long-term fertilization leads to phosphorus accumulation in soil and causes environmental problem. Microorganism participates in process of nutrient transformation and cycling in soil. It has intimate relationship to soil phosphorus and also affect soil P availability. In our study, we will detect microbial biomass P changes and analyze the effect of soil properties on microbial biomass P in soils sampled from paddy field with different parent material and fertility; determine the threshold of soil P content which can lead to decrease of soil microbial biomass P and phosphatase activities or great changes in microbial community structure; study the relationship between microbial biomass P and phosphorus plant uptakes. Our objective are clarifying the relationship between soil micobial biomass P and P availability in paddy soils and guiding local fertilization practice theoretically and technologically in red soil region of subtropical China.

红壤对磷的固定较为强烈，土壤磷的有效性低。长期施肥造成红壤区土壤磷的累积，带来环境问题。微生物参与土壤养分转化与循环，与土壤磷素密切相关，并影响土壤磷素供应。本项目拟采集不同母质和肥力水平红壤水稻土，观测土壤微生物生物量磷的变化特征，分析土壤性质等因素对微生物生物量磷的影响；结合不同施磷水平室内培育试验，明确可能导致微生物生物量磷、磷酸酶活性下降或者微生物群落结构明显变化的土壤磷素阈值；依托长期不同施肥处理小区试验进行采样分析，研究不同施肥处理下土壤微生物生物量磷和作物磷吸收的动态变化及其相互关系。期望通过本项研究探明红壤水稻土微生物生物量磷与土壤磷有效性的关系，为红壤地区制定合理的施肥管理措施提供理论依据和技术参考。

红壤地区存在施肥制度不合理，磷肥投入量较高的现象。高水平磷投入是否会导致红壤水稻土微生物生物量磷、磷酸酶活性和多样性下降，或者微生物群落结构明显改变；不同施肥处理下，微生物生物量磷与土壤磷有效性以及作物磷吸收的关系如何目前仍不清楚。本项目针对上述现实问题，开展以下研究：首先，采集红壤区不同母质和肥力水平稻田土壤样品，分析测定土壤基本理化性质、磷形态组成、 微生物生物量磷、 酸性磷酸酶活性变化，明确红壤水稻土微生物生物量磷的变化特征及影响因素；其次，采集典型肥力水平红壤水稻土，布置不同施磷水平室内培育试验，分析测定不同磷投入水平下土壤微生物生物量磷、 酸性磷酸酶活性、微生物多样性和群落结构变化，明确造成土壤微生物生物量磷、酶活性、多样性下降或者微生物群落结构明显变化的土壤磷素阈值，探明可能响应磷投入的特定微生物种群；最后，采集长期不同施肥处理水稻不同生育期土壤和植株样品，分析土壤微生物生物量磷、 酸性磷酸酶活性、土壤有效磷、水稻磷吸收的动态变化，明确红壤水稻土微生物生物量磷与土壤磷有效性的关系。研究结果表明不同母质和肥力土壤微生物量磷和酸性磷酸酶活性差异显著，全氮和活性有机磷是影响土壤微生物生物量磷的主要因素，有机碳和铁磷是影响酸性磷酸酶的主要因素；不同磷投入水平下，土壤微生物生物量磷随中等活性有机磷含量升高而升高，当中等活性有机磷超过230.5mg/kg时，微生物生物量磷反而下降；细菌多样性和群落结构对磷投入的响应更敏感，细菌多样性Chao1和Shannon指数随中稳性有机磷和中等活性有机磷升高而升高，当中稳性有机磷超过59.1-63.8mg/kg，或者中等活性有机磷超过188-193.2mg/kg时，多样性指数反而下降；114.4mg/kg中等活性有机磷是造成不同施磷水平下细菌群落结构明显改变的关键阈值；长期不同施肥处理研究结果表明，缺磷处理土壤微生物生物量磷的含量比例较高，速效磷比例较低。水稻生育期内施磷处理土壤微生物生物量磷比例先升高后降低，速效磷比例先降低后升高。微生物生物量磷可以作为活性磷库调节土壤磷的有效供给。本项目研究从微生物学角度入手，研究红壤水稻土微生物生物量磷与土壤磷有效性的关系，通过高通量基因测序技术，探明关键微生物学指标和磷素阈值。本研究有助于深入理解磷投入下土壤微生物的响应机制，研究结果能为当地制定合理的施肥管理措施提供理论依据和技术参考。