典型土壤改良剂对土壤微生物的生态效应影响研究

Soil amendment application is a main way for improving mid-low yield farmland and ecological environment. However, few researches have been done about dose effect and risk assessment of soil amendment. Especially researches about the amendment effect on soil microbiological are even lack. Therefore, three widely applied typical soil amendments, including natural amendment (rich in carboxyl group for water preserving), man-made amendment and natural-man-made mixed amendment, are chosen for environmental safety analysis with field and pot experiments. The project focuses on the effects of the three amendments on the diversity of soil microbial community and the functional group. Dose effect and ecological safety about the amendments are also analyzed in order to reveal the mechanisms of microbial functional groups responding to the amendments. At the same time, crop growth and soil physical properties are analyzed to systematically estimate the safety of the amendments to ecological environment. The project will provide theoretical basis for safely and efficiently development and application of soil amendments.

施用土壤改良剂是目前国内外中低产田土壤改良、生态环境改善的主流方向，但是，目前对于改良剂进入土壤的环境阈值及其风险等生态环境效应研究较少，尤其是土壤微生物生态影响的科学依据十分缺乏。选择国内广泛施用的具有促进土壤团粒结构形成的富含羧基类保水功能团类的天然、人工合成和天然-合成共聚物3种典型土壤改良剂为研究对象，以生态环境安全为核心，结合国内自然生态环境条件，通过田间小区试验结合盆栽模拟验证，以土壤微生物多样性为评价指标，采用土壤宏基因组学技术，重点研究3种类型土壤改良剂对我国华北地区典型沙化土壤微生物群落多样性和维系土壤环境团粒结构形成的功能微生物的影响，研究改良剂对土壤生态剂量效应及生态安全性，揭示功能微生物对典型土壤改良剂的响应机制，结合土壤改良剂对指示作物生长和土壤物理性质的影响研究，系统评价土壤改良剂使用的安全性，为高效、环境友好型土壤改良剂研制与应用提供理论依据。

施用土壤改良剂是目前国内外中低产田土壤改良、生态环境改善的主流方向，对有效改善土壤质量具有重要意义。项目以河南省沙质潮土为研究对象，通过田间连续定位试验结合盆栽模拟试验，研究了添加不同量有机土壤改良剂对土壤基本理化性质、土壤肥力、土壤酶活性及微生物群落结构和功能的影响特征，以期为有机土壤改良剂改良沙质潮土提供科学依据。主要研究结果如下：.施用有机土壤改良剂显著改善了土壤肥力和环境质量。连续定位施用有机土壤改良剂能够提高土壤含水量，降低土壤pH，提高土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）和速效磷和钾含量，培肥效果显著；同时，经过4年8季定位试验，耕层土壤重金属含量未发现显著增加，远低于土壤环境质量二级标准，在本研究条件下有机土壤改良剂培肥沙质潮土具有环境安全性。.土壤活性有机氮组分含量随有机土壤改良剂施入量的增大而增加，土壤活性有机氮组分在土壤全氮中的分配受有机土壤改良剂施入量影响显著。有机土壤改良剂各处理土壤活性有机氮组分含量均显著提高（P<0.05），且与有机土壤改良剂施用量呈正比。有机土壤改良剂促进颗粒态有机氮和微生物生物量氮分配，冗余分析表明，施用有机土壤改良剂改善土壤pH和土壤含水量等理化条件，有利于土壤有机氮组分以活性有机氮组分形式存在，从而提高土壤养分供应能力。.施用有机土壤改良剂显著影响了土壤胞外酶活性。有机土壤改良剂处理显著降低土壤氧化酶活性，相关性分析表明，土壤酶与土壤活性有机氮组分含量及分配显著相关，说明土壤养分循环过程受多种代谢酶共同参与调节，土壤氮酶与土壤15N丰度相关性均高于与其他土壤活性有机氮组分的相关性（R2=0.995），主成分分析和冗余分析证实，土壤酶活性与有机土壤改良剂施入量和环境条件改变存在显著相关性，有机土壤改良剂改善土壤环境条件，进而调节土壤养分循环过程。.施用有机土壤改良剂对土壤细菌群落结构和代谢功能影响显著。有机土壤改良剂处理降低土壤OTUs、Chao1丰度和香浓多样性指数，施入量增加降低细菌丰度，有机土壤改良剂高施用量促进微生物群落结构向养分循环过程有关的物种组成转变，促进养分循环和能量代谢相关基因表达，同时，有机土壤改良剂施入改善了土壤环境条件、提高氮素供应是微生物的群落结构和基因差异表达的间接诱导因素，其中土壤DOC、DON含量及养分水平是影响物种组成的主要环境因素。