高碳氮比有机肥料更有利于土壤改良和健康培育—刘国顺教授团队新研究进展

摘要：为了研究不同碳氮比的有机肥对土壤改良和健康栽培的影响，采用盆栽试验方法，研究了C/N比分别为15（CN15）、20（CN20）、25（CN25）、30（CN30）和对照（CK）的5种施肥处理对砂壤土理化性质和细菌群落结构的影响。结果表明，不同C/N比的有机材料显著提高了土壤孔隙度和含水量，且均随C/N比呈相关性变化规律。土壤总碳、总氮、土壤C/N比、土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和微生物生物量C/N比。其中，CN30显著提高了土壤总碳和C/N比，与其他处理相比，分别为5.34–24.13%和8.87–30.15%。优势微生物群（在门水平）是放线菌属、变形菌属和氯杆菌属。CN30处理在多样性和土壤细菌群落的丰富性，更有利于变形杆菌和厚壁菌的生长和繁殖。相关性分析表明Ctotal/Ntotal和Cmic/Nmic是影响土壤理化性质及其相关性的最重要的环境因素细菌群落。本研究为土壤健康栽培技术提供了新的理论依据。本研究揭示了不同碳氮比有机物料对土壤理化特性及土壤微生物群落的作用机制，为利用碳氮比来实现有机物料调节土壤微生态环境提供了理论依据。
 
引言
      绿色、可持续发展是实现现代农业的必要条件，有机物料的投入则是关键措施之一。已有大量研究表明，添加有机物料能显著降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改良土壤碳库，提升土壤健康水平。土壤碳、氮库是土壤中最重要的组成部分，而90%以上的氮是以有机态形式存在，土壤碳、氮库的耦合关系能够直接或间接决定土壤的质量和健康（如土壤结构的稳定性、土壤肥力等），并与作物产质量密切相关，外源添加有机物料则是调节土壤碳氮耦合关系最直接有效的措施。
土壤微生物是土壤有机质矿化和碳氮等元素循环的主要参与者，也是土壤养分转化供应的驱动者。大量研究表明施用有机物料能显著改变微生物群落组成。生态系统中动植物的可用性碳氮底物的改变会促进微生物群落结构和组成发生迅速的变化，而这种变化可以与环境中的碳氮元素比率直接关联。在全球尺度上，土壤微生物C:N:P 为60:7:1，土壤C:N:P为186:13:1，此外基于土壤微生物的碳利用效率多为40%～60%，所以一般认为，碳氮比在15-25的外源底物对土壤微生物的生长较为适宜。本文从有机物料能影响土壤理化特性及微生态环境出发，通过对三种物料的碳氮参数表征，量化组合出四种不同的碳氮比处理，探讨物料碳氮比对土壤基础理化特性及细菌群落结构的影响，以期为农林废弃物资源化利用提供理论参考。
 
试验结果
      有机物料碳氮比与土壤孔隙度，含水率，微生物量碳及微生物量碳氮比都存在极显著的正相关关系。土壤总碳与总氮，微生物量碳与微生物量氮之间均存在显著的正相关关系。

研究结论
      有机物料不同的C/N比能够改善土壤的理化性质，影响土壤的最重要参数与细菌种群相关的理化性质为C/N和Cmic/Nmic。CN30处理对细菌多样性指数和有益菌群的改善。不同碳氮比的有机物料处理均可以改善土壤理化特性，并且土壤改良效果与有机物料C/N比显著正相关性。土壤容重，C/N和Cmin/Nmin是影响土壤理化特性相关性及其与细菌群落相关性最重要的因子。不同碳氮比处理对细菌群落结构的影响呈非线性关系，总体以CN30处理对细菌多样性指数及改善功能微生物群落结构作用最为显著。本研究揭示了不同碳氮比有机物料对土壤理化特性及土壤微生物群落的作用机制，为新型有机肥料研制和调节土壤微生态环境提供了理论参考。
 
论文链接：https://doi.org/10.1007/s10529-022-03309-z