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重庆地处长江上游柑橘带的核心区,是我国最适宜柑橘生长的生态区域之一。截止2019年,重庆柑橘种植面积和产量分别达22.2万公顷和295万吨,产值近300亿元,柑橘产业已成为三峡库区农村经济发展的致富明珠。近些年来,橘农误认为施肥量高则产量高,盲目施肥的问题日益突出,存在磷肥施用量高、土壤磷素累积量高、碳磷比失衡、环境风险高、土壤微生物对磷素(特别是有机磷)周转慢等问题。这些问题不仅会加重三峡库区水环境污染,而且降低了柑橘品质,导致橘农收益下降,严重阻碍了当地柑橘产业的可持续发展。针对橘园所面临的问题,本文采用实地调研、培养试验、盆栽试验和田间试验相结合的方法进行有针对性研究,阐明土壤-柑橘-磷肥的匹配机制,为柑橘磷肥高效利用和绿色发展提供理论和实践依据。取得的主要结果如下:(1)为摸清重庆橘园磷肥施用现状和土壤磷素状况,实地调研了柑橘养分资源管理中存在的问题。调研结果表明,重庆橘园有机肥施用量低,仅48.7%的橘园施用有机肥;农民使用肥料以复合肥和传统农家肥为主;橘园磷肥平均施用量为351.5 kg/hm~2,化肥磷平均施用量占总施肥量的74.2%,有机肥磷平均施用量占总施肥量的25.8%。土壤速效磷平均含量为42.53 mg/kg,土壤速效磷分布总体处于适量偏高水平,且空间分布不均匀,变异系数高。总之,目前长江上游柑橘园磷肥施用量大,橘园土壤磷素积累量高,橘园急需采取减磷增效技术,一方面需提高橘园土壤累积态磷的生物有效性,另一方面需提高磷肥利用率。(2)为探讨不同年限橘园土壤磷素状况、细菌和古菌群落多样性及结构组成与土壤环境因子的关系,揭示不同种植年限橘园对土壤环境带来的影响。本试验以2年、5年、10年、15年和18年树龄橘园的紫色土地块为研究对象,分析了不同种植年限橘园土壤磷素现状,并采用16S r RNA基因高通量测序方法,揭示了土壤细菌和古菌群落变化与橘园种植年限的关系。结果表明,随着种植年限的延长,橘园土壤p H值逐渐下降,土壤全磷、速效磷和无机磷含量逐渐增加,土壤细菌和古菌群落丰富度和多样性均呈现先增加后降低的趋势。变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门在土壤细菌中占优势;奇古菌门主导土壤古菌类群,其次是未分类门、广古菌门和深古菌门。环境因子中土壤p H对细菌和古菌群落结构的影响最大,其次是速效养分。橘园种植年限超过10年,土壤p H值降到5.0以下,土壤速效养分负荷增加,进而显著影响了橘园土壤细菌和古菌群落多样性与结构组成。因此,推荐种植年限超过10年的橘园必需根据土壤p H值进行酸性改良,土壤磷素随种植年限增加而升高,速效养分(磷素)含量升高显著影响了橘园土壤细菌和古菌群落多样性和结构组成。所以,橘园需采用土壤-柑橘系统最佳养分管理技术,调控适宜土壤养分(磷素),最大限度地提高橘园土壤微生物菌群多样性,使橘园微生态保持健康良性循环。(3)为明确有机物料对橘园土壤磷素转化特征及微生物群落多样性的影响。本研究依托长期定位试验,以重庆山地橘园为研究对象,研究了清耕处理、有机肥处理、绿肥处理(各处理化肥用量相同)对土壤全磷、速效磷和磷素分级的影响,并利用高通量测序方法研究了不同处理间土壤细菌和真菌群落多样性与结构组成。结果表明,绿肥处理与清耕处理、有机肥处理相比,可明显提高土壤无机磷、有机磷和速效磷含量;与清耕处理相比,有机肥处理和绿肥处理可显著提高0~20 cm与20~40 cm土壤活性磷(Resin-P、Na HCO3-Pi、Na HCO3-Po)和中等活性磷(Na OH-Pi、Na OH-Po)含量。但与有机肥处理相比,绿肥处理后0~20 cm和20~40 cm土壤活性磷(Resin-P、Na HCO3-Pi、Na HCO3-Po)含量分别提高26.8%、23.1%、28.5%和25.0%、21.0%、30.8%,0~20 cm中等活性磷(Na OH-Pi、Na OH-Po)含量分别提高12.6%、1.4%,20~40 cm土层Na OH-Pi含量提高了36.0%、Na OH-Po含量降低了12.7%。而各处理间稳定性磷(HCl-Pi、HCl-Po、Residual-P)含量无明显变化。此外,施用有机肥和种植绿肥在一定程度上对土壤细菌和真菌群落多样性均产生了改变,但绿肥处理对土壤微生物多样性调控效应最佳。其中变形菌门和酸杆菌门在土壤细菌群落中占优势,子囊菌门、接合菌门和担子菌门主导土壤真菌群落。综上,橘园土壤增碳可提高土壤磷的有效性和微生物群落多样性,起到“增碳促磷”的作用,橘园套种绿肥的效果优于有机肥,是值得推广的一种模式。(4)为揭示不同磷肥品种对橘园土壤(紫色土)磷素有效性衰减的动态规律和磷组分变化特征。通过室内培养试验,以不施磷为对照,对比分析了聚磷酸铵(APP)、磷酸二铵(DAP)和钙镁磷肥(CMP)在培养1 d、3 d、7 d、15 d、30 d、60 d后土壤有效磷含量动态变化和1 d、30 d、60 d后土壤磷库转化特征。结果表明:APP、DAP、CMP和CK处理的Olsen-P含量均随时间呈指数下降。培养60 d后,APP、DAP和CMP处理的有效磷含量均显著高于CK处理;APP处理的有效磷含量较DAP和CMP处理分别提高13.6%和20.4%,DAP处理较CMP提高6.0%。APP、DAP、CMP施入土壤后在不同磷库中的分配不同,APP向活性磷库(Resin-P与Na HCO3-P)转化比例高于DAP和CMP。以及磷组分随着培养时间延长而发生变化,培养60 d后,土壤有效磷库占比最高的是APP,其次是DAP,CMP最小。综上,不同磷肥品种影响土壤Olsen-P含量和磷库转化比例,磷肥肥效为APP最高,DAP次之,CMP较低,研究结果可为磷肥及复合肥配方生产提供一定的借鉴。(5)为阐明不同形态磷肥组合对橘园土壤(紫色土)磷有效性及柑橘幼苗磷吸收的影响机制。通过盆栽试验,在等养分条件下,以不施磷肥为对照,对比分析磷酸二铵(DAP)、磷酸二铵+钙镁磷肥(DAP+CMP)、聚磷酸铵+钙镁磷肥(APP+CMP)和磷酸二铵+聚磷酸铵(DAP+APP)对橘园土壤磷库转化特征及有效性的影响。结果表明:与对照相比,DAP、DAP+CMP、APP+CMP和DAP+APP均显著提高了土壤有效磷含量和植株吸磷量。其中DAP处理的有效磷含量较DAP+APP、APP+CMP、DAP+CMP处理显著提高了16.39%、51.57%和59.24%,植株吸磷量显著提高了15.60%、12.81%和2.57%。DAP+APP与DAP+CMP,APP+CMP相比,两者分别提高了30.22%、36.81%和12.70%、10.34%。与对照相比,DAP、DAP+CMP、APP+CMP和DAP+APP处理使土壤活性磷(Resin-P和Na HCO3-P)分别提高12.3%、7.5%、8.7%和10.4%,中等活性磷(Na OH-P)分别提高5.9%、3.4%、2.4%和4.3%,稳定磷(HCl-P和Residual-P)分别降低10.7%、5.3%、8.3%和8.8%。植株吸磷量与Olsen-P、Resin-P、Na HCO3-Pi和Na OH-Pi呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.587、0.571、0.748、0.689,但与Na OH-Po、HCl-Pi和Residual-P无显著相关关系。因此,Olsen-P、Resin-P、Na HCO3-Pi和Na OH-Pi均可表征柑橘植株吸磷量,以Na HCO3-Pi效果较好。而HCl-Pi和Residual-P与柑橘吸磷量无相关性。综上,不同形态磷肥组合对土壤磷库转化的影响不同,影响了其生物有效性和柑橘幼苗磷吸收量,在橘园土壤(紫色土)上以施用DAP最好,其次是DAP+APP。综上,本研究摸清了重庆橘园磷肥施用现状和橘园磷素状况,即磷肥投入量高、土壤磷累积量高、磷肥利用率低,对环境负荷和柑橘品质造成不良影响,不利于柑橘产业可持续发展;明确了种植10年以上的橘园土壤p H和微生物多样性都显著下降,而磷素及其他养分累积量高,土壤p H和速效养分(磷素)是影响微生物群落多样性的主要因素。橘园土壤增碳(套种绿肥和施有机肥)可提高土壤磷的有效性和微生物群落多样性,起到“增碳促磷”的作用,橘园套种绿肥的效果优于有机肥,是值得推广的一种模式。阐明了不同磷肥品种在紫色土中的衰减动态及向土壤磷库分配规律、不同磷肥组合对土壤磷库转化及柑橘磷吸收的影响。推动柑橘种植体系磷肥施用技术升级,从而达到供需匹配的减肥增效目的,缓解高投入柑橘种植体系中磷肥投入量高,生态环境代价大的矛盾,为重庆橘园磷养分管理和保障柑橘产业绿色可持续发展提供理论及技术支撑。