秸秆还田配施化肥对土壤生态系统多功能性的影响

　　

摘要：

【目的】探讨秸秆还田与化肥配施对农田生态系统多功能性的影响，为秸秆与化肥的科学配施及作物生产力的提高提供理论支撑。【方法】本研究进行为期8年的冬小麦-夏玉米轮作试验（2012—2020），设置不施肥对照（NF）、单施化肥（F）、单施秸秆（S）、秸秆还田与化肥配施（FS）4个处理，测定17种常用农田生态系统服务功能指标，计算土壤生态系统多功能性指数（MFI），同时测定根际与非根际细菌和真菌群落组成，探究化肥以及秸秆还田对土壤生态系统多功能性的耦合影响及土壤性质中主要的驱动因子。【结果】F和FS较NF处理显著提高了作物产量和MFI，但S处理只增加了土壤MFI，对产量无显著影响。随机森林模型显示，N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶（NAG）和全氮（TN）是影响MFI的最关键因素。施肥还显著改变了根际和非根际土壤中细菌和真菌的群落结构；与NF处理相比，F和FS处理显著增加了非根际微生物放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度以及根际真菌担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度。冗余分析表明，土壤有机质及其组分可溶性有机碳是影响非根际细菌和真菌群落组成的关键因素。网络分析和相关性分析发现，MFI与非根际和根际微生物网络模块相对丰度显著相关。高产组（F和FS处理）在非根际土壤中富集的物种，如Hannaella、Chaetomium等，具有较强的氨基酸、核苷酸代谢能力，对土壤生态系统多功能性具有正效应；低产组（NF与S处理）则在非根际与根际土壤中富集了不利于土壤养分固持的物种，如Solibacterales、Phycicoccus和Pleosporales。【结论】秸秆还田与化肥配施可显著提高作物产量和生态系统多功能性指数。秸秆还田配施化肥可通过增加土壤酶活性和全氮含量来增强生态系统多功能性，同时在非根际土壤中富集参与养分循环、提高酶活性和增强氨基酸和核苷酸代谢能力的特定物种（Hannaella、Chaetomium等）从而有利于维持生态系统多功能性。