水氮耦合氧灌对温室辣椒土壤肥力及细菌群落的

0 引 言

土壤通气状况是除土壤水分、养分外影响作物生长最主要土壤环境因子之一[1]，良好的通气状况对作物生长发育至关重要。地下滴灌过程灌溉水渗入将土壤空气驱离植物根系常会遭受低氧胁迫，影响根系生长发育[2]，进而降低水分和养分的吸收，造成ATP（Adenosine Triphosphate）的减少和脱落酸堆积，使溶质在细胞膜内的运输受阻造成气孔关闭、影响植物正常的生理功能[3-4]。Li等[5]研究发现，通过向土壤通气有可能改善低氧条件，对甜瓜和番茄的生长均有积极影响，且甜瓜和番茄的干物质量随通气频率的增加而增加。土壤呼吸消耗氧气，由此造成的不同气体含量梯度为驱动力的土壤中气态氧的扩散，伴随着土壤呼吸向大气中释放CO2是土壤通气的主要机制[6]。通过微纳米气泡的形式将富含空气或氧气的水运到作物的根区，可有效改善通气条件和土壤含氧量[7]。人工通气也可以改善植物根区环境，增加微生物丰度，促进养分吸收，从而促进植物生长和果实产量[8]。根际加气能有效提高根区土壤酶活性，改善根际土壤环境，提高根系有氧呼吸，促进作物生长发育，实现提质增产[9-10]。

土壤微生物在土壤物质转化和能量流动中起重要作用。植物生长发育和土壤养分吸收利用与微生物的活动紧密关联[11]。地下滴灌显著改变了土壤细菌群落结构，提高氮磷代谢细菌的相对丰度，促进了植株干物质的积累[12]。Zeng等[13]研究表明，氮肥的施入对土壤细菌丰富度有直接影响，并通过土壤酸化和植物群落变化间接影响细菌群落组成，对土壤细菌多样性和群落组成有明显的控制作用。土壤中氧气含量是影响微生物群落的因素之一，需氧型和兼性厌氧型微生物大量分布在作物根系周围，随着土壤中溶解氧浓度的增加，需氧菌和兼性厌氧菌的数量和活性得到有效的繁殖，而专性厌氧菌的数量和活性则受到抑制[14-15]，从而使土壤细菌多样性和群落结构组成发生改变。土壤通气可以有效改善番茄生长所处的低氧环境，同时改变土壤细菌群落的多样性、组成和结构，有利于根系生长[16]。Zhou等[17]研究发现，微纳米气泡水灌溉能提高土壤肥力和甘蔗产量，并且与土壤细菌群落多样性的变化有关。综上，当前研究主要集中在加气灌溉通过改变根际土壤微生物群落多样性及结构组成进而影响土壤肥力和作物生长等方面，而对水氮耦合氧灌条件下根际土壤微生物群落结构对土壤通气性和土壤肥力间的响应及相关性研究较少。本试验以温室辣椒为供试对象，结合高通量测序技术，研究不同通气量、灌水量和施氮量协同作用下土壤通气性与细菌群落结构和土壤养分的变化效应，进一步分析根际土壤细菌群落、土壤养分与土壤通气性之间的关系，旨在为水氮耦合氧灌模式下进一步优化设施土壤微环境，实现蔬菜优质高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年9月11日—2019年12月26日在河南省郑州市华北水利水电大学农业高效用水实验场现代化温室中进行（34°47′5.91″N，113°47′20.15″E）。温室建筑总面积为537.6 m2，开间为4 m，跨度为9.6 m；玻璃温室南面、北面分别装有风机和湿帘，以调节室内温度和空气湿度。辣椒生育期内气温及湿度变化见图1。

图1 温室辣椒生育期相对湿度（RH）和平均气温Fig.1 Relative humidity (RH) and air temperature dynamics during greenhouse growing cropping season

1.2 试验材料

试验供试土壤为黏壤土，0～40 cm土壤按每10 cm土层取样，平均土壤容重为1.38 g/cm3。剖面土壤质地均匀，砂粒（>0.02 mm）、粉粒（0.002～0.02 mm）和黏粒（<0.002 mm）质量分数分别为32.99%、34.03%和32.98%。表层土壤pH值为6.51，田间持水率（质量含水率）为28.0%。辣椒种植前，0～20 cm土层有机质质量分数为22.41 g/kg，全氮、全磷和全钾质量分数分别为1.02、0.86和29.54 g/kg。供试辣椒品种为“豫艺鲜辣8号”。供试肥料为全水溶型肥料施乐多（硝态氮为7.1%，铵态氮为1.1%，脲态氮为6.9%，P2O5为15%，K2O为30%，螯合态微量元素Fe为0.1%，Mn为0.05%，Zn为0.15%，Cu为0.05%，Mo为0.05%，B为0.1%，中国康拓肥料有限公司）。

1.3 试验设计

试验采用完全随机区组设计，设置施氮量（低氮和常氮）、通气量（不加氧和加氧）和灌水量（低水量和高水量）3因素2水平，共8个处理，每个处理4次重复。试验设计见表1。

表1 试验设计Table 1 Experimental design处理Treatment施氮量Nitrogen amount/(kg·hm-2)通气比例Air void fraction/%灌水量Irrigation volume/mm N1CW.6E N1AW.6E N1CW.9E N1AW.9E N2CW.6E N2AW.6E N2CW.9E N2AW.9E

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