氮形态和磷肥对红壤玉米根际解磷微生物群落和磷酸酶活性的影响

较低的土壤磷素有效性限制了酸性红壤生产潜力提升。作为磷素活化的主要执行者,解磷微生物对施肥和根际作用的综合响应尚不清楚。以玉米为试验材料,设置磷肥水平（施磷和不施磷）与不同氮形态（铵态氮肥和硝态氮肥）的交互试验,使用编码酸性磷酸酶和碱性磷酸酶的微生物phoC和phoD基因作为分子标记物,研究了施肥和根际作用对酸性红壤磷酸酶活性和相关功能微生物群落的影响。结果显示,根际作用显著提高了土壤磷酸酶活性,且作用强度大于氮形态和磷肥水平。氮形态、磷肥水平和根际作用均显著影响phoD细菌操作分类单元（OTU）数目和香农指数,然而仅有氮形态和根际作用影响phoC细菌OTU数目。根际作用对phoC和phoD细菌群落组成结构的影响程度显著高于氮形态和磷肥水平,而且对phoD细菌群落的作用更明显。根际磷酸酶活性提高与土壤有机质增加密切相关。phoC细菌群落组成和结构的变化主要与根际养分变化有关,而phoD细菌群落结构的变化可能是根系分泌物和养分变化共同作用的结果。总体而言,玉米根际作用对酸性红壤磷酸酶活性和相关功能细菌群落的影响大于氮形态和磷肥水平,但是其作用强度一定程度上依赖于上述施肥措施。     

不同林型农田防护林植物与土壤理化指标及功能基因差异

为探讨土壤生态(土壤理化指标及化学计量比)与叶片元素间的相互关系,为林地土壤养分管理及合理施肥提供理论依据,在黑龙江省拜泉县选取落叶松纯林、樟子松纯林、樟子松落叶松混交林3种典型农田防护林类型为研究对象,分析比较了3种农田防护林叶片和土壤的碳、氮、磷含量及其化学计量比。结果表明：混交林的根际土壤电导率、硝态氮含量、全磷含量均显著高于纯林土壤,氮磷比显著低于纯林土壤(P<0.05),混交林落叶松根际土壤电导率和有机碳、全磷、碱解氮、硝态氮含量均为最高,全氮、铵态氮、速效磷含量也较高;混交林落叶松叶片氮含量及磷含量均显著高于混交林樟子松(P<0.05),落叶松纯林和混交林落叶松的叶片氮磷比显著低于樟子松纯林(P<0.05);3种林型的树种叶片氮磷比均小于14,土壤全磷含量均低于全国森林平均磷含量,植物生长一定程度上受到了叶片氮元素及土壤磷元素的限制;土壤硝态氮含量是土壤中最大的影响因子,真菌基因(ITS)、嗜酸基因(Acidobacteria)、碱性磷酸酶基因(phoD)这3种基因的拷贝数与其呈显著正相关(P<0.05),也与土壤有机碳含量、全磷含量、速效磷含量、碳...     

施磷影响番茄磷吸收的根系及微生物动态过程

探究不同供磷条件下蔬菜作物根系形态、根际生理属性和解磷微生物丰度的变化,有助于揭示蔬菜作物 高效利用磷的机制,为高投入蔬菜种植体系实现减磷增效提供理论基础。以番茄为供试作物进行田间试验,设 置 T0(不施化学磷肥)、T0.5P(施磷量 100 kg/hm²;减施化学磷肥 50%)、T0.8P(施磷量 160 kg/hm²;减施化学磷肥 20%)、TP(施磷量 200 kg/hm²;常规施磷)4 个处理,测定移栽后第 15、30 及 45 d 番茄地上部生物量和磷吸收 以及根系形态(根长密度、比根长)、根际生理属性(有机酸含量)和土壤解磷微生物(phoD、phoC 和 pqqC)基 因丰度,阐明降低磷肥施用量影响作物根系、微生物以及驱动番茄磷吸收的动态过程。与常规施肥相比,减施磷 肥 50%(施磷 100 kg/hm²)促进了移栽后 45 d 番茄根系比根长的增加,提高了移栽后 45 d 番茄根际有机酸的分泌, 同时刺激了移栽后 30 和 45 d 土壤编码 phoC 和 pqqC 基因解磷微生物的增生。解磷微生物 phoC 和 pqqC 基因丰度 与番茄根系比根长和根际有机酸的分泌呈显著正相关。减施磷肥 20%(施磷 160 kg/hm²)与常规施肥相比,对番 茄根系根长密度、比根长以及根际有机酸的分泌无显著影响,但显著促进了成熟期番茄地上部磷吸收。集约化蔬 菜种植体系具有较大的减施磷肥的空间,最大化发挥植物根系形态、生理可塑性以及协同解磷微生物活化磷的能 力是实现减磷增效的关键。     

不同茬口和施氮水平对南瓜根际细菌碳分解潜力的影响

为探明根际细菌群落多样性及有机碳分解功能基因对耕作措施的响应特征,以收获小麦和西瓜后种植的南瓜根际土壤为研究对象,以两种施氮水平(纯氮施入量分别为1.0、2.0 g/kg)为处理,结合高通量测序和PICRUSt功能预测解析不同茬口和施氮水平下南瓜根际细菌群落结构和参与有机碳分解代谢细菌的关键功能基因丰度的差异。结果表明:各处理南瓜根际土壤细菌Shannon多样性指数和细菌群落结构无差异;所有处理中变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝藻细菌门相对丰度之和达到90%。冗余分析发现,小麦茬土壤中硝态氮的含量、西瓜茬土壤中铵态氮和硝态氮的含量对南瓜根际细菌群落结构的作用高于其他理化指标。高氮水平下,与西瓜茬相比,小麦茬南瓜根际土壤变形菌门的相对丰度降低,但拟杆菌门和放线菌门的相对丰度升高(P<0.05)。无论施氮水平高低,与西瓜茬相比,小麦茬南瓜根际土壤分解半纤维素和淀粉类物质诸如α-淀粉酶和β-半乳糖苷酶等产酶基因丰度提高。因此,施氮水平并未影响不同茬口土壤南瓜根际土壤微环境和细菌种群结构和多样性的稳定性;但高氮处理下,茬口类型影响参与有机碳分解的关键细菌门类相对丰度。与西瓜茬土壤相比,小麦茬土壤可能更能促进南瓜根际土壤有机碳的分解。     

有机碳氮添加对酸性森林土壤氨氧化过程的影响

以亚热带酸性森林土壤为研究对象,开展了微宇宙室内培养实验,设置了有机碳和有机氮添加处理,分析了土壤硝化活性和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的功能基因丰度,研究了外源有机碳和有机氮对酸性森林土壤氨氧化过程的影响规律。结果表明:外源有机氮添加显著刺激了酸性森林土壤硝化活性,乙炔抑制实验表明自养氨氧化对酸性森林土壤硝化过程的贡献率90%。有机碳添加对土壤硝化活性未有显著影响,同时添加有机碳和无机铵态氮也未显著提高土壤硝化活性,而外源有机氮添加提高了土壤矿化速率并导致土壤NH3浓度升高,可能是土壤硝化活性、AOA和AOB数量显著增加的主要原因。     

南方稀土矿区水土保持植物根际土壤碳氮及pH特征

选取南方稀土矿区芒萁、宽叶雀稗、枫香和木荷四种典型水土保持植物,研究其根际与非根际土壤各种形态氮素和有机碳含量特征以及pH的变化。研究表明,根际较非根际土壤全氮、铵态氮和硝态氮平均分别高出79.7%、34.2%和30.7%,土壤有机碳平均高出164.9%,pH平均高出0.13个单位。除pH外,根际土壤与非根际土壤全氮、铵态氮、硝态氮和有机碳之间均差异显著(p0.05)。四种植物根际土壤全氮、硝态氮、铵态氮和有机碳的含量均较非根际土壤含量高。宽叶雀稗的根际土壤pH大于非根际土壤,而木荷、芒萁和枫香的根际土壤p H与非根际土壤无显著差异。在根际与非根际土壤中,土壤全氮与土壤有机碳之间呈显著正相关,而土壤全氮与土壤铵态氮、土壤全氮与土壤硝态氮之间均无相关性。即稀土矿区四种植物对碳氮主要养分均具有较强的截存效应,可作为稀土矿区生态恢复的主要植物。     

铵态氮肥和硝态氮肥施入时期对小麦增产的影响

在陕西永寿和河南洛阳进行2年大田试验,研究铵态和硝态氮肥在小麦不同播期施用和播前15~20天施用的效果。试验设不施氮、施铵态氮和硝态氮各100kg/hm2 3个处理;试验期间分别测定根际与非根际土壤铵、硝态氮和pH变化,以及不同时期植物体内铵态氮、硝态氮和酰胺态氮的含量。试验表明,在硝态氮含量低的土壤上,硝态氮肥效果一般优于铵态氮肥,但效果大小和播期早晚、施氮早晚有关。早期播种硝态氮对籽粒增产量比铵态氮高出0.68倍,晚期播种增产1.75倍;播前15天施氮,硝态氮和铵态氮的增产率分别为10.7%和8.8%,无显著差异,而晚期施氮,分别为10.5%和6.2%,差异显著。施用硝态氮,小麦根际土壤pH有上升而施用铵态氮有下降现象,升降幅度为0.1左右pH单位。非根际土壤向根际土壤的养分传输低于作物吸收速率,根际内土壤的硝态氮有耗竭现象,非根际土壤硝态氮平均浓度为11.7mg/kg,而根际土壤仅为4.4mg/kg,后者仅为前者的38%。硝态氮肥不但能使小麦吸收较多的硝态氮,而且能将吸收的硝态氮较快地转化为铵态氮和酰胺态氮,及时转送到茎叶生长部位,对保证作物氮素营养有更好效果。     

玉米?水稻轮作和水稻连作土壤根际和非根际氮含量及酶活性

【目的】以水稻连作为对照,研究玉米?水稻水旱轮作模式对稻田作物根际和非根际土壤氮素含量及酶活性的影响,为稻田系统玉米?水稻轮作对土壤氮素转化与稻田土壤质量的影响提供科学依据。【方法】利用根际袋盆栽试验进行水稻连作与玉米?水稻轮作,在玉米喇叭口期、抽穗期及成熟期,水稻分蘖期、孕穗期及成熟期分别采取根际与非根际土样,测定土壤铵态氮、硝态氮、全氮含量与脲酶、硝酸还原酶活性变化。【结果】两种种植模式及作物生育期对土壤氮素含量和酶活性均有显著影响。不同种植模式下土壤酶活性变化趋势基本相同。与水稻连作相比,玉米?水稻轮作土壤铵态氮减少了24.7%;土壤硝态氮含量增加了153.4%,主要表现在第一季。与水稻连作相比,玉米?水稻轮作条件下两季作物成熟期土壤全氮含量降低,土壤脲酶活性整体提高24.3%,土壤硝酸还原酶活性整体降低34.6%。水旱轮作对各个指标的影响可持续到第二季。根际土壤铵态氮含量及脲酶活性整体低于非根际土壤,玉米根际土壤硝态氮含量低于非根际,水稻根际土壤硝态氮含量高于非根际土壤,根际土壤硝酸还原酶活性高于非根际土壤。【结论】在本试验中,轮作在第一季对土壤氮素及酶活性的影响可持续至第二季。与水稻连作相比,玉米?水稻轮作可以提高作物根际与非根际土壤的脲酶活性及硝态氮含量,有利于氮素有效性的提高。     

氮素形态对解磷细菌发酵液解磷效果及小白菜生长和品质的影响

采用盆栽试验,研究了施用硝态氮、铵态氮对解磷细菌发酵液不同组分解磷活性及其对小白菜产量、品质的影响。结果表明,施用相同氮肥时,浇灌解磷细菌原发酵液处理 T3的作用效果明显优于菌体悬浮液T2及菌液上清T1;以硝态氮为底肥时,施用发酵原液的土壤有效态磷含量较高,小白菜产量最高,品质明显优化,即硝态氮含量下降, Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、纤维素以及植株磷含量显著增加,且增加变幅均高于以铵态氮为底肥的效果。由此可知,硝态氮与解磷细菌发酵原液配施时, W1菌株解磷效果更好,可能是解磷菌株W1最适的氮源。因此,种植小白菜时直接向其根际施用解磷细菌发酵液并配施硝态氮肥,更有利于提高小白菜的品质及产量。     

大气CO2浓度升高对作物根际土壤氮的影响

利用FACE（Free air carbon dioxide enrichment）技术,在两种氮肥施用（低氮LN和常规氮NN）水平下,研究CO：浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤硝态氮、铵态氮和有机氮的影响。结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,使水稻季根际土壤硝态氮含量降低,NN水平下降低明显,小麦季变化不大,高CO2浓度处理对作物根际的影响大于非根际。高CO2浓度对土壤铵态氮含量的影响不显著,仅小幅度增加了水稻季和降低了小麦季土壤铵态氮含量,且根际降低幅度大于非根际;增加氮肥施用使土壤铵态氮含量在高CO2浓度处理增加幅度低于对照。高CO2浓度处理并没有显著增加有机氮的含量,在小麦季作物对土壤有机氮的贡献大于水稻季,且增加氮肥施用条件下根际对有机氮的贡献较大。     

根系分隔方式对玉米/大豆根际土壤碳含量及磷有效性的影响

【目的】豆科与禾本科间作体系中对磷有效性的影响主要集中在根系分泌物的活化作用,由根际沉淀引起的土壤碳含量与磷酸酶活性变化及其对红壤磷有效性的影响机制尚不清楚。【方法】本研究以间作玉米大豆为研究对象,设置根系完全分隔、尼龙网分隔、不分隔3种方式,在0、21.83、43.67、65.50和87.34 P mg kg-1（分别记为P0、P1、P2、P3和P4）磷肥施用水平下进行盆栽试验,研究根系分隔方式对间作玉米大豆根际土壤微生物量碳（MBC）、溶解性有机碳（DOC）、根际土壤有机碳（ROC）、酸性磷酸酶活性（ACP）、碱性磷酸酶活性（ALP）、速效磷和Hedley磷组分的影响。【结果】相比完全分隔,根系不分隔可提高玉米和大豆根际土壤MBC含量,显著降低玉米根际土壤DOC含量,低磷水平（P0、P1）时显著提高大豆DOC含量,显著提高玉米（仅在低磷时）和大豆根际土壤ACP活性,低磷时显著提高大豆根际土壤ALP活性。除玉米活性磷组分外,根系分隔方式对间作玉米大豆根际土壤速效磷、磷组分有显著或极显著影响。根系不分隔较完全分隔可通过降低大豆根际活性无机磷（Pi）(P0除外)和中活性Pi从而提高玉米根...     

菜田种养结合模式下施肥方式对土壤编码碱性磷酸酶基因微生物群落的影响

为明确菜田种养结合模式下施肥方式对土壤编码碱性磷酸酶基因phoD的微生物群落结构和多样性的影响机制,通过Illumina MiSeq高通量测序手段,系统分析了4种不同施肥方式,即不施肥（CK）、施常规化肥（CF）、施有机肥（OF）、有机无机肥混施（MF）对花菜收获时0−20cm土层土壤理化性质、碱性磷酸酶（ALP）、微生物量磷（MBP）以及phoD微生物群落的影响。结果表明：（1）与CK相比,OF处理可显著提高土壤有机质、总氮、速效磷和Ca含量47.83%、38.46%、104.81%和69.21%（P<0.05）;OF和MF处理均显著提高ALP活性;CF和OF分别显著增加MBP含量56.12%和195.16%,OF处理中MBP含量最高（105.40mg·kg⁻¹）;（2）菜田种养结合模式不同施肥处理中假单胞菌属（Pseudomonas）为优势属,CF和MF较CK显著降低了假单胞菌属相对丰度33.39%和45.52%;施肥降低土壤phoD微生物Chao1指数,MF提高其多样性（Simpson）和均匀度（Simpsoneven）;（3）影响phoD微生物群落结构的关键环境因子为MBP、AP、ALP;phoD微生物α多样性指数与土壤性状指标无显著相关性。因此,菜田种养结合模式下,不同施肥处理改变了土壤理化和生物性质,从而驱动了土壤phoD微生物群落组成、结构和多样性变化。     

Analysis of bacterial communities on alkaline phosphatase genes in soil supplied with organic matter

Abstract

We studied the effects of the application of organic matter (OM) and chemical fertilizer (CF) on soil alkaline phosphatase (ALP) activity and ALP-harboring bacterial communities in the rhizosphere and bulk soil in an experimental lettuce field in Hokkaido, Japan. The ALP activity was higher in soils with OM than in soils with CF, and activity was higher in the rhizosphere for OM than in the bulk soil. Biomass P and available P in the soil were positively related to the ALP activity of the soil. As a result, the P concentration of lettuce was higher in OM soil than in CF soil. We analyzed the ALP-harboring bacterial communities using polymerase chain reaction based denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) on the ALP genes. Numerous ALP genes were detected in the DGGE profile, regardless of sampling time, fertilizer treatment or sampled soil area, which indicated a large diversity in ALP-harboring bacteria in the soil. Several ALP gene fragments were closely related to the ALP genes of Mesorhizobium loti and Pseudomonas fluorescens. The community structures of the ALP-harboring bacteria were assessed using principal component analysis of the DGGE profiles. Fertilizer treatment and sampled soil area significantly affected the community structures of ALP-harboring bacteria. As the DGGE bands contributing to the principal component were different from sampling time, it is suggested that the major bacteria harboring the ALP gene shifted. Furthermore, there was, in part, a significant correlation between ALP activity and the community structure of the ALP-harboring bacteria. These results raise the possibility that different ALP-harboring bacteria release different amounts and/or activity of ALP, and that the structure of ALP-harboring bacterial communities may play a major role in determining overall soil ALP activity.     

栽培模式及施肥对玉米和大豆根际土壤磷素有效性的影响

栽培模式及施肥管理对作物吸收利用土壤磷素的影响较大,本研究为探明玉米/大豆套作系统作物根系交互作用下根际土壤无机磷组分动态变化特征,利用盆栽试验测定了玉米/大豆套作(M/S)、玉米单作(MM)和大豆单作(SS)3种栽培模式以及不施肥(CK)、施氮钾肥(NK)和施氮磷钾肥(NPK)3种施肥处理下玉米和大豆地上部生物量及吸磷量和根际与非根际土壤速效磷、无机磷组分含量,以期为优化玉米/大豆套作系统磷素管理提供理论依据。研究结果表明同一施肥水平下,套作玉米的籽粒产量显著高于单作玉米;施磷显著提高了单作玉米籽粒产量,而对套作玉米籽粒产量影响不大。无论施肥与否,套作大豆秸秆及籽粒产量均高于单作大豆。所有施肥处理均表现为套作模式下单株作物地上部磷积累量显著高于单作模式。玉米成熟期,CK、NK处理下套作玉米根际土壤速效磷含量分别比单作玉米高54.2%和71.8%;大豆始花期,NPK处理下套作大豆根际土壤速效磷含量比单作大豆高19.8%。大豆成熟期,NK、NPK处理下套作大豆根际土壤速效磷含量分别比单作大豆高23.8%和108.0%。无论是单作还是套作模式,玉米根际土壤Al-P含量在3个施肥处理下均低于非根际土壤。CK和NK处理下单作玉米根际土壤Al-P含量分别是套作玉米的1.19倍和1.22倍;NPK处理下单作玉米根际土壤Fe-P含量是套作玉米的1.21倍。在CK、NK和NPK施肥处理下,单作大豆根际土Al-P含量分别是套作大豆1.12倍、1.30倍和1.25倍,单作大豆非根际土Al-P含量分别是套作大豆的1.22倍、1.30倍和1.06倍。CK、NK处理下单作大豆根际土壤Fe-P含量分别是套作大豆的1.47倍和1.12倍。研究得出结论,低磷条件下,与单作相比,玉米/大豆套作更有利于作物对土壤Al-P、Fe-P的活化吸收。     

Global patterns of soil phosphatase responses to nitrogen and phosphorus fertilization

Hydrolysis of organic phosphorus(P) by soil phosphatases is an important process of P cycling in terrestrial ecosystems, significantly affected by nitrogen(N) and/or P fertilization. However, how soil acid phosphatase(ACP) and alkaline phosphatase(ALP) activities respond to N and/or P fertilization and how these responses vary with climatic regions, ecosystem types, and fertilization management remain unclear. This knowledge gap hinders our ability to assess P cycling and availability from a glo...     

酸性红壤上玉米不同部位固氮微生物群落丰度和组成特征

  【目的】   发挥微生物固氮功能可降低农田化学氮肥的投入,对于缓解土壤酸化具有重要意义。固氮微生物广泛存在于植物体的各个部位,了解酸性土壤上作物不同部位固氮微生物群落特征,为挖掘其功能潜力提供数据支撑和理论基础。   【方法】   选择性状差异较大的耐铝玉米品种先玉335和铝敏感品种Mo17为试验材料,在酸性红壤上种植1个月后,收集玉米地上部、根部和根际土壤样品,分析玉米生物量、养分含量和根际土壤基本理化性质;采用实时荧光定量PCR和高通量测序技术,以nifH基因为标靶,分析不同玉米品种、不同取样部位 (叶部、根部和根际土壤) 固氮微生物群落的丰度、多样性和结构组成。   【结果】   先玉335地上和地下生物量显著高于Mo17,但是植株氮、磷浓度和根际土壤pH、铵态氮和速效钾含量却低于Mo17。实时荧光定量PCR结果显示,nifH基因丰度在玉米不同部位间的差异程度明显大于玉米品种间的差异,其中根部丰度显著高于根际土壤和叶部,而且先玉335根部nifH基因丰度要高于Mo17。高通量测序分析显示,变形菌门 (Proteobacteria) 和蓝藻门 (Cyanobacteria) 是固氮微生物的优势门,根际土壤和根部的优势菌属是慢生根瘤菌属 (Bradyrhizobium),而叶部优势菌属是细鞘丝藻属 (Leptolyngbya),多数优势菌属相对丰度在玉米不同部位间呈现显著差异。取样部位显著影响固氮微生物群落多样性指数 (Shannon指数和OTU数量),但同一部位品种间没有明显差异,其中根际多样性指数显著高于根部,两者均高于叶部。非度量多维尺度 (NMDS) 和PERMANOVA分析显示,取样部位对固氮微生物群落结构组成的影响程度显著高于品种的影响,根际土壤、根部和叶部三者之间的群落组成差异达到显著水平,而品种间仅仅根际土壤样品差异显著。   【结论】   酸性红壤上,玉米不同部位间的固氮微生物群落丰度、多样性和结构组成差异程度显著高于品种间的差异。根部固氮微生物丰度最高,暗示固氮潜力更大。叶部固氮微生物群落组成显著不同于根际土壤和根部,且有最低的丰度和多样性,这与叶片苛刻的环境条件密切相关。     

Comparison of Rhizosphere Impacts of Wheat (Triticum aestivum L.) Genotypes Differing in Phosphorus Efficiency on Acidic and Alkaline Soils

A glasshouse study was conducted to compare the rhizosphere characteristics of two wheat genotypes, Xiaoyan54 (XY54) and Jing411 (J411) on two soils. The results showed that supplying phosphorus (P) increased the biomass and P content of two wheat lines significantly on alkaline soil, but P fertilization altered their biomass and P content on acidic soil only slightly. XY54 decreased rhizosphere pH more significantly than J411 on Fluvo-aquic soil without P addition, but similar acidity ability was shown when P applied. On red soil, two wheat genotypes showed similar rhizosphere pH. Two wheat lines showed similar rhizoshphere phosphatase activity on alkaline soil, whereas XY54 demonstrated greater rhizoshphere phosphatase activity than J411 on acidic soil. Rhizoshphere phosphatase activities of two wheat lines on acidic soil were greater than alkaline soil. Therefore, stronger acidity on alkaline soil and greater phosphatase activity on acidic soil are principal rhizosphere mechanisms for XY54 to adapt to low-P soils.     

苗期干旱胁迫下施氮对玉米氮素吸收和土壤生物化学性质的影响

研究苗期干旱胁迫下施氮对东北春玉米氮素吸收利用和土壤生物化学性质的影响,为区域玉米养分管理与逆境调控提供依据。研究设置水、氮二因素盆栽试验,土壤水分包括3个水平:田间持水量的30%(W0),50%(W1)和70%(W2);施氮量包括2个水平:不施氮(N0)和施氮0.24 g/kg(N1),测定不同水氮条件下玉米苗期的植株干重和氮素吸收、根际和非根际土壤的化学性质、微生物量碳、氮(MBC、MBN)及土壤酶活性。结果表明:干旱胁迫显著降低玉米苗期植株干重和氮素吸收量,其中W0条件降幅最大(分别为51.1%,43.8%)。施氮促进各水分条件下植株生长,且与水分存在显著交互作用,W2条件下施氮后植株干重和氮素吸收量的增幅最高(分别为53.7%,83.2%)。干旱胁迫提高植株的水分利用效率,但降低氮肥利用效率。施氮显著提高W2条件植株的水分利用效率,但干旱条件下则无显著影响。水、氮及其交互作用对土壤性质的影响较为复杂。总体上,苗期干旱胁迫暂时提高了根际和非根际土壤pH,显著增加根际土壤的铵态氮和硝态氮含量。MBC、MBN对干旱胁迫的响应在根际与非根际土壤之间存在相反趋势,根际土壤随干旱程度增加而提高,非根际土壤则随之下降。土壤酶活性方面,干旱胁迫显著影响根际土壤的硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性。施氮增加所有水分条件下根际和非根际土壤的pH和铵态氮、硝态氮含量,其中根际土壤的增幅高于非根际土壤。施氮显著增加各水分条件下根际和非根际土壤的MBC、MBN、脲酶和硝酸还原酶活性,但显著降低根际和非根际土壤亚硝酸还原酶活性。水氮交互作用显著影响根际土壤的亚硝酸还原酶、非根际土壤的脲酶、亚硝酸还原酶和FDA水解酶活性。根际、非根际土壤各生物化学性质之间均存在显著的相关关系,而且根际土壤除土壤亚硝酸还原酶外的各指标均与植株氮素吸收和氮肥利用效率呈正相关。苗期干旱显著抑制玉米植株生长和氮素吸收,并对土壤生物、化学性质造成显著影响。施氮对植株和土壤性质的影响在不同水分条件下存在差异,而且植株表现与土壤生物、化学性质之间存在显著相关关系。     

Phosphorus uptake and rhizosphere properties of intercropped and monocropped maize, faba bean, and white lupin in acidic soil

Little information is available on phosphorus (P) uptake and rhizosphere processes in maize (Zea mays L.), faba bean (Vicia faba L.), and white lupin (Lupinus albus L.) when intercropped or grown alone in acidic soil. We studied P uptake and soil pH, carboxylate concentration, and microbial community structure in the rhizosphere of maize, faba bean, and white lupin in an acidic soil with 0–250 mg P (kg⁻¹ soil) as KH₂PO₄ (KP) or FePO₄ (FeP) with species grown alone or intercropped. All plant species increased the pH compared to unplanted control, particularly faba bean. High KP supply (>100 mg P kg⁻¹) significantly increased carboxylate concentration in the rhizosphere of maize. The carboxylate composition of the rhizosphere soil of maize and white lupin was significantly affected by P form (KP or FeP), whereas, this was not the case for faba bean. In maize, the carboxylate composition of the rhizosphere soil differed significantly between intercropping and monocropping. Yield and P uptake were similar in monocropping and intercropping. Monocropped faba bean had a greater concentration of phospholipid fatty acids in the rhizosphere than that in intercropping. Intercropping changed the microbial community structure in faba bean but not in the other corps. The results show that P supply and P form, as well as intercropping can affect carboxylate concentration and microbial community composition in the rhizosphere, but that the effect is plant species-specific. In contrast to previous studies in alkaline soils, intercropping of maize with legumes did not result in increased maize growth suggesting that the legumes did not increase P availability to maize in this acidic soil.     

生物黑炭对玉米苗期根际土壤氮素形态及相关微生物的影响

生物黑炭被作为土壤改良剂应用逐渐被认可,但其应用机制特别是生物黑炭对氮素形态和根际微生物的影响机理尚不明确,影响其推广。本文采用盆栽试验,研究了玉米和水稻秸秆烧制的生物黑炭按不同量施入土壤后,对玉米苗期株高、生物量和根际土壤氮素形态及相关微生物的影响。结果表明,施入60 g·kg-1玉米黑炭和40~60 g·kg-1水稻黑炭均对玉米苗期株高有显著(P0.05)降低作用,其中水稻黑炭的降低效果更为明显;分别施入60 g·kg-1玉米黑炭和20~60 g·kg-1水稻黑炭后,玉米植株地上部生物量均显著降低。施入60 g·kg-1玉米黑炭后根际土壤含水量和微生物量氮显著提高。随两种生物黑炭施入量的不断增加,玉米苗期根际土壤全氮、硝态氮含量以及固氮作用强度也显著增加,且均在60 g·kg-1施用量下达最大值。施用40 g·kg-1玉米黑炭可显著提高玉米苗期根际土壤氨态氮含量。同时,施用两种生物黑炭后,均不同程度地抑制了玉米根际土壤中细菌总体数量,促进了固氮菌和纤维素降解菌的生长,其中施入60 g·kg-1玉米黑炭的效果最为明显。综上,玉米和水稻秸秆生物黑炭的适量施用,可以促进玉米根际土壤氮素的循环转化,影响相关微生物的群落结构,且与水稻秸秆相比,玉米秸秆生物黑炭的施用效果更加明显。本文针对作物生长、土壤氮素形态及相关微生物数量3个方面研究生物黑炭施入土壤对氮有效性的影响,能够更全面、更准确地将生物黑炭如何影响土壤氮素转化展现出来,促进生物黑炭的深入开发利用,对黑土肥力保护具有一定意义。