土壤原生动物——研究方法及其在土传病害防控中的作用

原生动物是原生生物的一种,是土壤食物网中的消费者,能捕食细菌和真菌等其他微生物。除了对土壤微生物群落和物质循环产生重要影响外,根际原生动物与细菌、真菌等土壤微生物共同组成生物网络屏障,并在抵御土传病原菌入侵作物根系的过程中发挥着重要作用。然而,相对于根际有益细菌和有益真菌,国内外关于原生动物防控土传病害的效果及作用机制的研究非常有限。本文梳理了土壤原生动物在土传病害防控中的效果、作用机制及其相关研究方法,并对未来原生动物的研究和应用作出了展望。呼吁更多学者关注土壤原生动物及其在生态系统中的功能,挖掘其在土壤健康和农业可持续发展中的重要价值。     

作物土传真菌病害发生的根际微生物机制研究进展

土传病害是制约我国农业生产可持续发展的重要瓶颈。根际是作物养分高效利用的窗口,是植物-土壤-微生物相互作用的关键微域,也是土传病害发生发展的主要场所。在宏基因组学快速发展的今天,了解根际微生物与土传病害互作关系,有利于从微生物种群、功能代谢和抑病物质等研究找出防控土传病害的有效方法。本文综述了根际微生物与土传真菌病害的发生机制关系,探讨了土传病原真菌致害机理,并提出目前研究的不足和未来研究的重点。目前,我国农业生产中土传真菌病害发生严重,很多是由不同病原菌复合侵染的结果,其致害机理较为复杂。定向优化根际微生物群落结构提升植物根际微生态抗性,是防控土传病害途径之一,应加以重视。现有研究多偏向根际促生微生物,而忽视了根际有害细菌与病害发生和作物生长的关系。今后的研究应系统评估土传真菌病害的发生及危害程度、归类土传真菌病原菌类型、深入研究土传真菌病害发生的根际微生态机理以及研发土传真菌病害综合防控技术。     

秸秆生物炭对辣椒疫病的防控效果及机理研究

研究秸秆生物炭防控辣椒疫病效果,并初步探索其防控机理。在盆栽试验条件下研究了两种温度下制备的秸秆生物炭对辣椒疫病的防控效果,并测定了辣椒根际土壤理化性状、微生物数量和群落结构、病原菌数量和与植株抗性相关的生理生化指标。结果表明：麦秸在500℃和600℃两种温度下制备的生物炭对辣椒疫病均有一定的防控作用,500℃制备的生物炭防控效果好于600℃制备的生物炭,且对辣椒具有一定的生长促进作用;生物炭处理能明显提高土壤中全氮、速效磷和速效钾的含量,其中速效钾含量的增加最大;分别添加两种生物炭均能显著提高根际可培养微生物特别是真菌和放线菌的数量,增加微生物多样性并改变其优势微生物群落;定量PCR测定结果显示,两种生物炭处理提高了土壤中细菌的总体数量,但对真菌总体数量影响不同,虽然增加了辣椒疫霉的数量,但并未引起植株发病;植株与抗性相关生理生化指标显示,施用生物炭没有显著改变与植株抗性相关的生理指标。土壤施用秸秆生物炭对辣椒疫病具有良好的防控作用,生物炭改善土壤养分状况和土壤微生物群落结构可能是其主要防病机理之一。     

土壤学不应忽视对作物土传病原微生物的研究

随着集约化种植程度的提高,管理不善、单一作物连续种植、秸秆还田等因素导致的土传病害日益严重,使作物高产对农药的依赖程度不断提高,对我国农业可持续发展、环境和农产品安全构成了很大的威胁。但是,我国当前土壤学几乎忽视了这一土壤学范畴的研究领域。土传植物病原微生物功能明确,是研究土壤微生物区系和生物多样性与功能、土壤微生物与植物生长、土传病原微生物与拮抗微生物等关系的理想研究对象。土壤学在揭示土传病原微生物的生长规律、控制土传病原微生物数量、发挥拮抗微生物的作用、防治作物土传病害等方面具有独特的优势。深入认识土传病原微生物适宜生长的土壤环境是防控作物土传病原微生物生长,实现农药使用量零增长的基础。解决当前严重的作物土传病害不仅是土壤学的责任和义务,而且可以极大地推动土壤学的发展。     

根系分泌物与土传病害的关系研究进展

根系分泌物是植物–土壤–病原微生物相互作用的桥梁,是决定病原菌–作物关系的关键生态因子,影响着土传病害的发生与发展。本文阐述了根系分泌物的定义、分类及产生机理;重点从根系分泌物的化感自毒效应,根系分泌物诱导根际微生物群落,根系分泌物影响病原菌丰度,根系分泌物影响根际土壤环境4个方面阐述了根系分泌物与土传病害的关系;并从研究方法和研究领域方面展望了今后研究的方向与重点。未来需要建立根系分泌物的原位收集、实时监测、量化方法技术体系,耦合利用组学技术,建立植物根系分泌物–根际微生物组成与功能–病害之间关系的数据库网络公用平台,加强根际病原菌与其他微生物相互作用关系研究,亟需根系分泌物作用下导致植物发病的病原菌浓度阈值研究,以期为发展土传病害的产生原理和完善土传病害根际防控技术提供依据。     

秸秆生物炭对辣椒疫病的防控效果及机理研究

在盆栽试验条件下研究了两种温度下制备的秸秆生物炭对辣椒疫病的防控效果,并测定了辣椒根际土壤理化性状、微生物数量和群落结构、病原菌数量和与植株抗性相关的生理生化指标。结果表明:麦秸在500℃和600℃两种温度下制备的生物炭对辣椒疫病均有一定的防控作用,500℃制备的生物炭防控效果好于600℃制备的生物炭,且对辣椒具有一定的生长促进作用;生物炭处理能明显提高土壤中全氮、速效磷和速效钾的含量,其中速效钾含量的增加最大;分别添加两种生物炭均能显著提高根际可培养微生物特别是真菌和放线菌的数量,增加微生物多样性并改变其优势微生物群落;两种生物炭处理虽然增加了辣椒疫霉的数量,但并未引起植株发病;施用生物炭没有显著改变与植株抗性相关的生理指标。总之,土壤施用秸秆生物炭对辣椒疫病具有良好的防控作用,生物炭改善土壤养分状况和土壤微生物群落结构可能是其主要防病机理之一。     

土传病原细菌的生存与致病权衡

土传病原细菌严重威胁土壤-植物系统健康和农业可持续发展。在接触和入侵寄主植物根系之前,病原细菌会经受土壤pH、含氧量、营养物质种类和数量等非生物因素骤变以及其他土壤微生物的竞争、寄生和捕食等生物胁迫。病原细菌的生物膜形成、代谢、运动、毒力、DNA修复以及对噬菌体、抗生素或环境压力的抵抗能力等特性对其在土壤环境中生存和侵染寄主非常重要。为适应复杂且多变的土壤生物和非生物环境,病原细菌必须动态权衡其生存和致病力之间的关系,维持其生存、传播、增殖和侵染致病间的平衡,以最大化其在土壤环境中的适应性。系统理解土传病原细菌应对胁迫和侵染寄主植物的过程及权衡机制是建立精准、高效生态防控手段的关键。为此,以土传病原细菌为代表,总结了土传病原细菌生存与致病的权衡规律和典型现象及土壤中的生物和非生物影响因素,阐述了土传病原细菌入侵植物根际过程中的生存与致病权衡机制,并提出一些与土传病原细菌生存与致病权衡相关的科学问题,呼吁建立基于生存-致病权衡理论的土传病害生态防控策略,为绿色农业可持续发展提供理论参考。     

土传病原细菌的生存与致病权衡

土传病原细菌严重威胁土壤-植物系统健康和农业可持续发展。在接触和入侵寄主植物根系之前,病原细菌会经受土壤pH、含氧量、营养物质种类和数量等非生物因素骤变以及其他土壤微生物的竞争、寄生和捕食等生物胁迫。病原细菌的生物膜形成、代谢、运动、毒力、DNA修复以及对噬菌体、抗生素或环境压力的抵抗能力等特性对其在土壤环境中生存和侵染寄主非常重要。为适应复杂且多变的土壤生物和非生物环境,病原细菌必须动态权衡其生存和致病力之间的关系,维持其生存、传播、增殖和侵染致病间的平衡,以最大化其在土壤环境中的适应性。系统理解土传病原细菌应对胁迫和侵染寄主植物的过程及权衡机制是建立精准、高效生态防控手段的关键。为此,以土传病原细菌为代表,总结了土传病原细菌生存与致病的权衡规律和典型现象及土壤中的生物和非生物影响因素,阐述了土传病原细菌入侵植物根际过程中的生存与致病权衡机制,并提出一些与土传病原细菌生存与致病权衡相关的科学问题,呼吁建立基于生存-致病权衡理论的土传病害生态防控策略,为绿色农业可持续发展提供理论参考。     

氯化苦熏蒸土壤对微生物种群数量的影响

本文通过测定处理前后的土壤微生物的主要种群的数量变化,探讨氯化苦熏蒸处理保护地土壤的杀菌效果。氯化苦熏蒸土壤可杀灭土壤微生物,对细菌、放线菌、真菌的杀灭率均在85%以上,有效地减少土传病害的病原菌数量,从而降低土传病害的侵染率;最经济有效的氯化苦(90%油剂)的熏蒸剂量为20mgkg-1,相当于每亩剂量为25-35kg;熏蒸的时间为5d以上;土壤温度和含水量能够对熏蒸效果产生很大影响;在20℃以上熏蒸均有较好效果,温度越高效果越好;含水量以55%时效果最佳。     

间套作防治作物土传枯萎病的研究进展

作物间套作是农业生态系统中常见的一种种植模式。在这种生产模式中,两种或多种作物不仅可以充分利用光、热、水、气、肥等资源,提高单位土地面积的生产力,而且还会影响植物病虫害发生。连作引发的枯萎病是影响很多作物减产的重要原因。通过合理间套作,可以有效地提高作物的抗病能力,以达到自然控制枯萎病的目的。本文首先综述了国内外不同作物间作模式对土传枯萎病的防治效果;其次,从田间小气候改变、寄主形态及生理改变、诱导寄主抗性、养分高效利用、抑制病原菌及土壤微生物多样性方面对控害机制的最新进展进行了总结。在此基础上,对当前间作防控土传病害的局限性进了讨论,并对未来利用不同作物间作防治植物土传病害的研究方向及间作防控土传病害研究需要关注的热点问题进行了展望。     

马铃薯田线虫病害发生及防治

近些年马铃薯土传病害发生严重,除了真菌、细菌等病原物引起的病害外,线虫病成为威胁马铃薯生产的又一大病害.危害马铃薯的植物寄生线虫主要有马铃薯腐烂茎线虫(Ditylenchus destructor)、鳞球茎线虫(Ditylenchus dipsaci)、马铃薯孢囊线虫(马铃薯白线虫(Globodera rostochi...     

Biochar effects on soil biota - A review

Soil amendment with biochar is evaluated globally as a means to improve soil fertility and to mitigate climate change. However, the effects of biochar on soil biota have received much less attention than its effects on soil chemical properties. A review of the literature reveals a significant number of early studies on biochar-type materials as soil amendments either for managing pathogens, as inoculant carriers or for manipulative experiments to sorb signaling compounds or toxins. However, no studies exist in the soil biology literature that recognize the observed large variations of biochar physico-chemical properties. This shortcoming has hampered insight into mechanisms by which biochar influences soil microorganisms, fauna and plant roots. Additional factors limiting meaningful interpretation of many datasets are the clearly demonstrated sorption properties that interfere with standard extraction procedures for soil microbial biomass or enzyme assays, and the confounding effects of varying amounts of minerals. In most studies, microbial biomass has been found to increase as a result of biochar additions, with significant changes in microbial community composition and enzyme activities that may explain biogeochemical effects of biochar on element cycles, plant pathogens, and crop growth. Yet, very little is known about the mechanisms through which biochar affects microbial abundance and community composition. The effects of biochar on soil fauna are even less understood than its effects on microorganisms, apart from several notable studies on earthworms. It is clear, however, that sorption phenomena, pH and physical properties of biochars such as pore structure, surface area and mineral matter play important roles in determining how different biochars affect soil biota. Observations on microbial dynamics lead to the conclusion of a possible improved resource use due to co-location of various resources in and around biochars. Sorption and thereby inactivation of growth-inhibiting substances likely plays a role for increased abundance of soil biota. No evidence exists so far for direct negative effects of biochars on plant roots. Occasionally observed decreases in abundance of mycorrhizal fungi are likely caused by concomitant increases in nutrient availability, reducing the need for symbionts. In the short term, the release of a variety of organic molecules from fresh biochar may in some cases be responsible for increases or decreases in abundance and activity of soil biota. A road map for future biochar research must include a systematic appreciation of different biochar-types and basic manipulative experiments that unambiguously identify the interactions between biochar and soil biota.     

生物质炭对植物表型及其相关基因表达影响的研究进展

【目的】生物质炭研究是近十年农业可持续发展研究的重要前沿领域。作为一种良好的土壤改良剂，生物质炭不仅能改善土壤肥力，而且能够通过改变土壤与植物的相互作用关系影响植物生长发育，最终影响作物的生产力。因此，以植物表型及其相关基因表达为视角的生物质炭研究有助于深入了解生物质炭对土壤和植物效应的作用机理，进一步充实生物质炭的农业应用的理论基础。 主要进展本文回顾了近年来国内外关于生物质炭对植物生长影响的研究，从作物生产力、作物根系生长、作物病虫害和作物基因表达四个方面论述了生物质炭对植物表型和相关基因表达的影响；分析了生物质炭对植物表型及其相关基因表达的可能机理，探讨了生物质炭对植物表型及其相关基因表达研究的不足，提出了未来研究的发展方向。 问题与展望未来生物质炭对植物表型和相关基因表达的研究应注重其系统性和全面性，例如建立规范化的生物质炭试验技术，特别是生物质炭相关标准和数据库的建立，同时应加强生物质炭对转基因作物的影响等方面的研究。     

An overview on biochar production, its implications, and mechanisms of biochar-induced amelioration of soil and plant characteristics

The degradation of soil fertility and quality due to rapid industrialization and human activities has stimulated interest in the rehabilitation of low-fertility soils to sustainably improve crop yield. In this regard, biochar has emerged as an effective multi-beneficial additive that can be used as a medium for the amelioration of soil properties and plant growth. The current review highlights the methods and conditions for biochar production and the effects of pyrolysis temperature, feedstock type, and retention time on the physicochemical properties of biochar. We also discuss the impact of biochar as a soil amendment with respect to enhancing soil physical (e.g., surface area, porosity, ion exchange, and water-holding capacity) and chemical (e.g., pH, nutrient exchange,functional groups, and carbon sequestration) properties, improving the soil microbiome for increased plant nutrient uptake and growth, reducing greenhouse gas emissions, minimizing infectious diseases in plants, and facilitating the remediation of heavy metal-contaminated soils. The possible mechanisms for biochar-induced amelioration of soil and plant characteristics are also described, and we consider the challenges associated with biochar utilization. The findings discussed in this review support the feasibility of expending the application of biochar to improve degraded soils in industrial and saline-alkali regions, thereby increasing the usable amount of cultivated soil. Future research should include long-term field experiments and studies on biochar production and environmental risk management to optimize biochar performance for specific soil remediation purposes.     

施用生物质炭对黄淮海地区玉米生长和土壤性质的影响

本文通过大田试验研究了施用生物质炭对玉米的生长性状、产量以及土壤性质的影响。生物质炭是小麦秸秆在350℃~450℃下限氧热裂解制成。田间设置了20 t/hm2和40 t/hm2两个生物质炭施用水平。结果表明:①施用生物质炭在玉米拔节期抑制了植株生长,其株高、地上部生物量和叶片叶绿素含量均显著低于对照;在生育后期施用生物质炭20 t/hm2处理的玉米生物量、叶面积指数和叶绿素含量显著高于对照,40 t/hm2处理则没有显著性差异。②施用生物质炭显著影响土壤特性,在施用量为20 t/hm2和40 t/hm2时,土壤有机碳含量较对照分别提高34.79%和44.93%,土壤全氮含量在40 t/hm2水平下显著增加12.2%,同时还显著提高了土壤的pH和土壤含水量,显著降低土壤体积质量;③施用生物质炭玉米产量的提高范围为2.2%~4.8%,但不同施用量间差异不显著。本研究结果为生物质炭改良和培肥土壤、提高作物生产效率、促进土壤可持续利用及作物增产提供了一定的理论依据。     

药用植物连作障碍研究评述和发展透视

连作障碍作为现代农业生产中较普遍的问题,在药用植物栽培生产中表现尤为严重,据统计约70%以块根类入药的药用植物在种植过程中都存在严重的连作障碍问题。连作障碍已经成为制约药用植物品质和发展的关键性因素。本研究从药用植物连作障碍问题研究现状出发,分析了当前药用植物连作障碍形成的三大共性问题,即根系分泌物诱导根际土壤酸化、根际微生物群落结构失衡和植株病毒病严重,具体体现在:根系分泌物诱导根际土壤微生物差异性演化、土传病原菌的化感互作、根际微生物区系的失衡加大土壤酸化、根际病原菌增多和有益菌减少导致的土存真菌病害加重、病毒病伴生和发展。并分析了土壤灭菌法、功能微生物调控、作物多样性栽培和生物质炭改良的根际调控策略在减缓药用植物连作障碍中的潜在作用。作者呼吁从事连作障碍研究的工作者应重视从根际生态学角度出发,以土壤食物网为切入点,应用现代系统生物学和化学生态学技术与方法,全面系统探究根系分泌物介导下植物-土壤-微生物的相互作用过程与机制,并着重关注土壤线虫和土壤病毒在连作障碍发生发展中的生态位关系,以深入阐明连作介导土壤酸化的生态学机制和病原菌响应根系分泌物的协同进化机理,在此基础上,采用多种根际调控相结合的策略减缓连作障碍问题,全面考虑经济、社会和生态效益,做到"生态预防为主、综合治理为要"。     

Fertilizers and soil-borne diseases

Abstract. Nutrient manipulation through fertilization or modification of the soil environment to influence nutrient availability is an important cultural control for plant disease and an integral component of production agriculture. Fertilization decreases soil-borne diseases by maximizing the inherent disease resistance of plants, by facilitating disease escape through increased nutrient availability or stimulated plant growth, and by altering the external environment to influence the survival, germination and penetration of pathogens. The flexibility in most disease-nutrient interactions permits a much broader utilization of this cultural control in decreasing disease severity than is presently practised. It is clear that the severity of most diseases can be decreased and the chemical, biological or genetic control of many plant pathogens enhanced by proper fertilization. Breeding nutrient-efficient or disease-tolerant crops and establishing cultivar requirements should further improve production efficiency.     

农田土壤中生物质炭的老化及其对有机污染物吸附-解吸影响的研究进展

生物质炭独特的表面性质、形貌结构及丰富而离散的孔隙系统使其对有机污染物具有良好的持留与吸附作用,可望用于土壤污染控制与修复。在田间条件下,进入土壤的生物质炭自身不稳定组分会发生转化、淋溶,并与土壤发生相互作用出现老化现象,导致生物质炭的化学与物理性质发生显著变化。生物质炭在土壤中的老化过程具有复杂性和多样性,主要包括:生物质炭化学性质的变化,如无机元素的流失、表面官能团组成的变化以及部分矿化反应;生物质炭物理性质的改变,主要是土壤有机质和矿物质对生物质炭的包覆作用造成生物质炭的孔隙特征发生改变。生物质炭在土壤中的老化可能会导致有机污染物的吸附-解吸行为发生改变,且受土壤、生物质炭以及污染物性质的影响较大。本文综述了生物质炭在农田土壤中的老化机理及主要影响因素研究方面的进展,总结了生物质炭在土壤中的老化对有机污染物吸附-解吸行为的影响,提出了尚待解决的相关前沿科学问题。