不同施肥模式对土壤氮循环功能微生物的影响

  【目的】   微生物在土壤氮循环过程中发挥着重要作用。通过研究农田土壤氮循环过程中不同功能微生物群落基因丰度对施肥模式的响应及其关键影响因素,探讨不同施肥模式调控下氮素转化的微生物学机制,为改善农业生产中氮素的管理策略提供理论依据。   【方法】   田间试验始于2011年,试验地点位于江苏省常州市溧阳市南渡镇,供试土壤为白土型水稻土,种植制度为稻麦轮作。试验包括单施化肥 (NPK)、化肥+畜禽有机肥 (NPKM)、化肥+秸秆还田 (NPKS) 以及相邻江苏省耕地质量监测点不施肥对照 (CK),共 4个处理。于2014年水稻成熟期采集土壤样品,采用实时荧光定量PCR法分析了土壤硝化 (amoA)、反硝化 (narG、nirS、nirK、norB、nosZ)、固氮 (nifH)、硝酸盐异化还原 (napA) 等氮循环过程的相关功能微生物基因丰度的变化。以氨氧化微生物为模式微生物,测定添加与不添加1-辛炔情况下的土壤硝化潜势,分析氨氧化古菌 (AOA) 与氨氧化细菌 (AOB) 功能基因丰度与土壤硝化功能的内在联系。   【结果】   与CK相比,NPK处理显著增加了土壤中AOB-amoA、narG、nosZ和nifH基因的丰度。与NPK处理相比,NPKS处理进一步提高了土壤中AOB-amoA、narG、nosZ、nifH以及nirK基因的丰度。与CK相比,除AOA-amoA、nirS、napA基因以外,NPKM处理显著提高了土壤中所有氮循环功能基因的丰度。AOB-amoA基因丰度的变化对土壤氮循环功能基因丰度的整体变异影响最大。AOB主导了施肥土壤的硝化过程 (81.90%～84.42%)。土壤总硝化潜势与AOB-amoA基因丰度显著相关,但与AOA-amoA基因丰度相关性不显著。氮循环功能微生物基因丰度主要受到土壤pH、土壤有机碳(SOC)和NO₃–含量的影响。   【结论】   畜禽有机肥与秸秆的施用能够进一步刺激氮循环功能基因丰度的增长,促进土壤氮循环。土壤pH、SOC和NO₃–含量是影响土壤氮循环功能微生物丰度的关键因素。施肥主要通过提高土壤AOB-amoA功能基因的丰度,进而提高土壤硝化潜势,因此在控制土壤硝化作用时应重点关注AOB微生物群落。     

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。     

设施菜地种植年限对土壤理化性质和生物学特征的影响

【目的】 研究分析北京郊区不同种植年限设施菜地的土壤生态环境、土壤理化性状、土壤微生物数量、土壤线虫群落结构的差异,为不同种植年限设施菜地土壤管理提供科学依据。 【方法】 以露地土壤为对照 (CK),采集种植 3年、5年、8年和 12年的0—30 cm设施蔬菜土壤样品,采用常规土壤理化性质检测方法测定了土壤的理化性状,采用荧光定量法和线虫形态学鉴定方法,分析土壤细菌、真菌数量以及土壤线虫群落组成。 【结果】 随种植年限增加,设施菜地土壤容重和pH值均明显下降,总孔隙度、EC值、SO₄2–、Ca2+、有机碳、NH₄+-N、NO₃–-N含量均持续升高。与CK相比,种植年限 3年、5年、8年、12年的样地土壤细菌和真菌的数量均显著增加 (P < 0.05)。随种植年限增加,根结线虫属 ( Meloidogyne)、螺旋属 (Helicotylenchus)、异皮属 (Heterodera) 丰度逐渐增加;土壤线虫密度、植物寄生性线虫丰度显著增加 (P < 0.05),而食细菌、食真菌、杂食/捕食线虫丰度逐渐降低。线虫群落的多样性 H′、SR指数和均匀性J′ 指数均呈现出先增加后降低趋势,与CK相比,种植年限 12年样地的指标值显著降低 (P < 0.05)。所有种植样地NCR > 0.5,表明样地土壤食物网以食细菌通道为主,土壤有机质以细菌分解途径为主。WI、MI指数逐渐降低,而PPI指数表现出相反的趋势,其中种植年限12年样地WI < 1,这表明土壤矿化途径转变为以植物到植食性线虫为主要参与者,土壤生态系统受干扰程度逐渐增强,土壤健康状况变差。土壤环境因子与土壤生物数量间的冗余分析表明,土壤pH 、总孔隙度、容重、EC值、有机碳、SO ₄2–、NH₄+-N、NO₃–-N是影响细菌、真菌和线虫数量的关键因子,不同种植年限设施菜地由于改变这些因素而影响土壤生物群落组成。 【结论】 连续种植导致京郊设施菜地盐分含量显著升高、养分失衡、土壤酸化。理化性状的变化改变了细菌和真菌数量,进而导致土壤线虫总数、植物寄生性线虫比率逐渐增加,尤其根结线虫属比率增加显著,食细菌、真菌和杂食/捕食线虫比率逐渐降低。以种植12年后的土壤受干扰程度最大,土壤微生态失衡最严重。      

长期有机无机肥配施对东北黑土真菌群落结构的影响

【目的】分析长期有机无机肥配施对土壤真菌丰度、多样性及其群落特征的影响,探讨东北黑土真菌群落变化与施肥的相关性,为进一步调节土壤微生物结构,改善其生态功能提供参考依据。【方法】依托黑龙江省农业科学院36年长期定位试验站,选取4个不同施肥处理:不施肥处理（CK）、有机肥处理（M）、氮磷钾无机肥处理（NPK）和有机肥配施无机肥处理（MNPK）的耕作层土壤为研究对象,以真菌ITS基因为分子标靶借助qPCR技术和Illumina Miseq高通量测序平台,研究不同施肥处理对黑土中真菌群落丰度、多样性和组成的影响,并与土壤化学性质进行偶联分析,揭示群落与施肥的相关性。【结果】长期施用无机肥显著降低土壤pH,而有机无机配施可以有效缓解土壤酸化。NPK处理的ITS基因丰度显著高于MNPK;MNPK处理的细菌/真菌比值（26.91104）显著大于NPK,各处理比值由高到低为MNPK M CK NPK。细菌/真菌比值与土壤pH正相关;MNPK处理的真菌多样性指数值略大于NPK。Ascomycota和Zygomycota为土壤中主要真菌门,不同施肥处理之间真菌组成的相对丰度存在显著差异,对照处理Ascomycota的相对丰度为45.35%,MNPK和NPK处理分别为50.93%和56.16%。有机肥有利于降低病原真菌相对丰度,具有高度侵染性的Cochliobolus在MNPK（0.41%）和M（0.39%）中的相对丰度显著小于CK（3.25%）和NPK（2.08%）。CCA分析表明,土壤理化性质共解释土壤真菌群落结构变化的73.3%,有效磷（贡献量为32.4%,P=0.002）、铵态氮（贡献量为14.8%,P=0.01）和硝态氮（贡献量为16.2%,P=0.048）是3个重要的影响因子。【结论】不同施肥条件下土壤真菌丰度、多样性,以及菌群组成特征不同。与无机肥相比,有机肥无机肥配施能够有效改善真菌群落结构,降低真菌的丰度,增加真菌多样性,并提高土壤pH,减缓土壤酸化。土壤有效磷、铵态氮和硝态氮含量是影响黑土土壤真菌群落结构变化重要因素。     

控释氮肥与尿素掺混比例对作物中后期土壤供氮能力和稻麦产量的影响

【目的】研究控释肥与尿素掺混比例对土壤氮含量及稻麦产量和经济效益的影响,旨在筛选综合效果最佳掺混比例,为稻麦轮作区控释氮肥推广应用提供科学依据。 【方法】采用稻麦轮作两季作物大田试验,以常规尿素施肥为对照,在稻、麦季施氮量均为150 kg/hm2的水平下,设定添加控释氮肥比例0、10%、20%、40%、80%、100% 6个处理,分别记为T1、T2、T3、T4、T5和T6。除T1（100%尿素）分基施和追施,其他处理氮肥均一次性基施。分析了土壤铵态氮、硝态氮含量,调查了稻麦株高与生物量、产量构成以及经济效益。 【结果】1）添加20%以上控释氮肥时稻麦生育中后期土壤无机氮含量有显著提升,以添加40%控释氮肥（T4）处理效果最明显。2）与T1相比,添加20%比例以上控释氮肥,稻麦生育中后期的生物量与成熟期产量均显著增加,以T4处理产量最高,稻、麦季分别比常规尿素处理增产11%和14%,显著提高小麦季穗长19.19%,显著提高水稻季穗粒数与千粒重13.79%和8.43%。3）随添加控释氮肥比例增加,稻麦季经济效益均先增加后下降,T4处理经济效益最佳,较常规尿素处理,小麦季增收1108.12 yuan/hm2,提高23.24%,水稻季增收2497.80 yuan/hm2,提高14.87%。 【结论】以40%控释氮肥与60%尿素掺混一次性基施,可有效增加作物中后期土壤氮素供应能力,促进稻麦生长并获得显著的增产效果,还可减少人工投入或材料成本,有效提高经济效益。     

天津地区不同冬绿肥培肥土壤的效果

  【目的】  研究天津地区长期冬绿肥–春玉米轮作体系对土壤性质的影响,探讨该模式对土壤综合肥力的贡献。  【方法】  田间定位试验于2012—2019年在天津进行,供试作物为春玉米,冬绿肥处理包括冬绿肥二月兰(Orychophragmus violaceus L.)、毛叶苕子(Vicia villosa Roth L.)、黑麦(Secale cereale L.)、黑麦草(Lolium L.)、毛叶苕子二月兰混播、毛叶苕子黑麦混播及冬闲对照,共7个处理。测定土壤理化性质及酶活性,并通过主成分分析方法分析种植不同冬绿肥及其组合对土壤综合肥力的贡献。  【结果】  冬绿肥–春玉米轮作均显著增加了土壤有机质、全氮、全磷、有效磷、速效钾、微生物量碳、微生物量氮含量,同时增加了土壤饱和持水量,降低了土壤EC值。与冬闲–春玉米处理相比,冬绿肥–春玉米轮作土壤细菌数量、真菌数量、放线菌数量分别提高26.67%～75.89%、61.9%～97.9%和51.4%～92.1%,土壤脲酶活性显著增加6.59%～20.47%。毛叶苕子黑麦混播、毛叶苕子、黑麦处理显著提高土壤磷酸酶活性,黑麦、黑麦草处理显著提高土壤蔗糖酶活性,毛叶苕子二月兰混播、毛叶苕子处理显著提高土壤过氧化氢酶活性,毛叶苕子、黑麦草、二月兰和黑麦处理显著提高土壤多酚氧化酶活性。主成分分析结果表明冬绿肥种植显著提高土壤综合肥力,特别是冬绿肥混播种植,提升效果从高到低排序为毛叶苕子二月兰混播>毛叶苕子黑麦混播>毛叶苕子>二月兰>黑麦草>黑麦。  【结论】  华北春玉米种植区,长期冬绿肥种植显著改善了土壤理化性质和生物学性质,提高了土壤综合肥力水平,冬绿肥混播处理对土壤综合肥力贡献高于冬绿肥单播处理。     

长江中下游小麦产量、土壤酶活性及微生物群落结构对磷肥减施的响应

  【目的】   在“化肥零增长”背景下,探究磷肥减施对小麦产量及土壤质量的影响,为长江流域中下游地区磷肥减施提供科学依据。   【方法】   在湖北和浙江麦区,采用种肥同播技术进行田间试验,设置5个处理:1) 不施磷肥 (CK);2) 习惯施磷量 (FP);3) 习惯施磷量80% (P80);4) 习惯施磷量60% (P60);5) 习惯施磷量60%+解磷菌剂 (PB60)。分别在2019、2020年测定小麦产量,于2020年小麦收获时测定0—20 cm耕层土壤理化性质,微生物量磷、酶活性及磷脂脂肪酸含量。   【结果】   种肥同播情况下,与FP处理相比,第一年湖北麦区磷肥减施处理 (P80、P60) 小麦产量无显著性差异,而第二年产量分别显著下降31.53%和21.51%;浙江麦区P80处理较FP处理连续两年均未显著减产,且施用解磷菌剂可避免小麦产量下降。与FP处理相比,湖北麦区CK、P80和P60处理土壤有效磷含量显著降低,P80和P60处理土壤微生物量磷 (MBP) 含量分别增加37.46%和17.21%。在浙江麦区,与FP处理相比,P80处理土壤有效磷含量无明显变化,P60和CK处理土壤有效磷含量显著降低;P80和P60处理较FP处理的土壤MBP含量无显著性差异。两个麦区的试验结果还显示,与FP处理相比,P80和P60处理土壤磷活化系数和细菌与真菌的比值显著降低,土壤铵态氮和硝态氮含量、参与氮循环的土壤酶活性及真菌相对丰度增加,而土壤pH、有机碳含量、总氮含量、速效钾含量、土壤磷酸酶活性、细菌相对丰度及丛枝菌根相对丰度均无显著变化;与P60处理相比,PB60处理增加了土壤有效磷含量、土壤磷活化系数及丛枝菌根的相对丰度。通过冗余分析发现,MBP是影响湖北麦区土壤微生物群落结构变化的主控因子;土壤铵态氮是影响浙江麦区土壤微生物群落结构变化的主控因子。   【结论】   在种肥同播情况下,不同麦区土壤有效磷、微生物量磷和小麦产量对磷肥减施的响应各异。在土壤有效磷含量较低的湖北麦区,连续减施磷肥易减产,不推荐种肥同播下减量施磷的方法;而在土壤有效磷含量较高的浙江麦区,在保证小麦产量和土壤质量不降低的情况下,较为理想的施肥策略是种肥同播 + 80%习惯施磷量。此外,磷肥减施没有显著影响土壤磷酸酶活性,但显著影响了土壤微生物群落结构,增加了土壤真菌相对丰度以及降低了细菌/真菌比。解磷菌剂在浙江麦区的应用效果优于湖北麦区。     

有机无机肥配施提升冷浸田土壤氮转化相关微生物丰度和水稻产量

【目的】 以南方典型冷浸田为对象,研究化肥配施不同有机肥对冷浸田水稻产量以及土壤氮相关功能微生物群落丰度的影响,旨在为冷浸田土壤氮素活化和转化过程的定向调控,氮素利用效率提高及水稻高产施肥提供科学依据。 【方法】 通过连续 3 年 6 季的定位试验,采用土壤理化分析、酶学分析和荧光实时定量 PCR 技术深入探讨化肥配施不同堆肥原料有机肥对冷浸田养分活化、水稻产量提升及土壤氮相关功能微生物群落丰度的效应。本试验设 4 个处理,分别为单施化肥 (CK)、化肥配施猪粪 (PIM)、化肥配施牛粪 (CAM)、化肥配施鸡粪 (CHM)。 【结果】 CHM、CAM 处理水稻产量显著高于化肥处理( P < 0.05),较 CK 平均增产 10.23%、7.62%。连续施用 CHM、CAM 显著提高了土壤 pH,增加了土壤有机碳、全氮和铵态氮含量。三种堆肥原料的有机无机配施均能够提高土壤氮素循环相关功能微生物基因丰度,其中细菌、古细菌总群落 16s rDNA 丰度和氨氧化古菌 (AOA) 和氨氧化细菌 (AOB) 的氨单加氧酶 ( amoA) 基因丰度提高趋势一致,以 CHM 处理最高,但细菌总群落 16s rDNA 丰度增幅较小。亚硝酸盐还原酶 ( nirK、 nirS) 基因和一氧化二氮还原酶 ( nosZ) 基因丰度对不同处理的响应并不一致。相关性分析表明,土壤有机碳和全氮含量是影响 AOA、AOB、 nirK、 nirS 型反硝化细菌的重要因子。 【结论】 化肥配施鸡粪有机肥能显著提高冷浸田土壤铵态氮、速效磷含量,增加细菌、古菌、AOA 和 AOB 氨单加氧酶 ( amoA) 的基因丰度,增强土壤脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性,提升冷浸田土壤生产力。      

桔梗与大葱间作对土壤养分、微生物区系和酶活性的影响

【目的】 分析桔梗大葱间作对土壤特性的影响,明确桔梗大葱间作消减桔梗连作障碍的效果。 【方法】 在桔梗连作3年的地块进行大田试验。设桔梗单作、桔梗大葱行比2∶1、3∶1、4∶1三种间作,移栽后15天开始,每隔30天取一次0—20 cm土壤样品,测定了土壤微生物区系、土壤脲酶、磷酸酶、转化酶和多酚氧化酶活性及土壤有效养分的含量。 【结果】 与桔梗单作相比,间作大葱土壤有效氮含量增加了22.3%～50.0%,提高幅度随着桔梗大葱间作行比的增加呈下降趋势。5～8月 (移栽后105天内) 桔梗大葱间作土壤有效磷含量高于桔梗单作,8月后低于桔梗单作。间作大葱对土壤速效钾含量的影响不显著。桔梗大葱间作提高了土壤碱性磷酸酶、土壤多酚氧化酶活性,且在桔梗生长后期的作用效果优于前期,但对土壤脲酶和转化酶的活性及变化趋势没有显著影响。桔梗大葱间作增加了土壤微生物总量和细菌数量,降低真菌数量,提高了土壤细菌/真菌比值。 【结论】 土壤细菌数量和细菌/真菌比值随桔梗大葱间作行比的增加而降低,而真菌数量反之。桔梗间作大葱是消减桔梗连作障碍的一种新型种植模式。      

大棚辣椒连作土壤微生物数量、酶活性与土壤肥力的关系

选取不同连作年限的辣椒大棚土壤和相邻露地小麦-辣椒轮作土壤(对照),研究了大棚辣椒连作土壤微生物数量、酶活性与土壤肥力的关系。结果表明,连作土壤养分含量显著高于对照,而pH值显著低于对照;土壤细菌,放线菌数量随连作年限延长呈先增加后降低的趋势并高于对照,而真菌数量不断增加;连作土壤酶活性含量均显著高于对照。土壤细菌数量与土壤有机质、全磷呈显著相关性,真菌数量与土壤养分无显著相关性,放线菌数量、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性与pH值呈显著负相关性,与养分呈显著相关性。土壤全磷、全氮、pH值对微生物数量的影响较大,而全氮、pH值对土壤酶活性的影响较大。     

长期施肥红壤性稻田和旱地土壤有机碳积累差异

  【目的】  提高土壤有机碳水平对提升农田生产力有重要意义。基于长期定位施肥试验,比较施肥影响下相同成土母质发育的红壤性稻田和旱地土壤的总有机碳 (TOC) 及其组分的积累差异,以深入理解红壤有机碳的固持及稳定机制。  【方法】  稻田和旱地长期施肥试验分别始于1981和1986年,包含CK (不施肥对照)、NPK (施氮磷钾化肥) 和NPKM (有机无机肥配施) 3个处理,在2017年晚稻和晚玉米收获后,采集两个试验上述处理的耕层 (0—20 cm) 土样,通过硫酸水解法分离土壤活性与惰性有机碳,测定并计算土壤中TOC及其组分的含量及储量,并利用Jenny模型拟合试验期间耕层土壤TOC含量的变化动态,估算土壤固碳潜力。  【结果】  与CK相比,长期施肥可提高稻田和旱地土壤各有机碳组分的含量,且NPKM处理的效果优于NPK处理。相比于稻田土壤,施肥对旱地土壤各有机碳组分含量的提升更加明显。NPK和NPKM处理下,旱地土壤活性有机碳组分Ⅰ、活性有机碳组分Ⅱ、惰性有机碳含量的增幅分别是稻田土壤的2.7、2.7、5.8倍和2.0、1.4和2.5倍。不论施肥与否,稻田土壤TOC的固存量和固存潜力均显著高于旱地土壤。施肥促进土壤固碳,在稻田和旱地土壤上,NPKM处理的TOC固存量分别是NPK处理的1.7和25.5倍,TOC固存潜力则分别是NPK处理的1.4和5.8倍。长期不同施肥均显著提高稻田和旱地土壤年均碳投入量,线性拟合方程表明,随碳投入量增加,土壤活性有机碳储量的累积对稻田、旱地土壤TOC储量累积的贡献率分别达64.7%、44.6%。不同处理间稻田与旱地土壤活性有机碳 (包括活性有机碳组分Ⅰ与活性有机碳组分Ⅱ) 含量的差异可解释其TOC含量差异的52.9%～60.0%。  【结论】  与施氮磷钾化肥相比,有机无机肥配施可更好的促进土壤固碳,且在旱地土壤上的促进作用比在稻田土壤上更为明显。与稻田土壤相比,旱地土壤各有机碳组分含量的变化对长期施肥的响应更敏感,且在施氮磷钾化肥条件下表现更为明显。红壤性稻田和旱地土壤TOC积累的主要贡献组分分别为活性有机碳和惰性有机碳。红壤植稻虽有利于有机碳固持,但红壤性稻田土壤的活性碳占比较高,可能易因不当管理而发生损失。     

北方典型水稻土有机质及其组分演变特征

【目的】探究我国北方淹育型水稻土在开垦耕种过程中土壤有机质及其组分的演变特征,为提高水稻土有机质的品质、合理利用水稻土及提高其生产潜力、建设高产稳产稻田提供理论依据和数据支撑。【方法】本研究以辽宁省各地棕壤和草甸土上发育的不同开垦年限淹育型水稻土为研究对象,通过野外调查、田间定点试验及室内测试分析等手段,研究了开垦年限对水稻土有机质含量与组成及其腐殖质特性的影响。【结果】水稻土耕层有机质总量 (SOM) 随开垦年限的增加维持在18.60～26.30 g/kg之间,与开垦年限无显著相关关系 (P > 0.05),但易氧化有机质含量占有机质总量的比例 (ROM/SOM) 均在50%以上,并且随水稻土开垦年限增加而下降,降幅为18%～20%;有机质氧化稳定系数 (Kos) 均在1.2以下,随着水稻土开垦年限增加呈上升趋势,增幅为52%～57%,胡富比 (HA/FA) 及胡敏酸相对色度 (RF) 随开垦年限增加而增大,但胡敏酸活化度 (AD) 和土壤腐殖质的松/紧 (LCH/TCH) 明显下降。【结论】北方水稻土随着开垦年限的增加,土壤中的有机质稳定性增加,活性降低,耕层土壤对养分的供、贮能力减弱,土壤肥力水平下降,限制了北方水稻土生产潜力的发挥,应通过耕作管理和有机无机肥料配施来防止或减缓水稻土肥力的下降。     

苹果园生草对土壤微生物多样性、酶活性及碳组分的影响

  【目的】  果园种植生草能够改善土壤肥力与土壤结构。研究种植不同生草对果园土壤微生物多样性和土壤生物学性状的影响,为果园高效绿色管理提供理论依据。  【方法】  于2017年山东省泰安市马庄试验基地多年生苹果行间进行生草试验,供试草种为白三叶草(Trifolium pratense)、垂穗草(Bouteloua gracilis)、沙画眉草(Eragrostis trichodes)、弯叶画眉草(Eragrostis curvula)和加拿大披碱草(Elymus canadensis),以清耕自然生草为对照(A_CK),研究不同生草处理在连续3年内对果园土壤环境的影响。  【结果】  1) 从6个土壤样品中共得到31459个细菌操作分类单元和5021个真菌操作分类单元,6个土壤样品中共有1019个相同细菌群落(OTUs)和108个相同真菌群落(OTUs)。Alpha 多样性分析可知,弯叶画眉草处理后的土壤中细菌的Shannon、Simpson和Chao1指数高于Ack处理,比Ack分别增加了4.61%、7.01%和27.44%,尤其加拿大披碱草处理后土壤真菌的Chao1指数是对照的1.31倍(P<0.05)。在门分类水平变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)是优势细菌,这8个细菌门在各自处理中占比超过95%,子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)、接合菌门(Zygomycota)是优势真菌,这4个优势真菌门在各自处理中占比超过80%。弯叶画眉草处理可提高土壤中细菌丰富度和多样性,沙画眉草处理土壤中的细菌芽单胞菌门、浮霉菌门、绿弯菌门相对丰度降低;5个生草处理提高了土壤中真菌群落担子菌门的相对丰度,垂穗草子囊菌门相对丰度降低明显,垂穗草、弯叶画眉草和加拿大披碱草提高了土壤中的球囊菌门相对丰度。2)果园生草提高了土壤中微生物的数量,且随着生草时间的延长微生物数量增加明显,2020年9月份的弯叶画眉草处理土壤微生物数量高于清耕处理。3) 生草提高了果园土壤总有机碳和可溶性有机碳含量,弯叶画眉草、加拿大披碱草和沙画眉草处理效果显著好于清耕,弯叶画眉草的效果尤为突出,而三叶草的效果不显著。相应地,沙画眉草、弯叶画眉草和加拿大披碱草土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性显著高于清耕处理。4)相关性分析结果表明,果园生草处理土壤的碳组分(除DOC外)、酶活性与微生物数量之间存在极显著或显著正相关。  【结论】  种植沙画眉草、弯叶画眉草和加拿大披碱草均可显著增加土壤中总有机碳和可溶性有机碳含量,随着生草年限的增加,提高幅度也在增加,进而显著增加了土壤中微生物数量,并不同程度地改变了细菌和真菌的丰富度和多样性。弯叶画眉草和加拿大披碱草对土壤影响效应优良,极具推广价值。     

水稻土中水溶性有机碳对铁还原过程的贡献

【目的】 淹水稻田中Fe (Ⅲ) 还原过程与有机质的厌氧分解和氮、磷、硫等营养元素的有效性密切相关。通过探讨水溶性有机碳 (DOC) 对Fe (Ⅲ) 还原过程的贡献,以期为深入理解淹水稻田中铁循环耦联的碳、氮、磷、硫循环提供理论基础。 【方法】 采集我国不同植稻区的20个典型水稻土,通过有机碳分析仪及三维荧光光谱扫描比较分析不同水稻土DOC的含量及荧光特性;并模拟稻田淹水过程对水稻土进行厌氧淹水培养,采用微生物生长模型对不同水稻土厌氧培养过程中Fe (Ⅲ) 还原特征进行表征;依据相关分析和冗余分析,明确水稻土DOC与Fe (Ⅲ) 还原过程的关系。 【结果】 不同水稻土DOC含量为0.250～1.082 g/kg,仅占土壤有机碳的2.06%～6.86%。三维荧光光谱扫描鉴定得到不同水稻土DOC中4个共有的类腐殖酸荧光组分,其中陆源的UVC类腐殖酸和UVC+UVA类腐殖酸组分在不同水稻土中具有较高荧光强度,分别为0.799～4.570和0.830～5.273。水源的可见光区类腐殖酸和UVA腐殖酸的含量相对较低。各类腐殖酸来源以外源输入为主,内源输入为辅。不同水稻土铁还原潜势a、最大Fe (Ⅲ) 还原速率 (V_max) 及达到最大Fe (Ⅲ) 还原速率对应的时间 (T_Vmax) 间均差异显著,淹水5 d时水稻土中易被还原的非晶态氧化铁已基本被还原。DOC的腐殖化系数与Fe (Ⅲ) 还原特征参数存在显著相关性。其中以陆源的大分子量UVC类腐殖酸对a和V_max的贡献最高,陆源的UVC+UVA类腐殖酸和水源的UVA腐殖酸与a和V_max的相关关系也达到显著或极显著水平,而DOC含量的贡献最小。 【结论】 水稻土DOC的腐殖化程度及其中陆源腐殖酸类组分的荧光强度与Fe (Ⅲ) 还原潜势和Fe (Ⅲ) 还原反应速率呈正相关。水稻土DOC除了作为Fe (Ⅲ) 还原过程的电子供体外,其还以电子穿梭体的形式在Fe (Ⅲ) 还原过程中起重要作用。      

长期施肥对稻田土壤微生物群落结构及氮循环功能微生物数量的影响

  【目的】   稻田是陆生生态系统中重要的氮库之一，在氮素生物地球化学循环中具有重要地位。研究不同施肥处理对稻田土壤微生物群落结构及其功能的影响具有重要意义。   【方法】   田间试验位于江苏省金坛市，在取样时试验已进行了6年。施肥处理包括:不施肥对照 (CK)、施化肥 (CF)、化肥+猪粪混施 (CMF)、化肥+秸秆混施 (CSF)。采用高通量测序和定量PCR方法测定稻田土壤微生物群落结构及氮循环相关功能微生物数量。   【结果】   在施用肥料6年后，土壤全碳、可溶性有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量均不同程度地提高。与CF相比，CSF和CMF处理土壤pH升高，全碳、可溶性有机碳与养分含量升高。CK与施肥处理的土壤细菌群落结构差异明显，不同施肥处理的细菌群落结构之间有明显差别。聚类结果显示，CK与CMF处理细菌群落聚类更接近，CF处理和CSF处理细菌群落结构更为接近；与CK相比，CF、CMF、CSF处理土壤中氨氧化细菌 (AOB) 和铁氨氧化微生物Feammox A6的丰度显著提高，其中Feammox A6分别增长87.6%、158%和157%。冗余分析结果表明，施肥过程及其对土壤化学性质的改变显著影响土壤细菌群落的组成和分布。   【结论】   施肥导致的反应底物 (NH₄+、NO₃–含量) 及土壤理化性质的差异，是土壤微生物群落结构和功能微生物数量响应的主要决定因素。不施肥与化肥配施猪粪的土壤细菌群落聚类更接近，施化肥与化肥配施秸秆的细菌群落结构更为接近。施肥对氨氧化细菌AOA数量影响不明显，但显著提高氨氧化古菌AOB和厌氧铁氨氧化功能微生物Feammox A6的数量，特别是有机肥 (猪粪、秸秆) 提高Feammox A6数量的效果大于化肥。长期单施化肥土壤中厌氧氨氧化细菌丰度显著降低，反硝化功能基因nirK、nosZ丰度显著增高；化肥配施猪粪土壤中的厌氧氨氧化细菌丰度变化不明显，反硝化功能基因narG、nirK、nosZ丰度显著增高；化肥配施秸秆处理厌氧氨氧化细菌丰度变化不明显，反硝化功能基因nirK、nosZ丰度显著增高。     

甘蔗宿根矮化病感病与非感病株根际土壤生物学性状及细菌群落结构特征

[目的]比较甘蔗宿根矮化病(ratoon stunting disease,RSD)感病植株与非感病植株根际土壤的生物学性状及细菌群落结构特征,旨在为构建甘蔗健康的根际微环境,筛选高效RSD生防细菌提供参考。[方法]通过田间调查和实验室鉴定,以甘蔗RSD感病植株为试材,非感病植株为对照,采集甘蔗RSD感病植株和非感病植株的根际土壤,并基于传统和现代高通量测序技术,分析了甘蔗RSD感病植株和非感病植株根际土壤的生物学性状和细菌群落结构特征。[结果]与甘蔗RSD非感病植株相比,感病植株根际土壤中指示土壤肥力与健康状况的生物学性状指标β-葡糖苷酶、磷酸酶和氨肽酶活性,以及微生物生物量碳、氮、磷显著降低;同时,指示细菌丰富度的Chao1指数和指示细菌多样性的Shannon指数显著下降。门分类水平与非感病甘蔗植株相比,RSD感病植株根际土壤中Proteobacteria(变形杆菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)和Nitrospirae(硝化螺旋菌门)等优势门类细菌占比呈倍级降低,但Chloroflexi(绿弯菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Cyanobacteria(蓝细菌门)、Planctomycetes(浮霉菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)等优势门类细菌占比呈倍级增加;在属分类水平,与非感病甘蔗植株相比,RSD感病植株根际土壤中Xanthobacteraceae(黄色杆菌属)、Acidothermus、Gaiellales、Roseiflexus(玫瑰菌属)、Micromonosporaceae(小单孢菌属)和Nitrospira(硝化螺旋菌属)细菌占比呈倍级降低,但Acidobacteria(嗜酸菌属)细菌及部分未知菌属却呈倍级提高。[结论]甘蔗RSD感病植株根际微环境中指示土壤肥力的生物学指标显著降低,细菌丰富度和多样性显著下降,部分优势细菌门属占比发生剧变可能是导致甘蔗RSD发生的重要原因。     

南方低产黄泥田与高产灰泥田基础地力的差异

【目的】黄泥田为南方红黄壤区广泛分布的低产田。定量评价黄泥田基础地力,明确与高产灰泥田水稻氮磷钾养分吸收利用的差异,可为黄泥田改良及水稻施肥提供依据。【方法】采集福建省20个县的典型黄泥田0—20cm土壤,同时采集与其邻近且由同一微地貌单元发育的高产灰泥田土壤,进行了水稻盆栽试验。试验设施肥(每盆N0.60g、P2O50.24g、K2O0.42g)和不施肥两个处理。氮肥采用15N丰度10%的尿素,磷肥用磷酸二氢钙,钾肥用氯化钾。水稻品种为‘中浙优1号’,采用移栽种植,每盆种植两穴。收获后,调查籽粒产量,采集土壤和植株样品,植株分地上部和根部,分析了生物量、氮磷钾含量,土壤分析了全氮含量。植株与土壤同位素氮用ZHT-03质谱仪测定15N%丰度。计算了土壤基础地力与水稻养分吸收、累积及肥料利用率。【结果】黄泥田的基础地力经济产量、基础地力地上部生物产量较灰泥田分别低26.9%与23.5%,相应的基础地力贡献率分别低14.1与9.7个百分点。基础地力贡献率(经济产量)与土壤有机质含量呈极显著正相关,与土壤容重呈极显著负相关。不论施肥与否,黄泥田水稻有效穗数均显著低于灰泥田,且不施肥水稻有效穗数与土壤有机质含量呈极显著正相关,而与土壤容重呈极显著负相关。施肥条件下,黄泥田水稻成熟期籽粒、茎叶和根系氮、磷、钾素含量均低于灰泥田,其中3个部位磷素含量较灰泥田分别低9.6%、38.4%和46.3%,差异均显著,黄泥田水稻籽粒和茎叶的钾素含量较灰泥田分别低10.8%和18.5%,差异均显著。施肥下黄泥田水稻成熟期籽粒、茎叶的氮素吸收量较灰泥田分别低10.8%和17.3%,磷素吸收量分别低12.5%和46.2%,钾素吸收量分别低16.6%和28.5%,差异均显著。等量施肥条件下,黄泥田的水稻氮肥利用率较灰泥田低4.6个百分点,但土壤氮肥残留率增加3.0个百分点。【结论】以高产灰泥田为标准,黄泥田基础地力具有20%以上的产量提升潜力。土壤有机质与容重是影响基础地力贡献率与有效穗的重要肥力因子。黄泥田水稻氮肥利用率显著低于灰泥田,但土壤氮素残留率较高。提高有机质、降低土壤容重是提升基础地力的主攻方向。     

白三叶草和鼠茅草对果园土壤微生物和线虫群落的影响差异

  【目的】  覆盖作物影响果园土壤的微生物和线虫群落,研究不同覆盖作物对土壤微生物和线虫群落的影响特征可为生态果园管理提供理论依据。  【方法】  试验于2016年在湖北十堰的猕猴桃园内进行,供试品种为美味猕猴桃 (Actinidia deliciosa),2015年定植。覆盖作物处理为白三叶草、鼠茅草,以清耕为对照 (CK)。连续进行3年试验后,于2019年采集土壤样品,测定土壤水分、全氮、硝态氮和有机碳含量,测定细菌、真菌和线虫数量,并分析微生物、线虫群落结构变化及其影响因素。  【结果】  与清耕对照相比,覆盖白三叶草显著提高了土壤含水量、硝态氮、总氮和有机碳含量,降低了土壤C/N值;覆盖鼠茅草显著提高了土壤含水量,但硝态氮、总氮和有机碳含量没有显著变化,且均显著低于白三叶草处理。覆盖白三叶草较清耕显著增加了土壤微生物总量、细菌生物量,而覆盖鼠茅草与清耕没有显著差异。覆盖白三叶草和鼠茅草均显著提高了土壤微生物Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数,但均没有改变土壤的真菌/细菌值和革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌值。土壤中线虫总量、食真菌线虫和植食线虫数量均表现为白三叶草 > 鼠茅草 > 清耕处理,并且白三叶草处理线虫数量显著高于清耕,线虫群落物种丰富度也显著高于清耕。冗余分析 (RDA) 表明,土壤含水量、总氮、有机碳含量是影响土壤微生物、线虫群落的主要环境因子。  【结论】  覆盖白三叶草和鼠茅草均影响猕猴桃园土壤的水分、养分含量和生物多样性。与种植鼠茅草相比,种植白三叶草可显著提高土壤碳、氮含量,更有利于增加果园土壤生物多样性,提高线虫数量,形成健康的微生物结构。     

有机肥施用对红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响

【目的】明确有机肥施用对河北葡萄主产区高产优质红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响,为葡萄种植合理施用有机肥提供理论依据。【方法】以河北张家口市怀来县葡萄试验示范基地13年生红地球葡萄为试验材料,进行为期4年的田间试验。设置6个处理,分别为农民传统施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥9 t/hm^2 (M)、有机肥7.5 t/hm^2+化肥(M1NPK)、有机肥15 t/hm^2+化肥(M2NPK)、有机肥45 t/hm^2+化肥(M3NPK),采用常规方法测定葡萄产量、品质、重金属含量及果园土壤中硝态氮、微生物量碳和氮、重金属含量,并对葡萄园土壤重金属累积达到限量所需年限进行推算。【结果】施用有机肥处理葡萄产量均显著高于单施化肥(NPK),其中以中量有机肥+化肥处理(M2NPK)的产量最高,4年(2010-2013)平均产量为21503kg/hm^2,较农民传统施肥(CK)提高了14%;施用有机肥处理葡萄Vc含量比对照显著增加。各处理间葡萄百粒重、pH、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比差异不显著。收获后M2NPK处理0-20 cm和20-40 cm土壤硝态氮累积量下降,土壤微生物生物量碳、氮含量显著高于CK。连续4年施用有机肥后,葡萄果实及果园土壤的重金属含量(Cr、Cd、As、Pb、Hg、Cu、Zn)均未超标,但随着有机肥施用量的增加,葡萄及土壤中的重金属分别呈现线性和二次函数累积趋势。M3NPK处理土壤重金属含量较其他施用有机肥处理提前累积到限量水平。【结论】中量有机肥+化肥(M2NPK)处理葡萄的产量最高,品质最佳,而且降低了土壤硝态氮在各土层的累积,增加了土壤微生物生物量碳、氮含量,且葡萄果实和果园土壤重金属含量未超标。高量有机肥处理不会进一步提高红地球葡萄的产量和品质,但快速增加果园土壤重金属累积。     

不同有机物料对苏打盐化土有机碳和活性碳组分的影响

【目的】在大同盆地苏打盐化土上,研究不同有机物料对春玉米产量、土壤有机碳及活性碳组分的影响,明确土壤有机碳及活性碳组分与主要盐碱指标的相关关系,为苏打盐化土改良及有机物料资源化利用提供理论支撑。【方法】2016-2017年在山西省北部怀仁县开展田间定位试验,设对照(CK)、风化煤、生物炭、牛粪和秸秆5个处理,各处理有机物料施用量按照每年9000 kg/hm^2等有机碳投入量折算,收获时对春玉米进行测产。2017年春玉米收获后,采集土壤样品测定土壤有机碳总量(SOC)和水溶性有机碳(WSOC)、易氧化有机碳(EOC)、轻组有机碳(LFOC)含量,分析土壤活性碳组分占有机碳的比例、土壤有机碳及活性碳组分与盐碱指标之间的关系。【结果】与CK相比,生物炭和秸秆处理春玉米产量无明显差异,而风化煤和牛粪处理春玉米产量则分别显著提高30.2%和30.3%。添加有机物料促进了0-20 cm土层SOC累积,其中以风化煤和牛粪处理效果最佳,较CK分别提高47.6%和36.1%。在有机碳组分方面,风化煤和牛粪处理提高WSOC、EOC含量的效果显著高于生物炭、秸秆处理;风化煤、牛粪和秸秆处理的LFOC含量显著高于生物炭处理。四类有机物料处理的WSOC占总有机碳的比例差异不显著,牛粪处理的占比显著高于CK。EOC占总有机碳的比例以牛粪处理最高,风化煤次之,且二者均显著高于CK处理;LFOC占总有机碳的比例则表现为秸秆、牛粪>风化煤、生物炭> CK。此外,添加有机物料能有效降低0-20 cm土层土壤pH、电导率(EC)和碱化度(ESP),其中以风化煤和牛粪处理降幅最大。相关分析表明,土壤SOC与pH、EC和ESP呈显著负相关。【结论】通过有机物料改良效果比较,发现牛粪和风化煤处理能促进苏打盐化土有机碳累积,提高可溶性、易氧化态及轻组有机碳组分在总有机碳中的占比,降低土壤pH、EC和ESP,明显提高春玉米产量。因此,风化煤和牛粪是山西北部苏打盐化土良好的改良剂。