连作植烟土壤酚酸类物质积累特征及其相互作用关系分析

为探明连作植烟土壤酚酸类物质积累特征及其相互作用关系,利用高效液相色谱外标法检测了同一植烟区域不同种植年限土壤(4、6、8、14和16年)浸提液中酚酸类物质的种类和含量,并基于曲线估计方法和逐步回归模型,探讨了酚酸类物质在连作条件下的积累特征及其相互作用关系。结果表明,8种酚酸在不同连作植烟土壤中被检出,且其中6种具有明显的积累趋势;曲线估计分析表明不同酚酸积累特征存在差异,其中间苯三酚、阔马酸、对羟基苯甲酸、香草酸和香兰素以增长曲线趋势积累,阿魏酸含量以幂函数趋势积累。相关性分析和逐步回归分析表明,间苯三酚和阿魏酸含量之间存在互相促进关系,阿魏酸对阔马酸含量具有促进作用,香草酸对对羟基苯甲酸含量具有促进作用,香兰素和苯甲酸分别对香草酸含量存在促进和抑制作用;香草酸和苯甲酸对香兰素含量有促进作用。综上所述,连作导致植烟土壤酚酸类物质积累,且积累特征存在差异;酚酸类物质间存在不同程度促进或抑制作用,其作用方式取决于酚酸种类。     

凉攀区植烟土壤酚酸类物质的含量分布和变异特征

以四川凉攀区植烟土壤为研究对象,研究了不同海拔高度、土壤类型、植烟年限和前茬作物下植烟土壤酚酸类物质的含量分布和变异特征。结果表明:(1)植烟过程显著增加了土壤酚酸类物质的累积,变异系数均超过了50%,单类酚酸物质中以对羟基苯甲酸的含量最高(66.18μg/g);(2)除阿魏酸、肉桂酸外,1 600～2 000 m海拔高度的植烟土壤中酚酸类物质含量高于1 200～1 600 m海拔高度;海拔高度超过2 000 m后,土壤酚酸类物质(除水溶性酚外)的含量反而下降。(3)植烟水稻土酚酸类物质含量高于紫色土和红壤;对同一土壤不同区域而言,仁和区红壤的总酚和复合态酚平均含量和变异系数均明显高于盐源县,平均含量增幅分别为10.23%和20.51%。(4)植烟土壤酚酸类物质含量明显高于非植烟土壤,除土壤水溶性酚以及会东县土壤的苯甲酸、肉桂酸平均含量的最大值均在植烟年限为1～3 a的土壤外,该烟区土壤的酚酸类物质含量随植烟年限的增加呈增加趋势。(5)前茬未种植作物时(即冬闲),植烟土壤酚酸类物质含量较高,促进了酚酸类物质的累积;光叶紫花苕为前茬作物时,对植烟土壤酚酸类物质有一定的消解作用,降低了土壤中酚酸类物质的累积,尤其对总酚、复合态酚和对羟基苯甲酸的消减作用最为明显。总体上,海拔高度较低、种植年限较短、前茬作物为光叶紫花苕的红壤中酚酸类物质含量较低,因此在凉攀区,在红壤中种植光叶紫花苕这类绿肥可以消减植烟土壤酚酸类物质的累积。     

高通量测序技术下连作植烟土壤细菌群落与土壤环境因子的耦合分析

为了揭示连作条件下植烟土壤细菌群落结构及其与土壤环境间的响应关系,本研究采用了Illumina平台Hiseq2500高通量测序技术,对不同施肥处理(常规施肥,蚯蚓粪肥,微生物菌肥以及蚯蚓粪和微生物菌肥混合)的漯河烟区连作植烟土壤细菌进行16S rRNA V4区测序,结合冗余分析(redundancyanalysis,RDA)研究土壤细菌微生物的群落结构组成、多样性以及与土壤环境间的相关关系.结果表明,测序质控后共获得25 203个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs),计1 600 239条读数.分层聚类图显示,不同施肥处理的连作植烟土壤细菌群落有较大差异,但这种差异不体现在结构多样性上.多样性指数分析表明,连作植烟土壤细菌群落易受环境变化的影响,体现出一定的时间差异性;烤烟成熟期土壤丰度指数明显升高,微生物菌肥和蚯蚓粪肥处理下土壤细菌群落丰度变化较大.主成分分析表明,不同土壤环境因子间有很强的相关关系,可以将原有的11个土壤环境因子按照强正相关关系划分为4类;RDA结果表明,土壤pH既影响土壤细菌群落的多样性,又影响土壤细菌群落的丰度;而有机质主要对土壤细菌群落丰度有积极影响.研究结果为在微生物水平上研究连作植烟障碍的形成机理提供了依据.     

连作年限对植烟根际土壤化感物质积累的影响——以湖北黄棕壤烟田为例

为明确烤烟不同连作年限对土壤化感物质积累的影响,以湖北典型的植烟黄棕壤为例,采用甲醇提取–乙酸乙酯3次萃取-GC-MS检测方法,分析其根际土壤中化感物质的组成和含量。结果共检测出化感物质5类13种,其中邻苯二甲酸、对羟基苯甲醛和邻苯二甲酸二异辛酯等在以往植烟土壤研究中未见报道;化感物质含量随连作年限的延长呈增加趋势,与种植1 a相比,烤烟连作10 a后,邻苯二甲酸,苯甲酸,对苯二甲酸,邻苯二甲酸二异丁酯,邻、对二叔丁基苯酚含量和3-甲氧基-4-羟基苯甲醛的含量均增加10倍以上,从而可能降低烟叶产质量。     

马铃薯与玉米复合种植对土壤化感物质及土壤细菌群落结构的影响

为探究马铃薯与玉米复合种植对化感物质积累与细菌群落结构的影响,分析轮作、间作缓解连作障碍的机制,本研究以马铃薯连作、玉米连作、马铃薯||玉米间作、马铃薯-玉米轮作第8年的土壤为对象,利用GC-MS测定土壤中化感物质含量,并采用Illumina Miseq高通量测序技术对土壤细菌16Sr DNA V4-V5区域进行测序,分析土壤中细菌多样性和群落结构的变化,并对化感物质和优势菌属进行相关性分析。结果表明:玉米连作和马铃薯连作会导致化感物质的积累,玉米连作土壤积累了更多的油酸、亚油酸、花生酸、木焦油酸等脂肪酸,马铃薯连作土壤积累了更多的硬脂醇、二十烷醇等脂肪醇类物质。轮作降低了大部分化感物质的积累,间作降低的化感物质种类相对轮作较少。不同种植方式下土壤细菌群落结构发生了显著变化,相对于连作,间作和轮作Ace指数和Chao指数显著升高。在门水平上,轮作土壤放线菌丰度显著高于马铃薯连作土壤,间作土壤拟杆菌门丰度显著低于玉米连作土壤,两种连作土壤中酸杆菌门丰度都较轮作显著升高。在属水平上,一些有益细菌如节杆菌属、溶杆菌属等在复合种植土壤中相对丰度更高。通过相关性分析发现土微菌属、小梨形菌属与脂肪醇类物质呈显著正相关,黄杆菌属、溶杆菌属、微杆菌属等与脂肪酸类物质呈显著负相关。马铃薯与玉米复合种植降低了化感物质在土壤中的积累,从而抑制了土壤细菌丰度的降低,提高了有益菌属丰度,消减了连作障碍。     

不同滴灌带布设方式对苹果-大豆间作系统土壤化感物质与微生物的影响

为探究不同滴灌带布设方式对果农间作系统土壤酚酸类物质、酶活性和微生物分布特性影响，初步探明间作滴灌条件下，土壤酚酸类物质与土壤生物因子的相互关系。以晋西黄土区典型的苹果—大豆间作系统为研究对象，设置3种(L1、L2、L3)滴灌带间距，分析不同水分分布下土壤酚酸类物质、酶活性和微生物数量的空间分布变化，并在相关性基础上利用逐步回归模型，分析3个土壤因子之间的相互关系。结果表明：除苯甲酸和间苯三酚外，滴灌带间距对酚酸类物质分布影响显著(p<0.05),除过氧化氢酶外，滴灌带间距对酶活性、微生物数量分布有显著影响(p<0.05)。在垂直方向上，不同滴灌带布设方式使酚酸更多地分布在深层土壤，微生物数量和部分酶活性在L1、L2处理中随土层加深而先减后增；在水平方向上，不同滴灌带布设方式对土壤酚酸类物质、细菌和真菌分布影响与间作对照处理一致，随距树距离增加而增加。滴灌条件下，除对羟基苯甲酸外，酚酸类物质受脲酶、过氧化氢酶和放线菌的抑制作用显著，间作处理土壤酚酸总量较单作有所减少。L1处理土壤酶活性、微生物总量最高，L2处理土壤酚酸类物质累积量最低。其中L2处理在酚酸累积量最低的基础上，...     

塔里木河上游连作棉田土壤脲酶动力学特征与环境因子的相关分析

研究土壤酶学特征的变化对于探讨人类活动对土壤生态系统的影响具有重要的意义。以阿拉尔垦区4个不同连作年限棉田为研究对象,分析了各连作年限棉田不同土层深度土壤脲酶活性、动力学以及土壤理化因子特征,研究了土壤酶动力学特征及其与理化因子的对应关系。结果表明:阿拉尔垦区不同连作年限棉田脲酶活性随土层深度逐渐减弱,随着连作年限增加,0—20cm土层土壤脲酶活性呈先降低后升高趋势,20—50cm和50—80cm为先升高后降低再升高的变化规律;4个不同年限棉田土壤脲酶活性依次为:20a棉田15a棉田10a棉田5a棉田;各连作年限棉田脲酶酶促反应总趋势为随底物浓度增高反应初速度逐渐增大。5a,10a,15a,20a棉田V_9_(_(max)),V_(max)/Km值表现出明显的随年限增加而呈先升高后降低的变化趋势,而K_m值则显现出随连作年限增大脲酶与底物结合度越低的规律;相关性分析结果表明,V_(max)与速效磷、土壤含水量正相关,与电导率负相关,K_m与各土壤理化因子相关性不大,V_(max)/Km与速效磷、土壤含水量、pH值均呈正相关关系。总之,土壤酶动力学特征受速效磷、土壤含水量、pH值和电导率的影响较大。     

炭化烟草秸秆还田对连作植烟土壤及烤烟生长发育的影响

为了修复连作植烟土壤,丰富生物质炭在烟草生产中的生态学效应,加快烟草废弃物的综合利用,选择连作15 a、烟草青枯病发生严重的植烟土壤,通过大田试验,研究了炭化烟草秸秆对连作植烟土壤理化性状、微生物数量及烤烟生长发育的影响。结果表明,在连作植烟土壤中添加1 500 kg/hm~2炭化烟草秸秆,有利于改善土壤理化性质和养分状况,改变土壤微生物丰度,进而促进烤烟的生长,提高烟叶的产量,增加植烟的收益。     

烟草连作对土壤微生物多样性及酶活性的影响

对采自襄城县连作1a-8a的烟田土壤的微生物数量、细菌多样性和土壤中的蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶和进行了测定。结果表明:随着连作年限的增加,土壤细菌和放线菌数量呈明显下降趋势,而真菌数量变化表现出一定的滞后性,呈现升高—降低—升高—降低的波动;土壤细菌的Shannon指数、Simpson指数和McIntosh多样性指数整体呈下降趋势,仅在连作5a时出现一定的上升波动,与土壤细菌的分离培养结果相吻合;土壤蔗糖酶和淀粉酶活性先升高后降低,连作2a时达到最大值,当连作年限﹥3a时,酶活性变化不大,都处于较低水平;而土壤纤维素酶活性在连作1a-3a时便剧烈下降,连作年限﹥2a时,酶活性维持在较低的水平。烟草长期连作对土壤微生物的多样性和土壤酶活性的影响,不利于土壤生态系统的健康发展。图5,表1,参28。     

辣椒连作对土壤理化性状、植株生理抗性及离子吸收的影响

为研究辣椒连作对土壤理化性状及植株生长、抗氧化酶活性、渗透物质和离子含量等的影响,分别选取连续栽种辣椒1、4、6、8年的大棚土壤,并以麦田土壤为对照进行盆栽试验.结果表明,连作土壤有机质和全氮都明显高于对照土壤,连作土壤全磷、全钾及速效养分都有不同程度富集,大量元素高度富集,Mn含量下降,Cu含量明显增加,土壤出现酸化和盐渍化现象且随连作年限增加程度加大.连作土壤导致辣椒植株生长量减少,叶片中SOD、POD和CAT活性增强,MDA和渗透物质含量上升,地上部大量元素不同程度富集,Ca元素减少,而微量元素变化不明显.可见,辣椒连作使土壤理化性状变劣,进而影响植株正常生长,并且随连作年限增加影响程度进一步加大.     

连作植烟土壤具有显著积累特征的两种酚酸的化感效应评价

为科学评价连作植烟土壤中具有显著积累特征的两种酚酸的化感效应,丰富现有连作障碍机理,以烤烟品种K326为试验材料,基于前期田间实测结果设置不同浓度梯度(间苯三酚:0.20、1.00、5.00 mg·kg^-1,对羟基苯甲酸0.02、0.10、0.50 mg·kg^-1)进行盆栽试验。结果表明,两种酚酸物质均显著抑制了烤烟种子萌发。间苯三酚抑制了幼苗根系的生长,且浓度越大抑制作用越强;对羟基苯甲酸对幼苗根系生长的影响表现出“低促高抑”的浓度效应。随着间苯三酚浓度的增加,叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈上升趋势,而过氧化物酶(POD)活性呈下降趋势;随着对羟基苯甲酸浓度的增加,叶片SOD、CAT和POD活性均呈先升后降趋势。此外,两种酚酸物质均降低了烤烟幼苗叶片叶绿素含量,增加了丙二醛(MDA)含量。随着处理时间的延长,胁迫作用趋势相同。由此可知,间苯三酚和对羟基苯甲酸不同程度地抑制了烤烟幼苗的生长,且存在浓度效应。间苯三酚表现为抑制作用,浓度越高抑制作用越强;对羟基苯甲酸浓度≤0.10 mg·kg^-1时表现为促进作用,>0.10 mg·kg^-1时表现为抑制作用。对羟基苯甲酸较间苯三酚具有更强的生物毒性。本研究可以丰富植烟土壤连作障碍机理,为今后连作障碍调控提供理论依据。     

酚酸化合物对土壤酶活性和土壤养分的影响

研究了酚酸化合物对连作西瓜土壤酶活性和土壤养分的影响。结果表明,添加外源酚酸入土刺激了土壤酶活性,土壤过氧化氢酶活性、脲酶活性均比对照提高,土壤呼吸强度增加,施入酚酸化合物2周时,500.mg/kg浓度的苯丙烯酸和对羟基苯甲酸土壤呼吸强度分别比同期对照增加了22.5%和20.0%;处理4周时,750.mg/kg浓度的苯丙烯酸和对羟基苯甲酸脲酶活性分别比对照提高了34.4%和29.0%。苯丙烯酸和对羟基苯甲酸类酚酸化合物降低了土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量,有机质含量也降低,250.mg/kg苯丙烯酸处理2周时,碱解氮、速效钾、速效磷和有机质含量分别比对照降低了9.6%,18.4%,20.7%和11.0%。     

Liquid laccase production by Phomopsis liquidambari B3 accelerated phenolic acids degradation in long-term cropping soil of peanut

The accumulation of phenolic acids in soil is one of the main problems associated with continuous cropping of peanut. Although laccases secreted by fungi can efficiently transform phenolic acids, there are few reports on the use of these enzymes to bioremediate continuous cropping soil. Food waste and wheat straw are waste products; however, they could be used productively as resources for laccase production by the endophytic fungus Phomopsis liquidambari B3. We cultured Phomopsis liquidambari B3 in medium containing food waste as the main nitrogen source and wheat straw as the main carbon source. In order to study the effects of fermentation liquid on phenolic acid degradation, rhizosphere soil microbial communities and peanut seedling growth, the fermentation product, which had high laccase activity, was added to continuously cropped soil of peanut. The concentration of 4-hydroxybenzoic acid, vanillic acid, and coumaric acid in soil had decreased by 57.4, 52.5, and 49.4%, respectively, compared with no-treatment control during 28 days. Analysis of denaturing gradient gel electrophoresis profiles showed that the bacterial and fungal community structures in rhizosphere soil were affected by changes in the phenolic acids concentration. The biomass of peanut plants and the number of root nodules were increased 68.3% and 5.9-fold, respectively. These results showed that the laccase product reduced the accumulation of phenolic acids in soil, the decrease in phenolic acids concentration and the increase in certain dominant microorganisms promoted peanut seedling growth and nodulation. This technology provides a new strategy for bioremediation of continuous cropping soil, while simultaneously reducing waste and protecting the environment.     

烟-稻复种连作年限对土壤理化性状及烟叶产量与品质的影响

为探明长期烟-稻复种连作对烟田土壤理化性状及烟叶产量与品质的影响,在衡阳烟区烟-稻复种连作区采取了不同复种年限的土样和当季烟叶样品,检测了土壤p H值、有机质及速效养分含量、中微量元素含量以及烟叶产量和烟叶主要化学成分含量等指标的变化。结果表明,适度的烟-稻复种连作(≤7年)可较好的协调土壤p H值,不仅对烟叶产量和产值无显著影响,而且使烟叶中糖碱比和钾氯比协调合理,品质趋好。而当连作超过10年后,土壤明显酸化,烟叶产量、产值也显著下降,可考虑通过绿肥轮作、休耕等措施提升土壤质量。     

石灰和绿肥对不同种植制度植烟酸性土壤改良效果

为寻求酸性植烟土壤可持续改良方法,采用大田试验研究了石灰、石灰+绿肥在烤烟连作、烤烟与玉米轮作方式上对酸性植烟土壤物理特性、主要养分和酸度特征指标的影响,并分析了土壤pH与土壤理化指标的相关性。结果表明:在烤烟连作方式下,施用石灰并结合种植绿肥还田改良酸性土壤比单施石灰效果好,能使土壤容重、水解性酸、交换性酸、交换性氢和交换性铝分别降低11.97%,25.00%,18.46%,21.74%和16.67%,土壤孔隙度、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量、pH、阳离子交换量、盐基饱和度和土壤缓冲容量分别提高42.26%,57.02%,11.86%,16.39%,50.65%,5.97%,8.05%,13.17%和81.90%。施用石灰并结合种植绿肥对烤烟与玉米轮作方式的酸性土壤修复效果较烤烟连作更好,土壤容重、水解性酸、交换性酸、交换性氢和交换性铝可分别降低4.00%,20.51%,27.92%,10.00%和37.14%,土壤孔隙度、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量、pH、阳离子交换量、盐基饱和度和土壤缓冲容量可分别提高9.17%,13.97%,7.22%,12.06%,5.08%,5.15%,35.27%,15.44%和28.05%。石灰+绿肥协同改良酸性土壤的效果比单施石灰好,烤烟与玉米轮作较烤烟连作更有利于酸化土壤的修复。研究结果为采用石灰和种植绿肥还田改良酸性土壤提供了理论依据和实践指导。     

Soil properties characterization for land-use planning and soil management in watersheds under family farming

Environmental monitoring of small, rural watersheds was one of the components of the Natural Resources Management and Rural Poverty Alleviation Program (RS-Rural) in southern Brazil. The purpose of the monitoring was to assess the impact of promoting soil conservation and environment management practices adopted by farmers and funded by the Program. In four small monitored watersheds, in a total of 95 plots representing distinct land use and soil management, surface soil was collected to characterize ground-zero of the Program by determining several soil physical, chemical and microbiological properties. Principal component analysis (PCA) shows soil physical, chemical and biological properties were decisive in defining the agricultural soils in the rural watersheds with family farming. The sensitivity to chemical properties provides an opportunity to improve soil quality if soil management focuses on altering those properties. Soil management practiced by tobacco farmers leads to rapid, intense degradation of some natural soil properties, especially those related to the dynamics of soil organic matter, compared with more conservationist uses (forest, regrowth, and grassland). Thus, soil management must be reoriented to avoid the progress of degradation and recover soil physical and biological quality. Cover crops and by land-abandonment to allow natural vegetation are important management strategies for the degraded soils used for tobacco production, increasing soil organic matter, nutrients and microbial activity and thus allowing further crop production. In conclusion, watersheds with tobacco cropping have soils with lower quality than when under no-tillage grain production, requiring changes in land use and soil management.     

生物质炭对连作参地土壤肥力及微生物特性的影响

为分析生物质炭用于老参地土壤修复的可行性,本研究采用Biolog、高通量测序等技术研究了3种生物质炭对连作参地人参品质、土壤肥力、微生物群落结构与功能多样性变化的影响。结果显示,增施不同生物质炭均有助于两年生重茬人参生物量及总皂苷含量的积累。结合生物质炭对土壤性质的影响研究结果发现,不同生物质炭对土壤有效磷、有机碳含量具有稳定的提升效果,增幅分别为47.04%~237.73%、8.09%~38.71%。增施生物质炭促进了土壤微生物的代谢活性,增加了土壤对聚合物类、酚酸类、氨基酸类、羧酸类碳源的利用效率,其中以酚酸类物质为底物的功能微生物种群数量显著增加。高通量测序结果显示,老参地土壤细菌物种数、丰度与多样性均呈下降趋势,细菌优势门类减少,单个门类优势度上升。生物质炭处理下土壤中细菌丰度与多样性增加,调控了变形菌门、厚壁菌门、疣微菌门、芽单胞菌门的优势度,使其数量变化趋势趋向于新林土。上述分析表明,重茬人参生物量和品质的提高与生物质炭提升土壤中人参生长的关键肥力指标,促进微生物代谢,调控细菌群落结构变化趋势有关。综上,生物质炭对老参地土壤表现出良好的修复、改良作用,适量增施生物质炭有利于老参地土壤质量的调节与恢复。     

烤烟根际土壤化感物质因子分析及对烤烟经济性状的综合影响

  目的  通过分析烤烟根际土壤化感物质之间相互关系及与烤烟经济性状相关关系,为消减连作障碍配套研究提供理论参考。  方法  以云南省红河州泸西连作烤烟为供试材料,利用GC-MS检测根际化感物质,通过因子分析和典型相关分析,提取能够解释大部分变量的公因子,分析根际化感物质与烤烟经济性状的相关关系。  结果  烤烟根际检测并确定出13种根际土壤化感物质,因子分析提取3个公因子,第一因子为酚酸类物质,占有变量总方差的53.75%,对十四酸、莨菪亭、十七碳酸、亚麻酸具有高的正载荷,具有相似的变化趋势,相互之间呈正相关。第二因子为酸－酯－酰胺类因子,占变量总方差的19.27%,苯甲酸、香草醛、软脂酸、芥酸酰胺具有高的正载荷。第三因子为酚酯类因子,占变量总方差的11.78%,2,2′-亚甲基双-（6-叔丁基对甲苯酚）、邻苯二甲酸二辛酯具有高正载荷。简单相关和典型相关分析表明,根际化感物质不是单因子影响烤烟经济性状,是多因子综合影响,以第一因子为主要影响因素,具体表现为烤烟根际土壤十四酸、莨菪亭、十七碳酸和亚麻酸与单叶重和产值呈正相关,但与中上等烟叶比例呈负相关。  结论  烤烟根际化感物质对烟叶的影响是双向的,但增加单叶重和亩产值的正效应大于降低中上等烟叶单叶重的负效应。