伴生芹菜和紫背天葵对连作豇豆生长发育及根际土壤环境的影响

【目的】 豇豆连年种植易造成产量减少、品质下降,经济效益低。研究伴生芹菜和紫背天葵对连作豇豆生长发育及根际土壤环境的影响,旨在为缓解豇豆连作障碍提供理论依据。 【方法】 采用豇豆连作土壤进行盆栽试验,设三个处理为豇豆单作 (对照)、芹菜伴生豇豆、紫背天葵伴生豇豆。分析了不同处理豇豆生长指标、土壤微生物数量、土壤理化性质、叶绿素含量、抗氧化酶活性及产量。 【结果】 与单作相比,伴生芹菜处理显著提高了豇豆株高、茎粗、地上鲜重和地上干重 23.98%、9.07%、16.14%和16.00%;伴生紫背天葵处理其株高、茎粗与单作无显著差异,地上鲜重和地上干重则显著低于单作。伴生芹菜处理根际土壤放线菌数量最高,较单作处理显著增加了10.06%;真菌数量最低,较单作处理显著降低了41.51%;细菌数量和单作处理之间无显著差别;而伴生紫背天葵处理其放线菌、真菌和细菌数量与单作相比均无显著差异。伴生紫背天葵处理其土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性最高,与单作处理相比,土壤脲酶、蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶活性分别显著增加了7.07%、381.00%、21.63%和42.79%。伴生芹菜处理蔗糖酶、多酚氧化酶和酸性磷酸酶活性较单作处理分别显著增加了162.48%、30.75%和35.27%,而脲酶活性与单作处理相比无显著差别。与单作相比,伴生芹菜和紫背天葵分别提高豇豆根际土壤pH 0.98%、1.23%;同时二者分别显著降低土壤电导率9.48%、8.34%。伴生芹菜处理豇豆叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a + b含量均显著高于其他处理;而伴生紫背天葵处理与单作相比不存在显著差异。伴生芹菜处理豇豆根际土壤过氧化物酶 (POD)、谷胱甘肽还原酶 (GR) 和脱氢抗坏血酸还原酶 (DHAR) 活性最高,与单作相比,分别显著增加了16.20%、73.49%和17.76%;而过氧化氢酶 (CAT) 活性和单作处理之间不存在显著差异。伴生紫背天葵处理豇豆根际土壤CAT、GR活性相对于单作处理分别增加了97.12%、58.79%;POD、DHAR活性则与单作处理无显著差别。伴生芹菜和紫背天葵处理均能显著提升豇豆产量,前期分别增加了19.87%、19.61%,中期分别增加了18.22%、15.33%,后期分别增加了8.44%、12.70%。 【结论】 芹菜和紫背天葵伴生连作豇豆可以提高叶片抗氧化酶活性和根际土壤酶活性,改善根际土壤环境和微生物结构,且均能提高豇豆产量,有利于缓解连作障碍,其中以芹菜伴生处理效果较佳。      

蚓粪减轻苹果砧木平邑甜茶幼苗连作障碍的土壤生物学机制

【目的】有害真菌数量的增加是造成苹果连作障碍的主要原因。本文探讨了蚓粪对苹果连作障碍的防控效果以及作用机理。【方法】以苹果常用砧木平邑甜茶 (Malus hupeheusis Rehd.) 为试材进行了盆栽试验,供试土壤为棕壤,取自山东省泰安市25年的红富士老果园。以连作土壤为对照 (CK),设灭菌连作土壤 (TM)、连作土壤施用蚓粪 (YF)、连作土壤施用灭菌蚓粪 (MYF) 共4个处理。幼苗生长一年后,测定平邑甜茶生物量、根系相关指标,分析土壤可培养微生物类群及土壤酶活性。【结果】与连作土壤CK相比,蚓粪(YF)和灭菌蚓粪 (MYF) 处理的平邑甜茶植株干重显著提高了351.1%和348.2%;蚓粪处理 (YF) 和灭菌蚓粪 (MYF) 处理都显著促进了平邑甜茶植株根系的生长,提高了植株根系的抗氧化酶活性和根系呼吸速率,两个处理间无明显差异;YF处理土壤细菌、放线菌数量分别增加了107.8%和97.7%,真菌数量减少了17.1%。实时荧光定量PCR结果显示,施入蚓粪后 (YF) 连作土壤中尖孢镰刀菌的数量下降了51.0%,MYF处理的尖孢镰刀菌数量降低了57.6%,YF和MYF两个处理间无显著差异;YF处理的土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别比CK提高了97.9%、540.9%、213.1%和109.4%。【结论】在连作土壤上添加蚓粪或灭菌蚓粪,均可显著增加土壤中细菌和放线菌数量,降低真菌特别是尖孢镰刀菌数量,改善连作土壤微生物环境,进而减轻苹果连作障碍带来的危害,提高土壤酶活性,促进植株根系健康生长,提高平邑甜茶幼苗的生物量。     

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。      

3 种作物幼嫩茎叶干粉对连作辣椒幼苗生长及根际土壤生物特性的影响

【目的】探究3种作物幼嫩茎叶干粉施入对连作辣椒幼苗生长及根际土壤的影响,旨在寻找一种安全有效的缓解辣椒连作障碍的方式。【方法】以线椒‘辛香8号’为供试作物,在江西农业大学生态园蔬菜试验基地进行了盆栽试验。供试土壤取自江西省农业科学院试验基地辣椒连作5年的土壤,将芥菜、大麦苗和芹菜的幼嫩茎叶烘干粉碎后,用于处理连作土壤。设置4个处理,以不加任何作物幼嫩茎叶干粉的连作土为对照 (CK),按1∶50 (干重) 添加芥菜粉 (M)、大麦苗粉 (B) 和芹菜粉 (C)。定植30天后,测定辣椒叶绿素含量和光合效率,测量植株生长状况及生物量,并分析了土壤微生物种群数量。【结果】与CK相比,3个处理均能够促进辣椒幼苗的生长发育。其中以M和B处理效果最好,定植30 天时辣椒株高、茎粗、生物量以及壮苗指数均高于对照;同时3个处理可以促进辣椒根系生长,与对照相比,辣椒根系长度、根系表面积以及根系体积存在显著差异。处理后辣椒叶片PSⅡ最大量子产量 (Fv/Fm)、PSⅡ实际量子产量[Y (Ⅱ) ]和光化学淬灭系数 (qP) 均有所提高,但3个处理对非化学淬灭系数 (NQP) 影响不大。M处理的辣椒叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a + b含量均高于其他处理,较对照分别增加了25.3%、45.4%和30.6%。3个处理均能够提高辣椒土壤pH值,分别比CK提高了27.6%、24.5%和25.4%。3个处理均能增加土壤放线菌、细菌和总菌数量,其中放线菌数量比CK增加了71.9%、73.8%和67.5%,细菌数量比CK增加了1.18%、55.5%和30.4%,总菌数量比CK增加了4.55%、57.1%、33.9%。3个处理均能降低土壤真菌数量,降幅分别为69.8%、68.1%和75.8%。3个处理均能显著降低土壤电导率,分别比CK降低了44.2%、35.1%和48.0%。处理后的辣椒土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性显著提高,但土壤脲酶活性要显著低于对照。【结论】3种作物干粉处理均能促进连作辣椒的生长发育,提高土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性,增加土壤细菌和放线菌数量,降低真菌数量,有助于改善土壤环境和微生物结构,其中以芥菜粉处理效果最佳。     

氟磺胺草醚对大豆根际土壤微生物和酶活性的影响及其在根际的降解

【目的】 本研究旨在探讨不同浓度氟磺胺草醚在大豆根际土壤中的微生态效应,及其在根际土壤中的降解动态,为进一步研究除草剂的残留污染提供科学依据。 【方法】 以中黄13号大豆为材料,采用根箱进行了模拟栽培试验。设施用氟磺胺草醚3.75 mg/kg (低)、7.5 mg/kg (中)、18.75 mg/kg (高) 3个水平,以不添加氟磺胺草醚处理为对照,调查了大豆根际土壤细菌、真菌、放线菌数量,分析了根际土壤中过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶、蔗糖酶4种酶活性,以及氟磺胺草醚在大豆根际土壤中的降解规律。 【结果】 低浓度氟磺胺草醚处理的大豆根际土壤细菌数量显著低于对照根际土壤 (P < 0.05),高浓度氟磺胺草醚处理在28 d时显著高于对照 ( P < 0.05);中浓度氟磺胺草醚处理与对照没有显著性差异。不同浓度氟磺胺草醚处理的大豆根际土壤真菌和放线菌数量与对照差异不显著。氟磺胺草醚处理的大豆根际土壤过氧化氢酶活性与对照没有显著差异;磷酸酶活性在取样初期略有降低;低浓度氟磺胺草醚处理的土壤脲酶活性显著降低,中浓度和高浓度处理对脲酶活性表现为先刺激后抑制;高浓度氟磺胺草醚处理的蔗糖酶活性在42 d和56 d时显著低于对照。高浓度氟磺胺草醚降解速率明显高于低浓度和中浓度,并且在试验初期降解迅速;3种浓度氟磺胺草醚在大豆根际土壤中的降解均符合一级动力学方程,降解半衰期由低浓度到高浓度逐渐变短。 【结论】 3种浓度氟磺胺草醚总体上降低大豆根际土壤中细菌的数量,而对大豆根际土壤真菌和放线菌的数量均没有显著影响。氟磺胺草醚对大豆根际土壤过氧化氢酶活性没有显著影响,在短期内对磷酸酶活性有一定程度的抑制作用,低浓度氟磺胺草醚可以显著降低大豆根际土壤脲酶活性,而高浓度氟磺胺草醚在试验后期可以显著抑制大豆根际土壤蔗糖酶活性。大豆根际土壤中氟磺胺草醚初始浓度越高,降解速率越快,半衰期越短。      

间作分蘖洋葱对番茄氮素吸收和根际土壤微生物多样性的影响

  【目的】  间作分蘖洋葱能缓解番茄连作障碍,提高番茄养分吸收。本研究通过解析间作分蘖洋葱条件下番茄根际土壤中氮吸收和微生物多样性的变化,旨在揭示间作对番茄氮营养改善的生物学机制。  【方法】  设计田间和盆栽两个试验,田间试验设番茄单作、分蘖洋葱(农安)与番茄间作和分蘖洋葱(五常)与番茄间作共3个处理,测定番茄的生长指标、氮吸收量及产量,阐明间作对番茄养分吸收、分配及产量的影响。盆栽试验设番茄单作、分蘖洋葱(五常)单作、分蘖洋葱与番茄间作及无苗对照等4个处理。对番茄及分蘖洋葱的根际土壤中铵态氮、硝态氮含量及土壤酶活性测定,并采用Miseq高通量测序技术分析土壤细菌和真菌多样性变化,旨在阐明间作对根际土壤养分环境的影响。  【结果】  1) 间作后,番茄株高显著增加,番茄产量提高了8.49%～16.92%。2) 间作分蘖洋葱两品种番茄各测定指标表现为相似的变化规律。间作60天,番茄干重显著增加,间作后番茄干物质向根分配指数降低,而向地上分配指数增加,其中向茎叶分配指数降低,而向果分配指数增加。间作90天,均显著提高了氮养分向根和茎分配,而降低了氮养分向叶中分配。3) 间作37天后,番茄根际土壤中铵态氮含量显著增加,硝态氮含量显著降低,间作改变土壤铵态氮和硝态氮比例,促进了番茄的氮吸收。番茄根际土壤中脲酶和脱氢酶活性显著高于单作和无苗对照,间作分蘖洋葱根际土壤脱氢酶活性显著高于单作和无苗对照。4)间作分蘖洋葱处理提高了放线菌纲、拟杆菌纲 、黄杆菌纲、绿菌纲、绿弯菌纲、厌氧绳菌纲、异常球菌纲、芽孢杆菌纲、梭菌纲、柔膜菌纲、浮霉菌纲、α-变形菌纲、丰佑菌纲的丰度,其中间作分蘖洋葱提高了番茄根际土壤芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)等细菌的相对丰度。间作提高了番茄根际土壤青霉菌属(Penicillium)、曲霉菌属(Aspergillus)和毛壳菌属(Chaetomium)等真菌的丰度,但却降低了散囊菌属(Eurotium)和梭孢壳属(Thielavia)的丰度。间作番茄根际土壤微生物菌群结构的改变可能是促进番茄氮养分吸收的关键因素之一。  【结论】  间作两种分蘖洋葱均增加了番茄株高和干重,间作提高了番茄的氮吸收量和产量,降低了氮养分向叶中分配,而升高了氮养分向根和花果中分配,提高氮的利用。同时,间作分蘖洋葱通过改变番茄根际土壤细菌和真菌菌群结构,改善了土壤氮有效性,促进了番茄的氮吸收,为番茄产量的提高奠定了营养基础。     

生物炭配施有机肥可改善土壤环境并减轻苹果连作障碍

【目的】 苹果连作障碍是制约苹果产业可持续发展的重要因素之一。研究生物炭复合有机肥混合处理对连作条件下平邑甜茶幼苗生物量、根系呼吸速率、根系指标和土壤环境的影响,探讨生物炭复合有机肥对苹果连作障碍的防控效果,为老果园改造提供理论依据。 【方法】 盆栽条件下,以苹果常用砧木—平邑甜茶为试材,设计了连作土壤 (CK)、连作土用溴甲烷熏蒸处理 (F)、连作土 + 2%有机肥 (OF)、连作土 + 2%生物炭 (B)、连作土 + 2%有机肥 + 2%生物炭 (BOF) 5个处理。采用常规方法测定了不同处理对平邑甜茶幼苗生物量、根系呼吸速率、根系指标及土壤酶活性的影响,用Illumina MiSeq 2 x 300 bp平台和实时荧光定量PCR测定了不同处理土壤中真菌群落结构和尖孢镰刀菌数量。 【结果】 生物炭、有机肥以及二者复合施用,均可提高平邑甜茶幼苗的生物量,三种处理的根系呼吸速率分别是对照的1.3、1.2和1.5倍;经生物炭、有机肥或二者复合处理后,幼苗总根长、根体积以及表面积虽然不如F处理的效果好,但是也明显高于连作土对照,其中BOF处理效果最好,分别是对照的2.3、4.8和3.4倍;三种处理还可增强土壤酶活性,其中以生物炭复合有机肥效果最佳,土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性分别为对照的2.1、2.9和2.9倍;三种处理不同程度地改善了连作土壤真菌群落结构,生物炭复合有机肥对土壤真菌丰富度和多样性的提高效果最为显著,与其他三个处理差别明显;溴甲烷灭菌、生物炭配施有机肥处理土壤中尖孢镰刀菌基因拷贝数均显著低于连作土,说明连作土壤中以尖孢镰刀菌为主的有害真菌数量明显减少。 【结论】 施用生物炭复合有机肥相比于单施生物炭或者有机肥,能更好地提高连作条件下平邑甜茶幼苗的生长发育,增强土壤酶活性,二者配施明显优化了土壤真菌群落结构,降低了土壤中尖孢镰刀菌基因拷贝数。因此,施用生物炭复合有机肥这一综合措施能更好地防控苹果连作障碍。      

红壤旱地玉米开花期土壤酶活性对长期施肥的响应

【目的】 长期施肥条件下,土壤酶活性与土壤养分周转和作物生长密切相关,因此,研究驱动土壤速效氮磷钾养分和作物养分吸收的关键土壤酶活性因子十分重要。 【方法】 基于始于1986年的红壤旱地长期施肥定位试验,于试验进行31年时的早玉米开花期 (2017年6月18日) 采集不施肥 (CK)、氮磷钾化肥 (NPK)、两倍氮磷钾化肥 (2NPK)、氮磷钾化肥配施有机肥 (NPKM)、单施有机肥 (OM) 5个处理的土壤样品,分析土壤蔗糖转化酶 (INV)、脱氢酶 (DEH)、纤维素酶 (CEL)、脲酶 (UR)、多酚氧化物酶 (PHOX)、酸性磷酸酶 (ACP) 和β-葡萄糖苷酶 (BG) 的变化规律,并利用冗余分析 (RDA) 探讨了驱动红壤旱地速效养分和玉米氮磷钾含量的关键土壤酶活性因子。 【结果】 与CK处理相比,施肥可以显著增加红壤旱地的土壤酶活性,且以NPKM处理的土壤酶活性最高。NPKM处理下INV、DEH、UR、PHOX、ACP和BG活性分别比OM处理增加了13.7%、13.5%、10.6%、10.5%、5.6%和13.4%,比2NPK处理增加了32.4%、112.2%、22.8%、33.3%、27.6%和50.4%。但是,在氮磷钾化肥用量之间,呈现出2NPK处理的CEL和UR活性显著高于NPK处理 (增幅为26.0%和50.6%),而INV、DEH、PHOX、ACP和BG均无显著差异。土壤pH、有机碳、速效氮磷钾和植株氮磷钾含量也呈现出NPKM处理显著高于其他处理的规律。RDA结果表明,INV、CEL和UR是影响土壤速效氮磷钾和植株养分含量的关键酶活性因子 (R2 > 0.90, P < 0.001)。 【结论】 在红壤旱地上,玉米开花期土壤酶活性对不同施肥处理的响应规律不同,其中有机无机肥配施更有利于提高土壤酶活性,且纤维素酶和脲酶活性对氮磷钾化肥用量改变的响应比较敏感。土壤蔗糖转化酶、纤维素酶和脲酶可以作为关键酶活性因子表征玉米开花期红壤旱地的养分周转和迁移。      

间作对分蘖洋葱与番茄根际土壤磷转化强度及磷细菌群落结构的影响

【目的】间作分蘖洋葱能缓解番茄连作障碍,提高番茄养分吸收。本试验主要研究间作后分蘖洋葱和番茄根际土壤中磷细菌群落结构及活性的变化,以揭示该间作体系磷细菌改善作物磷营养的生物学机制。【方法】盆栽试验选用茄科连作8年的设施土壤,番茄品种为‘东农708’,分蘖洋葱品种为‘五常红旗社’。设番茄单作、分蘖洋葱单作、分蘖洋葱与番茄间作及无苗对照等4个处理。在定植23 d、30 d和37 d取样,测定植株干重及磷浓度。同时用抖根法取番茄和分蘖洋葱根际土,测定土壤中磷细菌数量及磷细菌的转化强度。采用PCRDGGE方法测定磷细菌的群落结构。【结果】1)间作后,番茄地上和地下干重增加,分蘖洋葱地上和地下干重减少,在37 d差异达到显著水平。2)间作后,番茄根际土壤中无机磷和有机磷细菌的数量增加,在23 d和37d差异达到显著水平;分蘖洋葱根际土壤中无机磷细菌数量在23 d时显著降低,有机磷细菌数量在间作37 d时显著升高。间作期间分蘖洋葱和番茄根际土壤中无机磷和有机磷细菌的数量均显著高于无苗对照。间作23d时,番茄根际土壤中无机磷和有机磷细菌的转化强度均显著升高,分蘖洋葱根际土壤中无机磷和有机磷细菌的转化强度均显著降低;而间作37 d时,分蘖洋葱根际土壤中无机磷和有机磷细菌的转化强度均显著升高,且间作期间番茄和分蘖洋葱根际土壤中无机磷和有机磷细菌的转化强度均显著高于无苗对照。3)间作37 d番茄和分蘖洋葱根际土壤pH显著升高,EC值显著降低,且各处理土壤pH均高于无苗对照,土壤EC值均低于无苗对照。间作30 d时番茄根际土壤中速效磷含量显著升高,间作37 d时显著低于单作。间作期间分蘖洋葱根际土壤速效磷含量变化不显著,番茄根际土壤速效磷含量均低于无苗对照,而分蘖洋葱均高于无苗对照。间作后番茄植株磷浓度和磷吸收量显著高于单作处理,分蘖洋葱植株磷浓度显著高于单作处理,而磷吸收量显著低于单作处理。4)间作后番茄根际土壤中无机磷细菌的条带数、香农多样性指数和均匀度指数显著高于其单作处理,而间作分蘖洋葱显著低于其单作处理。间作后番茄根际土壤中有机磷细菌的条带数、香农多样性指数和均匀度指数前期显著高于单作番茄,后期显著低于单作。而间作分蘖洋葱与对应单作比较差异不显著。【结论】间作分蘖洋葱通过改变番茄根际土壤中磷细菌数量和群落结构,提高了磷细菌的转化强度,增加了番茄根际土壤中速效磷含量,促进植株磷浓度和磷吸收量增加,改善了番茄磷营养。     

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。      

施氮和燕麦/箭筈豌豆间作比例对系统干物质量和氮素利用的影响

【目的】 本研究于大田试验条件下探究了燕麦 (Avena sativa L.)/箭筈豌豆 (Vicia sativa L.) 间作系统饲草干物质产量、土地当量比 (LER) 及氮素吸收利用等对施氮和不同间作比例的响应,以期为该地区多元化粮改饲种植模式的建立提供理论依据。 【方法】 大田试验于2012年在兰州大学庆阳黄土高原试验站进行,设不施氮 (N₀) 和施氮N 46 kg/hm2 (N₄₆) 两个氮水平,在每个氮水平下各设7个燕麦与箭筈豌豆间作比例 (1∶0、4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4和0∶1)。于箭筈豌豆的花期和乳熟期,测定并分析了饲草的干物质产量、土地当量比及吸氮量;在花期,分析测定了箭筈豌豆的生物固氮量;在箭筈豌豆的乳熟期,分析了不同间作比例下间作系统的氮肥偏生产力 (PFP_N)。 【结果】 生长至第60 d (花期) 和第90 d (乳熟期) 时,N₄₆水平下系统的平均干物质总产量较N₀水平分别提高了31.6%和24.2%;N₀水平下系统的干物质产量分别在2∶1和1∶0下达到最大值,较箭筈豌豆单作分别提高了102.5%和107.9%,N₄₆水平下分别在1∶1和4∶1下最大,较箭筈豌豆单作分别提高了103.5%和111.1%。生长至花期 (第60 d) 时,N₀水平下间作系统的LER值均大于1,生长至乳熟期 (第90 d) 时,N₄₆水平下除4∶1外均小于1。施氮后箭筈豌豆的生物固氮量降低了50.6%,燕麦的吸氮量占比平均增加了17.2%。4∶1间作比例下系统的氮肥偏生产力 (PFP_N) 最大。无论施氮与否,燕麦相对于箭筈豌豆的氮素营养竞争比率 (CR_OV) 在4∶1间作比例下均达到最大值,之后随着箭筈豌豆种植比例的增加而呈降低趋势。 【结论】 施氮提高了间作系统中燕麦的吸氮量占比和体系干物质总产量,但降低了箭筈豌豆的固氮量。在4∶1间作比例下,系统具有较高的作物产量、土地当量比和氮肥利用效率。      

燕麦花生间作系统作物氮素累积与转移规律

【目的】 研究燕麦‖花生间作系统中燕麦和花生的地上部干物质和氮素积累、花生根瘤固氮酶活性、固氮量及花生向燕麦的氮素转移量,明确间作花生固氮特性及花生向燕麦的氮素转移规律,进一步探索间作体系下氮素的循环机理。 【方法】 本研究在大田不施用氮肥的试验条件下,通过采用随机区组试验设计的方法,设置不同种植模式 (燕麦单作、花生单作、燕麦‖花生间作),采用传统挖根法和15N同位素标记法探索燕麦与花生的干物质积累量和氮素积累量,花生根瘤的生物固氮效率以及花生体内氮素向燕麦的转移规律。 【结果】 与单作燕麦相比,燕麦‖花生间作体系下,燕麦的地上部干物质量和氮素积累量均显著增加 (P < 0.05)。随着生育时期的推移,燕麦的地上部干物质量和氮素积累量在单作和间作模式下均呈现逐渐增加的趋势,成熟期达到最大值。成熟期,间作燕麦地上部干物质积累量比单作两年平均增加了40.6%,地上部氮素积累量平均增加了49.0%。间作花生的地上部干物质积累量与单作相比呈下降趋势,生育前期差异不显著,到成熟期,间作花生的干物质积累量两年平均比单作下降了20.6% ( P < 0.05)。开花结荚期间作花生的根瘤数和根瘤重比单作两年分别降低了21.3%和16.8%,单位质量的固氮酶活性平均降低了26.2% ( P < 0.05)。2011年和2012年,虽然在生理成熟期间作花生的固氮效率与单作相比分别提高了10.3%和37.1%,但花生生物固氮量分别降低了52.3%和26.3% ( P < 0.05)。2012年间作花生向燕麦的氮素转移率达到21.4%,转移氮量为15.3 mg/株。 【结论】 燕麦‖花生间作显著降低了开花结荚期花生单位质量的根瘤固氮酶活性,但提高了成熟期花生的固氮效率,促进了花生固氮能力的发挥,且在燕麦和花生共生期内,花生体内氮素可以转移到燕麦,从而增加了燕麦对氮素的吸收利用,实现地上与地下的相互调节和促进作用,因而,燕麦‖花生间作是东北农区农田生态系统优化氮素管理的重要途径之一。      

矿山生态型水蓼对施用猪粪土壤中磷的吸取净化效果

【目的】 针对猪粪不合理利用导致土壤中磷过剩和磷流失的突出问题,明确磷富集植物矿山生态型水蓼 (Polygonum hydropiper) 对施用猪粪土壤磷的吸取净化效果,为高效提取施用猪粪土壤中的过量磷,降低磷素的流失风险提供科学依据。 【方法】 采用微区模拟试验,根据农田磷肥安全用量 (< 200 kg/hm2),设1、2、3 kg/m2共3个猪粪用量,以不施猪粪为对照 (CK),共4个处理,每处理3次重复。在矿山生态型水蓼收获期 (移栽后3个月) 采集植物地上部,采用微波消解仪 (CEM MARS5, USA) 消解—全自动间断化学分析仪 (AQ2, UK) 测定植株磷含量,分析矿山生态型水蓼对猪粪处理土壤中磷的富集能力。在矿山生态型水蓼移栽前和收获后按5点采样法分别采取0—20 cm和20—40 cm土层土壤样品,测定土壤样品中的水溶性磷和有效磷含量,分析种植矿山生态型水蓼前后猪粪处理土壤中易溶性磷含量的变化情况。 【结果】 不同用量猪粪处理下,矿山生态型水蓼地上部生物量较不施猪粪处理分别显著增加了18.4、24.6和42.0 g/株,最大时高达不施猪粪处理的2.16倍。各猪粪处理矿山生态型水蓼地上部磷含量显著高于不施猪粪处理,较不施猪粪处理分别增高了0.60、0.91和1.49 g/kg,最高为施猪粪处理的1.53倍。矿山生态型水蓼地上部磷积累量随猪粪用量的增加而显著增大,较不施猪粪处理分别增加了P 84.0、124和236 mg/株,最高为不施猪粪处理的3.32倍。各处理下,种植矿山生态型水蓼后0—20 cm土层中的水溶性磷和有效磷含量与种植前相比均显著降低,水溶性磷含量降低了74.9%～81.5%,有效磷含量降低了48.9%～60.0%;20—40 cm土层的水溶性磷和有效磷含量均无明显变化。 【结论】 种植矿山生态型水蓼能显著减少表层土壤中水溶性磷和有效磷量,高效吸取净化猪粪带入土壤中磷。因此,在高磷含量的土壤上种植、收获矿山生态型水蓼,是降低土壤磷素流失风险的有效生物手段。      

氮肥运筹对南方双季晚粳稻产量及品质的影响

【目的】 近年来“籼改粳”是我国南方双季稻区水稻产量及品质提高的有效措施之一,但何种氮肥运筹能使籼粳杂交稻在晚稻季中同步达到高产和优质目前还不清楚,需要进一步研究。 【方法】 2016—2017年,选用籼粳杂交稻甬优1538为晚稻材料,在总纯氮量255 kg/hm2条件下,设置基蘖穗肥比分别为6∶2∶2 (A)、4∶2∶4 (B)、2∶2∶6 (C) 三种氮肥运筹的比例 (穗肥于倒3叶期一次性施用),并在基肥和分蘖肥分别占总施氮量40%和20%下,设置穗肥于倒4叶、倒2叶期两次均施 (B₁) 和基蘖穗粒肥比为4∶2∶2∶2 (B₂)。收获后,调查分析了晚粳稻产量和品质。 【结果】 与B处理相比,A和C处理产量分别降低1.9%～4.8%和4.9%～16.8%,而B₁和B₂处理产量分别增加1.2%～3.2%和3.8%～12.5%。B、B₁和B₂处理总干物质量均显著高于A和C处理 (P < 0.05),特别是在抽穗–成熟期阶段干物质量的积累优势突出,而B ₁处理高效叶及有效叶的叶面积指数大和B₂处理灌浆结实期剑叶SPAD值高分别是二者在灌浆结实期干物质生产能力强的主要原因。随着基肥比例的降低,加工品质、蒸煮与食味品质和营养品质变优,但外观品质和RVA谱变劣。此外,同一基蘖肥施用比例下,稻米加工品质和蒸煮与食味品质表现为B₂ < B ₁ < B,外观品质和RVA谱特征值表现相反的变化规律,而营养品质表现为B ₂ > B > B ₁。 【结论】 在本试验条件下,采用基蘖穗粒肥比为4∶2∶2∶2的氮肥运筹晚粳稻产量表现最好,采用基蘖穗肥比为4∶2∶4时可兼顾水稻高产和优质,其中穗肥二次均施的氮肥运筹表现优于穗肥一次施用。      

八宝景天–柑橘间作降低柑橘根际土壤镉含量以减少对镉的吸收

  【目的】  超富集植物与经济作物间作是实现重金属污染农田边生产边修复的有效措施。为此，研究八宝景天 (Hylotelephium spectabile) 和柑橘间作对柑橘重金属吸收累积的影响，为柑橘生产提供安全、经济有效的栽培措施。  【方法】  以早熟和晚熟柑橘、八宝景天为试材进行盆栽试验，以全Cd含量为0.92 mg/kg的污染土壤和0.06 mg/kg的清洁土壤为供试土壤。分别设置早熟和晚熟柑橘单作、八宝景天单作、早熟和晚熟柑橘–八宝景天间作和柑橘–八宝景天限制性间作，共7个处理，限制性间作采用半透膜根际袋将八宝景天和柑橘根系分开。在植株生长74天 (7月) 和218天 (12月)时采样，调查植株生物量和Cd含量，分别测定根际土壤全Cd和有效态Cd含量。  【结果】  与柑橘单作相比，与八宝景天间作柑橘的叶片Cd含量降低了26.7%，与清洁土壤种植的柑橘叶片Cd含量 (0.011 mg/kg) 相近。间作条件下，柑橘根际土壤中全Cd含量由0.92 mg/kg降低至0.75 mg/kg，有效态Cd含量由单作处理的0.82 mg/kg降低至0.78 mg/kg，低于柑橘单作处理；柑橘–八宝景天间作柑橘根际土壤中全Cd的减少量是柑橘–八宝景天限制性间作柑橘根际土壤全Cd减少量 (6.52%) 的2.83倍。柑橘–八宝景天间作中八宝景天对土壤Cd的年提取量、年去除率分别达1.40 mg/pot、3.34%，与其单作 (1.50 mg/pot、3.73%) 相比，去除效率降低了10.6%，其主要原因是间作降低了八宝景天的生物量。  【结论】  尽管柑橘–八宝景天间作影响八宝景天对镉的去除效率，但显著降低了柑橘根际全Cd和有效态Cd含量，进而将柑橘叶片Cd含量降低到与清洁土壤下近似的水平，实现了边修复边安全生产的目标，因此，柑橘–八宝景天间作可作为中低度Cd污染农田土壤修复的重要生物措施。     

潮土CaCl2-P含量对磷肥施用的响应及其淋失风险分析

【目的】 土壤有效磷 (Olsen-P) 与可溶性磷 (CaCl₂-P) 含量之间存在着平衡,研究磷肥施用量对潮土CaCl₂-P和Olsen-P及其比值的影响,评价磷素的淋失风险,可为潮土区合理利用养分资源、减少磷肥投入和流失提供理论依据。 【方法】 选择长期定位监测基地的5个处理 (对照、NPK、预备处理、NPKM和1.5NPKM处理,简称OP1、OP2、OP3、OP4、OP5),5个处理的土壤Olsen-P含量存在显著差异 (0.8、12.5、25.7、44.7、56.4 mg/kg),据此在每个处理上再设置5个施磷量水平 (F0、F1、F2、F3、F4),试验采取微区形式,随机区组设计,种植作物为夏玉米–冬小麦双季轮作。作物收获后,采集土壤样品,测定土壤Olsen-P和CaCl₂-P含量,建立Olsen-P和CaCl₂-P之间的定量关系。 【结果】 土壤CaCl₂-P含量为0.07～2.68 mg/kg,约为Olsen-P含量的0.5%～5.6%。短期高量磷肥施用可以显著提高土壤Olsen-P和CaCl₂-P含量,但土壤Olsen-P和CaCl₂-P的增加不同步。当土壤Olsen-P低于28.0 mg/kg时,CaCl₂-P/Olsen-P比值随着Olsen-P的增加而降低,当Olsen-P增加至28.0 mg/kg后,CaCl₂-P/Olsen-P比值随着Olsen-P的增加迅速增加,这表明磷肥施用首先提高土壤Olsen-P含量,Olsen-P增长到一定程度后CaCl₂-P才迅速增加。土壤CaCl₂-P和Olsen-P的关系符合双直线模型,突变点时土壤Olsen-P含量为30.2 mg/kg,对应的CaCl₂-P含量为0.3 mg/kg。当土壤Olsen-P含量超过30.2 mg/kg时,土壤磷素淋失风险增加。 【结论】 高量磷肥施用可以提高土壤CaCl₂-P含量,促进作物对磷的吸收,但同时增加了土壤磷素的淋失风险。研究区土壤磷素淋失临界值为30.2 mg/kg,微区试验中超过50%的小区土壤Olsen-P含量已经超过磷素淋失临界值,存在磷素淋失风险,应加强农田磷肥的科学施用和管理。      

不同磷水平下小麦蚕豆间作对根际有效磷及磷吸收的影响

【目的】探明不同磷水平下小麦–蚕豆间作对根际有效磷含量及作物磷吸收量的影响,提高磷肥利用率。【方法】2015—2016和2016—2017两季田间试验在云南农业大学试验基地耕作红壤上进行,供试小麦品种为云麦-52,蚕豆品种为玉溪大粒豆。设施P2O5 0 (P0)、45 (P45)和90 kg/hm^2 (P90)三个水平,和单作(M,包括小麦单作MW和蚕豆单作MF)和间作(I)两种种植模式。每季在小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,蚕豆分枝期、开花期、结荚期、籽粒膨大期、收获期采取根际土样测定有效磷含量。在小麦蚕豆收获期测定单、间作小麦、蚕豆产量,并测定作物地上部磷含量。计算土地当量比(LER)来衡量间作优势,并用磷肥农学利用率来反映磷肥的吸收效率。【结果】与单作相比,在P0、P45、P90水平下,2016年间作种植显著提高了小麦籽粒产量12.5%、21.7%和17.3%,2017年间作蚕豆产量较单作分别降低了16.8%、11.7%和8.2%。三个磷水平下,小麦–蚕豆间作具有产量优势,土地当量比(LER)为0.95~1.18。与常规施磷水平(P90)下的单作相比,小麦–蚕豆间作条件下,磷肥减施1/2 (P45)并未降低小麦和蚕豆产量。间作种植对小麦根际有效磷含量无显著影响(除2016年成熟期外),但2017年,在蚕豆分枝期、开花期、结荚期,间作则分别降低蚕豆根际有效磷含量20.8%、44.5%和18%。与P90单作相比,间作P45处理几乎不会降低小麦、蚕豆根际有效磷含量。小麦、蚕豆磷吸收量主要受磷水平的调控,种植模式对小麦和蚕豆磷的吸收量及磷肥农学利用率均没有影响。【结论】在本试验条件下,小麦–蚕豆间作提高了小麦籽粒产量,降低了蚕豆产量;间作种植主要是改变了蚕豆生育前期根际有效磷含量,但对作物的磷吸收量没有影响。小麦–蚕豆间作具有减施磷肥、维持作物产量和根际土壤有效磷的潜力。     

施肥对中国农田土壤微生物群落结构与酶活性影响的整合分析

【目的】 施肥能直接或间接改变农田生态系统的养分平衡,从而影响土壤的物理、化学和生物学特性。本研究探讨不同种植制度和土壤条件下施肥对农田土壤生物学特性的影响程度,为合理施肥和土壤肥力提升提供科学依据。 【方法】 通过收集近10年 (2008—2018年) 来发表的文献,建立了包含185组微生物量及群落结构等相关内容的数据库。采用整合分析方法(Meta-analysis),定量分析了施肥对土壤微生物量、群落结构以及酶活性的影响。 【结果】 与不施肥相比,施肥显著提高了土壤微生物磷脂脂肪酸 (PLFA) 和微生物量碳、氮含量,提高幅度分别为28.5%、30.9%和41.6%。施用 (单施或配施) 有机物料对土壤微生物总PLFA含量及微生物量碳、氮含量的提高幅度分别为47.3%、50.4%和58.7%,相当于施用化肥的2.8、2.4和3.9倍。与不施肥相比,施肥均能增加各类微生物菌群PLFA含量,对细菌、真菌及放线菌的提高幅度为23.8%～30.4%,对革兰氏阴性菌(G–)和革兰氏阳性菌 (G+) 的提高幅度为37.8%～43.2%,且施用有机物料处理对各类微生物菌群PLFA含量的提高幅度显著高于施化肥处理。施用化肥对土壤微生物总PLFA含量的提高幅度在一年两熟制区为17.9%,在水田和水旱轮作条件下为18.3%～27.6%,而在一年一熟制区及旱地条件下对土壤微生物总PLFA含量无显著影响。在不同pH的土壤中,施用有机物料对微生物总PLFA的提高幅度均显著高于施化肥处理。在pH < 6与pH > 8的土壤上施用化肥对微生物总PLFA含量无明显影响。施肥显著提高了与土壤有机质分解相关的β-葡萄糖苷酶(42.4%)和乙酰氨基葡萄糖苷酶(174.5%)的活性,对与氮循环相关的亮氨酸氨基肽酶活性无显著影响。统计分析还表明,施肥并未改变土壤微生物的真菌细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌比(G +∶G–)。 【结论】 在不同种植制度、土地利用类型和土壤pH下,施肥显著改变了土壤微生物量和与有机质分解相关的酶活性,但未改变土壤微生物的真菌细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌比(G+∶G–)。单施或配施有机物料均有利于提高农田土壤微生物总量及各类菌群的生物量,效果显著好于单施化肥。      

移栽方式与施氮量对烤烟生长发育和产质量的影响

【目的】 研究陕西渭北烤烟适宜的移栽方式和施氮量的组合,为陕西烟区优质烤烟的生产提供理论依据。 【方法】 以秦烟96为材料进行了大田裂区试验。以三种移栽方式为主区 (常规移栽、小苗膜下移栽、井窖式膜上移栽),五个施氮水平为副区 (N 52.5、60、67.5、75和82.5 kg/hm2),采样分析了烤烟各生育期的硝酸还原酶、淀粉酶活性以及成熟期碳氮代谢物含量和烤烟产、质量。 【结果】 硝酸还原酶和淀粉酶活性在烤烟整个生育期均呈现先升高后降低的趋势。常规移栽方式下,高施氮量的烤烟碳氮代谢物含量、农艺和经济性状表现较好;小苗膜下移栽和井窖式膜上移栽,中施氮量的硝酸还原酶和淀粉酶活性对烤烟生长更有利。施氮量相同时,井窖式移栽方式烤烟生长发育及产质量好于其他两种移栽方式。井窖式膜上移栽下,施氮量为N 67.5 kg/hm2时烤烟的硝酸还原酶、淀粉酶活性表现最佳,碳氮代谢物均在适宜范围内,农艺与经济性状表现稳定,可促进烤烟的生长发育,提高烤烟的产质量。 【结论】 渭北地区烤烟适宜的栽培方式为井窖式膜上移栽,施氮量为N 67.5 kg/hm2时,烤烟碳氮代谢效率高,可促进其生长发育,提高经济效益。