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。     

施肥对灌漠土作物产量、土壤肥力与重金属含量的影响

有机物还田是提升土壤肥力的主要措施,但也存在造成土壤金属污染的潜在风险。为查明不同有机物还田对土壤质量及作物产量的影响,本文通过长期定位试验,研究了无肥对照、常规施化肥(氮磷配施)以及70%常规化肥与牛粪、沼渣、污泥、鸡粪、菌渣和猪粪配施对土壤理化性状、有机碳和氮的固存率、氮磷钾活化系数、作物产量及重金属含量的影响。结果表明:牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪与70%化肥配施虽作物产量与常规施化肥相似,但6种有机物处理土壤有机质、全氮和碱解氮含量都较常规施化肥处理显著增加,污泥、鸡粪和猪粪处理土壤全磷与速效磷含量较常规施化肥处理显著增加,而且牛粪、沼渣、鸡粪和猪粪处理的速效钾、土壤磷活化系数和土壤钾活化系数较常规施化肥处理也显著提升。牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪处理土壤有机碳固存率为36.42%～71.61%,较常规施化肥处理都显著提高;而其氮固存率为6.47%～49.44%,仅有菌渣处理与常规施化肥处理差异不显著,而其他处理较常规施化肥处理显著增加。长期施鸡粪和菌渣处理的土壤铜含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为4.17mg·kg~(-1)和14.2mg·kg~(-1);而污泥、鸡粪和菌渣处理的土壤锌含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为13.53 mg·kg~(-1)、22.60 mg·kg~(-1)和49.73mg·kg~(-1)。综上,等有机质(4 500kg×hm~(-2))的牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪可替代30%氮磷肥,作物产量不受影响;不同有机物培肥土壤效果为污泥、鸡粪和猪粪优于牛粪和沼渣,而沼渣的培肥效果略差。为保证土壤环境质量稳定不恶化,种植小麦时有机物铜和锌的年携入量应分别低于53.01g×hm~(-2)和221.30 g×hm~(-2),而种植玉米时应分别低于153.40 g×hm~(-2)和347.04 g×hm~(-2)。     

基于电磁感应仪数据的南疆棉田土壤电导率反演模型研究

土壤盐渍化是南疆棉田优质高产的主要障碍因素,定额灌溉可有效改良土壤盐渍化,EM38-MK2可快速、动态获取土壤盐渍化数据,适时监测土壤盐渍化,为棉田定额灌溉提供数字依据。针对电磁感应仪(EM38-MK2)的发射圈和接收圈设计了不同采样方案,在同一条田内采集了6个不同时期的土壤表观电导率数据及相应的剖面土样,分析了不同土壤采集方案及土壤含水量对表观电导率模型精度的影响,对比了以单一时期数据建模的局部模型和6个时期整体数据建模的全局模型的反演精度。结果表明,由单点采集电磁感应仪发射线圈位置土样所构建的模型精度更高,稳定性更好,能有效减少由采样带来的误差。当土壤含水量低于10%时,表观电导率与实测电导率之间的相关性较低,决定系数为0.58,反演模型只具备粗略估计实测电导率的能力;当土壤含水量高于10%时,表观电导率与实测电导率具有很好的相关性,决定系数达到0.80以上,反演模型具有较好的预测能力。EMH+EMV多测定模式下表观电导率与实测电导率之间的模型精度高于EMH或EMV单一测定模式,确立EC_(h0.375)+(EC_(h0.75)+EC_(v0.75))/2+EC_(v1.5)为建模因子,有效提高了反演模型的精度。不同深度土层的局部模型反演精度均高于全局模型精度,局部模型的RPD均大于2.0,具有较好的预测能力。     

Effects of selective cutting and timing of herbicide application on growth and development of Cirsium arvense in spring barley

Recently, a new implement for controlling weeds in cereals (CombCut) has been developed. It cuts weeds in growing cereals without damaging them by using the physical differences (in height, stem thickness, straw stiffness and branching pattern) between crops and weeds. To evaluate and compare the effects of selective cutting with different timings of herbicide application on Cirsium arvense in spring barley, a randomised block experiment was conducted in Sweden in 2015–2017, in a field with a naturally occurring C. arvense population. Treatments consisted of control (C), herbicide application at 4–5‐leaf stage of C. arvense (H1), herbicide application at 8–10‐leaf stage (H2) and selective cutting at 10‐leaf stage (S). The treatments were performed in 2015 and repeated in 2016 in the same plots, and a final evaluation was performed in 2017. Compared to the control, S, H1 and H2 were equally efficient in reducing above‐ground biomass production of C. arvense and increasing spring barley grain yield per unit area. The number of C. arvense shoots per area was, however, higher in S compared to H1 and H2. No differences in control effects on shoot number were observed between H1 and H2. Our study indicates that (i) selective cutting (S) reduces C. arvense equally efficient as herbicide application and (ii) early herbicide spraying is as efficient as spraying later in the season.     

平谷桃园养分投入对土壤养分的影响

以平谷区101个桃园为研究对象,调查了施肥现状及其对土壤养分的影响。【结论】所调查的桃园施用的有机肥以鸡粪、羊粪、猪粪、牛粪为主,化肥投入以复合肥或氮磷钾配合施用居多；2016年比2006年总N、总P2O5和总K2O投入量高出1.6倍、1.6倍和1.8倍。由于桃园多年的过量养分投入,2016年调查结果与2006年调查结果和1981年二次土壤普查结果比较,土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量均有大幅度提高；调查结果还显示,随着氮肥的施入土壤中平均碱解氮含量变化趋势不明显,随着磷肥的施入土壤中平均有效磷含量成显著的上升趋势,随着钾肥投入量的增加土壤中速效钾含量呈现先上升后下降的趋势。调查结果还显示平谷土壤氮素盈余量为444.6 kg N/ hm2,作物氮素吸收量/施氮量占比仅为45%；平谷土壤磷素盈余量为516.6 kg N/ hm2,作物磷素吸收量/施磷量占比仅为22%；由此可见,桃园氮养分和磷养分盈余造成了果园土壤氮和磷环境风险加大。因此,桃园要进行合理的养分管理以保证产量和品质的形成,以及桃园的可持续发展。     

基于无人机高光谱影像的玉米地上生物量反演

【目的】研究以玉米地上干生物量为研究对象,探讨基于无人机高光谱数据利用人工神经网络法反演生物量的可行性。【方法】在吉林省蔡家镇开展玉米氮肥梯度试验,并进行无人机高光谱数据和地上干生物量获取,共获数据30组。随机选22组数据用于建模,剩下8组用于模型的外部验证。分别基于光谱指数法和BP神经网络算法构建反演模型,比较分析各种方法反演玉米生物量的优劣。【结果】结果表明：和基于光谱指数构建的生物量反演模型相比,BP神经网络模型取得了更好的反演结果。其建模时决定系数为0.99均方根误差为0.08 t/ha,相对均方根误差为3.39%；外部验证时,决定系数为0.99,均方根误差为0.15 t/ha,相对均方根误差为8.56%。【结论】BP神经网络模型可有效提高无人机高光谱遥感反演玉米地上生物量的精度。     

麦秸秆和沼液配施对水稻苗期生长和土壤微生物的调控

研究了等量氮素肥料处理下小麦秸秆全量还田结合化肥(S-CF)、小麦秸秆全量还田结合沼液(S-BS)和全量化肥(CF)处理对水稻幼苗生长、氮磷积累及土壤微生物群落的影响。结果表明,不同施肥处理的水稻幼苗生长明显被促进,其中CF处理的促进效果最好,其次是S-BS处理。S-BS处理的水稻叶片可溶性糖含量明显高于其他施肥处理,其叶片含氮量也明显高于CF处理。CF处理的土壤细菌总量明显高于S-BS处理,而S-BS处理的土壤细菌总量均显著高于对照(CK,不施肥)和S-CF处理;其中CF处理变形菌门细菌相对丰度显著高于其他处理。而CK和S-CF处理的真菌总量明显高于S-BS和CF处理,S-BS处理的真菌总量最低,其中,CK土壤优势真菌子囊菌门、担子菌门的相对丰度显著高于其他处理,S-CF处理土壤的壶菌门真菌相对丰度也显著高于其他处理。S-CF和S-BS处理的细菌Chao1丰富度指数和香农(Shannon)多样性指数要明显高于CF处理和CK,而S-CF处理的土壤真菌的Chao1指数和香农指数要明显高于CK,CF处理的土壤真菌Chao1指数和香农指数最低。秸秆、沼液短期替代化肥的处理下水稻植株生长低于全化肥处理的,但秸秆、沼液、化肥结合施用对水稻幼苗的促生作用依然很明显,尤其是秸秆还田结合沼液灌溉的全量替代化肥处理。全量替代化肥处理下,即秸秆和沼液处理的土壤质量和细菌丰富度及多样性即使在短期施用条件下也被明显促进。     

Variation in glomalin in soil profiles and its association with climatic conditions,shelterbelt characteristics,and soil properties in poplar shelterbelts of Northeast China

Glomalin-related soil protein(GRSP)sequesters large amounts of carbon and plays important roles in maintaining terrestrial soil ecosystem functions and ecological restoration;however,little is known about GRSP variation in 1-m soil profiles and its association with stand characteristics,soil properties,and climatic conditions,hindering GRSP-related degraded soil improvement and GRSP evaluation.In this study,we sampled soils from 1-m profiles from poplar(Populus spp.)shelterbelts in Northeast China.GRSP contents were 1.8–2.0 times higher in the upper 40 cm soil layers than at 40–100 cm.GRSP-related soil organic carbon(SOC)sequestration in deeper soil layers was*1.2 times higher than in surface layers.The amounts of GRSP-related nutrients were similar throughout the soil profile.A redundancy analysis showed that in both surface and deeper layers,soil properties(pH,electrical conductivity,water,SOC,and soil nutrients)explained the majority of the GRSP variation(59.5–84.2%);the second-most-important factor in GRSP regulation was climatic conditions(temperature,precipitation,and altitude),while specific shelterbelt characteristics had negligible effects(<5%).Soil depth and climate indirectly affected GRSP features via soil properties,as manifested by structural equation model analysis.Our findings demonstrate that GRSP is important for carbon storage in deep soils,regardless of shelterbelt characteristics.Future glomalin assessments should consider these vertical patterns and possible regulating mechanisms that are related to soil properties and climatic changes.     

增氧方式对水芹菜-微生物联合作用处理冬季养殖废水的影响

为探究不同增氧方式对水芹菜-微生物联合作用处理养殖废水消化液及微生物群落结构变化的影响，设置循环和曝气两组试验，以静置处理作为对照，共运行35 d，间隔7 d取样，测定常规水质指标，在试验开始和结束时分别测定水芹菜生长情况，并采用高通量测序技术对微生物群落结构进行分析。结果显示，经过35 d的处理，静置组、曝气组和循环组的DO（溶解氧）分别达到0.60、10.38 mg·L^-1和10.85 mg·L^-1；静置培养的水芹菜长势最好，相对生长速率为0.03 g·g^-1·d^-1；三种处理方式对水质的净化效果差异显著，循环组的水质净化效果最好，COD（化学需氧量）、NH₃-N（氨氮）和TN（总氮）的去除率分别达89.89%、69.40%和77.65%；黄杆菌属（Flavobacterium）的相对丰度从43.21%下降到0.16%，克里斯滕森菌属（Christensenellaceae）和瘤胃球菌属（Ruminococcaceae）的相对丰度则大幅增加。水芹菜在冬季于养殖废水消化液中可以正常生长，曝气和循环处理可以明显提高净化效率；黄杆菌属和假单胞菌属（Pseudononas）是脱氮的功能菌属，梭菌纲（Clostridia）的大量繁殖有利于COD的去除。     

辽河干流河岸带植物及微生物多样性研究

为明确辽河保护区河岸带生物多样性恢复现状以促进河岸带生态系统的健康管理,本研究通过植被现场调查和土壤微生物高通量测序分析,对辽河干流23个采样点的植物多样性和微生物多样性进行测定,结果表明:辽河干流23个采样点的植被Shannon-Weiner多样性指数平均为1.227,平均植被覆盖率达到74.19%;河岸带土壤微生物Shannon-Weiner多样性指数平均为9.55;其优势度大于1%的细菌属于11个门、32个纲、40个属;人类活动干扰、放牧情况以及土地利用类型是影响河岸带植物和微生物多样性的关键因子。目前辽河保护区河岸带生物多样性恢复状态较好,但日渐增多的人类活动对河岸带生物多样性的恢复产生不利影响,因此建议尽量减少封育区内的人类活动、放牧情况等,以加快辽河保护区河岸带植物及土壤微生物多样性的恢复进程。