早稻水分利用率与碳同位素识别值之间的关系

通过温室盆栽试验,分析和探讨了三个水平的土壤水分条件对分蘖期和成熟期收获的早稻(Oryza sativa L.)生物量累积、水分利用率(WUE)、植株不同部位的碳同位素识别值(CID)的影响,并了解了它们之间的相互关系.水分条件包括饱和含水量(W1)、饱和含水量的70%(W2)、饱和含水量的40%(W3).结果表明当土壤水分条件从W1降低到W2时,分蘖期收获的生物量降低45%左右,成熟期收获的生物量降低16%～19%;而当从W1降低到W3时,分蘖期收获的生物量降低73%左右,成熟期收获的生物量降低55%～57%.然而,根据地上部干重计算而来的WUE(WUE-地上部)和根据全株干重计算而来的WUE(WUE-全株)则随土壤含水量的降低而增加,其增幅在分蘖期为0.07～0.28 g kg-1,在成熟期为0.07～0.45g kg-1.植株的CID值变幅为17.0～20.6,但植株不同部位间差别显著,分蘖期收获的样品CID值从小到大的顺序为根《最近完全伸展叶《叶芽《茎秆;而成熟期收获的样品CID值从小到大的顺序为籽粒《根《茎秆《旗叶.随着土壤含水量的降低,植株所有部位的CID值亦显著减小.叶部的CID值与WUE-地上部(和WUE-全株)之间呈一致的负相关关系.     

噬菌体MS2和φX174的双层琼脂平板和液体培养基扩增方法的建立

噬菌体MS2和φX174曾广泛作为指示病毒,用来研究病毒在土柱和田间实验条件下的迁移行为。本文详细介绍了实验室小规模双层琼脂平板扩增和大规模高复数感染法制备纯噬菌体溶液的条件和方法步骤。宿主细菌E.coli(ATCC 15597)的最佳培养时间为90～120min,而E.coli(ATCC 13706)的最佳培养时间为120～150min,在上述时间段内,它们的生长分别进入对数期。小规模双层琼脂平板扩增方法耗时、耗力,但用高复数感染扩增方法可获取一次大量(约500ml)的高浓度纯噬菌体MS2和φX174溶液,它们的含量分别可达1011pfu/ml和108pfu/ml。     

冬小麦冠层阻力日变化的估算

根据田间试验观测资料,利用3种作物冠层阻力估算方法推算了冬小麦在拔节、抽穗、灌浆3个生育时期在典型晴天、土壤水分充分供应状况下冠层阻力的日变化。3种作物冠层阻力估算方法为利用波文比能量平衡法使用Penman-Monteith公式反推(rc-BREB)、利用冠层温度和蒸散量推算(rc-Tc)、利用不同部位单叶气孔阻力和有效叶面积指数合成法推算(rc-LAI)。结果表明,3种作物冠层阻力估算方法均推得的冠层阻力日变化趋势相同,但冠层阻力值大小存在差异。冬小麦冠层阻力在08:00～15:00时变化平稳,15:00以后开始升高,日落前后升高最为剧烈。采用冠层温度推算的冠层阻力rc-Tc比rc-BREB偏低,rc-LAI在灌浆后期和15:00后比rc-BREB偏高,且没有rc-BREB变化平稳。     

可溶性有机碳在典型土壤上的吸附行为及机理

定量分析可溶性有机碳(DOC)在不同土壤上的吸附行为可为DOC在不同地区土壤中的去向及污染风险评估提供理论基础。本研究以河南潮土(包括砂质、壤质和黏质3种质地)、江苏黄泥土、江西红黏土和海南砖红壤等典型土壤为吸附介质,采用一次平衡法比较了DOC在不同土壤中的吸附容量及平衡液中DOC的结构变化。结果表明,供试土壤对DOC的吸附可用修正的Langmuir模型拟合。最大吸附量(Q_(max))从高到低依次为红黏土(2 892.67 mg/kg)、砖红壤(1 969.77 mg/kg)、黏质潮土(1 803.03 mg/kg)、黄泥土(1 003.84 mg/kg)、壤质潮土(989.31 mg/kg)和砂质潮土(441.18 mg/kg)。黄泥土的亲和系数(k)最大(2.53×10~(–3)),其次为砖红壤、红黏土和3种潮土。吸附后,除砂质潮土和壤质潮土外,其他土壤平衡液的芳香性均降低。相关性分析表明无定形氧化铝显著影响了Q_(max),而氧化铁的形态(无定形、络合态和低结晶态)决定了k值大小。红黏土、砖红壤和黄泥土更容易吸附DOC中的芳香族成分,主要吸附机制可能为配位体交换;砂质潮土和壤质潮土主要为阳离子架桥,而黏质潮土同时存在这两种吸附机制。     

水肥耦合对华北高产农区小麦-玉米产量和土壤硝态氮淋失风险的影响

在封丘农田生态系统国家试验站, 通过多组水肥组合试验, 研究了冬小麦-夏玉米轮作下, 水、肥对作物产量、硝态氮在土壤剖面中的分布特征及其淋失风险的影响。结果表明, 适宜灌溉情况下, 氮磷配施是提高作物产量的关键, 氮钾配施与磷钾配施增产效果不明显。统计结果表明, 各因素对小麦产量影响次序依次为氮肥≥磷肥＞灌溉＞钾肥, 对玉米产量的影响次序为氮肥＞磷肥＞钾肥＞灌溉, 只有氮磷对作物产量的影响达到统计学上的显著性差异。随着施氮量和灌溉量的增加, 硝态氮累积峰峰值增加, 峰厚度加厚, 出现位置加深, 且根区外硝态氮含量亦显著增加, 极大地提高了硝态氮的淋失风险。适宜氮肥用量与适宜灌溉是减轻硝态氮淋失风险的关键, 氮磷配施可有效降低深层土壤硝态氮累积。研究区域适宜氮肥用量为每年400 kg(N)·hm^-2,适宜磷肥用量为每年225 kg( P₂O₅)·hm^-2, 一般降雨年型全年灌溉量以280 mm 左右为宜。     

不同配施比例下秸秆和木本泥炭对快速提升土壤有机质和作物产量的耦合影响

木本泥炭和秸秆配施有快速提升土壤有机质（SOM）和作物产量的潜力，但其配施比例如何影响作物产量及其微生物机制尚不清楚。本研究通过田间试验，在施用秸秆和激发剂（RJ）基础上，比较分析了木本泥炭和秸秆三种施用比例2:1（RJM1）、3:1（RJM2）、4:1（RJM3）对土壤理化性质、细菌群落组成和水稻产量影响，并与不施用有机物料的对照（CK）进行比较；同时基于网络分析和路径分析，明确不同处理特定细菌菌群与作物产量之间潜在关系。结果表明，RJM1、RJM2、RJM3间的水稻产量差异不明显，但平均比RJ和CK显著增产16.09%和31.46%。五个处理按土壤理化性质分成显著不同的三组（P < 0.01），第一组为RJM2+RJM3，以pH、SOM、可溶性有机碳（DOC）、有效磷（AP）、速效钾（AK）含量显著升高为特征；第二组为RJ+RJM1，以硝态氮（NO3--N）和可溶性有机氮（DON）含量显著升高为特征；第三组为CK。RJM2+RJM3的SOM、DOC、AP比RJM1处理平均高29.69%、22.65%和23.95%，表示RJM2+RJM3能迅速提升土壤有机质含量。RJM2和RJM3的细菌群落组成类似，并主要受制于土壤pH、SOM、DOC的变化，但与RJM1的群落组成显著不同。RJM2+RJM3显著增加了与水稻产量正相关的盖勒氏菌（Gaiellaceae unidentified）、类诺卡氏菌（Nocardioidaceae unidentified）、土壤球菌（Terracoccus）、从毛单胞菌（Comamonadaceae unidentified）、WD2101 unidentified、鞘脂杆菌（Sphingobacteriales unidentified）的丰度，而RJM1显著增加了上述除鞘脂杆菌外的其它5个物种的丰度，表示RJM2+RJM3比RJM1刺激更多的与作物产量有正相关的优势物种。上述结果表明，RJM2+RJM3通过改善土壤pH、SOM、DOC，比RJM1刺激更多的有利于作物增产的优势物种；同时由于RJM1的SOM含量与对照没有显著变化，导致其增产的可持续性要低于RJM2+RJM3处理。综合上述结果和经济效益，推荐RJM2，即木本泥炭和秸秆的施用比例为3:1时具有同时快速提升SOM和作物产量的效果。     

秸秆降解过程中拮抗链霉菌对禾谷镰刀菌消长动态的影响

由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病是导致小麦产量和品质降低的主要因素，其在田间生长的基质主要为秸秆。基于各种拮抗菌的生物防治是控制小麦赤霉病的主要措施之一，但秸秆降解过程中拮抗菌的拮抗效应是否与平板对峙获取的拮抗效应一致尚不清楚。本研究首先通过平板对峙试验，筛选出对禾谷镰刀菌CGMCC3.4598有潜在拮抗作用的3株菌：吸水链霉菌ACCC41648 (Streptomyces hygroscopicus)、吸水链霉菌井冈变种ACCC40051 (S. hygroscopicus var. jingganggensis)和娄彻氏链霉菌ACCC41594(S.rochei)，其抑菌带平均宽度依次为2.67、1.67和1.12mm。基于室内70d培育试验，发现秸秆降解7、42和70 d后，吸水链霉菌ACCC41648及其井冈变种ACCC40051未表现抑制秸秆中禾谷镰刀菌生长的效应，而娄彻氏链霉菌ACCC41594在秸秆降解7 d和42 d后显著降低禾谷镰刀菌丰度分别达30.91%和69.28%。与对照相比，娄彻氏链霉菌ACCC41594显著促进秸秆降解...     

潮土中残留小麦和玉米秸秆养分含量差异及与微生物群落组成的关系

黄淮海平原典型潮土上小麦和玉米收获后的秸秆往往直接还田,但驱动它们在不同质地潮土(砂质、壤质、黏质)中分解的微生物是否与残留秸秆养分含量有关尚不清楚。本研究基于尼龙网袋法,通过10个月的田间培育试验,监测秸秆分解率、残留秸秆养分含量及微生物群落组成,评估各指标在秸秆类型和土壤质地之间的差异,探究残留秸秆养分与微生物群落组成之间的关系。结果表明:小麦和玉米秸秆的分解率均随着土壤质地变黏重而增大,二者在砂质、壤质、黏质土壤中的平均分解率分别为73.66%和75.43%、74.19%和76.63%、77.68%和78.05%。小麦残留秸秆的平均氮、磷、钾含量分别比玉米残留秸秆的平均氮、磷、钾含量低12.0%、34.4%、16.7%(P0.05),但两者的碳含量无显著差异;在不同质地潮土间,除秸秆磷含量随土壤变黏重显著增加外,其余养分含量变化不显著。基于磷脂脂肪酸(PLFA)的微生物群落组成分析表明,小麦和玉米秸秆中的细菌、真菌、放线菌含量无显著差异,但小麦秸秆中革兰氏阳性菌(G~+)含量比玉米秸秆低20.26%,而革兰氏阴性菌(G~–)含量比玉米秸秆高16.35%,同时,G~+/G~–、真菌/细菌、单不饱和脂肪酸/饱和支链脂肪酸比在两种秸秆间存在显著差异;小麦和玉米秸秆在黏质潮土中的细菌、真菌、总PLFA的平均含量分别比砂质潮土中低25.1%、30.3%、22.9%(P0.05),而放线菌含量平均比砂质潮土高93.8%(P0.05)。冗余分析(RDA)分析表明,小麦与玉米残留秸秆中的微生物群落组成显著不同,主要与其G~+和G~–不同有关,其中小麦秸秆的微生物群落组成主要与秸秆的C/N、C/P、C/K比值有关,而玉米秸秆则主要与秸秆的氮、磷、钾含量和分解率有关,说明影响小麦和玉米秸秆微生物群落组成的养分参数不同。     

生物质炭和秸秆施用对黄褐土生化性质及小麦产量的影响

以位于河南省方城县的黄褐土田间定位试验为平台,监测生物质炭和秸秆连续施用4 a后小麦拔节期和成熟期土壤性质变化及其与成熟期籽粒产量的关系,明确影响小麦产量的主要土壤生化因子。试验包含6个处理,即分别在不施用生物质炭(–B)和施用生物质炭(+B)条件下各设置3个处理:(1)对照(CK),(2)单施化肥(NPK),(3)秸秆还田配施化肥(NPK+S)。结果表明:生物质炭和秸秆施用对土壤生化性质和籽粒产量的影响基本上不存在交互作用。连续4a施用生物质炭后,小麦产量平均降低了17.4%。尽管NPK+S与NPK处理间平均产量没有显著差异,但它们比CK处理产量分别增加了33.8%和37.4%。采用偏最小二乘法路径模型(PLS–PM)分别分析了拔节期和成熟期的土壤速效养分、活性有机质和酶活性对产量的影响,发现小麦拔节期的土壤速效养分含量,特别是氮素的供应是直接影响产量的最为重要因子;而成熟期土壤生化性质对作物产量的影响比较小。因此,为防止黄褐土上施用生物质炭和秸秆后小麦产量降低,需要特别注意小麦拔节期土壤氮素的补充。