稻壳炭对紧实土壤中苹果根系硫同化酶活性、H2S含量及根系构型的影响

  【目的】   苹果种植后土壤很少翻动,根系常受土壤紧实胁迫。研究在土壤中掺混稻壳炭提高苹果根系硫同化代谢以及根系构型的效果,为果园土壤管理提供技术参考。   【方法】   以砧木分别为平邑甜茶和八棱海棠的两年生‘红富士’苹果 (Malusdomestica ‘Red Fuji’) 幼树为试材进行盆栽试验。对掺入和没掺入稻壳炭的土壤分别进行镇压 (土壤紧实度值分别为1558和1572 KPa) 和不镇压 (土壤紧实度值分别为923和939 KPa),共4个处理。苹果幼树移栽成活后60天,测定土壤孔隙度、氧气浓度和水溶性硫含量,分析苹果根系硫酸根和硫化氢 (H₂S) 含量及ATP硫酸化酶 (ATPS)、O-乙酰丝氨酸裂解酶 (OASTL) 和L-半胱氨酸脱巯基酶（L-CD）、D-半胱氨酸脱巯基酶 (D-CD) 活性,以及根系活力和形态构型等。   【结果】   镇压处理显著降低了土壤中水溶性硫含量,降低了八棱海棠和平邑甜茶为砧木的苹果幼树根系硫酸根含量,降低了根系ATPS、OASTL和L-CD、D-CD活性以及内源H₂S含量,并显著降低根系活力、根长密度、根系长度、根系体积和根系分形维数,在平邑甜茶为砧木的幼树根系中的降低幅度大于八棱海棠砧木。无论是否镇压土壤,掺入稻壳炭均提高了土壤孔隙度、土壤氧气浓度以及不同形态硫含量,提高了苹果根系硫酸根和内源H₂S含量,根系ATPS、OASTL和L-CD、D-CD活性,根系活力,根系长度,根长密度和根系分形维数,且在紧实土壤中八棱海棠砧木的提升幅度大于在平邑甜茶砧木中,两种砧木的苹果幼树在紧实土壤中的提升幅度均大于在正常土壤中。   【结论】   土壤紧实显著降低土壤水溶性硫含量,抑制苹果根系硫代谢和根系生长,在土壤中掺入稻壳炭可以显著提高紧实土壤中苹果根系硫代谢、根系生长和根系分枝。因此,在苹果移栽时,在土壤中掺入一定比例的稻壳炭可以有效缓解土壤紧实对苹果根系生长和硫代谢的不利影响。     

改性苹果废枝与化肥配施对苹果根区土壤及根系构型的影响

废弃果树枝条富含有机碳,本试验将苹果废枝改性后与化肥配合施于苹果幼树根区,结果表明:土壤施入1%的改性苹果废枝及其与适量化肥配施,都明显提高中度干旱时的土壤保水性,增加根区土壤微生物数量,提高细菌与放线菌相对于真菌的比例,提高土壤中蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶和过氧化氢酶的活性,也使根系总长度、表面积、体积、平均直径、根尖数和根系分形维数明显增大;改性苹果废枝与化肥配施效果最显著,土壤细菌、放线菌、微生物总数分别提高249.03%、249.31%和248.78%,土壤蔗糖酶、脲酶和中性磷酸酶活性分别提高33.05%、23.70%和49.86%,根系总长度、表面积、体积和根尖数分别提高51.75%、46.71%、41.84%和99.03%。     

垂直孔施有机物对土壤硝酸盐代谢及苹果叶片光合作用的影响

土壤钻孔可改善通气性,施用有机物能增加土壤有机质,将两者相结合,以4年生红富士苹果为试验材料,在根区钻出垂直通气孔后,分别施入玉米秸秆、果树枝、生物炭和发酵果木屑,调查土壤硝酸盐代谢、苹果叶片光合与蒸腾、水分利用效率(WUE)及植株生长量等。结果表明:土壤垂直孔施玉米秸秆或发酵果木屑显著提高土壤硝化—反硝化强度及土壤硝酸还原酶(NR)和亚硝酸还原酶(NiR)活性;垂直孔施玉米秸秆、果树枝或生物炭显著提高叶片净光合速率、蒸腾速率和WUE;垂直孔施上述四种有机物料均显著提高40cm土层土壤的相对含水量,促进新梢加粗和伸长,其中,玉米秸秆的综合效果最显著,它在施用第10个月使土壤硝化强度、反硝化强度、叶片净光合速率和WUE分别提高52.68%、45.81%、57.32%和29.12%。     

果园土壤有机碳及呼吸速率对豆科和禾本科草类的差异反应

在行间长期(连续6年)种植豆科植物毛苕子和禾本科植物黑麦草的苹果园,调查土壤不同深度的有机碳组分和表层土壤呼吸速率日变化。结果表明:间作2种植物后,行间土壤0—20,20—40cm土层总有机碳(TOC)、轻质有机碳(LFOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物生物量碳(MBC)含量均显著提高;在40—60cm土层,仅DOC含量明显提高;0—20cm土层的TOC和全部有机碳组分及20—40cm土层的TOC、DOC、POC和ROC的含量在种植毛苕子后均明显高于种植黑麦草。TOC与LFOC、TOC与POC、DOC与LFOC、DOC与MBC、DOC与ROC、MBC与ROC、ROC与POC、LFOC与ROC之间均呈显著正相关,土壤呼吸速率与LFOC、DOC、MBC和ROC之间也呈显著正相关。种植2种草类均显著提高土壤呼吸速率,并使呼吸速率日变化峰型更突出,其中毛苕子的作用效果比黑麦草更显著。     

土壤质地和砧木对苹果根际微生物功能多样性及其碳源利用的影响

以分别栽培于砂壤土、壤土和黏壤土，砧木为八棱海棠（Malus robusta Rehd.）和平邑甜茶（Malus hupehensis Rehd.）的2年生盆栽‘红富士’苹果（Malus × domestica Borkh.‘Red Fuji’）幼树根际土为试材，分析根际和未栽植果树的非根际土壤细菌16S rRNA基因拷贝数、细菌根际效应、微生物群落代谢活性、功能多样性及其碳源利用类型等。结果表明，根际和非根际土壤细菌的拷贝数、微生物群落代谢活性以及功能多样性指数均是黏壤土 > 壤土 > 砂壤土、平邑甜茶根际土 > 八棱海棠根际土、根际土 > 非根际土。两种砧木的细菌根际效应均是在砂壤土最大，黏壤土最小；砂壤土中的细菌丰度受砧木的影响最大。根际和非根际微生物群落碳源利用能力均是黏壤土 > 壤土 > 砂壤土；根际微生物群落对酚酸和羧酸类碳源的利用能力显著高于非根际；八棱海棠根际微生物群落对羧酸类碳源的利用能力在砂壤土中最高、在黏壤土中最低，平邑甜茶根际微生物群落正相反。根际微生物群落碳源利用类型因土壤质地而异，在砂壤土中主要利用氨基酸类，其次是碳水化合物和羧酸类；在壤土中主要利用碳水化合物，其次是多聚物类和氨基酸类；在黏壤土中主要利用多聚物类，其次是氨基酸类和碳水化合物。主成分分析显示土壤质地使根际微生物群落类型分离，而两种砧木的根际微生物群落在同一质地土壤下聚集在一起，即苹果根际微生物群落碳源利用类型更易受到土壤质地影响，而砧木差异所带来的影响较小。     

炭化苹果枝皮和木材对水中硝态氮和铵态氮的差异吸附

将苹果枝条的皮层和木材部分开后在450℃下低氧加热制得炭化枝皮和炭化木材,分析其超微结构及对铵态氮和硝态氮的吸附。结果表明,苹果枝皮比其木材部分的纤维素含量高,有更多的微观孔洞和沟壑,炭化后纵向沟壑和孔隙更发达。炭化枝皮对NH4+—N和NO3-—N的饱和吸附量分别为24.11,12.93mg/g,炭化木材的相应参数分别为22.24,11.99mg/g,炭化枝皮对NH4+—N和NO3-—N的吸附能力均比炭化木材的更强。两者对NH4+—N的吸附量比对NO3-—N的更大,吸附过程均能采用Freundlich和Langmuir等温吸附模型、准二级动力学模型和Elovich模型拟合。炭化枝皮的吸附能力比炭化木材更强,与其原料纤维素含量高及微观沟壑发达有关。