磷高效转基因水稻连续种植对土壤微生物功能多样性的影响

为评价磷高效转基因水稻对土壤微生物功能多样性的影响,以磷高效转基因水稻OsPT4为研究对象,设施磷和不施磷两种处理,基于Biolog生态平板法,分析比较了4个生育时期的OsPT4及其亲本‘日本晴’对土壤微生物功能多样性的影响。结果显示:OsPT4和‘日本晴’的土壤微生物群落平均吸光值AWCD均随培养时间的延长而增加,但不同生育时期AWCD最大值和生长趋势有所不同。土壤微生物多样性指数分析结果显示,OsPT4和‘日本晴’的Shannon多样性指数和Simpson优势度指数在全生育时期均表现为施磷处理高于不施磷处理;OsPT4的Shannon指数在分蘖期和拔节期差异显著,抽穗扬花期和成熟期则差异不显著,Simpson指数则表现为前3个生育时期差异不显著,而在成熟期出现显著差异;Os PT4和‘日本晴’的Mc Intosh均匀度指数均在分蘖期最大,且远高于其他3个生育时期;OsPT4的Mc Intosh指数在全生育时期均无显著差异。不同类型碳源利用显示,OsPT4和‘日本晴’均以糖类、羧酸类和氨基酸类为主要碳源。主成分分析显示,‘日本晴’呈聚集分布,OsPT4呈分散分布,表明二者在土壤微生物群落碳源的代谢利用上存在差异。综上所述,OsPT4与非转基因水稻相比,不同施磷条件和不同生育时期对土壤微生物群落活性、多样性指数、优势度指数和碳源主成分分布有所影响。     

覆盖作物多样性对猕猴桃园土壤微生物群落功能的影响

以丹江口水源涵养区猕猴桃园为研究对象,运用Biolog微平板技术,研究不同种类覆盖作物处理(2、4、8种和清耕对照)下土壤微生物群落功能多样性的差异。结果表明,覆盖作物处理土壤微生物群落对碳源的利用程度、功能多样性指数和丰富度指数均高于清耕对照。覆盖作物及清耕对照处理土壤微生物Shannon-Wiener多样性指数、丰富度指数与土壤含水量、有机碳、pH、微生物量碳氮呈显著正相关关系。主成分分析与碳代谢图谱分析表明,猕猴桃园增加覆盖作物种类提高了土壤微生物对碳源的利用能力,且对D-甘露醇、L-精氨酸、L-天门冬酰胺、L-苯丙氨酸、γ-羟丁酸、α-丁酮酸、4-羟基苯甲酸、吐温40的利用能力显著高于清耕对照。此外,4种覆盖作物处理对猕猴桃园土壤生态环境的影响优于2种和8种。研究表明,猕猴桃园增加覆盖作物多样性改变了土壤环境因子,影响了土壤微生物群落的代谢活性和功能多样性。     

丹江口水源涵养区绿色高效农业技术创新集成与示范——模式设计、技术集成与机制创新

2017年5月，中国农业科学院科技创新工程协同创新任务“丹江口水源涵养区绿色高效农业技术创新集成与示范”正式启动。项目在农业绿色高效生产、种养耦合、生态循环、面源污染控制、多功能田园生态系统构建等方面开展协同创新。按照单一技术规范化、复合技术集成化、体系技术系统化的思路，任务创新集成水源涵养区生物多样性利用与农业种植结构调整、主要农产品全产业链绿色高效生产、种养循环新模式、生态型高效设施农业、农村生活污染物控制等环节的十大关键技术，总结形成一套水源涵养区绿色高效农业全域综合性的技术解决方案，可为其他同类地区提供可复制、可推广的经验、模式和示范样板，为保障南水北调水质安全，推动水源涵养区农业绿色发展、农民增收及区域脱贫攻坚提供有效的科技支撑。     

丹江口水源涵养区退耕还草土壤线虫群落变化特征

为评估丹江口水源涵养区退耕还草的土壤生态效应，2017年9月，选取3块同一土壤类型、退耕3年的紫花苜蓿（Medicago sativa）草地作为退耕还草的代表样地，以相邻未退耕的玉米（Zea Mays）田为对照，比较分析退耕还草土壤线虫群落的变化特征。结果表明：退耕还草样地0~10 cm土层含水量显著提高15.86%（P<0.05），pH值显著降低5.06%（P<0.05）；10~20 cm土层pH值显著降低4.57%（P<0.05），有效磷含量显著降低26.83%（P<0.05）。退耕种植紫花苜蓿草地共鉴定出土壤线虫18 307条，49个属，未退耕玉米田共鉴定出土壤线虫10 706条，45个属，退耕还草后土壤线虫c-p类群由短世代型向长世代型转移，土壤环境受到扰动降低，土壤线虫群落的多样性和稳定性增加，结构指数（SI）和富集指数（EI）表明退耕还草提高了土壤健康程度，同时降低了土壤所受的干扰程度。土壤线虫数量与土壤pH值、含水量、全氮和硝态氮含量呈极显著相关（P<0.01）；食细菌线虫和食真菌线虫相对丰度与土壤有效磷含量呈极显著相关（P<0.01），植物寄生性线虫和捕/杂食线虫相对丰度与有机碳和铵态氮含量呈极显著相关（P<0.01），与全氮含量呈显著相关（P<0.05）。研究表明，退耕还草改变了土壤pH值及全氮、有效磷养分含量，改变了土壤线虫群落结构和多样性，提升了土壤健康水平。     

保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益，有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明：保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏，降低团聚体周转速率，提高土壤结构的稳定性；保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量；保护性耕作可以提高耕层微生物生物量，尤其对真菌生物量影响显著；保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性，但并未改变微生物在团聚体中的分布模式；保护性耕作可提高土壤线虫多度，提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数，但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状，展望了保护性耕作今后的研究重点，以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持，推进我国农业可持续发展。     

设施黄瓜土壤化学性质对施肥时间的动态响应

为了解施肥对设施黄瓜土壤化学性质的动态影响,为设施种植施肥提供理论支持,以湖北省荆门市设施蔬菜大棚基地为研究对象,共设2个试验棚,分别使用不同种肥料,研究拔园后剖面土及施肥后14 d内土壤化学性质的变化。结果表明:大棚内土壤表层酸化显著,在土壤深度为0～100 cm,养分含量随土壤深度的增加逐渐降低。施肥后土壤微生物量碳(Soil microbial biomass carbon,SMB-C)、土壤微生物量氮(Soil microbial biomass nitrogen,SMB-N)在14 d的观测周期内,棚A、B内呈现出的变化趋势一致,且均在施肥后第2天时达到第1个高峰(B棚SMB-C在施肥第3天时达到最大值);铵态氮含量亦是施肥2 d时2个棚内的含量最高,且铵态氮、硝态氮含量在整个观测期内呈现先增加后降低的变化趋势;土壤碱解氮的含量变化与施加肥料存在一段时间内的动态关系,但随施肥时间的加长,碱解氮仍会恢复到未施肥的状态。综合几种土壤化学性质的变化规律可见,施肥后第2天肥效最显著。通过观察14 d的监测结果可发现,14 d后各化学性质逐步恢复到未施肥时的水平,下一步可加长监测期,为施肥周期的合理制定提供理论依据。     

不同植被恢复模式下呼伦贝尔沙地土壤反硝化细菌nirK基因组成结构和多样性研究

本研究选取呼伦贝尔沙地5种植被恢复模式(单播冰草、单播羊柴、单播柠条、冰草+柠条和冰草+柠条+羊柴+披碱草)为研究对象,以完全退化的沙地为对照,采用分子生物学技术分析了土壤反硝化细菌nirK基因组成结构和多样性,并探讨了与土壤理化因子的相关性。结果表明,土壤反硝化细菌nirK基因组成存在明显差异。单播羊柴模式土壤反硝化细菌nirK基因多样性指数最高,其次为单播冰草和单播柠条,而两种混播模式最低,这5种植被恢复模式均显著高于对照裸地。序列和系统发育分析结果表明,所获得的nirK基因片段与NCBI数据库中的nirK基因的相似度在81%~99%之间,分别归属于苍白杆菌属、根瘤菌属及不可培养的细菌,其中与不可培养细菌相关的片段占到总数的50%以上。典范对应和相关分析结果表明,速效磷、pH、全氮、全磷和含水量对反硝化细菌的影响均达到显著水平,且5种理化因子间均具有极显著相关性,说明这5种理化因子相互关联,共同对反硝化细菌nirK基因组成变化起到决定作用。     

3种转非抗虫基因棉花田间节肢动物群落的多样性和食物网结构

以转基因耐盐碱棉花、转基因抗病棉花和转基因抗旱棉花3种转非抗虫基因棉花为材料,研究不同表达性状的转基因棉花种植对棉田节肢动物群落结构、多样性及食物网结构的影响。结果表明,3种转基因棉花在节肢动物群落Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度和优势集中性指数上与其对照受体棉花无显著差异(P0.05)。转基因棉花与其对应受体间的群落相似性指数均较高(73.18%~77.65%),食物网结构参数上也无显著性差异(P0.05)。表明3种转非抗虫基因棉花对棉田节肢动物多样性及食物网结构无显著影响。     

转基因(Bn-csRRM2)高产棉花对土壤速效养分和酶活性的影响

在田间试验条件下,以转基因(Bn-cs RRM2)高产棉及其亲本常规棉中棉所12为研究对象,比较分析2种棉花在不同生育期(苗期、蕾期、花铃期和吐絮期)对土壤速效养分和酶活性的影响。结果表明,随生育期推进,转基因高产棉土壤铵态氮和硝态氮含量变化趋势与常规棉一致,土壤速效磷含量变化趋势与常规棉不同。转基因高产棉土壤速效磷含量在蕾期、花铃期和吐絮期与常规棉无显著差异;铵态氮含量在苗期、蕾期和花铃期与常规棉无显著差异;硝态氮含量在吐絮期显著高于常规棉,其余3个时期显著低于常规棉。随生育期推进,转基因高产棉土壤脲酶和过氧化氢酶活性变化趋势与常规棉一致,碱性磷酸酶活性变化趋势与常规棉略有不同。转基因高产棉土壤脲酶活性在苗期、蕾期和吐絮期显著高于常规棉,在花铃期无显著差异;过氧化氢酶活性在苗期和吐絮期与常规棉无显著差异;碱性磷酸酶活性只在吐絮期与常规棉无显著差异。表明,土壤养分和酶活性受转基因高产棉的影响较小,其变化主要受到生育期的影响。