生物黑炭对黑土根际土壤氮素转化强度及无机氮的影响

采用盆栽试验,研究了生物黑炭对大豆根际土壤氮素转化强度及无机氮的影响。结果表明:固氮作用强度在结荚期达到最大值,此后逐渐呈现出降低的趋势。氨化作用强度在开花期、结荚期和鼓粒期有显著差异,5%生物黑炭处理的氨化作用强度均显著高于CK处理。硝化作用强度在苗期、开花期和结荚期,N_2Y_5和N_1Y_5处理下的根际土壤硝化作用强度与CK处理均存在显著性差异;在鼓粒期和成熟期,只有N_2Y_5处理与CK处理存在显著性差异,分别比CK处理提高了58.87%,84.49%。生物黑炭的适量施用提高了根际土壤铵态氮的含量。苗期、花期、结荚期和鼓粒期不同处理之间铵态氮含量存在显著差异,成熟期差异不显著。合理的生物黑炭施用量对硝态氮利用起着关键性的作用,在苗期、花期、结荚期、鼓粒期,5%生物黑炭的处理均显著高于CK处理,在成熟期,N_1Y_5,N_1Y_(10)和N_2Y_(10)处理下的根际土壤硝态氮含量比CK处理显著降低了20.73%,21.04%,22.85%。     

氮素形态对中后期小麦根际土壤氮转化微生物及酶活性的影响

采用盆栽方法研究了硝态氮、铵态氮和酰胺态氮对豫麦34不同生育期根际土壤氮素转化相关微生物及酶活性的影响。结果表明,土壤氮素转化不同微生物生理类群活性及酶活性差异显著,其活性大小顺序为:反硝化细菌硝化细菌脲酶蛋白酶亚硝化细菌氨化细菌。反硝化细菌、硝化细菌、蛋白酶、亚硝化细菌及氨化细菌活性从拔节期开始逐渐升高,于花后14天达到最大值,之后开始下降;脲酶活性在拔节期最高,逐渐降低,至花后14天最低,之后又略有回升。氮素形态对小麦根际土壤氮素转化微生物及酶活性的影响因生育期、微生物生理类群而异。综合比较分析表明,铵态氮促进土壤有机氮的分解利用,促进氨转化为NO3-,抑制反硝化作用引起的氮素损失,酰胺态氮次之,硝态氮最差。     

氮素营养水平对小麦根际微生物及土壤酶活性的影响

在大田高产栽培条件下．研究了不同施氮水平对豫麦49-198根际微生物和土壤酶活性的影响。结果表明：豫麦49-198根系土壤蛋白酶活性和脲酶活性随生育时期推进均呈先上升后下降的变化趋势．蛋白酶活性、脲酶活性分别在拔节期和返青期达到最大值。在同一生育时期内，随着施氮水平的提高，蛋白酶活性呈先增加后降低的变化趋势．其中以N2（180kg／hm^2）处理的蛋白酶活性最高，但N4（360kg／hm^2）处理的蛋白酶活性仍大于对照N1（0kg／hm^2）；脲酶活性随施氮水平的提高呈上升趋势．以N4（360kg／hm^2）处理的脲酶活性最大。根际微生物总量随生育时期推进呈先增加后下降的趋势，在孕穗期达到最大值．开花期略有降低；在同一生育时期．随着施氨水平的提高，根际微生物数量呈先增加后下降的趋势，以N3（270kg／hm^2）处理的根际微生物总量最高．且各处理之间的差异都达到了显著水平。     

玉米根际土壤中不同重金属的形态变化

采用根垫法研究了不同生长时期的玉米根际土壤中铜、镉、铅、锌和铬的形态变化。结果表明 ,玉米生长 1 0 0d内不同重金属的形态变化有显著差别。交换态铜 ,碳酸盐态铜和锌 ,铁锰态铜、铅和铬 ,有机态铜、铅和铬都有明显变化。在 1 0 0d生长期间 ,不同重金属在根际土壤中的相对变化有较大幅度的波动。植物吸收主要影响根际土壤交换态铜和碳酸盐态铜和锌的变化 ,对镉和铅形态变化影响不大。     

栽培模式及施肥对玉米和大豆根际土壤磷素有效性的影响

栽培模式及施肥管理对作物吸收利用土壤磷素的影响较大,本研究为探明玉米/大豆套作系统作物根系交互作用下根际土壤无机磷组分动态变化特征,利用盆栽试验测定了玉米/大豆套作(M/S)、玉米单作(MM)和大豆单作(SS)3种栽培模式以及不施肥(CK)、施氮钾肥(NK)和施氮磷钾肥(NPK)3种施肥处理下玉米和大豆地上部生物量及吸磷量和根际与非根际土壤速效磷、无机磷组分含量,以期为优化玉米/大豆套作系统磷素管理提供理论依据。研究结果表明同一施肥水平下,套作玉米的籽粒产量显著高于单作玉米;施磷显著提高了单作玉米籽粒产量,而对套作玉米籽粒产量影响不大。无论施肥与否,套作大豆秸秆及籽粒产量均高于单作大豆。所有施肥处理均表现为套作模式下单株作物地上部磷积累量显著高于单作模式。玉米成熟期,CK、NK处理下套作玉米根际土壤速效磷含量分别比单作玉米高54.2%和71.8%;大豆始花期,NPK处理下套作大豆根际土壤速效磷含量比单作大豆高19.8%。大豆成熟期,NK、NPK处理下套作大豆根际土壤速效磷含量分别比单作大豆高23.8%和108.0%。无论是单作还是套作模式,玉米根际土壤Al-P含量在3个施肥处理下均低于非根际土壤。CK和NK处理下单作玉米根际土壤Al-P含量分别是套作玉米的1.19倍和1.22倍;NPK处理下单作玉米根际土壤Fe-P含量是套作玉米的1.21倍。在CK、NK和NPK施肥处理下,单作大豆根际土Al-P含量分别是套作大豆1.12倍、1.30倍和1.25倍,单作大豆非根际土Al-P含量分别是套作大豆的1.22倍、1.30倍和1.06倍。CK、NK处理下单作大豆根际土壤Fe-P含量分别是套作大豆的1.47倍和1.12倍。研究得出结论,低磷条件下,与单作相比,玉米/大豆套作更有利于作物对土壤Al-P、Fe-P的活化吸收。     

土壤—植物根际磷的生物有效性研究进展

探讨土壤－植物根际磷素养分状况及利用机理，提高土壤磷的生物有效性，使土壤中潜在的难溶性磷库活化，提高磷肥利用率，对促进农业生产的持续发展和陆地生态系统的良性循环具有重大的现实意义。文章从这一角度出发，论述了根际土壤中根际微生物，根际pH值，根系分泌物，菌根，根际土壤磷酸酶等各种因素对提高土壤磷素利用率的机理。     

杂交粳稻的氮素利用率及根际微生物

选用新品种是提高水稻产量及其品质的重要技术措施之一。     

生物有机肥对田间蔬菜根际土壤中病原菌和功能菌组成的影响

利用实时荧光定量PCR方法对田间条件下连作番茄和辣椒施用生物有机肥(BOF)和常规施肥(CK)的根际土壤微生物中青枯病原菌和功能菌群(固氮菌和荧光假单胞菌)的数量进行定量研究.结果表明:与CK相比,BOF处理的番茄和辣椒产量分别提高了26.0％和19.9％,青枯病发病率分别降低了41.5％和44.7％,番茄和辣椒植株根际土壤固氮菌数量分别增加了23.5％和25.8％、荧光假单胞菌数量分别增加了29.5％和20.2％、病原菌数量分别减少了73.2％和90.1％.生物有机肥能够调控根际微生物区系的组成,降低土传病害的发病率,促进作物健康生长;实时荧光定量PCR方法能够快速准确地检测根际土壤中功能微生物种群数量变化.     

生物黑炭对强酸性茶园土壤氮淋失的影响

采用室内土柱淋滤试验研究了生物黑炭施用量对强酸性茶园土壤淋溶液体积、pH以及NH+4-N和NO-3-N淋溶的影响。试验中所用生物黑炭以茶树枝条为原料制成,土柱中生物黑炭用量设B0(0t/hm2)、B1(8t/hm2)、B2(16t/hm2)、B3(32t/hm2)和B4(64t/hm2)5个处理。结果表明:与对照处理相比,B1、B2、B3和B4土壤淋溶液体积分别下降了1.84%,3.43%,5.99%和11.09%;随生物黑炭施用量的增加,淋溶液pH和土壤pH也逐渐增加;B1、B2、B3和B4 4个土柱的NH+4-N淋失量分别降低了1.84%,2.82%,11.37%和9.75%,NO-3-N淋失量分别显著降低了36.24%,43.65%,44.39%和62.40%;在整个淋洗过程中,NH+4-N和NO-3-N淋溶主要发生在前5次,且主要以NO-3-N的形式淋失,其累积淋溶量占NH+4-N、NO-3-N淋溶总量的57.61%~76.54%;生物黑炭降低了土壤中NH+4-N(B4处理除外)和NO-3-N含量。以上结果表明,生物黑炭施用能明显增加土壤pH,减少NH+4-N和NO-3-N的淋失,增强土壤的持续供氮能力。     

VA菌根真菌对玉米生长及根际土壤微生态环境的影响

用两种不同的ＶＡ菌根真菌Ｇｌｏｍｕｓ ｍｏｓｓｅａｅ和Ｇｌｏｍｕｓ ｃａｌｅｄｏｎｉｕｍ接种玉米进行盆栽试验。结果表明,两种菌株均能侵染玉米,促进玉米生长,其中以Ｇｌｏｍｕｓ ｃａｌｅｄｏｎｉｕｍ的侵染率和作用较为明显。接种后,根区土壤中的细菌、放线菌、固氮菌的数量和微生物量明显增加,但真菌的数量则稍有下降。此外,菌根的形成也改善了根区土壤的微生态环境,为下一造作物的生长积累了养分基础。     

耕层土层交换对土壤氮素关键转化过程和玉米氮素利用的影响

翻耕会使耕层土壤发生显著位置交换。耕层土壤位置交换会通过影响土壤物理、化学和生物性状,改变氮素转化过程。本文研究了土层交换对黄淮海平原南端砂姜黑土硝化、反硝化过程和玉米生长及氮素利用的影响,为该区域选择合理的耕作方式、减少氮素损失及提高氮素利用效率提供理论依据。试验在人工气候室条件下,以土壤(0～35 cm)田间原位分层作为常规土层处理(CK),以原位0～10 cm和10～20 cm土层交换后作为土层交换处理(SE),并用20μm的尼龙网区分非根际和根际土壤。于玉米小喇叭口期利用荧光定量PCR技术测定土壤氨氧化微生物和反硝化菌群丰度,并结合非根际和根际土壤的硝化潜势、土壤呼吸、反硝化能力、反硝化潜势、土壤理化性质和玉米总氮含量及根系形态的测定,探讨土层交换对土壤氮素转化和玉米生长及氮素利用的影响。结果显示,SE处理的玉米植株氮吸收量比CK处理显著降低8.9%(P0.05)。土层交换显著影响根际而不是非根际土壤的硝化潜势,使其显著降低13.5%(P0.05);并使非根际和根际土壤的反硝化能力分别提高36.6%(P0.05)和8.4%(P0.05)。土层交换使非根际和根际土壤的可溶性有机碳含量分别提高11.7%(P0.05)和5.2%。相关分析显示硝化潜势与氨氧化细菌(AOB)丰度呈显著正相关(r=0.91**),与氨氧化古菌(AOA)丰度无显著相关关系;反硝化能力与土壤可溶性有机碳和呼吸速率呈显著正相关(r=0.89**和0.93**),与nirK、nirS拷贝数无显著相关性;玉米植株氮吸收量与根际土壤的硝化潜势、根表面积×AOB拷贝数都呈显著正相关(r=0.83*和0.86*),而与反硝化能力呈显著负相关(r=?0.88**)。以上结果表明砂姜黑土土壤硝化速率的降低和反硝化速率的增强,是土层交换后玉米氮素利用效率低的重要原因。AOB是硝化速率的主要驱动微生物。土层交换后土壤可溶性有机碳是反硝化能力的关键主导因子。在翻耕条件下,有效调节土壤可溶性有机碳含量是提高作物氮肥利用效率的关键。     

生物质炭与有机物料配施的土壤培肥效果及对玉米生长的影响

生物质炭作为一种多功能的土壤培肥材料被广泛应用,但其与传统有机物料的对比及配施研究还比较少。通过盆栽试验,研究了生物质炭与秸秆、发酵鸡粪单施及配施对壤质潮土和砂土养分含量、酶活性及玉米生长的影响,并采用主成分分析方法对3种有机物料的培肥效果进行综合评价。试验设6个处理,分别为不添加有机物料(CK)、添加生物质炭(BC)、小麦秸秆(WS)、发酵鸡粪(CM)、秸秆和生物质炭(WS+BC)、鸡粪和生物质炭(CM+BC)。研究结果表明,各处理均增加了砂土玉米生物量和株高,3种有机物料的提升幅度排序为:鸡粪生物质炭秸秆,鸡粪还可增加壤质潮土玉米生物量和株高。添加生物质炭和有机物料还可提高土壤有机质含量,其中生物质炭的提升幅度最大。此外,3种有机物料对土壤养分和酶活性的影响各异,单施鸡粪分别增加壤质潮土和砂土的碱解氮22.08%和26.67%,速效磷91.92%和53.65%,脲酶活性40.54%和36.94%;单施生物质炭分别增加壤质潮土和砂土速效磷83.52%和89.91%,速效钾79.38%和127.02%,过氧化氢酶活性3.41%和11.22%,却降低了土壤碱解氮含量,且与鸡粪配施后会抑制鸡粪中氮的有效性;单施秸秆分别增加壤质潮土和砂土速效钾49.48%和63.02%,β-葡糖苷酶活性51.86%和59.09%;生物质炭与鸡粪或秸秆配施可以更均衡地提升土壤肥力。通过主成分分析和相关分析发现,玉米生物量和株高与土壤氮、磷供应正变化的第2主成分(PC2)得分呈极显著正相关关系。因此,3种有机物料中,鸡粪对土壤氮、磷含量及相关酶活性影响最大;秸秆对土壤钾以及纤维素分解相关酶影响较大,而生物质炭对土壤肥力的提升作用更均衡,且土壤肥力综合得分最高。秸秆或鸡粪配施生物质炭可以更全面地提高土壤肥力。     

Impact of integrated application of biochar and nitrogen fertilizers on maize growth and nitrogen recovery in alkaline calcareous soil

Biochar application has been considered as a rich source of carbon which helps to improve the physico-chemical properties and fertility of the soil. In Pakistan, excessive use of nitrogen fertilizer is considered a serious problem, so it is of vital importance to examine the effect of biochar on soil with varying doses of nitrogen fertilizer. We hypothesized that addition of biochar to an alkaline calcareous soil could improve not only soil quality and crop yield but also nitrogen use efficiency (NUE), reducing the loss of nitrogen (N) in the form of denitrification, ammonia volatilization, and nitrate leaching. A pot experiment was conducted under 2-factorial completely randomized design having three replications to evaluate the NUE in biochar amended calcareous soil. Biochar was applied at the rate of 0%, 1% and 2% (w/w) in pots filled with 17 kg of soil using various levels of N (0%, 50% and 100% of recommended dose) on maize (Zea mays L.). Several soil quality indicators, uptake, and yield of maize were monitored. Biochar application significantly decreased soil pH, increased water-holding capacity, total organic carbon, maize yield, stomatal conductance, and nitrogen uptake in plant. The results of the study indicated that addition of biochar could not only decrease the use of inorganic fertilizers by improving its quality and yield as in our case biochar at the rate of 1% and N at the rate of 50% provided optimum output minimizing the economic cost eventually.     

施氮量对玉米/大豆套作系统土壤微生物数量及土壤酶活性的影响

为揭示玉米/大豆套作体系下土壤氮素转换的调控机理和根际微生态效应,以种植模式为主因素[设玉米单作(MM)、大豆单作(SS)和玉米/大豆套作(IMS)3种处理],以玉米、大豆施氮总量(玉米、大豆施氮比例为3∶1)为副因素[设不施氮(NN,0 kg?hm~(-2))、减量施氮(RN,180 kg?hm~(-2))和常量施氮(CN,240 kg?hm~(-2))3个处理],研究了玉米/大豆套作系统下不同施氮量对作物根际土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明:与相应单作相比,套作下玉米根际土壤真菌、放线菌数量分别提高25.37%和8.79%;套作大豆根际土壤真菌、放线菌、固氮菌数量高于单作大豆;套作玉米根际土壤蛋白酶、脲酶活性和套作大豆根际土壤蛋白酶活性均显著升高。各施氮水平间,减量施氮下玉米、大豆根际土壤真菌数量较常量施氮和不施氮均有所提高;施氮提高了玉米、大豆根际土壤放线菌数量;大豆根际土壤固氮菌数量以减量施氮最高,比不施氮和常量施氮高17.78%和5.67%;玉米根际土壤蛋白酶活性、脲酶活性和大豆根际土壤脲酶活性均以减量施氮为最高。适宜的施氮量不仅能增加玉米/大豆套作土壤中真菌、放线菌、固氮菌的数量,还能提高土壤蛋白酶、脲酶活性,调节土壤氮素的转化,促进玉米/大豆对土壤中氮素的吸收,实现节能增效。     

氮肥减施对玉米幼苗根系分泌物影响的根际代谢组学分析

植物根系分泌物的根际代谢组学分析有助于更好地理解土壤根际微域内植物根系与土壤和土壤生物之间化学信号交流的根际过程。本文采用核磁共振氢谱(~1H nuclear magnetic resonance,~1H NMR)技术,对基于不同施氮处理下[常规施氮(180 kg×hm~(-2))、80%常规氮量和55%常规氮量]土壤培养收集的玉米幼苗的根系土壤沥出液(soil leachate,SL)、根鞘土浸提液(rhizosheath soil,RS)和根系水培液(distilled water cultivation,DWC)内的根系分泌物进行检测,并结合多维统计分析对比了不同收集方法以及不同施氮量下玉米幼苗根系分泌物的不同。结果表明:3种不同方法收集的玉米幼苗根系分泌物的核磁共振氢谱谱图轮廓及主要标志物明显不同。其中SL法的谱图峰信号及检测到的根系分泌物数目少,而RS和DWC法的谱图峰信号较多且可检测到玉米幼苗根系分泌物中的糖、有机酸和氨基酸等组分。与常规施氮量比较,在85%施氮量下,玉米幼苗根系分泌物中的α-葡萄糖、苹果酸、亮氨酸、缬氨酸水平显著增加;而当施氮量减少到55%时,玉米幼苗根系分泌物水平不再显著增加并呈现下降趋势。上述根系分泌物的变化可能和玉米根系对土壤氮营养供应水平的适应性调节有关。采用~1H NMR技术,结合RS和DWC收集方法进行根际代谢组学分析,可为根际生态及根际氮素营养研究提供重要理论依据。     

Effects of silver nanoparticles on soil microorganisms and maize biomass are linked in the rhizosphere

Silver nanoparticles hold great promise as effective anti-microbial compounds in a myriad of applications but may also pose a threat to non-target bacteria and fungi in the environment. Because microorganisms are involved in extensive interactions with many other organisms, these partner species are also prone to indirect negative effects from silver nanoparticles.Here, we focus on the effects of nanosilver exposure in the rhizosphere. Specifically, we evaluate the effect of 100 mg kg⁻¹ silver nanoparticles on maize plants, as well as on the bacteria and fungi in the plant's rhizosphere and the surrounding bulk soil. Maize biomass measurements, microbial community fingerprints, an indicator of microbial enzymatic activity, and carbon use diversity profiles are used. Hereby, it is shown that 100 mg kg⁻¹ silver nanoparticles in soil increases maize biomass, and that this effect coincides with significant alterations of the bacterial communities in the rhizosphere. The bacterial community in nanosilver exposed rhizosphere shows less enzymatic activity and significantly altered carbon use and community composition profiles. Fungal communities are less affected by silver nanoparticles, as their composition is only slightly modified by nanosilver exposure. In addition, the microbial changes noted in the rhizosphere were significantly different from those noted in the bulk soil, indicated by different nanosilver-induced alterations of carbon use and community composition profiles in bulk and rhizosphere soil.Overall, microorganisms in the rhizosphere seem to play an important role when evaluating the fate and effects of silver nanoparticle exposure in soil, and not only is the nanosilver response different for bacteria and fungi, but also for bulk and rhizosphere soil. Consequently, assessment of microbial populations should be considered an essential parameter when investigating the impacts of nanoparticle exposure.     

生物炭添加对酸化土壤中小白菜氮素利用的影响

针对菜地土壤酸化趋势显著、氮肥利用率低下等突出问题,以小白菜为供试作物,设置了前3季连续施用化肥氮及后2季不施化肥氮的5季盆栽试验,研究生物炭添加对酸化土壤上连续多季种植小白菜的产量、氮肥利用率以及土壤供氮能力的影响。结果表明:在连续添加化肥氮的条件下,生物炭添加显著增加了小白菜的产量及氮素累积量,有效降低了土壤速效氮含量,并提高了土壤速效氮中NO3--N含量比例,缓解了土壤酸化趋势,降低了小白菜中硝酸盐含量,增加了氨基酸含量,提高了氮肥利用率;在停止施用化肥后,生物炭添加处理仍能保持较高的土壤速效氮含量,提高土壤固持氮素的有效性,促进植株对氮素的吸收利用,从而使产量维持在施氮条件下的高水平。研究表明生物炭添加对土壤氮素具有"削峰填谷"的调节功能,能够有效促进氮素的吸收转化,从而有利于维持高产。     

Influence of long-term conservation tillage on soil and rhizosphere microorganisms

 In long-term field experiments on sandy loam and loamy sand soils, the influence of conservation and conventional tillage on soil and rhizosphere microorganisms was studied. Conservation tillage stimulated rhizosphere bacteria on winter wheat, winter barley, winter rye and maize in different soil layers. Particularly the populations of Agrobacterium spp. and Pseudomonas spp. were increased. On the sandy loam, N₂ fixation and nodulation of pea plants were significantly increased. No influence of different soil tillage was determined on the colonization of the rhizosphere by mycorrhiza and saprophytic fungi. Stubble residues infected with Gaeumanomyces graminis were infectious for a longer time on the soil surface than after incorporation into the soil. Received: 10 March 1998     

牛粪和生物炭对苹果根系生长、土壤特性和氮素利用的影响

以两年生红富士/平邑甜茶苹果为试材,采用15N同位素示踪技术,研究牛粪与生物炭不同配比对苹果根系生长、土壤特性和氮素吸收利用的影响,为苹果生产中合理施肥及可持续发展提供依据。试验共设6个处理:对照(CK)、100%牛粪(T1)、75%牛粪+25%生物炭(T2)、50%牛粪+50%生物炭(T3)、25%牛粪+75%生物炭(T4)和100%生物炭(T5)。结果表明,牛粪和生物炭混施可显著改善土壤理化性状,增加土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量,降低土壤容重。苹果根际土壤中的微生物均以细菌占绝对优势,放线菌次之,真菌含量最少;添加牛粪和生物炭均显著提高了根际土壤的细菌、放线菌和真菌数量,其中T2处理细菌、放线菌和真菌数量均达到最高。牛粪和生物炭混施还可促进苹果根系生长,根尖数、根表面积和根系活力等指标均在T2处理达到最高,分别较对照提高47.90%、33.47%、44.67%。表明T2处理可显著促进苹果根系的生长和根系活力的提高。与对照相比,牛粪和生物炭混合处理显著提高了苹果各器官的Ndff值、全氮量和15N吸收量,提高了15N利用率和15N残留率,降低了15N损失率。各处理15N利用率和15N残留率趋势为牛粪和生物炭混合处理最高,单施牛粪或生物炭处理次之,对照最低; 15N损失率呈相反的变化趋势。其中以T2处理效果最好,15N利用率和15N残留率最高, 15N损失率最低, 15N利用率较对照提高5.51%, 15N损失率较对照降低14.52%。综合分析认为, 75%牛粪+25%生物炭处理(T2)对苹果根系生长、土壤特性和氮素吸收利用的效果最好。