转基因水稻秸秆还田对土壤硝化反硝化微生物群落的影响

转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变及外源基因的转移释放令土壤微生物群落产生变化,影响土壤微生物的生态功能。氨氧化细菌和反硝化细菌是驱动土壤硝化和反硝化过程的关键微生物,其群落结构的变化直接关系土壤氮素的转化与利用。本研究利用荧光定量PCR和PCR-DGGE技术分析了转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻‘Kf8’秸秆还田降解过程中,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落丰度与组成的变化,探讨转基因水稻是否存在影响稻田土壤氮素转化与N2O排放的可能。结果显示:无论是氨氧化细菌amo A基因还是反硝化细菌nirS基因,其丰度在转基因水稻‘Kf8’与非转基因水稻‘Mh86’的秸秆还田土壤中都没有显著差异;转基因水稻‘Kf8’和非转基因水稻‘Mh86’秸秆还田降解过程中0~10 cm土层中的amo A基因丰度均显著高于10~20 cm及20~30 cm土层(P0.05);各深度土层中的nirS基因丰度均存在随秸秆还田时间延长而增加的趋势。水稻秸秆还田降解过程中,转基因水稻‘Kf8’的土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的群落多样性指数及组成,均与非转基因水稻‘Mh86’没有显著差异。相关分析结果表明土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落组成均与水稻秸秆还田时间存在显著相关性(P=0.002),反硝化细菌群落组成还与土层深度显著相关(P=0.024)。本研究表明转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田对稻田土壤硝化和反硝化关键微生物群落不会产生明显影响。就土壤微生物群落而言,转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田不存在影响土壤氮素转化与N2O排放的可能。     

作物茬口对黑土农田土壤反硝化细菌数量及群落结构的影响

【目的】反硝化作用导致农田土壤氮素损失和温室气体N2O的排放。研究不同作物茬口对土壤反硝化细菌群落结构的影响,旨在揭示作物茬口影响N2O排放的相关机制。【方法】定位试验位于黑龙江省海伦市前进乡光荣村(47°23′N,126°51′E),种植方式包括玉米连作(CC)、大豆连作(SS)以及玉米–大豆轮作,每年一季。取样时,轮作体系玉米已倒茬三次、大豆两次。采集CC、SS以及轮作体系中的大豆茬口(SSC)和玉米茬口(CSC)的表层土壤(0—15 cm)样品,利用实时定量PCR (qPCR)和高通量测序技术,分析土壤中的nirS和nirK型反硝化细菌丰度和群落组成。【结果】在4个作物茬口土壤中,CC处理的反硝化速率最高,玉米–大豆轮作体系中SSC和CSC处理的反硝化速率显著高于SS处理。轮作体系两个茬口SSC和CSC处理的nirS和nirK型反硝化细菌基因丰度多显著高于SS处理,而与CC处理多差异不显著。PCoA结果显示,SSC和CSC处理的nirS型反硝化细菌群落间差异显著,而CC和SS处理的nirK型反硝化细菌群落间存在显著差异。RDA分析结果表明,NO₃~–-N和C...     

硝化抑制剂对稻田土壤N2O排放和硝化、反硝化菌数量的影响

【目的】本研究旨在明确硝化抑制剂对稻田土壤氮素周转的影响,探讨抑制剂提高氮肥利用率及微生物响应机理。【方法】以草甸黑土发育的水稻土为研究对象,进行了两组培养试验 (25℃),培养周期均为150天。共设4个处理:1) 不施肥 (CK);2) 单施尿素 (Urea);3) 尿素 + 双氰胺 (Urea + DCD);4) 尿素 + 3, 4-二甲基吡唑磷酸盐 (Urea + DMPP)。一组试验从培养第1天起,抽取气体样品,用气相色谱法测定N₂O排放量。另一组试验从培养第1天直到结束,取土样测定氨氧化细菌和氨氧化古菌数量,采用荧光定量PCR等技术测定nirK基因和nirS基因拷贝数,用常规方法测定土壤无机氮含量。【结果】施用尿素显著增加了N₂O排放量,其中85%的N₂O排放发生在培养开始后的前两周内。Urea + DMPP处理土壤NH₄+浓度在前23天稳定在较高水平,与Urea处理相比,N₂O减排率为78.3%,Urea + DCD处理为21.6%。Urea + DMPP处理排放系数为0.05%,Urea + DCD为0.18%,Urea + DMPP处理显著低于Urea + DCD处理。施用尿素培养,土壤氨氧化细菌 (AOB) 数量显著增加而氨氧化古菌 (AOA) 数量则显著减少。添加DCD和DMPP能显著抑制AOB的数量,但对AOA没有影响。培养第3、30和90天,Urea + DMPP处理土壤中的AOB数量显著低于Urea + DCD处理的30%、56%和60%。对于反硝化细菌来说,所有处理中的nirK基因拷贝数均显著高于nirS基因拷贝数。添加DMPP在培养第3和30天显著减少了含nirK和nirS基因的反硝化细菌数量,而添加DCD对两类反硝化细菌数量无明显作用。【结论】东北黑土水稻生产中,硝化抑制剂DMPP降低N₂O排放量和排放系数的效果显著好于DCD,因为DMPP在培养后的30天内,可以显著抑制氨氧化细菌繁衍,降低反硝化细菌数量,从而起到减少N₂O排放、提高肥料利用率的作用。     

氮肥对稻田土壤反硝化细菌群落结构和丰度的影响

以氮肥田间定位试验为研究对象,利用PCR-DGGE(聚合酶链反应变性梯度凝胶电泳)和荧光定量PCR(real-time PCR)技术,通过对反硝化细菌nirS基因的检测,分析了定位试验第2年稻田反硝化细菌群落结构和丰度的变化。DGGE图谱及依据其条带位置和亮度数字化数值进行的主成分分析(PCA)结果均显示:在氮肥定位试验第2年,与不施肥对照(CK)比较,在水稻各个生育期(分蘖期、齐穗期和成熟期)内,施用氮肥[150kg(N)·hm-2]的稻田根层土或表土中的反硝化细菌群落结构均无明显变化;且稻田根层土或表土中的反硝化细菌群落结构在水稻各个生育期间也均无明显差异。荧光定量PCR结果显示,在水稻生长发育过程中,施用氮肥的稻田根层土或表土中的反硝化细菌nirS基因拷贝数始终显著(P<0.05)高于其对应的不施肥对照。此外,无论施用氮肥与否,根层土中的反硝化细菌nirS基因拷贝数在水稻成熟期时都会显著(P<0.05)降低;但表土中的nirS基因拷贝数在水稻各生育期间无明显变化;且水稻成熟期时施用氮肥和不施肥的稻田表土中nirS基因拷贝数都显著(P<0.05)高于根层土。同时,与对照比较施用氮肥可促进水稻增产44%。研究表明,短期定位试验中施用氮肥能够显著提高稻田土壤反硝化细菌的丰度,但对其群落结构没有明显影响。     

盐碱土壤N2O排放与amoA和narG功能基因丰度的响应规律

为揭示盐碱土壤中参与氨氧化过程和硝酸盐还原过程的amoA和narG基因丰度与N_2O排放的响应规律,本研究选取内蒙古河套灌区3种不同盐碱程度土壤(轻度盐土SA、强度盐土SB和盐土SC),通过控制室内温度和土壤质量含水量进行室内培养试验,并运用荧光定量PCR(real-time PCR)技术研究了盐碱土壤中N_2O排放速率、氨氧化细菌和narG(膜结合型硝酸还原酶)型反硝化细菌丰度与土壤环境因子之间的偶联关系。结果表明:SA、SB和SC3种盐碱土壤中,N_2O平均排放速率随着土壤盐碱程度的升高而升高,值分别为16.9、30.8、69.6μg/(kg·d);氨氧化细菌和narG型反硝化细菌丰度分别为0.415×10~4、6.91×10~4、9.44×10~4 copies和2.61×10~4、5.36×10~4、13.5×10~4 copies,表明在一定盐分条件下,土壤中的盐分能够促进氨氧化细菌和narG型反硝化细菌丰度。RDA分析结果显示,N2O平均排放速率与氨氧化细菌和narG型反硝化细菌丰度具有显著的正相关(r=0.863、0.975,P0.01);土壤pH、EC、速效钾和有机碳是盐碱土壤中影响N2O排放速率的主要环境因子,其中,土壤pH、EC、速效钾和N_2O排放速率存在显著正相关(r=0.968、0.983、0.987,P0.01),土壤有机碳和N_2O排放速率存在负相关(r=–0.800,P0.05),土壤有效磷和总氮与N_2O排放速率的相关性未达到显著水平(P0.05)。     

亚硝酸盐添加对土壤硝化和反硝化基因转录活性及N2O排放的影响

设施菜田土壤氧化亚氮（N2O）脉冲式排放期间通常伴随着亚硝酸盐（NO2-）的大量积累,为揭示NO2-对设施菜田土壤N2O排放的影响机制,以两种典型蔬菜种植区土壤（碱性土壤/酸性土壤）为研究对象,通过室内培养试验,对比厌氧和好氧培养条件下添加NO2-后两种土壤无机氮转化与N2O、氮气（N2）和二氧化碳（CO2）等气体排放,以及氨氧化单加氧酶α亚基调控基因（amoA）、亚硝酸盐还原酶调控基因（nirK和 nirS,统称nir）和N2O还原酶调控基因（nosZ）的丰度和转录情况。结果显示：受pH等环境因素影响,土壤中NO2-含量并不一定与N2O排放之间存在相关性,但添加NO2-的处理显著增加了两种土壤的N2O排放量和N2O/(N2O+N2)指数（IN2O）（P<0.05）。碱性土壤中,60 mg?kg-1外源NO2-对土壤CO2排放无明显抑制作用,厌氧培养条件下nirK基因、好氧培养条件下amoA和nirS基因均出现了添加NO2-后转录拷贝数显著高于空白处理的现象,而nosZ基因无此现象。酸性土壤中,amoA转录活性整体较低,好氧空白处理时nirS基因转录拷贝数随培养时间的延长而增加（P<0.05）;60 mg?kg-1外源NO2-明显降低了酸性土壤的CO2排放量、相关基因的丰度及转录拷贝数。上述结果显示,土壤中积累的NO2-会通过诱导nir基因转录与N2O还原酶竞争电子和抑制N2O还原酶活性等途径,增加土壤的IN2O,影响有氧条件下N2O的排放途径,研究结果将为探索设施菜田土壤氮素高效利用和N2O减排提供科学依据。     

东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

【目的】探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据。【方法】基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子。【结果】1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著。2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96%~27.34%,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长。3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构。结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素。4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动。【结论】尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响。本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据。     

O_3浓度升高对麦田土壤氨氧化细菌、氨氧化古菌和硝化细菌数量的影响

硝化作用在氮循环过程中至关重要,包括氨氧化作用和亚硝酸盐氧化作用,通过氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应将N素转化为植物可利用的NO;形态。利用开顶式臭氧气室（OTCs,open-topchambers）试验平台,通过大田模拟熏气试验,结合Real-timePCR探讨大气O,浓度升高对麦田土壤氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）及硝化细菌（NOB）数量的影响。结果表明,AOB、AOA和NOB对O,胁迫的反应不一样,AOB基因拷贝数基本上随着O,浓度的升高呈现出降低的趋势,而AOA和NOB基因拷贝数随O_3浓度的升高变化不明显。冬小麦拔节期,当O_3浓度为40、80、120nmol·mol。时,20-40em土层的AOB基因拷贝数分别比对照处理降低39．8％、51．2％和59．4％。AOB和NOB基因拷贝数灌浆期多于收获期,0-10cm土层多于10-20em。AOA基因拷贝数随季节的变化不大。O_3胁迫可通过影响AOB、AOA和NOB的数量和活性来影响土壤的硝化反应,从而影响土壤的氮素循环过程。     

几种典型除草剂对冬麦田N20排放及其相关土壤生化因子的影响

通过田间原位观测试验,研究了几种典型除草剂单,混施对冬麦田N2O排放及其土壤生化因子的影响。结果表明：在除草剂施用后的10d内,乙草胺和混剂苯磺隆＋精嗯唑禾草灵都显著抑制了N2O的排放（P〈0．05）,其N：O排放通量均值较对照降低了50％左右,精嗯唑禾草灵和苯磺隆处理N2O排放通量均值分别比对照减少28．6％和26．0％,但未达到显著水平（P〉0．05）;在余下的测定期内,乙草胺、苯磺隆、精嗯唑禾草灵和混剂苯磺隆＋精嗯唑禾草灵对麦田N2O排放都无显著影响,其NzO排放通量均值分别为对照的95.3％、101．8％、92．5％和88．7％。乙草胺对土壤脲酶活性一直有激活作用（P〈0．05）,精嗯唑禾草灵和混剂苯磺隆＋精嗯唑禾草灵表现为抑制激活交替作用,而苯磺隆对土壤脲酶活性基本无影响。在除草剂施用后的10d内,N：O排放通量与土壤水分WFPS（P〈0．01）、土壤反硝化细菌数量（P〈0．01）以及土壤氨氧化细菌数量（氏0．05）呈显著正相关关系,与可溶性有机碳含量呈显著负相关关系（P（0．05）,与土壤硝化细菌、土壤硝态氮和铵态氮含量以及脲酶活性无显著相关关系（P〉0．05）。乙草胺和混剂苯磺隆＋精嗯唑禾草灵能显著降低麦田N20的排放,主要源于明显降低了土壤中反硝化细菌数量,混剂苯磺隆＋精噫唑禾草灵还明显降低了氨氧化细菌数量。苯磺隆和精嗯唑禾草灵对麦田N20排放无显著影响,主要是对氨氧化细菌和反硝化细菌表现为促进抑制的交替作用。     

生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】 生物质炭显著影响土壤氧化亚氮 (N₂O) 排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N₂O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N₂O排放的微生物作用机理。 【方法】 在田间一次性施入生物质炭 40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照 (CK)、氮肥 (N)、生物质炭 (Bc) 和氮肥 + 生物质炭 (N + Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌 (AOA)、氨氧化细菌 (AOB) 功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因 (nirK、nirS) 以及N₂O还原酶基因 (nosZ) 等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮 (铵态氮、硝态氮) 含量及N₂O排放。 【结果】 与CK相比,生物质炭 (Bc) 处理的土壤有机碳 (SOC) 提高了27.1%,总氮 (TN) 提高了8.2%,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nosZ基因丰度增加了21.2% (P < 0.05),N ₂O排放没有显著变化 (P > 0.05)。与CK相比,施用氮肥 (N) 显著降低土壤pH ( P < 0.05),显著增加土壤无机氮含量、 nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N₂O累积排放量 (P < 0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用 (N + Bc) 处理显著增加 amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4% (P < 0.05),但 ( nirK + nirS)/nosZ的比值降低,同时N₂O累积排放量显著降低33.3% (P < 0.05)。室内培养期间N ₂O排放峰出现在1～5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为 N 1.70 × 103和1.76 × 103 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N₂O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数 (P < 0.05)、NH ₄+-N含量 (P < 0.01) 呈显著正相关,与pH呈显著负相关 ( P < 0.01)。 【结论】 在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N₂O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK + nirS)/nosZ比值降低。      

土霉素污染对土壤生物学性质影响的初步研究

为了解随粪肥进入农田中的土霉素对土壤生物化学性质产生的可能影响,采用实验模拟方法研究了土霉素污染对土壤微生物生物量碳、土壤酶活性及微生物组成的影响。结果表明,土霉素污染对土壤细菌、放线菌数量和微生物总量均有一定的抑制作用,随土霉素污染程度的提高抑制作用也有所增强;但土霉素污染对真菌的作用较为复杂,一般是低浓度时有促进作用,高浓度时有抑制作用。低量土霉素污染对土壤脲酶和中性磷酸酶活性均无明显的影响,但高量的土霉素污染对土壤脲酶活性起抑制作用。土霉素对土壤微生物生物量碳的影响因土壤类型、土霉素加入量和培养时间不同有所差异。土霉素污染对土壤生物化学性质的影响主要发生在土霉素进入土壤的初期,随着时间的增加,影响逐渐减弱和消失;     

Nitrogen and water uptake patterns and growth of plants at various minimum solution nitrate concentrations

Increasing fertilizer and energy costs, as well as awareness of environmental quality, require greater fertilizer use efficiency. Providing plant nutrients in the quantity and at the time needed, possibly through fertigation, should lead to more efficient fertilizer use. Knowledge on crop nutrient requirements and minimum nutrient concentrations in the root zone at different stages of growth is important. Hydroponic greenhouse experiments were conducted using tomato and lettuce plants to determine minimum solution nitrogen concentrations which would allow maximum plant growth for a system of frequent nitrogen application and to quantitatively measure nitrogen uptake rates as a function of time. Minimum N levels for the tomato experiment were 2, 10, and 20 mg/1. Solutions were analyzed three times a week to determine N uptake and sufficient KNO₃ was added each time to supply the plant N demand so that the targeted minimum N concentration would be achieved at the next sampling time. The minimum N concentrations in the lettuce trial were 5, 10, 20 and 50 mg/1. A control consisting of 105 mg/1 N was used for both crops. There was no significant effect of N concentration on N uptake throughout the experiment for lettuce and during the early stages of tomato growth. Higher N uptake during the latter stages of tomato growth occurred for the control as compared to the other treatments. The latter observation was probably caused by N diffusion gradient development because of the dense root system and inadequate solution stirring. Plant growth results were comparable to N uptake results. The ratio of N to water uptake was fairly constant throughout the growth period with a trend toward decrease in the ratio with time for tomatoes. Low N concentrations can occur at the root surface without limiting plant growth.     

Cultivation of potato – use of plastic mulch and row covers on soil temperature,growth, nutrient status,and yield

Potato is one of the most important crops in the world because of its high nutritional value; however, traditional cultivation in bare soil may render low yields and poor quality. Crop production efficiency can be increased by using plastic mulching and row covers to modify root zone temperature and plant growth, in addition to reduction in pest damage and enhance production in cultivated plants. However, there is little information demonstrating the effect of row covers in combination with plastic mulch on potato. The aim of this study was to assess the change in root zone temperature and its effect on growth, leaf nutrient, and yield of potato using plastic mulch of different colors, in combination with row covers. Seed of cultivar Mondial was planted in May 2012. The study included four plastic films: black, white/black, silver/black, aluminum/black, and a control with bare soil, which were evaluated alone and in combination with row covers removed at 30 days after sowing in a split-plot design. Higher yields were obtained when no row cover (43.2 t ha^?1) and the white/black film (42.2 t ha^?1) were used. Leaf nitrogen, sulfur, and manganese concentration were higher in plants when row cover was used; in contrast, no–row cover plants were higher in Fe and Zn. Mulched plants were higher in Mn concentration than control plants. There was a quadratic relationship between mean soil temperature and total yield (R² = 0.94), and between plant biomass and total yield (R² = 0.98), between leaf area with total yield (R² = 0.98).     

小麦根系形态数量性状的时空分布及其与土壤养分的关系研究

为明确小麦根系时空分布及其与土壤有效养分含量之间的相互关系,于2020—2021年进行大田试验,采用裂区设计,主处理为品种,分别选用大穗品种周麦30和多穗品种周麦32,副处理为种植密度,设置1.2×10⁶、2.4×10⁶、3.6×10⁶苗·hm^-2 3个密度。使用长方体铁盒(20 cm×5 cm×20 cm)在麦行上、行距1/4处、行距1/2处分别取0～20 cm和20～40 cm土层的样品。分析冬前期、返青期、拔节期、开花期、灌浆期、成熟期不同位点小麦根系形态数量性状(根长密度、平均根直径、根体积、根总表面积)及土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量。结果表明,随着生育时期的推进,根总表面积、根长密度、根体积表现为先升高后降低的单峰曲线变化趋势;0～20 cm土层平均根直径呈“W”形曲线变化趋势,20～40 cm土层平均根直径呈“V”形曲线变化趋势。小麦根系垂直分布状况表现为：0～20 cm土层中根总表面积、根长密度、根体积均显著高于20～40 cm土层;20～40 cm土层平均根直径高于0～20 cm土...     

施肥对平邑甜茶根际微生物的影响

以二年生苹果砧木平邑甜茶实生苗为试材,研究施氮、有机肥及其组合对根际微生物类群的短期影响及其与果树根系生长状况的关系。结果表明,不同微生物类群对施肥反应不同,氮肥、有机肥处理明显增加除根际固氮菌外其他微生物类群的数量。高浓度氮肥（N 500 mg/kg）处理对细菌、放线菌、纤维素分解菌数量产生一定抑制作用,而3%和6%有机肥能缓解高浓度氮肥对根际微生物的抑制作用;3%有机肥和N 200 mg/kg氮肥处理可达到较好的缓解效果。细菌、真菌、氨化细菌和硝化细菌数量与生长根和吸收根生物量之间显著正相关;固氮菌则仅与吸收根生物量显著负相关;而纤维素分解菌与根系生物量的相关关系不显著。细菌和纤维素分解菌数量与根系呼吸显著正相关;而真菌、固氮菌、氨化细菌和硝化细菌与根系呼吸的相关性不显著。     

种植行距和品种对玉米根际反硝化菌群丰度和功能的影响

反硝化是根际氮素损失重要途径,作物品种和行距改变是否会对根际反硝化产生影响尚不清楚。本研究比较了不同玉米品种和种植行距间根际土壤反硝化菌群丰度和功能的差异,为降低根际反硝化损失和提高氮肥利用效率提供科学依据。通过两个独立的田间试验,利用生物化学和分子微生物学方法,分别研究‘浚单20’、‘安农8号’、‘郑单958’、‘品玉18’和‘隆平206’5个玉米品种以及20 cm、30 cm、40 cm、50 cm种植行距对根际土壤反硝化能力、反硝化菌群丰度、N_2O/(N_2O+N_2)产物比和土壤呼吸等指标的影响。‘浚单20’、‘安农8号’、‘郑单958’根际反硝化能力显著低于其他两个品种;随着行距减少,反硝化能力有显著增加趋势。‘隆平206’和‘品玉18’的nir S型反硝化菌群丰度显著高于其他品种,而nir K和nosZ型菌群的丰度以‘浚单20’和‘安农8号’最高;行距20 cm的nir S和nir K型菌丰度显著高于其他行距处理,但nosZ型菌丰度以40 cm行距丰度最大。品种对N_2O/(N_2O+N_2)产物比有一定影响,其中‘安农8号’最低,但行距对产物比没有显著影响。相关分析表明反硝化能力与土壤呼吸和nirS型菌群丰度均极显著正相关,但与nos Z和nir K型菌群未呈现这种关系,由此表明nirS型菌丰度和根际有机碳差异可能是造成反硝化能力不同的主导因子。品种和种植行距会对玉米根际反硝化过程产生一定影响,根际低反硝化损失品种的筛选、选育和根际反硝化过程调控是减少根际反硝化损失,提高氮肥利用效率的有效途径。     

Relationships between sulfur concentration in mulberry Leaves and the quality of silkworm cocoon

A 40-day gnotobiotic microcosm experiment was carried out to quantify the effect of bacterial-feeding nematode on plat growth and nutrient absorption.The results showed that inoculation of bacterial-feeding nematode Protorhabditis sp.stimulated the growth of wheat (Triticum aestivum) and the uptake of N.By the end of the 40-day incubation wheat biomass and N uptake in the treatment with nematode and bacteria (Pseudomonas sp.)increased by 6.5% and 5.9%,respectively,compared with bacteria alone treatment.The presence of nematode mainly accelerated the growth of aboveground of wheat,while it slightly inhibited the root development.There was little difference in plant tissue N concentration between treatments.P concentration and uptake of wheat,however,were generally reduced by nematode, It appears that the enhancement of plant growth and nitrogen uptake is attributed to the enhancement of nitrogen mineraliztion induced by nematode feeding on bacteria,and the reduction of phosphorous uptake is the result of ewak root status and comptetition by bacteria immobilzation.     

小麦根蘖发育和产量对耕作和追氮方式以及施氮量的响应

  【目的】  黄淮平原小麦生产中大量施用氮肥,探讨不同耕作和施肥方式对小麦根蘖发育的影响,以期实现减氮不减产并提高氮肥利用率的目标。  【方法】  2016—2018年连续两个种植年度,以半冬性中熟小麦品种矮抗58为材料,采用裂裂区设计试验方法,主区为施氮量 (240 、180 kg/hm2),副区为耕作方式 (旋耕、深耕),副副区为追肥方式 (撒施、隔行开沟追肥、隔二行开沟追肥),研究了小麦根系生长和生理活性、主茎和分蘖发育动态与成穗、籽粒产量和氮肥利用率。  【结果】  小麦不同生育时期单株次生根数、根系活力、单位面积茎蘖数、叶面积指数 (LAI) 均随施氮量降低而降低。与旋耕相比,深耕条件下小麦生育中、后期单株次生根数和单位面积茎蘖数增多、根系活力提高、LAI增大。生育后期,隔行开沟追肥的单株次生根数、根系活力、单位面积茎蘖数和LAI最高,撒施次之,隔二行开沟追肥最低。减量施氮较常规施氮籽粒产量降低了2.41%,氮肥偏生产力、氮肥吸收效率和氮肥内在利用率分别增加了29.67%、25.69%和2.29%。与旋耕相比,深耕条件下籽粒产量增加了5.60%,氮肥偏生产力和氮肥吸收效率分别提高了4.48%和8.47%。不同追肥方式中,隔行开沟追肥的籽粒产量最高,氮肥偏生产力和氮肥吸收效率显著提高,较撒施分别提高了3.62%、3.98%和7.38%,较隔二行开沟追肥分别提高了5.93%、6.34%和12.93%。  【结论】  深耕可提高生育中、后期小麦单株次生根数、根系活力和单位面积茎蘖数。常规施氮 (纯氮240 kg/hm2) 结合深耕 (深度25～30 cm)、隔行开沟追肥,可获得最高小麦产量;减施25%氮肥 (180 kg/hm2) 会导致籽粒产量降低,但结合深耕并采用隔行开沟施肥方式,可显著提高氮肥利用率,部分降低减氮所造成的产量损失,是获得高产高效的最佳组合。     

Root Plasticity Not Evident in N-Enriched Soil Volumes for Wheat (Triticum aestivum L.) and Barley (Hordeum vulgare L.) Varieties

Root plasticity is a unique characteristic of root systems that may enhance the nutrient foraging capacity of plants. Here we investigated the effect of localized high nitrogen (N) concentration on plasticity of wheat and barley roots in soil. We conducted a series of experiments to maintain localized high concentration of N in soil and to evaluate any root morphological variation in the enriched N zone. Wheat and barley seedlings were grown in N responsive Red Ferrosol with an enriched subsurface N band for 12 days. Wheat and barley roots did not proliferate in N-enriched soil volumes. Rather, higher root length density (~1.6 times) was observed in low N surface soil. Shoot dry matter and shoot N uptake of banded N treatment was statistically similar between uniform and low N treatments. Results indicated the absence of plastic root response of the wheat and barley seedlings in subsurface N band.     

Contribution of nitrification happened in rhizospheric soil growing with different rice cultivars to N nutrition

A rhizobox with three compartments and soil slicing followed by quick freezing were used to study the spatiotemporal variations of nitrification of rhizospheric soil of Yangdao 6 (Indica) and Nongken 57 (Japonica). The results obtained revealed that ammonium () was the main N form in flooded paddy soil. A concentration gradient for was observed with the lowest concentration nearer to the root zone and the concentrations increased with increasing distance from the root zone. No concentration gradient was observed for nitrate (). The nitrification activities of both rice cultivars increased with the development of the incubation time. The nitrification activities were maximal in rhizospheric soil, followed by those in bulk soil and in the root zone. In the rhizosphere, nitrification activities decreased with increasing distance from the root zone. The maximal nitrification activity measured at 44, 51, and 58 days after sowing of Yangdao 6 and Nongken 57 rice cultivars was at a distance of 6 and 2 mm away from the root zone, respectively, and they were 0.88 and 0.73 mg kg⁻¹ h⁻¹, respectively. In this experiment, the nitrification activities were significantly and positively correlated with the ammonia-oxidizing bacteria (AOB) abundance (r=0.86, p<0.01). The nitrification activity, concentration, AOB abundance, dry matter and N accumulation and leaf reductase activity associated with Indica were always higher than those with Japonica. Therefore, nitrification in rhizosphere had more important significance for N nutrition, especially for the Indica rice cultivars.