农田管理措施对土壤有机碳周转及微生物的影响

农田管理措施对农田生态系统碳循环影响显著,进而制约土壤肥力、农业生产及粮食安全,影响气候变化和环境健康。本文综述了不同农田管理措施(施肥方式、种植制度、耕作模式)对农田土壤有机碳、含碳温室气体排放和土壤微生物的影响。发现有机肥与无机肥配施情景下土壤有机碳增速最快,且施肥量与土壤碳库存在阈值效应;有机肥的施用增加了土壤中CO2排放通量,磷、钾两种肥料的施用与施用氮肥相比更能降低农田土壤排放温室气体产生的全球增温潜势;提高有机肥和磷肥的施用比例有利于土壤中微生物丰富度的提高和微生物量碳的积累。种植结构和种植密度均会影响农田土壤的碳储量,种植结构对农田生态系统温室气体排放影响显著,轮作和间作的种植模式与传统单一作物种植相比可有效减少农田含碳温室气体的排放,同时,轮作与连作相比更有利于土壤微生物多样性的增加。保护性耕作措施有利于农田土壤固碳效率的提高,可降低农田温室气体的排放,且对微生物活性、多样性、群落结构以及碳源利用情况均有积极影响。最后总结了国际主流碳模型在农田生态系统的应用概况,并提出了未来发展展望。     

长期施用有机和无机肥对红壤微生物群落特征及功能的影响

以建于1990年的湖南祁阳长期有机无机定位试验为平台,选择不施肥、无机肥、有机肥及有机肥化肥配施4个处理,利用高通量测序和实时荧光定量技术,研究了长期施用有机肥和无机肥祁阳红壤细菌和真菌的群落特征;利用常规分析方法,研究了土壤微生物呼吸、酶活性和土壤基本理化性质,探索了长期施肥的土壤微生物群落结构与其功能以及土壤养分之间的关系。结果表明,长期施肥改变了土壤的pH值和养分循环;长期施用有机肥增加细菌与真菌种群丰度和多样性;单施化肥增加了真菌种群丰度与多样性,但是对细菌的种群丰度与多样性影响不大;施肥显著改变了土壤细菌与真菌的群落结构,细菌群落结构的改变显著影响土壤微生物呼吸、β-纤维素二糖水解酶以及酚氧化物酶的活性,而真菌群落的改变对微生物的功能影响不明显。本研究表明,施用有机肥不但可以缓解化肥引起的土壤酸化,还能支持更大、更丰富的微生物群体,从而维持更高的土壤活性,对维持或提高土壤肥力具有重要意义。     

不同有机肥源对土壤微生物生物量及花生产量的影响

通过盆栽试验,采用平板计数法和DGGE分析法,研究施用化肥与不同来源的有机肥对土壤微生物生物量及花生产量的影响.结果表明,施肥均显著提高了花生的经济产量与生物产量,其中以施用麸酸有机复混肥处理最高;土壤中细菌、真菌、放线菌总量以施用鸡粪处理最高,其他处理差别不大;土壤微生物总DNA提取、PCR扩增及其产物DGGE分析表明,施用各品种有机肥较不施肥与施用化肥促进了土壤某些微生物量的提高,而施用不同有机肥品种促使不同种类微生物量的提高.故不同有机肥源对土壤微生物生物量乃至其多样性特征均产生影响.     

生物有机肥对土壤微生物活性的影响

通过两次连续温室玉米盆栽试验,研究了施用具有调节微生物功能的生物有机肥对土壤微生物数量与活性的影响,并利用传统平板计数法与BIOLOGECO方法相结合研究生物有机肥对土壤微生物生态的影响。结果表明,与化肥相比,施用生物有机肥可显著提高土壤微生物中3大菌群的数量;AWCD值及微生物对不同碳底物利用水平的测定结果表明,施用生物有机肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其土壤中的羧酸、胺类和其他类碳源等。表明生物有机肥的施用能增加土壤微生物利用碳源能力,改善微生物营养条件,使微生物保持较高活性,提高土壤微生物多样性。     

秸秆还田对水稻土微生物影响的研究进展

水稻土是我国主要农业土壤类型之一。水稻土的发生发育过程在"土壤-微生物-水稻"相互作用的系统中进行,生态系统功能很大程度上受微生物生物量、多样性和功能等特征所影响。施肥可影响土壤养分循环和土壤质量,同时也影响土壤微生物活性及其群落多样性。有机肥肥效持久,可增加土壤地力,符合现代可持续发展的理念。有机肥代替化肥已逐步成为国家需求之一。其中,秸秆是稻田重要的有机资源,直接还田是最经济可行,易于推广操作的综合利用方式。鉴于土壤微生物在稻田生态系统中的重要性和有机肥施用对农田土壤地力可持续性的影响,本文主要论述了当前国内外在有机肥料施用,特别是秸杆还田对水稻土中微生物生物量、群落结构、多样性和功能影响以及微生物生态效应研究的进展,并进一步展望了水稻土中主导秸秆降解的微生物群落在时空尺度上的变异性,为今后水稻土中有机肥的添加和农田资源化管理提供理论指导     

有机肥配施对番茄土传病害的防治及土壤微生物多样性的调控

在田间试验条件下,采用施用基肥和追肥的方法,结合Biolog技术,分析了不同有机肥配合施用对番茄土传病害的防治效果及对土壤微生物群落多样性的影响,并探讨了有机肥防治作物土传病害的机理及意义。结果显示,有机肥的施用对大田番茄青枯病、枯萎病、茎基腐病等3种土传病害均有显著的防治效果,粉状有机肥和液体有机肥配合施用时防病效果最显著;有机肥的施用还改善了土壤微生物群落结构。土壤微生物群落的AWCD和Shannon index与作物发病情况有较好的一致性,显示施肥提高土壤微生物多样性,对土传病害的防治有重要的影响。     

微生物有机肥结合土壤改良剂防治烟草青枯病

盆栽试验设置了五个处理:对照(T1)、施用普通有机肥(T2)、施用SQY-7号微生物有机肥(T3)、石灰处理土壤后施用SQY-7号微生物有机肥(T4)、石灰和碳铵处理土壤后施用SQY-7号微生物有机肥(T5),用DGGE和平板计数法研究了根际土壤微生物群落的多样性,旨在探讨微生物有机肥及微生物有机肥结合土壤改良剂对烟草青枯病的防治效果和对烟草根际土壤细菌群落多样性的影响.结果表明:连作土壤中,施用普通有机肥(T2)不仅不能防治烟草青枯病,还提高了烟草青枯病的病情指数,而施用微生物有机肥处理(T3、T4和T5)对烟草青枯病的防治效果达66.7％～87.9％;施用微生物有机肥可显著改变根际微生物区系结构:T2处理的根际土壤细菌和放线菌数量较T1处理略有增加,真菌数量则较T1处理增加了1.1倍;T3和T4处理的根际土壤细菌分别较T1处理增加了3.5倍和6.1倍,同时,放线菌数量分别增加了3.7倍和3.5倍,而真菌数量分别下降了66.2％和70.1％;T5处理的根际土壤细菌和放线菌数量较T1处理分别增加了13.6倍和5.1倍,真菌数量下降了75.0％;各处理的细菌群落多样性均较T1处理增加.初步研究表明,连作病害土壤用石灰和碳铵预处理后再施用SQY-7号微生物有机肥能有效防控烟草青枯病和减缓连作生物障碍,其作用机制主要通过改变微生物区系和降低病原菌数量实现.     

转基因作物对土壤微生物群落的影响及主要研究策略

土壤生态系统是农业生态系统安全和农业可持续发展的重要载体,也是人类赖以生存的基础。随着基因工程技术的应用和转基因作物大量种植,在带来重大经济效益的同时,也可能会引发一定的生态风险,包括会对农田土壤生态系统尤其是微生物群落结构和功能产生难以预测的复杂影响。目前这些研究方向已成为土壤生物安全的研究热点。本文简要分析了近年来转基因作物对土壤微生物群落的影响,着重介绍了转基因作物种植影响根际土壤微生物群落多样性的研究进展、土壤微生物群落多样性的研究方法及其评估研究的主要策略等。     

不同施肥处理对黄泥土微生物生物量碳氮和酶活性的影响

通过室内培育实验,研究了不同施肥处理对黄泥土微生物生物量C、N和脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性的影响。培养过程中,单施化肥处理土壤微生物生物量C、N均呈下降趋势,施用有机肥处理的土壤微生物量C前期升高至一定水平后或保持稳定、或呈下降趋势,而微生物生物量N总体均呈下降趋势;不同施肥处理的脲酶活性呈前期上升后期下降趋势,而酸性磷酸酶和蔗糖酶则单施化肥处理呈上升趋势、配施有机肥处理呈下降趋势。与对照处理相比,单施化肥处理显著降低土壤微生物生物量C、N,高量施用化肥处理还显著降低土壤脲酶活性,但对酸性磷酸酶和蔗糖酶活性的影响并不明显。秸秆施用可显著提高土壤微生物生物量C、N和酶活性,特别是高量施用秸秆的效果更明显。施用猪粪由于同时带入了大量的活性养分,对土壤微生物生物量C、 N和酶活性的影响尚难评价。在高度集约农业利用下,继续保持较高的化肥施用量并不利于土壤生物质量的维护和提高,而秸秆直接还田才是保持土壤健康状态的有效措施。     

施用有机肥提高黑土土壤酶活性、增加细菌数量及种类多样性

为研究有机肥施用量对黑土土壤酶活性及细菌群落的影响,明确黑土细菌群落变化与有机肥施用量的相关性,从而为调节土壤微生物群落结构,改善其生态功能提供科学依据。设置不施有机肥(CK)、有机肥施用量15 000(YJ1)、22 500(YJ2)、30 000(YJ3)、37 500(YJ4)和45 000 kg/hm~2(YJ5)6个处理,通过连续2年田间试验,研究土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性以及细菌群落多样性的变化规律。施用有机肥能够提高土壤蔗糖酶(26.3%～56.6%)、脲酶(5.8%～56.4%)、过氧化氢酶(0%～17.7%)、碱性磷酸酶的活性(7.4%～43.6%),YJ2处理酶活性较高;施用有机肥提高了黑土土壤变形菌门和厚壁菌门的相对丰度,并降低了放线菌门相对丰度。过氧化氢酶和蔗糖酶活性是影响细菌群落多样性较大的因子。施用有机肥可不同程度增加细菌数量和种类多样性,进而使土壤系统向稳定健康的方向发展。     

微生物肥料对棉田土壤生态与棉花生长的影响

试验研究微生物肥料对棉田土壤生态与棉花生长的影响结果表明,单一施用微生物肥料或与有机肥混施均可改善土壤生态,提高土壤肥力,降低土壤容重,提高阳离子代换量,增加土壤速效磷、碱解氮和速效钾含量,棉花产量分别比对照提高19.2%和31.6%,且微生物肥料与有机肥混施效果优于单一使用。     

不同施肥制度对玉米生育期土壤微生物量的影响

通过测定不同施肥制度下玉米土壤微生物量碳、氮的动态变化,探讨了不同施肥制度对玉米土壤的培肥效应。研究结果表明,与无肥、单施有机肥、单施化肥相比,有机肥与N、P、K肥配合施用能显著增加玉米各生育时期的土壤微生物量碳、氮,促进土壤微生物量显著增长,增强了土壤养分容量的供应强度,有利于培肥土壤。     

不同培肥模式对茶园土壤微生物活性和群落结构的影响

以闽东地区红黄壤茶园定位实验地为对象,通过测定6种不同施肥处理土壤微生物学特性,研究不同培肥对土壤微生物特性和生物化学过程的影响,阐明各指标间的相互关系.结果表明,除了单施无机肥处理外,半量化肥+半量有机肥、全量有机肥、全量化肥+豆科绿肥以及半量化肥+半量有机肥+豆科绿肥等的培肥方式均不同程度提高了土壤有机质,可培养微生物数量,微生物量碳、氮含量及土壤酶活性,尤以半量无机肥+半量有机肥+豆科牧草的培肥模式增幅更为明显,而单施无机肥不利于微生物的生长、酶活性的提高和维持生态系统的稳定性.微生物群落磷脂脂肪酸(PLFAs)标记主成分分析显示,各种不同施肥方式使微生物群落结构发生改变.相关分析表明,微生物量与可培养微生物数量、微生物磷脂脂肪酸含量之间的相关性明显高于微生物量与各种酶活性之间的相关性,说明微生物数量大小对微生物群落结构的影响大于对酶活性功能的影响.研究也表明土壤各微生物指标能从不同方面反映土壤肥力水平,所以采用各种不同的方法能更客观地评价闽东地区茶园红黄壤质量的优劣.     

蚯蚓粪和生物有机肥对土壤养分及夏玉米产量的调控作用

在中国农业大学曲周实验站设置了优化施肥(CK)、优化施肥添加蚯蚓粪(VC)和优化施肥添加生物有机肥(MOF)的田间试验,测定了夏玉米产量,并动态监测了玉米拔节期、大喇叭口期、抽雄期和收获期地上部生物量、土壤有效磷和矿质态氮、有机质和微生物量碳的变化,并计算了氮肥效率。结果表明,施用蚯蚓粪和生物有机肥产量分别比优化施肥(CK)提高了6.8%和8.2%。在整个生育期内,施用生物有机肥的处理土壤有效磷含量显著高于对照处理,是增产的主要因素;施用蚯蚓粪的处理在作物生长的中后期对土壤微生物量碳的调节作用十分显著,对作物增产意义重大。添加蚯蚓粪和生物有机肥能够提高氮肥的利用效率,减少施氮量,应用前景广阔。     

Long-term organic farming fosters below and aboveground biota: Implications for soil quality, biological control and productivity

Organic farming may contribute substantially to future agricultural production worldwide by improving soil quality and pest control, thereby reducing environmental impacts of conventional farming. We investigated in a comprehensive way soil chemical, as well as below and aboveground biological parameters of two organic and two conventional wheat farming systems that primarily differed in fertilization and weed management strategies. Contrast analyses identified management related differences between “herbicide-free” bioorganic (BIOORG) and biodynamic (BIODYN) systems and conventional systems with (CONFYM) or without manure (CONMIN) and herbicide application within a long-term agricultural experiment (DOK trial, Switzerland). Soil carbon content was significantly higher in systems receiving farmyard manure and concomitantly microbial biomass (fungi and bacteria) was increased. Microbial activity parameters, such as microbial basal respiration and nitrogen mineralization, showed an opposite pattern, suggesting that soil carbon in the conventional system (CONFYM) was more easily accessible to microorganisms than in organic systems. Bacterivorous nematodes and earthworms were most abundant in systems that received farmyard manure, which is in line with the responses of their potential food sources (microbes and organic matter). Mineral fertilizer application detrimentally affected enchytraeids and Diptera larvae, whereas aphids benefited. Spider abundance was favoured by organic management, most likely a response to increased prey availability from the belowground subsystem or increased weed coverage. In contrast to most soil-based, bottom-up controlled interactions, the twofold higher abundance of this generalist predator group in organic systems likely contributed to the significantly lower abundance of aboveground herbivore pests (aphids) in these systems. Long-term organic farming and the application of farmyard manure promoted soil quality, microbial biomass and fostered natural enemies and ecosystem engineers, suggesting enhanced nutrient cycling and pest control. Mineral fertilizers and herbicide application, in contrast, affected the potential for top-down control of aboveground pests negatively and reduced the organic carbon levels. Our study indicates that the use of synthetic fertilizers and herbicide application changes interactions within and between below and aboveground components, ultimately promoting negative environmental impacts of agriculture by reducing internal biological cycles and pest control. On the contrary, organic farming fosters microbial and faunal decomposers and this propagates into the aboveground system via generalist predators thereby increasing conservation biological control. However, grain and straw yields were 23% higher in systems receiving mineral fertilizers and herbicides reflecting the trade-off between productivity and environmental responsibility.     

稻-油轮作下有机替代对土壤胞外酶活性及多功能性的影响

通过田间定位试验,研究有机肥替代部分化肥对稻—油轮作体系下土壤胞外酶活性及多功能性的影响,为稻—油轮作体系土壤培肥和合理施肥提供理论依据.试验基于总养分替代原则,以不施肥为对照(CK),设置全量化肥(CF)、有机肥替代20％化肥(CFM1)及有机肥替代40％化肥(CFM2)处理,测定土壤化学性质、微生物学性质和土壤胞外...     

腐熟羊粪有机肥配施无机肥对植烟土壤微生物群落结构和多样性的影响

为了探究腐熟羊粪有机肥与无机肥配施对洛阳烟区植烟土壤微生物群落结构和土壤肥力特性的影响，采用盆栽控制试验和高通量测序技术，研究了不施肥（CK）、100%无机氮肥（T0）、50%羊粪有机肥氮+50%无机氮肥（T50）和100%羊粪有机肥氮（T100）4个处理下植烟土壤细菌和真菌群落结构及多样性的差异，并结合土壤理化性质分析了土壤肥力指标与土壤微生物多样性的关系。结果表明：植烟土壤细菌优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和放线菌门（Actinobacteria），土壤真菌优势菌门为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）；T50处理的变形菌门、酸杆菌门和子囊菌门相对丰度最高，但放线菌门和担子菌门相对丰度最低；NMDS分析和相似性分析发现，T50处理的土壤微生物群落结构与其他处理差异显著；Alpha多样性分析也表明，T50处理土壤细菌和真菌群落的丰富度和多样性最高。不同处理土壤理化性质和土壤关键酶活性差异显著，以T50处理土壤养分含量和土壤碳氮代谢酶的活性最高；Pearson相关性分析显示，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量及蛋白酶和脲酶活性与植烟土壤微生物多样的关系最为密切。总之，采用腐熟羊粪有机肥和无机肥配施通过影响植烟土壤细菌和真菌群落结构和多样性，促进了土壤养分的释放和转化，有利于土壤养分的供应和土壤质量的提升，研究结果为洛阳烟区应用羊粪有机肥改良土壤提供了理论依据。     

施肥对中国农田土壤微生物群落结构与酶活性影响的整合分析

【目的】 施肥能直接或间接改变农田生态系统的养分平衡,从而影响土壤的物理、化学和生物学特性。本研究探讨不同种植制度和土壤条件下施肥对农田土壤生物学特性的影响程度,为合理施肥和土壤肥力提升提供科学依据。 【方法】 通过收集近10年 (2008—2018年) 来发表的文献,建立了包含185组微生物量及群落结构等相关内容的数据库。采用整合分析方法(Meta-analysis),定量分析了施肥对土壤微生物量、群落结构以及酶活性的影响。 【结果】 与不施肥相比,施肥显著提高了土壤微生物磷脂脂肪酸 (PLFA) 和微生物量碳、氮含量,提高幅度分别为28.5%、30.9%和41.6%。施用 (单施或配施) 有机物料对土壤微生物总PLFA含量及微生物量碳、氮含量的提高幅度分别为47.3%、50.4%和58.7%,相当于施用化肥的2.8、2.4和3.9倍。与不施肥相比,施肥均能增加各类微生物菌群PLFA含量,对细菌、真菌及放线菌的提高幅度为23.8%～30.4%,对革兰氏阴性菌(G–)和革兰氏阳性菌 (G+) 的提高幅度为37.8%～43.2%,且施用有机物料处理对各类微生物菌群PLFA含量的提高幅度显著高于施化肥处理。施用化肥对土壤微生物总PLFA含量的提高幅度在一年两熟制区为17.9%,在水田和水旱轮作条件下为18.3%～27.6%,而在一年一熟制区及旱地条件下对土壤微生物总PLFA含量无显著影响。在不同pH的土壤中,施用有机物料对微生物总PLFA的提高幅度均显著高于施化肥处理。在pH < 6与pH > 8的土壤上施用化肥对微生物总PLFA含量无明显影响。施肥显著提高了与土壤有机质分解相关的β-葡萄糖苷酶(42.4%)和乙酰氨基葡萄糖苷酶(174.5%)的活性,对与氮循环相关的亮氨酸氨基肽酶活性无显著影响。统计分析还表明,施肥并未改变土壤微生物的真菌细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌比(G +∶G–)。 【结论】 在不同种植制度、土地利用类型和土壤pH下,施肥显著改变了土壤微生物量和与有机质分解相关的酶活性,但未改变土壤微生物的真菌细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌比(G+∶G–)。单施或配施有机物料均有利于提高农田土壤微生物总量及各类菌群的生物量,效果显著好于单施化肥。