紫花苜蓿根际效应对河套灌区土壤盐分和养分的影响

[目的]从时间和空间尺度上分析紫花苜蓿(Medicago sativa L.)不同生长期内根际土壤盐分和养分的动态变化规律,揭示紫花苜蓿生长过程中根际效应对内蒙古河套灌区盐碱地土壤盐分和养分的影响作用,为北方大型灌区盐碱化农地土壤的植物改良措施提供科学依据.[方法]以内蒙古河套灌区盐碱化土壤为研究对象,以当地土著耐盐牧草紫花苜蓿为试验植物,通过盆栽根袋模拟装置,采集分析不同生长期内(20、40和60 d)紫花苜蓿根际和非根际土壤的pH、盐分和养分含量,并分析其变化规律.[结果]随着紫花苜蓿的生长,其根际土壤的电导率、pH、Na+、K+、Mg2+、Cl-和CO32-含量逐渐降低;根际和非根际土壤中Na+/K+和Cl-/SO42-均呈逐渐降低趋势,根际土壤中Cl-/SO42-相对于非根际土壤降低程度较明显.非根际土壤中总氮、总磷和有机质含量总体上呈下降趋势,根际土壤中总氮含量相对稳定,总磷含量降低,速效磷含量显著升高(P<0.05).[结论]紫花苜蓿根际效应可降低河套灌区盐碱化土壤的pH、电导率和主要盐分离子浓度,提高磷的有效性,有助于盐碱地土壤理化性质的改善及有效肥力的增强,且其影响作用随紫花苜蓿生长时间的延长逐渐加强.     

马尾松根际pH变化及对土壤磷有效性的影响

测定野外现实林分中不同林龄(10、20、30年)马尾松非根际土与根际土的p H值和不同浓度磷处理下马尾松幼苗(1、2年)根际的p H值,探讨马尾松根际p H值、有效磷、全磷及不同浓度磷水平下马尾松幼苗根际p H值的变化。结果表明:缺磷环境下,无论是控制实验还是野外现实林分,马尾松根际p H明显比非根际土低,二者差异显著,但不同林龄组间差异不明显。随供磷水平降低,幼苗根系使根际p H降低的能力加强。不同林龄马尾松林土壤中的有效磷含量均较低,而根际土有效磷含量明显高于非根际土,且与根际p H值呈负相关关系,说明根际p H降低有利于土壤难溶磷的活化,促进磷有效性提高,是马尾松活化土壤难溶磷的有效机制之一,有利于其在磷缺乏的土壤环境中正常生长。     

渭干河-库车河三角洲绿洲农田表层土壤盐分特征分析

采用野外采样和室内试验相结合的方法,对渭干河-库车河三角洲绿洲不同作物类型农田表层土壤盐分离子含量进行分析,为干旱区绿洲农田土壤盐渍化的治理、合理利用及因地制宜的精准改良提供一定的理论依据。结果表明:土壤总盐含量为3.43 g/kg,属于轻度盐渍化,其中棉田最高为5.28 g/kg,谷物地最低为1.60 g/kg;土壤呈微碱性。各盐分离子中SO2-4比重最大,表层土壤以硫酸盐类盐渍土为主。在阴离子中,SO2-4比重最高,其中在果林地最高,在棉田最低;在阳离子中,K++Na+比重最高,其中在混合作物地最高,在棉田最低。农田表层土壤总盐分含量与Ca2+含量呈极显著正相关;Mg2+含量与p H值呈显著正相关,与Cl-含量呈极显著正相关,与HCO-3含量呈显著负相关。棉田表层土壤总盐分含量与Ca2+含量呈极显著正相关,Mg2+含量与Cl-含量呈极显著正相关。谷物地、混合作物地和果林地表层土壤总盐分含量与K++Na+、SO2-4含量呈极显著正相关,与Cl-含量呈极显著负相关,与p H值呈显著正相关;Ca2+含量与Mg2+含量呈极显著正相关;SO2-4含量与p H值呈显著正相关,与K++Na+含量呈极显著正相关,与Cl-含量呈极显著负相关;Cl-含量与K++Na+含量、p H值均呈极显著负相关。表层土壤总盐分在空间上从绿洲内部向外围及扇缘逐渐增多,非盐渍化与轻度盐渍化土壤主要分布于绿洲内部及东北部,中度盐渍化土壤主要分布于绿洲的南缘,重度盐渍化土壤主要分布于绿洲的西岸、外围与扇缘地带。     

不同园林植物根际和非根际土壤养分的差异

采集乔木(细叶榕、桂花和香樟)、灌木(金叶女贞、小叶黄杨和红叶石楠)和草本(彩叶草、波斯菊和紫茉莉)3大类9种园林植物的根际和非根际土,测定其土壤的p H值、有机质含量、氮含量、磷含量、钾含量,以探讨不同园林植物根际和非根际土壤的养分状况。结果表明:由于不同种植物通过根系调节p H值的能力不同,植物根际和非根际土壤p H值差异显著(P0.05);植物根际和非根际土壤有机质和总氮含量差异显著(P0.05),桂花和波斯菊根际和非根际土壤速效氮含量差异不显著(P0.05),其他作物速效氮含量差异显著(P0.05);金叶女贞、波斯菊和紫茉莉根际和非根际土壤总磷含量,桂花和波斯菊根际和非根际土壤速效磷含量差异不显著(P0.05),其他植物差异显著(P0.05);不同园林植物根际和非根际土壤全钾含量差异不明显,桂花、香樟、金叶女贞、小叶黄杨、红叶石楠及波斯菊根际和非根际土壤速效钾含量差异显著(P0.05);越秀公园园林植物根际和非根际土壤有机质、氮、磷缺乏或中度丰富,而钾很丰富。相关性分析结果表明,土壤p H值和氮、磷、钾与园林植物生长发育存在显著相关性,土壤p H值与氮、钾含量存在负相关性,有机质含量与土壤氮、磷含量存在极显著相关性(P0.01)。     

4种园林绿化植物根际对土壤养分的富集效应

为探讨城市不同绿化植物根际和非根际土壤养分状况,采集了不同绿化植物(大叶女贞、广玉兰、木芙蓉和夹竹桃)根际和非根际土,测定根际和非根际土壤中p H值、有机碳含量、氮素含量、磷素含量、钾素含量和微生物数量(微生物总数、细菌数量、真菌数量和放线菌数量),研究城市绿化植物根际对土壤养分的富集效应。研究结果表明:不同种植物通过根系调节p H的能力不同,植物根际和非根际土壤p H值表现出显著差异(P0.05)。不同绿化植物根际与非根际土壤养分含量(有机碳、全氮、速效氮、速效磷、全钾、速效钾的含量以及微生物总数、细菌数量、真菌数量和放线菌数量)均表现为:大叶女贞广玉兰木芙蓉夹竹桃,并且根际土壤养分含量均显著高于非根际土壤,表现出显著的富集作用;土壤全磷含量在根际与非根际土壤中差异不显著(P0.05),表现出显著的亏损作用。相关性分析表明:土壤有机碳和全氮对土壤养分含量影响较大,而p H与土壤养分含量基本呈显著或极显著的负相关关系,全磷对于土壤养分含量基本没有影响。通过以上研究说明不同绿化植物土壤养分含量在根际存在一定的富集,它们通过降低根际p H值可以提高根际养分含量,而放线菌数目对植物根际微小的变化响应更为灵敏,根际土壤养分良好的富集也是绿化植物赖以生长的基础。     

不同形态氮源对玉米幼苗生长及根际环境的影响

为合理调控氮素营养,减少氮素损失及不良环境效应,以玉米为材料,通过盆栽试验方法,研究了不同氮源处理的玉米幼苗生长、养分吸收和土壤微生物、酶活性、养分状况,以及植物根际环境因素之间的相互作用。结果表明,施用氮肥处理的根际土壤,脲酶活性平均提高2.36μg/(g·d),细菌数量提高4%~60%,硝态氮提高137.47~174.10 mg/kg,p H值平均下降0.12~0.14;根际土壤中的玉米幼苗根冠比下降0.01~0.05,氮吸收量提高86%~193%。铵态氮、有机态氮处理的玉米幼苗磷吸收量分别比对照提高20.36%和15.57%,钾吸收量提高153%和141%。与非根际土壤相比,根际土壤脲酶活性平均提高1.74μg/(g·d),细菌数量提高1.4~3.8倍,速效磷含量平均提高14.38 mg/kg,速效钾含量平均降低31.53 mg/kg。根际土壤的磷酸酶活性与株高和地上部干重、铵态氮含量与氮吸收量、细菌数量与钾吸收量、脲酶活性与速效钾含量呈显著正相关;硝态氮含量与速效磷含量、p H值与铵态氮含量呈显著负相关。说明施用氮肥降低玉米幼苗根冠比,提高氮吸收量,提高根际土壤脲酶活性、细菌数量、硝态氮含量,降低p H值。不同形态氮源对土壤磷酸酶活性、铵态氮含量无显著影响。根际土壤脲酶活性、细菌数量、速效磷含量高于非根际土壤,速效钾含量低于非根际土壤,细菌的根际效应较大。根际土壤的磷酸酶活性、铵态氮含量、细菌数量显著影响植株生长和养分吸收量。不同形态氮源中,铵态氮和有机态氮有利于根际土壤性状改善和玉米生长,促进玉米对磷和钾的吸收。     

玉米根际土壤微生物群落结构及多样性季节变化特征

【目的】研究玉米根际与非根际土壤微生物群落结构及多样性季节变化特征。【方法】利用Illumina-MiSeq高通量测序技术对不同季节玉米根际与非根际土壤中细菌的16S rDNA基因V3～V4区片段和真菌18S rDNA基因V4区片段进行了测序。【结果】①不同季节玉米根际与非根际土壤理化性质随季节变化趋势一致,玉米根际、非根际土壤电导率随季节呈先增加后降低趋势,大致表现为夏季秋季春季冬季,不同季节玉米根际土壤电导率均显著高于非根际(P0.05);由春季到冬季,玉米根际、非根际pH值呈先降低后增加趋势,大致表现为春季冬季秋季夏季,不同季节玉米根际土壤电导率均显著低于非根际(P0.05)。②不同季节玉米根际与非根际土壤养分含量(有机碳、全氮和全钾)随季节变化趋势相一致,由春季到冬季,玉米根际、非根际养分含量均呈先增加后降低趋势,以夏季玉米根际、非根际土壤养分含量最高,冬季玉米根际、非根际土壤养分含量最低,并有所波动。③不同季节玉米根际与非根际土壤细菌和真菌覆盖度、丰富度指数、Shannon-Wiener指数、均匀度Evenness、ACE、Chao 1指数、Simpson指数随季节变化趋势相一致,由春季到冬季,根际、非根际土壤细菌和真菌多样性指数均呈先增加后降低趋势,并且不同季节根际土壤细菌和真菌多样性指数均显著高于非根际。④玉米根际和非根际土壤细菌群落中,优势类群主要是变形菌门、酸杆菌门和芽单胞菌门,还包括浮霉菌门、放线菌门、拟杆菌门、后壁菌门、绿弯菌门、疣微菌门,其中根际土壤细菌酸杆菌门相对丰度高于非根际,变形菌门相对丰度低于非根际。根际和非根际土壤真菌群落中,优势类群主要是子囊菌门和担子菌门,还包括结合菌门、壶菌门、新丽鞭毛菌门、球囊菌门、芽枝菌门。⑤相关性分析表明:玉米土壤细菌和真菌Coverage、ACE与土壤养分均没有显著的相关性(P0.05);土壤pH与土壤细菌和真菌多样性呈负相关,土壤电导率和全磷与土壤细菌和真菌多样性均没有显著的相关性(P0.05)。【结论】玉米土壤根际和非根际细菌和真菌群落具有很好的相似性,并且根际和非根际细菌群落产生明显的分离效应。     

不同氮肥水平下玉米根际土壤特性与产量的关系

【目的】明确不同生育时期根际土壤特性与玉米籽粒产量之间的关系,能够为生产上合理施肥、提高氮素利用效率和减轻环境污染提供理论依据。【方法】2012年大田设置5个氮肥梯度固定施肥样地（对照、180 kg·hm^-2、240 kg·hm^-2、300 kg·hm^-2和360 kg·hm^-2,分别简写为CK、N180、N240、N300和N360）,并于2012、2013和2014年连续3年在玉米拔节、吐丝、成熟3个关键生育时期测定玉米根际和非根际土壤铵态氮、硝态氮、脲酶、过氧化氢酶、pH,同时测定玉米根系和地上部生物量及其氮素累积量,重点分析CK、N240和N360 3个处理根际土壤特性以及植株氮素累积量与玉米籽粒产量之间的关系。【结果】与CK相比,4个施肥处理（N180、N240、N300和N360）3年产量的平均值分别增加了23.85%、36.40%、39.87%和34.78%;其地上部不同阶段氮素累积量均显著高于CK（2012年播种-拔节除外）,并随施肥量增加呈先增加后降低趋势。与CK相比,4个施肥处理根际土硝态氮含量分别增加23.38%、57.13%、57.87%和69.74%,非根际土壤硝态氮分别增加59.49%、92.01%、132.08%和179.35%。随施氮量的增加根际土铵态氮含量显著增加;与CK相比,4个施肥处理3年的非根际土壤铵态氮含量分别增加4.27%、3.51%、5.04%和26.26%。根际土壤pH和非根际土壤pH均随着氮肥施用量的增加而降低,其中根际土壤和非根际土壤pH的变化范围分别为4.5-6.7和5.5-7.2。与非根际土pH相比,根际土壤pH平均降低5%。根际土壤脲酶活性随氮肥用量的增加呈先增加后降低趋势。与对照相比,4个施氮处理3年非根际土壤脲酶活性平均值分别增加了4.02%、14.73%、24.55%和19.64%。根际土和非根际土过氧化氢酶活性均随氮肥用量的增加而降低,与CK相比,4个施氮处理3年的非根际土壤过氧化氢酶活性平均值分别降低了3.03%、5.09%、8.24%和12.67%。CK、N240和N360 3个处理不同生育时期玉米根际土壤特性以及植株氮素累积量与籽粒产量之间的相关分析结果表明,拔节期根际土壤硝态氮含量连续3年均与产量呈显著正相关。吐丝期玉米根际和非根际土壤硝态氮、根际土壤铵态氮和非根际土pH均与籽粒产量呈显著正相关;其中2013和2014年根际脲酶活性和根际土壤pH与产量的相关性也达到显著水平。2013和2014年成熟期根际和非根际土硝态氮含量也与玉米产量呈显著相关。主成分分析表明,玉米籽粒产量与拔节期土壤硝态氮含量、根际过氧化氢酶、地上部生物量和氮素累积量相关性较强;与吐丝期根际和非根际土壤硝态氮含量、根际土壤铵态氮含量和土壤pH以及地上部生物量及氮素累积量、根系生物量相关性较强;与成熟期地上部生物量和氮素累积量相关性较强。【结论】根据不同生育时期玉米根际土壤特性与籽粒产量之间的关系,进行合理施肥,能够保证玉米根际养分的有效供应,营造良好的根际土壤环境,提高氮素利用效率、增加玉米籽粒产量。     

油茶根际与非根际土壤养分含量和微生物数量的季节变化

对不同季节油茶根际与非根际土壤养分含量和微生物数量的变化进行研究。结果表明:(1)由春季到冬季,油茶可溶性蛋白、可溶性糖、叶绿素、叶片氮和叶片磷含量呈先增加后降低趋势,大致表现为夏季秋季春季冬季。(2)不同季节油茶根际与非根际土壤理化性质随季节变化趋势相一致,由春季到冬季油茶根际与非根际土壤p H值呈先降低后增加趋势,大致表现为冬季春季秋季夏季,以夏季油茶根际与非根际土壤p H值最低。(3)不同季节油茶根际与非根际土壤养分含量和土壤微生物数量随季节变化趋势相一致,由春季到冬季,油茶根际与非根际土壤养分含量和微生物数量均呈先增加后降低趋势,大致表现为夏季秋季春季冬季,局部有所波动,其中油茶根际土壤养分含量和微生物数量在夏季、秋季表现出了明显的"根际富集"。(4)不同季节油茶根际与非根际土壤微生物均以细菌最多,占微生物总数的90%以上,其次是放线菌、真菌,表明不同季节根际土壤对于不同微生物菌落有着不同的效果,但总体来说,油茶的根际养分的富集提高了微生物总数。(5)油茶根际、非根际土壤p H值与土壤养分含量、微生物数量达到显著或极显著负相关,土壤养分含量和土壤微生物数量之间也达到显著或极显著正相关,表明油茶根际和非根际土壤养分含量、微生物数量变化趋势基本保持一致,主要可以通过降低根际p H值提高根际养分含量,有利于对土壤养分的有效利用。     

生物有机肥对盐碱土壤养分、玉米根际微生物数量及产量影响

通过室内和田间试验,研究了生物有机肥与盐碱土壤养分、根际微生物数量及玉米产量关系。结果表明：生物有机肥改善了土壤,增加了土壤中有机质含量0.22%、降低了土壤pH值,各处理的全氮、速效磷、速效钾含量均显著高于对照,田间试验中处理Ⅱ的全氮高于对照30.95mg/kg;处理Ⅲ的速效磷和速效钾分别比对照高52.95 mg/kg和51.33 mg/kg;不同处理土壤真菌、细菌群落结构存在一定的差异。在对照中由于未施生物有机肥,土壤真菌的数量很少;处理Ⅰ为5.2×105 cfu/g、处理Ⅱ为2.8×105 cfu/g、处理Ⅲ为5.4×105 cfu/g;各施肥处理大区产量处理Ⅰ为852.1kg/667m2、处理Ⅱ847.9 kg/667m2、处理Ⅲ820.8 kg/667m2,分别高于对照5.2%、4.7%和1.4%;说明施入生物有机肥起到了改良盐碱土壤、增加根际微生物数量、提高玉米产量的作用。