减量施氮对玉米/大豆套作系统中作物氮素吸收及土壤氨氧化与反硝化细菌多样性的影响

【目的】揭示玉米/大豆套作系统下作物根际土壤细菌数量及群落多样性变化特征与土壤总氮含量、作物氮素吸收之间的关系,为禾/豆间(套)作减肥增效生产提供理论和技术支撑。【方法】大田试验于2013—2015年进行,采用两因素裂区设计,主因素为种植模式,设玉米单作(MM)、大豆单作(SS)和玉米/大豆套作(IMS);副因素为玉米、大豆施氮总量,设不施氮(NN:0)、减量施氮(RN:180 kg·hm~(-2))和常量施氮(CN:240 kg·hm~(-2))。在玉米V12期、VT期和R6期,大豆V5期、R2期、R5期和R8期,利用稀释平板法和凯氏定氮法测定各作物根际土壤细菌数量、非根际土壤和植株总氮含量;结合克隆文库和荧光定量PCR技术研究各处理氨氧化细菌(amo A基因)、反硝化细菌(nir S基因)多样性及其基因丰度。【结果】与相应的单作相比,套作玉米(IM)的作物根际土壤细菌数量提高2.6%,套作大豆提高12.9%;套作玉米土壤总氮含量和植株吸氮量分别提高13.39%和2.10%,大豆的分别降低5.81%和3.24%;套作玉米、大豆的amo A基因丰度比单作增加了38.5%、64.8%,nir S基因丰度比单作提高57.77%、126.39%。各施氮水平间,RN的玉米根际土壤细菌数量比NN和CN的分别提高9.6%和9.8%,大豆的分别提高11.7%和11.0%;施氮提高了玉米、大豆植株吸氮量和土壤总氮含量,单作玉米随施氮量的增加而增加,套作玉米及单、套作大豆的均在RN下最高;减量施氮提高了玉米、大豆amoA基因多样性指数和单作玉米nir S基因多样性指数,降低了套作玉米和单套作大豆nirS基因多样性指数。【结论】减量施氮有利于增加玉米/大豆套作系统中作物根际土壤细菌数量,调节氨氧化细菌和反硝化细菌群落结构及多样性,改善土壤氮素转化过程,促进玉米、大豆对氮素的吸收,实现节肥增效。     

不同磷效率小麦对磷的吸收及根际土壤磷组分特征差异

【目的】研究不同磷效率小麦根际土壤磷组分特征及磷高效小麦对土壤中不同形态磷素的活化利用特征,以探明磷高效小麦高效吸收利用磷素机理。【方法】在土培盆栽条件下,以小麦磷高效品种CD1158-7、省A3宜03-4和低效品种渝02321为材料,研究每kg土中施磷0、10、20和30 mg（表示为0、10、20、30 mg•kg-1）条件下其生物量、磷素积累量、根际与非根际土壤水溶性磷、无机磷组分、有机磷组分的浓度差异。【结果】不同磷效率小麦生物量、磷素积累量随着施磷量增加均有不同程度的增加,且高效品种显著高于低效品种。不同施磷处理,根际土壤水溶性磷浓度均低于非根际土壤。在低磷处理（不施磷、施磷10、20 mg•kg-1）条件下,高效品种根际土壤水溶性磷出现了亏缺,而施磷量较高（施磷30 mg•kg-1）时,其根际土壤水溶性磷则出现了富集。根际与非根际土壤无机磷组分浓度为Ca10-P＞O-P、Fe-P＞Al-P＞Ca8-P＞Ca2-P,且Ca10-P浓度占无机磷总量的50%以上。不施磷、施磷10 mg•kg-1,高效品种根际土壤中Ca2-P浓度是低效品种的1.22和1.23倍、1.31和1.59倍。低效品种根际土壤Al-P浓度在不施磷处理下是高效品种1.13和1.23倍。施磷量减少,不同磷效率小麦根际土壤均表现出O-P、Fe-P的减少。根际与非根际土壤4种有机磷组分中,以中活性有机磷浓度最高,其次为中稳性有机磷和高稳性有机磷,而活性有机磷的浓度最低。不施磷和施磷10 mg•kg-1处理,低效品种渝02321根际土壤活性有机磷浓度是高效品种CD1158-7和省A3宜03-4的2.00与1.76倍、1.68与1.63倍。【结论】磷高效小麦具有较强的磷素积累、物质生产和水溶性磷吸收能力。低磷胁迫下,磷高效品种活化吸收Al-P、Ca-P、活性有机磷能力强于低效品种。     

种间距离对玉米-大豆带状套作土壤理化性状及根系空间分布的影响

【目的】探究玉米-大豆套作种间距离对土壤环境及根系空间分布的影响,以期为作物根系调控养分高效吸收提供理论依据。【方法】采用单因素随机区组试验设计,设置5种根系互作方式,其中玉米-大豆套作种间距分别为30 cm（MS30）、45 cm（MS45）、60 cm（MS60）,单作玉米行间距100 cm（MM100）,单作大豆行间距100 cm（SS100）,研究玉米-大豆套作下土壤理化性状及根系空间分布的变化规律。【结果】玉米蜡熟期（R4）至成熟期（R6）、大豆始粒期（R5）至成熟期（R8）,套作处理日平均土壤氧气含量、土壤呼吸速率随种间距离增加呈先增后减趋势;其中玉米土壤氧气含量MS45处理最高,MS30处理最低,而套作后的土壤呼吸速率均显著低于单作;大豆土壤呼吸速率以MS45处理最高,较SS100处理高130.00%,而套作后的土壤氧气含量均低于单作。与单作相比,套作玉米土壤中>5 mm水稳性团聚体含量、套作大豆土壤中5—2 mm水稳性团聚体含量、土壤NO- 3-N显著增加,其中均以MS45处理最高,较单作分别显著增加19.26%、4.49%、18.07%。共生期间,与单作相比,套作各处理玉米、大豆根系空间分布呈非对称性,套作玉米根系横向能延伸到大豆行的空间下方,纵向能下扎生长更深,套作大豆根系明显偏向大豆带生长,套作玉米和大豆根长、根表面积、根体积、根干重低于单作;玉米收获后,套作大豆根系恢复生长,在水平和垂直方向上进一步延伸,其中MS45处理的根体积高于单作。通过PCA分析,土壤养分含量和水稳性团聚体指标与根系形态参数呈正相关关系【结论】玉米-大豆带状套作合理的种间距离会促进土壤大团聚体的形成,增加土壤氧气含量,改善土壤通气环境及土壤养分状况,优化作物根系空间分布,促进根系生长发育。     

土壤水分对玉米根际磷素组分的影响

为探讨土壤水分对黑土玉米根际磷素转化的影响,采用根箱土壤栽培法,研究了不同土壤水分对不同施磷水平下东北(罴)土玉米根际、非根际磷素转化的影响及其机制.结果表明,土壤水分对玉米根际磷素转化的影响强于非根际,适宜的土壤水分能够促进磷素的转化,提高根际磷素的有效性.合适的水分有利于增加土壤速效磷含量,提高根际铝磷(Al-P)含量,降低根际闭蓄态磷(O-P)含量.土壤水分为田间持水量的60%与40%的处理相比,玉米根际土壤速效磷(Olsen-P)含量增加18.4%.土壤水分为田间持水量的80%处理能够显著增加玉米根际Al-P的含量.土壤pH值随着土壤水分含量的降低而升高,根际pH值升高的幅度低于非根际.     

花生玉米间作对土壤酶活性、养分及作物产量的影响

【目的】研究花生玉米间作对土壤酶活性、养分及作物产量的影响。【方法】采用大田试验的方法,以泉花557及雪甜7401为材料,在不同生育时期,测定花生单作、玉米单作和花生玉米间作根际土壤养分含量和酶活性的变化规律,并进行相关性分析。【结果】（1）在花生开花下针期和结荚期,花生玉米间作处理作物根际土壤脲酶活性分别比花生单作提高4.7%和5.0%,分别比玉米单作提高了2.6%和4.3%。（2）在花生苗期、开花下针期及花生成熟期,间作处理作物根际土壤酸性磷酸酶活性分别比花生单作提高8.0%、13.0%和34.7%,分别比玉米单作提高11.1%、19.6%和6.4%。（3）在花生苗期、开花下针期、结荚期及花生成熟期,花生玉米间作处理作物根际土壤蔗糖酶活性分别比花生单作提高1.5%、21.5%、11.2%和6.4%,分别比玉米单作提高了46.4%、33.8%、27.3%和11.1%。（4）在花生成熟期时,间作根区土壤的碱解氮和速效钾含量分别比玉米单作提高15.11%和5.66%,碱解氮、有效磷和速效钾含量分别比花生单作提高了3.42%、13.17%和11.39%。（5）相关性分析结果表明,在花生开花...     

玉米-大豆带状套作对大豆根瘤性状和固氮能力的影响

【目的】研究玉米-大豆带状套作系统中大豆生物量积累、根瘤特性、固氮酶活性和植株酰脲含量与固氮能力间的关系,明晰套作根系固氮能力的变化规律,为筛选适宜玉米-大豆带状套作的大豆品种提供理论依据。【方法】以强结瘤大豆NTS1007及其亲本BRAGG和本地耐荫大豆南豆12三个结瘤特性不同的大豆品种（系）为试验材料,在大田试验条件下,采用传统挖掘法挖根考察根瘤生长特性,并对玉豆带状套作下的大豆地上部与地下部生物量积累、根瘤固氮酶活性和植株酰脲含量进行测定和分析。【结果】与单作相比,玉豆带状套作下大豆植株生物量显著下降,地下部（33.15%）较地上部（20.84%）下降更为明显,根瘤生物量受地上部和地下部的共同调控（R2=0.613、0.916）;大豆根瘤数目、单株瘤重和酰脲含量均显著下降,根瘤数目与地下部生物量呈显著正相关（R2=0.813）;单位重量和单株固氮酶活性均显著下降,在达到峰值后下降速度均小于单作;单株固氮酶活性增长速率最快的时间滞后于单作。不同结瘤特性大豆对玉豆带状套作的响应不同,玉豆带状套作下NTS1007单株根瘤数目最多,但与单作相比其降幅最大（52.42%）,BRAGG地下部和地上部生物量、根瘤重量下降幅度最大（37.73%、31.28%、43.25%）,南豆12的根瘤数目、地上部和地下部生物量、根冠比的降幅均为最小（40.12%、10.17%、19.83%、10.41%）;玉豆带状套作下NTS1007的单株固氮酶活性和单位重量酰脲含量降幅最大（64.41%、21.72%）,BRAGG的单位重量固氮酶活性降幅最大（24.16%）,南豆12的单位重量和单株固氮酶活性、单株酰脲含量均表现为最高,且降幅最小（10.01%、45.81%、17.88%）。【结论】玉豆带状套作显著降低了大豆地上部、地下部生物量和根冠比,减少了单株根瘤数目,降低了单位重量根瘤和单株固氮酶活性,抑制了大豆固氮能力的发挥。但生殖生长后期固氮能力下降速度低于单作,这有利于套作大豆籽粒蛋白质的积累。不同结瘤特性大豆对套作的响应不同,强结瘤大豆NTS1007的地上部干物质积累和地下根瘤形成对套作环境反应敏感,南豆12则对玉豆带状套作表现出了良好的适应性。     

AMF与分室磷添加对红壤上间作大豆生长及无机磷利用的影响

【目的】近年来,间作或菌根技术强化作物对土壤磷(P)的高效利用及粮油增产的效应受到越来越多的关注。【方法】采用三室隔网盆栽模拟试验探究了分室磷处理[不添加磷(P0)、添加无机磷(IOP50)]和根室不接种(NM)、接种丛枝菌根真菌Funneliformis mosseae(FM)对大豆生长及磷素利用的影响。【结果】所有复合处理中以间作-FM-IOP50组合处理的根系最长。接种FM条件下,无论磷添加与否,间作处理的根长均显著高于单作处理。间作-IOP50和间作-P0处理下,FM处理的大豆植株生物量较NM处理分别提高了65.41%和48.76%,单作-IOP50和单作-P0条件下,大豆植株生物量均以FM处理高于NM处理,分别增加了70.13%和28.75%。无论是否接种,间作-IOP50处理的大豆地上部磷含量均显著高于单作-IOP50处理,且在P0处理下具有相同趋势。无论是否接种,单作-IOP50处理的大豆根系磷含量均显著高于单作-P0处理,且无论分室磷添加与否,大豆根系磷含量均以FM处理显著高于NM处理。NM条件下,无论分室磷添加与否,间作大豆地上部磷吸收量均显著高于单作,而间作根系磷吸收量也显著高于单作。接种FM条件下,除单作-IOP50处理外,间作大豆根系磷吸收量明显高于单作处理。【结论】综合菌根侵染与植物生长,磷含量与吸收、磷吸收效率等指标,所有复合处理中以间作-FM-IOP50组合对大豆地上部的促生作用最好、磷素吸收最多,可望有效强化红壤磷素的利用。     

玉米大豆间作条件下磷素的吸收利用

通过田间栽培试验,研究玉米、大豆间作及相应单作不同时期作物吸磷量、根际土壤酸性磷酸酶活性以及地上部生物学产量差异。结果表明,间作对玉米吸磷量、玉米根际土壤酸性磷酸酶活性以及玉米地上部生物学产量有明显的促进作用,间作玉米吸磷量、根际土壤酸性磷酸酶活性、地上部生物学产量明显比相应单作分别增加31．64％、31．46％、47．04％。而间作大豆吸磷量、地上部生物学产量较相应单作降低8．18％、10．99％,差异不显著。     

磷高效野生大麦拔节期对植酸态有机磷的利用

【目的】探讨磷高效野生大麦对植酸态磷的吸收利用能力,分析植酸态磷处理对不同磷效率野生大麦生长、磷素吸收及根际土壤特征的影响,为阐明低磷胁迫下磷高效野生大麦对有机磷的利用机理提供理论依据。【方法】低磷土壤盆栽条件下,以前期筛选得到的野生大麦磷高效基因型IS-22-30、IS-22-25和磷低效基因型IS-07-07为供试材料,有机磷源为植酸钠,设3个施磷水平,即不施磷（CK）、施磷（P）15 mg·kg^-1土（Po15）、30 mg·kg^-1土（Po30）,研究拔节期有机磷处理对不同磷效率野生大麦生物量、磷素积累量、根系酸性磷酸酶和植酸酶活性、根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性及有机磷各组分含量的影响。【结果】（1）随有机磷水平提高,野生大麦生物量和磷素积累量均显著增加,而根冠比呈减小趋势。各处理下,磷高效基因型生物量、磷素积累量和根冠比均大于低效基因型。且随着有机磷水平的提高,磷高效基因型生物量和磷素积累量增幅较大。（2）随有机磷水平降低,野生大麦根系酸性磷酸酶和植酸酶活性均显著增加。各处理下,磷高效基因型根系酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,分别是低效基因型的1.15-1.24倍和1.18-1.34倍。（3）野生大麦根际土壤酸性磷酸酶与植酸酶的活性明显高于非根际,且随有机磷水平提高,土壤酶活性呈显著增加的趋势。各处理下,磷高效基因型根际土壤酸性磷酸酶和植酸酶活性显著高于低效基因型,是低效基因型的1.23-1.33倍和1.15-1.30倍。（4）随有机磷水平提高,野生大麦根际、非根际土壤各有机磷组分含量显著增加。磷高效基因型根际与非根际土壤活性有机磷和中活性有机磷含量显著低于磷低效基因型,而中稳性有机磷和高稳性有机磷含量无基因型差异。由于对有机磷的耗竭,根际土壤有机磷各组分含量低于非根际。磷高效基因型根际土壤活性较强的活性有机磷和中活性有机磷出现明显亏缺,其亏缺范围为0.64-1.12 mg·kg^-1和13.8-33.9 mg·kg^-1。【结论】磷高效野生大麦基因型通过根系或根际微域微生物分泌更多的酸性磷酸酶和植酸酶,提高根际土壤中活性有机磷和中活性有机磷生物有效性,从而具有较强的有机磷吸收利用能力,更能适应有效态磷缺乏的土壤环境。     

间作小麦根际和土体磷养分的动态变化

 通过田间试验,研究比较了小麦与蚕豆间作和小麦单作环境条件下,小麦根际和土体速效磷养分的动态变化,探讨了小麦单作和小麦与蚕豆间作对小麦根际磷养分的影响。结果表明,单作小麦和间作小麦根际速效磷含量在各生育期呈先升高后降低的变化趋势,土体速效磷含量单作小麦在灌浆期最高,间作小麦在抽穗期最高。小麦蚕豆间作提高了拔节至灌浆期小麦根际速效磷含量,显著降低了成熟期根际速效磷含量和土体磷含量。拔节期、抽穗期、灌浆期小麦根际速效磷含量分别提高了6.81%,8.71%,12.95%,成熟期根际速效磷含量降低了21.11%