间套作体系土壤磷素吸收优势和机理研究进展

利用间套作农业生态工程种植技术可以充分挖掘土壤累积态磷素,减少农田磷肥投入,对于维持磷素资源和土壤肥力的可持续性,防控农田面源污染,具有重要的现实意义。系统总结了间套作体系对土壤磷素的挖掘利用优势,从间套作体系的根系形态、分布特征、根系分泌物、根系活性和根间菌丝桥角度并结合生态位互补和种间促进作用的原理分析了磷素吸收优势的机理。指出了此项研究存在的问题,对今后的研究方向和发展趋势进行了展望。     

作物不同基因型对土壤环境中某些因素影响的研究进展

近年来,随着植物营养研究的发展和对资源环境综合管理的日益重视,国内外许多学者以植物本身的遗传特性为切入点,研究作物不同基因型与环境因素的相互影响,从而使资源得到合理的有效利用.综述了作物不同基因型对土壤磷、钾、土壤酶、土壤微生物的影响,以及根系分泌物的差异,为开展相关研究提供参考.     

间套作玉米对线辣椒根际土壤微生物生态特征的影响

采用常规稀释平板法、氯仿熏蒸法、BIOLOG GN微平板反应系统及种间根系分隔技术, 以线辣椒单作(SC)为试验对照, 研究了间套作处理[玉米/线辣椒套作+根部塑料膜分隔(ICP)、玉米/线辣椒套作+根部尼龙网分隔(ICM)、玉米/线辣椒套作根部无分隔(ICN)]对线辣椒根际土壤微生物生态特征的影响。结果表明: 整个线辣椒生育期内, 各套作处理线辣椒根际土壤微生物总数与细菌总数具有相同的变化趋势, ICN和ICM处理的真菌、细菌、放线菌数量和细菌/真菌(B/F)、放线菌/真菌(A/F)比值均大于ICP与SC处理。盛果期, ICN处理根际土壤微生物量碳和微生物量氮比同处理其他生育期增加14.2%~54.0%和10.6%~54.7%。各处理土壤微生物群落AWCD的变化随培养时间呈现明显的"S"型曲线。间套作玉米显著提高了线辣椒根际土壤微生物群落的Shannon-Wiener指数(P<0.05)、Simpson指数、种间相遇几率和McIntosh指数(P<0.05), 并改变了土壤微生物对单一碳源的利用能力。线辣椒根际土壤微生物的不同多样性指数分别与其生物学产量之间存在显著或极显著正相关。说明间套作改善了土壤微生态环境。     

棉花与不同作物同穴互作育苗对土壤微生物、 酶活性和根系分泌物的影响

为了探明两苗互作育苗提高棉苗素质的机理,本试验在塑料温棚2030℃、 自然光照条件下,采用532280 mm2具有200方形孔的塑料育苗盘,用土壤作基质,以棉花单作育苗为对照,研究了棉花分别与小麦、 玉米、 谷子和高粱同穴互作育苗对土壤微生物、 酶活性及根系分泌物的影响。结果表明, 随互作苗的加入,育苗土壤中细菌和放线菌数量显著增加,真菌数显著降低; 脱氢酶、 中性磷酸酶、 转化酶和脲酶活性显著提高; 2,4-二叔丁基苯酚、 2,6-二叔丁基苯酚、 邻苯二甲酸二丁酯和9-16碳烯酸甲酯根系分泌物的积累量显著减少,棉苗则表现为根系活力、 叶片可溶性糖含量和ATP含量显著提高,增加了棉苗根重、 苗重和侧根数,棉苗离床存活期延长,栽后缓苗期缩短。在四种互作处理中,以棉花+小麦、 棉花+谷子处理中棉苗素质表现较好。综上,两苗同穴互作育苗改善了育苗土壤微生物数量和结构,这可能是提高土壤酶活性和降低土壤有害根系分泌物积累的主要原因,进而提高了棉苗素质。     

肥料-土壤-作物系统镁-磷营养互作研究进展

镁和磷是植物生长所必需的营养元素,当前镁营养缺乏和磷利用效率低已成为限制我国种植业绿色发展的关键养分管理问题。镁、磷养分供应不能满足作物生育期的养分需求,导致作物产量下降和品质降低,在南方酸性土壤中表现尤为明显。镁-磷营养间存在着复杂的交互作用,在肥料中,镁-磷互作影响镁、磷养分在肥料中的生物有效性;在土壤中,镁-磷互作影响镁、磷养分的固定与释放;在作物生长过程中,镁-磷互作促进了作物对镁、磷养分高效吸收和利用,提高作物产量并改善作物品质。综上所述,镁和磷在肥料-土壤-作物系统中存在着不同类型的交互作用,需要系统地认知和理解二者在肥料、土壤和作物中的交互过程及作用机制,为绿色高效肥料产品创新设计和农田养分高效管理与利用提供科学依据。     

基质栽培甜瓜矿质营养吸收规律的研究

以温室基质栽培的网纹甜瓜'甜甜1号'为试材,探讨了植株的干物质积累和矿质元素的吸收规律。结果表明,温室内基质栽培网纹甜瓜的生育期为100天,采收时植株总生物量为136g时,单株矿质元素的需求总量为11 09g。营养生长期和结果中期是植株干物质积累的两个重要时期(营养生长期1.27gplant-1d-1、结果中期2.19gplant-1d-1),应增施肥料,以满足植株快速生长的需要。甜瓜对矿质元素N、P、K、Ca、Mg需求的比例,营养生长期为41∶4∶32∶19∶4,结果中期为28∶5∶37∶25∶6。甜瓜的P需求量在结果前期最大(15 55mgplant-1d-1),N、K、Ca、Mg的需求量在结果中期最大,N为52.58mgplantd、K为82.33mgplant-1d-1、Ca为54.59mgplant-1d-1、Mg为12.42mgplant-1d-1。     

细胞膜H+-ATP酶在植物矿质营养中的作用

细胞膜H+-ATP酶是植物体内一类重要的质子泵,也是一种极其关键的转运蛋白,在植物各种生命活动中具有重要的功能。本文综述了细胞膜H+-ATP酶的活性调控机制,及其在植物根系吸收与利用矿质营养中的生理作用。细胞膜H+-ATP酶通过消耗ATP将细胞质中的H+排出,为养分离子的跨膜转运,以及有机酸和生物硝化抑制剂等物质的分泌提供细胞膜电位和质子驱动力。在缺磷、缺铁和铝毒等营养逆境下,细胞膜H+-ATP酶在受诱导后通过分泌H+使根际酸化,从而提高磷和铁的有效性,还通过促进有机酸分泌来活化土壤中的矿物态磷,并且可以降低铝离子的毒害。此外,细胞膜H+-ATP酶还参与调节植物根系的生长以及植物与丛枝菌根真菌的共生。通过遗传途径调节细胞膜H+-ATP酶及其上游调节因子,如蛋白激酶和磷酸酶等基因的表达,以及对细胞膜H+-ATP酶的特定氨基酸位点进行突变,可以改良作物细胞膜H+-ATP酶的活性。这是一种提高作物养分利用效率、增强作物抵抗营养逆境的有效策略。     

豆科禾本科作物间作的根际生物过程研究进展

间作作为一种可持续发展的种植模式不仅具有产量和养分获取的优势,而且能够保证粮食安全、降低作物减产风险。在众多间作组合中,豆科禾本科作物间作由于种间促进及生态位互补作用,而在世界范围内被广泛应用。根际是作物-土壤-微生物相互作用的界面,是养分、水分及有害物质从土壤进入作物系统参与食物链物质循环的必经门户,在根际中所发生的生物过程不仅决定着养分的供应量和有效性,而且也影响着作物的生产力和养分利用效率。因此,本文从豆科禾本科间作的根际生物过程角度出发,综述了豆科禾本科间作对根系形态、根际微生物、根系分泌物及其生态效应的研究进展,为豆科禾本科间作体系在修复重金属污染土壤、提高土壤中养分有效性以及植物遗传改良等方面的应用提供理论依据。     

施用有机肥对土壤生物性状影响的研究进展

施肥是农业生态系统中的重要一环,因土壤生物特性如土壤酶活力、微生物量、呼吸以及生物多样性等对外来扰动的灵敏性优于理化特性而在近几年受到了广泛关注。长期配施有机肥能显著调节土壤营养环境,提高微生物碳氮含量,降低代谢呼吸商值并提高多种土壤酶的活力和土壤生物多样性,为作物稳产高产创造良好的土壤生态环境,而化肥施用的效果恰相反。土壤生物特性的变动关系到土壤质量、农业生产的产量以及生态系统的稳定,本文综述了近几年国内外关于施用有机肥对土壤生物性质影响的研究结果。     

旱地多熟间套作不同培肥方法对作物产量和土壤肥力的影响

通过设三季秸秆还田、三季秸秆＋冬绿肥还田、三季栏肥还田、冬绿肥还田及主施化肥为对照等5个处理，研究了山区旱地多熟间套作不同培肥方法的培肥效果，试验结果表明，各种培肥方法的培肥效果依次为三季栏肥还田〉三季秸秆〉冬绿肥还田〉三季秸秆还田〉冬绿肥还田〉对照。     

玉米/大豆套作下作物叶片氮、磷动态特征及其相关性分析

在田间小区试验条件下,以登海605（紧凑型）、 川单418（半紧凑型）、 雅玉13（松散型）3个玉米品种,贡选1和桂夏3两个大豆品种为试验材料,采用玉米/大豆套作种植模式,在仁寿和雅安试验点研究玉米拔节期、 大喇叭口期、 子粒建成期和成熟期以及大豆苗期、 始花期和鼓粒期叶片氮、 磷养分动态规律,分析玉米和大豆叶片氮磷含量之间的相关性。结果表明,两大豆品种无论是净作还是套种,叶片氮含量在苗期最低,磷含量在苗期最高;大豆与雅玉13套作比净作其叶片氮和磷含量分别高出5.81% 和 38.56%以上,而套作大豆叶片氮磷比值却低于净作,仁寿试验点高于雅安试验点,始花期之后净、 套作大豆叶片氮磷含量及其比值变化规律不明显。三种株型玉米叶片磷含量随生育期呈现低高低的规律,其中松散型玉米品种雅玉13叶片磷含量最高;而叶片氮含量在子粒建成期之前变化幅度较小,成熟期达到最低。同样,玉米氮磷比值仁寿试验点高于雅安试验点。通过叶片氮和磷含量及其比值间的相关性分析,玉米和大豆叶片氮、 磷含量与其之间的比例相关性达到显著水平（r0.46, P0.05）,特别是叶片磷含量与氮、 磷比之间的相关性极显著（P0.01）     

槟榔不同株行距间作香草兰对土壤养分和微生物的影响

为了揭示槟榔不同株行距间作香草兰对土壤微生物和土壤养分的影响,以生产上槟榔3个种植密度间作香草兰为处理,人工荫棚单作香草兰为对照,测定和分析土壤中微生物的数量和土壤养分的含量。结果表明,槟榔间作香草兰可显著提高土壤微生物的数量,改良土壤微生物群落中真菌、 细菌和放线菌的比例。槟榔株行距为2.0 m2.5 m（Tr2）的处理,土壤pH值及有机质、 全K、 碱解N、 速效P、 速效K、 交换性Ca、 有效Fe、 有效B含量均显著提高。Pearson积矩相关分析表明,土壤中各类微生物的数量与土壤养分含量之间存在着多种显著的相关关系。槟榔株行距为2.0 m2.5 m间作香草兰对土壤微生物数量及其比例与土壤养分含量具有良好的调节作用,且彼此具有显著相关性。     

植物间作下根际微生物和土壤酶与土壤多氯联苯（PCB）降解的关系

以大豆、黑麦草和南瓜为材料,采用盆栽实验,研究了3种植物的单作和相互间作的不同种植方式对多氯联苯污染土壤的根际修复效应与机理。结果表明：（1）PCB去除率与土壤蛋白酶和磷酸酶活性均呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.878和0.929（P〈0.01）,推测这两类酶可能参与了PCB的生物降解过程;（2）PCB去除率与土壤真菌密度呈显著相关（r=0.797）,而PCB去除率与土壤细菌及放线菌密度相关不显著;（3）在本实验条件下,微生物因素对土壤PCB的降解起主导作用,非灭菌土处理的土壤PCB去除率比灭菌土相对应的对照高出17.7%~30.75%;（4）根系分泌物能显著强化微生物的降解功能,添加黑麦草和大豆根系分泌物处理的土壤PCB去除率分别比只加营养液的对照高出21.4%和24.9%。     

蒜棉、麦棉套作对土壤微生物数量及相关酶活性的影响

在大田生产条件下,以棉花单作为对照,设置蒜棉套作、麦棉套作处理,研究蒜棉套作与麦棉套作对棉田土壤微生物数量及酶活性的影响,以揭示蒜棉、麦棉套作棉田棉花高产原因。结果显示:与单作棉田相比,蒜棉套作与麦棉套作均有利于棉田土壤中细菌、放线菌的增殖,并抑制真菌的增殖,其中蒜棉套作效果更显著;蒜棉套作020 cm土层脲酶活性和蔗糖酶酶活性在整个生育期显著高于棉田单作,碱性磷酸酶活性除花铃期外也均显著高于单作,过氧化氢酶在苗期与吐絮期显著高于单作;麦棉套作020 cm土层脲酶活性和蔗糖酶酶活性亦在苗期、花铃期显高于单作,碱性磷酸酶活性在蕾期显著高于单作,过氧化氢酶在苗期与吐絮期显著高于单作。结论:蒜棉套作与麦棉套作能提高棉田土壤微生物中细菌和放线菌的数量,有效抑制棉田连作障碍的发生。蒜棉套作与麦棉套作能提高棉田土壤相关酶活性,对棉田健康土壤的培育有积极意义。     

种植方式对玉米大豆套作体系中作物产量、养分吸收和种间竞争的影响

为探寻玉米-大豆套作体系下作物间的资源竞争关系,揭示玉米-大豆套作系统的增产机理,本研究以玉米-大豆套作系统(简称玉豆套作)为对象,通过2 a大田定位试验,研究了玉豆套作带状连作(A1)、玉豆套作带状轮作(A2)、玉豆套作等行距种植(A3)、玉米单作(A4)、大豆单作(A5)5种种植方式对玉米、大豆的产量、养分吸收及种间竞争能力的影响。结果表明,与单作和等行距种植相比,带状种植的玉米产量降低、大豆产量显著增加,A2的大豆产量分别比A5和A3高25.5%和89.2%。与带状连作相比,带状轮作促进玉米增产和对N、P、K的吸收,玉米籽粒产量及植株N、P、K的吸收总量分别提高7.5%、18.5%、9.1%、14.1%。与大豆单作相比,带状套作显著增加了大豆的经济系数和养分收获指数,A2的经济系数和植株N、P、K收获指数分别增加40.9%、11.9%、20.6%、39.9%。带状种植方式下,玉米对N、P、K的竞争力弱于大豆(Ams0,CRms1),但带状轮作提高了玉米的种间竞争力和营养竞争比率。玉米-大豆套作体系下,相对带状连作和等行距种植,带状轮作种植有利于玉米与大豆间的和谐共生,促进了玉米、大豆对养分的吸收,提高了系统的产量和土地当量比率(LER)。     

麦棉套种共生期不同土壤水分对冬小麦生理特性及产量与品质的影响

冬小麦、棉花套种共生期包括小麦灌浆期和棉花的苗期,这一时期对冬小麦生长及产量和品质形成具有重要意义。该文在3-1式和4-2式两种麦棉套种配置方式条件下,研究了麦棉共生期土壤水分条件对小麦生理特性以及产量和品质的影响。试验结果表明,土壤水分显著影响了小麦的光合蒸腾日变化动态。共生期较高的土壤水分不利于干物质向籽粒的运输和分配,其产量以70%土壤含水率处理最高。较低的土壤水分有利于小麦籽粒蛋白质和湿面筋含量以及沉降值的提高。3-1式小麦更容易受到土壤水分亏缺的抑制。     

Straw mulching with fertilizer nitrogen: An approach for improving crop yield,soil nutrients and enzyme activities

Field experiments were conducted to study soil properties, soil enzymes activities, water use efficiency (WUE) and crop productivity after six years of soya bean straw mulching in the semi‐arid conditions of China. The experiment included four treatments: CK (Control), N (240 kg N ha^‐1), H (soya bean straw mulching at half rate 700 kg ha^‐1 with 240 kg N ha^‐1) and F (soya bean straw mulching at full rate 1,400 kg ha^‐1 with 240 kg N ha^‐1). Soil organic carbon (SOC), soil labile organic carbon (LOC), soil available N (AN), available P (AP) and enzyme activities were analysed after wheat harvesting in 2016 and 2017. Results show that straw amounts had positive effects on the soil fertility indices being higher for treatment F. The SOC, LOC, AN, AP and enzyme activities (i.e. saccharase, urease and alkaline phosphatase) were in the order of F > H > N > CK. High wheat grain yield and WUE were observed for F treatment. A total of six years mulching along with 240 kg ha^‐1 nitrogen fertilizer application is sufficient for wheat yield stability and improving soil properties except urease activities in the semi‐arid condition of China. However, the straw mulching amount should be further studied with minimum nitrogen fertilizer for an environment‐friendly and effective approach for improving the soil biological properties with adequate crop production on a sustainable basis in the semi‐arid region of China.     

间作对玉米根系分泌物及团聚体稳定性的影响

通过田间小区试验种植玉米(玉米单作、玉米∥大豆、玉米∥马铃薯),测定3个生育期(拔节期、大喇叭口期、抽雄期)玉米根系分泌总糖含量、总有机酸含量和土壤团聚体状况,分析间作对玉米根系分泌物及团聚体稳定性的影响。结果表明:玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量随生育期的推移而增加,间作显著提高玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量,玉米∥马铃薯玉米∥大豆。在抽雄期,玉米∥大豆、玉米∥马铃薯相比玉米单作0.25mm水稳性团聚体含量(R_(0.25))分别显著提高6.19%,8.17%;平均质量直径(MWD)分别提高5.04%,10.08%;几何平均直径(GMD)分别提高6.12%,12.24%;分形维数(D)分别显著降低0.72%,1.09%;团聚体破坏率(PAD)分别显著降低16.77%,26.08%。在根系分泌物最大的抽雄期,玉米根系分泌总糖含量、总有机酸含量与R_(0.25),GMD,D,PAD呈极显著相关关系(P0.01)。因此,间作可通过增加玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量,进而提高土壤团聚体的稳定性。     

Mycorrhizas Mitigate Soil Replant Disease of Peach Through Regulating Root Exudates,Soil Microbial Population,and Soil Aggregate Stability

Soil replant disease is the main bottleneck interfering with tree growth of peach in soils with poor traits. A potted study was conducted to evaluate the effects of inoculation with an arbuscular mycorrhizal fungus (AMF), Acauloapora scrobiculata, on plant growth, mineral nutrients, soil enzyme activities, soil microbial populations, and root exudate compositions of peach (Prunus persica L. Batsch) seedlings grown in replant soil and non-replant soil. After 15 weeks in AMF inoculation, replant soil heavily inhibited root mycorrhizal colonization. In replant soil, AMF inoculation significantly increased shoot biomass and root phosphorus, potassium, calcium, copper, zinc, iron, and boron concentrations. Mycorrhizal peach seedlings showed a higher number of soil bacteria and total microbes but a lower number of soil fungi under replant conditions, as well higher soil urease and acid phosphatase activity and lower soil sucrase and catalase activity. Greater soil aggregate stability was observed in mycorrhiza-inoculated replant soil than in non-mycorrhizal soil due to the increase of water-stable aggregates in 2–4 mm and 1–2 mm size. In addition, a total of 92 substances were identified in root exudates, and the mycorrhizosphere had considerably more root exudate compositions. AMF inoculation had a significantly inhibitive effect on the relative abundance of allelochemical substances, including benzoic acid, benzaldehyde, diisooctyl phthalate, phenols, and sterols, while there was an increase in diphenyl-ethanedione and à-(benzoyloxy)-benzeneacetonitrile in replanted peach. It was concluded that AMF inoculation could partly mitigate soil replant disease of peach through modulating soil microbe balance, improving soil aggregate stability, and changing root exudate compositions.