黄土母质生土当年施肥对混作根际土壤生物活性及土壤营养的影响

以黄土母质生土为供试土壤,采用盆栽试验,探讨了黄土母质生土当年施肥对小麦与豆科牧草、十字花科油菜混作根际土壤生物活性、土壤营养以及小麦根苗生长的影响。结果表明:黄土母质生土当年施肥促进了混作根际土壤微生物的繁衍、酶活性及土壤营养的提高。4种混作处理研究还表明,豌/麦、苜/麦根际土壤综合效应最好,可作为生土改良沃化的先锋混播作物。黄土母质生土对外源的辅助能(当年施肥)反应十分敏感,施肥促进小麦根苗生长效应与土壤培肥效应十分显著。黄土母质生土熟化过程既是一个生土培肥改良过程,也是一个物质能量(营养)投入转化过程,并经作物的光合生产过程、土壤微生物分解矿化过程及土壤酶系统活化过程,共同构成根土苗微生物互动的生态系统。该研究为混作复合群体应用于黄土母质生土地的改良提供了理论参考。     

施肥深度对生土地玉米根系及根际土壤 肥力垂直分布的影响

为探明施肥深度对生土地玉米(Zea mays L.)地上部生产力、根系及根际土壤肥力的影响,连续2年以黄土母质生土为供试土壤,采用根管土柱法,以不施肥为对照,研究不同深度(0~20 cm、60~80 cm、100~120 cm、140~160 cm和180~200 cm)施用生物有机肥对玉米地上部生产力及根重、根际土壤酶活性、根际土壤养分含量垂直分布的影响。结果表明:1)在0~200 cm土层范围内,随施肥深度的加深,玉米地上部生产力、总根重等指标均呈先增加后减少的规律。施肥深度在100~120 cm处的玉米总根重(52.3 g)及地上部生产力(361.0 g)最大。2)所有施肥深度的根重垂直分布均呈"T"型,以0~20 cm耕层根重最大,占总根重的50%左右,随根系下延,根重明显递减(P0.05)。施肥深度100~120 cm可以获得最大总根重和0~40 cm耕层根重(27.19 g)。根系N、P和K养分积累适中,平均分别为6.60 g·kg~(-1)、2.38 g·kg~(-1)和8.16 g·kg~(-1)。3)施肥明显提高根际土壤酶活性和养分含量。施肥深度为60~80 cm,0~200 cm土层根际土壤脲酶活性较高,介于0.108~0.354 mg(NH3-N)·g~(-1)(soil)·24h~(~(-1));施肥深度为140~160 cm时,0~200 cm土层根际土壤蔗糖酶活性和速效磷含量较高,分别为12.9~19.6 mg(glucose)·g~(-1)(soil)·24h~(-1)和4.31~6.02 mg·kg~(-1);施肥深度180~200 cm,0~200 cm土层根际土壤有机质含量较高,介于5.55~7.14 g·kg~(-1);施肥深度小于100 cm或大于120 cm,0~20 cm土层根际土壤碱性磷酸酶活性和碱解氮含量较高,分别0.497 mg(phenol)·g~(-1)(soil)·24h~(-1)和25.4 mg·kg~(-1)。4)相关分析表明,在生土地上,不同施肥深度处理下,玉米根重、根系NPK营养、根际土壤酶活性及根际土壤NPK营养密切相关。5)根据FACTOR过程和CLUSTER聚类分析,优化得出改良黄土母质生土地玉米冠-根-土系统的适合施肥深度范围为60~160 cm。本研究结果为通过施肥加快生土熟化提供了新的思路。     

施肥对生土地谷子根苗生长及根际土壤酶和微生物种群的影响

以黄土母质性生土为供试土壤,采用盆栽试验,探讨了氮、磷、钾及有机肥对谷子生长发育的影响。结果表明:(1)磷是生土地土壤肥力形成与作物生长发育以及根际土壤酶系统和微生物系统形成的首要原始起动营养元素;(2)含磷的处理组合,谷子幼苗阶段地上下部生长均明显较不施磷的长势强,而单施氮和钾甚至不及不施肥的对照。氮、磷、钾对谷子根苗生长的影响顺序为磷氮钾;(3)进入谷子中后期生长阶段,氮素的作用,特别是氮、磷、钾对谷子株高及地上部干重的综合效果表现明显;(4)产量表现为含磷的处理组合,产量及产量结构均明显提高;(5)单施优质高量的有机肥对生土地根苗生长与产量形成具有当年立竿见影的效果;(6)发达的根系促进了根际微生物群落的迅速繁衍,提高了根际土壤酶的活性,有益于促进根-土系统向着熟化方向发展,使生土地上的谷子当年获得正常产量。     

当年肥料深施对生土棉花根-冠-土系统建成的影响

为探求当年生土最佳施肥方式,试验连续2年采用根管土柱法,研究不同肥料(N、P、N+P+K、有机肥、不施肥对照)、不同施肥深度(0—20cm,40—60cm,80—100cm土层)对生土棉花(Gossypium hirsutum Linnaeus)根(根重)—冠(地上部生产力)—土(根际土壤脲酶、碱性磷酸酶活性,根际土壤速效氮、速效磷和有机质)系统垂直构成的影响。结果表明:(1)有机肥明显提高生土棉花地上部生产力,但对根重发育没有明显优势;单施P肥明显改善生土棉花根重垂直分布,但明显抑制地上部生产力形成;NPK配施有利于协同生土棉花根—冠建成;(2)有机肥或含P肥,有利于提高生土棉花根际土壤脲酶和碱性磷酸酶活性,提高生土棉花根际土壤速效氮、速效磷及有机质含量;(3)相关分析表明,生土棉花根土系统建成中,在酶促反应下,根系及土壤营养之间彼此互为促进,从而达到生土熟化;(4)因子分析表明,生土棉花根—冠—土系统建成的首要因素是根-冠系统,其次是根-土养分系统,根—土酶系统通过活化土壤养分而促进根—冠—土系统的良好构建;(5)聚类结果得出,当年生土棉花根—冠—土系统协调发展的最佳施肥方式是40—60cm土层单施有机肥或配施NPK肥。由此可知,当年生产见效并改良生土的最佳施肥方式是有机肥或NPK肥深施40—60cm。     

豆科牧草根际土壤脲酶活性的研究

研究结果表明:土壤脲酶活性与养分含量呈极显著相关,可作为评价土壤肥力的生物学指标;脲酶活性的垂直分布随土层深度而递减;土壤脲酶活性数量随作物生长与根系生物量的增强而增加,与土壤微生物数量显著相关;根际土壤脲酶活性高于近根际土壤;不同种类豆科牧草,根际土壤脲酶活性存在明显差异。深根豆科牧草苜蓿、草木樨可留给深层土壤大量根系残留物,从而有利于提高土壤深层脲酶活性与综合供肥能力。     

断根和施肥对杨树人工林根际土壤肥力及生物学特性的影响

采用田间小区试验研究了不同的断根和施肥措施对I-107杨树人工林根际养分、微生物数量及酶活性的影响。结果表明:相同处理的杨树林地根际土壤pH均低于非根际土壤,而有机质、速效氮、速效磷、速效钾、有效铜和有效锌的含量均高于非根际土壤;与其它处理相比,断根施肥处理的根际土和非根际土壤速效养分含量最高,差异达显著水平;与对照相比,断根施肥处理显著提高了林地土壤的脲酶、转化酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性,而施肥未断根处理少量增加了此5种土壤酶活性,断根未施肥处理则降低了土壤酶的活性。各处理林地土壤微生物数量大小次序为:断根施肥>施肥未断根>断根未施肥>对照。由此可得出,施肥和断根措施相结合可有效改善根系土壤环境,提高林地土壤肥力。     

Cd胁迫对5种植物体内Cd积累及根际土壤特性的影响

以大豆、棉花、曼陀罗、蓖麻和玉米为供试材料,采用土柱栽培试验,探讨Cd胁迫后,5种植物根系活力与各器官间cd含量的差异,以及5种植物根际土壤酶活性与根际土壤营养含量对Cd胁迫的反应.结果表明:(1)5种受污染的植物体Cd富集量超出对照不受污染的植物体达3～7倍之多,但都未达富集临界值100 mg/kg.(2)不同植物不同器官Cd运转积累部位不同,以根冠比衡量,蓖麻、玉米、棉花R/S大于1,称作根优势植物;大豆、曼陀罗R/S小于1,称作冠优势植物;棉花R/S近于1,称作冠根均衡植物.5种植物吸收富集最强的前3位植物(大豆、玉米、棉花)都是人工驯化的栽培植物,其吸肥能力强于野生植物的,这种吸肥能力与吸Cd能力是否呈正相关关系,吸肥能力的差异是否可以作为污染土壤利用改良的依据值得进一步研究.(3)大豆、曼陀罗茎秆中Cd含量均较根、叶、籽实中的高,考虑到大豆是粮食作物,同时其根部Cd含量仅次子茎的,而曼陀罗作为一种杂草,其地上部Cd转移系数大于1.0,因此,比较供试5种植物,应优先选择曼陀罗用于Cd污染区域的土壤净化.(4)Cd胁迫(5 mg/kg)提高了5种植物根系还原TTC强度,抑制了大豆和蓖麻根际土壤多种酶活性,而促进了曼陀罗和玉米根际土壤多种酶活性以及棉花根际土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性;比较5种酶活性,碱性磷酸酶活性对Cd反应较不敏感,脲酶和蔗糖酶活性对Cd反应较敏感,多酚氧化酶和过氩化氯酶活性对CA的敏感程度因不同植物而异.结果还表明Cd胁迫不同程度地提高了供试5种植物根际土壤营养含量.(5)研究为有效开展Cd污染土壤的植物修复资源提供理论依据.     

黄土丘陵沟壑区典型林地土壤微生物、酶活性和养分特征

通过对陕西吴起县黄土沟壑区退耕还林地不同林分(沙棘、刺槐、油松、小叶杨)根际与非根际土壤养分、酶活性和微生物特征进行研究,比较4种典型林分及退耕草地“根际效应”及根际对养分的截留效应,评价根际效应对土壤特性产生不同改良效果,为黄土沟壑区退耕地人工林科学选择造林树种提供理论支持。研究表明:1根际与非根际土壤中有机质含量、有效磷含量、碱解氮含量和速效钾含量表现出显著差异,有机质、有效磷、速效钾含量均呈现明显的根际聚集现象。2根际土壤微生物数量和土壤酶活性总体高于非根际,仅油松样地中过氧化氢酶活性和小叶杨样地中脲酶活性根际低于非根际。3根际土壤中脲酶活性与细菌和真菌数量相关性达到显著水平,过氧化氢酶活性与真菌相关性达到显著水平;有机质含量与细菌、放线菌数量和脲酶活性相关性达到显著水平;碱解氮、有效磷含量均与细菌、真菌数量和脲酶活性相关性达到显著水平。在非根际土壤中,土壤养分含量与土壤微生物、土壤酶活性的相关性明显降低。4从土壤肥力综合水平看,根际土壤肥力水平综合得分总体上大于非根际土壤,其中根际土壤中沙棘小叶杨油松刺槐草地。沙棘能大幅度提高土壤肥力,具有较好的土壤改良效果。     

不同磷源对作物根际效应影响的研究

本文通过网室盆栽和室内分析相结合的方法,研究了几种P源施入石灰性土壤后对作物根际生物活性性质的影响,结果表明:对于不同P源处理,小麦生长过程中根际、非根际微生物种群的数量及根际效应(R/B)有显著差异,其大小顺序为:K2HPO4>CaMg-P>SSP>FA>CK。微生物数量在生育后期达到高峰。作物根际磷酸酶活性随生育期的进展逐步增强。不同P源处理影响下的土壤磷酸酶活性有一定的差异,总体顺序为:FA>SSP >K2HPO4> CaMg-P>CK。土壤碱性磷酸酶活性显著地高于中性磷酸酶活性。     

黄土丘陵区新造田培肥熟化高产技术措施的探讨

针对黄土丘陵区新修梯田和新垫滩地土壤肥力瘠薄、生物活性低、土壤板结、物理性质差等特点 ,通过实施秋深耕、增施多菌种的微生物有机复合肥、地膜沟植垄盖等综合技术措施 ,结果表明 :这些技术措施有利于新造田各类微生物菌群的增殖和生物活性的提高 ,促进土体中物质和能量的转化 ,显著改善土壤的理化性质 ,促进土壤微结构的形成 ,加速生土的熟化 ,使新造田微生物数量和有机质、氮磷钾含量当年就达到和接近于当地中等肥力水平的土壤 ,促进了作物的生长发育 ,当年比常规培肥田增产 4 0 %以上 ,达到了高产水平 ,为新造田的当年培肥熟化高产提供了快速有效的途径。     

碳酸氢根与水肥同层对玉米幼苗生长和吸收养分的影响

把水分(NaHCO3溶液或纯水)供应于底施了铵态或硝态N肥的土层内,以研究HCO3-及水肥供应方式对石灰性土壤上玉米生长及养分吸收的影响。结果表明,在限制灌水量的条件下,在土壤上层供应HCO3-显著抑制根系生长,但在下层供应对生长无明显影响;当施用不同形态N素时,HCO3-对N素吸收并无明显影响;此外,供应HCO3-溶液能明显提高灌水土层的土壤pH。总体来看,在供试条件下,HCO3-对玉米幼苗生长量、根系分布及养分吸收量的影响均较为有限,而后三者主要受施肥灌水层次的影响,即:在土壤上层施肥灌水,幼苗生长量显著降低;而在下层施肥灌水是一种节水节肥的水肥供应方式。但下层施肥灌水不利于植株的直立性。因为下层施肥灌水时根系主要分布在下层,在上层分布数量极少;而上层施肥灌水根系在上下两层中的分布无明显差异;下层施肥灌水的玉米植株,其N、P、K吸收量远高于上层施肥灌水的植株。     

间套作改善作物矿质营养的机理研究进展

【目的】合理的间套作能够改善作物的矿质营养。近年来国内外对间套作提高作物生产力、 改善作物矿质营养的机理研究越来越深入。本文分析了国内外不同间套作中作物根际养分动态及作物营养吸收变化,阐述了间套作改善作物矿质营养的可能机理。【主要进展】 1)根系分泌物中的铵态氮和氨基酸态氮作为作物的氮源; 根系分泌物能够诱导豆科作物固氮作用的增强,增加间套作系统中的氮营养; 2)根系分泌物中的有机酸类物质能够活化根际土壤中的磷、 铁、 钾等营养,将其转变为植物可以利用的营养; 3)根系分泌物或地上部的种间互作能诱导作物的根系构型和矿质营养吸收相关基因的表达发生变化,形成空间上的营养生态位互补,增强根系吸收矿质营养的能力,充分利用土壤营养资源; 4)丛枝菌根真菌与作物间形成的网络便于营养在作物之间的转移和吸收; 5)间套作能够改变土壤生物多样性(土壤动物和微生物),而土壤的生物多样性能够促进作物矿质养分的吸收。间套作中,由于微生物代谢功能的多样性,作物对微生物的选择和富集使得根际土壤功能微生物的种类和数量增多,提高了土壤中矿质营养的生物有效性; 6)间套作提高了土壤的酶(如脲酶,酸性磷酸酶和碱性磷酸酶)活性,促进了有机氮、 磷向无机氮、 磷的转化,提高了土壤无机氮、 磷的浓度。总之,根系分泌物、 根系构型变化、 土壤生物多样性、 土壤酶在作物的营养有效利用中发挥重要作用,其中根系分泌物是它们之间的纽带,介导了作物-作物、 作物-土壤、 作物-微生物之间的相互作用。【建议与展望】由于技术手段的限制及地下根际过程的复杂性,人们对于地下生物学过程的认识还远远不够。根系分泌物的原位定性与定量、 间套作中种间的识别和响应、 间套作对土壤生物多样性的影响及土壤生物多样性对作物生长的反馈、 间套作中功能微生物的筛选、 分离、 鉴定及应用都将成为研究的重点。     

作物土传病害防控的健康微生物群落构建原理与实践

植物-土壤反馈效应及农田生产特点决定了农田土壤生产力的不可持续性,因而必须采用适当的措施方可保持地力常新。施用化肥解决了农田土壤的养分贫化问题,极大地提高了作物产量,但激发了土传病原生物的活性,作物土传病频发成为制约集约化农业可持续发展的瓶颈问题。现有的研究成果表明,地上生物多样性与土壤微生物多样性紧密联系,植物提供的有机物质是连接二者的物质基础。单一作物种植的集约化农业提供给土壤微生物可利用的有机物质来源单一,导致土壤微生物多样性下降,削弱对土传病原生物致病性的抑制作用。本文提出,在作物生长过程中添加土壤有益微生物偏好利用的有机物质,激活土壤有益微生物,可能是维持集约化农业土壤生物健康,抑制作物土传病的有效途径。为此,有必要开展各种土壤微生物偏好利用的有机物质以及作物生长过程中如何施用有机物质的方法。     

抑菌剂浇施与不均匀施肥对玉米马铃薯生长和产量的影响

农业生产中,肥料和抑菌性农药施用是两种重要的农业生产技术。在施肥过程中,点状和条状施肥是主要的施肥方式,易导致作物生长期内土壤养分以斑块状分布,因此根系趋肥性对农田中作物获取养分具有重要性。而在施用抑菌性农药时,药剂能够通过淋溶等过程进入土体中,对土壤生态环境和根-土过程产生直接或间接的影响。然而目前有关农药施用是否影响作物根系趋肥性,进而改变产量表现还不清楚。本研究选用旱地主要粮食作物玉米和马铃薯为研究对象,通过等量肥料下隔行施用的方式构建土壤养分斑块,在此基础上进行广谱性杀菌剂浇施土壤,研究抑菌性农药对作物利用异质性养分的影响。两年的大田试验数据表明,一定程度上,抑菌剂浇施和隔行施肥能够显著地影响作物的植株生物量、产量,根系生物量及分布,且对玉米生物量影响具显著交互效应,表现为隔行施肥对生物量的显著提高发生在抑菌剂浇施条件下,而抑菌剂对玉米生物量的提高则主要表现在隔行施肥条件下。同时,抑菌剂浇施能够提高作物的根系觅养精确度,其中在马铃薯上达到显著水平,表明抑菌剂浇施对作物适应土壤养分斑块具有一定的促进作用。当然,抑菌农药和养分斑块在影响作物生长过程中的显著性受作物类型和种植年份的影响,具有复杂性。因此,进一步针对不同作物、生态环境和栽培措施,探讨抑菌剂农药在作物适应养分斑块中的作用以及对作物根系趋肥的影响机制,对于了解农药施用对化肥利用的影响具有潜在的价值。     

Productivity and nutrient use efficiency of maize,sorghum, and cotton in the West African Dry Savanna

Sustainable agricultural practices are needed to improve food security and support livelihoods in West Africa, where soil nutrient deficiencies and rainfed production systems prevail. The objective of this study was to assess the productivity and nitrogen (N) and phosphorus (P) use efficiencies of three dominant crops (maize, sorghum, and cotton) under different soil management strategies in the dry savanna of northern Benin. Data were collected for each crop in experiments with (1) an un‐amended soil as control, (2) a low use of external inputs, (3) an integrated soil–crop management practice, and (4) a high mineral fertilizer use, as treatments. Data were collected through researcher‐managed and farmer‐managed on‐farm trials in 2014 and 2015, and analyzed using linear robust mixed effects model and Pearson's correlation. Above‐ground biomass accumulation did not differ significantly among the control, integrated soil–crop management practice, and high mineral fertilizer use up to 30, 50, and 60 d after planting for maize, cotton, and sorghum, respectively. Thereafter, the differences in growth were substantial for each crop with highest biomass monitored with high mineral fertilizer use and lowest with the control. Biomass and economic yields at harvest were highest under high mineral fertilizer use and integrated soil–crop management practice, although the magnitude was crop‐specific. With the integrated soil–crop management practice and high mineral fertilizer use, N and P uptake by all crops was higher than for the un‐amended soil conditions. Inter‐seasonal changes in N uptake were higher for sorghum and cotton, but lower for maize. The highest agronomic efficiency and apparent recovery of N and P as well as positive N and P partial balances were obtained with the integrated soil–crop management practice for all three crops tested. The integrated soil–crop management strategy gave the highest yields and significantly improved N and P use efficiencies. The findings can contribute to formulating site and crop‐specific recommendations for sustainable agricultural practices in the Dry Savanna zone of West Africa.     

晋西黄土区果农间作土壤养分空间分布

为了研究黄土区农林复合系统土壤养分的空间分布及效应,对山西吉县残塬面核桃×花生、核桃×大豆和核桃×玉米3种典型果农间作类型下0～100 cm土层中土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾进行了测定和分析。结果表明：1）3种间作类型土壤养分的空间分布特征具有一定的相似性。在垂直方向上,土壤养分含量随土层深度的增加而减少,并且距果树越远,土壤养分的垂直递减梯度越小;在水平方向上,离果树越近,土壤养分越少。2）效应分析结果表明,间作系统中果树与作物存在竞争,间作系统中作物土壤养分的综合效应优劣说明间作作物以花生为最佳、大豆其次、玉米最差。根据研究结果提出了研究区果农间作系统减少土壤养分竞争的相关建议：加强水肥管理、增加果树和作物的间作距离、设置根障。     

云锦杜鹃林根际微生物及其生化特性的研究

通过对不同林型云锦杜鹃根际土壤和非根际土的养分状况、微生物区系、生化作用强度和酶活性等研究 ,结果显示 ,土壤细菌功能群与土壤养分和土壤酶活性有密切的联系 ,在光照和通气条件好的归云洞种群 ,云锦杜鹃的根际效应明显。在黄经洞和永字亭种群 ,由于植被盖度高 ,土壤空隙度低 ,土壤接触酶和过氧化物酶活性低 ,根际对土壤毒素转化能力弱及土壤腐殖质化过程缓慢 ;加上真菌和放线菌数量多 ,指示了土壤性质的恶化。因此 ,修剪上层树种和清理箬竹等可以阻止云锦杜鹃的衰退     

Soil microbiological attributes under summer/winter crops rotation in a no-tillage system

Knowledge of the effect of a multiple combination of summer/winter crop rotation on the microbiological properties of soil would allow a more adequate response to its use. This study aimed to evaluate the effect of the rotation of three summer crops (continuous soybean, continuous maize and soybean/maize rotation) in combination with seven winter crops (maize, sunflower, oilseed radish, millet, pigeon pea, sorghum and sunn hemp) on the microbiological properties of the soil. A soybean/maize (SM) rotation had a greater influence on microbial biomass than continuous maize (MM) and continuous soybean (SS). Urease and phosphatase activities were not affected by the crop rotation. Dehydrogenase activity was higher in continuous crops (MM and SS) than in SM, whereas respiratory activity was higher in SM than in continuous crops. For the SM rotation, the main variables selected by principal components analysis were microbial biomass C, N and P, respiratory and phosphatase activities, and microbial quotient. Pigeon pea, sorghum and sunn hemp had a greater effect on soil properties than the other winter crops. In general, the degree of influence of the summer and winter crops on the microbiological soil properties can be ranked as follows: SM > MM > SS, and millet > sorghum > sunn hemp > radish > pigeon pea > maize, respectively.