有效微生物群特点及其在种植业中的应用

阐述了有效微生物群（ＥＭ）的种类、用途、特点、性质与作用机理,有效微生物群在种植业中的研究与应用进展,包括提高土壤肥力,促进堆肥发酵和作物生长发育,增强植株抗逆能力,提高作物产量,改善产品品质等内容。     

土壤学不应忽视对作物土传病原微生物的研究

随着集约化种植程度的提高,管理不善、单一作物连续种植、秸秆还田等因素导致的土传病害日益严重,使作物高产对农药的依赖程度不断提高,对我国农业可持续发展、环境和农产品安全构成了很大的威胁。但是,我国当前土壤学几乎忽视了这一土壤学范畴的研究领域。土传植物病原微生物功能明确,是研究土壤微生物区系和生物多样性与功能、土壤微生物与植物生长、土传病原微生物与拮抗微生物等关系的理想研究对象。土壤学在揭示土传病原微生物的生长规律、控制土传病原微生物数量、发挥拮抗微生物的作用、防治作物土传病害等方面具有独特的优势。深入认识土传病原微生物适宜生长的土壤环境是防控作物土传病原微生物生长,实现农药使用量零增长的基础。解决当前严重的作物土传病害不仅是土壤学的责任和义务,而且可以极大地推动土壤学的发展。     

作物驯化对根际微生物组的选择

作物驯化是人类活动影响下的生物进化过程,不仅会引起作物生理生态以及微生物群落结构和多样性的改变,还对根际微生物的相互关系、功能特征以及作物调控等方面产生影响。同时,根际微生物生态变化也体现了作物在驯化过程中对环境的适应力。本文综述了作物驯化与根际微生物组间的研究进展,讨论了作物驯化可能对根际微生物组的选择及其驱动要素,为改善根际微生物的生态特征及功能,寻找潜在的特殊的微生物资源,提高作物的抗性及养分吸收及实现土壤可持续发展奠定理论基础。     

秸秆还田提高水稻-油菜轮作土壤固氮能力及作物产量

为探讨西南山区水稻-油菜轮作模式下秸秆还田对作物产量和土壤氮素固持能力的影响,于2013-2015年在洱海流域稻油轮作农田中设置空白处理(CK)、单施化肥(CF)、化肥+玉米秸秆(CFMS)以及化肥+蚕豆秸秆(CFBS)4个处理,测定分析了作物产量、土壤微生物量及土壤理化性质等关键指标。结果表明,与CF处理相比,秸秆还田提高水稻、油菜产量及其地上部含氮量,增加氮素有效输出。不同处理土壤微生物量碳、氮质量分数存在差异,其大小顺序为:CFMSCFBSCFCK。与土壤碳氮比相比,土壤微生物熵和微生物量C/N对秸秆还田做出快速响应,秸秆还田提高土壤微生物熵,降低微生物量C/N。此外,秸秆还田显著降低油菜收获后的土壤硝态氮残留(P0.05),与CF相比,玉米秸秆和蚕豆秸秆还田分别使土壤硝态氮残留量减少11.6%~55.0%和13.7%~52.3%。可见,中国西南山区稻油轮作模式下秸秆还田能提高作物产量和含氮量,增强土壤微生物氮素固持能力,有效降低土壤氮素流失风险,且玉米秸秆在增产、固氮方面的作用优于蚕豆秸秆。结果可为提高西南山区水稻、油菜产量,增强土壤氮素固持能力,降低土壤氮素流失风险提供参考。     

四川盆地秸秆还田免耕对土壤养分及碳库的影响

在四川盆地2种不同母质的土壤上,通过3 a 6季作物的田间试验,研究作物秸秆还田对稻田土壤N、P、K,土壤活性碳,微生物碳,矿化碳和碳库管理指数的影响.结果表明:与对照相比,秸秆还田免耕和旋耕均可提高土壤全N,全P,全K,有效N、P、K,不同形态碳素含量和碳库管理指数.作物秸秆还田旋耕比秸秆还田免耕更能改善土壤有效碳库质量,土壤活性碳、微生物碳、矿化碳和碳库管理指数分别提高5.81%～31.76%、33.87～39.33%、15.42%～21.56%和4.03%～21.13%.相关性分析表明,运用土壤碳库管理指数表征土壤养份及碳素动态变化比土壤有机碳更具灵敏性.     

植物功能群多样性对人工湿地微生物生物量和营养滞留的影响

为了检验植物功能群多样性是否影响人工湿地植物生物量、微生物生物量和填料营养滞留,本研究在垂直流人工湿地中设置了5个植物功能群丰富度处理（未栽培处理以及分别栽培1、2、3和4个功能群处理）,分别分析了不同处理下的植物生物量、微生物生物量碳和氮、填料中有机碳、NH+4N、NO-3N和有效磷含量。单因素方差分析表明:植物生物量、微生物生物量碳和氮均随着植物功能群丰富度显著提高 (P 0.05),而填料中的NH+4N和NO-3N含量仅依赖于植物栽培与否。相关分析揭示出植物功能群丰富度与植物生物量、微生物生物量碳和氮以及填料中的NO-3N含量均呈正相关关系,而微生物生物量碳分别与填料中的NH+4N和NO-3N含量呈正相关。本研究突出了植物功能群多样性在改善人工湿地中的植物生物量、微生物生物量碳和氮方面的重要性。     

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。     

土埌知识通俗讲话:十六、细菌肥料

土壤中居住着无数的微生物,这些微生物有的对作物有益,有的对作物有害,但一般来说,有益微生物占极大多数。有益微生物能提高土壤肥力,增加或改善植物营养,刺激作物生长,抑制有害微生物繁殖。土壤中有益微生物愈多,作物生长愈有利。因此我们必须用各种方法来发展有益微生物,控制和消灭有害微生物。而使用细菌肥料就是用人工方法调节土壤微生物组成,使它向着我们需要的方向发展。     

西南岩溶区土壤微生物生态作用的初步研究--以桂林丫吉村岩溶试验场为例

对桂林丫吉村岩溶试验场不同岩溶地貌的土壤微生物生理群的分布特征及土壤生物活性强度进行了研究，结果表明土壤生物活性强度的变化与土壤微生物数量的变化趋势基本一致。同时讨论了土壤微生物数量与土壤有机质、全N、有效N和速效P的相关性及微生物生理群在该场区氮循环中的生态作用。     

不同作物根际土壤微生物的群落结构特征分析

为探究根际微生物群在支持植物生长、发育和健康方面的重要作用,本研究在2017年7月采集同一农田中大豆[Glycine max (L.) Merr.]、玉米[Zea mays)、花生(Arachis hypogaea L.]、四季豆[Phaseolus vulgaris L.]、豇豆[Vigna unguiculata (L.) Walp]、番薯[Ipomoea batatas (L.) Lam.]和芋艿[Colocasia esculenta (L.) Schoot]7种不同作物,通过Illumina MiSeq测序技术和磷脂脂肪酸(PLFA)对这7种不同作物的根际微生物群落结构和组成进行了分析。结果显示,不同作物根际土壤微生物的PLFA种类和组成差异显著,但均以表征革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和真菌的特征脂肪酸为主。花生根际土中微生物的PLFAs含量最高,花生根际土中的真菌细菌比(F/B)显著高于其他作物,且其革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比(G⁺/G^-)最低。尽管在门水平,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和厚壁菌门是7种作物根际微生物的主要优势门,但是在纲水平和目水平不同作物根际微生物组成存在差异。Alpha多样性分析表明,大豆根际的OTU丰富度(Chao1,P<0.001)和细菌群落多样性(Shannon,P<0.001)在7种作物中最高。非度量多维尺度分析(NMDS)表明,根际微生物群落结构在OTU和PLFAs水平下均以不同作物形成聚类,不同聚类间的差异显著。根际敏感微生物的筛选和比较进一步说明不同作物对根际微生物的选择具有差异性,群落中某些特定菌群优势度存在区别,不同作物具有不同敏感微生物的选择倾向。本研究为构建健康的植物根际微生物群落以促进植物育种提供了基础。     

固氮蓝藻的农业应用研究进展

作为可固氮固碳的自养光合微生物,固氮蓝藻是一种非常重要的微生物资源。关于固氮蓝藻在农业生产上的应用始于1939年印度首次报道用固氮蓝藻肥田,之后一段时期虽然受到国际广泛关注,但最终并未实现规模化推广应用。究其原因既与化肥在世界范围内的大规模使用有关,也与自身技术相对复杂、成本高和可靠性低有关。对于前者虽然化肥的农业增产作用巨大,但其对农业自身和生态环境的负面影响日益凸显。而对于后者,新的固氮蓝藻规模化生产技术和新的接种技术的发展正在逐步消除这些缺陷。在当前国家要求农业"减量化"和"低碳化"发展的背景下,固氮蓝藻作为生态环保的生物肥料可能迎来新的发展契机。同时,除了作为生物肥料,近年来国内外的研究表明固氮蓝藻具有多重农业应用价值,可能在作物生长调节剂和生物农药开发、农业环境污染防治和农业生态环境保护等方面发挥作用。因此,本文就国内外近5年(2013—2017年)关于固氮蓝藻的农业应用进展进行了全面综述,并就存在的问题和今后的发展方向做了展望。今后固氮蓝藻作物生长调节方面需深入研究藻激素的代谢和调控机制,藻接种技术方面需深入研究生物膜中藻类和其他微生物的互作关系,抗病虫害方面需要进行更多的田间试验以评估其实际应用效果并阐明抗性机制,降解有机农药方面需深入研究降解关键酶、降解途径和大田应用技术,生态环境保护方面需评估固氮蓝藻抗旱抗盐碱实际应用效果并阐明其机理。     

地下水硝酸盐去除中反硝化微生物的研究进展

地下水硝酸盐污染已经成为一个全球问题,由于饮用高硝酸盐含量的地下水会增加高铁血红蛋白症和癌症风险,地下水硝酸盐污染受到越来越多的关注。反硝化脱氮是地下水硝酸盐脱氮的主要途径之一。本文就参与地下水硝酸盐去除的反硝化微生物种类、反硝化机理、碳源类型以及地下水污染中微生物作用的国内外研究现状进行了较全面系统的评述。在此基础上,提出了该类研究中存在的不足,包括实验室研究较多但野外研究较少,野外原位应用中对特定微生物特性方面研究缺乏,碳源利用率低和硝酸盐去除速度慢,去除过程中有效微生物的代谢途径仍不清楚等问题。针对这些问题,本文认为以后的研究应该进一步开发野外原位应用中反硝化微生物资源,并借助先进的分子方法和功能基因鉴定此类特殊微生物的种类、功能及其生态学行为,选择最佳碳源,完整深入地了解地下水硝酸盐去除中微生物的代谢过程,识别反硝化过程中氮的来源与去向,为寻找提高处理效率的方法提供理论依据,真正将理论和实践结合起来。     

植物促生微生物挥发性物质的生态功能研究进展

植物促生微生物通过各种途径有益于植物的生长发育,而其产生的挥发性物质在这一过程中的作用不可忽视。挥发性物质低分子量、弱极性、高蒸汽压、低沸点、亲脂性的特点使其与微生物其他性质的代谢产物相比,具有能够长距离传播、介导生物体间非接触的相互作用、低浓度即可被感知等优势。本文从植物促生微生物挥发性物质促进植物生长发育、对植物的化感作用、诱导植物系统抗性、促进植物次级代谢产物积累、抑制植物病虫害的发生与发展、阻碍食草动物取食等方面综述了植物促生微生物挥发性物质重要的生态功能及这些功能间的相互关系和具体作用机制,并对植物促生微生物挥发性物质今后的研究方向和应用前景进行了展望。     

三唑类农药的微生物降解研究进展

三唑类农药是一种广泛使用的防治植物病害的杀菌剂和植物生长调节剂，可通过抑制麦角甾醇的合成阻碍病原菌的细胞壁形成，从而起到防治作物病害的作用，也能抑制植物赤霉素合成延缓植物生长；但因大范围应用及其难以降解的特性，污染环境和影响人类健康。为给三唑类农药的微生物降解提供参考，基于文献研究，梳理总结了三唑类农药降解菌的种类、影响降解的环境因素和降解机理方面的研究进展，明确了微生物在不同环境中能有效降解三唑类农药，微生物降解技术有望应用于治理三唑类农药造成的环境污染。     

Soil biodegradation of maize root residues: Interaction between chemical characteristics and the presence of colonizing micro-organisms

Due to their direct contact with the soil, roots are exposed to colonizing micro-organisms that persist after the plant has died. These micro-organisms may affect intrinsic root-chemical quality and the kinetics of root residue decomposition in soil, or interact with soil micro-organisms during the decomposition process. The aims in this work were i) to determine the interactions between the presence of root-colonizing micro-organisms and root-chemical quality and ii) to quantify the effect of these micro-organisms on root decomposition. Roots were selected from six maize genotypes cultivated in the field and harvested at physiological maturity. The roots of two genotypes (F2 and F2bm1) had a higher N content, lower neutral sugars content and higher Klason lignin content than the other genotypes (F292, F292bm3, Mexxal, Colombus). Location of the root residue micro-organisms by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy revealed that F2 and F2bm1 roots were more colonized than roots of the other genotypes. Electron Dispersive X-Ray microanalyses of in situ N confirmed a higher N content in the colonizing micro-organisms than in the root cell walls. Residues of F2 and F2bm1 roots decomposed more slowly and to a lesser extent than those of the other genotypes during incubation in a silty loam soil under controlled conditions (15 °C, −80 kPa). After 49 days, 40.6% of the total C from F292 was mineralized but only 20.7% of from F2bm1. These results suggest that residue-colonizing micro-organisms decompose the cell-wall sugars to varying extents before soil decomposition thereby modifying the chemical quality of the residues and their mineralization pattern in soil. Due to their high N content, colonizing micro-organisms also impact on the total N content of root residues, reducing their C to N ratio. Gamma sterilized root residues were incubated under the same conditions as non-sterilized residues to see if micro-organisms colonizing root residues could modify the action of soil micro-organisms during decomposition. Similar C mineralization rates were observed for both non-sterilized and sterilized residues, indicating that the residue micro-organisms did not quantitatively affect the activity of soil micro-organisms.     

利用微生物防除根寄生杂草列当

根寄生杂草列当(Orobanche spp.)已经严重制约全球许多地区的农业发展,寻找有效防除措施迫在眉睫。由于列当具有特殊生活史且与寄主关系密切,常规防除杂草措施难以达到理想防效。目前,尚无既能有效防除列当又不对寄主造成危害且便于大规模推广应用的列当防除措施。在众多列当防除措施中,微生物防除越来越引起关注和重视。本文对微生物防除列当的国内外研究进展及防除机理进行了综述。目前,列当生防微生物的研究主要集中在镰刀菌(Fusarium spp.)等列当病原菌和根瘤菌(Rhizobium spp.)等列当寄主植物共生菌上。微生物防除列当的机制主要包括两方面:一是通过产生代谢产物直接影响列当的萌发和生长,或通过降解列当种子萌发诱导物质间接影响列当的萌发;二是通过提高寄主植物自身对列当的抗性间接影响列当的寄生和生长。此外,本文还重点介绍了植物土传病害的土壤拮抗微生物防除列当杂草的可行性及研究进展。植物土传病害病原菌和列当均首先通过在地下侵染作物的根系进而危害作物正常生长,而作物抗土传病害的机理也与抗列当的机理类似。因此,存在于土壤中具有防治植物土传病害能力的微生物可能也具有防除根寄生杂草列当的功能。本团队前期试验从植物土传病害的土壤拮抗微生物中筛选到在盆栽试验中能够有效防除向日葵列当(O.cumana Wallr.)和瓜列当(O.aegyptiaca Pers.)的放线菌各1株,分别为淡紫褐链霉菌(Streptomyces enissocaesilis Sveshnikova)和密旋链霉菌(Streptomyces pactum Bhuyan B.K)。其中,密旋链霉菌的菌剂在田间试验中既降低了瓜列当的出土数量又增加了番茄的产量。总之,微生物是防除根寄生杂草列当的一条有效途径。     

江南冷浸田治理利用研究进展

冷浸田是我国江南地区主要的一类低产水田,因其撂荒普遍,但增产潜力巨大且自然生态条件优越而受到关注。冷浸田形成是气候、地形、水文、人为管理等综合作用形成的结果。受常年地表水和地下水浸渍影响,冷浸田土壤物理、化学和生物学性质发生了系列变化,呈现"冷、烂、毒、瘦"障碍特征,如水土温度低、土壤浸水容重低、亚铁、有机酸及还原态硫等还原性物质含量高、有机碳含量高但活性有机碳及有效养分缺乏或失衡、微生物区系少等。通过稻田潜育层与土壤还原性物质、地下水位等指标可诊断冷浸田并可评价土壤质量。冷浸田的治理利用包括工程措施、农艺措施与生物措施等综合技术,涉及明沟暗管、适生品种、水旱轮作、垄畦耕作、平衡施肥与土壤改良剂等。除了传统的水稻种植方式外,因地制宜利用是提高冷浸田综合生产能力的有效措施。在总结前人基础上,基于农业可持续发展观点,展望了今后冷浸田治理利用的研究重点与对策建议,包括研究不同渍水状态与干湿交替下土壤结构和土壤有机质组分差异;加强长期渍水状态的冷浸田甲烷排放特征研究;加强冷浸田潜育化过程厌气性的微生物与其产生的相关酶的生态学过程研究,强化微生物学调控改良冷浸田;此外应针对不同生态类型与生产条件的冷浸田加强技术集成与政策扶持。     

Soil compaction in cropping systems: A review of the nature, causes and possible solutions

Soil compaction is one of the major problems facing modern agriculture. Overuse of machinery, intensive cropping, short crop rotations, intensive grazing and inappropriate soil management leads to compaction. Soil compaction occurs in a wide range of soils and climates. It is exacerbated by low soil organic matter content and use of tillage or grazing at high soil moisture content. Soil compaction increases soil strength and decreases soil physical fertility through decreasing storage and supply of water and nutrients, which leads to additional fertiliser requirement and increasing production cost. A detrimental sequence then occurs of reduced plant growth leading to lower inputs of fresh organic matter to the soil, reduced nutrient recycling and mineralisation, reduced activities of micro-organisms, and increased wear and tear on cultivation machinery. This paper reviews the work related to soil compaction, concentrating on research that has been published in the last 15 years. We discuss the nature and causes of soil compaction and the possible solutions suggested in the literature. Several approaches have been suggested to address the soil compaction problem, which should be applied according to the soil, environment and farming system.

The following practical techniques have emerged on how to avoid, delay or prevent soil compaction: (a) reducing pressure on soil either by decreasing axle load and/or increasing the contact area of wheels with the soil; (b) working soil and allowing grazing at optimal soil moisture; (c) reducing the number of passes by farm machinery and the intensity and frequency of grazing; (d) confining traffic to certain areas of the field (controlled traffic); (e) increasing soil organic matter through retention of crop and pasture residues; (f) removing soil compaction by deep ripping in the presence of an aggregating agent; (g) crop rotations that include plants with deep, strong taproots; (h) maintenance of an appropriate base saturation ratio and complete nutrition to meet crop requirements to help the soil/crop system to resist harmful external stresses.     

作物有效营养面积及最佳营养面积研究

通过无肥区和施肥区不同土壤营养面积的试验得出 :黑土垄作区甜菜的有效营养面积是 3 7.8～ 5 3 .4× 67cm ;最佳营养面积是 2 7.3～ 2 9.7× 67cm。无肥区植株有较小的有效营养面积和最佳营养面积 ,施肥区植株有较大的有效营养面积和最佳营养面积。土壤营养面积过小 ,个体生长影响较大 ,会改变其生物学生长规律 ,S型生长曲线不明显     

Cytochemical demonstration of catabolism in soil micro-organisms

Electron transport was demonstrated cytochemically in soil micro-organisms. After counterstaining, enzymically active and inactive cells were distinguishable. The number of active micro-organisms detected by this method ranged from ca. 11 — > 46% of the total microscopic count in several soils. The technique was also applied successfully to algae from soil crusts, micro-colonies of microorganisms removed intact from the surface of soil crumbs and to micro-organisms associated with plant roots.