AM真菌对桑树根围土壤团聚体的影响机制

为揭示丛枝菌根 (Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌对植桑土壤的影响及机制,采用盆栽试验研究接种摩西管柄囊霉 (Funneliformis mosseae,Fm)和根内根生囊霉 (Rhizophagus intraradices,Ri)对土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)、球囊霉素相关土壤蛋白 (Glomalin related soil protein, GRSP)及团聚体组成与稳定性的影响。结果表明：⑴ 接种Ri显著增加土壤大团聚体百分比,并提高平均质量直径 (Mean weight diameter, MWD)和几何平均直径 (Geometric mean diameter, GMD)、显著降低团聚体破坏率 (Percentage of aggregate destruction, PAD)。⑵ 接种Fm和Ri均显著增加微团聚体SOC含量,接种Fm显著降低大团聚体总GRSP含量,而接种Ri却显著增加大团聚体和微团聚体总GRSP含量及易提取GRSP含量。⑶ 接种AM真菌对整体SOC的效应为负,土壤总GRSP对SOC占比在25.5%~76.5%之间,土壤易提取GRSP对SOC占比在4.87%~5.93%之间,且Ri的接种效应高于Fm。⑷ 总GRSP、易提取GRSP和SOC对团聚体组成表现均为正向显著影响,其中易提取GRSP是主要驱动因子,而总GRSP是土壤团聚体稳定性的主要影响因子。综上,AM真菌作用下桑树根围土壤团聚体得以改善并趋于稳定,Ri的接种效应明显大于Fm;土壤团聚体的形成主要依赖易提取GRSP,而其稳定性主要受总GRSP影响。     

透气隔水埋体对土壤水分入渗与溶质运移的影响

为分析透气隔水(弱透水)埋体促进水分入渗与溶质运移功效,开展了不同容重(1.40,1.45,1.50,1.60 g/cm~3)透气隔水(弱透水)埋体的一维垂直土柱入渗试验,分析了不同容重的透气隔水(弱透水)埋体对土壤水分入渗与溶质分布的影响。结果表明,透气隔水(弱透水)埋体能够增加土壤累积入渗量,推动湿润锋运移,在一定范围内,随着透气隔水(弱透水)埋体容重增加,湿润锋推进速度与土壤入渗率均增加。600 min时,土壤累积入渗量相对增加7.42%～29.17%,湿润锋深度达到27 cm,入渗时间相对减少26.97%～64.27%。相比于对照组,不同容重的透气隔水(弱透水)埋体均能降低溶质向深层土壤迁移数量。Philip模型和代数模型均能描述透气隔水(弱透水)埋体土壤水分入渗过程,且Philip模型中吸渗率S和代数模型中综合形状系数α均与透气隔水(弱透水)埋体内外容重比呈正相关关系。研究结果表明透气隔水(弱透水)埋体能够通过改变上层土壤吸力分布提高水分入渗能力与溶质传输效率,实现对城市雨水径流调控和净化。     

棉花根系和叶片质外体汁液分离方法的改进

质外体汁液(apoplastic washing fluid, AWF)在植物生长发育和抵抗生物及非生物逆境方面发挥着重要作用。目前普遍采用真空渗透离心法提取质外体汁液,但具体提取流程和条件却因植物培养条件、种类和器官等不同而不同。本试验以营养液培养的棉花幼苗为材料,改进了棉花根系和叶片AWF分离的取样方法、渗透条件和离心参数等。结果表明,相对于通常的非整体取样,改良后整体取样简单易操作且显著降低了质外体与共质体的苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase, MDH)活性比值,更适宜开展质外体汁液组分研究。根据真空渗透鲜重增加和AWF稀释因子,进一步证明根系不用真空渗透;而叶片需真空渗透,适宜真空强度/时间为-60 kPa/1min,真空后恢复到正常压强约110s。证明叶片颜色变深面积可作为判定真空渗透强度或时间是否适宜的一种简易可行方法。最后,AWF体积、质外体与共质体的可溶性蛋白含量比值和MDH活性比值综合分析表明,棉花根系适宜离心力大小/时间长度为800×g/10～20 min,叶片为400×g/5 min。本改进方法为棉花AWF组分,如蛋白质组学和代谢组学等研究结果的准确性和可靠性奠定了基础,为其他作物AWF分离方法的优化提供了参考。     

有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

生物炭对亚热带红壤水稳性团聚体及其碳、氮分布的影响

为探究生物炭对亚热带红壤水稳性团聚体结构及其碳、氮分布的影响,针对亚热带红壤选用海鲜菇废菌棒为原料制备生物炭,通过短期盆栽试验,研究生物炭施用下土壤水稳性团聚体及其碳、氮分布特征。研究结果表明:(1)土壤水稳性团聚体均以 <0.25 mm粒径为主,其中生物炭配施化肥处理含量最高,为 65.88%,生物炭能够显著增加土壤粒径 >0.25 mm水稳定性团聚体比例,增幅达到 40.52%;配施化肥、猪粪则会降低其含量,降幅分别为 43.33%、25.33%;(2)生物炭配施化肥、猪粪可以显著提高土壤平均重量直径与几何平均直径;(3)施用生物炭可以显著提高土壤有机碳、全氮含量及碳氮比,平均增幅分别为 154.76%、74.05%、30.16%。综上所述,生物炭施用有利于提高亚热带红壤水稳性大团聚体含量及稳定性,且对于土壤碳氮含量的提升效果更为显著。     

蔬菜移栽机斜插夹钵式取投苗装置研制

针对目前中国蔬菜穴盘苗全自动移栽作业,取投苗装置复杂、易失败等问题,该文设计了一种斜插夹钵式取投苗装置。通过对取投苗装置原理的分析,运用投影法对装置进行设计,确定了装置各结构参数。为保证装置具有良好的取投苗效果,对苗盘倾斜角度及苗夹入穴参数进行了设计,同时分析其运动过程,对比仿真轨迹曲线和试验实际轨迹曲线,验证了方案的可行性。综合考虑影响取投苗效果的因素,以取投苗成功率作为取投苗效果评价指标,选取弹簧刚度系数、主动杆转速、苗盘倾斜角度为试验因素,进行正交试验。试验结果表明:在给定因素水平下,当弹簧刚度系数为500 N/m,主动杆转速为12 r/min,苗盘倾斜角度为45°时,取投苗效果最佳,此时基质破碎率为3.13%,钵苗脱落率为2.43%,取投苗成功率为94.44%,装置的可靠性较高。研究结果可为全自动化移栽研究提供参考。     

我国寒温带四种森林植被类型下土壤团聚体粒级组成及其稳定性比较研究

为了探明我国寒温带大兴安岭地区四种森林植被下土壤的结构和稳定性,于2018年5月至10月对兴安落叶松林、樟子松林、山杨林和白桦林进行土壤样品采集,对四种植被类型0～5 cm、5～10 cm和10～20 cm土层土壤水稳性团聚体粒级组成及其稳定性指标(MWD、GMD和分形维数)进行了研究。结果表明:樟子松林、山杨林和白桦林0～10 cm土层以及兴安落叶松林的0～5 cm土层土壤在生长季内以大团聚体(> 0.25 mm)占绝对优势,其他土层均以微团聚体(<0.25 mm)为主;且四种植被类型生长季中期三个土层的大团聚体含量均高于生长季初期和末期。0～5 cm土层四种植被类型土壤团聚体稳定性较高且相近,随土层加深土层团聚体稳定性降低。寒温带四种森林植被类型生长季内表层(0～5 cm)土壤水稳性大团聚体比例及土壤团聚体稳定性均高于下层(5～20 cm),且阔叶林大团聚体含量高于针叶林,但相对于国内其他研究地区较低。     

夹茎式番茄钵苗取苗机构设计与试验

为避免取苗机构在夹取钵苗过程中对钵体与根系造成损伤,该研究针对夹茎取苗方式,提出一种基于二阶椭圆齿轮行星轮系以及凸轮摆杆机构的夹茎式番茄钵苗取苗机构。依据二阶椭圆齿轮传动特性与机构工作原理,建立机构运动学理论模型,并对凸轮轮廓曲线进行设计,结合番茄钵苗取苗作业要求及机构特点,基于MATLAB软件开发机构分析软件对机构参数进行优化,并进一步分析优化后取苗轨迹与凸轮各工作段的对应位置关系,建立了夹茎式取苗机构虚拟样机模型,利用ADAMS软件对取苗机构运动过程进行仿真分析,验证机构参数优化结果及零部件结构设计的准确性与合理性。试制取苗机构物理样机开展高速摄影试验,通过对比分析实际工作轨迹与理论分析及仿真轨迹的一致性,验证了取苗机构设计的正确性。搭建自动取苗试验台进行取苗试验。试验结果表明,取苗机构工作性能可靠、稳定,取苗频率为80株/min时,取苗成功率为92%,投苗成功率为94.2%,伤苗率为2.9%。研究结果可为番茄钵苗全自动移栽机自动取苗机构的研发提供参考。     

植茶年限降低土壤团聚体稳定性并促进大团聚体中钾素释放

  【目的】   研究植茶年限对土壤团聚体稳定性以及供钾和释钾能力的影响,以期为指导茶园土壤施肥、促进茶园生态系统可持续发展提供科学依据。   【方法】   采集四川省雅安市草坝镇茶园农业生态区植茶年限分别为5 a、10 a、15 a和30 a的原状土 (0—15和15—30 cm),利用湿筛法分离出粒径> 2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm和 < 0.053 mm的土壤样品,分析其稳定性、各粒级土壤速效钾和缓效钾含量,并采用四苯硼钠 (NaTPB) 浸提法探讨了其有效钾释放特征。   【结果】   各植茶年限土壤均以大团聚体 (粒径> 0.25 mm) 为主,质量占比为75.87%～95.75%,但随植茶年限增加,土壤大团聚体比例显著减少 (P < 0.05),且各土层土壤团聚体平均重量直径 (MWD) 均明显减小。15 a和30 a的茶园土壤中同一粒级团聚体的土壤速效钾和缓效钾含量均高于5 a和10 a茶园。5 a和10 a茶园土壤中各粒级团聚体中速效钾含量分布较为均匀,15 a和30 a的茶园土壤速效钾含量随大粒级团聚体的增加而增高。土壤缓效钾在各年限茶园均表现为微团聚体 (粒径< 0.25 mm) 高于其他团聚体组分。各茶龄土壤不同粒级团聚体有效钾累积释放量在102.3～236.5 mg/kg,且呈现前期快、后期较稳定的趋势,释放过程均以扩散模型拟合程度最好。进一步比较表明,植茶15 a和30 a的土壤团聚体有效钾累积释放量明显高于植茶5 a和10 a时的土壤。   【结论】   茶园土壤中以大团聚体 (粒径> 0.25 mm) 的比例最高,但随植茶年限的增加,微团聚体 (粒径< 0.25 mm) 比例增加,土壤结构稳定性降低,特别是15—30 cm土层土壤。大团聚体的减少促进了土壤速效钾、缓效钾的释放,因而,植茶15 a和30 a的土壤速效钾含量较5 a和10 a的茶园高,但是会耗竭土壤钾库,不利于茶园的可持续利用。     

基于REE示踪的土壤团聚体破碎转化路径定量表征

土壤团聚体破碎转化路径是坡面侵蚀过程研究的难点问题之一。目前团聚体破碎转化路径的定量表征仍不明晰,一定程度上限制了土壤侵蚀过程中泥沙分选搬运机制的深入研究。基于大样带调查选取6种不同质地的典型农耕地土壤为研究对象,结合稀土元素(Rare Earth Elements,REE)示踪方法,综合分析不同粒径土壤团聚体(5~2,2~1,1~0.5,0.5~0.25,<0.25 mm)和不同径流扰动周期(24 h,7天)对REE吸附和解吸能力的影响,探究REE示踪不同粒径土壤团聚体破碎转化的可行性,定量表征了土壤团聚体破碎转化路径。结果表明:REE与土壤团聚体的实际吸附浓度低于施放浓度,2~1,1~0.5,0.5~0.25,<0.25 mm土壤团聚体的REE吸附浓度与黏粒含量呈显著正相关(P<0.05);径流扰动影响对吸附于土壤团聚体的REE解吸作用十分微弱,解吸浓度仅占REE实际吸附浓度的0.001%~0.139%。5~2,2~1,1~0.5,05~0.25,<0.25 mm土壤团聚体经过湿筛后向各粒径转化的路径基本相同,向<0.25 mm微团聚体转化为土壤团聚体破碎的主要路径。相较于粉粒、黏粒含量较高的土壤团聚体,砂粒含量较高的土壤团聚体向1~0.5,0.5~0.25 mm粒径的转化贡献率整体偏低。基于REE示踪得到的>0.25 mm各粒径团聚体质量整体被低估,低估范围为-27.96%^-11.08%;而<0.25 mm团聚体质量则被高估,高估范围为3.65%~22.73%。基于各粒径土壤团聚体的REE量化值建立了校正关系,可将计算相对误差降低至0.04%~16.24%。