Organic acid induced release of nutrients from metal-stabilized soil organic matter – The unbutton model

Processes of soil organic matter (SOM) stabilization and the reverse, destabilization of SOM resulting in subsequent release and mobilization of nutrients from SOM, remain largely unresolved. The perception of SOM as supramolecular aggregates built of low molecular mass biomolecules is currently emerging. Polyvalent metal cations contribute to SOM tertiary structure by bridging functional groups of such molecules (Simpson et al., 2002). The strong bond to metals protects high quality organic material from being immediately accessed and decomposed. Here we propose a three-step process by which low molecular mass organic acids (LMMOAs) and hydrolytic enzymes act in series to destabilize SOM supramolecules to release organic nitrogen (N) and phosphorus (P) for local hyphal and root uptake. Complexation of the stabilizing metals by fungal-released LMMOA gives fungal-root consortia direct access to organic substrates of good quality. Because of their small sizes and carboxyl group configuration, citric and oxalic acids are the most effective LMMOAs forming stable complexes with the main SOM bridging metals Ca and Al in SOM. Citrate, forming particularly strong complexes with the trivalent cations Al and Fe, is dominant in soil solutions of low-productive highly acidic boreal forest soils where mycorrhizal associations with roots are formed predominantly by fungi with hydrophobic hyphal surfaces. In these systems mycelia participate in the formation of N-containing SOM with a significant contribution from strong Al bridges. In less acidic soils of temperate forests, including calcareous influenced soils, SOM is stabilized predominantly by Ca bridges. In such systems mycorrhizal fungi with more hydrophilic surfaces dominate, and oxalic acid, forming strong bidentate complexes with Ca, is the most common LMMOA exuded. A plant-fungus driven biotic mechanism at the supramolecular aggregate level (10³–10⁵ Da) resolves micro-spatial priming of SOM, where the destabilization step is prerequisite for subsequent release of nutrients.     

砒砂岩分布及岩性特征

内蒙古砒砂岩区是黄土高原乃至世界水土流失最为严重的地区之一,针对目前砒砂岩区生态功能退化、水土流失严重等问题,掌握砒砂岩区平茬后沙棘人工林根际土壤微生物特征,明确平茬对沙棘根际土壤微生物群落结构的影响。

本研究以该区已进入衰退期的沙棘（Hippophae rhamnoides）人工林为研究对象,运用Illumina MiSeq高通量测序法对平茬（齐地平茬0 cm,留茬10 cm,15 cm,20 cm）与未平茬条件下沙棘林下根际土壤微生物细菌群落多样性及群落结构微生物数量等指标进行分析。

①根际土壤理化性质中各个指标表明15 cm平茬处理较其它平茬处理优,各个平茬处理下根际土壤pH变化不明显。②15 cm平茬处理特有扩增子序列变异（ASV）且数目最多。细菌群落的alpha多样性土层0 ~ 10 cm最高,平茬处理组15 cm最高,平茬处理组高于未平茬处理。各个平茬模式0 ~ 10 cm根际土壤深度之间成分相似,20 ~ 30 cm根际土壤深度之间成分相似,10 ~ 20 cm根际土壤深度成分不相似,平茬处理组中15 cm分布相对独立。③4个沙棘平茬模式和对照组未平茬根际土壤样本共检测到细菌37门、116纲、227目、356科、634属和697种。门水平属水平下0 ~ 10 cm土层相对丰度最高,门水平属水平下15 cm平茬处理相对丰度最高。④根际土壤理化性质与细菌优势门丰度相关性分析,根际土壤有效磷与大部分细菌优势门具有极显著相关关系。

沙棘留茬高度为15 cm时最好,平茬有利于沙棘林下根际土壤修复,间接反映出平茬对沙棘更新复壮是有利的。研究结果可为砒砂岩区沙棘人工林更新复壮及生态恢复提供理论依据。

     

大青叶根际与非根际解磷细菌分布特征研究初报

以大青叶(Cerasuspseudocerasus)为试材,研究其根际与非根际解磷细菌的数量和种群结构动态变化。结果表明,年生长周期内大青叶根际与非根际解磷细菌的数量在新梢迅速生长期较低,而后逐渐增加,新梢停长期达到峰值,进而又逐渐减少,落叶期最低。大青叶根际与非根际解磷细菌主要以芽孢杆菌属(Bacillus)为主,不同生育期其种类不同,其中新梢停长期根际解磷细菌种类较其他时期复杂,类群最为丰富,共分离到6个菌属。根际与非根际相比解磷细菌种类与数量不同。     

间作栽培对宁夏南部山区马铃薯根际土壤真菌菌群结构的影响

根据宁夏南部山区气候和作物的生长特点,设计马铃薯‖玉米（P‖M,行比分别为4∶1,3∶2, 2∶3）、马铃薯‖蚕豆（P‖F,行比同前）、马铃薯不同品种（A‖B‖C,行比1∶1∶1）间作栽培模式,以马铃薯连作为对照,研究马铃薯根际土壤真菌多样性和菌群结构的变化,探寻能够减轻宁夏南部山区马铃薯连作障碍的有效栽培模式。采用基于18S rDNA的末端标记限制性片段长度多态性 (Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP) 技术研究不同间作栽培模式下马铃薯根际土壤真菌的菌群结构和多样性变化,构建真菌ITS克隆文库,利用Genbank数据库比对各栽培模式中ITS序列的测序结果,并作群落结构组成和功能分析。结果表明,马铃薯间作栽培后真菌Shannon-Wiener指数和Simpson指数均有不同程度降低;马铃薯与玉米、蚕豆间作后根际土壤真菌的物种丰富度在门、纲和目的分类学水平上与连作相比明显下降,菌群结构发生较大变化,成熟期马铃薯‖玉米3∶2行比间作模式与连作的差异最大,属的比例下降67.74%。间作栽培后,黑孢属（Nigrospora）、地丝霉属（Geomyces）、圆盘菌属（Orbilia）、枝顶孢属（Acremonium）、四枝孢属（Tetracladium）等9个属的真菌消失,同时新增刺盘孢属（Colletotrichum）、毛壳属（Chaetomium）、巨孢囊霉属（Gigaspora）、小球腔菌属（Pleosporineae）等13个属的真菌,其中马铃薯‖玉米3∶2行比间作后巨孢囊霉属比例高达60.35%。可见,马铃薯‖玉米间作栽培能有效改善马铃薯根际土壤的真菌菌群结构,使其微环境得以改善,缓解宁夏南部山区马铃薯连作障碍。     

不同供磷水平对辣椒根系形态和根际特征的影响

以辣椒品种线椒王为试验材料,采用盆栽方式,通过分析不同施磷水平下辣椒根系形态和根系生理的变化,探究辣 椒磷高效利用的主要根系及根际过程。结果表明,辣椒地上部和根系生物量随供磷水平的增加呈现先增加后下降的趋势,整 株磷浓度以及整株磷累积量呈增加趋势。随供磷水平增加,根系总根长呈先增加后下降趋势,根系平均直径、根冠比呈逐渐 降低趋势;辣椒根系菌根侵染率和土壤酸性磷酸酶活性呈现先增加后下降的趋势。相关分析结果表明,土壤有效磷浓度和整 株磷浓度与根系平均直径、菌根侵染率呈极显著负相关,与总根长可用一元二次方程拟合,表明辣椒根系适应低磷的根际特 征可能是通过增加根系生物量及总根长,同时降低根系平均直径来实现的。     

玉米生长对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的根际效应

利用IsoSource模型三源区分玉米根际土壤CO2释放来源(根源呼吸、土壤无机碳与有机碳释放),研究玉米根际效应对石灰性土壤无机碳与有机碳释放的影响.在玉米拔节期(24～53 d)、抽穗期(54～66 d)和灌浆期(67～99 d)末分别破坏性取样,测定根系、土壤有机碳和无机碳的13C含量等指标;自拔节期开始至生育期...     

云烟高端品牌植烟区根际土壤高效解钾菌的筛选

从云南石林,建水采取烟草根部土样,按10-4、10-5梯度稀释并涂布平板,在28℃培养条件下,从硅酸盐固体培养基上初步筛选得到77株解钾菌株,具有透明圈的65株.采用液体培养法(火焰分光光度计法)测定其解钾能力作进一步复筛,获得34株具有较高解钾能力的菌株,其有效钾活性为0.4～10.6 mg/L,同时采用高温筛选出一株耐70℃高温,且具有较好解钾能力的菌株K77,经初步鉴定为侧孢芽孢杆菌(Bacillus Lateraporus),该菌解钾活性达到10.6 mg/L.     

人参根际土壤微生物PCR-DGGE反应体系优化

[目的]优选人参根际土壤微生物的PCR-DGGE反应体系。[方法]以种植1年的人参土壤为材料,利用PCR-DGGE技术,对反应体系中的几种重要参数不同梯度进行了优化研究,包括模板、dNTPs、引物及Mg2+的用量。[结果]最适宜的反应体系为:模板DNA浓度为0.8μg/μl,dNTPs浓度为0.2 mmol/L,引物浓度为0.4μmol/L,Mg2+浓度为1.5 mmol/L。[结论]该方法简便快捷,为进一步研究人参根际土壤微生物多样性奠定了基础。     

东北黑土地农田除草剂污染过程与消减技术研究进展与展望

除草剂是保障黑土粮仓粮食供给的重要生产资料。东北黑土区除草剂的高频高强度施用,可能导致其在土壤中残留累积,从而影响后茬作物生长,成为轮作换茬、种植结构调整的瓶颈。因此,开展黑土地除草剂污染过程与消减关键技术研究,对保障黑土地农业绿色可持续发展具有重要的科学意义。系统分析了黑土地农田除草剂污染过程与消减技术研究进展与发展趋势,指出了目前该研究领域存在的科学与技术问题,提出了我国黑土地农田除草剂污染过程与消减技术的研究思路与重点方向,以推动我国黑土地农田除草剂污染修复理论与技术的发展。     

根际氧浓度对番茄幼苗生长发育的影响

为了探究设施园艺作物栽培时适宜的水气环境,采用水培试验,以河南四号和粉珍珠2个栽培番茄品种为研究对象,设置3个氧水平:低氧(0.5~2.0 mg/L)、正常氧(7.0~8.0 mg/L)和饱和氧(14.0~17.0 mg/L)处理,以不通气作为空白对照CK,研究根际不同氧浓度对番茄幼苗植株的形态生长、生物量、根系活力和光合色素的影响。结果表明,随着根际氧浓度的增加,番茄幼苗的长势越好,根系活力增加,但叶绿素含量降低。在处理末期,正常氧处理与饱和氧处理显著提高番茄幼苗的最长根长并增加番茄幼苗的干、鲜质量。其中,在18 d河南四号正常氧和饱和氧处理下总干质量比CK分别增加24.00%和74.86%,而低氧处理比CK降低3.43%;最长根长分别增加67.23%和230.55%,而低氧处理比CK降低1.63%。饱和氧处理下根系更发达健壮,地上部分长势更好,生物量积累最多。因此,在设施园艺栽培管理中,增加营养液中根际氧浓度有利于番茄生物量的积累,进而提高产量。