施氮对间作蚕豆根际微生物区系和枯萎病发生的影响

通过田间小区试验,研究了小麦、蚕豆间作条件下4个施氮水平(0,56.25,112.5kg.hm-2和168.75kg.hm-2)对蚕豆根际微生物区系和蚕豆枯萎病发生的影响。结果表明,单作和间作条件下,施氮显著增加了蚕豆根际的微生物数量,在N2(112.5kg.hm-2)水平下达到最高值;施氮对土壤微生物多样性无显著影响,但减轻了单、间作蚕豆枯萎病的发生,且在N2水平下发病最轻。与单作相比,间作显著增加了蚕豆根际的细菌、真菌、放线菌数量、微生物总数和微生物多样性,尤其在N0、N1(56.25kg.hm-2)和N2(112.5kg.hm-2)水平下间作对蚕豆根际微生物的促进效应明显,且以真菌和放线菌的增幅较大.N0、N1和N2水平下间作显著降低了蚕豆枯萎病的发病率和病情指数。小麦蚕豆间作下适量施氮能有效调节蚕豆根际微生物区系,是抑制蚕豆枯萎病发生的有效措施。     

施氮水平对蚕豆枯萎病和根际微生物代谢功能多样性的影响

研究不同氮肥用量对蚕豆根际微生物功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系.通过田间小区试验,采用Biolog微平板分析法研究了4个施氮水平N₀(0 kg·hm-2)、N₁(56.25 kg·hm^-2)、N₂(112.5 kg·hm^-2)和N₃(168.75 kg·hm^-2)对蚕豆枯萎病危害和根际微生物代谢功能多样性的影响.结果表明： 施氮(N₁、N₂、N₃)处理显著降低了蚕豆枯萎病的病情指数和根际镰刀菌的数量,显著增加了蚕豆根际的细菌、放线菌数量、细菌/真菌和放线菌/真菌.其中N₂处理蚕豆枯萎病病情指数和镰刀菌数量最低,而细菌、放线菌数量、细菌/真菌和放线菌/真菌最高.与N₀处理相比,N₁、N₂、N₃处理均提高了根际微生物群落碳源利用率(AWCD),但对6类碳源的利用存在一定的差异.不同施氮水平下根际微生物群落对糖类、羧酸类和氨基酸类碳源利用程度较高.主成分分析表明,施氮明显改变了蚕豆根际微生物群落结构,糖类、羧酸类和氨基酸类碳源是区分施氮导致土壤微生物群落变化的敏感碳源.施氮抑制了根际微生物对部分糖类和羧酸类碳源的利用,而提高了对氨基酸和酚酸类碳源的利用,这可能是施氮减轻蚕豆枯萎病危害的重要原因之一.适量施氮能增加根际细菌、放线菌数量,改变微生物代谢功能,降低病原菌数量,是抑制蚕豆枯萎病发生的有效措施.     

不同品种小麦与蚕豆间作对蚕豆枯萎病的防治及其机理

通过田间小区试验和水培试验,研究了3个品种小麦（云麦42、云麦47和绵阳29）与蚕豆间作对蚕豆地上部生物量、枯萎病发生、根际微生物代谢功能多样性和枯萎病病原菌尖孢镰刀菌数量的影响,分析了3个不同小麦品种低分子量根系分泌物组分（糖、氨基酸和有机酸）的差异.结果表明： 云麦42与蚕豆间作（YM42/B）和云麦47与蚕豆间作（YM47/B）使蚕豆地上部生物量分别增加16.6%和13.4%,使蚕豆枯萎病病情指数分别降低47.6%和23.3%,绵阳29与蚕豆间作（MY29/B）对蚕豆地上部生物量和枯萎病病情指数均无显著影响.与单作蚕豆相比,YM42/B和YM47/B处理均显著提高了蚕豆根际微生物的平均颜色变化率（AWCD)及对碳源的总利用强度和Biolog ECO板中各种碳源的利用,明显改变了蚕豆根际微生物群落结构,并显著降低了蚕豆根际的尖孢镰刀菌数量;MY29/B处理对AWCD值、碳源总利用强度和Biolog ECO板中各种碳源的利用及蚕豆根际尖孢镰刀菌数量均无显著影响,也未明显改变蚕豆根际的微生物群落结构.3个小麦品种根系分泌物中可溶性糖、游离氨基酸总量和有机酸总量均表现为MY29＞YM47＞YM42.MY29根系分泌物中丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸的含量均显著高于YM42和YM47;精氨酸为YM42、YM47所特有,而亮氨酸为MY29所特有.MY29和YM47根系分泌物中检出酒石酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和顺乌头酸6种有机酸,而YM42根系分泌物中检出洒石酸、苹果酸、柠檬酸和延胡索酸4种有机酸,且MY29和YM47根系分泌物中苹果酸含量显著高于YM42.小麦与蚕豆间作提高了蚕豆根际微生物的活性和碳源利用强度,改变了根际微生物的群落结构,降低了蚕豆根际尖孢镰刀菌的数量,促进了蚕豆生长,抑制了蚕豆枯萎病的发生,但小麦与蚕豆间作控病效果受小麦品种的影响,表明间作系统中非寄主作物根系分泌物的差异是影响间作对土传病害控制的重要因素.     

桑树根际土壤微生物对间作和施氮的响应

利用Biolog-Ecoplate^TM结合主成分与冗余分析法,研究与苜蓿间作和施氮对桑树根际土壤微生物功能多样性及其与环境因子的影响.结果表明: 与单作无氮相比,单作施氮和间作(无氮和施氮)明显降低桑树根际土壤pH值,显著提高有机质含量、有效氮、含水量和过氧化物酶、脲酶的活性.同时,单作施氮和间作(无氮和施氮)提高了桑树根际土壤微生物的AWCD值、多样性指数和利用碳源比例,且间作施氮增加其提高的程度.主成分分析表明,施氮和间作改变了根际土壤微生物利用碳源强度和种类,其中单作施氮和与间作无氮处理的碳源利用情况相似,但后者对衣康酸和D-葡糖胺酸的利用率(>4%)显著高于前者.冗余分析表明,单作无氮桑树根际土壤微生物多样性与土壤多酚氧化酶活性呈正相关,与土壤含水量呈负相关.单作施氮与间作无氮处理的桑树根际微生物多样性与土壤pH值和含水量呈显著正相关,与土壤氮素营养呈负相关.间作施氮处理的桑树根际微生物多样性与土壤氮素营养呈正相关,而与土壤pH值呈显著负相关.     

小麦蚕豆间作对蚕豆根际微生物群落功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系

通过田间小区试验,研究了小麦与蚕豆间作对蚕豆枯萎病发生和根际微生物代谢功能多样性的影响。结果表明,小麦与蚕豆间作使蚕豆枯萎病的发病率和病情指数分别比单作显著降低20%和30.4%。与单作处理相比,间作显著增加了蚕豆和小麦根际微生物对31种碳源的平均利用率（AWCD）,其中间作蚕豆的AWCD值最高,比单作增加82.7%,单作蚕豆最低。间作蚕豆和间作小麦根际微生物的Shannon多样性指数与丰富度指数均显著高于单作,间作使蚕豆和小麦的丰富度指数分别增加29.2%和30.3%。根际微生物对六类碳源的利用强度百分比以糖类、羧酸类和氨基酸最高,分别为41.96%,19.80%和18.13%。主成分分析表明,小麦与蚕豆间作改变了根际微生物的群落组成;相关分析表明,糖类、羧酸类和氨基酸类碳源是区分单间作处理差异的主要碳源,其中氨基酸类碳源是最敏感的碳源。小麦与蚕豆间作增加了根际微生物活性,提高了Shannon多样性指数和丰富度指数,改变了微生物群落功能多样性,是抑制蚕豆枯萎病的有效措施。该研究为阐明根际微生物功能多样性变化在间作体系病害控制中的作用与机制奠定了理论基础。     

间作减轻蚕豆枯萎病的微生物和生理机制

通过田间小区试验,研究了小麦与蚕豆间作对蚕豆枯萎病发病率、病情指数、根际镰刀菌数量、蚕豆根系抗氧化酶活性和膜质过氧化的影响.采用Biolog ECO板分析了根际土壤微生物的代谢功能多样性,通过高效液相色谱(HPLC)测定了蚕豆根际土壤中酚酸含量.结果表明: 与单作蚕豆相比,小麦与蚕豆间作有降低蚕豆枯萎病发病率的趋势;发病盛期和发病末期,间作使蚕豆枯萎病的病情指数比单作显著降低15.8%和22.8%,明显提高了蚕豆根际微生物活性(AWCD值),根际微生物的Shannon多样性指数显著提高4.4%和5.3%,丰富度指数显著提高19.4%和37.1%.主成分分析表明,发病盛期和发病末期,间作明显改变了蚕豆根际微生物的群落结构,蚕豆根际镰刀菌数量分别降低53.8%和33.1%;并显著降低了蚕豆根际土壤中对羟基苯甲酸、香草酸、丁香酸、阿魏酸、苯甲酸和肉桂酸的含量.发病盛期和发病末期,间作蚕豆根系的过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提高了20.0%、31.3%和38.5%、66.7%,丙二醛(MDA)含量显著降低36.3%和46.3%;发病初期间作对蚕豆根系的POD、CAT酶活性和MDA含量无显著影响.小麦与蚕豆间作显著提高了蚕豆根际微生物的活性、多样性和根系抗氧化酶活性,降低了蚕豆根际土壤中酚酸含量和膜质过氧化程度,减少了土壤镰刀菌的数量,从而提高了蚕豆对枯萎病的抗性,降低了枯萎病的危害程度.     

间作缓解蚕豆连作障碍的根际微生态效应

通过田间小区试验,研究了3个品种蚕豆(92-24、云豆324、凤豆6号)与小麦间作对蚕豆产量、枯萎病病情指数、根际镰刀菌数量、根际真菌代谢功能多样性和土壤酶活性的影响。结果表明:与单作蚕豆相比,云豆324与小麦间作(YD324/W)和凤豆6号与小麦间作(FD6/W)处理均显著提高了蚕豆地上部干重、籽粒产量和百粒重。YD324/W和FD6/W处理使蚕豆枯萎病发病初期病情指数分别降低57.14%和41.67%,镰刀菌数量分别降低32.06%和29.88%,而92-24与小麦间作(92-24/W)处理蚕豆产量、枯萎病病情指数和镰刀菌数量与单作蚕豆均无显著差异。YD324/W和FD6/W处理显著提高了蚕豆根际真菌的多样性指数和丰富度指数,并使蚕豆根际真菌的AWCD值分别比单作蚕豆提高了61.75%和46.49%;YD324/W和FD6/W处理明显改变了蚕豆根际真菌的群落结构。而92-24/W处理对蚕豆根际真菌的多样性指数、丰富度指数和AWCD值均无显著影响,也未明显改变真菌的群落结构。不同发病时期,YD324/W和FD6/W处理均显著提高了蚕豆根际土壤的蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性;而92-24/W处理蚕豆根际蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性与单作蚕豆均无显著差异。总之,小麦与不同品种蚕豆间作改变了蚕豆根际的真菌群落结构,提高了蚕豆根际真菌的活性、多样性和丰富度,提高土壤酶活性并改善蚕豆生长,增加了蚕豆产量。表明小麦与蚕豆间作改善了根际土壤的微生态环境,降低了镰刀菌的数量,缓解了蚕豆连作障碍,但蚕豆品种的差异影响间作控病效果。     

小麦/蚕豆，玉米/蚕豆和小麦/玉米间作对根际细菌群落结构的影响

利用PCR-DGGE技术研究了小麦/蚕豆、玉米/蚕豆和小麦/玉米间作对作物根际细菌群落结构的影响.结果表明：间作能够提高作物根际细菌群落多样性、改变根际细菌群落结构组成.其中,小麦/蚕豆间作对根际细菌群落结构的影响最为突出,作物花期时小麦/蚕豆间作显著提高和改变两种作物根际细菌多样性和群落结构组成.玉米/蚕豆间作主要表现出对苗期玉米根际细菌多样性的显著提高和群落结构组成的改变.小麦/玉米间作对作物根际细菌群落结构的影响程度较弱.同时,3种间作体系都具有不同程度的产量优势.结果证明了间作体系中地上部植物多样性与地下部微生物多样性存在紧密联系.     

木薯/花生间作对根际土壤微生态的影响

为了探明木薯/花生间作在增产增收的同时对土壤微生态的影响,研究木薯和花生以不同行距(30 cm,40 cm,50 cm)间作的根际土壤养分、微生物及相关酶活性的变化。结果表明:木薯/花生间作可增加根际土壤细菌、真菌、放线菌及总微生物数量和微生物多样性,30 cm间作行距的木薯、花生根际土壤微生物总数量分别比单作木薯、花生增加了129.6%和101.1%;间作根际土壤碱解氮、有效磷、有效钾和有机质含量相比单作增加,50 cm间作花生的根际土壤碱解氮、有效磷、有效钾量比单作花生增加了145.9%~195.9%,30 cm间作木薯的根际土壤有效钾、有效磷含量分别比单作木薯增加了161.8%和187.9%;木薯/花生间作的根际土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性活性相比单作升高,间作土壤脲酶和蛋白酶活性相比单作降低,30 cm间作木薯的根际土壤过氧化氢酶活性比单作木薯增加了59.2%,50 cm间作花生的根际土壤蔗糖酶活性比单作花生增加了97.4%。可见,木薯/花生间作可改善根际土壤微生态坏境,且适宜的间作行距更利于土壤养分含量和微生物数量的增加。     

施氮和隔根对玉米植株生长、产量和根际微生物的影响

采用根系分隔试验,研究不同施氮水平(0.1、0.3、0.5和0.7 g· kg-1)下,玉米-大豆间作系统中根系互作对玉米植株生长、产量和根际微生物的影响.结果表明:根系互作和增施氮肥可以增加玉米株高、叶片长和叶片宽,提高玉米叶绿素含量.未隔根处理玉米成熟期的根干质量与隔根处理相比差异不显著.在0.1、0.3、0.5和0.7 g· kg-1施氮水平下,未隔根处理的单株生物量分别增加8.8％、6.3％、3.6％和0.7％,单株经济产量分别增加17.7％、10.0％、8.2％和0.9％.未隔根处理真菌和固氮菌数量与隔根相比显著增高;随着施氮水平的提高,根际细菌、真菌和放线菌的数量均呈逐渐增加趋势,而固氮菌的数量呈先增加后下降的趋势.玉米成熟期的根冠比与细菌、真菌和放线菌数量呈显著负相关,与固氮菌数量相关性不显著.根系互作有利于改善玉米植株生长,增加玉米产量和根际微生物数量,但其效果会随供氨水平的提高而减弱.     

间作紫云英下油菜根际土壤微生物群落功能特征

在我国西南紫色土地区,绿肥应用面临严峻问题.为探索绿肥新的应用途径,本文通过绿肥紫云英与油菜间作,探讨了紫云英对油菜根际土壤微生物功能特征的影响,其创新性在于将绿肥紫云英应用于西南旱地,并为建立新的可持续种植模式提供试验数据.结果表明:间作紫云英降低了油菜根际土壤微生物的碳源利用率,主要表现为降低了对糖类的利用强度;同时,间作紫云英使油菜根际土壤微生物群落的Shannon指数、Simpson指数和丰富度指数分别降低了5.9%、1.8%和19.9%,均匀度指数增加了1.4%.聚类分析和主成分分析表明,单作与间作之间的微生物群落功能特征存在明显差异,导致微生物群落功能差异的特征碳源为糖类、氨基酸类和羧酸类,其中D-葡糖胺酸和1-磷酸葡萄糖是间作紫云英下影响油菜根际微生物群落结构的特征碳源.表明间作紫云英降低了油菜根际土壤微生物群落的功能代谢活性,改变了油菜根际土壤微生物群落结构特征,从而降低了油菜根际微生物多样性.     

Crop nitrogen use and soil mineral nitrogen accumulation under different crop combinations and patterns of strip intercropping in northwest China

Increasing crop nitrogen use efficiency while also simultaneously decreasing nitrogen accumulation in the soil would be key steps in controlling nitrogen pollution from agricultural systems. Long-term field experiments were started in 2003 to study the effects of intercropping on crop N use and soil mineral N accumulation in wheat (Triticum aestivum L. cv 2014)/maize (Zea mays L. cv Shendan16), wheat/faba bean (Vicia faba L. cv Lincan No. 5) and maize/faba bean intercropping and monocropping systems. Monocropping was compared with two types of strip intercropping: continuous intercropping (two crops intercropped continuously on the same strips of land every year) and rotational intercropping (two crops grown adjacently and rotated to the other crop??s strip every year). Maize/faba bean intercropping had greater crop N uptake than did wheat/faba bean or wheat/maize. Wheat/maize accumulated more mineral N in the top 140 cm of the soil profile during the co-growth stage from maize emergence to maturity of wheat or faba bean. Continuously intercropped maize substantially decreased soil mineral N accumulation under wheat and faba bean rows (60?C100 cm soil depth) at maize harvest. Soil mineral N accumulation under wheat rows increased with rotational intercropping with faba bean. Rotational intercropping may potentially alleviate the adverse effects of wheat on N use by other crops and increase the nitrogen harvest index of wheat, maize and faba bean. Intercropping using species with different maturity dates may be more effective in increasing crop N use efficiency and decreasing soil mineral N accumulation.     

小麦/蚕豆间作作物生长曲线的模拟及种间互作分析

物种间的相互作用与间作产量优势的形成密切相关,但很少有人注意到种间互作动态.本研究通过2年田间定位试验,运用Logistic分析模拟了不同种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦/蚕豆间作)和不同磷水平下[P₀,施磷量(P₂O₅)为0 kg·hm^-2(对照);P₁,施磷量(P₂O₅)为45 kg·hm^-2;P₂,施磷量(P₂O₅)为90 kg·hm^-2]单间作小麦、蚕豆的生长模型,分析了作物种间互作的动态变化.结果表明: 小麦/蚕豆间作使小麦产量提高了10.5%~18.6%,蚕豆产量却降低了4.8%~12.3%,但间作系统仍具有产量优势,土地当量比(LER)和相对拥挤系数(K)分别为1.01~1.15 和1.12~3.20.小麦和蚕豆的产量及关键生长参数均受磷水平调控,但LER和K并不受磷水平影响.与单作相比,间作小麦的最大生长速率(R_max)和最初生长速率(r)分别提高21.8%~38.7%和20.7%~38.9%,但间作对蚕豆的关键生长参数无影响.在小麦、蚕豆的生长初期,不同磷水平下,单间作作物的生长曲线无差异;间作群体以种间竞争为主,无间作生物量优势(LER<1,K<1).当蚕豆达到最大生长速率(T_max)后,间作显著提高了小麦的生长速率,降低了小麦的种内竞争压力,表现出间作生物量和产量优势(LER>1,K>1).总之,在不同的生长发育阶段,小麦、蚕豆的相互作用不同,间作提高了中后期小麦的生长速率,为间作优势的形成奠定了基础.