玉米间作和施氮对土壤微生物代谢功能多样性的影响

微生物功能多样性是土壤健康的重要指标,在多种生物地球化学过程中发挥关键作用。本研究基于多年田间小区定位试验,设置间作和单作2种种植模式和4个施氮水平(N₀,0 kg·hm^-2;N₁₂₅,125 kg·hm^-2;N₂₅₀,250 kg·hm^-2;N₃₇₅,375 kg·hm^-2),采用Biolog-Eco微平板法,分析了间作与施氮量对土壤微生物代谢活性、多样性和6类碳源利用率的影响。结果表明: 施氮处理显著提高了间作和单作土壤的平均颜色变化率(AWCD)值、Simpson 指数和Shannon指数,并在N₂₅₀处理时达到最大值。施氮提高了微生物对氨基酸、胺类和酚类碳源的利用率,但降低了对聚合物的利用。与同一氮水平的单作相比,间作提高了微生物的AWCD值、Simpson 指数和Shannon指数,并在N₂₅₀处理下间作优势最大。间作和施氮均显著影响了6类碳源的代谢活性,且间作提高了微生物对氨基酸和碳水化合物类不稳定碳源的利用率。冗余分析和线性回归分析显示,土壤温度、含水率和土壤有机碳含量的升高是导致AWCD值增加的主要环境因素。因此,间作后土壤理化性状的改变是导致施氮调控下微生物代谢活性增强的主要原因。     

间作对氮调控玉米光合速率和光合氮利用效率的影响

研究间作后作物光合碳同化和光合氮利用效率(PNUE)对氮投入的响应,对阐释间作产量优势的氮调控效应,指导间作氮肥管理有重要意义。本研究设置玉米(Zea mays)单作、玉米间作两种种植模式的4个氮水平(N0,0 kg·hm~(-2);N1,125 kg·hm~(-2);N2,250 kg·hm~(-2);N3,375 kg·hm~(-2)),分析间作与施氮量对玉米叶片特征、光合参数、PNUE和产量的影响。结果表明:与单作相比,间作显著增加玉米叶片的叶干质量和比叶质量;各施氮水平(除N3)下,间作中靠近马铃薯(Solanum tuberosum)侧的玉米叶面积均显著高于单作玉米。单间作对比发现,间作提高了玉米光饱和点和暗呼吸速率。单作、间作靠玉米侧(I-M)、间作靠马铃薯侧(I-P)的玉米PNUE均随施氮量增加而降低,降幅以I-P最大;施氮量低于250 kg·hm~(-2)时,相同施氮量下的玉米PNUE和净光合速率(Pn)均以I-P最高,I-M和单作次之。间作显著提高了玉米产量(土地当量比1)。该研究中当施氮量≤250 kg·hm~(-2)时,间作I-P的玉米叶片Pn和PNUE显著提高可能是间作玉米产量提高的重要原因。     

顽拗性三七种子后熟过程超微结构和抗氧化酶变化

该研究以3年生三七成熟种子为材料,通过对三七种子种胚切片观察、抗氧化酶活性测定及相关基因表达量的变化分析,从生理、形态及转录组3个层面了解顽拗性三七种子的内在机理.结果表明:三七种子后熟0~40 d,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性先升高后降低,过氧化物酶(POD)的活性升高.后熟40 d时SOD、POD、CAT、APX相关差异表达基因的FPKM值分别为28、13、356、105,皆处于较高水平,此时观察到完整的细胞结构,种胚完成形态成熟,丙二醛(MDA)含量达到了最高值,说明三七种子内部抗氧化系统抵御氧化伤害最激烈,对水分胁迫造成的氧化伤害最为敏感.伴随后熟时间的延长,膜脂过氧化作用加剧造成细胞膜的降解,导致细胞功能丧失和畸形死亡,抗氧化系统酶活性降低不能有效抵御氧化伤害可能是导致顽拗性三七种子脱水敏感的重要原因之一.     

间作条件下施氮量对马铃薯光合特性的调控作用

遮阴和氮供应的协同作用是建立玉米/马铃薯高效间作体系的基础。本研究采用单作和间作两种种植模式,每种种植模式设置4个氮水平(N0,0 kg·hm~(-2);N1,62.5kg·hm~(-2);N2,125 kg·hm~(-2);N3,187.5 kg·hm~(-2))的田间小区试验,探究不同氮投入量对玉米/马铃薯间作体系中马铃薯光合生理和产量的影响。结果表明:随着施氮量增加,间作产量优势逐渐降低,与单作马铃薯相比,间作马铃薯产量减幅2.66%~43.71%;间作中靠近玉米侧(I-M)和靠近马铃薯侧(I-P)的马铃薯P_n差异显著,I-PI-M;相比于等氮时的单作,间作净光合速率(P_n)降低8.41%~31.09%,光补偿点降低62.23%,暗呼吸速率降低60.90%;过量的氮肥施用和与玉米间作均导致马铃薯P_n、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(T_r)的降低,且间作后的减幅随施氮量增加而增大;合理控制施氮量有利于维持间作马铃薯较高的光合水平,降低与玉米间作后的马铃薯减产幅度,本研究中N1处理可维持较低减产幅度。     

三七(Panax notoginseng)根残体化感自毒效应研究

为研究三七(Panax notoginseng(Burk)F.H.Chen)采收过程中残留须根的化感自毒效应,采用土培和水培2种方法,按不同比例添加三七须根粉碎物,检测根残体作用下土培三七土壤中皂苷的动态变化及水培三七根部形态结构变化。结果显示,土培条件下,随着须根粉碎物处理时间的延长,土壤中皂苷成分种类增加、总皂苷含量减少。水培条件下,随着处理时间的延长,添加须根粉碎物处理后的三七根尖细胞壁增厚,细胞中出现菌丝体;随着处理时间及处理浓度的增加,细胞开始皱缩甚至破碎,细胞中无完整细胞器结构,三七根部细胞结构差异明显。研究表明三七采收过程中残留在土壤中的须根腐解释放的化学物质可能是导致三七自毒效应的因素之一。     

间作对马铃薯种植土壤硝化作用和硝态氮供应的影响

土壤硝态氮供应对满足作物氮素需求至关重要,但间作如何影响土壤硝态氮供应及其作用机制尚不清楚。本研究基于4个氮水平(N₀, 0 kg·hm^-2; N₁, 62.5 kg·hm^-2; N₂, 125 kg·hm^-2; N₃, 187.5 kg·hm^-2)的马铃薯单作、马铃薯与玉米间作小区试验,分析土壤硝态氮含量与强度、硝化势和氨氧化功能基因丰度的差异,探讨间作影响土壤硝态氮供应和氮调控的机理。结果表明: 土壤硝态氮含量和强度随施氮量增加而升高,但同一施氮水平下间作均低于单作。施氮提高了土壤硝化势,且单作的响应高于间作。土壤中氨氧化细菌(AOB)的amoA基因丰度大于氨氧化古菌(AOA),二者在间作时均随施氮量增加呈现先增加后降低的趋势;相同施氮量下,间作的AOA和AOB基因丰度(除N₂外)均低于单作。相关分析、回归分析和主成分分析显示,马铃薯间作后,土壤AOB、AOA的amoA基因丰度下降,硝化势减弱,导致土壤硝态氮含量和强度降低。因此,间作导致土壤硝态氮供应降低与土壤氮转化的微生物过程有关,间作条件下的马铃薯种植应注意保障土壤氮素供应。     

施氮和间作对土壤团聚体钾素分配及作物钾吸收的影响

基于2个氮水平(低氮和高氮)下连续种植6年的玉米单作、马铃薯单作及玉米马铃薯间作田间定位试验,采用湿筛法对土壤进行团聚体分级,并测定各粒级全钾、交换性钾和非交换性钾含量,研究氮水平和种植模式对土壤团聚体相关钾素分配的影响。结果表明:土壤团聚体以中团聚体(0.25~2 mm)为主,所分配钾素占土壤钾储量60.6%~65.0%。种植模式和施氮量显著影响团聚体非交换性钾含量和储量,但对全钾、交换性钾无显著影响。高氮水平下,间作比单作加权值提高大团聚体(>2 mm)全钾和非交换性钾储量57.6%和73.6%,中团聚体(0.25~2 mm)全钾和非交换性钾储量21.1%和41.5%。间作增加了玉米钾吸收,但降低了马铃薯钾吸收量。除马铃薯单作外,>0.25 mm团聚体的交换性钾、非交换性钾占比与作物钾吸收量呈显著正相关。总之,间作和施氮可提高土壤中较大粒级团聚体非交换性钾和全钾储量,对促进土壤钾素保存和持续供应有积极意义。     

光强对三七光合能力及能量分配的影响

通过研究生长于不同环境光强(29.8%、9.6%、5.0%、1.4%和0.2%全日照)下的2年生三七光合作用对光照强度、CO₂浓度、模拟光斑的响应及叶绿素荧光和能量分配特征,研究光照强度对阴生植物三七光合特征及光适应的影响.结果表明: 29.8%全日照(FL)下三七表观量子效率(AQY)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在的量子效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)较低,最大净光合速率(P_{n max})、最大电子传递速率(J_max)、实际光化学量子效率(F/F_m′)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(q_P)和光能分配到光化学途径的比例(Φ_PSⅡ)较高,但非光化学淬灭系数(NPQ)并不是最高.9.6% FL和5.0% FL处理P_{n max}、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R_d)无显著差异,但它们的AQY、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_{c max})、F_v/F_m、F_v/F_o较高,NPQ也相对较高.生长环境光强低于5.0%FL时,P_{n max}、CE、V_{c max}、J_max、ETR、F/F_m′、q_P、NPQ和Φ_PSⅡ均随生长环境光强的降低呈下降趋势,而捕获的光能分配到荧光耗散的比例(Φ_f,D)逐渐增加.在500 μmol·m^-2·s^-1光斑诱导下,生长环境光强大于5.0%FL下的三七Φ_PSⅡ随诱导时间的延长缓慢增加,1.4%FL和0.2%FL下Φ_PSⅡ迅速达到饱和,且Φ_f,D迅速增加.三七在受到长期高光胁迫的环境下,通过适度的PSⅡ光抑制和保持较高光合电子传递速率,从而提高光能的利用来保护光合机构遭受不可修复的氧化伤害;适度的遮荫能够有效保持较高的非光化学热耗散能力;但过度遮荫会使其光合能力明显降低,捕获的光能更多地通过非光化学的途径耗散,且在接受到高光照射时较容易引发光氧化伤害.     

植物顽拗性种子研究进展

对植物顽拗性种子的概念、物种分类、形态、分布及一些生理生态特征进行了综述,分析了顽拗性种子脱水敏感性的原因和对环境的生态适应性,探讨其可能的进化地位和贮存技术。同时,对顽拗性种子研究的发展趋势和应用前景进行了展望,即加强生境调查,更新顽拗性种子植物数据库,从形态学、生理生态学和分子生物学分析种子顽拗性本质。     

不同氮水平下作物养分吸收与利用

玉米与马铃薯间作是重要的间作种植模式,具有较突出的资源利用和产量优势,但养分吸收和利用对作物产量优势的贡献及这种贡献对施氮量的响应机制尚不清楚.本研究采用玉米单作、马铃薯单作和玉米与马铃薯间作3种种植模式,分别设置N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(125 kg·hm^-2)、N₂(250 kg·hm^-2)和N₃(375 kg·hm^-2)4个氮水平,通过2年田间小区试验,研究不同氮水平下间作产量优势的营养基础.结果表明: 随着施氮量的增加,氮、磷、钾的单作加权平均吸收量逐渐增加,间作则先增加后减少.间作在N₁水平时具最高的养分吸收优势,分别较单作加权平均值增加氮吸收14.9%、磷吸收38.6%、钾吸收27.8%;间作在N₀和N₃时具有更高的养分利用效率,较单作可提高氮利用效率3.5%～14.3%、磷利用效率3.5%～18.5%、钾利用效率10.6%～31.6%.N₀和N₁时玉米与马铃薯间作具有显著产量优势,其营养基础在N₀时主要是提高了作物养分利用效率,而N₁时则是促进养分吸收的结果.充分发挥间作促进养分吸收对玉米与马铃薯间作产量优势的贡献,需要合理控制氮肥的投入.