环境胁迫对不同水分管理措施下稻田土壤功能稳定性的影响

随着全球变化和人类活动干扰的加剧,维持和提高土壤生态功能具有重要意义.本研究以室内模拟干扰下土壤功能稳定性为核心,研究环境胁迫(干燥、高温和干燥高温)对常规淹水、裸地旱作、秸秆覆盖旱作3种水分管理措施下土壤功能稳定性(抵抗力和恢复力)的影响.结果表明:相对于单一的干燥或高温胁迫,复合胁迫虽然显著增加了土壤可溶性有机碳和铵态氮含量,但是降低了胁迫1 d后的土壤真菌和细菌生物量、土壤呼吸、土壤功能抵抗力,同时也显著降低了56 d后的土壤功能恢复力.相关性分析结果表明,细菌生物量和真菌生物量与土壤功能抵抗力和土壤功能恢复力均呈显著相关.不同水分管理措施能够调节环境胁迫对土壤功能稳定性的影响,无论是单一胁迫还是复合胁迫条件下,秸秆覆盖旱作均显著增加了可溶性有机碳、铵态氮含量和真菌、细菌生物量,其功能抵抗力和功能恢复力均高于常规淹水和裸地旱作.总之,在多种胁迫存在的条件下,秸秆覆盖旱作能够提高土壤生态系统在环境胁迫下的功能稳定性,是稻田节水旱作适宜的农业管理措施.     

磷对海水胁迫下芦荟幼苗离子分布的影响

研究了磷对海水胁迫下库拉索芦荟(A loe vera)幼苗干物质积累、植株含水量、在器官和组织水平上离子分布的影响。增磷显著缓解海水胁迫对芦荟生长的抑制,明显提高海水胁迫下芦荟幼苗的干物质积累和含水量。器官离子含量和X射线微区分析结果都表明,30%浓度海水胁迫下,外源磷水平的提高能显著降低芦荟幼苗根系N a 、C l-的吸收,增强K 、C a2 向地上部的运输和分配,从而维持叶片较高的K /N a 、C a2 /N a 比率,而这很可能是增磷提高芦荟对海水胁迫抗性的主要原因之一。     

食细菌线虫对热或铜胁迫下土壤功能稳定性的影响

在室内模拟重金属铜的持续胁迫或者短期加热(18 h,40℃)的瞬时胁迫条件下,以大麦叶粉短期分解过程代表土壤功能,研究了土壤食细菌线虫对土壤生态功能稳定性(抗性和恢复力)的影响.结果表明,在未施加任何胁迫对照处理中和铜胁迫条件下,食细菌线虫在一定程度上有促进土壤微生物活性的趋势.在施加铜胁迫后第15天,接种食细菌线虫导致土壤基础呼吸显著增加,并且接种食细菌线虫处理的土壤功能抗性显著高于未接种线虫处理.而在热胁迫条件下,接种食细菌线虫对土壤基础呼吸和土壤微生物活性没有显著影响,且接种食细菌线虫处理的土壤功能抗性低于未接种线虫处理.在两种胁迫条件下,接种食细菌线虫反而降低了土壤功能的恢复力.     

应用DNDC模型分析管理措施对稻麦轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响

以南京地区稻麦轮作体系为对象,研究了不同农业管理措施对CH4和N2O排放通量及年度动态变化的影响,用田间观测数据验证生物地球化学循环模型(DNDC)在该耕作制度下的适用性;利用DNDC模型模拟不同环境因子和管理措施对CH4和N2O综合温室效应(GWP)的影响.结果表明:除了对照和麦季对CH4排放的模拟偏差较大外,DNDC对其余各处理模拟的CH4和N2O累积排放量与田间观测结果基本吻合,相对偏差变幅7.1%～26.3%,可以直接应用DNDC模型模拟环境因子和主要管理措施对CH4和N2O累积排放量引起GWP的影响.模型灵敏度检验结果表明,年均温度、土壤容重、土壤有机碳、土壤质地、土壤pH等环境因子对GWP的影响显著;施用氮肥、秸秆还田量和烤田期长短等管理因子对GWP的影响明显.在估算我国稻麦轮作制度下温室气体的点或区域排放规律时,应考虑上述这些影响因子.     

热胁迫后施用氮肥和秸秆对土壤微生物生物量及功能的影响

研究了热胁迫(40℃,18 h)后在60 d培养期内不施物料(S)、仅施尿素(N)、仅施秸秆(R)和二者配施(RN)处理下土壤微生物生物量及土壤功能(基础呼吸、基质诱导呼吸、秸秆分解能力)的变化.结果表明:热胁迫有促进土壤微生物生物量及功能的趋势,但其影响弱且持续时间短.不论热胁迫与否,与不施物料和仅施氮肥处理相比,施用秸秆及其与氮肥配施处理下土壤微生物生物量、基础呼吸、基质诱导呼吸和秸秆分解能力均大幅提高,而单施氮肥处理与不施物料处理相比变化不明显,各项指标甚至有降低趋势.表明施用秸秆及其与氮肥配施对自然土壤和环境胁迫(干扰)后土壤功能都有改善作用.     

不同稻作年限下土壤微生物学性质和线虫群落特征的变化

红壤地区旱地改水田后随稻作年限的增加土壤性质会发生改变,但缺乏对百年尺度内土壤动物群落特征变化的了解.本研究选取了旱改水后1 yr、10 yr、20 yr、50 yr和100 yr五个时序的田块,研究了稻作土壤微生物学性质及线虫群落特征的变化.结果表明,随着稻作年限的延长,土壤微生物生物量碳氮、基础呼吸、矿质氮、速效磷、线虫数量及线虫属数均随稻作时间增长而逐渐上升,在50 yr均达到显著水平(P＜0.05),在50-100 yr变化渐缓或有所下降.线虫群落中植食者的比例显著上升(P＜0.05),捕食/杂食者的比例有所下降但差异不显著.线虫通道指数也随稻作年限的增加而逐渐增长(P＜0.05),表明土壤食物网结构趋向于细菌通道.稻作年限对线虫群落成熟度指数和结构指数的影响并不一致.总之,土壤微生物学性质和线虫群落在旱改水50 yr时土壤各项性质均达到较高水平,随稻作年限的继续延长呈现稳定趋势.     

生物质炭对黄瓜连作土壤中微生物量碳氮及酶活性的影响

本研究旨在探索添加生物质炭对黄瓜连作土壤中微生物量及酶活性的影响,为减缓土壤连作障碍提供科学依据。本试验设置CK(不施生物质炭)、C_1(5 t·hm~(-2))、C_2(10t·hm~(-2))、C_3(20 t·hm~(-2))、C_4(30 t·hm~(-2))和C_5(40 t·hm~(-2))共6个处理,采集第三季黄瓜成熟期0～20 cm土样,分析了添加生物质炭对土壤微生物量碳氮及酶活性的影响。结果表明:土壤微生物量碳氮随生物质炭添加量的增加呈现先增加后降低的趋势; C_2处理和C_3处理微生物量碳较CK处理分别提高了70.62%和81.09%(P0.01);与CK处理相比,C_2处理和C_3处理的微生物量氮呈极显著增加(P0.01);土壤酶活性也呈现出先增加后降低的趋势;与CK处理相比,C_2、C_3和C_4处理的过氧化氢酶活性呈极显著增加(P0.01),C_4处理脲酶的活性提高了84.08%(P0.01),而碱性磷酸酶活性在C_3、C_4和C_5三个处理中均呈极显著性增加(P0.01)。由聚类分析可知,6个处理在欧氏距离为1.01时可以划分为4个类群,分别是CK类、C_1类、C_2C_3类以及C_4C_5类;添加生物质炭可以增加土壤微生物的数量,以减缓连作障碍;当生物质炭添加水平为20 t·hm~(-2)时,微生物量碳氮提高效果最为显著(P0.01);添加水平为20 t·hm~(-2)时过氧化氢酶活性最高,30 t·hm~(-2)时脲酶和碱性磷酸酶活性最高。     

嗜麦芽寡养单胞菌PX1的降解芘特性及定殖效能

为丰富多环芳烃降解菌菌种库、降低农作物的污染风险,本研究对一株可高效降解多环芳烃(PAHs)的植物内生菌进行筛选鉴定,并初步探究其降解途径以及定殖效能。结果表明: 菌株PX1为嗜麦芽寡养单胞菌。该菌株对多环芳烃的降解具有广谱性,7 d几乎可彻底降解PAH无机盐培养基中的萘,在分别含有50.0 mg·L^-1菲、20.0 mg·L^-1芘、20.0 mg·L^-1荧蒽和10.0 mg·L^-1苯并[a]芘的培养体系中,对菲、芘、荧蒽、苯并[a]芘的降解率分别为72.6%、50.7%、31.9%和12.9%。选取芘作为PAHs模型研究菌株PX1的降解特性。酶活性试验表明,芘可诱导菌株PX1体内邻苯二甲酸双加氧酶、邻苯二酚-1,2-双加氧酶和邻苯二酚-2,3-双加氧酶的活性。在芘降解过程中检测到4,5-环氧化芘、4,5-二羟基芘、龙胆酸/原茶儿酸、水杨酸、顺-己二烯二酸/2-羟粘糠酸半醛、顺-2′-羧基苯丙酮酸、1-羟基-2-萘甲酸、水杨醛等中间产物。浸种定殖试验表明,菌株PX1可高效定殖到空心菜和小麦体内,显著促进空心菜和小麦生长,并能够将空心菜、小麦体内及其生长基质中的芘浓度分别降低29.8%～50.7%、52.4%～67.1%和8.0%～15.3%。表明菌株PX1主要通过“水杨酸途径”和“邻苯二甲酸途径”降解芘,且可以定殖到植物体内,促进植物生长。     

顺磁物质对土壤低场核磁共振信号特征及含水量测定的影响

核磁共振(NMR)技术由于具有高效快速、不破坏土壤结构且对人体无害等优点,逐渐被应用到土壤学相关领域研究中。然而,土壤中顺磁物质的存在对核磁共振信号特征的影响仍不明确。本研究旨在揭示顺磁物质对不同类型土壤低场核磁共振(LF-NMR)信号特征和土壤含水量测定的影响。结果表明:土壤水的LF-NMR信号量最高可达150左右,土壤矿物、有机质和微生物等固相物质的LF-NMR信号量基本不超过0.3,相对可以忽略。质地和顺磁物质对土壤水的LF-NMR信号量测量有更大影响。LF-NMR仪器存在弛豫时间监测盲区,信号量损失主要是由于顺磁物质加速了水中氢质子的弛豫过程,导致小孔隙中水分反馈的极快的LF-NMR信号不能被监测设备捕获。对于顺磁物质含量较少的壤性潮土(1.2%)和黏壤性黑土(1.3%),LF-NMR信号量损失不大,其与土壤含水量呈线性关系;但对于黏粒含量(45.3%)和顺磁物质含量(4.0%)较高的黏性红壤,测定中会损失一部分LF-NMR信号量,监测到的LF-NMR信号量与土壤含水量不再呈线性关系。此外,外源添加顺磁物质(3.0 g·L^-1的MnCl₂溶液)也会降低黑土和红壤中可被监测的LF-NMR信号量,黑土和红壤的信号量最大损失率分别为41.0%和46.7%,极大地改变其与土壤含水量之间的定量关系。因此,在利用LF-NMR测量富含顺磁物质(>1.3%)或有外源顺磁物质进入的黏性土壤的含水量时,应先通过校正降低顺磁物质等对LF-NMR信号量的影响。研究结果对利用低场核磁共振技术准确分析土壤水分分布及土壤孔隙结构具有重要意义。     

甘肃省中部沿黄灌区轮作和连作马铃薯根际土壤真菌群落的结构性差异评估

甘肃省中部沿黄灌区是西北地区乃至全国重要的加工型马铃薯生产基地,然而因集约化种植带来的连作障碍问题已经严重影响到当地马铃薯种植业的可持续发展。采用大田试验与PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)技术相结合的方法,并通过真菌的18S r DNA序列分析,评估轮作(未连作)和连作条件下马铃薯根际土壤真菌群落在组成结构上的差异,以期为甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作的土壤障碍机理研究提供新证据。结果表明,同轮作相比,连作显著降低了马铃薯块茎产量和植株生物量,并且随着连作年限的延长,连作障碍也愈加严重。长期连作(6a)也导致马铃薯根冠比显著增加和植株收获指数的显著下降。在根际土壤真菌的种群数量和多样性上,连作和轮作间无显著差异,但在群落组成结构上差异明显。真菌18S r DNA测序分析进一步表明,马铃薯连作较轮作相比增加了Fusarium sp.和Fusarium solani以及Verticillium dahliae的种群或个体数量,而这些真菌是导致马铃薯土传病害的主要致病菌类型。根际土壤真菌群落组成结构的改变特别是与土传病害有关的致病菌滋生可能是导致当地马铃薯连作障碍的重要原因。