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.     

地上部植食者褐飞虱对不同水稻品种土壤线虫群落的影响

地上和地下部生物群落的交互作用对于调控陆地生态过程具有重要作用。在盆栽条件下利用2×2析因设计研究了褐飞虱(Nilaparvata lugens)取食不同水稻品种后对土壤线虫群落的影响。结果表明, 褐飞虱侵害水稻9 d后, 感虫品种(广四和汕优63)的土壤线虫总数、属数及自生线虫(食细菌线虫、食真菌线虫和捕食性线虫)数量增加, 并且一般达到显著水平(P<0.05); 而上述指标在抗虫品种(汕优559和IR36)土壤中则呈现相反的趋势。植食性线虫数量在强感虫品种广四上显著增加(P<0.05), 而在强抗虫品种IR36上显著减少(P<0.05)。褐飞虱和水稻品种对土壤线虫的生态指数(线虫通道指数、Shannon-Wiener指数、成熟度指数、富集指数和结构指数)没有明显影响, 可能与供试土壤线虫群落组成单一及褐飞虱作用时间较短有关。总之, 褐飞虱强烈影响土壤线虫数量、群落组成和营养结构, 并且作用的方向(促进或抑制)和程度依赖于水稻的品种特性, 揭示出地上部植食者的短期侵害将对稻田土壤生态系统的结构和功能产生深远影响。     

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.     

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.     

秸秆、氮肥和食细菌线虫交互作用对土壤活性碳氮和温室气体排放的影响

采用3因素2水平交互设计室内恒温培养试验,通过调控秸秆施用、氮肥用量及食细菌线虫,探讨三者对土壤微生物生物量碳氮(C_mic和N_mic)、可溶性碳氮(DOC、DON)、矿质氮(NH₄⁺-N和NO₃^--N)及温室气体排放(CO₂、N₂O和CH₄)的交互影响.结果表明： 施用秸秆显著增加了食细菌线虫数量、C_mic和N_mic,而随着氮肥用量增加,C_mic和N_mic降低,食细菌线虫对C_mic和N_mic的影响则依赖于秸秆和氮肥用量.秸秆、氮肥和食细菌线虫对可溶性碳氮和矿质氮表现出强烈的交互作用,其中秸秆和氮肥均增加了DOC、NH₄⁺ -N和NO₃^--N;食细菌线虫对DOC的抑制作用和对矿质氮的促进作用达到显著水平.秸秆处理对CO₂、N₂O的促进及对CH₄的抑制均达到显著水平,而线虫和氮肥的影响则更多表现出交互作用.在培养第56天,有秸秆时,低量氮肥下食细菌线虫显著促进了CO₂的排放,而高量氮肥下则表现出对CO₂和N₂O显著的抑制作用.总之,土壤生态功能的发挥不可忽视土壤动物的作用.     

基于根际与凋落物际评价转Bt水稻对土壤线虫群落的影响

转基因作物在商业化推广前,有必要评价其对非靶标土壤生物的生态影响。根系和凋落物与土壤的界面是代表植物直接影响土壤的两个典型活性微域,即根际和凋落物际。基于室内盆栽实验构建水稻根际和凋落物际,比较了这两个高活性微域中转Bt水稻克螟稻(KMD)与亲本水稻秀水11(XSD)对土壤可利用资源、微生物学性质和线虫群落的影响。结果表明:转Bt水稻对土壤性质的影响依赖于水稻生育期和微域的变化。与XSD相比,KMD在苗期和拔节期显著提高了凋落物际土壤可溶性有机氮含量(P0.05);在苗期显著降低了凋落物际土壤铵态氮含量,但在成熟期显著提高了凋落物际与交互微域土壤的铵态氮含量(P0.05)。与亲本水稻相比,转Bt水稻分别在苗期和成熟期显著提高了凋落物际土壤微生物生物量碳和活性,而在拔节期和成熟期显著降低了根际土壤微生物生物量氮含量(P0.05)。微域间的交互作用显著影响土壤微生物生物量、可溶性有机碳和氮、线虫总数和各食性线虫的数量(P0.05)。转Bt水稻总体上降低了土壤线虫总数,尤其在苗期和拔节期的凋落物际土壤中达到显著水平。重复测量方差分析表明转Bt水稻显著影响土壤食细菌(P0.01)和食真菌(P0.05)线虫数量,及线虫群落的通道指数和富集指数。水稻收获后KMD秸秆的Bt蛋白含量显著高于亲本,全部KMD处理的土壤样品中Bt蛋白含量无显著变化,因而转Bt水稻对土壤生物学性质的影响可能并非来源于Bt蛋白的作用,而更可能来自于水稻生长性状和凋落物性质的差异。     

土壤有机碳稳定机制研究进展

土壤有机碳的增加不仅有助于农业可持续发展,而且对缓解温室气体增加和全球气候变化等也具有重要意义。土壤有机碳的稳定机制决定着土壤固定和储备有机碳的能力,对有机碳稳定机制的研究,将为政府制定有效的温室气体减排措施提供依据。土壤有机碳的稳定机制主要包括：（1）有机碳的难降解性;（2）金属氧化物和粘土矿物与有机碳的相互作用;（3）土壤团聚体的物理保护导致的生物与有机碳空间隔离;（4）土壤生物学机制,主要指土壤生物自身对有机碳稳定性的直接贡献。至今,有机碳稳定性的主导机制尚不清楚,但影响因素与生态系统类型、土壤类型、土层深度、土壤管理措施、土壤生物活性及群落组成等有关。作者建议今后研究有机碳稳定性机制时,应同时考虑上述4种机制的综合作用,并加强探索土壤生物的贡献。     

施氮水平影响蚯蚓介导的番茄生长及抗虫性

过量施用氮肥不仅导致严重的生态环境问题, 还会限制土壤生物驱动的生态系统服务功能。蚯蚓的取食和掘穴等活动可以促进土壤肥力和植物生长, 进而影响植物与病虫害的关系。了解氮肥与害虫作用下蚯蚓对植物抗虫性的影响, 有助于揭示土壤动物的生态功能调控机制。采用蚯蚓(威廉腔环蚓Metaphire guillelmi)、西花蓟马(Frankliniella occidentalis)和氮肥用量的三因子完全交互设计, 利用番茄(Lycopersicon esculentum)盆栽实验探索了不同氮水平下蚯蚓对番茄生长及对植食者抗性的影响。结果表明, 在低氮条件下蚯蚓显著降低了番茄茎叶干生物量、根系干生物量及茎叶可溶性糖含量, 而茎叶的茉莉酸和水杨酸含量分别是无蚯蚓对照的6倍和3倍, 且伴随着西花蓟马数量下降了58%。在高氮水平时, 蚯蚓未影响番茄茎叶茉莉酸、茎叶水杨酸含量及西花蓟马数量。蚯蚓介导的番茄营养物质(茎叶可溶性糖和茎叶全氮)和防御信号物质(茎叶茉莉酸和茎叶水杨酸)含量分别与西花蓟马数量呈显著的正相关和负相关。总之, 氮肥施用改变的土壤氮有效性通过改变植物资源和防御物质含量转变了蚯蚓介导的植物抗虫性响应; 全面了解土壤生物对植物生长的影响需要综合考虑土壤管理-土壤动物-植物病原物三者之间的关系。     

不同土壤线虫功能团对水稻生长及地上部植食者的影响

探明土壤生物多营养级相互作用是了解生态功能调控机制的核心。本研究通过调控土壤线虫的典型功能团的完全交互设计(食微线虫有无、植食线虫有无、捕杂食线虫有无)探索了线虫功能团对水稻(Oryza sativa)生长及褐飞虱(Nilaparvata lugens)数量的影响。结果表明, 与不接种线虫相比, 植食线虫显著增加水稻根系生物量(P < 0.05), 显著增加其茎叶总酚含量(P < 0.05); 单独的食微线虫增加了褐飞虱数量(P < 0.05), 但显著降低水稻根系生物量(P < 0.05); 捕杂食线虫促进水稻茎叶生长, 降低了褐飞虱数量; 当食微、植食和捕杂食线虫同时存在时, 植物茎叶及根系总酚含量均处于较高水平, 暗示其抗虫潜力更强。总之, 处于较高营养级的捕杂食线虫能够通过调控植食和食微线虫的数量, 提高植物的防御能力, 暗示土壤生物调控措施在植物地上部病原物防控方面有重要的前景。