轮作与休闲对日光温室黄瓜连作土壤微生物和酶活性的影响

采用盆栽试验,研究了不同作物轮作和休闲方式对日光温室黄瓜连作土壤微生物数量、酶活性及后茬黄瓜生长和产量的影响.结果表明： 与连作相比,轮作有利于改善土壤微生物结构,增加细菌和放线菌数量,减少真菌数量;轮作与休闲有利于提高土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性.在不同作物轮作和休闲方式下,后茬黄瓜结果期的细菌、放线菌数量和土壤转化酶活性均呈先升后降趋势,在盛瓜期达到最大值;真菌数量随生育期延长而增加;脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性则随生育期延长而降低,在初瓜期最高.不同栽培模式下,以大葱-黄瓜轮作和糯玉米-黄瓜轮作的效果更佳,明显改善了后茬黄瓜的生长,提高了产量.     

半干旱黄土区苜蓿草地轮作农田土壤氮、磷和有机质变化

大田试验研究了多年生苜蓿草地轮作农田2年内的耕层土壤氮、磷养分和有机质变化.结果表明,与苜蓿连作相比,苜蓿草地轮作成农田后,土壤N和有机质消耗增加,2年中耕层土壤全氮含量平均分别下降了5.4%和19.5%、有机质下降了46.8%和28.2%,土壤全磷无显著变化;轮作提高了土壤氮、磷养分有效性及其活化率,土壤硝态氮含量2年分别提高了15.5%和159.1%、速效磷含量提高了44.5%和48.0%,差异显著.不同轮作方式对土壤养分变化有显著影响.苜蓿草地轮作后第2年,种植春小麦与种植玉米相比差异显著,种植马铃薯和休闲处理土壤养分变化幅度处于二者之间.种植春小麦能够维持农田土壤肥力生长季平衡,种植玉米增加了对土壤全氮、有机质和速效磷的消耗,土壤养分含量出现季节性下降,C/N和C/P降低.在半干旱地区多年生苜蓿草地向农田转变过程中,以轮作春小麦为宜,应避免种植玉米作物,以维持农田肥力平衡.     

稻田水旱复种轮作对作物产量及土壤养分的影响

为了筛选具有可持续性、适合南方稻田的水旱复种轮作种植模式,以"冬闲-早稻-晚稻"模式连作为对照处理A,设计了4种稻田水旱复种轮作模式(马铃薯-玉米‖大豆-晚稻→蔬菜-花生‖玉米-晚稻→绿肥-早稻-晚稻(B),蔬菜-花生‖玉米-晚稻→紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻(C),绿肥-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米‖大豆-晚稻(D),油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米‖大豆-晚稻→蔬菜-花生‖玉米-晚稻(E))。通过2014—2016年连续3年的田间定位试验,分析了不同种植模式下的作物产量,主要是晚稻产量,以及土壤养分变化情况。结果表明:水旱复种轮作模式更具有产量优势,晚稻产量均高于冬闲连作模式;与冬闲连作对照相比,其他模式的土壤有机质含量、速效养分含量均有所提高,同时更加有利于固定有机碳;稻田水旱复种轮作模式是一种增产、改善土壤肥力的种植模式;处理C和处理E表现较好。     

不同蔬菜与番茄轮作对设施土壤微生物多样性、酶活性及土壤理化性质的影响

[目的]番茄是一种受连作障碍影响明显的蔬菜作物,本试验旨在研究不同蔬菜作物与番茄轮作后对设施土壤微生物多样性、酶活性及土壤理化性质的影响,以期筛选出适宜与番茄轮作的蔬菜作物,为从设施栽培模式选择角度缓解或避免番茄连作障碍提供理论依据.[方法]试验以连续两茬种植番茄后分别种植大白菜(A)、黄瓜(B)、辣椒(C)、茄子(E...     

中亚热带红壤地区稻-稻-草轮作系统稻田土壤质量评价

在中亚热带红壤地区,利用定位研究方法,比较了5种不同的轮作模式,即早稻-晚稻-黑麦草、早稻-晚稻-黑麦草→早稻-晚稻-冬闲、早稻-晚稻-3/4黑麦草‖1/4紫云英、早稻-晚稻-紫云英、早稻-晚稻-冬闲,对稻田土壤质量的影响。研究结果表明,与常规稻作系统相比较,在稻-草轮作模式下,稻田土壤养分含量增加,物理性状改善,土壤生物活性提高,土壤动物数量增加。在对土壤功能评价的基础上利用土壤质量评价体系定量地评价了5种轮作模式的土壤质量状况。“水分贮存功能”(AW E)、“土壤结构退化抑制功能”(RSSD)、“稻田作物品质和产量维持功能”(SCOP)其评价值以及最终的土壤质量指数(SQ I)都是稻-稻-3/4黑麦草‖1/4紫云英、稻-稻-黑麦草、稻-稻-紫云英3种轮作模式大于常规稻作模式,其中以稻-稻-3/4黑麦草‖1/4紫云英表现最优;“促使水分运移、提高水分有效性功能”(FWM A)功能在5种轮作模式中其评价值相等。结果还表明,土壤质量指数(SQ I)、土壤退化指数(SD I)和生物肥力指数(B IF)之间具有良好的线性关系,说明此3种评价方法都能有效地评价研究试区稻田土壤质量。土壤退化指数(SD I)表明,稻-草轮作模式稻田土壤质量都有不同程度的提高,而常规稻作系统稻田土壤质量有轻微下降。稻田土壤蚯蚓丰富度与土壤质量指数(SQ I)、土壤退化指数(SD I)和生物肥力指数(B IF)都成显著的正相关,蚯蚓的丰富度可指示本研究试区稻田土壤质量。     

黄土高原半干旱区不同苜蓿-作物种植方式下土壤线虫群落组成及代谢足迹

线虫群落在土壤生态系统物质循环和能量流动过程中起着重要的作用。本研究以宁夏南部山区3种苜蓿-作物种植方式[苜蓿连作(A-A)、苜蓿-玉米轮作(A-C)、苜蓿-马铃薯轮作(A-P)]为对象,探讨不同种植方式下土壤理化性质、线虫群落组成结构及代谢足迹特征,评价黄土高原半干旱区苜蓿-作物种植方式对土壤食物网结构和功能的影响。结果表明: 1)与苜蓿连作相比,苜蓿-玉米和苜蓿-马铃薯轮作方式下土壤有机碳含量分别增加了4.6%、7.4%,全氮含量分别增加了4.0%、5.2%,土壤微生物生物量碳和氮也有显著提高;2)在苜蓿连作方式下,线虫总多度为211 条·100 g^-1干土,植食线虫为优势营养类群(35.7%),而在苜蓿-玉米和苜蓿-马铃薯轮作方式下,土壤线虫总多度较苜蓿连作有所增加(分别增加49.5%、93.7%),捕-杂食线虫成为优势营养类群(所占比例分别为45.7%、37.6%);3)相较于苜蓿连作,苜蓿-作物轮作方式下,植物寄生线虫指数(PPI)显著降低,表明植物寄生线虫在土壤食物网中的危害减轻;而线虫通路指数(NCR)有所增加,表明苜蓿-作物轮作方式下,土壤有机质分解过程中细菌分解作用进一步增强;4)苜蓿-作物轮作方式下,土壤线虫成熟度指数(MI)及其复合足迹、富集足迹、结构足迹均显著提高,土壤线虫的生产力和代谢活性显著增强,线虫群落的结构和功能更为成熟稳定。研究表明,相比苜蓿连作,苜蓿-作物轮作改善了土壤养分状况,使得土壤食物网的资源输入和能量利用效率均有所增加,受干扰程度显著降低,土壤生态系统更为稳定健康,因而有利于农业的可持续发展。     

冷浸田水旱轮作对作物生产及土壤特性的影响

通过连续2年4茬的田间试验,研究了冷浸田由单季稻改制为水旱轮作对作物生产及土壤特性的影响.结果表明:油菜-水稻(R-R)、春玉米-水稻(C-R)、紫云英-水稻(M-R)、蚕豆-水稻(B-R)4种轮作模式两年的水稻平均产量较水稻-冬闲模式(CK)提高5.3％～26.7％,其中C-R和R-R模式与CK差异显著.除M-R模式外,各轮作模式的年均经济效益较CK增加79.0％ ～ 392.4％,总产投比增加0.06～ 0.72个单位,均以C-R模式最高.水旱轮作模式均提高了水稻分蘖盛期叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量和净光合速率.轮作下水稻收获期的土壤锈纹锈斑丰度明显,尤其是R-R、C-R、B-R模式;各轮作模式下的耕层土壤水稳性大团聚体(＞2mm)数量均较CK有不同程度降低,而中团聚体(0.25～2 mm)数量(除M-R模式外)和微团聚体(＜0.25 mm)数量则相反;各轮作模式的土壤活性还原性物质含量逐渐下降,而速效养分含量呈上升趋势.与CK相比,C-R和B-R模式的土壤细菌数分别提高285.7％ ～ 403.0％,B-R的真菌数提高221.7％,R-R、C-R、B-R的纤维素菌提高64.6％ ～ 92.2％,B-R的固氮菌提高162.2％,差异均显著.冷浸田由冬闲-单季稻改制为C-R、R-R、B-R轮作模式,对提高作物总产量和经济效益有较好的效果,土壤理化生化性状得到改善,表现出脱潜特征.     

不同栽培制度下温室黄瓜土壤生物学特性的变化

以连作8年温室黄瓜土壤为研究对象,设计5种栽培制度,以传统两季种植黄瓜、夏季休闲处理为对照,进行3年的盆栽试验,采用第3年数据评价不同栽培制度对土壤质量指标及其相关性、土壤线虫和各茬作物产量的影响.结果表明：夏茬休闲期种植速生叶菜和青蒜增加了土壤微生物量碳含量、微生物总量和蔗糖酶活性,维持了较高的Shannon-Weaver指数,减少了线虫和根结线虫的数量,增加了各茬作物产量,夏茬种植茼蒿、菠菜、青蒜后土壤蔗糖酶活性分别增加了8.9%、36.9%和89.5%,夏茬种植茼蒿和青蒜后Shannon-Weaver指数分别提高了7.7%和9.4%.说明填闲和轮作制度对黄瓜连作土壤质量有一定的修复效果,尤以填闲茼蒿和青蒜效果明显.     

机械化保护性耕作条件下土壤质量的数值化评价

通过9年的长期田间定位试验研究了陕西关中平原中部冬小麦 夏玉米轮作条件下深松耕（ST）、旋耕（RT）、秸秆还（SR）、免耕（NTS）等保护性耕作措施及传统耕作（TT）对土壤理化性状和作物产量的影响,并采用主成分分析方法进行土壤质量的综合评价.结果表明：与传统耕作相比,保护性耕作模式提高了土壤肥力质量,改善了土壤物理环境条件;显著提高了土壤脲酶和碱性磷酸酶的活性;除秸秆覆盖免耕处理的玉米和小麦产量低于传统耕作外,其他保护性耕作措施均不同程度地提高了作物产量,其中小麦增产13%～28%,玉米增产3%～12%.与传统耕作相比,保护性耕作土壤质量指数提高了19.8%～44.0%.综合考虑经济效应和生态效益,隔年深松、秸秆粉碎联合旋耕作业以及秸秆覆盖联合深松作业不仅能增加作物产量还可改善土壤质量,可在研究区进行推广应用.     

连作马铃薯根际土壤真菌种群结构及其生物效应

连作障碍已成为马铃薯产业发展的主要限制因素,为了探明马铃薯连作障碍的机理,减轻连作障碍对产量的影响,采用大田试验与PCR-DGGE分子指纹图谱技术相结合的方法,研究马铃薯连作对根际土壤真菌种群结构的影响及其生物效应.结果表明： 随着连作年限的增加,根际土壤中真菌DGGE图谱的条带数量增加,连作1～5年处理的操作分类单元(OTU)分别比对照(轮作)增加了38.5%、38.5%、30.8%、46.2%和76.9%,说明马铃薯连作使根际土壤中真菌优势种群的个体数明显增多.随着连作年限的增加,各处理间真菌种群结构的相似性越来越低.通过真菌DGGE条带的克隆测序比对发现,随着连作年限的增加,马铃薯根际土壤土传病害病原菌尖孢镰刀菌和茄病镰刀菌的数量明显增加,而球毛壳菌作为一种生防菌,连作5年时数量明显减少.连作使根际土壤中病原真菌种群过渡成为优势种群,根际微生态环境恶化,从而作用于根系,使根系活力和吸收面积下降,最终导致块茎产量大幅度-下降.     

烟草连作障碍与土壤理化性质及微生物多样性特征的关联

【背景】烟草是我国最重要的经济作物之一,其忌连作的特点严重影响了我国烟草产业的发展。【目的】通过研究烟草连作障碍、土壤理化性质和微生物多样性特征的关系,为解决烟草连作障碍问题、制定有效的烟草生产技术提供理论基础。【方法】选择连作障碍严重烟田和克服连作障碍烟田作为研究对象,基于高通量测序技术,探究烟田连作障碍情况、烟田理化性质与土壤微生物多样性的联系。【结果】克服连作障碍的烟田土壤pH、总氮和有机质含量显著高于连作障碍严重的烟田土壤,克服连作障碍烟田和连作障碍严重烟田土壤微生物多样性之间不存在显著差异,但土壤微生物优势群落发生了显著改变,烟田土壤的pH、有机质、有效磷、总氮都与微生物群落显著相关。【结论】烟田克服连作障碍的差异,可能与烟田土壤的理化性质以及微生物组成的差异有关,此研究为解决湘西烟区连作障碍问题提供理论基础和技术支持。     

基于地学信息图谱的东北黑土区种植模式分析

不同种植模式具有不同的经济学和生态学意义,因地制宜确立合理的种植模式是保护黑土地的重要措施.目前,对东北黑土区的种植模式类型及其空间格局尚缺乏系统的认识.本研究基于东北黑土区2017-2019年作物分类数据,应用地学信息图谱理论和方法构建种植模式图谱,以揭示黑土区种植模式类型及其空间格局,并在此基础上使用分布指数模型和...     

塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价

开展农业生态系统土壤质量评价是保证生态农业持续高效发展的重要内容。以塔里木河上游阿拉尔垦区为典型样区,选择0a、3a、8a、12a、20a、30a等不同连作年限棉田为研究对象,综合考虑土壤物理、化学和生物学性质,分析了12个土壤理化及酶活性指标;基于因子分析和聚类分析法评价棉田间土壤质量的差异并划分等级,利用产量持续指数验证评价结果。研究表明：不同连作年限的棉田土壤的理化性质和酶活性均存在一定差异;棉田的土壤质量随年限呈先上升后下降的趋势,8a、12a棉田土壤质量相对较高,20a、30a土壤质量有退化趋势;土壤质量评价值与产量持续指数变化趋势一致,后者略显滞后效应。     

Soil strength and macropore volume limit root elongation rates in many UK agricultural soils

Background and Aims

Simple indicators of crop and cultivar performance across a range of soil types and management are needed for designing and testing sustainable cropping practices. This paper determined the extent to which soil chemical and physical properties, particularly soil strength and pore-size distribution influences root elongation in a wide range of agricultural top soils, using a seedling-based indicator.

Methods

Intact soil cores were sampled from the topsoil of 59 agricultural fields in Scotland, representing a wide geographic spread, range of textures and management practices. Water release characteristics, dry bulk density and needle penetrometer resistance were measured on three cores from each field. Soil samples from the same locations were sieved, analysed for chemical characteristics, and packed to dry bulk density of 1·0 g cm⁻³ to minimize physical constraints. Root elongation rates were determined for barley seedlings planted in both intact field and packed soil cores at a water content close to field capacity (–20 kPa matric potential).

Key Results

Root elongation in field soil was typically less than half of that in packed soils. Penetrometer resistance was typically between 1 and 3 MPa for field soils, indicating the soils were relatively hard, despite their moderately wet condition (compared with <0·2 MPa for packed soil). Root elongation was strongly linked to differences in physical rather than chemical properties. In field soil root elongation was related most closely to the volume of soil pores between 60 µm and 300 µm equivalent diameter, as estimated from water-release characteristics, accounting for 65·7 % of the variation in the elongation rates.

Conclusions

Root elongation rate in the majority of field soils was slower than half of the unimpeded (packed) rate. Such major reductions in root elongation rates will decrease rooting volumes and limit crop growth in soils where nutrients and water are scarce.     

中国四川旱坡地植物篱农作系统能流特征

关于农业生态系统能流特征的研究很多,但关于植物篱农作系统能流特征的研究很少。在四川盆地雨养丘陵农区,2/3的耕地土壤侵蚀严重,为了控制土壤侵蚀和提高耕地生产力,该区域大量栽种了植物篱。该研究通过了解作物与植物篱之间的能流交付作用,通过系统能量投入水平提高与结构优化,建立环境友好的农作系统,最终实现坡地农业的可持续。通过两年田间小区试验,详细记录所有劳力投入、化肥投入、农药投入、农事管理活动以及落叶的数量并折算为标准能量单位。作物收获后所有生物产量的能量根据其各部分的转换值折算为标准能量。系统能流特征及效率通过统计分析完成。通过研究主要获得了以下3个结论:1)“作物-植物篱”系统产出能和输入能的数量和结构变化主要受植物篱子系统类型的影响。与大面积旱坡地传统农作物生产系统比较,植物篱农作系统能有效提高系统光能利用率、人工输入能效率,耕地单位面积总产出能也会增加,坡度越大,相对增幅亦越大;由于能极显著减少无机能施入量,这有利于降低化肥农药使用量,减少对环境的污染和破坏。2)“作物-果树类植物篱”系统输入能总量和有机能输入量大幅度增加,因此有利于优化输入能结构,促进坡地生态系统良性循环和集约高效农业发展。3)“作物-草本植物篱”系统人工辅助能的输入量大幅度下降,由于它所需投入能少,有机能耗和无机能耗均低,人工输入能效率很高而生物产量也较高,并且它们提高了与其间作的其它作物的能量产投比,因此提升了整个系统能量产投比率;由于保水固土的生态功能显著,使它能在四川广大山地、丘陵区退耕还林还草工程中发挥重要作用。     

农牧交错带不同耕作方式土壤水分动态变化特征

从耕作方式、覆盖和轮作3个因素系统地对莜麦整个生育期土壤含水量进行了动态的观测研究,结果表明,干旱地区单纯的免耕在提高土壤水分含量上作用不太明显,尤其是降低了表层土壤的含水量,免耕只有在覆盖下,才能真正起到增加土壤水分含量,提高水分利用效率的作用;而对于深松处理,无论是覆盖还是不覆盖,与传统翻耕处理相比,土壤水分均明显提高;同种耕作措施覆盖与无覆盖相比,覆盖处理下土壤含水量明显高于无覆盖处理;说明保护性耕作之所以能够提高土壤水分含量,关键因素在于残茬覆盖;同种耕作方式下轮作种植土壤水分含量与水分利用效率明显高于连作。可以看出,从理论上轮作深松覆盖处理是当地应采用的最佳耕作方式,然而,由于当地缺乏覆盖材料,因此,轮作深松是目前当地最适合的耕作方式。     

水旱轮作系统作物养分管理策略

水旱轮作系统是我国主要的作物生产系统之一,主要分布在长江流域.作物和土壤季节间的干湿交替变化是这一系统的显著特征,这也引起了土壤物理、化学和生物学特性在不同作物季节间的交替变化,构成独特的农田生态系统.该系统面临的主要问题包括：生产力下降或徘徊不前,灌溉水日益短缺,养分管理不合理,资源利用效率低和环境污染等.本文在综述水旱轮作系统特征和存在问题的基础上,进一步提出通过养分资源综合管理策略解决该系统养分投入、作物生产和环境风险之间的矛盾.该策略的核心内容是：从整个轮作系统角度出发调控养分,综合应用各种养分资源（化肥、有机肥及环境养分）,使养分供应匹配作物需求,并根据不同养分资源特点采取相应的管理技术,使养分管理与节水、高产栽培等农作技术相结合.     

连作障碍因素对大豆养分吸收和固氮作用的影响

采用分室装置,利用不同孔径的膜研究大豆连作条件下,化感物质、土壤有害生物和大豆胞囊线虫等因素不断累加对植株生长、生物固氮作用和矿质养分吸收和分配的影响。结果表明,随着各因素不断累加,植株的地上部、根系和根瘤干重逐渐降低;除Ca元素外,植株组织的P、K等矿质元素单位含量下降,吸收总量下降,地上部分配的养分比例下降。在化感物质和土壤有害生物因素的基础上接种线虫,对生物固氮和矿质养 分的吸收和分配影响明显。     

生物炭对温室黄瓜不同连作年限土壤养分和微生物群落多样性的影响

以温室黄瓜连作6年和10年土壤添加质量比为5%生物炭为处理,以不添加生物炭为对照,采用桶栽的方法,研究了生物炭对不同年限连作土壤养分和微生物群落多样性的影响.结果表明: 与连作土壤相比,生物炭处理的连作6年土壤的黄瓜单株产量提高11.4%,连作10年土壤产量提高62.8%.施入生物炭显著降低了2种连作土壤容重,显著提高了有机质、速效磷含量、阳离子交换量(CEC)和pH;显著提高了土壤细菌数量和细菌/真菌,降低了真菌和尖孢镰刀菌数量,使土壤类型由真菌型向细菌型转变,尤其对连作10年土壤作用最为明显,土壤细菌和细菌/真菌分别是未处理的2.00和3.64倍,真菌和尖孢镰刀菌数量分别是未处理的54.8%和55.9%.土壤微生物群落碳源利用分析表明,10年连作土壤施入生物炭可显著提高土壤微生物活性、Shannon指数和均匀度指数,分别是未处理的1.50、2.14和1.31倍,同时显著提高了土壤微生物对糖类、氨基酸类、酚酸类和胺类碳源的利用强度,分别是未处理的1.62、1.81、1.74和1.93倍.相关性分析表明,土壤容重、速效磷含量、CEC和pH 4个指标对微生物群落变化的影响较显著.综上,生物炭通过对连作土壤理化性质及土壤微生物生态系统的改善,优化了黄瓜根区环境,促进了黄瓜产量的提高,缓解了温室黄瓜连作障碍.     

长期连作和秸秆还田对棉田土壤生物活性的影响

研究了新疆棉区棉花长期连作与秸秆还田对棉田土壤微生物量和土壤酶活性的影响.结果表明：棉田土壤生物活性受到作物连作障碍的负面效应和秸秆长期还田培肥地力的正面效应的双重影响.在短期内（5～10年）,连作障碍明显,连作与秸秆还田5和10年的土壤微生物总量比种植1年降低36.54%和25.66%,细菌、放线菌数量下降较快,分别为种植1年的61.12%、70.16%和67.91%、145.79%,而真菌所占比例提高;土壤中脲酶、蔗糖酶活性分别比种植1年降低0.76%、2.52%和28.12%、11.44%,连作与秸秆还田5年的过氧化氢酶活性比种植1年降低9.21%.长期连作与秸秆还田条件下,土壤生物性状趋于好转,生物多样性指数增加,与短期（5年）相比,连作与秸秆还田15和20年的细菌、放线菌数量分别增加71.52%、61.03%和141.74%、240.83%,而真菌所占比例下降,土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶活性增加.淀粉酶活性在短期内上升,连作与秸秆还田5和10年分别比种植1年增加11.38%和10.41%,连作与秸秆还田20年则降低31.34%.