褐飞虱对水稻苗期生长及地下部土壤活性碳氮的影响

地上部植食者对地下部土壤生态系统的影响引起了陆地生态学者的浓厚兴趣。报道了盆栽条件下褐飞虱取食不同品种水稻后对水稻苗期生长和土壤活性碳氮的影响。土壤活性碳氮水平的评价采用了土壤微生物生物量碳和氮、可溶性碳和氮及无机氮等指标,它们是反映土壤生态过程的重要变量。结果表明,褐飞虱侵害降低了苗期水稻茎叶、根系的生物量及根冠比,并与水稻品种的抗褐飞虱能力存在交互作用。褐飞虱也显著影响土壤活性碳氮水平(P0.05),并强烈依赖于水稻品种特性。一般的,褐飞虱导致感虫品种广四的土壤微生物生物量碳、可溶性碳下降,而对抗虫品种IR36的影响则相反。在褐飞虱的危害下,抗虫品种水稻对土壤微生物生物量氮、可溶性氮及硝态氮的促进程度较大。中感品种汕优63与汕优559在褐飞虱作用下对水稻茎叶、根系生物量及土壤活性碳氮的影响也不相同。汕优63的影响趋势与感虫品种广四一致,而汕优559的影响与抗虫品种IR36更接近。总之,土壤活性碳氮组分对褐飞虱危害的响应程度和趋势因水稻品种不同而不同,特别是抗虫品种在褐飞虱侵害时有利于土壤活性碳氮水平的维持,提高土壤生物活性,从而可能进一步促进土壤生态功能的发挥。     

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。     

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。     

不同施肥模式下潮棕壤稻田的速效养分状况和水稻的养分分配

研究了不同施肥模式下下辽河平原潮棕壤稻田土壤速效养分的供应能力及水稻的养分分配.结果表明:各处理0～20 cm速效养分供应能力均高于20～40 cm,其变异也大于20～40 cm(速效氮除外);有机、无机肥相结合有利于提高土壤速效养分的供应能力;水稻氮和磷的分配主要集中在籽实中,钾的分配则主要集中在秸秆中.采用秸秆还田措施有利于缓解钾肥资源的不足,保持钾素的循环再利用,维持土壤钾库,减少钾肥投入,降低农业生产成本,减轻环境污染.     

不同施肥制度甘蔗地土壤养分对微生物群落结构的影响

以广西红壤长期定位施肥甘蔗地为研究对象,探讨了不同施肥措施甘蔗地土壤微生物群落特征以及土壤养分对微生物群落结构的影响。结果表明,长期优化施肥可以提高土壤微生物多样性,不施肥土壤微生物生长得到显著抑制。土壤全氮、全钾、速效钾含量与微生物群落结构密切相关,可采取适当增加钾肥用量以增加微生物多样性,提高土壤肥力。土壤中磷素含量与微生物群落结构无显著相关,红壤甘蔗地中磷肥用量应适当,不宜过量施用。     

长期定位施肥对石灰性紫色水稻土古菌群落结构的影响

为了认识长期施肥对石灰性紫色水稻土培肥和肥力演化的作用,结合变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和限制性酶切片段长度多态性(RFLP)技术,研究了稻麦轮作下农家肥(M)、氮肥+农家肥(NM)、氮磷肥+农家肥(NPM)、氮磷钾肥+农家肥(NPKM)、无肥(CK)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)等不同施肥制度对石灰性紫色水稻土古菌群落结构的影响.研究结果表明,长期定位施肥明显影响土壤中的古菌组成.在长期施用氮肥+农家肥、氮磷肥和氮磷钾肥+农家肥处理的土壤中,古菌多样性指数低于农家肥、氮磷肥+农家肥、无肥、氮肥和氮磷钾肥处理.在DGGE图谱的基础上,分别选择种植水稻和小麦的氮磷钾肥处理土壤样品,对古菌克隆子的16S rDNA序列进行了系统发育分析,发现水稻七古菌与各种土壤及水体环境的古菌极其相似.对DGGE图谱的聚类分析发现,不管是种植水稻还是小麦,8种施肥处理的古菌都聚在3个群里.种植水稻时,M和NPK处理下的土壤古菌聚成第一个群,NP处理下的聚成第二个群,另外5种施肥处理(NPKM,NM,Ck,N和NPM)聚成第三个群.种植小麦时,NPKM和M处理下的土壤古菌聚成一个群,NP处理下的聚成第二个群,N、NPK、NM、NPM和CK处理下的聚成第三个群.聚类分析结果显示,作物类型会影响土壤古菌群落结构.     

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。     

长期施肥对土壤养分库的影响

扼要地概述了国内外近年来关于长期施肥条件下土壤养分库的动态与平衡方面的研究成果。主要介绍并讨论了土壤氮、磷、钾养分全量及有效量的动态变化 ,土壤有机碳含量的动态变化 ;铵态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮、酸解未知态氮、非水解残渣氮及微生物体氮在土壤氮库中的动态变化 ;Ca2 P、Ca8 P、Al P、Fe P、闭蓄态磷 ,活性有机磷、中度活性有机磷、中稳性有机磷、高稳性有机磷及微生物体磷在土壤磷库中的动态变化 ;土壤碳库中松结态腐殖质、稳结态腐殖质、紧结态腐殖质以及富里酸和胡敏酸的动态变化 ;长期施肥对土壤有机无机复合状况的影响 ;农田土壤养分库的养分循环与养分平衡。还指出了当前土壤养分库研究面临的一些问题 ,并提出了今后研究的几个热点内容     

长期施肥对农田黑土r-K策略菌群的影响

直接参与土壤养分代谢周转过程的土壤微生物群落是土壤肥力质量的重要衡量指标。本文研究了长期施肥对农田黑土细菌和真菌r-K策略菌群(生态生理功能)的影响。结果表明:施肥处理菌群生长的均匀度和丰富度有所降低,细菌和真菌生态生理指数(EP)降低幅度分别为0.019～0.106和0.023～0.185。各处理K策略菌数量均大于相应的r策略菌。施肥能增加土壤r策略细菌数量,但不利于r策略真菌生长。与CK相比,r-K策略细菌和K策略真菌数量在单施中量有机肥处理中增幅最大;有机肥与化肥配施处理r-K策略细菌和K策略真菌数量高于单施同种化肥处理。在K策略菌占优势下,施用化肥有利于r策略菌比率提高,而有机肥与化肥配施倾向于使K策略菌比率增加。相关性分析表明,K策略菌群与土壤N素呈极显著正相关(P<0.01),可能是影响土壤N素循环的关键菌群。     

施肥对香樟幼苗生长及养分分配的影响

施肥是苗木培育的重要方式,香樟是乡土珍稀阔叶树种,苗木培育对乡土珍稀树种的保护、繁育、推广具有极其重要的作用,施肥对苗木的生长和发育具有重要的影响。因此,为了探讨香樟幼苗生长及植物体内养分分配对施肥的响应,该研究采用正交设计,设置了氮、磷、钾3因素3水平(N、P:0、3、6 g·株-1;K:0、2、4g·株-1),对盆栽香樟幼苗进行指数施肥。结果表明:(1)氮肥对香樟幼苗苗高、地径、生物量的影响最为显著,磷肥和钾肥的影响则较小;(2)氮素在香樟幼苗叶、茎、根中的分布状况主要受氮肥的影响,磷素在香樟幼苗叶、茎、根中的分布状况主要受氮肥和磷肥的影响,钾素在香樟幼苗叶、茎、根中的分布状况主要受钾肥的影响;(3)香樟幼苗的苗高生长与叶片氮含量、叶片磷含量呈显著正相关(P0.05),地径生长与茎氮含量呈显著正相关(P0.05),叶生物量与叶片氮含量、叶片磷含量呈显著正相关(P0.05),茎生物量与叶片磷含量呈显著正相关(P0.05);(4)综合分析得出,对香樟幼苗苗高、地径生长,以及枝叶生物量积累最具促进作用的施肥水平为氮肥(6 g·株-1)、磷肥(6 g·株-1)、钾肥(4 g·株-1)。     

减施化肥配施有机肥对荔枝园土壤微生物区系的影响

有机肥替代部分化肥对荔枝生产有提质增效作用。为进一步探讨荔枝土壤微生物学机制,本试验以19年生“妃子笑”荔枝为对象,以化肥处理(CF)为对照,研究2018—2020连续两年减施化肥(平均减施化肥总养分21.5%)配施羊粪(OF)和配施生物有机肥处理(BIO)对土壤微生物多样性、群落组成及差异微生物等的影响,为荔枝科学施肥提供理论指导。结果表明: 与CF相比,连续两年OF和BIO处理均可有效提高荔枝产量和品质,产量平均增幅分别为23.1%和39.0%。土壤有机质含量和pH值均明显提高,土壤有效磷、有效钾、有效钙、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量均有不同程度增加。施用两种有机肥均能提高根际土壤细菌和真菌多样性,对非根际土壤影响不明显,同时改变土壤微生物群落结构,增加拟杆菌门、变形菌门和芽单胞菌门等富营养型细菌类群,减少酸杆菌门、绿弯菌门等贫营养型细菌类群。与CF相比,OF处理下MND1属和BIO处理下TK10属、芽单胞菌属、黄色杆菌属、木霉属、毛匍孢霉属的相对丰度均显著提高,并与产量呈显著正相关关系。综上,在荔枝上连续两年采用有机肥替代部分化肥可有效提高土壤pH值和养分有效性,增加根际土壤微生物丰富度和多样性,改变土壤微生物群落结构,从而形成更有利于产量提高和品质提升的微生物区系。     

Biodiversity of soil biota and plants in abandoned arable fields and grasslands under restoration management

The currently widespread abandoning of agricultural land use in Western Europe offers new opportunities for ecological restoration and nature conservation. This is illustrated for abandoned arable fields and for permanent grasslands cut for hay after the cessation of fertilizer application. Although initiated by a sudden reduction of nutrient input to the system, the changing nutrient supply from the soil is considered to be the main driving force of succession. The soil nutrient supply is affected by soil organisms, both directly (root symbionts and herbivores) and indirectly (nutrient mineralization from dead organic matter). It is argued that because of the close association of changes in species diversity with changes in the functioning of ecosystems, biodiversity has to be studied in an ecosystem ecology context.     

长期施肥对潮棕壤有机氮组分的影响

依托长期定位试验(从1990年开始)的4个施肥处理(CK,不施肥;M,循环猪圈肥;NPK,单施化肥;NPK+M,化肥配施循环猪圈肥),探讨了长期施肥对潮棕壤有机氮各组分的影响并揭示了其年际变化特征.结果表明: 从试验开始至2015年,不同施肥模式下各有机氮组分呈现不同的变化趋势,其中酸解有机氮基本上表现为逐年增加的趋势;M和NPK+M处理氨基酸态氮也逐年上升,而CK和NPK处理氨基酸态氮持续下降,这可能与微生物对土壤中氨基酸的利用有关.在整个试验过程中(1990—2015年的平均值),NPK处理酸解铵态氮大幅度增加,比CK增加31.1%;在施加有机肥的2个处理中(M和NPK+M)有机氮各组分均有所提高.与M相比,NPK+M处理各有机氮组分增加的幅度更加明显,这表明有机无机肥配施能有效增加土壤有机氮,进而增强土壤供氮能力,提高土壤肥力水平.     

Defoliation affects rhizosphere respiration and rhizosphere priming effect on decomposition of soil organic matter under a sunflower species: Helianthus annuus

In the present study, `natural <sup>13</sup>C tracer method' was used to partition the belowground respiration into rhizosphere respiration and soil microbial respiration to test the hypothesis that defoliation affects rhizosphere respiration and rhizosphere priming effect on decomposition of soil organic matter (SOM). A C<sub>3</sub> plant species, Helianthus annuus (sunflower), was grown in `C₄' soil in microcosms so that the CO₂ evolved from plant-soil system can be partitioned. Four levels of defoliation intensities were established by manual clipping. CO₂ evolved from plant-soil system was trapped during 0–4 h after defoliation (HAD), 5–22 HAD and 23–46 HAD using a closed circulating system, respectively. We found that both rhizosphere respiration and soil microbial respiration of the clipped plants were either unchanged or significantly enhanced compared to unclipped plants at 45% defoliation level during all sampling intervals. Soil microbial respiration increased significantly at all defoliation levels during 0–4 HAD, however, both rhizosphere respiration and soil microbial respiration decreased significantly during 5–22 HAD or 23–46 HAD when 20% or 74 clearly demonstrated that the defoliation treatments modified the rhizosphere priming effect on SOM decomposition. The total cumulative rhizosphere priming effects on SOM decomposition during 0–46 HAD were 146%, 241%, 204% and 205% when 0%, 20%, 45% and <74%.     

长期施用含硫和含氯化肥对稻田杂草生长动态的影响

利用湖南祁阳红壤稻田长期定位试验,研究了在等量氮磷钾养分条件下,长期施用含Cl-、SO2-4和Cl-+SO2-4化肥水稻生育期间杂草种类和生物量的变化.结果表明:施肥34年后,施用含Cl-化肥处理水稻生育期间杂草的种类最多、总生物量(浮生杂草和湿生杂草的生物量之和)最大,早稻期间杂草平均总干物质量分别比含SO2-4和Cl-+SO2-4化肥处理增加了51.4%和17.6%,晚稻期间分别增加了144%和242%.含SO2-4和Cl-+SO2-4化肥处理稻田中浮生杂草生物量较大,而含Cl-化肥处理田间几乎没有浮生杂草生长.杂草总干物质量和湿生杂草干物质量均与土壤Cl-含量呈显著正相关(相关系数分别为0.764**和0.948**),与土壤SO2-4-S含量呈显著负相关(相关系数分别为0.849**和0.641*).土壤碱解氮和有效磷受土壤SO2-4-S、Cl-及pH的共同作用对杂草总干物质量产生影响.通过各种施肥措施维持土壤适宜pH及碱解氮、有效磷含量,提高土壤SO2-4-S含量、降低Cl-含量,能有效抑制南方红壤稻田中湿生杂草的生长,降低杂草总生物量.     

The interaction of soil biota and soil structure under global change

The structural framework of soil mediates all soil processes, at all relevant scales. The spatio-temporal heterogeneity prevalent in most soils underpins the majority of biological diversity in soil, providing refuge sites for prey against predator, flow paths for biota to move, or be moved, and localized pools of substrate for biota to multiply. Just as importantly, soil biota play a crucial role in mediating soil structure: bacteria and fungi aggregate and stabilize structure at small scales (μm–cm) and earthworms and termites stabilize and create larger-scale structures (mm–m). The stability of this two-way interaction of structure and biota relations is crucial to the sustainability of the ecosystem. Soil is constantly reacting to changes in microclimates, and many of the soil–plant–microbe processes rely on the functioning of subtle chemical and physical gradients. The effect of global change on soil structure–biota interactions may be significant, through alterations in precipitation, temperature events, or land-use. Nonetheless, because of the complexity and the ubiquitous heterogeneity of these interactions, it is difficult to extrapolate from general qualitative predictions of the effects of perturbations to specific reactions. This paper reviews some of the main soil structure–biota interactions, particularly focusing on soil stability, and the role of biota mediating soil structures. The effect of alterations in climate and land-use on these interactions is investigated. Several case studies of the effect of land-use change are presented.