番茄连作与轮作土壤生物学特性及细菌群落结构的比较

随着全国番茄(Lycopersicon esculentum)的规模化生产以及形成相对固定的生产区域,番茄连作障碍现象逐年严重。文章针对番茄连作、轮作土壤的生物学特性及细菌群落结构展开了分析,旨在揭示连作与轮作土壤中生物学特性及细菌群落结构的变化规律,为保障番茄产业的可持续发展提供技术支撑。试验分别设置番茄-番茄、番茄-茄子(Solanium melongena)、番茄-辣椒(Capsicum annuum)连作和番茄-黄瓜(Cucumis sativus L.)、番茄-白菜(Brassica campestris L.)、番茄-菜豆(Phaseolus vulgaris)轮作共6个处理。采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)以及稀释平板法等现代和传统分析技术,比较分析了连作和轮作不同蔬菜作物对土壤生物学性状和细菌群落结构的影响。结果表明:番茄连作导致土壤可培养细菌、放线菌数量显著降低,真菌数量显著增加,微生物群落由细菌型向真菌型转变;同时连作还导致土壤中指示土壤肥力的微生物生物量碳、氮和涉及碳、氮、磷循环相关酶活性显著降低;此外,番茄连作导致土壤细菌多样性指数(H)、均匀度指数(EH)和丰富度指数(S)下降,番茄连作土壤中主要以不可培养细菌(Uncultured bacterium)为优势种属。相比之下,番茄轮作不仅能显著增加微生物数量,提高土壤微生物生物量碳、氮和酶活性,而且轮作土壤中除了维持较高的细菌多样性之外,还出现假单胞杆菌属(Pseudomonas sp.)等促生细菌种属。表明番茄轮作有利于提高土壤肥力和保持土壤健康。其中,番茄轮作黄瓜、白菜和菜豆3种不同科属蔬菜作物中,以轮作菜豆更有利于提高土壤肥力和保持土壤健康。     

轮作联用生物有机肥促进香蕉生长

为促进连作蕉园恢复香蕉高效栽培,采集连作蕉园土壤,利用盆栽实验研究连作蕉园土壤轮作菠萝与玉米联合生物有机肥施用,对连作土壤理化性质、可培养微生物和总细菌、总真菌数量及下茬香蕉生长的影响.结果显示:较之香蕉连作对照,连作土壤轮作菠萝或玉米后再植香蕉,其叶片数、株高、茎粗、叶面积、地下部鲜重和地上部鲜重均有不同程度提高,其中株高和叶面积显著高于连作对照处理,轮作菠萝处理促生效果优于轮作玉米处理;联合生物有机肥施用后,进一步促进了香蕉的生长;菠萝和玉米轮作后均对土壤pH有一定影响,菠萝-香蕉处理和玉米-香蕉处理土壤pH值高于对照,且菠萝-香蕉处理效果优于玉米-香蕉处理;菠萝-香蕉和玉米-香蕉处理土壤可培养镰刀菌属数量均减少,根际可培养芽孢杆菌和假单胞菌的数量均增加,且菠萝-香蕉处理提高了土壤总细菌拷贝数.本研究表明菠萝和玉米轮作均能显著改善连作香蕉土壤生态环境,促进下茬香蕉生长,缓解连作生物障碍,并且联合生物有机肥施用后效果更优.     

长期定位施肥田土壤酶活性的动态变化特征

为探讨长期施肥条件下玉米生育期内土壤酶活性的动态变化及其与土壤肥力的关系,该文对北京褐潮土定位试验田第12年的土壤酶以及土壤养分因子进行了测定和分析.结果表明.土壤过氧化氢酶、磷酸酶在玉米拔节期出现活性高峰.土壤脲酶在玉米拔节期及成熟期出现两个活性高峰,土壤蔗糖酶在整个玉米生育期内活性变化幅度较小.长期施肥能明显提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性,其中有机肥与化肥配施对于增加土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性尤为显著.长期施肥降低土壤中过氧化氢酶活性.并且以NPK配施有机肥处理的土壤过氧化氢酶活性降低幅度最大.土壤酶之问及其与土壤养分因子之间具有明显相关性,其中蔗糖酶、脲酶及磷酸酶与土壤养分各因子均呈显著或极显著正相关,除碱解氮外,过氧化氢酶与其余各养分因子呈显著或极显著负相关.     

稻-稻-油菜轮作对土壤微生物活性和多样性的影响

水稻(Oryza sativa L.)和油菜(Brassica campestris L.)轮作是中国南方地区常见的耕作制度,其优点在于能够提高农业土地利用率和增强土壤生产力,且能改变土壤生态环境。轮作栽培土壤生态环境的改变对作物生长具有益的作用,而土壤中微生物的变化是土壤生态环境改变的重要因素。因此,研究土壤微生物活性和多样性可为水稻和油菜轮作栽培对土壤质地的影响能够提供理论依据,对维持良好的土壤环境生态系统和农田可持续耕作具有重要的现实意义。以浏阳(短期试验:3 a)和安仁(长期试验:30 a)两地的稻-稻-油菜轮作土壤为研究对象,选取稻-稻连作土壤作为对照比较,分别于2015年7月、10月和2016年4月取样测定稻-稻-油菜轮作和稻-稻连作土壤微生物量碳、氮含量。结果表明:就所测得的浏阳土壤微生物量碳含量而言,稻-稻-油菜轮作比稻-稻连作分别高出16.99%、15.26%、32.33%,安仁土壤则分别高出26.38%、20.18%、35.74%;就所测得的浏阳土壤微生物量氮含量而言,稻-稻-油菜轮作比稻-稻连作分别高出34.63%、17.80%、33.81%,安仁土壤则分别高出14.29%、15.31%、14.58%。采用Biolog ECO技术分析土壤微生物多样性,结果表明浏阳和安仁两地稻-稻-油菜轮作和稻-稻连作土壤平均吸光值(AWCD)变化趋势相同,稻-稻-油菜轮作土壤AWCD值大于稻-稻连作,表明稻-稻-油菜轮作提高了土壤微生物对碳源的利用能力。研究结果表明稻-稻-油菜轮作显著提高了土壤微生物丰富度指数,而对均匀度和优势度指数影响不显著。通过主成分分析可知,3个不同时期土壤微生物对碳源的利用以糖类、羧酸类、氨基酸类为主。     

沼液对甘蓝连作土壤生物学性质的影响

以施用化肥225 kg/hm2为对照,设置两种不同的沼液用量(以纯氮计):沼液I(168 kg/hm2)和沼液II(225 kg/hm2),通过连续3 a的甘蓝种植试验,研究沼液对甘蓝连作土壤微生物区系、土壤酶活性以及土壤养分与土壤酶活性之间的相关性.结果表明:1)施用沼液显著改善了连作土壤的微生物区系,溶磷细菌、解钾细菌、氨化细菌、固氮菌和放线菌的数量显著增加;同时抑制了真菌的富集.两种不同用量的沼液处理较化肥处理的土壤细菌/真菌(B/F)值分别提高了142.7%和202.3%.2)在225 kg/hm2等氮水平下,施用沼液显著提高了土壤的蔗糖酶、磷酸酶和蛋白酶活性,较之化肥处理分别提高了63.96%、137.61%和139.66%;同时显著降低了土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性.3)土壤养分与土壤酶活性相关性分析表明,有机质含量与土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和蛋白酶活性呈显著正相关,与过氧化氢酶活性呈显著负相关,而与多酚氧化酶活性无明显相关性;磷酸酶活性与土壤速效磷含量呈显著正相关;蛋白酶活性与土壤碱解氮、全氮含量呈显著正相关.表4参24     

长期棉花连作对北疆棉区土壤生物活性与酶学性状的影响

以长期连作棉田为研究对象,通过对5-15年连作棉田土壤理化性质和生物学性状的测定,揭示北疆长期连作对土壤主要肥力性质、土壤酶活性、微生物量碳氮以及土壤呼吸的影响。结果表明：长期棉花（Gossypium spp）连作对土壤肥力性状影响显著,表层土壤（0-20cm）肥力明显高于亚表层（20-40cm）。长期棉花连作对土壤酶活性、微生物量碳氮、土壤呼吸等生物活性有显著影响,脲酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶和多酚氧化酶均随棉花连作年限增加而下降,棉花/苜蓿（Medicago sativa Linn）轮作（CtR-AR）处理各酶酶活性均高于棉花连作处理。微生物量碳（MBC）随棉花连作年限逐渐下降,而微生物量氮（MBN）随不同棉花连作年限并无一致性变化。不同棉花连作年限处理之间的呼吸商（q（CO2））有很大的差异,15年棉花连作非病区（CtN15）土壤呼吸商最高为19.00g？mg-1？h-1,CtR-AR处理的呼吸商最低为13.64g？mg-1？h-1。土壤微生物商随棉花连作年限延长呈现下降趋势,CtN15处理出现最低值,为0.81%。随棉花连作年限增加,土壤微生物活性降低,不利于土壤健康持续利用。     

川西亚高山冷杉林和白桦林土壤酶活性季节动态

研究了川西亚高山冷杉林和白桦林中与土壤碳氮元素循环有关的土壤脲酶、蛋白酶、转化酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和脱氢酶活性的季节变化规律．结果表明：(1)在两个群落中，腐殖质层(A)中6种土壤酶活性均高于淀积层(B)和母质层(C)中的酶活性；(2)白桦林A层土壤酶活性显著高于冷杉林A层土壤，而C层的脲酶和过氧化氢酶活性以冷杉林明显高于白桦林，但C层的其它4种酶活性没有明显差异；(3)土壤酶活性的高峰期主要出现在温度较高的7、8月份(冷杉林A层土壤中的蛋白酶、过氧化氢酶和脱氢酶，白桦林A层土壤中的蛋白酶、蔗糖酶和脱氢酶)，或是凋落物高峰期的10月份(冷杉林A层土壤中的脲酶、多酚氧化酶和蔗糖酶，白桦林A层土壤中的多酚氧化酶)．可见，不同土壤酶的活性对温度的敏感程度是不一样的，有一些土壤酶的活性(如多酚氧化酶)明显受凋落物动态的影响．图1表2参18     

低含量Pb对Cd处理下冬小麦根际土壤氧化还原酶活性、BIF及C/N的影响

为正确评价重金属污染下冬小麦根际土壤微生态系统的安全性和稳定性,采用盆栽试验法研究了铅(Pb)含量低于国家"土壤环境质量标准(GB 15618-1995)"规定的Ⅱ类土壤环境基准值(350.00 mg/kg,干土)时,与镉(Cd)复合处理对冬小麦幼苗根际土壤氧化还原酶活性、肥力指数(Biological index of fertility,BIF)及碳/氮(C/N)的影响.结果表明:(1)幼苗生长3周时,Cd处理下过氧化氢酶和多酚氧化酶活性显著(P<0.05)增加,脱氢酶活性显著(P<0.05)降低;7周时多酚氧化酶和过氧化氢酶活性显著(P<0.05)降低;12周时,多酚氧化酶和脱氢酶活性显著(P<0.05)降低.此外,根际土壤生物学肥力指标BIF值主要表现为降低,而根际土壤C/N值在幼苗生长3周和12周时显著(P<0.05)降低,7周时却极显著(P<0.01)升高.(2)低含量Pb与Cd对脱氢酶和过氧化氢酶活性、BIF值主要起协同抑制效应,对多酚氧化酶活性表现出拮抗效应.幼苗生长3周和12周时,低含量Pb可减轻Cd对C/N值的降低效应,7周时,低含量Pb和Cd协同促进C/N值升高.土壤Pb含量低于国家"土壤环境质量标准"规定的Ⅱ类土壤环境基准值时,仍会明显影响Cd污染下冬小麦幼苗根际土壤的生化功能特征.     

不同轮作施肥对土壤有机氮分解特征的影响

在各长期轮作施肥系统中,耕层土壤矿化培养过程的pH及剖面矿化势的变化,说明了长期不同的轮作和施肥方式引起土壤有机氮数量和性质的变化。pH变化具有一共同特征,在0~4 周,各处理间差异显著;而后期变化趋势趋于一致,向微碱性环境发展。各处理的剖面矿化势的变化反映了有机氮可矿化数量的改变。小麦连作施肥和苜蓿连作施肥均说明施用有机肥对土壤有机氮水平有较好的提高作用。粮豆轮作3 a对土壤供氮能力的提高作用大于粮饲轮作4 a和裸地处理。     

不同轮作方式对马铃薯根际土壤真菌群落结构的影响

土壤中真菌含量状况是评价土壤肥力变化的重要指标之一,对土壤养分含量和作物根系的活力具有较大的影响,对于保持土壤生态系统的平衡以及土壤质量方面都具有重要的作用。昭通是中国马铃薯的主产区之一,常年种植面积在20×104hm2以上;荞麦和赤小豆也是该市的重要作物,在当地种植面积较大;马铃薯连作和这3种作物之间的轮作在生产上时有发生。为揭示这3种作物不同轮作方式对其根际真菌群落结构的影响,于2017年和2018年在云南省昭通市昭阳区将3种作物按照不同组合和顺序轮作2年,在2018年9月中旬收获时取9种轮作方式的根际土壤进行真菌群落分析。结果表明,共检测出10个真菌门类和32种真菌属,优势真菌门类是Ascomycota(子囊菌门)、Basidiomycota(担子菌门)和Mortierellomycota(被孢霉门)。在各处理中,马铃薯连作、赤小豆-马铃薯和赤小豆-荞麦含量最丰富,而马铃薯-荞麦和荞麦-马铃薯的轮作方式含量最低。真菌属水平以轮作方式不同其优势属的种类和丰度差异较大;真菌属多样性连作明显高于轮作处理;真菌多样性和丰度较低的是马铃薯和荞麦的轮作,马铃薯和赤小豆轮作其优势属的多样性和丰度较大,其次是荞麦和赤小豆。不同的轮作方式对根际土壤真菌群落结构有不同的影响,所以生产中应根据当地的农业生产实际情况选择适宜的耕作制度和轮作方式,以实现对耕地资源的保护和可持续利用,同时促进马铃薯生产水平的不断提高。