长期秸秆还田对水稻根系碳矿化与激发效应的影响

长期秸秆还田改变水稻土环境条件,从而会影响水稻残留根系碳在土壤中的矿化和激发效应,其影响的方向和强度尚不明确.因此,基于长期定位施肥试验,采用¹³C-CO₂同位素标记技术,结合室内模拟培养试验,研究不施肥（CK）、单施化肥（CF）和秸秆还田配施化肥（CFS）这3种长期处理下,水稻根系和土壤本身有机碳的矿化特征,分析根系的激发效应的强度与方向,以及各处理CO₂释放量的来源组成.结果表明,经过120 d的室内淹水培养,根系残留（R）将CO₂累积释放量增加了617.41~726.27 mg·kg^-1.CFS+R和CF+R处理根系来源CO₂累积释放量分别为470.82mg·kg^-1和444.04 mg·kg^-1,根系的矿化率分别为18.8%和17.8%,均显著高于CK+R处理（384.19 mg·kg^-1,15.4%）.3个处理的土壤本身有机碳产生的CO₂累积排放量无显著差异,但CFS+R处理的土壤本身有机碳矿化率（4.2%）显著低于CF+R和CK+R处理（5.4%和5.8%）.CFS+R处理中根系的CO₂累积激发效应为29.6%,显著低于CK+R处理的42.5%,高于CF+R处理的14.4%.淹水水稻土CO₂累积释放量中23.47%~27.59%来源于根系,其余来源于土壤,其中,激发效应引起的CO₂释放量占比在CFS+R处理中比CK+R处理小,比CF+R处理大.综上,淹水水稻土长期秸秆还田会提高根系碳的矿化潜力,但是更有利于土壤本身有机碳的稳定.     

不同种植方式对亚热带红壤微生物多样性的影响

土壤微生物在推动土壤碳循环过程方面发挥着重要作用,然而种植方式的改变对土壤微生物多样性的影响机制还不十分清楚.本研究采集湖南省盘塘县长期定位试验站红壤稻田(PR)、旱地(UC)及水旱轮作(PR)这3种不同种植方式的土壤样品,采用末端限制性酶切片段长度多态性分析(T-RFLP)技术和实时荧光定量(RT-PCR)技术分析了土壤细菌16S rRNA基因的多样性和丰度,研究种植方式改变对土壤微生物数量、群落结构及其多样性的影响.结果表明,3种种植方式的土壤细菌16S rRNA基因数量(以干土计)为2.5×109~1.5×1010拷贝·g-1,与PR相比,UP和UC处理16S rRNA基因丰度显著下降(P0.05).同时,3种种植方式下土壤细菌的优势类群为变形菌(76、90和327 bp;相对丰度47%~53%)和绿弯菌(65 bp;相对丰度10%~12%).冗余分析表明种植方式改变了土壤理化性质,导致土壤细菌群落结构特征的显著变化,而土壤理化性质中有机碳和全氮含量是影响土壤细菌群落结构的主要因子.多样性指数分析(香农指数和均匀度指数)显示种植水稻的土壤细菌多样性最高,显著高于水旱轮作和旱地土壤.可见,种植方式的改变对土壤群落组成和数量造成了深刻的影响,而水稻种植是亚热带红壤可持续利用的一种有效方式,其更有利于土壤有机质的累积,土壤肥力及微生物多样性均较高.     

长期施肥稻田土壤胞外酶活性对底物可利用性的响应特征

土壤中碳(C)和氮(N)等底物的可利用性决定着微生物生长代谢,同时影响土壤胞外酶活性.为探讨土壤酶活性对土壤原有有机质变化的响应,本试验选取了长期定位试验田的4种施肥处理水稻土[无肥对照(CK)、单施化肥(NPK)、有机肥+化肥配施(OM)和秸秆还田+化肥配施(ST)],通过0、 4、 8和12个月的分段培养获取了具有不同可利用性C、N含量梯度的土壤,分析参与土壤碳氮转化过程的关键酶β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性与可溶性有机碳(DOC)、铵态氮(NH~+_4-N)、土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量的关系.结果表明,OM和ST处理对土壤中DOC含量的提高更显著(P0.01),是CK和NPK处理的2～3倍.NPK、OM和ST处理的MBC含量、BG和NAG酶活性高于CK处理.所有施肥处理中,随着可利用性底物(DOC和NH~+_4-N)含量的升高,BG和NAG活性整体呈稳定或下降趋势,MBC和MBN含量变化趋势与BG和NAG相同.施肥处理和培养时间以及二者的交互作用极显著影响(P0.01)土壤DOC、NH~+_4-N、MBC和MBN的含量.回归分析显示, OM处理MBC/MBN值与DOC/NH~+_4-N值之间正相关(P0.05);ST处理的ln(BG)/ln(NAG)值和DOC/NH~+_4-N值之间负相关(P0.01),这表明稻田土壤可利用性底物浓度是影响胞外酶活性的关键因子,且微生物量的碳氮计量比受控于土壤中底物的碳氮计量关系.该结果对深入研究稻田土壤中胞外酶活性变化规律,调节稻田土壤碳氮平衡,提高稻田土壤肥力具有一定指导意义.     

添加磷素对低磷稻田根际土壤固碳自养微生物数量的影响

为了探讨磷素添加对低磷稻田土壤固碳自养微生物数量的影响,以低磷水稻土为研究对象,设置添加磷素(P添加量为80 mg·kg~(-1))和不添加磷素两种处理土壤,种植水稻进行室内培养实验.利用实时荧光定量PCR(real-time PCR)技术分析了水稻分蘖期(移栽后14 d)和拔节期(移栽后22 d)添加磷素(P)和对照(CK)处理根际土壤固碳自养微生物cbb L、cbb M、acc A和acl B基因数量的差异,同时测定了土壤理化性质,并分析了不同处理方式下固碳功能基因丰度与土壤理化性质之间的关系.结果表明,分蘖期磷素添加降低了土壤MBC和NH+4-N含量,提高了土壤DOC、Olsen-P和p H;分蘖期P处理NO-3-N含量比CK处理低,而拔节期反而比CK处理高.分蘖期,磷素添加显著提高了cbb L、cbb M、acc A和acl B基因的数量,与CK处理相比,分别提高156%、99%、110%和193%.而磷素添加对拔节期cbb L、acc A和acl B基因数量的促进作用并不明显,对cbb M基因数量反而产生了抑制作用.冗余分析(RDA)显示,土壤Olsen-P含量是影响固碳自养微生物丰度最显著的环境因子.     

水稻光合同化碳向土壤有机碳库输入的定量研究:14C连续标记法

应用14C连续标记示踪技术,以当地主栽水稻品种"中优169"为供试作物,分别选取亚热带区4种典型稻田土壤,在密闭系统模拟研究水稻根际输入光合碳对土壤有机碳(SOC)及其组分的影响.结果表明,标记种植80 d后,水稻地上部和地下部的累积的总碳量范围分别为1.86～5.60 g.pot-1和0.46～0.78 g.pot-1.种植水稻后供试土壤的14C-SOC含量范围为114.3～348.2 mg.kg-1,而14C-DOC、14C-MBC含量范围为4.05～8.65 mg.kg-1、12.5～37.6 mg.kg-1.水稻生长期间内,不同土壤条件下,土壤14C-SOC与14C-水稻碳量的比率范围为5.09%～6.62%,这说明尽管不同土壤的光合生产能力不同,但根际沉积效率相似.土壤可溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和SOC的更新率分别为6.72%～14.64%、1.70%～7.67%和0.73%～1.99%.而且,水稻光合碳的分配和转化对土壤活性碳组分的DOC、MBC含量变化影响较大,而对土壤有机碳影响较小.本研究进一步量化了水稻生长期间光合碳对土壤有机碳库各组分(SOC、DOC和MBC)的贡献,为水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究提供了数据支撑.     

无机氮和有机氮对水培番茄幼苗碳水化合物积累及氮素吸收的影响

采用2个番茄品种(申粉918、沪樱932),以营养液设置相同氮浓度(3.0 mmol/L,以N计)的NH4 -N、NO3-N、Gly-N三个处理,探讨无机氮(NH4 -N、NO3-N)和有机氮(Gly-N)对番茄幼苗生长、碳水化合物的积累及氮素吸收的影响.结果表明,在无机氮和有机氮存在的营养介质中,NH4 -N、Gly-N对番茄幼苗的生长有明显的抑制作用,对根系尤甚;与NO3-N处理相比,Gly-N、NH4 -N处理均显著提高了叶片可溶性糖、叶片和根系游离氨基酸含量以及各器官氮素含量,降低了叶片淀粉含量、各器官氮素积累量,而Gly-N处理的根系可溶性糖、淀粉含量升高;番茄幼苗基因型差异是否表现与氮素形态有关,以植株根系干重为指标的基因型差异在供应NO3-N时不表现;沪樱932的生长显著优于申粉918;不同品种对有机氮的吸收利用能力不同.     

土壤质地对自养固碳微生物及其同化碳的影响

自养微生物可同化大气中的CO2并将其转化为土壤有机碳,对提高农田土壤的碳吸收和碳储存有重要意义,然而土壤质地对自养固碳微生物功能种群及其同化碳的影响机制还不清楚.本研究选取亚热带地区同一母质发育而成的两种质地水稻土壤(壤质黏土和砂质黏壤土),通过14C-CO2连续标记技术结合室内模拟培养实验,探讨土壤质地对自养微生物同化碳(14C-SOC)、自养微生物截留碳(14C-MBC)和自养微生物可溶性碳(14C-DOC)的影响.以固碳功能基因(cbb L基因)作为指示基因,结合PCR和克隆测序技术,分析不同质地土壤自养固碳微生物群落结构和多样性的差异.结果表明,壤质黏土14C-SOC、14C-MBC和14C-DOC平均含量分别为133.81、40.16和8.10 mg·kg-1,均显著高于砂质黏壤土14C-SOC(104.95 mg·kg-1)、14C-MBC(33.26 mg·kg-1)和14C-DOC(4.18 mg·kg-1)平均含量(P0.05),说明土壤质地显著影响了土壤自养微生物碳同化量以及自养微生物同化碳在土壤中的转化.稀疏曲线、细菌cbb L基因文库覆盖度以及多样性指数分析结果显示壤质黏土固碳细菌群落多样性高于砂质黏壤土.系统发育分析表明,壤质黏土细菌cbb L基因序列与Rhodoblastus acidophilus、Blastochloris viridis、Thauera humireducens、Mehylibium sp.、Variovorax sp.等具有一定的同源性,而砂质黏壤土cbb L基因序列主要与根瘤菌和放线菌同源.可见,土壤质地对自养固碳微生物群落结构和多样性产生了深刻的影响,壤质黏土中较高的黏粒含量、土壤养分含量和阳离子交换量可能有利于维持更高的自养固碳微生物多样性和活性,从而导致不同质地土壤自养微生物碳同化量及其转化存在显著差异.     

不同耕地利用方式下土壤微生物活性及群落结构特性分析: 基于PLFA和MicroRespTM方法

研究不同耕地利用方式对土壤微生物群落结构的影响,对维持土壤稳定和提高土壤质量具有重要意义.以湖南省桃源县长期定位试验为平台,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和MicroRespTM方法,研究了稻田、水旱轮作地和旱地这3种不同耕地利用方式下土壤微生物数量、群落结构特征及活性.PLFA结果表明,细菌、真菌及总PLFA量均表现为稻田>水旱轮作地>旱地,细菌PLFA/真菌PLFA比值则表现为水旱轮作>旱地>稻田.革氏阳性菌(G+)PLFA/革氏阴性菌(G-)PLFA为稻田显著高于水旱轮作地和旱地,但水旱轮作与旱地土壤的差异不显著.PLFA主成分分析和特征磷脂脂肪酸的平均摩尔分数表明,稻田中真菌及G-的相对含量显著高于水旱轮作地和旱地,而水旱轮作地中G+的相对含量高于旱地和稻田,3种不同耕地利用方式下土壤微生物群落结构特征具有明显差异.土壤PLFA与土壤养分相关性分析表明,土壤微生物量与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、土壤微生物量碳(MBC)均达到极显著正相关.与阳离子交换量(CEC)无显著相关性.MicroRespTM结果表明,3种不同耕地利用方式下土壤微生物对碳源平均利用效率为稻田最高,其次是水旱轮作地,旱地最低.其结果也显示大部分碳源提高了微生物呼吸作用,但不同碳源的利用效率不相同.因此,耕地利用方式的不同明显导致了土壤微生物活性和群落结构的差异.     

长期施肥对不同深度稻田土壤碳氮水解酶活性的影响特征

与稻田土壤碳周转密切相关的酶活性是评价土壤肥力和肥料管理的重要指标.本研究选取秸秆还田(ST)、化肥(NPK)和不施肥(CK)的长期定位试验田,以10 cm的间距分段采集土壤剖面0~40 cm范围内的新鲜土样,利用96微孔酶标板荧光分析法,测定参与土壤碳氮转化过程关键酶β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性,探讨不同施肥措施对不同深层土壤酶活的影响.结果表明,相比不施肥的土壤,施用化肥和秸秆土壤的BG酶活性分别提高了35%~118%和55%~342%;NAG酶活性分别提高了9%~30%和102%~484%.同时,随着土层深度的增加,土壤酶活性逐渐降低,0~20 cm深层土壤酶活性显著高于20~40 cm深层土壤.在不同施肥措施中秸秆还田可高程度影响稻田深层土壤.RDA分析表明土壤碳氮含量主要与0~20 cm的土壤酶活性有显著的正相关关系,与20~40 cm的土壤酶活性呈负相关关系.综上所述,随着土壤深度增加土壤微生物量和土壤酶活性显著降低.长期施肥显著提高了不同深层土壤生物量和土壤酶活性,其中秸秆还田作用尤为突出.因此,合理的秸杆还田有利于改善稻田深层土壤肥力,优化农田土壤养分循环,为作物生长提供良好的土壤环境.     

有机和常规生产系统中甜瓜氮素吸收差异分析

在甜瓜有机生产系统中,设置3个有机肥料水平处理,即空白(OZ)、半量施肥(OH)和标准施肥(OS),在常规生产系统中设置两个化肥水平处理.即空白(CZ)和正常施肥(CS),以研究有机和常规两种土壤中速效氮的变化及甜瓜对氮素的吸收规律.结果表明,在甜瓜的生长发育过程中,有机肥料向土壤中提供了与常规处理相同水平的速效氮.两种生产系统中甜瓜的生物量和产量差异不显著,且不受施肥水平的影响.甜瓜植株的氮素含量在生育过程中逐渐降低,氮素吸收量逐渐增加,常规处理显著高于有机处理,生产系统内部不同的施肥水平之间差异不显著.常规处理中甜瓜的氮素吸收速率显著高于有机处理,同时植株体内积累了较多的硝态氮从而降低了氮素利用效率.图4表4参22