淮北平原典型中低产土壤砂姜黑土质地黏重、易旱易涝,严重限制了冬小麦的生产.因此如何改善砂姜黑土不良水分性状,是促进冬小麦生长的关键.通过盆栽试验,研究干旱胁迫下施加生物炭对砂姜黑土冬小麦叶片生理特性、根系形态以及土壤化学性质的影响.共设 4 种施肥处理:T0(常规施肥)、T1(常规施肥+1%生物炭)、T2(常规施肥+3%生物炭)和T3(常规施肥+6%生物炭),播种后第 30 天进行干旱胁迫处理.结果表明:(1)干旱胁迫处理显著促进冬小麦叶片H2O2 含量以及CAT、SOD和POD活性,施加生物炭处理则显著降低了干旱胁迫下冬小麦叶片H2O2 含量和CAT活性,对SOD和POD活性无显著影响.(2)干旱胁迫抑制了冬小麦根系生长,施加 3%生物炭处理冬小麦根系总表面积和平均根系直径与不施加生物炭相比,分别增加了 48.0%和 34.7%;6%生物炭处理显则著促进干旱胁迫下冬小麦总根长、总表面积、平均根系直径和总根体积增加.(3)施加不同生物炭处理均显著提高土壤pH值和有机质含量,且土壤有机质含量随着生物炭施加量的增加呈上升趋势;施加 6%生物炭土壤速效磷和速效钾含量与对照比,分别上升了 70.3%和 110.5%,土壤碱解氮含量无显著变化.研究结果表明,施加适量生物炭能够降低干旱胁迫下冬小麦体内活性氧积累,促进冬小麦根系发育,提高砂姜黑土养分含量,促进冬小麦在干旱胁迫下生长.

研究花生种植区土壤酸化特征及其驱动因素,为花生种植土壤酸化改良提供理论依据.采用数据收集和田间取样分析方法,获取豫南典型花生种植区正阳县土壤pH及其驱动因子数据,利用GIS技术分析土壤pH时空变化特征,并基于增强回归树(BRT)模型识别影响土壤酸化的关键驱动因素.结果表明:正阳县花生种植土壤pH普遍呈下降趋势;土壤pH平均值由1980年的7.06降至2020年的5.15;弱碱性与中性土壤面积大幅度下降,酸性土壤面积增加;1980-2020年土壤pH面积变化最大的区间为-2.0～-1.5,占全县面积的51.9％;砂姜黑土区土壤酸化最严重,而水稻土和潮土区土壤pH下降幅度较小;BRT模型分析表明,阳离子交换量是造成2020年土壤pH空间变异的最主要因素,其贡献率达到26.2％;其次是速效钾含量、年均降雨量、有机质含量和全氮含量,贡献率分别为11.0％、7.7％、7.2％和6.9％;土壤pH随土壤阳离子交换量、年均降雨量、速效钾含量、有机质含量的增加而增加,但随土壤全氮含量的增加而降低.综上,正阳县夏花生种植土壤酸化形势严峻,尤其是砂姜黑土区,具有普遍性和局部严重性的特征;所研究因素中,阳离子交换量是花生种植土壤pH空间变异的最主要驱动因素,今后应优化水肥管理,通过维持土壤中盐基离子库的平衡,提升土壤有机质和氮利用率,进而有效抑制土壤酸化.

[背景]砂姜黑土地区存在秸秆腐解缓慢、秸秆还田后作物幼苗生长不良等问题.[目的]从砂姜黑土区农田筛选一株兼具秸秆腐解能力的玉米促生菌 MC29,以促进秸秆腐解和玉米作物生长.[方法]通过 16S rRNA基因序列分析对该菌株进行鉴定;采用液态摇瓶及盆栽试验验证菌株实际促腐、促生能力及土壤养分的提升效果,并且探究菌株的最佳生长及产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)条件;采用电击转化法将绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)基因导入菌株细胞,并通过 PCR 琼脂糖凝胶电泳进行验证.[结果]分离筛选的玉米促生菌鉴定为纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobium cellulans).该菌株 MC29 羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)酶活可达 13.32 U/mL,产IAA量为 8.63 mg/L.与对照相比,施用菌株MC29 后秸秆腐解率显著提高 24.8%;玉米soil and plant analyzer development(SPAD)值、植株总重、根表面积和根长分别提高 7.6%、21.3%、30.9%和 18.3%;土壤碱解氮含量显著提高 68.1%,土壤速效磷及土壤速效钾含量分别提高5.8%及6.0%.菌株MC29最佳生长条件为pH 7.0、装液量为25/250 mL、碳源为麦芽糖、氮源为酵母粉;最佳产IAA条件为pH 7.0、装液量为 50/250 mL、碳源为果糖、氮源为硝酸钾;成功构建荧光标记菌株MC29-GFP,并据此追踪到其接入砂姜黑土 15 d后定殖量为 2.8×105-9.5×105 copies/g.[结论]所筛选的纤维化纤维微细菌MC29 对于指导砂姜黑土区多功能秸秆促腐菌剂、微生物菌肥的研制及提升作物产量有一定的积极意义,并为探究其在砂姜黑土中的实际应用奠定基础.

在黄淮砂姜黑土区冬小麦-夏玉米复种两熟种植体系中,研究了小麦季3种耕作方式(常规翻耕、旋耕和深松)结合夏玉米播前3个施氮量(120、225和330 kg·hm-2)对玉米季主要生育时期根际土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性、无机氮含量和产量的影响.结果表明:旋耕方式下氨化作用强度最高,且随着施氮量的增加,土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性增强.深松方式下根际土壤硝化、反硝化作用强度与脲酶活性明显高于常规与旋耕方式.增施氮肥可加强深松方式对土壤氮素转化的促进作用,而过量施氮虽然提高了土壤无机氮含量及玉米产量,但会对土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性产生抑制.深松方式结合225 kg·hm-2施氮量更有利于砂姜黑土区夏玉米土壤氮素转化,而深松方式结合330kg·hm-2施氮处理下产量最高.

施用氮肥会导致土壤pH值降低,其对不同无机碳含量的土壤二氧化碳(CO2)释放的影响如何,尚不清楚.采用室内密闭培养试验研究了氮肥及其配施硝化抑制剂(DCD)对不同无机碳含量土壤pH、矿质态氮和CO2释放的影响.结果表明:与不施氮肥相比,施用氮肥不同程度地降低了水稻土、砂姜黑土、壤土3类供试土壤的pH,提高了土壤碳累积释放量,49 d培养结束时,土壤碳累积释放量分别提高了39.4％、23.4％和71.8％;氮肥配施DCD后显著抑制了土壤硝化作用的进行,至培养结束时,3类供试土壤pH值均显著高于仅施氮肥处理,水稻土、砂姜黑土CO2平均释放量与仅施氮肥相比无显著性差异,塿土CO2平均释放量比纯施氮肥平均降低了12.5％.土壤无机碳能有效缓冲由氮肥施入而导致的土壤酸化,氮肥施入后石灰性土壤CO2释放不仅来源于土壤有机碳的矿化,可能还有一部分来源于无机碳的溶解释放.我国不同地区间土壤无机碳含量各有差异,长期大量氮肥投入下土壤酸化和无机碳库消耗问题应引起足够的重视.

在农业生态系统中,丛枝菌根真菌(AM真菌)与很多作物的根系都存在互惠互利的共生关系,与作物的生长和健康密切相关,同时,这类特殊的真菌群落也会受到施肥等农业措施的影响.本研究依托长期定位试验4个试验处理(不施肥、单施化肥、化肥配施秸秆、化肥配施粪肥),研究砂姜黑土AM真菌群落对不同施肥措施的响应及其影响因素,探索不同处理AM真菌指示种的存在.结果表明:砂姜黑土中的主要AM真菌类群为原囊霉科、多孢囊霉科、巨孢囊霉科、近明球囊霉科、球囊霉科和类球囊霉科;其中类球囊霉属在化肥和有机物料配施中具有显著指示作用.与对照相比,长期单施化肥显著改变AM真菌群落结构并降低其多样性,配施秸秆处理进一步降低AM真菌群落多样性,而配施粪肥明显缓解因施用化肥而造成的多样性减少现象.检验发现,导致AM真菌群落变化最主要的影响因素是土壤pH和可溶性碳.总之,长期不同有机物料和化肥配施对砂姜黑土AM真菌群落结构和多样性会产生不同影响,其中化肥配施粪肥更有利于土壤AM真菌群落多样性的维持.

以安徽蒙城砂姜黑土氮磷钾肥肥效长期定位试验为平台,选取P0(不施磷肥)、P1(P2O545 kg/hm2)和P2(P2O590 kg/hm2)3个磷肥施用梯度,采用现代高通量测序技术,探索长期施用磷肥对真菌多样性、群落组成和种间关系的影响.结果 发现真菌多样性随磷肥施入量增加而降低,且与全磷和有效磷均成显著负相关.磷肥施用导致真菌群落组成发生明显改变,冗余分析结果表明这与全磷和可溶性有机碳密切相关.P1和P2中子囊菌门和子囊菌纲显著升高,而被孢霉菌门和被孢霉菌纲则显著降低.在属水平上,施磷处理中腐生营养型真菌显著升高,而病原型和共生型真菌显著降低:其中P0中Sagenomella、Simplicillium、Magnaporthiopsis、Schizothecium和Nigrospora等5个属相对丰度最高;P1中Plenodomus、Penicillium和Arthrobotrys相对丰度最高;P2中Cyphellophora、Zopfiella、Guehomyces、Mortierella和Mucor等5个属相对丰度最高.网络分析发现施磷后真菌网络复杂度和稳定性升高,物种间正相关关系增加,负相关关系减少.因此在砂姜黑土区长期施用磷肥可降低真菌多样性,增加土壤中腐生营养型真菌、减少共生或病原菌数量,同时提高物种间网络复杂度和稳定性.以上结果表明磷肥施用对促进土壤养分循环,控制植物病害、维持地下生态系统稳定性具有重要作用.

从砂姜黑土中筛选兼具秸秆降解和植物促生能力的菌株,解决外源腐秆菌土壤存活状况差、促腐效果弱及作物生长不良等问题.结合羧甲基纤维素钠平板筛选、产CMC酶(内切-β-1,4-葡聚糖酶)和IAA(吲哚-3-乙酸)能力测定等评价菌株的秸秆降解和植物促生潜力;通过形态学、生理生化和16S rDNA序列分析进行菌株的种属鉴定;采用秸秆降解摇瓶试验和玉米盆栽试验对菌株实际促腐和促生功效进行测定;设置单因素试验探究菌株生长、产酶和产IAA的最适宜条件.筛出1株CMC酶活高、IAA产量大(20.15 mg/L)的菌株n3;经鉴定,n3为玉米固氮螺菌(Azospirillum zeae);接种n3与对照相比,可将液态发酵下秸秆的促腐率显著提升54.71％,使土培条件下的玉米根长、平均直径和SPAD值分别提升18.3％、22.0％和5.24％(P<0.05);n3生长、产酶和产IAA的最适氮源和装液量一致,分别为酵母粉和25 mL/250 mL,而产酶的最适pH为5.0,生长和产IAA的最适pH均为6.0.所筛玉米固氮螺菌(Azospirillum zeae)可用于生产多功能腐秆剂,加速砂姜黑土区还田秸秆腐解的同时促进作物的生长,开发利用的前景广阔.

黄淮海平原南部以黄褐土和砂姜黑土等为代表的耕地土壤酸化趋势明显.为深入认识该类型黏板土壤垂直剖面上pH值和耕层养分的空间变异情况,以豫南西平县为例,对县域范围内63个耕地样点进行pH值和速效磷测定,运用地统计学方法和ArcGIS技术分析不同深度土壤pH值和耕层土壤(0～20 cm)速效磷的空间分布状况,并分析了pH值与速效磷(AP)含量的相关性.结果 表明:典型黄褐土和典型潮土0～10、10～20和20～30 cm的pH均值依次分别为4.98、4.93、5.31和5.46、5.81、6.26,随着土壤深度的增加逐渐升高,土层间差异不显著;典型砂姜黑土3个土层的pH均值分别为5.23、5.43、6.03,20～30 cm土层pH值比0～10、10～20 cm土层显著增加,其中比0～10 cm土层增加0.8～1个pH单位;石灰性砂姜黑土和湿潮土20～30 cm土层pH值也显著高于0～10、10～20 cm土层.0～20 cm土层典型黄褐土、典型砂姜黑土、湿潮土、典型潮土和石灰性砂姜黑土的AP含量范围分别为8.85～54.75、4.27～37.49、8.22～ 51.80、6.07～34.82和13.22～22.85 mg·kg-1,AP含量低值区呈块状分布在研究区域中部,高值区呈点、片状分布在研究区域四周.在0～20 cm耕层中典型黄褐土、典型砂姜黑土和湿潮土的pH值与AP含量均呈正相关关系.综上,豫南黏板土壤表现明显的分层酸化现象,随土壤深度的增加酸化减缓,而耕层AP含量分布不均匀,受土壤类型和pH值变化的影响.研究结果可为黄淮海平原南部黏板土壤酸化改良提供数据支撑.