以湖南省祁阳县的国家红壤肥力与肥料效益长期试验地为平台,采用单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)4种不同组合的无机肥料添加方式,结合实时定量PCR和高通量测序技术,探究长期施用化肥对土壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响.结果表明:与单施氮肥处理相比,氮与磷、钾配施可以缓解土壤酸化趋势,氮磷配施能够显著增加土壤中各形态磷含量.与单施氮肥处理相比,氮磷、氮钾处理显著提高了土壤碱性磷酸酶活性、土壤总细菌丰度及phoD基因丰度;氮磷钾配施显著提高了土壤碱性磷酸酶活性和土壤总细菌丰度,但显著降低土壤phoD基因丰度.磷酸酶编码基因phoD基因群落的α-与β-多样性在处理间不存在显著差异,且所有处理中来源于假单胞菌属与紫色杆菌属的phoD基因分别超过总序列的45％.此外,链霉菌属、马赛菌属以及短波单胞菌属与土壤磷素存在显著的正相关关系.以上结果表明:在不同养分输入条件下,调节功能菌群丰度及磷酸酶活性的关键因素不同.氮磷钾的合理配施能够增加土壤磷含量和磷酸酶活性,改变phoD基因丰度和群落结构,提高土壤的供磷能力,但长期施用化肥会使土壤微生物物种趋于单一化.

[目的]探究减磷配施有机肥条件下土壤中丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌群落特性、网络复杂性及群落的稳定性之间的关系,揭示有机肥替代背景下,土壤理化性质与AM真菌的群落结构对网络特征和群落稳定性的短期效应.[方法]在2012年开始的无机磷肥长期定位试验的基础上,于2018年实施减磷配施有机肥裂区试验,共设6个处理:施无机磷0、75、150kg/hm2;无机磷肥施用量减少30％,即0、52.5、105 kg/hm2,并配施有机肥(猪粪)3187 kg/hm2,每个处理重复3次.通过高通量测序和生物信息学分析,探究减磷配施有机肥对土壤中AM真菌群落的网络特征及稳定性的短期效应.[结果]相比于无机磷施用,减磷配施有机肥整体上降低了 AM真菌群落的a多样性,各处理中的AM真菌优势类群均为球囊霉属(Glomus)和类球囊霉属(Paraglomus).网络的平均度、平均加权度在无机磷肥及减磷配施有机肥处理中均在适量施磷下达到最大值,且无机磷肥处理大于减磷配施有机肥处理;网络负相关连接线数在无机磷肥处理中随施磷量增加而增加,而在减磷配施有机肥处理中随施磷量增加而减少.减磷配施有机肥通过抑制AM真菌群落间正相互作用来提高负正凝聚力比值,从而促进群落稳定性.相比于AM真菌的指示物种(indicator species)和关键类群(keystone taxa),优势类群(dominant taxa)与AM真菌群落的稳定性密切相关.[结论]在酸性紫色土中,短期减磷配施有机肥通过改变土壤pH、速效磷和有机质,调控AM真菌群落的a多样性和优势类群,进而影响AM真菌群落的网络复杂度和群落稳定性.

为合理开展富硒(Se)土壤资源利用与富硒农产品开发,进行了湖南省耕地土壤硒含量的空间分布特征及其影响因素等研究.结果表明:湖南省耕地土壤硒平均含量为0.56 mg·kg-1,是全国土壤硒元素背景值(0.29 mg·kg-1)的1.93倍;湘西南区土壤硒平均含量最高、湘北洞庭湖区平均含量最低;湘西南区变异系数最大,离散程度高,分布不均匀;湘南区变异系数最小,离散程度低,分布相对均匀;全省富硒耕地面积224.96万hm2,占耕地面积的60.7％;水田富硒面积为185.63万hm2,占全省耕地面积的50.1％;旱地富硒面积为39.33万hm2,占全省耕地面积的10.6％.成土母质发育的土壤硒含量大小顺序为:板页岩风化物＞石灰岩风化物＞第四纪红色黏土＞砂岩风化物＞花岗岩风化物＞河湖冲(沉)积物＞紫色砂页岩风化物;不同类型土壤硒含量大小顺序为:黄棕壤＞黄壤＞红壤＞石灰(岩)土＞水稻土＞潮土＞紫色土;当pH＜5.0时,土壤硒含量与pH呈负相关;当5.0＜pH＜7.8时,土壤硒含量与pH呈正相关;当pH＞7.8时,土壤硒含量与pH呈负相关;有机质是影响土壤硒含量的重要因素之一,土壤硒含量与有机质含量呈正相关;土壤硒与锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)以及阳离子交换量(CEC)呈极显著正相关(P＜0.01).地形因子也是影响土壤硒含量的因素之一,当海拔低于230 m,土壤硒含量随着海拔的升高而升高;当海拔高于230 m,土壤硒含量随着海拔的升高而降低.湖南省耕地富硒土壤面积较大,具有明显的空间差异,需根据区域差异合理保护和开发富硒土壤资源.

为了解微量元素对车桑子(Dodonaea viscosa)生长的作用,研究添加微量元素(硼B、铁Fe、锰Mn、锌Zn)对车桑子生长和叶绿素荧光特性的影响.结果表明,除Mn外,B、Zn和Fe均对车桑子的生长和叶绿素荧光参数有显著促进作用(P<0.05);且添加 B 的车桑子具有更高的生物量积累,比对照显著提高了 133.61%.微量元素与土壤类型对叶片磷(P)含量和叶片氮磷比(N/P)具有显著的交互作用(P<0.05),紫色土添加Zn、黄棕壤添加Fe均显著降低了叶片N/P.燥红土和黄棕壤上车桑子的株高、叶面积和生物量积累均高于紫色土,但紫色土和黄棕壤上车桑子的根冠比和叶片N/P显著高于燥红土(P<0.001).这表明微量元素对干热河谷车桑子生长具有重要作用,在植被恢复过程中可通过添加B、Fe、Zn尤其是B来促进植物生长.

在我国西南紫色土地区,农田生态环境极为脆弱,绿肥应用也面临严峻问题.为改善农田土壤健康状况,探索绿肥的应用途径,通过紫云英与油菜间作,重点探讨了绿肥紫云英对油菜根际土壤碳氮及其微生物特征的影响,同时与秸秆覆盖的效应作了比较,其创新性在于将绿肥紫云英应用于西南旱地,并且为建立新的油菜种植模式作铺垫.结果表明:与秸秆覆盖相比,间作绿肥紫云英是影响油菜根际土壤环境的主要因素.间作紫云英减少了油菜根际土壤碳、氮含量,改变了油菜根际土壤碳氮比.间作紫云英也减少了油菜根际土壤微生物量,改变了油菜根际土壤微生物群落结构,改善了油菜根际土壤通气状况,抑制了厌氧细菌的生长.

坡耕地是一个区域最易发生水土流失的土地利用类型,其严重的水土流失、面源污染和耕层退化现象直接威胁着坡耕地持续利用以及当地粮食安全、生态安全;耕层土壤质量对自然因素和人为耕作活动的影响较为敏感.以南方3个地点紫色土坡耕地耕层土壤质量为研究对象,从土壤属性角度,对比分析了重庆合川、江西兴国、云南楚雄不同耕层垂直深度土壤养分特征、土壤物理性质、土壤水库特征、耕作性能差异性及其形成原因.结果表明:(1)坡耕地耕层土壤有机质表现为云南楚雄(28.80g/kg)＞江西兴国(9.03 g/kg)＞重庆合川(8.80 g/kg);除全钾含量外,土壤全量养分和速效养分的含量表现为云南楚雄＞江西兴国＞重庆合川;坡耕地耕层速效养分垂直分布变化规律基本一致,主要表现为土壤速效养分主要在0-20 cm土层富集,而20-40 cm和40-60 cm土层无显著差异.(2)不同地点紫色土坡耕地耕层土壤物理性质差异明显,以重庆合川坡耕地土壤物理质量最差,表现为土壤砂粒含量＞60％、土壤容重最大(1.43 g/cm3)、土壤总孔隙度(45.97％)和毛管孔隙度(34.36％)最小;从坡耕地耕层土壤物理性质垂直变化特征看,耕作层(0-20 cm)优于心土层(20-40 cm)和底土层(40-60 cm).(3)紫色土坡耕地耕层土壤初始入渗率以江西兴国坡耕地耕层最大(0.32 mm/min),而以重庆合川坡耕地耕层最小(0.19 mm/min):土壤稳定入渗率和平均入渗率均表现为云南楚雄＞重庆合川＞江西兴国;坡耕地耕层土壤最大有效库容以云南楚雄最好(873.311∥hm2),说明云南楚雄紫色土坡耕地耕层土壤具有较好的抵御季节性干旱能力;不同地点坡耕地耕层土壤总库容、死库容、兴利库容、滞洪库容、最大有效库容在垂直方向变化表现为耕作层(0-20 cm)大于心土层(20-40 cm)和底土层(40-60 cm).(4)不同地点紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度和贯入阻力均呈现出相同变化规律,土壤抗剪强度表现为重庆合川(15.39 kg/cm2)＞云南楚雄(14.74 kg/cm2)＞江西兴国(10.66 kg/cm2),而土壤贯入阻力值为重庆合川(424.83 kPa)＞云南楚雄(252.50 kPa)＞江西兴国(188.87 kPa),这种土壤力学性能的变化说明重庆合川紫色土坡耕地耕层土壤具有较好抵抗剪切破坏的能力和较大耕作阻力.上述研究结果可为不同地点紫色土坡耕地耕层土壤质量诊断、坡耕地合理耕层评价提供理论依据和数据支持.

基于2000-2015年MOD17A3数据及各驱动因素数据,辅以地统计学理论,利用趋势分析、Hurst指数及相关分析等方法,剖析秦巴山区近16年植被净初级生产力(NPP)时空变化特征,研究气候变化、土壤类型、地形因子、植被类型及人类活动等对植被NPP的影响.结果表明:秦巴山区植被NPP空间上呈西南高、东北低的分布格局;时间上,近16年呈西北增、东北减的变化特征,在未来呈北部持续性、南部反持续性的发展态势.秦巴山区植被NPP与降雨量和气温呈正相关;暗棕壤、黄壤、紫色土和水稻土4种土壤类型的NPP均值明显高于其他土壤类型;不同植被类型的NPP存在空间分布和变化趋势的差异;NPP的高值主要分布在坡度25° ～50°、海拔500～ 1000 m以及大于2500 m的区域内;人类活动对NPP具有双重扰动性,表现为正向促进,反向抑制.

青枯病是热带亚热带地区普遍发生的一种土传病害,为选配具有优良抗病性和嫁接适用性的茄子砧木杂交组合,该研究对国内外11份茄子栽培种砧用种质进行农业生物学评价和青枯病抗病性鉴定,研究了不同砧用种质对嫁接苗生长的影响.结果表明:供试砧用种质中,果型为卵圆形5份、倒卵形2份、长卵圆4份;幼果颜色紫色7份、淡紫色1份、绿色1份、淡绿色2份;老熟果实颜色均为黄色;种质J14、J15、J16、J17的主茎紫色,其余均为绿色;J61的花瓣白色,其余均为紫色或淡紫色.供试砧木种质与接穗Rf的嫁接成活率均在80％以上,最高达97％.采用苗期伤根-浸根接种法鉴定砧木种质对青枯病的抗病性,有9份砧用种质自根苗表现高抗(HR),病情指数为3.67～12.33,其中6份砧木种质(BC01、BC03、BC04、BC06、J15、J16)嫁接感病接穗后表现抗病(R),病情指数为16.67～21.00.砧用种质能显著改善接穗的生长,其中,BC01、BC03、BC04、BC06、J15、J16的嫁接苗的生物量增长率显著高于其他种质的嫁接苗.综合试验结果显示茄子栽培种砧用种质农业生物学性状表现多样性,可区分为不同生态类型.抗病砧木种质嫁接高感病接穗的防病效果显著,种质BC01、BC03、BC04、BC06、J15、J16高抗青枯病,嫁接高感病品种表现抗青枯病,可作为配制抗青枯病砧木杂交组合的候选亲本.

基于紫色菜园土壤莴笋-白菜-甜玉米轮作4年12季连续定位施钾肥试验,研究不同种类钾肥及用量对重庆地区紫色菜园土上作物产量和土壤微生物群落结构的影响,为该地区作物生产确定合理的施钾技术提供科学依据.结果表明,在施用氮磷肥基础上,不同钾肥处理莴笋、白菜、甜玉米产量均显著提高;从3种作物4年平均产量和钾肥效益看,以单施适量化学钾(K2)、单施适量秸秆钾(M2)和秸秆还田配施少量化学钾(K1+M1)的施钾肥模式对白菜的增产效果好,增产28.05％-30.27％;M2和K1+M1施钾肥模式对莴笋的增产效果较好,增产13.89％和13.81％;K1+M1施钾肥模式对甜玉米的增产效果最好,增产15.10％,表明秸秆还田配施少量化学钾(K1+M1)模式在供试3种作物生产中具有很好的应用前景.不同施钾处理对土壤微生物群落结构及丰度均会产生一定影响,以秸秆还田配施少量化学钾肥(K1+M1)对提高土壤细菌、真菌、革兰氏阳性菌的作用较好,并显著增加土壤微生物总PLFA含量,缓解对土壤微生物生存环境的胁迫,说明K1+M1能为土壤微生物的生长繁育创造有利环境.莴笋、白菜、甜玉米3种作物4年平均产量与土壤细菌、真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌数量间存在显著相关性(P＜0.05),而不同钾肥处理对土壤微生物特征具有一定影响,说明施钾肥可能会调节土壤微生物特征,从而促进作物增产.

紫茎泽兰被列为我国危害最严重的外侵植物,为探索其侵入机制,以四川省凉山州的3种主要土壤—红壤、黄壤和紫色土为研究对象,比较了根际和非根际土壤(距离根系约20 cm)的酶活性及细菌群落.结果表明,尽管土壤类型不同,根际酶活性(过氧化氢酶、酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶)及微生物量碳氮显著高于非根际,说明紫茎泽兰的根系生命活动促进根际微生物生长繁殖,数量增加,活性增强,有益于土壤养分供应,促进紫茎泽兰生长,提高生存竞争优势.在不同类型的土壤中,紫茎泽兰根际细菌的分类单元数和主成分方差比非根际降低或无显著变化,说明紫茎泽兰对土壤细菌群落的影响因土壤而异.3种土壤的优势菌株种类差异极大,根际20种优势细菌中仅链霉菌1(Streptomyces1)为共有菌株,非根际仅有绿弯菌(ChloroflexiKD4-96)为共有菌株,说明紫茎泽兰能在细菌群落不同的土壤上生长,具有极强的适应性.但是,3种土壤的优势细菌均为放线菌门、变形菌门和拟杆菌门,合计占细菌总量的60.69％-78.75％;就同一种土壤而言,根际20种优势细菌中有8-11株与非根际相同.因此,土壤类型是决定细菌群落的主要因素,但因紫茎泽兰入侵而发生一定程度的变化.