目的:探究芡实-小麦轮作对芡实生长、品质及根部土壤环境的影响.方法:通过田间试验,对不同轮作年限下芡实生长指标、种仁产量、抗性淀粉含量进行测定,通过代谢组学分析,检测有机酸类和黄酮类成分的相对含量,并研究根部土壤性质、酶活性和微生物结构的变化.结果:轮作显著提高了芡实的生长指标、种仁产量、抗性淀粉和有机酸及黄酮类成分含量,提升了药材品质.轮作还增加了根部土壤中的有效钾、有效磷、有机质含量和土壤酶活性.轮作处理使乳杆菌属Lactobacillus等有益菌的相对丰度增加,并使镰刀菌属Fusarium等有害菌的相对丰度降低.结论:芡实-小麦轮作能提升土壤营养并改善土壤微生物群落结构,从而有效提高芡实的产量和品质.本研究初步揭示了芡实-小麦轮作种植体系的科学内涵,并为实现芡实优质高产的生态种植模式提供了理论依据.

为研究不同轮作模式对桔梗根际土壤微生物及土壤酶活性的影响,从土壤微生态角度探寻一种无公害防治桔梗连作障碍的方式,以二年生桔梗为试材,采用盆栽试验的方法,以桔梗-桔梗(JG-JG)为对照,研究了桔梗-北沙参(JG-SS)、桔梗-玉米(JG-YM)、桔梗-防风(JG-FF)和桔梗-牛膝(JG-NX)不同轮作模式下对桔梗生长及土壤微生物和土壤酶活性的影响,分析筛选出桔梗的最优轮作模式.研究发现,JG-YM和JG-NX轮作模式下桔梗各生物量指标均优于其他处理;通过不同轮作种植模式对桔梗根际土壤微生物数量的影响研究发现,JG-SS、JG-YM、JG-NX、JG-FF细菌数量高于桔梗连作处理;JG-YM和JG-FF整体放线菌数量变化高于桔梗连作处理;JG-YM和JG-NX真菌数量与桔梗连作处理相比增长最为缓慢.通过不同轮作种植模式对桔梗根际土壤酶活性的影响研究发现,JG-NX的脲酶、蔗糖酶和纤维素酶活性高于其他四种处理.通过测定不同轮作模式下的桔梗生物量、桔梗根际土壤微生物数量和土壤酶活性,表明桔梗与牛膝或玉米轮作种植能改善种植土壤环境,缓解桔梗的连作障碍,可为桔梗的规范化种植奠定基础.

目的:探讨不同轮作方式对北沙参生长、质量及其根腐病发病率的影响,为有效缓解北沙参连作障碍及制订合理栽培制度提供理论依据.方法:于内蒙古赤峰市喀喇沁旗牛家营子镇进行三年大田试验,设置 4 种轮作处理,前茬作物分别为:玉米、牛膝、桔梗和防风.比较各处理北沙参生物量、根腐病发病率、水溶性和醇溶性浸出物含量,并利用UPLC测定 5 种香豆素(补骨脂素、花椒毒素、佛手柑内酯、欧前胡素和异欧前胡素)含量.结果:与玉米或牛膝轮作后,北沙参长势较好,根腐病发病率下降,根中浸出物和 5 种香豆素含量显著提高;而与防风轮作后,北沙参根部长势不佳,有效成分含量较低,根腐病发病情况较严重.结论:与玉米或牛膝轮作后,北沙参的生长及药材质量较好,且根腐病的发生较轻;而与防风轮作后,北沙参的长势和质量较差,表明防风不宜作为北沙参的前茬作物.

[目的]黄淮海平原小麦玉米生产区主要实行冬小麦-夏玉米轮作种植模式.砂质潮土是广泛分布于黄淮海地区的土壤,属性和衍生障碍较多,包括结构性较差、蓄水保肥能力较弱等.为了提高肥料利用率、改善土壤肥力,综合实现作物产量提升和品质优化,筛选了一株多功能促生菌,并在该轮作体系验证其广谱促生效应.[方法]从玉米根际砂质潮土中筛选多功能促生菌,测定其产吲哚乙酸(IAA)、溶有机磷、解钾能力.通过形态学、生理生化及 16S rDNA序列分析方法对其种属进行鉴定.摇瓶条件下探究其产IAA的最适条件,通过玉米盆栽验证其促生能力,通过冬小麦-夏玉米大田试验验证其在轮作体系中的广谱性增产效果.[结果](1)试验筛选得到一株命名为YM3 的多功能根际促生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),其产IAA能力达到59.21 mg/L、解有机磷能力达到 0.72 mg/L、解钾能力达到 18.56 mg/L.当装液量为 25 mL/250 mL,pH 6-8 范围内,分别以麦芽糖、蛋白胨为碳、氮源时,YM3 产IAA能力最佳.(2)玉米盆栽试验结果可见,与接种灭活菌相比,接种YM3 菌水剂的土壤IAA、速效磷、速效钾含量分别显著提高 75.00%、48.66%、20.00%.玉米幼苗的根长、根表面积、根体积、根尖数、根分枝数分别显著增加 67.95%、59.21%、51.13%、71.34%、92.06%.玉米植株的鲜重、株高、相对叶绿素含量、全氮、全磷、全钾分别显著提高了39.86%、23.51%、18.27%、17.68%、52.26%和 36.53%.(3)小麦玉米轮作大田试验结果表明,接种YM3 菌剂的小麦大田土壤有效氮、速效磷、速效钾分别显著增加了 9.08%、13.78%、16.66%,增产率达到 42.18%.玉米大田土壤速效磷和速效钾含量分别显著增加了 19.18%和 15.95%,增产率达到 13.22%.[结论]筛选得到的枯草芽孢杆菌YM3 菌株兼具产IAA、溶有机磷、解钾功能,在黄淮海平原小麦玉米轮作体系土壤中适应性强,广谱性强,能够提升砂质潮土土壤肥力,提高冬小麦-夏玉米轮作体系的产量.

为明确不同水旱轮作模式对川西平原旱作季杂草群落特征的影响,从而为旱作季杂草的高效防控提供理论依据.基于大蒜-水稻(GR)、小麦-水稻(WR)、蚕豆-水稻(BR)、油菜-水稻(RR)和马铃薯-水稻(PR)五种水旱轮作的长期定位试验,在 2022年旱季采用生态学方法探究了不同水旱轮作模式下旱作季农田杂草种类、密度、株高、生物量等杂草群落结构和物种多样性特征.结果表明:(1)五种轮作模式下杂草田间密度表现为WR＞BR＞RR＞GR＞PR,生物量表现为WR＞BR＞GR＞RR＞PR,物种多样性表现为GR＞BR＞RR＞PR＞WR,物种均匀度表现为GR＞PR＞BR＞RR＞WR,群落优势度表现为WR＞PR＞RR＞BR＞GR,表明GR杂草群落稳定性最高,WR杂草群落稳定性最低且优势物种发生危害的程度最高,RR的杂草种类数少且不易发生危害;(2)五种水旱轮作模式杂草群落相似性较高,相似性指数在 0.69-0.84 之间,WR杂草生活型以一年生单子叶杂草为主,其余四种模式以一年生双子叶杂草为主;(3)WR优势杂草种类最少,为禾本科棒头草(Polypogon fugax Nees ex Steud),其重要值为 59.53%;BR优势杂草种类最多,为棒头草、蔊菜(Rorippa indica(L.)Hiern)、毛茛(Ranunculus japonicus Thunb)和通泉草(Mazus japonicus(Thunb.)O.Kuntze);GR优势杂草为苣荬菜(Sonchus wightianus DC)和猪殃殃(Galium spurium L);RR和PR优势杂草均为三种,都包括为棒头草和蔊菜.因此,以确保旱作季杂草能得到有效控制,不同水旱轮作模式应制定不同的杂草防控措施.GR和PR应重点控制以猪殃殃为代表的双子叶杂草,WR应着重控制以棒头草等为代表的单子叶杂草,BR和RR应注重繁殖力强的单双子叶杂草的综合防治.

目的:探明党参连作与轮作对根际土壤微生物群落组成的影响,为缓解党参连作障碍提供基础研究.方法:设置党参连作、马铃薯-党参轮作、玉米-党参轮作3个处理,测定党参的相关生长指标,并利用高通量测序技术,研究连作和轮作对党参根际土壤微生物多样性的影响.结果:与连作组相比,轮作组党参的根长、根粗、地下部分鲜重和干重以及根部产量均显著提高(P＜0.05),轮作组根际土壤细菌群落OTU数目、丰富度指数Chao1和多样性指数Shannon也显著提高.连作组根际土壤细菌优势属种类比例均少于轮作组,但真菌特有OTU数量高于轮作组.党参连作与轮作土壤细菌在门分类水平上群落组成相对固定,变形菌门Proteobacteria、酸杆菌门Acidobacteria是党参轮作组根际土壤优势菌群,酸杆菌门、变形菌门、拟杆菌门Bacteroidetes为党参连作组根际土壤优势菌群.子囊菌门Ascomycota、担子菌门Basidiomycota为根际土壤真菌中的优势菌群;在属分类水平,连作组未分类的子囊菌及镰刀菌属的相对丰度高于轮作组.结论:与连作相比,轮作能够提高党参的生长指标和产量,增加根际细菌土壤微生物多样性,减少病原真菌种类,玉米-党参轮作模式相关指标优于马铃薯-党参轮作,能有效缓解连作障碍.

农田温室气体减排已成为农业绿色发展的重要内容,驱动温室气体氧化亚氮(N2O)产生的氨氧化微生物受到了研究者们的广泛关注.为探究轮作模式对土壤氨氧化微生物群落的影响,基于田间定位试验,研究了夏红小豆-冬小麦、夏绿豆-冬小麦、夏花生-冬小麦、夏大豆-冬小麦和夏玉米-冬小麦5种轮作模式中冬小麦根际和非根际土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落组成和多样性变化特征.结果表明:与夏玉米-冬小麦模式相比,豆禾轮作模式增加了根际土中有机碳和硝态氮含量,以及非根际土中全氮和铵态氮含量.豆禾轮作模式降低了非根际土壤中AOA群落的ACE指数和Chao1指数,并显著降低根际土中AOB群落的ACE指数和Chao1指数(P＜0.05).豆禾轮作显著增加AOA群落中泉古菌门(Crenarchaeota)和AOB群落中变形菌门(Proteobacteria)某些类群的相对丰度(P＜0.05).根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOA群落结构发生明显分离,而非根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOB群落发生分离(P＜0.05).研究结果表明:豆禾轮作种植改变了 AOA和AOB的群落结构和多样性,土壤pH值和速效氮含量是驱动AOA和AOB群落结构变化的重要因子,且根际与非根际土壤中氨氧化微生物存在生态位分离.

[背景]土壤真菌主导田间秸秆腐解的过程,秸秆还田配施有机肥可为真菌提供良好的营养物质.[目的]研究麦玉轮作模式下长期秸秆还田配施有机肥对麦田土壤真菌多样性的影响.[方法]依托山西南部麦玉轮作区长达 14 年的秸秆还田和施有机肥长期定位试验,采用高通量测序开展土壤真菌群落结构和多样性对不施肥+秸秆清茬(CK)、氮磷化肥+秸秆清茬(NP)、氮磷化肥+秸秆还田(SNP)、氮磷化肥+有机肥+秸秆清茬(NPM)及氮磷化肥+秸秆还田+有机肥(SNPM)的响应差异研究.[结果]秸秆还田和施有机肥处理组的物种丰富度指数、Chao1 指数和ACE指数均高于CK.5 个处理共产生 953 个分类操作单元(operational taxonomic units,OTU),CK、NP、NPM、SNP和SNPM分别具有 398、451、472、462 和 440 个OTU.在门水平上共检测出 9 个菌门,其中子囊菌门(Ascomycota)、毛霉门(Mucoromycota)和担子菌门(Basidiomycota)为 3 个主要菌门,各处理中所占丰度差异显著;在属水平上共检测出 262 个真菌属,其中 CK丰度较高的 3 个属为柄孢壳菌属(Podospora)18.85%、被孢霉属(Mortierella)16.67%和镰刀菌属(Fusarium)7.77%;NP、NPM、SNP和SNPM丰度较高的前 3 个相同属均为Dendrostilbella、毛葡孢属(Botryotrichum)和被孢霉属(Mortierella),但相对丰度值存在差异.由聚类分析可知,NPM 和 SNPM 群落组成相似度高,归为一类,而CK、NP、SNP各独立为一类.与环境因子间冗余分析发现,TN含量是影响土壤真菌群落结构的关键因子,也受速效磷、pH、速效钾、碱解氮和全磷等环境指标影响.[结论]长期秸秆还田和施有机肥改变了小麦土壤真菌种群结构和多样性.

人类活动的不断加剧使得土壤生态系统承受着环境干扰压力.土壤微生物受到环境干扰的响应程度(抵抗力)及恢复至原来状态的能力(恢复力)决定着土壤生态系统的可持续性.梳理和总结了土壤微生物群落对环境干扰的抵抗力和恢复力方面的研究进展.首先,在介绍土壤微生物群落抵抗力和恢复力概念的基础上,阐述了通过评估微生物群落的结构和功能的变化来系统表征抵抗力和恢复力;随后,分析了最近十年(2012—2021年)有关文献,发现土壤微生物群落的结构和(或)功能在环境干扰后的恢复力总体较弱,但耕作、有机物料添加和轮作等农田管理措施下的响应趋势表现出一定的规律性;继而,从个体水平的休眠和胁迫忍耐、种群水平的生存策略、群落水平的多样性和相互作用以及生态系统水平的历史遗留效应等方面分析了土壤微生物群落抵抗力和恢复力的维持机制;最后,从功能性状、多功能性和植物-土壤微生物整体性对未来研究做出了展望,以期为构建土壤健康评价体系及预测环境干扰对土壤功能的影响提供科学依据.

土壤微生物组在养分循环和土壤生态系统功能的维持中具有至关重要的作用.氮素是植物生长过程中关键的限制性营养元素,而大气中的非活性氮却无法被植物直接吸收利用.我国农业主要通过施加尿素补充土壤氮素营养,提升作物产量.细菌和真菌是土壤微生物组的重要类群,土壤细菌与真菌群落结构对尿素添加的响应近年来备受重视并被深入研究,本文综述了施用尿素对土壤细菌与真菌多样性的影响及其机理的研究进展.大量研究表明,施用尿素通过影响土壤和植物调节土壤细菌与真菌多样性和组成;施用尿素降低农田(除水稻田、水稻-小麦田)土壤细菌多样性的阈值为200 kg N·ha-1·yr-1,小麦田土壤真菌多样性降低的阈值低于细菌多样性阈值,水稻田或水稻-小麦轮作田土壤细菌多样性对尿素响应的阈值要高于其他农田类型;施用尿素增加富营养类群细菌,减少寡营养细菌类群,增加腐生真菌与病原真菌的相对多度,降低菌根真菌的相对多度.展望土壤微生物组的进一步研究,强调未来研究要多关注土壤中食物网的重要性,并指出设计平行引物及利用多组学方法研究土壤微生物是未来研究的重点之一.