东北作为我国重要农产品基地,其黑土有机质含量可达普通土壤的十倍.近年来由于过度的开发与利用,导致黑土质量下降,因此研究农田防护林对土壤质量的改善具有战略意义.为探讨农田防护林对黑土质量的改善效果,以不同林龄(Y1:林龄是1 a的小黑杨;Y5:林龄是5 a的小黑杨;Y6:林龄是6 a的小黑杨;Y8:林龄是8 a的小黑杨)小黑杨林下土壤为研究对象,通过测定小黑杨防护林样地的土壤理化性质,分析不同林龄小黑杨林下土壤理化性质的差异,并通过最小数据集方法对林下土壤质量进行评价.结果显示:(1)不同林龄土壤质地为:Y1:砂质土壤;Y5:壤土;Y6:粉砂质土壤;Y8:粉砂质土壤.(2)土壤透气保水性随林龄增长向良性方向演化,表层土壤容重由1.33 g/cm3减小到1.17 g/cm3,不同土层间差异不显著,且土壤物理指标与树木生长量及其他土壤因子具有较强的相关性.(3)土壤pH随林龄减小,随土层呈波动性变化,范围在6.19-6.58之间.土壤养分随林龄呈波动性变化,垂直变化差异显著,除速效钾外均富集在表层,各土壤养分元素之间相关性较弱.(4)土壤微量元素有效态含量在不同林龄及土层均差异显著,且各元素之间相关性较强.(5)基于最小数据集的构建发现,影响不同林龄小黑杨土壤质量的最小数据集指标包括全氮、全钾、饱和持水量、速效磷、钙、锰,经总数据集验证所构建的最小数据集可体现小黑杨林下土壤质量有效信息.(6)小黑杨不同林龄土壤质量指数介于0.358-0.667,土壤质量综合得分排名为Y8＞Y6＞Y5＞Y1.基于以上发现,小黑杨作为农田防护林对黑土区土壤质量改善效果明显,土壤保水透气性显著提升,土壤化学养分及微量元素含量部分提高,且不同林龄小黑杨对养分的循环利用效果差异显著.为实现黑土资源的合理利用,本研究建议随防护林林龄增加,更改林下套种作物以提高土壤质量及作物产量,为幼龄防护林对黑土区耕地的可持续利用提供科学依据.

根际是药用植物-土壤间物质交换的重要场所.根系分泌物是植物与土壤之间物质与信号交流的"媒介",是调控根际微生态的关键因素,根际微生物是药用植物根际微生态的重要组成部分,根系分泌物与根际微生物之间的相互作用对药用植物生长及品质形成具有重要影响.合理利用药用植物根际分泌物与根际微生物的相互作用关系,是保证药用植物健康生长,促进中药材生态种植产业发展的重要途径之一.该文总结了近年来药用植物根系分泌物与根际微生物研究现状,分析了药用植物根系分泌物与根际微生物之间的相互作用机制及根际微生物对药用植物生长的影响,阐释了间作套种生态种植模式对药用植物根际微生态及中药材品质提升的优势和促进作用,为药用植物-微生物-土壤相互作用研究奠定了良好基础,对药用植物生态种植和资源可持续利用具有重要的理论和现实意义.

为探究喀斯特地区间套种核桃对根际土壤养分及微生态环境的影响,该研究以桂西北喀斯特地区间套种核桃-桑树(H-SS)、核桃-十大功劳(H-SD)、核桃-玉米(H-YM)以及核桃单种(H-D)的核桃根际和非根际土壤为试验对象,基于室内化学实验和Illumina Miseq PE300高通量测序技术,分析不同种植模式下核桃根际与非根际土壤理化性质和微生物特征.结果表明:(1)不同模式核桃根际土壤对全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、速效磷(AP)、土壤有机碳(SOC)和交换性钙主要表现为不同程度的富集作用,对速效氮(AN)有亏缺现象.H-SS对TN、TP和SOC富集作用明显,H-YM富集AP、速效钾(AK)和交换性钙的效果最佳.(2)蔗糖酶活性、微生物量碳、氮及细菌均出现明显的根际效应,H-YM的蔗糖酶活性、磷酸酶活性和微生物量碳最高,但间套种模式降低了微生物量氮和细菌的根际效应.(3)3种间套种模式下根际土壤细菌Shannon指数均高于核桃单种.(4)根际土壤微生物多样性主要受养分影响,非根际主要受酶活性影响.综上认为,间套种能够提高根际养分富集率、增强土壤酶活性、促进微生物增殖.此中,H-SS根际土壤对TN、TP和SOC的富集作用明显,其土壤细菌含量也最高;H-YM根际土壤富集AP、AK和交换性钙的效果更佳.在实际生产中可根据当地经营习俗选择桑树或玉米进行间套种.

为探明施用有机肥和套种对红心火龙果(Hylocereus costaricensis)种植的优势机理,以干热区红心火龙果园为研究对象,探索有机肥施用量(F0:0 t·hm-2和F20:20 t·hm-2)和套种方式(MP:单种火龙果,IP:火龙果套种花生(Arachis hypogaea)和IS:火龙果套种大豆(Glycine max))对土壤微生物数量、微生物生物量、酶活性以及红心火龙果产量、品质的影响,并分析产量、品质与土壤微生物特性之间的关系.结果表明:与F0处理相比,F20处理显著增加土壤细菌、真菌、放线菌数量和微生物生物量碳、氮、磷,增加土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性,提高红心火龙果产量和品质.在F0和F20条件下,相比于MP处理,IP和IS处理明显增加土壤微生物数量、微生物生物量氮以及蔗糖酶和脲酶活性;而IP和IS处理仅在F20条件下显著提高土壤微生物生物量碳、磷和酸性磷酸酶活性.套种能显著提高红心火龙果的产量,在F0条件下IP和IS处理分别比MP处理增加产量48.48％和42.20％,在F20条件下分别增加25.37％和29.82％.IP和IS处理在F0条件下显著增加可溶性糖和维生素C含量,在F20条件下显著提高维生素C、可溶性固形物和蛋白质含量.相关分析表明,除可溶性糖含量与土壤过氧化氢酶活性的相关性不显著外,产量、品质与土壤微生物数量、微生物生物量和酶活性呈显著正相关.因此,施用有机肥和套种花生或大豆可增强干热区红心火龙果土壤微生物活性,进而提高产量和改善果实品质.

中药多种植在自然环境条件适宜而地形复杂的山区,种植地块分布零散,传统调查方法很难获得准确的种植面积.通过研究基于遥感的中药材种植面积提取方法,为中药资源保护和利用提供决策支持有着至关重要的意义.该文以安徽省宁国市前胡种植为例,分别以30 m分辨率的Landsat-8和16 m分辨率的国产“高分一号”(GF-1)多光谱遥感影像为数据源,首先利用前胡在不同时相的影像光谱特征变化来提取宁国市耕地中的前胡种植区域,其次利用与前胡套种的山核桃幼林的纹理和光谱特征来提取宁国市林地中的前胡种植区域.结果表明:利用30 m和16m空间分辨率影像提取的前胡种植面积分别为25 635.43,24 585.43亩(1亩≈667 m2).与统计数据相比,16 m分辨率影像提取的结果精度较高.

以四种不同林分类型的林下种植多花黄精为研究对象,探讨了超声波辅助提取多花黄精总黄酮的提取条件,分析了多花黄精总黄酮的含量变化,并对多花黄精总黄酮的羟基自由基清除能力和牛血清白蛋白结合效应进行了评价.结果表明,多花黄精总黄酮的适宜提取条件为:超声功率250 W、乙醇体积分数70％、超声提取时间20 min、料液比1:20(g∶ mL).在此优化提取条件下,测得毛竹林下套种多花黄精的总黄酮含量最高,为(10.30 ±0.05) mg/g;天然阔叶林、杉木林、人工阔叶林的多花黄精总黄酮含量依次为(5.11 ±0.06)、(5.00±o.03)、(5.00±0.05) mg/g.多花黄精总黄酮对羟基自由基的清除率达到89.38％;对牛血清白蛋白具有一定的荧光淬灭活性,与BSA结合作用的指数方程为y=1647 e-0.242x(R=0.9969).

以大花生品种早熟型‘山花108’和晚熟型‘780-15’为试验材料,设置小麦3种行距配置(25 cm、30 cm、大小行40 cm+20 cm)和2种花生种植方式(麦套、夏直播),探讨不同种植模式对夏花生产量构成、光合特性、抗氧化活性和干物质积累与分配的调控作用.结果表明:适当扩大小麦行距、相同平均行距下选用大小行种植,可提高套种花生荚果产量和籽仁产量,增大叶面积指数和干物质积累量,增强光合能力,同时提高超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性,降低丙二醛含量.麦套花生产量高于夏直播花生并且以大小行处理产量最高.与小麦行距30 cm相比,大小行处理山花108和780-15两品种花生荚果产量和籽仁产量分别提高6.3％、13.3％和7.7％、16.5％.表明大小行种植有助于扩大光合面积,提高净光合速率,增加干物质积累量,同时缓解花生植株个体与群体间的矛盾,延缓衰老,从而提高麦套花生产量.

碳汇林能够固定大气二氧化碳,在缓解全球变暖中起着重要的作用,研究南亚热带地区不同造林模式碳汇林土壤碳的累积,有助于为不同造林模式的碳汇林土壤碳汇功能评价提供科学依据.采用单因素随机区组设计,对立地条件基本一致的研究区采用新造林(Ⅰ)、封山育林(Ⅱ)和补植套种(Ⅲ)3种造林模式进行碳汇造林,从而研究不同造林模式土壤碳积累与碳汇功能.结果表明:碳汇造林5年期间,土壤全碳含量差异显著,不同造林模式0-20 cm土壤层碳含量差异显著(P＜0.05),其变化幅度最大,介于(-0.861± 1.893)-(3.021± 1.577)g C/kg之间.经过接近5年的碳汇造林,不同造林模式0-60 cm土壤层碳储量变化量介于(-2.233±3.540)-(8.670±2.342) Mg C/hm2之间,其中新造林(Ⅰ)与补植套种(iⅢ)土壤碳储量变化量差异极显著(P＜0.01);碳汇造林5年,土壤碳储量显著增加,各造林模式土壤碳汇量由大到小依次为Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ,封山育林(Ⅱ)和补植套种(Ⅲ)的土壤碳汇效益显著.采取新造林模式的初始5年,不利于土壤的碳积累,而采取补植套种模式既有利于土壤碳固定,也有利于土壤碳的积累.

为实现对土地资源的合理利用,降低田间管理成本,从化感角度出发,对构建米槁-绿壳砂林药间作系统的可行性进行评价,为米槁林下作物套种提供理论支撑.本研究设置不同浓度的米槁果皮与叶片水浸提液处理绿壳砂种子和幼苗,观察其对绿壳砂的化感影响.结果 表明:果皮与叶片高浓度水浸提液对绿壳砂种子有显著抑制作用(50 mg·mL-1),绿壳砂的总生物量与苗高随着米槁果皮与叶片水浸提液浓度的增加,总体呈现出低促高抑的现象;米槁果皮水浸提液处理下,可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量、MDA含量显著下降,可溶性糖含量、土壤多酚氧化酶活性、脲酶活性显著上升;米槁叶片水浸提液处理下,MDA含量、SOD活性、脲酶活性显著上升,游离脯氨酸含量显著下降;采用GC-MS法从米槁果皮和叶片鉴定出92个化合物,其中7个与米槁的化感作用关系密切;米槁果皮与叶片对绿壳砂幼苗存在一定化感作用,但化感作用最强部位(果皮)不会在林下大量堆积;在米槁田间管理中及时清理米槁林下落果、落叶等凋落物,在米槁林下套种绿壳砂时采取幼苗移栽法,构建米槁-绿壳林药间作经营体系具有一定现实可行性.

通过研究掌叶覆盆子套种对栗林土壤细菌群落结构及多样性的影响,为科学评价该种植模式的生态风险提供科学依据.采集不同掌叶覆盆子套种密度(0、100和400株/亩)栗林土样,进行土壤主要化学指标及土壤细菌类群测定与分析.结果表明:不同模式间板栗林土壤细菌组成较一致,变形菌门(31.20％)与酸杆菌门(29.70％)为最多门类细菌.套种掌叶覆盆子后,土壤细菌Chao1指数显著提高,而Simpson指数显著提高,土壤细菌优势度增加,但多样性下降.套种和套种密度对土壤细菌群落的影响分别主要表现在门水平与目水平.板栗林套种掌叶覆盆子后,土壤有机质含量、全氮含量、水解性氮含量、有效磷含量、全磷含量显著增加.而土壤钾元素随套种密度提升呈现显著下降趋势.土壤理化性质的改变在一定程度上解释板栗-掌叶覆盆子模式中细菌群落结构变化,其中酸杆菌门、酸杆菌目与土壤氮含量变化相关性最大,绿弯菌门的大幅度减少可能同土壤中有机质增加有关.