生物炭-蚯蚓原位对设施番茄根际微生物和果实代谢的影响

为改善设施番茄过量施用化肥、品质和产量下降等问题,采用不同土壤改良措施,以‘粉宴1号’番茄为试验材料,设置空白对照(CK)、生物炭(B)、蚯蚓原位(V)、生物炭+蚯蚓原位(BV)4个处理,研究番茄生长发育过程中根区土壤理化性质和土壤根际微生物的变化以及番茄盛果期果实产量和品质的差异,解析不同处理果实代谢物组成的差异。结果表明:BV处理显著提高了土壤速效氮、速效磷和速效钾含量,与CK相比分别提高174.00%、7.44%和45.00%;BV处理显著提高了蔗糖酶活性比CK提高62.02%,V处理显著提高脲酶活性,较CK提高39.72%。BV处理显著提高了土壤细菌Simpson指数,V处理显著提高了土壤真菌Ace、Chao1指数;B处理明显改变了土壤细菌相对丰富占比,其中变形菌门增加最多(45.48%),酸杆菌门和芽单孢菌门降低幅度最大,分别为14.90%和25.70%;对于土壤真菌,B处理中子囊菌门相对丰度最高,提升了15.90%,V处理油壶菌门提升最高,为7.24%,罗兹菌门提升次之,为3.11%。同时,各处理可以显著提高果实产量和品质,BV处理的番茄产量最高、品质最好,表现为其生物量、果实产量、可溶性固形物含量、Vc含量、有机酸含量最高;V处理的番茄果实差异代谢物种类最多,与对照相比差异最大,所得的差异物代谢通路最多。

有机物料与柠檬酸配施对土壤特性及草莓品质和产量的影响

为研究不同有机物料配施柠檬酸对土壤理化性质和草莓质量的影响,为提高草莓质量及优化设施农田施肥措施提供科学指导。以草莓红颜为试验材料,采用4种有机物料处理[对照(CK)、生物炭(SB)、蚯蚓原位处理(SW)和蚯蚓-生物炭原位处理(BW)]和2种柠檬酸浓度处理[0 mmol/L(L0)和5 mmol/L(L1)],共8个处理,分析各处理对设施草莓土壤理化性质、酶活性、植株养分、品质及产量的影响。结果表明,施用有机物料均极显著提高了土壤速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷和有机质含量,并极显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性,同时也能促进植株生长与叶片的光合作用,增加草莓果实中可溶性糖、可溶性固形物、维生素C含量。经过隶属函数分析,得出各个处理的排序为L1BW处理>L1SW处理>L0BW处理>L0SW处理>L0SB处理>L1SB处理>L1CK处理>L0CK处理,其中L1BW处理的得分最高。因此可见,施用柠檬酸、生物炭和蚯蚓原位处理均可对草莓生长、产量品质及土壤理化性质等产生良好效果,其中以柠檬酸+蚯蚓-生物炭原位处理的综合效果最佳。

秸秆降解复合菌系的鉴定及其菌剂应用效果

[目的]防止秸秆资源浪费,解决秸秆降解问题,探究微生物降解条件下秸秆降解效率。[方法]通过富集驯化培养,从腐熟好的秸秆堆肥中筛选具有降解能力的菌株,构建出具有降解能力的复合菌系ZM-10,对其进行16S rDNA测序,确定系统发育地位。以液体摇瓶发酵产滤纸酶活性(FPA)变化为评价依据,设置单因素试验优化复合菌系ZM-10的产纤维素酶条件及固态菌剂发酵条件,制备出降解效率最佳的发酵菌剂,用于小白菜盆栽试验。[结果]组成复合菌系ZM-10的菌株分别为枸橼酸杆菌(Citrobacter cronae)、芽孢杆菌属(Bacillus velezensis)、台湾假单胞菌(Pseudomonas taiwanensis)、臭苣苔属菌(Myroides odoratus)、克雷伯氏菌属(Klebsiella sp.)。复合菌系ZM-10固态最佳发酵条件包括:培养基配方为玉米秸秆粉4.00 g、麦麸2.67 g、花生片粉2.67 g、豆粕2.67 g,最佳外加碳源为0.3%乳糖,最佳外加氮源为0.3%蛋白胨,最适培养条件为接种量24%、干燥温度60℃、发酵时间6 d,固态菌剂最适载体为生物炭,最佳负载量m(生物炭)∶m(复合菌液)为1∶1.375。盆栽试验表明,施用复合菌剂的处理下小白菜的株高、叶面积、根冠比、Vc含量、可溶性固形物含量等指标均高于对照。[结论]本试验成功构建了高效降解秸秆的复合菌系ZM-10及菌剂,并验证了菌剂对小白菜生长发育的积极影响,为解决秸秆资源浪费和作物生产效率提供了新思路。

蚯蚓原位堆肥与不同比例生物炭对基质理化性质及番茄品质的作用研究

设施园艺生产中传统基质品类繁多,养分组成复杂,而生物炭与蚯蚓原位堆肥养分充足,更易大范围投入标准化生产。据此,本研究以番茄品种粉得力为试材,设置蚯蚓原位堆肥(CK)、蚯蚓原位堆肥+1%生物炭(C1)、蚯蚓原位堆肥+2%生物炭(C2)、蚯蚓原位堆肥+3%生物炭(C3)、蚯蚓原位堆肥+5%生物炭(C4)、蚯蚓原位堆肥+10%生物炭(C5)共6个处理,探究不同比例生物炭对蚯蚓原位堆肥理化和微生物特性、番茄品质和产量的影响。结果表明,生物炭的施用整体显著提高了蚯蚓原位堆肥的养分含量和酶活性。生物炭对真菌群落多样性无显著影响,而显著提高了细菌群落多样性(P<0.05)。在细菌群落中,放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和厚壁菌门(Firmicutes)为优势菌门。生物炭提高了绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度,降低了变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度。在真菌群落中,较大的优势菌门为子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉菌门(Mortierellomycota)和罗兹菌门(Rozellomycota)。子囊菌门(Ascomycota)在各处理中的的相对丰度均大于48%。生物炭降低了被孢霉菌门(Mortierellomycota)的相对丰度。冗余分析(RDA)结果表明,速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)是生物炭影响微生物群落形成和演化的主要驱动因素。此外,生物炭提高了番茄的产量和品质,以C3处理的番茄产量最高,较CK显著增加36.26%;可溶性固形物和可溶性糖含量分别较CK显著增加0.40和3.92个百分点。番茄果实代谢研究结果表明,生物炭的施用产生了L-丝氨酸、L-谷氨酰胺等16种差异代谢物和氨酰tRNA、ABC转运蛋白等5条显著富集的代谢通路,这些差异代谢物和代谢通路可能是生物炭影响番茄果实品质变化的关键因素。综上,生物炭能够切实改良蚯蚓原位堆肥,提高番茄产量和品质。本研究结果为蚯蚓原位堆肥配施生物炭应用于番茄生产提供了理论依据。

蚯蚓粪与脱硫石膏配施对设施黄瓜连作障碍的效应研究

为研究不同土壤改良剂对设施黄瓜(Cucumis sativus L.Del 99)连作障碍的影响,本试验于2018—2020年在宁夏园艺产业园区内进行,设置对照组(CK)、蚯蚓粪(V)、脱硫石膏(G)及蚯蚓粪与脱硫石膏配施(G+V)处理,探究不同处理对土壤物理性质、土壤酶活性、土壤微生物群落分布、黄瓜品质及产量的影响,并将其纳入土壤质量指数(SQI),进行拟合分析。结果表明,与对照相比,蚯蚓粪与脱硫石膏配施(G+V)能降低北方地区连作土壤的pH值,增加土壤电导率(EC)、有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量。蚯蚓粪配施脱硫石膏的细菌门、属群落丰富度最高,且放线菌门(Actinobacteria)比例随种植年限增加而增加。连续种植四茬后,施加各改良剂均能显著增加黄瓜产量,相较于对照组以蚯蚓粪+脱硫石膏配施(G+V)处理增幅较高,各茬相比于对照组分别增加19.81%、31.47%、11.36%、14.98%。相关分析结果显示,土壤综合质量指数(SQI)与黄瓜产量呈显著正相关关系。综上,蚯蚓粪与脱硫石膏(G+V)配施能够协同改善设施连作土壤综合质量指数,提升设施黄瓜产量。本研究结果为我国北方地区设施蔬菜的可持续生产和设施连作障碍的改善提供了理论参考。

蚯蚓原位堆肥提升番茄连作土壤质量研究

目的】连作障碍引起的土壤质量劣变是制约种植业可持续发展的瓶颈问题之一。已有研究表明蚯蚓腐熟粪肥能有效提升连作障碍土壤质量。本研究比较了蚯蚓原位腐熟粪肥和使用异地腐熟粪肥对提高土壤理化和生物学性状的效果,以提出高效可行的蚯蚓堆肥施用模式。【方法】田间试验在宁夏连续种植5年番茄的温室内进行,供试番茄品种为‘粉宴1号’。试验以施用尿素0.69 t/hm^(2)为对照(CK),设置了蚯蚓粪肥异位堆肥(将蚯蚓消解腐熟的牛粪有机肥130.4 t/hm^(2)均匀铺在垄上,T1)和原位堆肥(将牛粪179.4 t/hm^(2)和蚯蚓1.76 t/hm^(2)均匀铺在垄上,T2)处理,共3个等氮处理。异位堆肥处理为每季施用蚯蚓腐熟的粪肥;原位堆肥处理为只在试验开始时引入蚯蚓,之后只施加牛粪。在连续种植3年后,在番茄盛果期测定土壤理化性质、微生物多样性和代谢功能。【结果】1)两个蚯蚓粪处理(T1和T2)的土壤pH和电导率(EC)值均显著低于CK;T2处理的土壤pH和EC值在前两茬显著低于T1,而在第三茬与T1差异不显著;在连续3个茬口,土壤全氮、全磷、全钾、总碳、有效氮和速效钾含量均呈T2>T1>CK的趋势(P<0.05)。2)从土壤微生物多样性指数(OTUs数量、Chao1指数和Shannon指数)看,T1处理在第一茬与CK没有显著差异,从第二茬起显著高于CK,而T2处理从第一茬起即显著高于CK,且在第三茬显著高于T1 (P<0.05);3个处理的Simpson指数无显著性差异。3)相较于CK,T1和T2处理的变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和硝化螺旋菌门均显著增加,而酸杆菌门和拟杆菌门显著降低;相较于CK和T1处理,T2处理显著增加了绿弯菌门、芽单胞菌门的相对丰度。4)土壤中全碳、全氮、全磷、全钾、有效氮、速效钾含量与微生物多样性指数和优势度指数之间存在显著正相关关系。【结论】相较于蚯蚓异位堆肥,蚯蚓原位堆肥在提高土壤肥力和增加土壤微生物多样性方面更有效。此外,蚯蚓原位堆肥处理增加了绿弯菌门、芽单胞菌门的相对丰度,降低了与连作障碍相关酸杆菌门和拟杆菌门的数量,因而缓解连作障碍的效果更佳。因此,在实际生产中,推荐使用蚯蚓原位堆肥方法。

不同基质栽培对日光温室番茄品质产量及经济效益的影响

以普罗旺斯番茄为试材,以传统土培方法为对照,采用常规栽培基质、纯蚯蚓粪、种养结合的方法,利用槽培方式进行田间试验,研究了不同基质栽培对日光温室番茄品质、产量和经济效益的影响,以期为设施番茄无土栽培低成本化、高产化、优质化提供参考依据。结果表明:蚯蚓原位堆肥处理的速效钾、全氮、速效氮、全磷、速效磷含量分别为748.07 mg·kg^(-1)、7.27 g·kg^(-1)、70.80 mg·kg^(-1)、5.06 g·kg^(-1)、577.04 mg·kg^(-1),均显著高于其它处理,磷酸酶、蔗糖酶、脲酶活性分别比传统土培提高了159.85%、600.95%、284.17%;蚯蚓原位堆肥的番茄品质最优,维生素C、可溶性糖、可溶性固形物、有机酸含量分别比传统土培提高了2.13%、150.98%、122.39%、75.35%,硝酸盐含量降低了70.32%;蚯蚓原位堆肥667 m^(2)产量最高,为6142.67 kg,经济效益最好。蚯蚓堆肥对于作物的生长发育及品质产量的提升具有显著影响,可作为环保、成本低廉的栽培基质推广使用。

不同物料配施对微咸水灌溉黄瓜土壤质量及产量的影响

针对中国北方地区淡水资源短缺,微咸水代替淡水长期灌溉而引发的盐渍化土壤改良问题,该研究以黄瓜“德尔99”为试材,通过连续四茬(2018—2020年)定位试验,探究了土壤增施蚯蚓堆肥(W)、脱硫石膏(DG)或二者配施(DG+W)对微咸水灌溉下土壤理化性质、微生物群落及黄瓜产量的影响,并将其纳入土壤质量指数(Soil Quality Index,SQI),与黄瓜产量进行拟合分析。结果表明:1)施用脱硫石膏+蚯蚓堆肥处理可显著提升土壤速效氮、速效磷、速效钾和有机质含量,与比未处理土壤(CK)相比分别增加了61.63%、23.46%、55.35%和55.45%,可显著降低土壤的pH值和土壤电导率(Electrical Conductivity,EC)(P<0.05);2)施用脱硫石膏+蚯蚓堆肥处理的Chao1指数、Sobs指数和Shannon指数显著高于CK,土壤微生物多样性显著提高;3)连续种植四茬后,脱硫石膏+蚯蚓堆肥配施处理的黄瓜产量与对照(CK)相比,分别增加了8.9%、3.1%、18.67%和13.71%;土壤综合质量指数(SQI)与黄瓜产量呈显著正相关关系。试验结果表明,蚯蚓堆肥与脱硫石膏能够协同提升微咸水灌溉下土壤综合质量与设施黄瓜产量,该研究可为中国北方地区微咸水灌溉下设施蔬菜的可持续生产和盐碱地改良提供理论参考。

凹凸棒土-生物炭缓释材料对养分缓释及小白菜生长的影响

为解决化肥径流淋洗及养分挥发损失量大、养分释放难与作物吸收同步等问题,该研究对天然缓释材料凹凸棒土进行了300℃热改性处理,同时与生物炭相结合,制备了热改性凹凸棒土-生物炭复合材料,以期提升该材料对氮磷钾养分的缓释性能,并以小白菜进行生物效应验证。试验共设7个处理:以不施肥(CK)和普通化肥(F)做对照,设置化肥+凹凸棒土(AF)、化肥+热改性凹凸棒土(TAF)、化肥+生物炭(BF)、化肥+凹凸棒土+生物炭(ABF)、化肥+热改性凹凸棒土+生物炭(TABF)缓释。结果表明:1)天然凹凸棒土经300℃热改性后,呈现破碎及圆形塌陷结构并出现大量的间隙和裂缝,为养分离子与复合材料相互作用提供更多位点,从而对氮磷钾元素呈现出较优的吸附性能。2)相比生物炭,热改性凹凸棒土+生物炭复合材料由片层转变为疏松多孔结构,具有更多孔道和较深的孔径;同时SiO_(2)、MgFe_(4)(SO_(4))_(6)(OH)_(2)(H_(2)O)_(20)和CaMg(CO_(3))_(2)含氧基团增加,提高了复合缓释材料吸附效果。3)与普通化肥(F)氮、磷养分释放高峰在第5天和第9天相比,TABF则出现在第52天和第42天,缓释效果突出。4)TABF代替化肥后,可与小白菜整个生育期对养分需求同步缓释,在表型指标、品质、产量等方面均优于CK和F处理;与普通化肥相比,5种缓释材料均能显著增加氮磷钾利用率和农学效率,其中以TABF最优。综上所述:300℃热改性显著增加了凹凸棒土的吸附位点,特别是凹凸棒土-生物炭复合材料更能有效提高肥料的缓释性能,与小白菜全生育期的养分需求同步性好,有效提高了氮磷钾利用率。

不同物料下咸、淡水灌溉对设施黄瓜土壤特性和品质的影响

为探究不同物料在微咸水和淡水灌溉下对设施黄瓜土壤特性和果实品质的影响,为在微咸水灌溉下选出适合黄瓜生长的物料提供参考和理论依据,试验设计4种栽培条件和2种灌溉制度,共8个处理组合,分别为:淡水+未处理土壤(B+D),淡水+蚯蚓原位处理(B+F),淡水+生物炭(B+W),淡水+蚯蚓原位处理+生物炭(B+F+W),微咸水+未处理土壤(V+D),微咸水+蚯蚓原位处理(V+F),微咸水+生物炭(V+W),微咸水+蚯蚓原位处理+生物炭(V+F+W)。结果表明,在淡水灌溉下,B+F+W处理的黄瓜可溶性糖和可溶性固形物含量均为最高,可溶性糖含量显著高于B+D 49.3%,可溶性固形物含量显著高于B+D 18.5%。B+F+W相比B+D土壤pH值降低了5.1%,但EC值显著增加了47.7%,B+F+W处理速效氮含量显著高于B+D 730.6%,全磷含量显著高于B+D 66.7%。B+F+W的脲酶、过氧化氢酶活性均为最高,脲酶活性显著高于B+D 50.0%,过氧化氢酶活性显著高于B+D 21.1%。在微咸水灌溉下,V+F+W处理的黄瓜可溶性糖含量显著高于V+D,并且增加了维生素C的含量。V+F+W速效氮含量显著高于V+D 345.1%,全氮含量显著高于V+D 120.3%,且V+D处理的速效氮、全氮、速效磷和有机质含量均为最低。V+F+W磷酸酶活性显著高于V+D。在相同物料不同灌溉水下对全磷含量影响显著,V+F+W相对于B+F+W和V+F相对于B+F显著增加全磷含量30.3%和54.3%。对脲酶和磷酸酶活性影响显著,V+F+W相对于B+F+W显著提高了磷酸酶活性29.7%。2种灌溉水下,淡水灌溉下黄瓜产量更高,但是与V+D相比,V+F+W产量显著增加49.6%。蚯蚓原位处理与蚯蚓原位处理+生物炭均有利于缓解微咸水胁迫,但在2种灌溉条件下,蚯蚓原位处理+生物炭组合综合效果最佳,因此可作为一种有效的土壤改良剂增加土壤肥力,提高黄瓜产量及品质。