硅素分期施用对镉污染水稻光合特性及物质积累的影响

硅(Si)可有效提高水稻对镉(Cd)的抗性,但关于优化硅肥管理对水稻耐Cd性、光合及物质积累等响应机制尚不明晰。采用受污染的农田土壤,通过盆栽试验研究移栽期施Si(T)、拔节期施Si(J)、移栽和拔节期等量分期施Si(TJ)对Cd污染水稻光合作用及物质积累的影响,以不施Si(CK)为对照。结果表明:施Si可明显提高Cd污染下水稻净光合速率,延长叶片光合功能,促进叶片Si沉积,增加Cd在叶中的固定,减少其向籽粒转移。与CK相比,TJ处理在全生育期具有较高的光合速率,产量显著高于其他处理。T、TJ、J处理叶片细胞壁Cd的固持量分别增加11.45%、24.16%和30.15%,且叶片Cd更多以惰性形态(包括果胶和蛋白质结合态Cd、不溶解性磷酸Cd和残渣态Cd)存在,导致叶片Cd转移系数降低,T、TJ、J较CK分别降低33.91%、56.67%和52.16%。此外,主成分分析结果表明,3种Si处理对水稻耐Cd性和光合特性的综合影响大小为TJ>J>T。综合考虑Si调控光合作用、产量、叶片和籽粒Cd浓度的效应,推荐Si素于移栽期与拔节期分期施用。

厌氧消毒对植烟土壤质量及细菌群落结构的影响

为了解添加不同有机物料的土壤厌氧消毒(Anaerobic soil disinfection,ASD)对土壤质量及细菌群落结构的影响,设置了烟梗、水稻秸秆、菜粕、米糠、甘蔗渣5种有机物料和不添加物料(CK1)的ASD处理,以原始土壤为对照(CK),分析了不同处理的土壤质量和细菌群落结构。结果表明,与CK相比,ASD处理均可显著提高土壤pH,降低土壤EC和Eh,改善土壤养分,其中添加烟梗显著提高了速效钾、有机质的含量,菜粕显著提高了全氮、有机质、速效氮含量及过氧化氢酶以及脲酶的活性。利用16SrDNA对土壤细菌测序表明,ASD显著改变了细菌门类水平上各种群的比例,其中添加菜粕和烟梗的ASD处理微生物构成与CK、CK1差异较大,厚壁菌门及其门下厌氧型细菌梭菌科、瘤胃菌科和耐受性细菌芽孢杆菌科的相对丰度显著增加,而其土壤青枯菌数量却显著降低。总的来看,添加不同有机物料的ASD对植烟土壤的理化性状和细菌群落结构可产生显著不同的影响,其中添加菜粕和烟梗的ASD明显改善土壤养分,影响了土壤细菌群落结构组成及其多样性,厌氧和耐受型细菌丰度大幅增加,青枯菌数量减少。

蚯蚓对废纸屑再利用及养分贫瘠土壤综合质量的影响

办公废纸屑作为常见有机废弃物,由于体积小且转化为再生纸成本高,因而再利用很难。但其含有大量有机碳(特别是纤维素)可能有助于退化土壤修复。蚯蚓对土壤有机质分解和其他土壤功能有重要影响,办公废纸屑和蚯蚓共同作用如何影响养分贫瘠土壤质量至今未知。研究以赤子爱胜蚓为接种蚯蚓,将办公废纸屑添加到养分贫瘠土壤中,分别设置纯土壤培养为对照组(S)、单独添加废纸屑(SP)、单独接种赤子爱胜蚓(SE)和添加废纸屑并接种赤子爱胜蚓的处理(SPE),比较培养90 d后各处理理化指标(pH、有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、交换性阳离子钾、钠、钙、镁等)、微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)总含量和微生物结构的差异,在此基础上综合评价土壤质量,阐明废纸屑和赤子爱胜蚓在养分贫瘠土壤改良修复中的作用。结果显示:SPE处理较SP处理显著提高废纸屑的分解率89.48%。与对照相比,SP处理能够显著提高土壤pH值2.94个单位,SPE处理能够使其维持在中性水平;前者显著提高土壤有机碳(SOC)125.76%,交换性钠钙镁(Na_(Ex)、Ca_(Ex)、Mg_(Ex))154.00%、65.28%、55.25%,后者则明显增加SOC含量522.88%,全氮(TN)1365.29%,全磷(TP)36.26%,速效钾(AK)42.84%,交换性钾(K_(Ex))、Na_(Ex)、Ca_(Ex)、Mg_(Ex) 42.69%、160.35%、386.00%、110.36%。与对照S相比,SP和SPE处理均能显著提高真菌、放线菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、一般细菌和总PLFAs含量以及真菌/细菌,显著降低了革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(P<0.05)。主成分分析中S、SP、SPE处理土壤综合质量差异显著(P<0.05),不同处理的质量指数呈现废纸屑+蚯蚓处理>废纸屑处理>对照,且土壤质量与微生物结构及生物量的关系更为密切。综上所述,在养分贫瘠土壤中赤子爱胜蚓堆肥废纸屑可以通过调节微生物群落结构,改变土壤pH和养分含量来提高土壤综合质量。这为废纸屑的资源化利用和养分贫瘠土壤的改良修复提供科学参考。

硅素对水稻幼苗镉积累及抗胁迫应答的调节效应

施硅(Si)可以显著缓解镉(Cd)胁迫对水稻生长发育的毒害效应。本研究通过水培分根试验,研究了Si对水稻幼苗Cd积累及胁迫应答的调节效应。结果表明:Cd胁迫下水稻幼苗的生物量显著降低,加Si可以显著缓解Cd对水稻幼苗生长的抑制效应。水稻幼苗对Cd的吸收、转运和积累明显受到Si的影响,单侧根系Cd胁迫下加Si(Si-Cd+Si, Si-Cd)使根系对Cd的滞留系数达83.3%~83.6%,限制了Cd从根向地上部转移。单侧根系Cd胁迫下非胁迫侧加Si(Si-Cd)处理的植株对Cd的吸收和累积明显增加,尤其是根中Cd的积累量较单侧根系Cd胁迫下无Si(CK-Cd)处理增加了48.2%;而单侧根系Cd胁迫下双侧加Si(Si-Cd+Si)处理则显著降低了根和地上部对Cd的吸收,较CK-Cd处理分别降低了36.7%和54.9%。双侧Cd胁迫下单侧加Si(Cd-Cd+Si)则使根和地上部对Cd的吸收量显著减少,较双侧根Cd胁迫(Cd-Cd)处理分别降低了57.8%和46.5%。Cd胁迫下水稻幼苗根中含较高浓度的Si,加Si则使Cd胁迫下根和地上部积累更多的Si。加Si也影响了水稻幼苗对其他金属元素如钙(Ca)、镁(Mg)、锰(Mn)的吸收,Cd-Cd+Si处理显著增加了根系和地上部的Ca、Mg浓度,但Mn浓度的变化则因Cd胁迫程度而表现不同。加Si对Cd胁迫下根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性有一定的影响,尤其是Si-Cd处理的胁迫侧POD和非胁迫侧SOD活性显著上升,有利于清除Cd胁迫产生的氧自由基。总之,Si对Cd胁迫下水稻幼苗生长、Cd和Si等的吸收及根系的抗氧化反应有一定的调节效应,植株体内较高的Si浓度有利于增强植株对Cd的耐受性。