连作木薯对土壤理化性质及细菌群落演替的影响

【目的】研究连作木薯对非根际和根际土壤理化性质变化及细菌群落演替的影响,为系统阐明木薯连作障碍形成机制及其缓解措施研发提供理论依据。【方法】以木薯品种华南205为试验材料,在撂荒地上连续种植3年,每年木薯块根成熟期(植后250 d)采集土壤样品。结合土壤农化分析、高通量测序技术和生物信息学手段,研究连作木薯对非根际和根际土壤理化性质及细菌群演替的影响。【结果】与种植第1年木薯相比,连作2年和3年的木薯非根际和根际土壤pH及有机质、碱解氮和速效磷含量降低,脲酶活性提高,除速效磷外,其他指标的变化均达显著水平(P<0.05,下同)。连作木薯会引起土壤细菌群落多样性及丰富度降低,其中根际土壤细菌群落多样性及丰富度下降速度比非根际土壤慢。连作木薯非根际与根际土壤细菌群落的分类和系统发育Beta多样性存在显著差异。连作木薯非根际和根际土壤的优势菌门均为放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteriota),主要优势菌属均为芽孢杆菌属(Bacillus)、norank_f_Roseiflexaceae、norank_f_norank_o_Vicinamibacterales、norank_f_norank_o_Gaiellales。在操作分类单元(OTU)水平,不同连作年限木薯的非根际和根际土壤细菌群落组成存在显著或极显著(P<0.01)差异。土壤的细菌群落结构与理化性质相互影响,对细菌群落影响较大的环境因子排序为碱解氮含量>有机质含量>pH>速效磷含量>脲酶活性。【结论】连作会导致木薯非根际和根际土壤理化性质、细菌群落多样性和丰富度发生变化,土壤理化性质和细菌群落结构均在连作第3年出现明显劣化。木薯土壤理化性质变化与土壤细菌群落结构差异存在一定相关性,有益菌丰度降低可能是木薯连作造成土壤细菌群落劣化演替的重要原因之一。

连作木薯组培苗根系分泌物的鉴定及其化感效应

【目的】鉴定木薯根系分泌物中的主要自毒物质,为系统研究木薯连作障碍机制及其缓解措施提供理论依据。【方法】以广西主栽木薯品种华南205(SC205)为试验材料,利用其组培苗模拟连作栽培,采用气相色谱—质谱联用仪(GC-MS)和生物测定方法检测其根系分泌物中的主要自毒物质,明确其化感效应。【结果】模拟连作1茬和2茬木薯组培苗的株高、地上部和地下部鲜重均显著低于模拟连作0茬木薯组培苗(P<0.05),其综合化感效应均为负值,且连作2茬木薯组培苗对株高、地上部和地下部鲜重的抑制作用大于连作1茬。从连作木薯组培苗根系分泌物中鉴定出78种化学物质,经GC-MS定量检测发现含量较高的为羟基丙酮、乙酸和2,4-二叔丁基苯酚。与连作0茬相比,连作1茬和2茬木薯组培苗根系分泌物中的乙酸含量分别增加32.40%和16.49%,2,4-二叔丁基苯酚含量分别减少52.27%和85.15%;连作1茬木薯组培苗的羟基丙酮含量增加38.11%,连作2茬木薯组培苗的羟基丙酮含量减少29.03%。生长试验结果表明,2,4-二叔丁基苯酚是对木薯组培苗生长抑制作用最强的自毒物质;羟基丙酮对木薯组培苗生长的抑制作用以高浓度(1×10^(-3 )mol/L)处理大于低浓度(1×10^(-5 )mol/L)处理;乙酸低浓度(1×10^(-5) mol/L)处理可抑制木薯组培苗生长,但高浓度(1×10^(-3) mol/L)乙酸对木薯组培苗生长具有一定的促进作用。【结论】连作木薯组培苗根系可分泌至少78种化学物质,其种类和含量均随着组培苗连作茬数的增加而变化,其中的2,4-二叔丁基苯酚和羟基丙酮属于抑制木薯组培苗生长的重要自毒物质,生产上应采取相应措施减少其产生或缓解其在木薯根系中的累积。

粉垄耕作木薯根际与非根际土壤的细菌群落结构多样性差异

【目的】分析粉垄耕作下的木薯根际和非根际土壤理化性质及细菌群落多样性差异,为优化现有木薯栽培方法提供理论依据。【方法】以常规耕作和粉垄耕作2种耕作方式栽培木薯,利用高通量测序技术和生物信息学手段,结合土壤农化分析方法,分析不同耕作方式对木薯根际与非根际土壤理化性质及主要优势细菌群落结构多样性的影响。【结果】木薯根际土壤细菌群落的Alpha(α)多样性显著高于非根际土壤(P<0.05,下同)。基于未加权Unifrac距离的置换多因素方差分析(PERMANOVA)结果显示,木薯根际土壤与非根际土壤细菌群落的分类和系统发育Beta(β)多样性存在显著差异。物种群落组成分析结果表明,木薯根际土壤的主要优势菌门为放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门和酸杆菌门,主要优势菌纲为α-变形菌纲、放线菌纲、芽孢杆菌纲和γ-变形菌纲。在分类操作单元(OTU)水平,粉垄耕作与常规耕作方式木薯根际与非根际的土壤细菌群落组成存在显著差异。细菌群落相对丰度与环境因子的相关分析和冗余分析(RDA)结果显示,pH、有机质含量、有效磷含量和亚硝酸还原酶活性对细菌群落变化具有显著影响,尤其对放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门和酸杆菌门分布的影响更明显。【结论】木薯粉垄耕作方式通过改善土壤耕作层的物理结构而减少木薯逆境胁迫,使得其根际土壤pH及有机质、有效磷和速效钾含量大于非根际土壤,进而引起根际土壤细菌群落多样性和丰富度均大于非根际土壤,其中根际土壤细菌群落α多样性显著高于非根际土壤。木薯根际土壤与非根际土壤细菌群落多样性的差异主要体现在根际土壤中芽孢杆菌属、芽单胞菌属、Ellin6067属和马赛菌属的丰度显著高于非根际土壤。

不同木薯品种主要根系分泌物提取与鉴定

本研究通过对木薯根系分泌物进行提取、分离与鉴定,探究不同木薯品种根系分泌物的差异,为筛选抗化感耐连作木薯新种质提供参考。以木薯组培苗琼脂培养基为试验材料,采用正交试验设计,结合GC-MS技术考察不同萃取材料和洗脱剂对木薯根系分泌物的提取和分离效果,选择最优方案测定‘新选048’‘南植199’和‘华南205’的根系分泌物。结果表明:(1)木薯根系分泌物水溶性物质提取的最优方案为:用去离子水超声提取捣碎的琼脂培养基30 min,固液分离后用XAD-2萃取、无水乙醇洗脱,浓缩后用GC-MS检测,成功鉴定出包括有机酸类、醇类、酯类、酮类、醛类等26种有机化合物。(2)醇溶性物质提取的最优方案为:用50%乙醇超声提取捣碎的琼脂培养基30 min,固液分离后用XAD-4萃取、无水乙醇洗脱,浓缩后用GC-MS检测,鉴定出包括有机酸类、醚类、酯类、酮类、醛类等15种有机化合物。(3)不同品种根系分泌物的水溶性和醇溶性成分均有差异。‘南植199’根系分泌物的主要水溶性物质有羟乙酸甲酯(相对含量为3.72%)、羟基丙酮(2.40%)、甲肼(1.79%)等,主要醇溶性物质有乙醇醛(18.89%)、羟基丙酮(2.47%)、甲酸(2.25%)等;‘新选048’的主要水溶性物质有甲酸(2.68%)、1,5-戊二醇(2.39%)、丙烯酸羟乙酯(2.01%)等,主要醇溶性物质有乙醇醛(17.00%)、甲酸(2.62%)、羟基丙酮(2.46%)等;‘华南205’的主要水溶性物质有甲酸(2.23%)、羟基丙酮(1.80%)、羟乙酸甲酯(1.43%)等,主要醇溶性物质有乙醇醛(16.58%)、甲酸(3.06%)、八氟戊醇(2.98%)等。不同木薯品种的根系分泌物种类和含量均有差异,从而导致其抗化感耐连作能力的差异,为筛选耐连作品种缓解木薯连作障碍成为可能。

硝化抑制剂对我国蔬菜生产产量、氮肥利用率和氧化亚氮减排效应的影响:Meta分析

我国蔬菜生产系统由于长期过量施肥导致氮肥利用率低和环境问题严重,氮肥配施硝化抑制剂是降低活性氮损失、增加蔬菜产量和提高氮肥利用率的有效策略,然而缺乏系统研究.基于数据整合分析的方法,系统分析了氮肥配施硝化抑制剂[双氰胺(DCD)、 3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和2-氯-6-三氯甲基吡啶(NP)]对我国蔬菜生产的产量、植株氮吸收、氮肥利用率和氧化亚氮减排效应的影响,进一步揭示不同田间管理措施对其效果的影响.结果表明,氮肥配施硝化抑制剂能够显著提高蔬菜产量(9.2%)、植株氮吸收(10.4%)和氮肥利用效率(11.2%),同时减少氧化亚氮排放(28.4%).不同硝化抑制剂类型中,NP对增产效应和氧化亚氮减排效应的影响幅度最高,分别为16.1%和32.0%,其次是DMPP和DCD.硝化抑制剂在不同氮肥用量中能提高蔬菜产量(6.7%~14.7%)和减少氧化亚氮排放(14.6%~36.8%).在中性和碱性菜地土壤中,硝化抑制剂的增产效应和氧化亚氮减排效应的影响幅度较酸性土大.硝化抑制剂在露地栽培、根菜类和叶菜类的条件下对产量的增加和氧化亚氮的减排效果较好.主成分分析表明,土壤总氮含量和土壤pH是影响硝化抑制剂对蔬菜产量形成和驱动氧化亚氮排放的主要因素.综上,硝化抑制剂是实现蔬菜系统提质增效、节肥减排的重要举措.同时,农户应根据土壤和田间管理措施选择适宜硝化抑制剂类型,以最大限度提高其有效性.