不同大豆种植制度对土壤质量的影响研究进展

土壤质量是维持地球生物圈最重要的因子之一,是维持作物生产、保护环境质量及促进动植物健康的能力。本文综述了不同大豆种植制度及接种根瘤菌对土壤质量的影响研究进展,分析了大豆连作、轮作和间套作种植对土壤理化性状、土壤酶和土壤微生物的影响,指出合理大豆种植和接种根瘤菌对保护土壤质量的重要性,以期为选取合适的大豆种植制度和实现农田土壤可持续利用提供参考依据。

胶质类芽孢杆菌与慢生大豆根瘤菌复合接种效果评价

【目的】胶质类芽孢杆菌(Paenibacillus mucilaginosus)和慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)作为微生物肥料的生产菌种,凭借其良好的解钾溶磷促生效果及共生固氮功能,广泛应用于农业生产,目前对其单一菌种促生或固氮效果及机理已有较多报道。本研究旨在开展胶质类芽孢杆菌与慢生大豆根瘤菌复合接种研究,评价其接种效果,并对作用机理初探,为开发功能复合型微生物菌剂,丰富微生物肥料产品提供技术支持。【方法】田间小区试验在山东省泰安市农业科学院邱家店科研基地进行。设T1(空白对照),T2(胶质类芽孢杆菌3016单接种),T3(慢生大豆根瘤菌5136单接种),T4(胶质类芽孢杆菌3016和慢生大豆根瘤菌5136复合接种)和T5(常规施肥)5个处理,4次重复。分析大豆播种前(0 d)、花荚期(50 d)、鼓粒期(80 d)和成熟期(110 d)土壤肥力、土壤微生物区系的变化及对大豆品质的影响。【结果】接种胶质类芽孢杆菌和大豆根瘤菌的各处理均能提高单株籽粒重、产量和收获指数,其中以复合接种处理效果最优,分别高于对照处理12.8%、9.3%和41.0%,且差异显著;该处理下,大豆茎叶和籽粒的氮、磷、钾含量都具有较高水平,特别是籽粒钾、茎叶氮和茎叶磷,分别比对照提高了5.7%、9.3%和38.5%,复合接种能显著提高大豆产量和品质。在土壤肥力方面,施用胶质类芽孢杆菌、根瘤菌和化学肥料对土壤全氮、速效磷、速效钾和有机质均有一定程度的改善和提高,其中以复合接种效果最佳,成熟期各指标分别比对照提高了16.5%、43.7%、8.5%和15.5%;相对于化学肥料,施用胶质类芽孢杆菌和慢生大豆根瘤菌的各处理,对土壤肥力提高效果更有持久性且对土壤p H影响更小,其中复合接种能显著改善土壤肥力。除此之外,复合接种还能够丰富土壤微生物群落多样性,提高微生物总量,尤其是增加细菌和放线菌数量,抑制真菌增长,有利于土壤实现由"真菌型"向"细菌型"的良性转变。典型对应分析结果表明,p H和速效钾是引起土壤细菌群落变化的主控环境因子。【结论】胶质类芽孢杆菌和慢生大豆根瘤菌复合接种不仅能够改善大豆品质、增加产量,还能提高土壤肥力、改善土壤微生物区系,是一种节本增效的施肥方式,具有良好的应用前景。

耐高氮优良大豆根瘤菌株的筛选与鉴定

采用高氮平板与蛭石盆栽相结合的方法,以黑龙江省农业科学院1979年设立的黑土长期定位试验7种不同施肥处理中分离到的254株大豆根瘤菌为材料,筛选耐高氮的优良大豆根瘤菌。高氮平板结果显示:随着尿素浓度的增加,可生长的菌株数量逐渐减少,其中严重抑制菌株生长的尿素浓度为5 g·L-1,该浓度条件下只有11株菌能够生长,均来自连续施用氮肥的处理。进一步采用模拟高氮环境蛭石盆栽的方法,将能在5 g·L-1尿素条件下生长的11株菌进行复筛,以植株干重、植株全氮量、根瘤干重和数量作为评价指标,获得1株在高氮条件下具有结瘤固氮能力的菌株5841。经16S r DNA序列系统发育分析,初步确定该菌株属于日本慢生大豆根瘤菌(Brandyrhizobium japonicum)。

大豆连作条件下施肥对东北黑土细菌群落的影响

【目的】表征大豆连作条件下不同施肥处理土壤细菌的群落结构特征和组成差异,并侧重分析接种根瘤菌处理的不同之处;与土壤化学性质进行关联分析,探讨引起黑土细菌菌群变化的主效环境因子,为进一步了解连作条件下东北耕地土壤中细菌群落结构的变化以及大豆的高效种植和氮肥减施提供理论支持。【方法】依托5年大豆连作定位试验,选取不施肥(CK)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)、磷钾肥+接种根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum 5821)处理(PK+5821)共4个处理的耕层土壤为研究对象,采用高通量测序(Illumina HiSeq)和real-time PCR技术,以16S rRNA基因V4区为分子标靶,解析不同施肥处理土壤细菌的菌群变化,并对细菌群落结构与环境因子进行相关性分析。【结果】与CK相比,施肥明显增加了大豆的产量和土壤养分的含量,但单施化肥降低了土壤的pH。接种B.japonicum 5821显著增加了土壤细菌的基因拷贝数,提高了土壤细菌的丰度。细菌门水平和纲水平的群落分析发现,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)为土壤中的3大优势菌群,占所有优势菌门的70%以上;施肥明显降低了土壤中放线菌门的相对丰度,这与细菌纲水平的分析一致。多样性分析发现,CK处理与3个施肥处理的丰富度和多样性指数不同,且主坐标分析(PCoA)显示,3个施肥处理的细菌群落结构在PC1轴上聚在一起,而与CK处理是分开的,表明施肥明显改变了土壤细菌的群落构成。冗余分析(RDA)显示,全氮(F=3.2,P=0.002)对土壤细菌群落结构的影响最大,解释了24%的群落变化,各因子的贡献率依次为全氮>有效磷>速效钾>有机质>p H;Spearman相关性分析也表明,5项土壤化学指标均与不同优势菌门存在密切的相关关系。【结论】施肥改变了大豆连作条件下土壤细菌的群落结构。全氮是影响土壤细菌群落结构变化的主效环境因子。接种根瘤菌明显提高了大豆产量,同时保持了良好土壤化学性状和土壤菌群结构,很大程度地减少了化学氮肥的施用,对大豆的高效种植和氮肥减施具有重要意义。