基层农业科研院所科研管理信息系统建设实证研究——以河北省农林科学院农业资源环境研究所为例

随着我国农业科技和信息技术水平的不断提高,基层农业科研事业迅速发展,传统的科研管理方法已经无法满足其快速发展的需求,加快建设信息化管理体系迫在眉睫。文章以河北省农林科学院农业资源环境研究所为例,剖析了该所在科研管理信息系统研发过程中存在的问题,从科研管理信息系统建设目标、科研管理信息系统架构和取得的成效等方面对该所科研信息化管理进行实证分析,提出了领导班子要高度重视、逐步完善科研管理信息系统、强化科研管理信息系统的顶层设计等加强科研管理信息系统建设的建议,以期更好地服务于基层农业科研管理工作。

河北省农作物生产投入品碳排放变化特征

基于2010-2018年河北省农资投入、农作物产量、耕地面积和农作物播种面积等统计数据,计算河北省农作物生产投入品碳排放,分析河北省农作物生产投入品碳排放的动态变化和不同投入品碳排放所占比例,为农业生产节能减排,实现低碳农业提供理论依据。结果表明,2010-2018年河北省农作物生产投入品碳排放以2015年为转折点,呈现先上升后下降的趋势。研究期内河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量分别为2219万~2674万tCO_(2)eq、0.21~0.30tCO_(2)eq·t^(-1)和3.40~4.10tCO_(2)eq·hm^(-2)。2018年河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量最低,分别比最高值降低17.0%、30.0%和17.0%。化肥、农药、农膜、柴油和灌溉用电9a平均碳排放量占比分别为38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。化肥和柴油是最主要的农业碳排放源,占比均在30%以上。农作物生产投入品碳排放的动态变化受国家政策影响效果明显,农作物生产碳排放应该坚持以国家政策引导为主,通过成熟的农业管理制度,加强农业技术培训和推广应用先进的栽培技术等措施,减少农业源碳排放,以促进农业绿色发展。

河北坝上地区野豌豆作为绿肥的生产潜力研究

在河北坝上地区以野豌豆属毛苕子和箭筈豌豆两个种9个品种为材料,通过对物候期、生物量及氮磷钾养分积累状况比较,筛选适宜雨养旱作区种植的野豌豆属绿肥作物及品种。结果表明,供试9个品种在河北坝上地区的生长天数为91~106 d,均能正常完成全部生育进程。毛苕子的地上生物量和株高显著高于箭筈豌豆(P<0.05),植株氮含量低于箭筈豌豆,磷含量和钾含量高于箭筈豌豆;毛苕子的氮积累量和磷积累量显著高于箭筈豌豆(P<0.05),钾积累量高于箭筈豌豆。9个品种中,土库曼苕、腾选苕和广西金洲苕地上部生物量和养分积累量较高,干物质产量在3908.14~4043.95 kg/hm^(2)之间,氮积累量和钾积累量分别达122.50 kg/hm^(2)和107.50 kg/hm^(2)以上,磷积累量在19.73~23.01 kg/hm^(2)之间,表现为生产潜力高且能提供优质高产有机肥源,生产中可优先选择利用。

河北省小麦减肥潜力分析

利用统计数据,分析了2000~2016年河北省氮磷钾养分用量动态变化。利用河北省小麦测土配方施肥项目"氮磷钾3414"试验结果(n=3358),深入分析了小麦氮磷钾养分适宜用量及节肥潜力。结果表明,河北省氮磷钾养分用量以2014年最高,为335.6万t,之后呈现下降趋势。调查数据表明,河北省小麦养分用量现状为N 223.9 kg·hm^(-2)、P_(2)O_(5) 151.2 kg·hm^(-2)、K_(2)O 59.8 kg·hm^(-2)。线性加平台模型拟合分析,河北省小麦单位面积养分推荐用量为N 155.9 kg·hm^(-2)、P_(2)O_(5) 117.2 kg·hm^(-2)、K_(2)O 92.5 kg·hm^(-2),与农户用肥现状相比可节肥12.58万t。其中可节氮14.55万t,占小麦氮投入量的28.4%;节磷4.94万t,占小麦磷投入量的28.4%;钾需增加投入6.91万t。小麦单位面积节氮、节磷潜力以石家庄市最大,邢台市最小。

河北省集约化养殖废水中氮磷和重金属含量分布特征

为了实现集约化养殖废水的资源化利用,降低农田应用的环境风险,通过样品收集和室内分析相结合的方法,研究了河北省集约化养殖废水中氮磷和重金属含量的分布特征。结果表明:养殖废水的总氮、氨氮和总磷含量分别为59.10~1 882.90、8.85~1 789.88和20.63~38.10 mg/L,平均含量分别为162.98、73.10和22.00 mg/L,依据集约化畜禽养殖业水污染物排放标准(GB 18596—2001),有44.44%的样品氨氮含量超标,所有样品总磷含量均超标,其中猪场养殖废水的总氮和氨氮含量均高于牛场,总磷含量与牛场基本相当。养殖废水的Cu、Zn含量分别为0.08~1.90、0.00~4.10 mg/L,平均含量分别为0.15、0.33 mg/L,依据国家综合污水排放标准(GB 8978—1996)时,Cu、Zn的样本超标率分别为5.97%和1.49%,其他重金属元素均不超标;依据农业部沼肥限量标准(NY/T 2596—2014)时,所有养殖废水的重金属含量均不超标。可以将集约化养殖废水通过氧化塘或沼气工程进行适当处理后,当作沼液肥进行田间施用。

河北省果园生草生态功能和草种选择

果园生草能够抑制土壤风蚀尘、减轻大气污染,增加土壤团聚体数量、提高土壤固碳潜力、增强土壤碳汇功能,缓解大气温室效应,丰富果园空间层次、调节果园生态小气候,减轻果园立体污染、改善果树生长环境,对河北省生态环境保护至关重要。针对河北省寒暑悬殊、气象灾害频繁,水资源短缺,土壤有机质含量低、贫氮少磷,果树病虫害严重、果园作业程序多等问题,探讨了河北省发展果园生草时草种选择应遵循的原则,明确了河北省果园生草应选择抗逆性强、耐践踏、根系分布浅、能够改善果园生态系统、适宜秋播、落籽自生能力强、符合不同利用目的的草种,可为改善河北省果园生态环境、促进果品绿色生产、实现乡村振兴提供参考。

河北省小麦玉米生产体系碳足迹分析

通过定量分析河北省小麦-玉米生产体系碳足迹及其影响因素,为发展绿色低碳农业提供理论依据和科学支撑。基于2018年河北省小麦和玉米的化肥、农药、农膜和柴油用量,以及灌溉耗电量、播种面积和产量等统计数据,采用生命周期评价方法对小麦玉米生产体系碳足迹进行估算。结果表明,河北省小麦种植季碳排放量、碳固定量和碳足迹量(以CO_(2)计)分别为952万、463万和489万t,玉米种植季分别为899万、588万和311万t。小麦种植季碳排放量高于玉米种植季,碳固定量低于玉米种植季。灌溉、肥料和农田排放在碳排放源中排名居前3位,其排放量分别占年碳排放总量的37.00%、31.17%和18.69%;秸秆还田的固碳量高于化肥施用,占总固碳量的84.78%。化肥和农业机械对碳排放的贡献率分别为49.54%和43.97%,对成本的贡献率均约为40%,高于其他农资投入对碳排放和成本的贡献率。小麦玉米轮作体系碳足迹为正值,即小麦-玉米生产过程为碳排放过程,灌溉量大、单质氮肥用量高是造成小麦种植季碳排放量高于玉米种植季的主要原因。减量施肥和节水灌溉是减少河北省小麦玉米生产体系碳排放、降低生产成本和增加利润最直接有效的方法。

河北坝上地区野豌豆属牧草的适应性评价

为挖掘适宜河北坝上地区种植的野豌豆属牧草品种,以引进野豌豆属毛苕子(Vicia villosa)和箭筈豌豆(V. sativa)两个种的9个品种为试验材料,连续两年从物候期、产量性状、营养品质等方面进行了适应性评价。结果表明,供试9个品种在坝上地区的生长周期为91~106 d,均能完成整个生育周期。毛苕子的鲜草产量和株高显著高于箭筈豌豆(P <0.05);鲜干比显著低于箭筈豌豆(P <0.05);毛苕子的平均可溶性糖含量和相对饲用价值低于箭筈豌豆,平均粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗灰分含量、酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量均高于箭筈豌豆。其中毛苕子‘土库曼苕’的干草产量显著高于箭筈豌豆品种的(P <0.05),干草产量和株高分别为4 016.72 kg·hm^(-2)和102.02 cm;粗蛋白含量为20.10%,相对较高;相对饲用价值为132.23,与箭筈豌豆品种间差异不显著(P> 0.05),营养品质较好。综合评价得出,野豌豆属两种牧草毛苕子和箭筈豌豆均适宜在河北坝上地区种植和利用,其中以毛苕子品种‘土库曼苕’为优先选择。研究结果可为河北坝上地区豆科牧草资源的补充提供理论依据。

绿肥部分替代化肥对玉米干物质积累与产量形成的影响

【目的】豆科绿肥部分替代化学氮肥是实现化肥减施的一项重要技术措施。通过探讨华北冬小麦季节性休耕区冬闲田种植翻压毛叶苕子和减量施氮对玉米干物质积累与转运、产量形成及花后叶片衰老特征的影响,以期为豆科冬绿肥的氮肥替代及玉米氮素资源的优化管理提供科学依据。【方法】于2020—2022年在河北省农林科学院旱作农业研究所深州试验站开展二因素裂区田间试验,主处理为冬闲田(FF)、冬闲田种植并全量还田毛叶苕子(HV)2种模式,副处理为玉米施氮,设不施氮(0 N)、67.5 kg·hm^(-2)(25%N)、135.0 kg·hm^(-2)(50%N)、202.5 kg·hm^(-2)(75%N)、270.0 kg·hm^(-2)(100%N,常规施氮水平)5个氮肥用量,研究毛叶苕子还田和减量施氮对玉米产量与产量构成、穗部性状、干物质积累与转运、叶片衰老特性及土壤养分、酶活性变化的影响,并进一步分析农田的氮素盈余。【结果】毛叶苕子还田显著提高玉米产量,可弥补氮肥减施造成的玉米减产。2021—2022年毛叶苕子还田显著提高玉米产量(8.15%—9.21%),可弥补氮肥减施25%—50%所造成的减产。毛叶苕子连续还田明显降低玉米穗部性状秃尖长,显著提高穗长、穗粗和产量构成因素穗行数、行粒数、百粒重。毛叶苕子还田后玉米花前、花后干物质积累量、花后干物质积累率、花后干物质对籽粒的贡献率分别显著增加10.21—12.32 g/plant、39.94—72.37 g/plant、4.67%—4.78%、3.31%—3.99%,能弥补氮肥减施25%—50%对玉米花前干物质积累及花后干物质对籽粒贡献率的负效应。毛叶苕子还田显著延缓玉米花后叶片衰老。2021、2022年HV处理玉米花后绿叶面积分别增加303.44—1115.10、266.23—837.62 cm2/plant,相对绿叶面积分别提高1.12%—13.84%、0.56%—9.13%,Vmax分别降低0.30%、0.05%,Tmax分别延迟6.01、3.56 d。毛叶苕子连续还田后土壤有机质含量、全氮含量、碱解氮含量及脲酶、蔗糖酶、淀粉酶、蛋白酶活性显著提高。2021、2022年毛叶苕子还田分别增加土壤氮投入量40.92、72.79 kg·hm^(-2),降低玉米最佳施氮量40.96、48.90 kg·hm^(-2),降低农田氮素盈余7.94、0.14 kg·hm^(-2),替代玉米最高产量施氮量15.71%、19.71%,替代常规施氮量15.71%、26.23%。【结论】毛叶苕子还田能激活土壤酶活性,增强土壤供氮能力,延缓玉米花后叶片衰老,提高花后干物质积累对籽粒的贡献率,改善穗性状,协调产量构成,有利于氮肥减施后玉米的增产稳产。毛叶苕子对土壤氮的输入是其部分替代氮肥、弥补氮肥减施后产量损失的基础。华北冬小麦季节性休耕区利用毛叶苕子替代部分化学氮肥是一种可持续性的减氮施肥措施。

设施蔬菜土壤丛枝菌根真菌多样性及群落构建的季相变化

为研究设施生态系统丛枝菌根(Arbuscularmycorrhiza,AM)真菌群落变化的关键驱动过程,采集设施番茄不同生长季(休耕、花期、果期)土壤样品,利用IlluminaMiSeq高通量测序技术分析AM真菌物种和谱系多样性及群落结构变化特征,并结合群落谱系分析方法探讨不同生长季随机性过程和确定性过程之间的相对贡献。结果表明,不同生长季AM真菌的物种多样性和谱系多样性均发生显著改变:相比于休耕期,番茄生育期(花期、果期)土壤中AM真菌丰富度、Shannon多样性、Pielou均匀度、谱系多样性(PD)和平均成对谱系距离(MPD)分别显著下降了42.82%~59.18%、43.25%~48.31%、17.46%~25.40%、57.14%~67.86%和50.00%;除球囊霉属相对多度显著增加,近明球囊霉属和类球囊霉属相对多度均显著下降,原囊霉属相对多度先增加后降低。置换多元方差分析(PERMANOVA)和非度量多维度分析(NMDS)结果表明休耕期基于物种组成和谱系组成的AM真菌群落结构显著差别于番茄生育期,但花期和果期之间差异不显著。谱系分析结果显示,休耕期净亲缘关系指数NRI=0,表明AM真菌在谱系结构上是随机的,花期和果期NRI>0,表明谱系聚集,暗示了AM真菌群落构建由随机性过程主导向确定性过程主导的转变,中性群落模型(NCM)结果也支持该推断。Mantel检验结果显示,土壤pH、养分(有机碳、全量氮磷钾和有效磷)、盐分含量以及土壤温湿度作为确定性因素显著影响AM真菌群落的季相变化。综上所述,设施生态系统高集约化生产方式促进了AM真菌群落构建从随机性过程主导向确定性过程主导转变,导致多样性降低和群落结构变化,研究结果对揭示设施蔬菜栽培条件引起的土壤质量退化及其过程中的微生物组演变规律具有重要意义。

25个菠菜品种吸收累积镉的差异特征

为筛选适用于受镉污染菜田蔬菜安全生产的Cd低积累菠菜品种,采用土培试验研究25个菠菜品种吸收累积重金属Cd的差异特征,及Cd胁迫对菠菜吸收微量元素的影响。结果表明,在相同土壤Cd含量条件下,不同菠菜品种地上部的Cd含量、Cd富集系数均存在明显差异(P<0.05)。土壤加入1.0 mg/kg Cd时,不同品种菠菜地上部Cd含量为0.03~0.31mg/kg,平均含量为0.17mg/kg,有11个菠菜品种的Cd含量大于0.2 mg/kg;不同品种菠菜的富集系数为0.03~0.38。土壤加入5.0 mg/kg Cd时,菠菜地上部Cd含量为0.22~1.11 mg/kg,富集系数为0.04~0.22。土壤Cd胁迫促进了菠菜对Mn、Zn和Cu的吸收,抑制了菠菜对Fe的吸收。本研究初步确定‘京菠186’、‘秋喜’、‘巨元霸’和‘顶优’为低吸收积累镉菠菜品种。

设施土壤磷素淋失环境阈值及防控措施

设施蔬菜生产受管理技术水平所限导致养分投入量远远大于作物需求量,其中过量磷素投入不仅无法提高产量,大量磷素在土壤积累反而容易引发磷素向水体迁移,进而威胁水环境安全。通过调查和田间定位试验,研究了土壤磷素淋溶阈值、不同肥料投入量、投入方式及灌水模式下设施土壤磷素淋失风险及淋失量,评价了不同水分、养分管理对磷素淋失的阻控效果。结果表明,北方设施蔬菜石灰性土壤中存在2个Olsen-P和CaCl2-P的拐点,分别为58.39,257.45 mg/kg。该地区使用土壤Olsen-P 60 mg/kg作为淋溶阈值,260 mg/kg的土壤Olsen-P作为磷肥投入控制阈值对现阶段推荐施肥依据更为合理。以该阈值为评价标准,传统施肥灌溉模式磷素淋失风险极大,西红柿-甜瓜轮作周年磷素淋失量可达4.91 kg/hm2。仅降低磷肥投入25%,只能降低磷素淋失18.11%;配合水分管理则可降低磷素淋失34.47%~44.07%;或调整有机无机磷投入比例为3/4有机肥配合1/4无机肥比传统施肥也可降低磷素淋失39.66%。在此基础上,提出设施土壤基于磷素淋溶阈值和投入控制阈值的有机肥安全施用技术,对达到蔬菜生产和环保双赢具有重要现实意义。

饲用黑麦轻简高效生产技术规程

为改善河北省花生产地环境、解决花生收获后耕地闲置导致光热水土资源浪费、畜牧业发展中冷季型牧草短缺等问题,提出了河北省花生收获后饲用黑麦轻简高效生产技术规程,并进一步规定了饲用黑麦草产品加工技术,旨在为提升耕地质量、保护生态环境、促进花生绿色生产、促进农牧一体化生产提供技术支撑。

设施土壤优先流特征及其影响因素研究

为揭示设施土壤优先流路的发生、分布规律及驱动因子,通过原位染色示踪试验结合图像解析技术,提取6个优先流特征指标,对设施蔬菜大棚和棚外粮田2种土地利用方式下土壤优先流的分布特征进行了比较,并采用主成分分析方法探索了土壤理化性质和作物根系特性等因子对优先流的影响。结果表明:(1)设施土壤优先流染色面积比、最大染色深度和长度指数均大于棚外粮田土壤,其优先流现象更明显,由此产生的环境风险更不容忽视;(2)优先流主要发生在深层土壤中,且设施蔬菜土壤优先流发生较棚外粮田土壤更为复杂:垂直剖面染色形态变化程度分别经历相对稳定—次活跃—活跃—速变—活跃—速变(棚内)和次活跃—速变(棚外);(3)优先流受土壤孔隙结构、土壤水分状况和根系特性影响较大,棚内土壤优先流驱动因子从表层的由土壤孔隙结构和水分状况共同起决定性作用转向深层由根系特性所控制,棚外土壤则与之相反。研究结果可为设施土壤优先流模拟及其引起的面源污染防控提供理论依据。

行间生草种类对苹果园春季土壤蒸发、空气湿度和土壤贮水的影响

为明确行间生草种类对华北平原苹果园春季土壤蒸发、果树冠层空气湿度、土壤贮水的影响特征,揭示果园生草对土壤有效水分的影响规律,于2019-2021年在河北省武邑县武罗农业综合示范园区开展苹果树行间生草试验,采用田间定位观测方法研究了苹果树行间套种越年生牧草(二月兰、毛叶苕子、小黑麦)和多年生牧草(鸭茅、白三叶)后牧草群体叶面积指数(LAI)、光合有效辐射(PAR)透射率、土壤温度、水分蒸发、冠层空气相对湿度、土壤含水量、土壤贮水量的变化特征及相互影响。结果表明,2021年4-5月苹果树行间套种越年生牧草时土壤蒸发量大于多年生牧草,平均增加3.14 mm。越年生牧草切碎覆盖还田前后对土壤蒸发的影响不同。还田前,越年生牧草对土壤蒸发的抑制效果大于多年生牧草,抑制率平均增加20.5%,这与越年生牧草生长速度快,群体LAI大、PAR透射率低,0~25 cm土壤温度低和土壤含水量下降相关。还田之后,对土壤蒸发的抑制效果小于多年生牧草,抑制率平均降低29.0%。越年生牧草对果树冠层1 m高度空气相对湿度的改善效果大于多年生牧草,空气相对湿度平均增加15.5%。冠层空气相对湿度变化与1 m土体内土壤贮水减少量呈显著线性正相关关系。越年生牧草对土壤贮水的消耗量大于多年生牧草,平均多消耗土壤贮水39.20 mm。行间生草后土壤蒸发量平均降低27.80 mm,土壤贮水消耗量平均增加52.50 mm。因此,华北平原苹果园行间生草后春季土壤蒸发减少量难以弥补牧草生长对土壤贮水的消耗量,降低了果园土壤有效水分。越年生牧草比多年生牧草更有利于改善春季果园空气湿度,但对土壤水分消耗较大,生产上应根据不同生草种类对土壤水分的影响特征优化果树春季灌溉制度。

简单芽孢杆菌P10菌株对马铃薯晚疫病菌的防控作用

由致病疫霉引起的马铃薯晚疫病是马铃薯的一种毁灭性病害,且防治困难,利用益生菌实施生物防治成为研究的热点。为了明确多功能简单芽孢杆菌P10菌株对马铃薯晚疫病菌的抑制作用和防病效果,进而为深入研究和科学应用提供依据,以P10菌株活菌体、发酵菌液、无菌滤液为试材,采用对峙培养和打孔法测定了其对晚疫病致病疫霉菌丝的抑制作用,利用离体叶片和盆栽植株攻毒法测定了发酵菌液和无菌滤液的防病效果。结果表明:P10菌株活菌体和发酵菌液均能抑制马铃薯晚疫病致病疫霉菌丝的生长,使菌丝体膨大畸形,相对抑制率分别为66.7%和77.8%。P10菌株发酵菌液和无菌滤液对马铃薯离体叶片晚疫病菌的防效分别为57.2%和49.4%。盆栽试验中,接种疫霉菌孢子囊悬液前12 h喷施P10菌株发酵菌液以及接种病菌前后各喷施1次P10菌株发酵菌液的防效分别为73.9%和71.5%,接种病菌后再喷施P10菌株发酵菌液的治疗效果为54.8%,在接种病菌前喷施1次和接种前后各喷1次P10菌株无菌滤液的防效分别为60.3%和57.9%。简单芽孢杆菌P10菌株对马铃薯晚疫病病菌具有抑制作用,活菌体和发酵菌液的防效优于无菌滤液,预防效果优于治疗效果。

河北二季作春播马铃薯养分吸收规律及肥料适宜用量

通过氮磷钾3414大田试验,研究了河北二季作春播马铃薯氮磷钾养分吸收规律及肥料适宜用量。结果表明:优化施肥情况下生产1000kg马铃薯所需N、P、K量分别为4.78、0.47、4.64kg;马铃薯苗期N、P和K吸收速率分别为583.0、43.7和500.4g/(hm^2·d),苗期至开花期分别为686.6、116.2、1105.8g/(hm^2·d),开花期至收获期分别为3900.2、373.9和3426.4g/(hm^2·d),马铃薯开花后是养分吸收的关键时期;优化施肥情况下,马铃薯养分吸收量和吸收速率是不施肥处理的2倍以上。本试验条件下,N、P2O5和K2O适宜用量分别为186、86和212kg/hm^2。

微生物发酵饲料在生猪养殖中的应用

随着人们生活水平的提高,人们对安全绿色的畜禽产品需求越来越高。我国素有“猪粮安天下”的说法,生猪养殖与国计民生息息相关。为提升畜禽产品的品质,我国政府有关部门宣布于2020年7月1日起,全面禁止在养殖业中使用饲用抗生素。但是,在“非洲猪瘟”防控形式依旧严峻的当下,抗生素的禁用无形中也增加了养殖户的生产管理难度与成本投入。

长期施有机肥对设施番茄土壤稀有和丰富细菌亚群落的影响

【目的】将稀有和丰富细菌亚群落从整体群落中加以区分并探索两者分别对长期施肥的响应特征,为解析农业活动对微生物多样性与土壤功能稳定性之间的关系提供新视角。【方法】基于设施番茄长期定位试验,采集4个不同处理土壤样品:不施肥(M0)、低量有机肥5.68 t·hm^(-2)(M1)、中量有机肥8.52 t·hm^(-2)(M2)和高量有机肥11.36 t·hm^(-2)(M3),利用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析稀有和丰富细菌亚群落多样性、群落组成、共现网络和潜在功能差异,阐明两者对长期施肥的响应规律,并探讨驱动稀有和丰富细菌亚群落多样性和施肥响应差异的关键环境因素。【结果】稀有细菌亚群落α和β多样性均显著高于丰富细菌亚群落,且物种组成和潜在功能也与丰富细菌差异明显。功能预测结果显示丰富细菌负责设施农田主要生态系统功能,如养分和能量代谢,而稀有细菌更多体现在辅助功能上(例如辅酶代谢),为微生物群落功能冗余做出贡献。不同细菌亚群落多样性和组成对长期施肥响应差异较大,其中,与不施肥相比,长期施用有机肥和化肥使稀有细菌亚群落丰富度显著提高19.8%—53.8%、多样性显著提高5.8%—8.0%,总相对丰度显著提高1.1—1.2倍,改变稀有细菌亚群落组成和结构,并且随着有机肥施用量增加,稀有细菌丰富度显著提升,亚群落组成和结构也发生显著变化;与之相比,长期施肥并未显著改变丰富细菌亚群落多样性,仅群落组成受到影响。同时,细菌共现性网络复杂度随有机肥施用显著增加,且稀有细菌更敏感。非度量多维度分析(NMDS)和Mantel检验结果均显示,影响稀有和丰富细菌亚群落的关键环境因子不同,其中,土壤有机质、全量氮磷有效磷、速效钾、pH、大中团聚体等多种与确定性过程相关的土壤因子显著影响丰富细菌亚群落,结构方程模型(SEM)进一步显示土壤有机质和全磷直接驱动丰富细菌多样性变化;而稀有细菌亚群落受环境过滤的影响程度明显下降,且群落分散性更强,暗示两种亚群落构建机制可能存在差异。【结论】与丰富细菌和整体群落相比,稀有细菌亚群落呈现更高的多样性和独特的群落组成,提高微生物群落功能冗余;长期施肥主要通过影响稀有细菌(即提高多样性、改变群落组成、增加网络复杂度)而非丰富细菌,从而改变细菌整体群落,并且介导稀有和丰富细菌亚群落构建的环境因素也不相同。

有机物料投入对中国农田土壤有机碳含量影响的整合分析

土壤有机碳含量是土壤肥力的重要标志,有机物料添加对于提升土壤有机碳含量具有重要作用。但是不同自然条件和农艺措施下有机物料添加对土壤有机碳含量的系统性影响尚不明确。研究搜集了国内外公开发表的相关文献数据,并建立了有机物料投入下农田土壤有机碳变化的数据库。运用整合(Meta)分析方法定量分析有机物料投入对表层土壤有机碳含量影响的综合效应,进而量化分析自然因素和人为因素对表层土壤有机碳含量的影响。研究结果表明,与不施肥相比,施用有机物料可以显著增加表层土壤有机碳41.9%。不同区域、土壤质地、土壤pH、初始有机碳含量、碳投入量、有机物料类型、施用有机物料时间和种植制度条件下,施用有机物料对表层土壤有机碳含量的影响均存在显著差异。在华北地区有机碳的增加率最大(58.3%),且显著高于东北地区(31.5%)和西北地区(32.1%);黏土(48.2%)和壤土(41.7%)有机碳增加率均显著高于砂土(25.0%);碱性土壤(50.9%)有机碳增加率显著高于酸性土壤(29.4%);土壤初始有机碳含量<6 g/kg的土壤有机碳增加率(90.3%)显著高于土壤初始有机碳含量6~12和>12 g/kg的土壤有机碳增加率(37.5%和38.2%);累计碳投入量>100 Mg/hm^(2)时土壤有机碳增加率(87.8%)显著大于累计碳投入量<50和50~100 Mg/hm^(2)(15.6%和36.7%);施用粪肥土壤有机碳增加率(46.5%)显著高于施用秸秆(33.6%);施用有机物料时间<10年的土壤有机碳增加率(16.6%)显著低于施用有机物料10~20和>20年(47.0%和52.2%);种植制度为一年两熟时施用有机物料土壤有机碳增加率(47.8%)显著高于种植制度为一年一熟(32.4%)。综上,施用有机物料对提升土壤有机碳含量具有重要意义。提升土壤有机碳含量需要考虑不同区域特点,加大单季有机物料用量,坚持长期施用有机物料以及秸秆还田和施用粪肥相结合是提升土壤有机碳的最重要措施。