转基因作物种植对土壤生态系统影响的研究进展

土壤是生态系统中物质与能量交换的重要场所。随着转基因作物种植面积的不断增加,其对土壤生态系统的影响日益引起人们的广泛关注。植物和土壤的相互关系对于生态系统的功能稳定和植物健康是至关重要的。综述了转基因作物种植对根际土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物群落结构、土壤动物的影响,并对研究方向进行了展望。     

黄河故道区域不同种植模式及秸秆还田方式对土壤的改良效果

由于长期受到流水冲击,黄河故道区域农田以中低产田为主,因此本区域农田质量提升成为黄河中下游平原绿色发展的重要研究课题。在河南濮阳清丰地区秸秆还田方式的基础上,选取黄河故道区域广泛种植的小麦、玉米和花生三大主要农作物,于2009年进行4种种植模式长期定位试验：小麦-玉米、小麦-花生、小麦-玉米-小麦-花生和单季花生,其中小麦和玉米秸秆全部还田,花生秸秆不还田,探究不同种植模式对土壤理化性质和微生物群落结构的影响。结果表明,秸秆还田量越多,土壤有机质含量提高越多,小麦-花生、小麦-玉米-小麦-花生种植模式下土壤有机质含量最高,且其土壤含水量也显著高于其他处理,上层土壤容重有所降低,显著改善了土壤砂质化,提升了土壤的蓄水能力;秸秆还田量较大的种植模式的养分保持能力明显提高,养分含量显著增加;微生物群落结构对不同种植模式响应结果为,花生可以显著提升微生物丰度,微生物群落多样性随种植作物类型的增加而增加。因此,小麦-玉米-小麦-花生种植模式较为适宜濮阳清丰黄河故道区域,有利于土壤改良和区域农业的可持续发展。     

植物对土壤微生物多样性的影响研究进展

土壤微生物是植物-土壤系统中比较活跃的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植被的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。本文通过植物类型、植物多样性、植物不同生长发育阶段、同一植物不同基因型、植物根系分泌物和外来植物入侵对土壤微生物多样性的影响分析,探讨植物和土壤微生物多样性之间的内在联系,为植物保护和农业可持续发展研究提供参考。     

轮作模式下土壤微生物与线虫群落的互作研究现状

作物轮作种植在中国应用历史悠久,而针对不同地区不同栽培目的的轮作模式研究一直处于探索中。笔者以轮作在土壤生态学方面对土壤的改良作用着手,分析国内外学者关于多种轮作模式下土壤线虫与微生物群落的相关研究,讨论轮作模式下土壤理化性状对两者的影响以及在团聚体中微生物和线虫群落的关系。从宏观及微观空间尺度下分析两者在土壤生态系统食物网中的相互作用,根据其互作效应探究微生物、线虫对土壤环境的指示作用,以此来达到合理轮作、培肥土壤、作物可持续稳产高产的目的,使得农田土壤状况向着更有利于作物生长发育的方向发展。     

连作对土壤微生物菌群影响及修复研究进展

连作可短时间内带来经济效益，满足日益增长的粮食等农产品需求，但长期连作会加速土壤退化，导致作物减产和病害率增高，破坏土壤微生物结构平衡，不利于土壤生态系统的可持续发展。良好的土壤生态系统中有益微生物、有害微生物及植物间维持着相对平衡。微生物群落结构直接指示整个土壤生态系统的转化方向。通过总结前人在连作对土壤微生物菌群的影响及其修复连作土壤障碍方面的研究结果，探讨修复方式的利弊及其未来的研究方向，旨在为连作障碍土壤修复和植物生长发育创造良好条件，为保持土壤微生物群落结构平衡、保证土壤生态系统的可持续发展提供理论依据。     

东北地理所揭示CO_2浓度升高对大豆根际微生物群落结构的影响

正以CO_2浓度升高为主要特征的全球气候变化已经对农田生态系统产生重大影响,成为全球农业可持续发展的严峻挑战。CO_2浓度升高影响植物生理代谢过程,导致植物根系分泌物的总量和化学组成发生改变,进而可能影响土壤微生物群落结构和生态功能。由于土壤微生物驱动碳氮循环,参与土壤养分     

引入豆科作物的轮作模式对设施蔬菜土壤微生物群落组成的影响

基于豆科作物养分减投的轮作模式有助于在保障高产的基础上实现农业面源污染防控,为了探讨引入豆科蔬菜的轮作模式对土壤微生物群落的影响,采集定位试验3种轮作模式:西红柿-甜瓜、豆角-甜瓜、西红柿-豆角土壤样品,利用MiSeq高通量测序分析不同轮作模式下土壤微生物多样性、群落组成和结构差异,并结合土壤性质等环境因子探讨影响设施土壤微生物群落组成和结构的关键因素。结果表明,引入豆角的轮作模式显著影响土壤微生物的α-多样性,其中豆角-甜瓜模式显著降低了细菌Pielou指数,西红柿-豆角模式显著降低了真菌Chao指数。西红柿-豆角模式显著增加了土壤细菌中己科河菌门及真菌中担子菌门的相对丰度,分别是另2种轮作模式的2.3,4.1～4.8倍。在科水平上,西红柿-豆角模式显著增加了细菌亚硝化单胞菌科、Rokubacteriales、 S085及真菌小不整球壳科、虫草菌科和丛赤壳科的相对丰度;豆角-甜瓜显著促进了细菌甾体杆菌科的生长;而西红柿-甜瓜显著提高了细菌Roseiflexaceae和生丝单胞菌科的相对丰度。CCA分析表明,地上部作物种类、pH值和NO~-_3-N含量是影响土壤微生物群落组成和结构的关键环境因子,并且土壤细菌对环境因子改变的响应比真菌敏感。结果表明,相对于传统茄科-葫芦科轮作,引入豆科作物的轮作模式显著降低了细菌的均匀度和真菌的丰富度,并且改变了细菌和真菌的群落组成及结构,而且细菌对轮作模式改变的响应比真菌敏感。     

养分投入和作物根系对土壤微生物氮转化的影响

土壤氮转化的主体是微生物,土壤有机质与根系分泌物是微生物氮转化的驱动力。综述了养分投入和作物根系通过微生物对土壤氮转化的影响。指出化肥或有机肥的投入,通过改变光合产物向根系的分配和土壤难/易有机质的数量,或直接提供微生物底物方式,改变微生物生物量、群落结构、氮转化功能基因的数量或相关酶的产生,从而影响土壤氮的转化;还指出根系通过根系分泌物或根茬还田影响土壤微生物的数量和活性,土壤有机质含量也显著影响微生物氮转化过程。总之,养分投入通过直接或间接方式影响土壤微生物,进而影响土壤养分的存在状态,最终影响作物对养分的吸收。     

基于高通量测序技术研究栽培苍术根际土壤微生物变化

苍术为多年生草本植物,传统的种植方式是连续多年在同一地块种植,这往往导致其生长发育受阻和土传病害的发生,根际微生物被认为是植物的第二基因组,对植物的生长发育具有重要作用。为分析栽培苍术对根际土壤微生物的影响,探讨苍术病害发生与微生物变化间的关系,以陕西省柞水县下梁镇种植过3年苍术的根际土壤,以及从未种植过苍术地块的土壤为试验材料,利用高通量测序方法对微生物群落进行扩增子测序分析。结果表明,栽培3年后,苍术根际土壤细菌和真菌结构发生变化,细菌群落多样性和丰富度下降,真菌群落多样性下降、丰富度上升,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门是细菌中的优势菌群,子囊菌门、被孢霉门、担子菌门是真菌中的优势菌群。栽培3年后,苍术的根际土壤微生物呈有益菌下降、病害菌增加的趋势。     

外来入侵植物与地下生态系统相互影响的研究进展

摘要：生物入侵已成为世界性的生态、经济问题,是人类当前面临的巨大挑战。作为入侵生物中一个重要组分的外来入侵植物,其入侵不仅改变了入侵地地上植物群落的多样性,而且对入侵地的地下生态系统也产生了深刻影响。国内外的生态学家对于外来植物的入侵虽已提出多个机制假说,但真正机理还未明确。近年来兴起的外来入侵植物与入侵地土壤生态过程相互影响的研究为外来植物入侵机理的揭示提供了新思路。本文从两个方面综述了近年来对外来入侵植物与入侵地地下生态系统相互作用的研究结果：（1）入侵植物与入侵地土壤微生物的相互影响：外来入侵植物可通过破坏土著植物与土壤微生物间的共生关系、分泌化感物质影响入侵地微生物群落结构和功能、逃避原产地土传天敌、改变入侵地的微生物群落结构进而间接改变土壤养分循环等途径实现入侵;（2）入侵植物与入侵地土壤养分的相互影响：主要是入侵植物与入侵地土壤氮、磷、钾等几种大量元素及其他元素之间的相互作用。在综述国内外研究的基础上,探讨了外来入侵植物入侵机理研究中存在的问题及未来的研究方向,以期为外来植物入侵的预防、控制与生境恢复提供依据。     

作物间套作种植方式间作效应研究

阐述了国内外作物间套作方式的研究进展及内容,总结近五年来作物间套作方式的研究特点：土壤容重、光照强度、叶绿素含量、抗病虫性、土壤水分变化规律、施肥水平对间套作作物性状的影响和经济效益方面研究较多;间套作水土保持作用,土壤水分和养分利用状况及作物地下部分等方面研究较少。提出间套作在栽培措施方面应注意的关键问题：合理安排间套作作物的播种期和移栽期;采用共生系统施肥法(即施肥时要同时考虑间套作作物);种植密度要适宜。     

长期配方施肥对作物产量和土壤养分含量的影响

为合理优化施肥结构,制定科学的作物肥料配方,提高耕地地力水平,实现耕地资源可持续利用。2006—2013 年笔者通过对山东省临沂市河东区4 种土壤进行长期定位配方施肥,研究了配方施肥对作物产量及土壤养分含量的影响。结果显示：各处理配方施肥处理作物平均产量明显高于习惯施肥。2013 年配方施肥处理和习惯施肥处理土壤碱解氮含量、土壤速效钾含量均比2006 年增加,其中习惯施肥处理土壤碱解氮含量增幅较配方施肥处理大,而配方施肥处理土壤速效钾含量增幅较习惯施肥处理大;2006—2010 年配方施肥处理土壤有效磷变化不明显,2010 年后土壤有效磷呈下降趋势;2006—2013 习惯施肥处理土壤有效磷含量相对较稳定。配方施肥通过合理调整氮、磷、钾肥的比例和用量,大幅减少了肥料投入,显著提高了作物产量,有效促进了土壤养分均衡。     

连作障碍中化感自毒效应及间作缓解机理

连作障碍是典型的土壤-植物负反馈现象,长期以来困扰农业生产的发展,作物连作障碍形成机理与防治一直是国内外学者的研究热点。自毒作用是连作障碍的发生机制之一,连作下土壤中自毒物质累积通过影响作物的营养吸收、光合作用、酶活性等生理过程而抑制作物生长;同时自毒物质还通过改变微生物区系,降低土壤微生物活性和多样性,促进病原菌增殖,加剧土传病害发生而导致连作障碍危害加重。利用植物化感作用而采用的间作模式,可为克服作物连作自毒物质引发的土传病害发生提供环保、经济、有效的防治途径,符合现代农业可持续发展的思路。笔者从营养和生理角度分析间作提高作物的抗性,从根际微生物-自毒物质-病原菌互作角度阐明间作缓解连作自毒效应的机理,为理解间作系统地下部根际生态过程与连作障碍缓解及制定合理的间作模式提供参考,并有助于揭示地上-地下生物多样性互馈机理。     

作物秸秆还田研究进展

作物秸秆还田是培肥土壤的重要技术措施,可以有效解决秸秆浪费和田间焚烧所产生的环境问题。为了深入了解秸秆还田技术以及高效合理利用秸秆资源,本文介绍了作物秸秆资源利用现状、秸秆还田的方式以及常见的秸秆还田技术模式和应用,阐述了作物秸秆还田对农田生态环境和作物产量的效应。本文分析了秸秆还田的利与弊,并对今后的研究方向进行了展望,提出未来发展作物秸秆还田的关键是走农艺与农机相结合的道路。     

作物覆盖度的近地面测量方法综述

作物覆盖度是农业生态学、作物栽培学和水土保持学等学科中的重要研究参数,因此如何快速和准确地地获得覆盖度数据对相关科技工作者具有实用价值。本文综述了国内外的作物覆盖度的近地面观测方法,将其归纳为三大类：地面实测类、动态模型类和遥感类,提出并评估了利用叶面积指数推导作物覆盖度的模型法。同时,在分析各种方法的特点和优势的基础上,对不同情形下的覆盖度方法的使用提出建议,最后对作物覆盖度测量方法可能的发展与研究方向作出了展望。以期为相关研究人员快速获得适宜的观测方法和方案提供参考。     

作物根系形态对施肥措施的响应

旨在有效利用有限的肥料资源以及为高效作物品种选种提供理论基础,进一步实现作物经济收益最大化和环境污染最小化。笔者综述了作物为适应不同施肥条件所产生的一系列根系形态学变化,分析了不同施肥处理对作物根系形态指标的影响:（1）植物根系普遍随元素水平的提高产生“低促高抑”的现象;（2）减量和优化施肥对作物根系的发育和建成有促进作用;（3）元素过高过低均抑制根系生长;（4）有机肥可弥补化肥养分单一和供肥不平衡的缺点,与化肥配合施用更能促进根系生长发育。作物可以通过根系形态的适应性变化来适应不同的施肥处理,以改变形态发育来增强对土壤中营养元素的吸收,提高肥料利用率。     

有机肥对土壤微生物群落特征影响的研究进展

土壤微生物是评价土壤健康的关键指标，农业生产中，施肥提高土壤肥力和粮食产量的同时也深刻地改变着土壤微生物的生存环境。在农业生产发展和推广有机肥的基本政策下，研究有机肥料对土壤微生物的影响有利于全面、客观评价有机肥对土壤健康的意义。中国自20世纪70、80年代，布局了一批长期定位施肥试验，基于这些研究结果，对土壤微生物研究发展变化趋势及环境影响因素进行研究，阐述了有机肥在提高土壤微生物生物量和构建群落结构方面的积极效应，探讨了有机培肥对土壤微生物群落功能多样性的影响。总的来说，有机肥改变土壤微生物群落多样性和碳源利用特征，提高土壤细菌真菌比，增加古菌、固氮微生物和氨氧化微生物等功能微生物菌群丰度，抑制土壤病原菌的活性，从而起到提高土壤碳氮代谢活性和维护土壤健康的作用。有机肥构建土壤微生物群落结构的途径主要是引起土壤pH、养分含量、团聚结构、酶的活性等理化性质的改变，以及自身携带的外源微生物、抗生素、重金属等对土壤微生物群落特征的影响。施用有机肥时应综合考虑土壤条件、作物类型和肥料种类等因素。今后，可以通过新的生物技术深入挖掘微生物功能特性及作用机制，同时开发安全高效的新型微生物肥料，充分发挥微生物在农业绿色发展中的作用。此外，还要重视土壤健康微生物指标的开发和验证，深入开展土壤健康评价体系研究。     

江苏种养结合猪场粪污处理典型模式分析Ⅰ——政府主导型

总结归纳江苏养殖粪污处理典型模式，为区域尺度发展种养结合循环农业，实现农业废弃物资源化统筹协调高效利用，提供模式参考及案件借鉴。以政府主导型的武进区农业废弃物综合治理中心（礼嘉站）为例，介绍种养结合模式背景及构架，分析关键技术组成，剖析经济、生态及社会效益，阐明运行机制。结果表明：收集分散服务体系建设形成了养殖业、种植业、第三方服务组织、政府及社会群众之间的利益共同体，破解了小型养殖粪污无害化处理与资源化利用的瓶颈难题，促进了“乡村振兴”的“环境美、农民富”进程。江苏探索的政府主导型养殖粪污集中处理模式，对构建和发展区域尺度种养结合循环农业更具代表性及示范价值。     

土壤机械压实及其对作物生长的影响

在生产中农业机械替代人畜力从事农业生产劳动是必然的趋势。随着农业机械化水平的快速提高,土壤机械压实问题越来越突出。通过分析土壤机械压应力传递模型,以及土壤压实后土壤容重、坚实度增加,孔隙度、含水量降低,土壤的渗透性变差等土壤质量恶化现象,发现土壤压实可导致土壤质量下降,抑制作物的根系生长发育,对作物吸收土壤中的水分、养分产生不利影响。可造成玉米减产9.5%~14.4%,小麦减产4.0%~20.0%,大豆减产3.8%~13.4%,甜菜根产量降低5.81%~24.13%,含糖率降低0.49~0.81ºZ。因此,在农业生产中必须要重视土壤压实问题,采取切实可行的技术措施,减轻农业机械化作业对土壤造成的负面影响,促进作物生长,提高农艺综合效益。     

杭州市滨江区耕地土壤养分现状及变化特征

为了解杭州市滨江区耕地土壤养分现状及30年来的变化特征,从而提出因地制宜的土壤肥力管理及改良措施,为促进滨江区农业可持续发展提供依据。现将滨江区耕地土壤养分现状与第二次土壤普查数据进行比较。结果表明：30年间,滨江区耕地土壤的pH趋向偏碱,影响作物生长;土壤有机质和全氮贮量较低,变化不明显;土壤速效养分磷和钾含量失衡,且变化显著,有效磷增幅大,速效钾降幅明显;土壤保肥水平较差,略有降低;土壤全盐量较高,部分样点已对作物生长产生抑制作用。为此,提出了测土配方施肥、改良盐碱化土壤、增施有机肥的技术改良措施。