施肥是提升土壤肥力促进作物增产的有效措施,长期不同施肥对土壤培肥的效果差别很大,依托中国农科院红壤实验站双季稻田连续38年不同施肥定位试验,研究了7种不同施肥处理CK(不施肥);NPK(化学氮、磷、钾肥料);M(腐熟牛粪);NPKM(化学氮、磷、钾和牛粪);NPM(化学氮、磷和牛粪);NKM(化学氮、钾和牛粪);PKM(化学磷、钾和牛粪)对水稻产量、稻田土壤肥力与养分表观平衡的影响。结果表明,各处理水稻年均产量由高到低为NPKM、NPM、NKM、PKM、M、NPK、CK,范围在6214-11562 kg hm2。长期有机无机配施处理(NPKM、NPM、NKM、PKM)较NPK的增产率分别为:22.58%、15.35%、10.53%、4.41%。长期有机无机配施处理(NPKM、NPM、NKM、PKM)的土壤有机碳、全氮、有效氮、速效钾含量均显著高于CK和NPK,其中有机肥配施氮磷肥处理的NPKM、NPM、PKM土壤全磷和有效磷含量显著高于CK、NPK;NPKM处理的水稻年均产量(11562 kg hm2)、有机碳(20.88 g kg-1)、土壤全氮(2.30 g kg-1)、全磷(0.95 g kg-1)、全钾(22.5 g kg-1)、有效磷含量(38.94 mg kg-1)均为各处理中最高,NKM处理土壤碱解氮含量(152.4mg kg-1)和速效钾含量(151.00 mg kg-1)为各处理最高。氮、磷施用量的增加导致土壤中氮、磷养分出现盈余,但NPKM处理相比其他处理能够有效降低盈余量;各处理土壤中钾素均表现为亏缺。相关性分析表明土壤SOC、TN、AN、TP、AP含量均与水稻产量显著相关(P<0.05),相关系数分别为0.428、0.496、0.518、0.501和0.438。本研究表明,相比单施化肥,长期有机肥配施化肥通过提升土壤肥力,促进土壤养分平衡,显著增加水稻产量,其中有机肥配施氮磷钾肥(NPKM)对于土壤肥力和水稻产量的提升效果最好。
早在2011年,研究者已对其进行了全基因组测序,并发现此基因组中有超过30%的编码基因是假定基因。另外,水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)已被认为是细菌基因组创新和进化的驱动力之一。前人在Xoc应对氧化应激的分子机制研究中,鉴定到了一个参与BLS256响应氧化胁迫并对毒性有贡献的水平转移基因(xoc_2868)。然而,xoc_2868作为一个转录因子的未知编码基因,其调控机制尚未被揭示。本研究基于BLAST序列比对和系统发育分析,初步判断其下游基因(xoc_2866和xoc_2867)与xoc_2868一样,均可能是BLS256在长期进化过程中通过水平转移从伯克氏菌科(Burkholderiaceae)获得的。为探索xoc_2868在BLS256响应氧胁迫过程中的潜在作用,我们分别对野生型(BLS256)和突变株(Δxoc_2868)在氧胁迫处理后进行了转录组测序。RNA-seq数据分析表明,在氧胁迫条件下,突变株中几个参与胞外多糖(EPS)和黄原胶(xanthan)生物合成基因的表达相较野生型显著下调,但未检测到其下游基因(xoc_2866和xoc_2867)的表达。为进一步鉴定受XOC_2868直接调控的基因,我们在野生型xoc_2868 C端融合了His6标签,并对此重组菌株进行了染色质免疫共沉淀 (ChIP-seq)分析。结合转录组分析发现,XOC_2868直接调控一个编码细胞色素bd氧化酶的两个亚基并参与氧化还原平衡的操纵子(cydAB)。与野生型菌株相比,cydA和cydAB缺失突变菌株与Δxoc_2868菌株一致出现对外源H2O2敏感性增强和细菌毒力减弱的表型。综上所述,本研究探讨了一种HGT形成和选择驱动的调控回路进化的可能性,xoc_2868与其两个下游基因可能是作为一个基因簇转移的,但它们在BLS256中各自进化,并在外界选择压下得以保留,XOC_2868通过结合新的调控位点直接调控了细胞色素bd氧化酶表达的通路,通过清除H2O2和其他ROS保护细胞免受氧化应激。此外,对胞外多糖和黄原胶合成相关基因的间接激活,也促进了其在宿主体内的定植和传播,从而参与了BLS256的致病力。本研究结果强调了在BLS256进化过程中,HGT现象对其毒力和适应性影响的可能性。
该研究系统阐述了长期不同施肥对土壤剖面SOC和N库的影响,通过冗余分析了SOC团聚体组分及影响因素,三维表面分析深入理解剖面SOC和N库对作物产量的影响。与化肥处理相比,长期施用有机肥通过增加表土层 (0–20 cm)SOC输入、SOC储量、TN储量和土壤pH值来提高作物产量。不同施肥处理的SOC团聚体组分存在差异,所有处理SOC团聚体组分高低依次为矿物结合有机碳(mSOC)>粗自由颗粒有机碳(cfPOC)>物理保护有机碳(iPOC)>细自由颗粒有机碳(ffPOC)。施用有机肥处理的所有SOC组分含量均显著高于化肥处理。在不同SOC团聚体组分中,ffPOC对不同施肥处理的敏感性最高。单施有机肥(M)和有机无机肥配施(NPKM)显著提高了表层(0-20 cm)SOC和TN含量,与化肥处理相比,M和NPKM处理降低了深层土壤(80-100 cm)中的SOC和N含量,有利于减少养分垂直流动,从而减少养分的淋溶损失。
本试验以“甬优1540”为材料,通过2年的田间重复试验,在头季稻总施纯氮量(225.00kg·hm-2)不变的前提下,设置头季不同氮肥运筹处理(基肥:第一次分蘖肥:第二次分蘖肥:穗肥比分别为3:1:2:4(N1)、3:2:1:4(N2)、3:3:0:4(N3)、4:3:0:3(N4)),从水稻群体分蘖特性、冠层结构特点、光合生理变化及干物质积累与运转规律入手,探讨了东南稻作区机械化栽培下头季稻氮肥运筹对再生稻产量形成的影响。结果表明,头季前氮后移施肥的N1处理有助于增加头季分蘖数,提高分蘖成穗率,N1处理成穗率高达70.18%,比基蘖肥比重高的当地常规施肥N4处理提高了9.15%。N1处理还有助于提高群体LAI值,其头季及再生季齐穗期LAI值分别比N4处理提高了16.52% 和29.87%。就茎鞘物质运转率及冠层光能截获率而言,N1处理下其头季稻茎鞘物质运转率比N4处理提高了50.57%,而其再生季齐穗期的冠层光能截获率比N4处理提高了5.07%。在本试验中,头季稻前氮后移的N1处理两季实际总产量最高,2年平均实际总产达17351.23 kg·hm-2,比当地常规施肥N4处理提高了23.00%。由此可见,头季稻合理氮肥处理有利其提高健桩存量,从而为再生季作物的群体及产量形成奠定基础。在本研究中,低留桩机械化栽培下头季稻适当的前氮后移,不仅提高头季稻产量,而且还有利其再生腋芽的萌发,增加再生季成穗率,从而实现水稻一种两收目的。
Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens是应用广泛的植物根际促生菌。目前Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens对稻田土壤氮循环和水稻生长发育的影响尚不清楚。本研究通过两年田间试验(2016-2017)解析了Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens对水稻根际土壤氮素转化和供氮能力的影响,明确了Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens在稻田肥料减施增效中的作用。微生物接种包括4个处理,分别为生理盐水接种(对照,M0),水稻幼苗接种Azospirillum brasilense(Mb),水稻幼苗接种Pseudomonas fluorescens(Mp),水稻幼苗接种Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens的混合物(Mbp)。氮肥施用水平包括4个处理,分别为0 kg N hm-2(N0)),90 kg N hm-2(N90),180 kg N hm-2(N180),270 kg N hm-2 (N270)。结果表明,与M0相比,Mbp与Mp处理显著增强了水稻根际土壤氨化作用强度,高氮条件下提升作用更显著。与M0相比,Mbp与Mb处理显著增强了水稻根际土壤固氮酶活性,低氮条件下提升作用更显著。接种用的Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens不参与水稻根际土壤的硝化和反硝化过程。根际促生菌与氮肥的交互作用对土壤呼吸速率与微生物量氮有显著影响。在Mbp处理中,N90、N180、N270处理的土壤供氮能力与水稻产量无显著差异。水稻幼苗接种Azospirillum brasilense与Pseudomonas fluorescens的混合物,可将该地区氮肥施用量降至90 kg N hm-2。