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土壤有机碳组分对土地利用方式响应的Meta分析

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草业科学 2022年第6期39卷 1115-1128页

作者：魏早强罗珠珠牛伊宁蔡立群甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070 甘肃省干旱生境作物学重点实验室甘肃兰州730070

增加土壤有机碳累积对于缓解全球气候变化背景下大气温室效应具有重要意义。为研究不同土地利用方式对土壤有机碳组分的影响,本研究采用整合分析方法(Meta-analysis)研究了林地、果园、天然草地、栽培草地、农田5种不同土地利用方式下0... 详细信息

增加土壤有机碳累积对于缓解全球气候变化背景下大气温室效应具有重要意义。为研究不同土地利用方式对土壤有机碳组分的影响,本研究采用整合分析方法(Meta-analysis)研究了林地、果园、天然草地、栽培草地、农田5种不同土地利用方式下0–100 cm土壤剖面总有机碳(TOC)及其活性组分的变化特征,并探讨了土壤总有机碳与活性有机碳之间的相关关系。结果表明:与农田(对照)相比,林地和栽培草地均能显著增加0–100 cm土层TOC含量(P0.05);天然草地和栽培草地近乎在0–100 cm整个剖面对EOC含量均有显著增加作用(P<0.05);果园和天然草地的DOC含量在0–80 cm土层显著增加(P<0.05),林地和栽培草地则在0–60 cm土层DOC含量显著增加(P<0.05)。相关性分析显示,TOC与EOC、POC、MBC呈极显著正相关关系(P<0.01),而与DOC无明显相关关系。综上,与农田相比,林地和栽培草地具有较强的土壤固碳功能。该研究可为土壤有机碳管理提供理论参考。

关键词：土壤土地利用总有机碳活性有机碳土层温室效应相关性分析整合分析

黄土丘陵区苜蓿地土壤线虫群落结构和代谢足迹对磷素的响应

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植物营养与肥料学报 2023年第8期29卷 1471-1482页

作者：李亮亮罗珠珠李玲玲牛伊宁何仁元刘家鹤甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070 省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070 甘肃农业大学林学院甘肃兰州730070

【目的】线虫是指示土壤健康的典型生物之一,探讨黄土高原半干旱区不同供磷(P)水平下苜蓿根围土壤线虫群落结构和代谢足迹,为黄土高原苜蓿人工草地的可持续利用提供理论支撑。【方法】基于甘肃定西2014年开始的苜蓿长期定位试验,在每3... 详细信息

【目的】线虫是指示土壤健康的典型生物之一,探讨黄土高原半干旱区不同供磷(P)水平下苜蓿根围土壤线虫群落结构和代谢足迹,为黄土高原苜蓿人工草地的可持续利用提供理论支撑。【方法】基于甘肃定西2014年开始的苜蓿长期定位试验,在每3年施用磷(P2O5)0、60、120、180 kg/hm^(2)的小区内采集苜蓿根系附近土样,采用浅盘法分离提取土壤线虫,鉴定土壤线虫类群,计算生态功能指数和代谢足迹,并明确了指示物种。【结果】本研究共分离鉴定出土壤线虫4575条,隶属于19科27属,包括食细菌性线虫和植物寄生性线虫各9属,食真菌性线虫4属,捕食/杂食性线虫5属,以植物寄生性线虫占比最高(43.00%~57.33%),在各处理间占据优势地位,螺旋属为各处理共有优势属(20.67%~39.33%)。此外,CK处理优势属还有拟丽突属、艾普鲁斯属和丝尾垫刃属(10.33%、11.00%和10.00%);P60处理有拟丽突属(11.00%);P120处理有艾普鲁斯属(10.00%),P180处理有中杆属(10.00%)。长期磷素添加对土壤线虫多度无明显影响,但显著影响线虫多样性、丰富度和群落组成,因为磷素添加改变了土壤理化性质使得土壤线虫群落具有物种选择性,食细菌类、杂食/捕食类、植物寄生类和c-p类线虫表现为P60处理正选择性物种比例最大,P60处理指示物种包括了管咽属、板唇属、真头叶属、茎属、剑线属和Laimydorus,P120处理指示物种只有盆咽属、短体属和Campydora,CK和P180处理无指示物种。随着磷素添加量增加,植物寄生性线虫成熟度指数(PPI)在P120处理达到峰值,线虫多样性指数(H′)、线虫通路指数(NCR)和自由生活线虫成熟度指数(MI)在P60处理下达到峰值,而植物寄生性线虫与自由生活线虫成熟度指数比(PPI/MI)和优势度指数(λ)在P60处理下跌至低谷。区系分析显示,CK处理土壤线虫分布在A、B、C三象限,P60、P120和P180处理均处于B象限,土壤线虫功能足迹表现为P60>CK>P180>P120,土壤线虫富集指数随磷素添加量增加而提高,说明P60处理土壤线虫群落受干扰程度显著降低,其线虫群落结构成熟稳定,这与其较高的杂食/捕食性线虫丰度有关。【结论】磷素营养水平导致土壤线虫群落改变了其代谢足迹,致使土壤食物网结构发生显著性变化。适宜的磷素添加促进食物网向复杂稳定方向发展,对于苜蓿人工草地的可持续利用具有积极意义。

关键词：黄土高原紫花苜蓿土壤线虫代谢足迹土壤微食物网

黄土高原干旱区长期种植紫花苜蓿和一年生作物轮作对土壤真菌群落的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2022年第6期30卷 965-975页

作者：孙鹏洲罗珠珠李玲玲牛伊宁蔡立群刘家鹤王晓菲甘肃农业大学资源与环境学院兰州730070 甘肃省干旱生境作物学重点实验室兰州730070

为研究半干旱区种植制度对土壤真菌群落和功能的影响,本研究依托布设于黄土高原雨养农业区的长期定位试验,采集长期种植苜蓿(LC)、苜蓿-休耕(LF)、苜蓿-休耕-玉米(L_(F)C)、苜蓿-马铃薯(LP)、苜蓿-谷子(LMi)5个处理的耕层(0~30 cm)土壤... 详细信息

为研究半干旱区种植制度对土壤真菌群落和功能的影响,本研究依托布设于黄土高原雨养农业区的长期定位试验,采集长期种植苜蓿(LC)、苜蓿-休耕(LF)、苜蓿-休耕-玉米(L_(F)C)、苜蓿-马铃薯(LP)、苜蓿-谷子(LMi)5个处理的耕层(0~30 cm)土壤样品,基于真菌ITS区高通量测序技术,分析比较长期种植苜蓿和一年生作物对土壤真菌多样性和群落特征的影响,并采用FUNGuild平台分析预测不同处理土壤真菌的生态功能。结果表明,本研究共检测到真菌7门25纲77目169科347属,其中以子囊菌门(Ascomycota,69.17%~88.22%)为最优势菌门,且远远大于次优势菌门——接合菌门(Zygomycota,6.72%~19.88%)和担子菌门(Basidiomycota,1.64%~9.01%);属水平下各处理优势菌群存在差异,其中LC处理优势属为Phaeomycocentrospora,LF、LP和LMi的优势属均为赤霉菌属(Gibberella),L_(F)C处理优势属为被孢霉属(Mortierella)。冗余分析(RDA)发现,土壤有效磷(P=0.002)是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子。真菌FUNGuild功能预测结果表明,本试验黄绵土主要以病理营养型真菌(pathotroph)为主(25.44%~39.27%),速效磷和硝态氮是影响土壤真菌营养类型变化的主要环境因子,与长期种植苜蓿相比种植一年生大田作物显著增加了土壤腐生-共生营养型、病原体-腐生-共生营养型和病理-腐生-共生营养型等过渡型真菌类群相对丰度,说明合理的种植制度有利于改善农田土壤真菌群落结构,促进区域土壤生态系统的稳定。

关键词：紫花苜蓿一年生作物高通量测序真菌群落结构 FUNGulid

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黄土高原紫花苜蓿地土壤AMF群落结构及其组装机制

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中国生态农业学报（中英文） 2023年第6期31卷 835-844页

作者：高瑞罗珠珠何仁元牛伊宁刘家鹤蔡立群海龙甘肃农业大学资源与环境学院兰州730070 省部共建干旱生境作物学国家重点实验室兰州730070

为揭示多年种植紫花苜蓿对土壤丛枝菌根真菌(AMF)群落结构和多样性的影响,本研究通过布设在黄土高原半干旱区的田间试验,基于2019年(L_(2019))、2012年(L_(2012))和2003年(L_(2003))建植的紫花苜蓿田,以农田玉米为对照,采用高通量测序和... 详细信息

为揭示多年种植紫花苜蓿对土壤丛枝菌根真菌(AMF)群落结构和多样性的影响,本研究通过布设在黄土高原半干旱区的田间试验,基于2019年(L_(2019))、2012年(L_(2012))和2003年(L_(2003))建植的紫花苜蓿田,以农田玉米为对照,采用高通量测序和PCR技术,结合分子生态网络研究不同种植年限紫花苜蓿地土壤AMF群落组成和丰度,并基于零模型揭示了土壤AMF群落的组装过程。结果表明:黄绵土区AMF属于球囊菌门的1纲4目7科7属,球囊霉属、类球囊霉属和多孢囊霉属为紫花苜蓿地和农田土壤共有类群,且均以球囊霉属(65.15%~99.12%)为优势属,其主要贡献了不同处理分组中土壤AMF群落结构的改变。长期种植紫花苜蓿使和平囊霉属和无梗囊霉属消亡,但促生了双型囊霉属和盾巨孢囊霉属,其中双型囊霉属相对丰度表现为L2019处理显著高于其他处理(P<0.05)。网络关联分析发现,高丰度的球囊霉属和类球囊霉属之间呈现负相关,而低丰度的和平囊霉属和无梗囊霉属之间呈现正相关。基于零模型的AMF群落组装结果表明,农田与L_(2019)处理由确定性过程主导(66.67%),L_(2012)和L_(2003)处理由随机性过程主导(100%),这表明长期种植紫花苜蓿形成稳定的土壤环境使其随机性过程增加,利于维持人工草地生态系统功能的可持续性和稳定性。

关键词：紫花苜蓿丛枝菌根真菌群落结构群落组装黄绵土

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陇东黄土高原饲草作物生产力研究

草业科学 2012年第9期29卷 1422-1427页

作者：牛伊宁南志标甘肃省干旱生境作物学重点实验室甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070 草地农业生态系统国家重点实验室兰州大学草地农业科技学院甘肃兰州730020

针对陇东黄土高原作物-家畜系统中家畜饲草质量和供给数量不足的现状,对饲草作物的生产力进行了研究。试验种植了8种饲草作物包括饲料玉米(Zea mays)、苏丹草(Sorghum sudanense)、湖南稷子(Echinochloacrusgalli ***)、谷子(Setaria it... 详细信息

针对陇东黄土高原作物-家畜系统中家畜饲草质量和供给数量不足的现状,对饲草作物的生产力进行了研究。试验种植了8种饲草作物包括饲料玉米(Zea mays)、苏丹草(Sorghum sudanense)、湖南稷子(Echinochloacrusgalli ***)、谷子(Setaria italica)、箭筈豌豆(Vicia sativacv.6625)、燕麦(Avena sativa)和多年生饲草紫花苜蓿(Medicago sativa),以及玉米、高粱和谷子混合后种植的和草(当地传统的饲草作物,是家畜的主要饲草来源,以收获植物营养体为主)。饲草作物采用轮作序列:玉米-箭筈豌豆-燕麦轮作(MVO)、苏丹草-箭筈豌豆-燕麦轮作(SVO)、湖南稷子-箭筈豌豆-燕麦轮作(PVO)、谷子-箭筈豌豆-和草轮作(MVM)和多年生苜蓿连作。结果表明,玉米的产量最高,达到***-2.a-1,苏丹草(***-2.a-1)次之,燕麦(***-2.a-1)和湖南稷子(***-2.a-1)的产量依次降低,谷子的产量是***-2.a-1,苜蓿为***-2.a-1,和草的产量最低,是***-2.a-1;轮作系统中,产量顺序依次为MVO轮作系统(***-2.a-1)>SVO轮作系统(***-2.a-1)>PVO轮作系统(***-2.a-1)>苜蓿(***-2.a-1)>MVM轮作系统(***-2.a-1)。在生产实践中,春季饲草作物饲料玉米、苏丹草和湖南稷子适合在当地生长,夏季饲草作物燕麦在当地表现良好,值得大面积推广种植。

关键词：陇东黄土高原作物-家畜系统饲草产量轮作系统

基于最小数据集的黄土高原半干旱区苜蓿地土壤质量评价

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中国草地学报 2023年第7期45卷 81-90页

作者：王淑琴罗珠珠牛伊宁蔡立群刘家鹤李林芝甘肃农业大学资源与环境学院甘肃兰州730070 甘肃省干旱生境作物学重点实验室甘肃兰州730070

通过评价不同种植年限苜蓿地土壤质量变化,可为紫花苜蓿人工草地的可持续利用和适宜种植年限的确定提供理论依据。本文以黄土高原半干旱区不同种植年限的苜蓿地为研究对象,农田为对照,测定了耕层土壤物理、化学和生物学性质的21个指标,... 详细信息

通过评价不同种植年限苜蓿地土壤质量变化,可为紫花苜蓿人工草地的可持续利用和适宜种植年限的确定提供理论依据。本文以黄土高原半干旱区不同种植年限的苜蓿地为研究对象,农田为对照,测定了耕层土壤物理、化学和生物学性质的21个指标,作为全数据集(Total data set,TDS)进行描述性特征分析,并通过主成分分析、相关性分析和Norm值计算构建了土壤质量评价最小数据集(Minimum data set,MDS),运用加权综合指数法开展土壤质量评价。结果表明,长期种植苜蓿会提高土壤有机碳、全氮和可溶性碳含量,但降低了土壤水分和速效磷含量。构建的MDS包括土壤容重、全氮、速效磷、脲酶、真菌Shannon指数和真菌Chao指数;全数据集土壤质量指数(TDS-Soil quality index,TDS-SQI)与最小数据集土壤质量指数(MDS-Soil quality index,MDS-SQI)均表现为L2012>L2003>农田>L2019,且两种评价体系结果呈显著正相关(R^(2)=0.599,P<0.05),表明采用最小数据集评价苜蓿地土壤质量是可行的。土壤速效磷和全氮是影响黄土高原半干旱区苜蓿地土壤质量的主要障碍因子,可通过适当施用氮、磷肥及轮作促进区域紫花苜蓿人工草地的可持续利用。

关键词：紫花苜蓿最小数据集土壤质量障碍因子黄绵土

黄土高原紫花苜蓿种植对土壤反硝化细菌群落的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2023年第1期31卷 67-78页

作者：孙鹏洲罗珠珠李玲玲牛伊宁王晓菲田建霞刘家鹤甘肃农业大学资源与环境学院兰州730070 省部共建干旱生境作物学国家重点实验室兰州730070

研究依托布设于黄土高原的长期定位试验,以紫花苜蓿(Medicago sativa)不同种植年限(2年、9年和18年)土壤为研究对象,玉米(Zea mays)地为对照,基于高通量测序技术和荧光定量PCR技术,结合冗余分析和分子生态网络构建,通过微生物标志物(nir... 详细信息

研究依托布设于黄土高原的长期定位试验,以紫花苜蓿(Medicago sativa)不同种植年限(2年、9年和18年)土壤为研究对象,玉米(Zea mays)地为对照,基于高通量测序技术和荧光定量PCR技术,结合冗余分析和分子生态网络构建,通过微生物标志物(nirK和nirS)对黄绵土区玉米农田和长期种植紫花苜蓿土壤反硝化细菌群落结构和多样性展开研究。结果表明,黄绵土区nirK基因丰度明显高于nirS基因丰度,具有nirK和nirS基因的反硝化细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria)。nirK型反硝化细菌已分类优势属为副球菌属(Paracoccus,1.10%~39.94%)、无色杆菌属(Achromobacter,0.07%~12.50%)和中华根瘤菌属(Sinorhizobium,0.50%~7.60%),且紫花苜蓿地副球菌属相对丰度显著高于玉米农田(P<0.05),随紫花苜蓿种植年限延长相对丰度逐渐增加;无色杆菌属相对丰度表现为紫花苜蓿地显著低于玉米农田(P<0.05),丰度随苜蓿种植年限的延长逐渐降低;nirS型反硝化细菌优势属为罗河杆菌属(Rhodanobacter,1.42%~5.20%)。相关性分析表明,nirK反硝化基因丰度变化对土壤环境因子无明显响应,而nirS反硝化基因丰度与土壤有机碳、全氮和微生物量碳含量呈显著正相关,与土壤水分和有效磷含量呈显著负相关。冗余分析结果表明,土壤水分(P=0.002)和有机碳(P=0.020)是nirK型反硝化细菌群落组成变化的主导因子,土壤有效磷(P=0.006)是nirS型反硝化细菌群落结构产生变化的主导因子。分子生态网络分析表明,黄绵土区nirK型和nirS型反硝化细菌的群落之间均以协同合作关系为主。长期种植苜蓿显著影响土壤中反硝化细菌的群落组成,研究结果可为深入探索半干旱区土壤反硝化过程中的微生物机制提供重要科学依据。

关键词：黄土高原紫花苜蓿 nirK基因 nirS基因反硝化细菌群落结构

耕作和秸秆还田对庆阳黄土高原冬小麦土壤入渗特性的影响

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耕作和秸秆还田对庆阳黄土高原冬小麦土壤入渗特性的影响

作者：牛伊宁兰州大学

学位级别：硕士

在庆阳黄土高原,模拟降雨强度66 mm/h,地表粗糙度11mm的传统耕作条件下,降雨开始40 min内,覆盖处理的稳定入渗率为60mm/h,平均降雨入渗量大于93%;不覆盖时,耕作前期能增加土壤的入渗,深翻耕(dt)处理的稳定入渗率(26.4mm/h)是浅翻耕(1t)... 详细信息

在庆阳黄土高原,模拟降雨强度66 mm/h,地表粗糙度11mm的传统耕作条件下,降雨开始40 min内,覆盖处理的稳定入渗率为60mm/h,平均降雨入渗量大于93%;不覆盖时,耕作前期能增加土壤的入渗,深翻耕(dt)处理的稳定入渗率(26.4mm/h)是浅翻耕(1t)处理(13.0mm/h)的2倍,是不翻耕(nt)处理(6.4 mm/h)的4.1倍,在降雨历时20min和40min时,深翻耕(dt)比浅翻耕(1t)和不翻耕(nt)处理分别增加入渗21%和28%,31%和33%。降雨前不翻耕+覆盖(ntc)处理0-10 mm土壤>0.5mm水稳性团粒结构百分含量极显著高于其它处理(P<0.001);降雨后翻耕不覆盖处理土壤的水稳性团粒结构百分含量由降雨前的6.8%增加到降雨后的26.8%,达到极显著水平(P<0.001), 玉米-小麦-大豆轮作系统中实施传统耕作(t),传统耕作+秸秆还田(ts),免耕(nt)和免耕+秸秆还田(nts)处理5年后,在78mm/h模拟降雨强度下,传统耕作+秸秆还田(ts),传统耕作(t)和免耕(nt)处理下最后的稳定入渗率相近,分别为17mm/h,11mm/h和12mm/h;而免耕+秸秆还田(nts)处理在降雨进行51 min时仍然保持57mm/h的入渗率,分别是传统耕作(t)、传统耕作+秸秆还田(ts)、和免耕(nt)三个处理最后稳定入渗率的5.2倍、3.4倍和4.8倍。在降雨开始30min,免耕+秸秆还田(nts)处理的径流量(2.6mm)最低,传统耕作(t)处理(22.9mm)和免耕(nt)处理(20.1mm)的径流量相近,分别是免耕+秸秆还田(nts)处理的8.8倍和7.7倍,是传统耕作+秸秆还田(ts)处理(13.3mm)的1.7倍和1.5倍,保护性耕作处理nts明显的增加了土壤的入渗。

关键词：黄土高原模拟降雨入渗覆盖水土保持耕作

黄土高原不同种植年限苜蓿土壤固氮微生物群落结构和丰度特征

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中国生态农业学报（中英文） 2023年第5期31卷 665-676页

作者：王晓菲罗珠珠李玲玲牛伊宁孙鹏洲海龙李林芝甘肃农业大学资源与环境学院兰州730070 省部共建干旱生境作物学国家重点实验室兰州730070

生物固氮是紫花苜蓿(Medicago sativa)土壤氮素的重要来源,固氮微生物数量及其群落结构变化对土壤氮素供应和肥力维持起着重要作用。本研究采用Illumina MiSeq测序和荧光定量PCR技术,探究了黄绵土区玉米农田和不同种植年限[2019年(2年)... 详细信息

生物固氮是紫花苜蓿(Medicago sativa)土壤氮素的重要来源,固氮微生物数量及其群落结构变化对土壤氮素供应和肥力维持起着重要作用。本研究采用Illumina MiSeq测序和荧光定量PCR技术,探究了黄绵土区玉米农田和不同种植年限[2019年(2年)、2012年(9年)、2003年(18年)]紫花苜蓿地土壤nifH固氮基因丰度、nifH固氮微生物群落结构和多样性,通过共现网络分析丰富和稀有固氮微生物的生态地位,耦合土壤理化性质明确影响固氮微生物群落结构的主导因子。结果表明,黄绵土固氮微生物nifH基因丰度为2.97×10^(6)~5.93×10^(6) copies·g^(-1)(干土),且表现为苜蓿地显著高于玉米农田。土壤样品经测序共获得有效序列176 367条,主要分布在5门、8纲、11目、15科、17属。门水平上,变形菌门和蓝藻门为主要优势类群;属水平以斯克尔曼氏菌属和固氮弧菌属为优势属。与玉米农田相比,多年持续种植紫花苜蓿显著提高了斯克尔曼氏菌属的相对丰度,但其随种植年限延长呈降低趋势。长期种植紫花苜蓿促生了固氮菌属、伯克氏菌属、弗兰克氏菌属、中慢生根瘤菌属、地杆菌属和慢生根瘤菌属等生理类群,同时也使得梭状杆菌属、红假单胞菌属和三离藻属消亡。RDA分析发现,固氮微生物不同种群对环境因子的响应并不一致,具有各自的生态位,但土壤全磷是影响土壤固氮微生物群落结构的主导环境因子,其次是有机碳和硝态氮。分子生态网络分析表明固氮菌生态网络中丰富类群占据生态系统核心地位,且物种间均为协同合作关系,群落结构相对稳定,对环境变化具有较强的适应能力。综上,黄土高原半干旱区种植紫花苜蓿显著提高了土壤nifH基因丰度,改变了固氮微生物nifH群落结构,该结果可为黄绵土固氮微生物多样性研究和紫花苜蓿适宜种植年限的确定提供基础数据和理论依据。

关键词：黄绵土紫花苜蓿 nifH基因丰富类群稀有类群生态网络

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