箭筈豌豆种植密度对土壤微生物养分代谢的影响

doi:10.11686/cyxb2020393

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (10): 63-72.DOI: 10.11686/cyxb2020393

箭筈豌豆种植密度对土壤微生物养分代谢的影响

周诗晶¹(), 罗佳宁¹, 刘仲淼¹, 董超¹, 秦燕², 吴淑娟¹, 甘红军³, 谢菲³, 庄光辉³, 伏兵哲⁴, 牛得草¹()

^1.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，兰州大学草业科学国家级实验教学示范中心，甘肃兰州 730020
^2.青海大学畜牧兽医科学院，青海省畜牧兽医科学院，青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室，青海西宁 810016
^3.内蒙古自治区阿拉善盟林业草原和种苗工作站，内蒙古巴彦浩特 750306
^4.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021

收稿日期:2020-08-19 修回日期:2020-12-02 出版日期:2021-09-16 发布日期:2021-09-16
通讯作者: 牛得草
作者简介:Corresponding author. E-mail： xiaocao0373@163.com
周诗晶（1999-），女，湖南益阳人，在读硕士。E-mail： zhoushj17@lzu.edu.cn。第一联系人：共同第一作者These authors contributed equally to this work.
基金资助:
青海省科技厅项目“青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室”(2020-ZJ-Y03);青海省科技计划(2018-ZJ-941Q);国家自然科学基金项目(31572458);国家重点研发计划(2016YFC0500506);兰州大学实验技术创新项目(SYJJ-2021-06)

The effects of Vicia sativa planting density on soil microbial nutrient metabolism

Shi-jing ZHOU¹(), Jia-ning LUO¹, Zhong-miao LIU¹, Chao DONG¹, Yan QIN², Shu-juan WU¹, Hong-jun GAN³, Fei XIE³, Guang-hui ZHUANG³, Bing-zhe FU⁴, De-cao NIU¹()

^1.State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystem，College of Pastoral Agriculture Science and Technology，National Demonstration Center for Experimental Grassland Science Education，Lanzhou University，Lanzhou 730020，China
^2.Academy of Animal and Veterinary Sciences，Qinghai University，Qinghai Academy of Animal Science and Veterinary Medicine，Key Laboratory of Superior Forage Germplasm in the Qinghai-Tibetan Plateau，Xining 810016，China
^3.Alxa Alliance Forestry and Grassland and Seedling Station，Inner Mongolia，Bayan Hot 750306，China
^4.College of Agriculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China

Received:2020-08-19 Revised:2020-12-02 Online:2021-09-16 Published:2021-09-16
Contact: De-cao NIU

摘要/Abstract

摘要：

箭筈豌豆是一种优良的绿肥作物，具有固氮、改善土壤结构等功能，在农业生产中使用十分普遍，但目前关于种植箭筈豌豆对土壤微生物养分代谢特征影响的研究还鲜有报道。本研究基于盆栽试验，设置了不同种植密度的箭筈豌豆处理，包括低密度组（19株·盆^-1）与高密度组（40株·盆^-1），同时设置空白土壤作为对照，研究上述处理对土壤养分和微生物特性的影响。结果显示：1）高密度组箭筈豌豆生物量和养分积累量均高于低密度组，从土壤获得的有效养分增加，植物生长受P的限制性增强；2）种植箭筈豌豆高密度组处理显著降低了土壤可溶性无机磷含量，尽管对可溶性有机碳和总氮的影响不显著，但可溶性总氮较对照明显有降低的趋势，最终对土壤可溶性养分计量比R_C：N、R_C：P、R_N：P的影响不显著；3）种植箭筈豌豆增加了SMBC、SMBN含量和SMBC∶SMBP、SMBN∶SMBP，降低了SMBP含量和SMBC∶SMBN，表明微生物生长对N的需求量增加；4）种植箭筈豌豆降低了土壤BG（C-获取酶）酶活性而增加了（NAG+LAP）（N-获取酶）和AP（P-获取酶）酶活性，降低了BG∶（NAG+LAP）、BG∶AP和（NAG+LAP）∶AP，表明土壤微生物通过增加N和P获取的酶活性以增加对短缺养分的获取。因此，种植不同密度的箭筈豌豆在改变土壤养分特征的同时，还改变了土壤微生物养分代谢特征，微生物通过调整体内养分含量及胞外酶的分泌量及计量比以适应新的资源供应特征。

关键词: 箭筈豌豆, 土壤养分, 土壤微生物生物量, 土壤酶活性

Abstract:

Vicia sativa is an excellent green manure crop which provides nitrogen fixation and soil structure improvement. It is very common in agricultural production. However， there is still little published research on the effects of planting V. sativa on the characteristics of soil microbial nutrient metabolism. This research is based on a pot experiment and set up V. sativa treatments with a range of planting densities， including a low-density group （19 plants·pot^-1）， a high-density group （40 plants·pot^-1）， and bare soil as a control， to study the effects of the above treatments on the soil. It was found that： 1） The biomass and nutrient accumulation of V. sativa in the high-density group were greater than in the low-density group. Thus， nutrients extracted from the soil were increased at high planting density， and plant growth was restricted by P. 2） In the high-density planting of V. sativa， the content of soluble soil inorganic phosphorus was significantly reduced. While the density treatments did not differ significantly for soluble organic carbon and soluble total nitrogen， the values for soluble total nitrogen with V. sativa planting were significantly lower than for the control. As a result， the soil soluble nutrient ratios R_C：N， R_C：P， R_N：Pwere altered， though not significantly so. 3） Planting of V. sativa increased the contents of soil microbial biomass C， soil microbial biomass N， soil microbial biomass C∶P， and soil microbial biomass N∶P， and decreased the contents of soil microbial biomass P and soil microbial biomass C∶N， indicating that the demand for N for microbial growth increased. 4） Planting V. sativa increased ［β-N-acetylglucosaminidase （NAG）+leucyl aminopeptidase （LAP）］ and alkaline phosphatase （AP） enzyme activities， and decreased β-1，4-glucosidase （BG） enzyme activity， BG∶（NAG+LAP）， BG∶AP and （NAG+LAP）∶AP， indicating that the soil microbes increased the activities of （NAG+LAP） and AP enzymes to increase access to nutrients in short supply. Therefore， different planting densities of V. sativa not only changed the soil nutrient content， but also changed the characteristics of soil microbial nutrient metabolism. The microbes adjusted their internal nutrient contents and the secretion rates and ratios of extracellular enzymes to adapt to the prevailing resource supply characteristics.

Key words: Vicia sativa, soil nutrient, soil microbial biomass, soil enzyme activity

周诗晶, 罗佳宁, 刘仲淼, 董超, 秦燕, 吴淑娟, 甘红军, 谢菲, 庄光辉, 伏兵哲, 牛得草. 箭筈豌豆种植密度对土壤微生物养分代谢的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(10): 63-72.

Shi-jing ZHOU, Jia-ning LUO, Zhong-miao LIU, Chao DONG, Yan QIN, Shu-juan WU, Hong-jun GAN, Fei XIE, Guang-hui ZHUANG, Bing-zhe FU, De-cao NIU. The effects of Vicia sativa planting density on soil microbial nutrient metabolism[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(10): 63-72.

图/表 5

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项目 Item	指标 Index	低密度组 Low density	高密度组 High density
生物量 Biomass	整体植物地上生物量Above ground biomass of each pot （g·盆Pot^-1）	3.32±0.21b	7.86±0.40a
	整体植物地下生物量Under ground biomass of each pot （g·pot^-1）	2.08±0.37b	6.43±1.16a
	整体植物总生物量Total biomass of each pot （g·pot^-1）	5.40±0.48b	14.29±0.98a
	单株植物地上生物量Above ground biomass of each plant （mg·株Plant^-1）	174.63±11.20a	196.60±9.96a
	单株植物地下生物量Under ground biomass of each plant （mg·plant^-1）	109.58±19.65a	160.70±28.96a
	单株植物总生物量Total biomass of each plant （mg·plant^-1）	284.21±25.30a	357.30±24.52a
养分积累量 Nutrient accumulation	整体植物碳积累量Content of C accumulation of each pots （mg·pot^-1）	2091.90±169.55b	5125.18±244.05a
	整体植物氮积累量Content of N accumulation of each pot （mg·pot^-1）	104.71±6.23b	265.42±21.11a
	整体植物磷积累量Content of P accumulation of each pot （mg·pot^-1）	7.34±0.54b	16.69±1.61a
	单株植物碳积累量Content of C accumulation of each plant （mg·plant^-1）	110.10±8.92a	128.13±6.10a
	单株植物氮积累量Content of N accumulation of each plant （mg·plant^-1）	5.51±0.33a	6.64±0.53a
	单株植物磷积累量Content of P accumulation of each plant （mg·plant^-1）	0.39±0.03a	0.42±0.04a
养分积累计量比 Nutrient accumulation ratio	植物养分积累总量C∶N。C∶N ratio of total plant nutrient accumulation.	19.92±0.88a	19.55±0.89a
	植物养分积累总量C∶P。C∶P ratio of total plant nutrient accumulation.	285.22±13.58a	315.29±24.38a
	植物养分积累总量N∶P。N∶P ratio of total plant nutrient accumulation.	14.38±0.68a	16.13±1.00a

项目 Item	指标 Index	低密度组 Low density	高密度组 High density
生物量 Biomass	整体植物地上生物量Above ground biomass of each pot （g·盆Pot^-1）	3.32±0.21b	7.86±0.40a
	整体植物地下生物量Under ground biomass of each pot （g·pot^-1）	2.08±0.37b	6.43±1.16a
	整体植物总生物量Total biomass of each pot （g·pot^-1）	5.40±0.48b	14.29±0.98a
	单株植物地上生物量Above ground biomass of each plant （mg·株Plant^-1）	174.63±11.20a	196.60±9.96a
	单株植物地下生物量Under ground biomass of each plant （mg·plant^-1）	109.58±19.65a	160.70±28.96a
	单株植物总生物量Total biomass of each plant （mg·plant^-1）	284.21±25.30a	357.30±24.52a
养分积累量 Nutrient accumulation	整体植物碳积累量Content of C accumulation of each pots （mg·pot^-1）	2091.90±169.55b	5125.18±244.05a
	整体植物氮积累量Content of N accumulation of each pot （mg·pot^-1）	104.71±6.23b	265.42±21.11a
	整体植物磷积累量Content of P accumulation of each pot （mg·pot^-1）	7.34±0.54b	16.69±1.61a
	单株植物碳积累量Content of C accumulation of each plant （mg·plant^-1）	110.10±8.92a	128.13±6.10a
	单株植物氮积累量Content of N accumulation of each plant （mg·plant^-1）	5.51±0.33a	6.64±0.53a
	单株植物磷积累量Content of P accumulation of each plant （mg·plant^-1）	0.39±0.03a	0.42±0.04a
养分积累计量比 Nutrient accumulation ratio	植物养分积累总量C∶N。C∶N ratio of total plant nutrient accumulation.	19.92±0.88a	19.55±0.89a
	植物养分积累总量C∶P。C∶P ratio of total plant nutrient accumulation.	285.22±13.58a	315.29±24.38a
	植物养分积累总量N∶P。N∶P ratio of total plant nutrient accumulation.	14.38±0.68a	16.13±1.00a

指标 Index	对照组 CK	低密度组 Low density	高密度组 High density
土壤有机碳 Soil organic carbon （SOC， g·kg^-1）	4.78±0.37b	5.98±0.10a	5.78±0.13a
土壤全氮Soil total nitrogen （TN， g·kg^-1）	0.37±0.04a	0.45±0.04a	0.34±0.07a
土壤全磷 Soil total phosphorus （TP， g·kg^-1）	0.76±0.01a	0.78±0.02a	0.71±0.01b
可溶性有机碳Dissolved organic carbon （DOC， mg·kg^-1）	106.70±8.18a	117.33±8.54a	91.60±6.53a
可溶性总氮Dissolved total nitrogen （DTN， mg·kg^-1）	13.11±1.85a	11.37±1.28a	9.61±0.78a
可溶性无机磷 Dissolved inorganic phosphorus （DIP， mg·kg^-1）	4.91±0.19a	4.42±0.35a	3.39±0.14b
R_C∶N	8.44±0.57a	10.62±0.89a	9.61±0.45a
R_C∶P	21.83±1.73a	27.83±3.24a	27.35±2.69a
R_N∶P	2.68±0.37a	2.70±0.47a	2.88±0.32a

指标 Index	对照组 CK	低密度组 Low density	高密度组 High density
土壤有机碳 Soil organic carbon （SOC， g·kg^-1）	4.78±0.37b	5.98±0.10a	5.78±0.13a
土壤全氮Soil total nitrogen （TN， g·kg^-1）	0.37±0.04a	0.45±0.04a	0.34±0.07a
土壤全磷 Soil total phosphorus （TP， g·kg^-1）	0.76±0.01a	0.78±0.02a	0.71±0.01b
可溶性有机碳Dissolved organic carbon （DOC， mg·kg^-1）	106.70±8.18a	117.33±8.54a	91.60±6.53a
可溶性总氮Dissolved total nitrogen （DTN， mg·kg^-1）	13.11±1.85a	11.37±1.28a	9.61±0.78a
可溶性无机磷 Dissolved inorganic phosphorus （DIP， mg·kg^-1）	4.91±0.19a	4.42±0.35a	3.39±0.14b
R_C∶N	8.44±0.57a	10.62±0.89a	9.61±0.45a
R_C∶P	21.83±1.73a	27.83±3.24a	27.35±2.69a
R_N∶P	2.68±0.37a	2.70±0.47a	2.88±0.32a

指标Index	对照组 CK	低密度组 Low density	高密度组 High density
土壤微生物生物量碳Soil microbial biomass carbon （SMBC， mg·kg^-1）	118.67±14.64b	119.50±23.90b	194.42±8.03a
土壤微生物生物量氮Soil microbial biomass nitrogen （SMBN， mg·kg^-1）	19.27±2.04c	33.12±2.62b	51.01±5.24a
土壤微生物生物量磷 Soil microbial biomass phosphorus （SMBP， mg·kg^-1）	31.78±12.79a	12.49±2.90a	22.80±3.17a
SMBC∶SMBN	6.25±0.59a	3.58±0.57b	3.96±0.37b
SMBC∶SMBP	5.84±1.64a	15.81±7.70a	9.62±2.03a
SMBN∶SMBP	1.06±0.42a	3.67±1.24a	2.52±0.56a

箭筈豌豆种植密度对土壤微生物养分代谢的影响

The effects of Vicia sativa planting density on soil microbial nutrient metabolism

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