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

doi:10.11686/cyxb2020393

Abstract

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

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.

Figures/Tables 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