A rámszálas nemszövött filmek hatása a rizspalánták gyökérzónás talaj tápanyag- és baktériumközösségére mechanikus átültetés céljából

Tárgyak

A cikkhez írt javítás 2020. április 30-án jelent meg

Ez a cikk frissült

Absztrakt

A rizspalánták lapos tálcákban való nevelése a rizs gépes átültetésének fő módszere lett Kínában. Az ezzel a módszerrel felvetett csemete tömbök azonban a gyakorlatban könnyen megrepedtek, és ez a probléma megoldható úgy, hogy egy vékony rami szálas nemszövött filmet párnáznak a palántatálca alsó felületére. Ezt a vizsgálatot azért végeztük el, hogy meghatározzuk ennek a filmnek a rizspalánták gyökérzónás környezetére gyakorolt hatásait. Az eredmények azt mutatták, hogy a vetés utáni 10. napon a talaj szervetlen nitrogén, különösen a nitrát nitrogén tartalma a filmkezelés gyökérzónájában lényegesen magasabb volt, mint a film nélküli kezelésnél, ezzel szemben a talaj szervesanyag-tartalma alacsonyabb volt a filmkezelésben, és a 20. napra megnőtt a kezelések közötti különbség. A film felvitele után a Chao 1 index és a Shannon index értékei a talaj baktérium közösségének sokféleségére csökkentek, a rizspalánták pedig rövidebbek voltak, magasabb volt a gyökér/hajtás arány, alacsonyabb a nitráttartalom és magasabb az oldható cukortartalom. Arra a következtetésre jutunk, hogy a rámszálas nemszőtt film alkalmazása rövid idő alatt jelentős változásokat eredményezett a talaj tápanyag- és baktériumközösségében a gyökérzónában, ami jelentősen befolyásolta a rizspalánták növekedését és fejlődését.

Bevezetés

A rizs a világ népességének körülbelül 50% -ának fő élelmiszer 1. A rizsföldek a globális termőterület 2 több mint 12% -át teszik ki. Kína a világ egyik legnagyobb rizstermelő országa, amelynek rizstermesztési területe körülbelül 30 millió hektár, ami a világ rizstermő területének körülbelül 18,6% -át teszi ki 3. Egyre szűkebb vidéki munkaerő mellett a rizspalánták lapos tálcákban történő nevelése, majd mechanikus átültetés vált elterjedt termesztési módszerré a kézi átültetés helyébe a kínai rizstermesztésben 4. Ennek a módszernek azonban a gyakorlatban komoly hibája van, mivel a palánták gyökérzetét az optimális átültetési idő (a vetés után 20–25 nappal) gyakran nem fonta össze kellőképpen. Az elégtelen gyökérzet a csemete tömbben azt jelenti, hogy a rizs palánták könnyen megrepednek (1c. Ábra), így a mechanikus átültetés hatékonysága komolyan csökkent 5 .

A rámszálas nemszövött film és alkalmazása rizspalánták nevelésében gépes átültetés céljából:(a) rámszálas, nem szőtt film; (b) a film felhasználása; (c) könnyen letörhető rizspalánta (fólia nélkül emelve); (d) a filmmel felemelt rizspalánta.

Vizsgálatunk során a talaj tápanyagait, enzimaktivitásait és a gyökérzónában lévő baktériumközösséget és a rizspalánta tulajdonságait csoportokban hasonlítottuk össze a rami rost nemszőtt film alkalmazásával és anélkül. Célunk az volt, hogy (1) megvizsgáljuk a talaj alá párnázott film használatának a rizspalánták gyökérzónás környezetére gyakorolt hatásait, és (2) tisztázzuk e hatások és a rizspalánta tulajdonságok közötti kapcsolatot.

Eredmények

A rizspalánták morfológiai jellemzői

A D10-en (a vetés utáni 10. napon) a rizspalánták az M-kezelésben (rami rost nemszőtt film van jelen) 12,7% -kal rövidebbek voltak, mint az NM-kezelési csoport palántái (a filmet nem használták). D20-ig (a vetés utáni 20. napon) a rizspalánták az M-kezelési csoportban még mindig rövidebbek voltak, mint az NM-kezelési palánták, de a különbség már nem volt szignifikáns (1. táblázat). A D10-en az M-kezelésű palánták 12,6% -kal kevesebb hajtástömeget és 17,0% -kal nagyobb gyökértömeg-súlyt eredményeztek, mint az NM-palánták. Hasonlóképpen, a D20-on a rizspalánták hajtási friss tömege az M-kezelés során 17,6% -kal volt kisebb, mint az NM-kezelési palántáké, miközben a gyökér friss tömegében nem figyeltünk meg szignifikáns különbséget. Az M és NM kezelési palánták közötti különbségek a száraz tömeg biomasszájában hasonlóak voltak a friss tömeghez képest (1. táblázat). Ennek megfelelően a rizspalánták átlagos gyökér/hajtás aránya az M kezelési csoportban szignifikánsan magasabb volt, mint az NM kezelési csoportban; a friss súlyt tekintve a gyökér/hajtás arány 34,5% -kal, illetve 23,1% -kal nőtt a D10, illetve a D20 esetében, száraz tömeg tekintetében pedig a gyökér/hajtás arány 40,6% -kal, illetve 32,0% -kal nőtt a D10, illetve a D20 esetében. (Asztal 1).

Oldható cukor- és nitráttartalom a rizspalántákban

A D10-en a rizspalánták átlagos nitráttartalma az M-kezelési csoportban 1344,9 μg g −1 volt, kissé alacsonyabb, mint az NM-kezelési csoporté (2a. Ábra), az átlagos oldható cukortartalom 60,6 mg g −1 volt, valamivel magasabb, mint az NM-kezelést (2b. ábra), de a különbségek egyike sem volt statisztikailag szignifikáns. D20-ra nagyobb volt a különbség a kezelések között, mivel az M kezelés alatt álló rizspalánták átlagosan 21,7% -kal alacsonyabb nitráttartalommal és 6,3% -kal magasabb oldható cukortartalommal rendelkeztek, mint a palánták az NM-kezelés során.

Átlagos nitrát (a) és az oldható cukortartalom (b) rizspalánta hajtásokban a D10 és D20. Az NM és az M nem jelöli a ramni szálas nemszövött filmekkel való párnázást a palántatálca alsó felületén. A hibasávok jelentik az SE-t (n = 3). Az ns, * és ** nem szignifikanciát, szignifikáns különbségeket jelölnek 0,05 valószínűségi szinten, és szignifikáns különbségeket 0,01 valószínűségi szinten jelentenek az NM és M között minden egyes mintavételi tételben (páros T-teszttel), ill.

Talaj pH és EC

A rami szálas nemszövött film alkalmazása nem volt nyilvánvaló hatással a gyökérzónás talaj pH-jára, amely D7-en és D20-on egyaránt körülbelül 7,7 volt (3a. Ábra). A talaj EC az M kezelő talajokon 0,14, illetve 0,18 mS cm-1 volt D10-en, illetve D20-on; és az M csoport adatai valamivel alacsonyabbak voltak, mint az NM kezelés átlag EC értéke, de a különbségek nem voltak szignifikánsak (3b. ábra).

Gyökérzónás talaj pH-értéke (a), EK (b), talaj-ureáz (c) és a semleges foszfatáz aktivitás (d) a D10-en és a D20-on. Az NM és az M nem jelöli a ramni szálból készült, nem szőtt fóliával való párnázást a palántatálca alsó felületén. A hibasávok jelentik az SE-t (n = 3). Az ns, * és ** a nem szignifikanciát, a szignifikáns különbséget a 0,05 valószínűségi szintnél és a szignifikáns különbséget a 0,01 valószínűségi szintnél jelölik az NM és M között minden egyes mintavételi tételben (páros T-teszttel), ill.

A talaj tápanyagai

Az NM-kezeléshez képest az M-kezelés magasabb talaj-nitrogén-tápanyagot eredményezett (2. táblázat). A D10-en az összes nitrogén, nitrát-nitrogén, ammónium-nitrogén és alkáli-hidrolizált nitrogén tartalma a gyökérzónás talajban 4,9%, 25,4%, 2,3% és 9,3% -kal volt magasabb az M-kezelésben az NM-kezeléshez képest, de az összes különbség nem volt szignifikáns, kivéve az alkáli-hidrolizált nitrogén-tartalmat (o = 0,0343). D20-ra a kezelések közötti rések kitágultak, és az M-kezelés növekedése az NM-kezeléshez képest elérte a 4,7% -ot, 39,3% -ot, 14,6% -ot, 11,5% -ot, de az egyetlen szignifikáns különbség a nitrát-nitrogén-tartalomban volt (o = 0,0148). Az NM kezeléssel összehasonlítva az M kezelés során a gyökérzónás talajokban elérhető átlagos káliumtartalom növekedett, míg az átlagos szervesanyag- és a rendelkezésre álló foszfortartalom csökkent, de ezek a különbségek nem voltak szignifikánsak (o > 0,05).

A talaj enzimaktivitása

Az átlagos talaj-ureáz aktivitás az M kezelés során 5,9, illetve 6,3 mg NH4 + -N kg -1 talaj volt 24 h -1 D10-en és D20-on, és valamivel magasabb volt, mint NM-nél, amely 5,3 és 5,7 mg NH4 + volt. N kg −1 talaj 24 h −1 D10-en és D20-on (3c. Ábra). A talaj semleges foszfatáz aktivitása az M kezelés során 7,6, illetve 9,3 mg fenol/kg −1 talaj volt 24 h – 1 D10-en, illetve D20-on, és valamivel alacsonyabb volt, mint NM-nél, amely 8,3 és 9,4 mg fenol kg – 1 talajt 24 h-1 a D10-en és a D20-on, de ezek a különbségek nem voltak szignifikánsak (3d. ábra).

Talaj baktériumközösség

Az M kezelésben a gyökérzónás talaj baktériumközösség Chao1 indexe valamivel alacsonyabb volt, mint mind a D10, mind a D20 NM kezelésében (4a. Ábra). D10-ről D20-ra csökkent a Chao1 index, és az NM csoporthoz képest a csökkenés nagyobb volt az M kezelési csoportban, ami azt jelzi, hogy a palánta gyökérzónájában a talaj baktérium sokfélesége csökkent a csemete növekedési idejének függvényében, és A rami szálas nemszőtt film alkalmazása tovább csökkentheti azt. A Shannon index alapvetően ugyanazt a tendenciát tükrözte, mint a Chao 1 index (4b. Ábra).

A Chao1 index (a) és a Shannon-index (b) a talaj baktérium közösségének gyökérzónájában a D10-en és a D20-on. Az NM és az M nem jelöli a raminszálas, nem szőtt fóliával való párnázást a palántatálca alsó felületén, ill.

A talaj baktériumközösségében a legnagyobb relatív bőség a proteobaktérium volt (5a. Ábra). Az M-kezelés során a D10-en a közösség 36,28% -át, míg a D20-on a közösség 38,26% -át, az NM-kezelésnél pedig a D10-en és a D20-on lévő közösség 35,78% -át, illetve 40,08% -át tette ki. Acidobacteriumok, Gemmatimonadetes és Actinobacteriumok követik, amelyek teljes relatív bősége a Proteobacteriumokkal kombinálva megközelítette vagy meghaladta az egyes kezelések 80% -át. A proteobaktériumok különböző osztályai közül mindig az α-proteobaktériumok tették ki a legnagyobb arányt (kb. 47%), majd a β-proteobaktériumok, a γ-proteobaktériumok és a δ-proteobaktériumok következtek, amelyek mindegyike kb. 22%, 15% és 12% volt, illetve (5b. ábra).

A domináns phyla relatív bősége (a) és osztályok (b) gyökérzónás talajbaktérium D10-en és D20-on. Az NM és az M nem jelöli a ramni szálból készült nemszövött fóliát a palántatálca alsó felületén,.

Az NM-vel összehasonlítva az M-kezelési közösség az Acidobacteriumok és a Gemmatimonadetes relatív bőségének növekedését mutatta, de csökkentette az Actinobacteriumok relatív bőségét (5a. Ábra). A D10-en az Acidobacteria és a Gemmatimonadetes relatív bősége 20,38% és 14,27% volt az M kezelési talajon, illetve 19,75% és 13,00% az NM kezelési talajon. A D20-on az Acidobacteria és a Gemmatimonadetes relatív bősége az M kezelési talajokban 22,05%, illetve 11,90%, az NM kezelésű talajokban pedig 20,91% és 10,67% volt. Az aktinobaktériumok relatív bősége a D10-en és a D20-on az M kezelt talajon 8,95% és 7,86% volt, míg az NM kezelési talajok 10,57% és 9,15% voltak.

Vita

Korábbi vizsgálataink kimutatták, hogy a rami szálas nemszőtt film alkalmazása kompenzálta a palánta tálcák alsó talajában a talaj mikrobiális aktivitása által okozott gyors oxigénfogyasztást, hatékonyan tartva a talajt oxigénben gazdag állapotban 10,11. Ez a tanulmány kimutatta, hogy a rámszálas nemszőtt film ezen oxigéndúsító hatása tovább befolyásolta a talaj tápanyagát, a talaj mikrobiális összetételét, és végül a rizspalánták növekedését és fejlődését.

Az elmúlt években bőséges bizonyíték halmozódott fel arról, hogy a talaj szerves anyagának mennyisége és minősége jelentősen befolyásolhatja a talaj mikrobiális közösségének összetételét 28,29,30, amelyet gyakran az a jelenség képvisel, hogy a magas szervesanyag-tartalmú talajokban általában magasabb a mikrobák mennyisége közösségi sokszínűség 31.32. Vizsgálatunkban mind a Chao 1, mind a Shannon index az M kezelésben alacsonyabb volt, mint az NM kezelésnél (4a, b. Ábra), ami azt jelzi, hogy a ramie rost nemszövött film alkalmazása csökkentette a talaj baktérium sokféleségét palánta gyökérzónája. A talaj szervesanyag-tartalmának (2. táblázat) és a talaj baktérium-sokféleségének egyidejű csökkenése a rami rost nemszőtt film alkalmazásával nyilvánvalóan összhangban áll a fenti megállapításokkal, valamint a talaj szervesanyag-tartalma és a Chao 1, valamint a Shannon-indexek közötti jelentős pozitív összefüggéssel. (6a. Ábra, b) további támogatást nyújtanak hozzá.

A talaj szerves anyagának Pearson-féle korrelációi a Chao 1 indexszel (a, n = 12) és a Shannon-indexb, n = 12); a talaj nitrát-nitrogén gyökérsúlyával (c) és a gyökér/hajtás arány (drizspalánták D10-en (szaggatott vonal, n = 6) és D20-on (folytonos vonal, n = 6); a talaj lúggal hidrolizált nitrogén gyökérsúlyával (e) és a gyökér/hajtás arány (frizspalánták D10-en (szaggatott vonal, n = 6) és D20-on (folytonos vonal, n = 6); és a talajban alkáli-hidrolizált nitrogén (g, n = 12) és a rendelkezésre álló káliumh, n = 12) oldható cukortartalommal a rizspalántákban. A * és a ** szignifikáns különbségeket jelöl a 0,05, illetve a 0,01 valószínűségi szinten.

Ezenkívül az M-kezelés során a palánták gyökérzónás talajában nőtt az Acidobacteria és a Gemmatimonadetes relatív bősége (5a. Ábra), ami nagyon hasonlít a szárazon nevelt rizspalánta alatti talaj baktériumközösségének változásához 33. A mechanizmus és annak hatása a rizspalánta növekedésére és fejlődésére azonban továbbra sem ismert.

Összegezve: a film alkalmazása lépcsőzetes hatások sorozatát okozhatja. Vagyis a gyökérzónában az egyre növekvő oxigénellátás elősegítheti a talaj szerves anyagainak lebomlását, növelheti a talaj ureáz aktivitását, valamint az aerob nitrifikációt; majd megnövekedett talaj-táplálék (különösen nitrát-nitrogéntartalom) és csökkent talaj szervesanyag-tartalom; ennek következtében javult a rizspalánta tápanyagellátása és megváltozott a talajbaktériumok eloszlása; végül elősegítette a rizspalánta növekedését és fejlődését. A baktériumközösség változása és a palánták növekedése és fejlődése közötti kapcsolat azonban még mindig nem ismert.

Következtetések

Rövid idő alatt a talaj alá fektetett vékony rámszálas nemszövött fólia palántatálcában jelentős változásokat okozott a rizspalánták gyökérzónájának környezetében, beleértve a szervetlen nitrogéntartalom növekedését és a talaj szervesanyag-tartalmának csökkenését. valamint a gyökérzónás baktériumok sokféleségét, majd jelentős változásokat eredményezett a rizspalánták növekedésében és fejlődésében.

Mód

Helyszín és talaj

A rizspalántakísérletet a Kínai Agrártudományi Akadémia Bast Rostnövények Intézetének (N28 ° 12 ′ E112 ° 44 ′) kísérleti területén hajtották végre, Changsha, Hunan, Kína. A palántákat 2018-ban egy rizsszezonban nevelték. A rizsföldről vett talajt összezúzták, és palántaként használták fel a talajba. A hántolatlan talaj Fluvisol (FAO taxonómia) volt, agyag textúrával és a következő tulajdonságokkal: szerves anyagok 24,2 g kg -1, összes nitrogén 1,53 g kg -1, összes foszfor 0,57 g kg -1, összes kálium 59,0 g kg -1, hidrolizált nitrogén 31,2 mg kg −1, rendelkezésre álló foszfor 48,4 mg kg −1 és rendelkezésre álló kálium 107,0 mg kg −1 .

Anyagok és kezelések

A rizspalánták neveléséhez műanyag palánttálcákat (58 cm × 28 cm × 2,5 cm mély) használtunk. Ezt a fajta palánta tálcát széles körben alkalmazták rizspalánták gépi átültetésére Dél-Kínában. A rámszálas nemszövött fóliát szövetkezeti vállalkozásunk (Haerbin Jingzhu Agrártudományi és Technológiai Rt., Haerbin, Kína) gyártotta. Hozzávetőleges vastagsága 0,20 mm, súlya 40 g m −2. A kísérleti rizsfajta a Huanghua Zhan volt, amelyet Hunan tartományban széles körben alkalmaznak az egy évszakos rizstermesztésben.

Két kísérletet alkalmaztunk a kísérletben: az egyiket a rami szálból készült nemszövött fóliával a palánta tálca alsó felületére (M), a másikat rami rost nem szőtt fóliával nem töltöttük be a palánta tálca alsó felületére (NM). A rizspalánták víz- és talajállapotának konzisztenciájának biztosítása érdekében M és NM páros csoportokat rendeztünk ugyanabba a palántatálcába, vagyis a palántatálca alsó felületének felét rámszálas, nem szőtt film borította., a másik fele pedig nem. Miután a filmet az egyes palántatálcák felére párnázták, a tálcákat palántafölddel töltötték meg. Az előre csírázott magokat 2018. április 20-án egyenletesen vetettük a palánta talajába, tálcánként 120 g vetési sebességgel. Vetés után a palántatálcákat a kísérleti terepen az előre kiegyenlített magágyra helyeztük, és a talajokat nedvesen tartottuk a palánta egész szakaszában. Összesen 15 tálca palántát növesztettünk.

Mintavétel

A talaj fizikokémiai tulajdonságai

A talaj baktériumainak összetétele

Statisztikai analízis

Az adatokat a SAS 8.2 segítségével elemeztük. A kezelési eszközöket páros T-tesztekkel hasonlítottuk össze. Pearson-féle korrelációs elemzéseket végeztek a talaj fizikai-kémiai tulajdonságai, a talaj mikrobiális sokfélesége és a rizspalánta tulajdonságok közötti összefüggések vizsgálatára.

Az adatok elérhetősége

A cikk során minden, a tanulmány során keletkezett vagy elemzett adat szerepel.