生物炭调控寒旱区日光温室黄瓜根土互作及其机理研究

The greenhouse vegetable has become the leading agriculture industries becaused of rapid development in the cold and arid regions of Inner Mongolia at present. The cucumber was the main vegetables planted, but its quality continuously and sustainable development declined due to soil nutrient imbalance, low utilization efficiency, and the soil disease. In recent years, straw biochar has been paid more and more attention because of its affection on promoting soil improvement, agricultural production, and resource utilization. Based on these, corn straw biochar will be used to study on interaction mechanism of cucumber root and soil in greenhouse of cold and arid regions in this study. The study will be focused on experiments of different soil biochar added, biochar soil added under different cropped years, and different soil temperature to explore the biocbar regulation mechanism of crop - soil - microbial system, which includes root growth, changes of soil microbes and soil nutrient transformation. This will reveal interaction mechanism of the system of cucumber, soil and in control of biochar. This will be as theoretical basis for nutrient efficient utilization of greenhouse soil of cold and arid regions, for cucumber production of high quality, and for biological carbon applications on greenhouse.

目前，内蒙古寒旱区设施蔬菜由于发展迅速已成为农业主导产业，黄瓜作为主栽蔬菜，在寒旱区日光温室生产中常常由于土壤养分失衡、利用效能低、土壤病害侵染等原因品质不断下降，抑制了产业的持续发展。而秸秆生物炭近年来由于在促进土壤改良、农业生产、资源利用方面的良好效果越来越受到关注。本项目针对上述现状，以内蒙古寒旱区日光温室黄瓜为研究对象，开展玉米秸秆生物炭调控根系和土壤互作的研究。项目重点在土壤不同生物炭量添加、生物炭添加下对土壤不同连作年限和生物炭添加下对土壤不同温度这三个方面开展试验和研究，探索生物炭调控下日光温室黄瓜作物—土壤—微生物系统中根系生长、土壤微生物变化、土壤养分转化利用相互间反馈和响应，揭示生物炭调控下黄瓜作物—土壤—微生物系统间相互作用的机理，为寒旱区日光温室土壤养分高效利用、黄瓜优质生产和生物炭日光温室应用提供理论依据。

目前内蒙古设施蔬菜已发展为农业主导产业，黄瓜生产中常由于土壤养分利用效能低、土壤菌群恶化等原因品质下降，抑制了产业的持续发展。由秸秆转化成的生物炭可改善肥力，使作物稳产增产，并可修复土壤生态环境，实现农业可持续发展。本项目针对上述现状，以内蒙古寒旱区日光温室黄瓜为研究对象，开展玉米秸秆生物炭调控根系和土壤间互作研究，通过研究发现：①设施黄瓜在生物炭量20-60吨/公顷内可显著提高结果期根际土壤细菌变形菌门、放线菌门、厚壁菌门丰度，显著提高真菌子囊菌门和接合菌门真菌丰度，提高土壤速效养分、有机碳含量，提升根系数量、体积、活力及黄瓜产量，以20吨/公顷生物炭处理为最优；②生物炭主要通过调控根际γ-变形菌纲、放线菌目等细菌比例提高根际碱解氮、速效磷、速效钾含量；调控毛球壳科、假散囊菌科、黄丝菌科、被孢霉科等真菌比例，通过在根被聚集、促进根系营养吸收、提高养分含量、促进有机物分解等途径促进根系生长；③20吨/公顷生物炭处理连作5-25年设施土壤后可明显提高细菌和真菌丰度及有机质、速效养分含量，对15年土壤促进微生物丰度最佳，对25年土壤促进养分含量最佳。温室中无土基质添加20t/hm2生物炭明显提高黄瓜根际黄色单胞菌科、鞘脂单胞菌科、芽单胞菌科、链霉菌科等细菌比例，通过增加养分供给、促进根际生成葡萄糖、刺激根系铁吸收等作用促进黄瓜生长发育；④6.67吨/公顷生物炭量处理可显著提高设施黄瓜根际脂肪酰基、异黄酮类等阴离子以及核苷和核苷酸及其类似物、脂类和类脂分子等阳离子代谢物含量，调控根际细菌和真菌菌群，其中生物炭显著促进根际微生物脂肪酸代谢通路中阴离子（2E,6Z,9Z,12Z,15Z,18Z,21Z)-四碳七烯醇基-2,6,9,12,15,18,21-辅酶A含量和色氨酸代谢通路中阳离子4,8-二羟基喹啉、4,6-二羟基喹啉含量最为关键。通过上述研究，探索了生物炭调控下日光温室黄瓜作物—土壤—微生物系统中根系生长、土壤微生物变化、土壤养分转化利用等相互间反馈和响应关键因子，揭示了黄瓜作物—土壤—微生物系统间互作机理，为寒旱区日光温室黄瓜优质生产和生物炭应用提供理论依据。