Subiecte

O corecție de autor la acest articol a fost publicată la 30 aprilie 2020

Acest articol a fost actualizat

Abstract

Creșterea răsadurilor de orez în tăvi plate a devenit principala metodă pentru transplantul mecanizat de orez în China. Cu toate acestea, blocurile de răsad ridicate prin această metodă au fost ușor crăpate în practică, iar această problemă poate fi rezolvată prin căptușirea unei pelicule subțiri nețesute din fibră ramie pe suprafața inferioară a tăvii pentru răsaduri. Acest studiu a fost realizat pentru a determina efectele acestui film asupra mediului din zona rădăcinii răsadurilor de orez. Rezultatele au arătat că, în a 10-a zi după însămânțare, conținutul de azot anorganic din sol, în special azot nitrat, în zona rădăcinii tratamentului cu film a fost considerabil mai mare decât în ​​tratamentul fără film, în schimb, conținutul de materie organică din sol a fost mai mic în tratamentul cu film și, până în a 20-a zi, diferența dintre tratamente a fost mărită. După aplicarea filmului, valorile indicelui Chao 1 și ale indicelui Shannon pentru diversitatea comunității bacteriene a solului au scăzut, iar răsadurile de orez au fost mai scurte, au avut un raport mai mare rădăcină/lăstare, conținut mai mic de nitrați și conținut mai mare de zahăr solubil. Concluzionăm că aplicarea filmului nețesut din fibră ramie a dus la schimbări substanțiale în nutrienții solului și în comunitatea bacteriană din zona rădăcinii într-un timp scurt, ceea ce a afectat semnificativ creșterea și dezvoltarea răsadurilor de orez.

Introducere

Orezul este un aliment principal de bază pentru aproximativ 50% din populația lumii 1. Câmpurile de orez reprezintă mai mult de 12% din suprafața globală a terenurilor de cultură China este una dintre cele mai mari țări producătoare de orez din lume, cu o suprafață de cultivare a orezului de aproximativ 30 de milioane de hectare, reprezentând aproximativ 18,6% din suprafața de orez a lumii 3. Cu o forță de muncă rurală din ce în ce mai redusă, creșterea răsadurilor de orez în tăvi plate urmată de transplantul mecanic a devenit o metodă de cultivare predominantă pentru a înlocui transplantul de mână în producția de orez chinezesc 4. Cu toate acestea, această metodă are un defect grav în practică, deoarece sistemul de rădăcini al răsadurilor nu a fost adesea împletit suficient de data optimă de transplant (20-25 zile după însămânțare). Înrădăcinarea insuficientă în blocul de răsad înseamnă că blocurile de răsad de orez se sparg cu ușurință (Fig. 1c), astfel încât eficiența transplantului mecanic a fost serios redusă 5 .

nețesute

Pelicula nețesută din fibră ramie și aplicarea sa la creșterea puieților de orez pentru transplant mecanizat:(A) film nețesut din fibră ramie; (b) utilizarea filmului; (c) un bloc de răsad ușor de rupt (crescut fără film); (d) un bloc de răsad de orez ridicat odată cu filmul.

În studiul nostru, nutrienții solului, activitățile enzimatice și comunitatea bacteriană din zona rădăcinii și trăsăturile răsadurilor de orez au fost comparate în grupuri cu și fără aplicarea filmului nețesut din fibră ramie. Obiectivele noastre au fost să (1) examinăm efectele utilizării filmului căptușit sub sol asupra mediului din zona rădăcinii răsadurilor de orez și (2) să clarificăm relația dintre aceste efecte și trăsăturile răsadurilor de orez.

Rezultate

Caracteristicile morfologice ale răsadurilor de orez

În D10 (a 10-a zi după însămânțare), răsadurile de orez în tratamentul M (peliculă nețesută cu fibră ramie prezentă) au fost cu 12,7% mai scurte decât răsadurile din grupul de tratament NM (fără utilizarea filmului). Până la D20 (a 20-a zi după însămânțare), răsadurile de orez din grupul de tratament M erau încă mai scurte decât răsadurile de tratament NM, dar diferența nu mai era semnificativă (Tabelul 1). La D10, răsadurile în tratamentul M au produs cu 12,6% mai puțină greutate proaspătă și cu 17,0% mai multă greutate proaspătă de rădăcină decât răsadurile NM. În mod similar, pe D20, greutatea proaspătă a puieților de orez în tratamentul M a fost cu 17,6% mai mică decât puieții de tratament NM, în timp ce nu s-a observat nicio diferență semnificativă în greutatea proaspătă a rădăcinii. Diferențele dintre răsadurile de tratament M și NM în biomasa cu greutate uscată au fost similare cu cele din greutatea proaspătă (Tabelul 1). În mod corespunzător, raportul mediu rădăcină/lăstari al puieților de orez din grupul de tratament M a fost semnificativ mai mare decât cel din grupul de tratament NM; în ceea ce privește greutatea proaspătă, raportul rădăcină/lăstar a crescut cu 34,5% și, respectiv, 23,1% pe D10 și respectiv D20, iar în ceea ce privește greutatea uscată, raportul rădăcină/lăstar a crescut cu 40,6% și respectiv 32,0% pe D10 și respectiv D20 (Tabelul 1).

Conținut de zahăr solubil și nitrați în răsadurile de orez

Pe D10, conținutul mediu de nitrați din răsadurile de orez din grupul de tratament M a fost de 1344,9 μg g -1, ușor mai mic decât grupul de tratament NM (Fig. 2a), conținutul mediu de zahăr solubil a fost de 60,6 mg g -1, ușor mai mare decât tratamentul NM (Fig. 2b), dar niciuna dintre diferențe nu a fost semnificativă statistic. Până la D20, diferența dintre tratamente a fost mai mare, deoarece răsadurile de orez sub tratamentul M au avut un conținut mediu de nitrați cu 21,7% mai mic și un conținut de zahăr solubil cu 6,3% mai mare decât răsadurile din tratamentul NM.

Azotat mediu (A) și conținutul de zahăr solubil (b) în lăstari de răsad de orez pe D10 și D20. NM și M nu reprezintă căptușeală și tamponare cu filme nețesute din fibră ramie pe suprafața inferioară a tăvii pentru răsaduri, respectiv. Barele de eroare reprezintă SE (n = 3). ns, * și ** denotă nesemnificație, diferențe semnificative la nivelul probabilității 0,05 și diferențe semnificative la nivelul probabilității 0,01 între NM și M în fiecare lot de eșantionare (prin test T asociat), respectiv.

PH-ul solului și EC

Aplicarea filmului nețesut din fibră ramie nu a avut niciun efect evident asupra pH-ului solului din zona rădăcinii, care a fost de aproximativ 7,7 atât pe D10, cât și pe D20 (Fig. 3a). EC a solului în solurile de tratament M a fost de 0,14 și 0,18 mS cm -1, pe D10 și respectiv pe D20; iar datele grupului M au fost ușor mai mici decât valoarea medie a tratamentului cu NM, dar diferențele nu au fost semnificative (Fig. 3b).

PH-ul solului din zona rădăcină (A), CE (b), ureasa din sol (c) și activitatea fosfatazei neutre (d) pe D10 și D20. NM și M nu reprezintă căptușeală și căptușeală cu folie nețesută din fibră ramie pe suprafața inferioară a tăvii pentru răsaduri, respectiv. Barele de eroare reprezintă SE (n = 3). ns, * și ** denotă nesemnificație, diferență semnificativă la nivelul probabilității 0,05 și diferență semnificativă la nivelul probabilității 0,01 între NM și M în fiecare lot de eșantionare (prin test T asociat), respectiv.

Elementele nutritive ale solului

În comparație cu tratamentul NM, tratamentul M a avut o nutriție mai mare cu azot din sol (Tabelul 2). Pe D10, conținutul mediu total de azot, azot nitrat, azot amoniu și azot hidrolizat cu alcali în solul din zona rădăcinii a fost cu 4,9%, 25,4%, 2,3% și 9,3% mai mare în tratamentul M comparativ cu tratamentul NM, dar toate diferențele nu au fost semnificative, cu excepția conținutului de azot hidrolizat cu alcali (p = 0,0343). Până la D20, decalajele dintre tratamente s-au extins, iar creșterea tratamentului M comparativ cu tratamentul NM a ajuns la 4,7%, 39,3%, 14,6%, respectiv 11,5%, dar singura diferență semnificativă a fost în conținutul de azot nitrat (p = 0,0148). Comparativ cu tratamentul NM, conținutul mediu de potasiu disponibil în solurile din zona rădăcinii în tratamentul M a crescut, în timp ce conținutul mediu de materie organică și conținutul de fosfor disponibil a scăzut, dar aceste diferențe nu au fost semnificative (p > 0,05).

Activitatea enzimei solului

Activitatea medie a ureazei solului în tratamentul M a fost de 5,9 și 6,3 mg NH4 + -N kg −1 sol 24 h -1 pe D10 și respectiv D20 și a fost ușor mai mare decât cea sub NM, care a fost de 5,3 și 5,7 mg NH4 + - N kg −1 sol 24 h −1 pe D10 și respectiv D20 (Fig. 3c). Activitatea fosfatazei neutre a solului în tratamentul M a fost de 7,6 și 9,3 mg fenol kg -1 sol 24 h -1 pe D10 și respectiv D20 și a fost ușor mai mică decât cea sub NM, care a fost 8,3 și 9,4 mg fenol kg -1 sol 24 h -1 pe D10 și respectiv D20, dar aceste diferențe nu au fost semnificative (Fig. 3d).

Comunitatea bacteriană a solului

Indicele Chao1 al comunității bacteriene a solului din zona rădăcinii în tratamentul M a fost ușor mai mic decât cel din tratamentul NM atât pe D10, cât și pe D20 (Fig. 4a). De la D10 la D20, indicele Chao1 a scăzut și, comparativ cu grupul NM, scăderea a fost mai mare în grupul de tratament M, indicând faptul că diversitatea bacteriană a solului în zona rădăcinii răsadurilor a scăzut în funcție de timpul de creștere a răsadurilor și aplicarea foliei nețesute din fibră ramie ar putea să o reducă și mai mult. Indicele Shannon a reflectat practic aceeași tendință ca și indicele Chao 1 (Fig. 4b).

Indicele Chao1 (A) și indicele Shannon (b) a comunității bacteriene a solului în zona rădăcinii pe D10 și D20. NM și M nu reprezintă căptușeală și căptușeală cu folie nețesută din fibră ramie pe suprafața inferioară a tăvii pentru răsaduri, respectiv.

Cea mai mare abundență relativă din comunitatea bacteriană a solului a fost Proteobacteria (Fig. 5a). În tratamentul M, acesta cuprindea 36,28% și 38,26% din comunitate pe D10 și respectiv D20, iar în tratamentul NM cuprindea 35,78% și 40,08% din comunitate pe D10 și respectiv D20. Urmează Acidobacteria, Gemmatimonadetes și Actinobacteria, a căror abundență relativă totală, combinată cu Proteobacteria, a fost de aproape sau peste 80% în fiecare tratament. Dintre diferitele clase de Proteobacterii, α-Proteobacteria a reprezentat întotdeauna cea mai mare proporție (aproximativ 47%), urmată de β-Proteobacteria, γ-Proteobacteria și δ-Proteobacteria, care fiecare a reprezentat aproximativ 22%, 15% și 12%, respectiv (Fig. 5b).

Abundența relativă a filelor dominante (A) și clase (b) a bacteriei solului din zona rădăcinii pe D10 și D20. NM și M nu reprezintă căptușeala și căptușeala cu un film nețesut din fibră ramie pe suprafața inferioară a tăvii pentru răsad.

În comparație cu NM, comunitatea de tratament M a arătat o tendință de creștere a abundenței relative de acidobacterii și gemmatimonadete, dar a scăzut abundența relativă de actinobacterii (Fig. 5a). La D10, abundența relativă de acidobacterii și Gemmatimonadetes a fost de 20,38% și, respectiv, 14,27% în solurile de tratament M și de 19,75% și respectiv 13,00%, respectiv în solurile de tratament NM. Pe D20, abundența relativă de acidobacterii și Gemmatimonadetes a fost de 22,05% și respectiv 11,90% în solurile de tratament M și, respectiv, 20,91% și 10,67% în solurile de tratament NM. Abundența relativă de Actinobacterii pe D10 și D20 în solurile de tratament M a fost de 8,95% și respectiv 7,86%, în timp ce solurile de tratament NM au fost de 10,57% și respectiv 9,15%.

Discuţie

Studiile noastre anterioare au arătat că aplicarea filmului nețesut din fibră ramie a compensat consumul rapid de oxigen în solurile inferioare ale tăvilor de răsaduri cauzate de activitățile microbiene ale solului, menținând efectiv solul într-o stare bogată în oxigen 10,11. Acest studiu a arătat că acest efect de îmbogățire a oxigenului a filmului nețesut cu fibră ramie a afectat în continuare nutrienții solului, compoziția microbiană a solului și a afectat în cele din urmă creșterea și dezvoltarea răsadurilor de orez.

S-au acumulat în ultimii ani numeroase dovezi că cantitatea și calitatea materiei organice din sol pot afecta în mod semnificativ compoziția comunității microbiene a solului 28,29,30, care este adesea reprezentată de fenomenul că solurile cu un conținut ridicat de materie organică tind să aibă un nivel microbian mai ridicat. diversitate comunitară 31.32. În studiul nostru, atât indicele Chao 1, cât și indicele Shannon în tratamentul M au fost mai mici decât cel din tratamentul NM (Fig. 4a, b), indicând faptul că aplicarea filmului nețesut din fibră ramie a redus diversitatea bacteriană a solului în zona rădăcinii răsadului. Scăderea simultană a conținutului de materie organică a solului (Tabelul 2) și diversitatea bacteriană a solului cu aplicarea filmului nețesut din fibră ramie este în mod evident în acord cu constatările de mai sus și corelațiile pozitive semnificative dintre conținutul de materie organică din sol și Chao 1, precum și indicii Shannon (Fig. 6a, b) oferă un sprijin suplimentar pentru aceasta.

Corelațiile Pearson ale materiei organice din sol cu ​​indicele Chao 1 (A, n = 12) și indicele Shannonb, n = 12); azotul azotat din sol cu ​​greutatea rădăcinii (c) și raportul rădăcină/împușcare (d) de răsaduri de orez pe D10 (linie punctată, n = 6) și D20 (linie continuă, n = 6); azotul hidrolizat din sol cu ​​greutatea rădăcinii (e) și raportul rădăcină/împușcare (f) de răsaduri de orez pe D10 (linie punctată, n = 6) și D20 (linie continuă, n = 6); și azotul hidrolizat din sol (g, n = 12) și potasiu disponibilh, n = 12) cu conținut de zahăr solubil din răsaduri de orez. * și ** denotă diferențe semnificative la nivelul de probabilitate 0,05 și, respectiv, 0,01.

În plus, abundența relativă de acidobacterii și gemmatimonadete în solul din zona rădăcinii răsadurilor în tratamentul M a crescut (Fig. 5a), ceea ce este foarte asemănător cu schimbarea comunității bacteriene a solului sub răsaduri de orez crescute în sec 33. Cu toate acestea, mecanismul și efectele sale asupra creșterii și dezvoltării răsadurilor de orez rămân necunoscute.

Pe scurt, aplicarea acestui film poate provoca o serie de efecte în cascadă. Adică, creșterea aportului de oxigen din zona rădăcinii ar putea favoriza descompunerea materiei organice a solului, crește activitatea ureazei solului, precum și nitrificarea aerobă; și apoi creșterea nutriției solului (în special conținutul de azot nitrat) și scăderea conținutului de materie organică din sol; în consecință, a îmbunătățit alimentarea cu nutrienți a răsadurilor de orez și a schimbat distribuția bacteriilor din sol; a promovat în cele din urmă creșterea și dezvoltarea răsadurilor de orez. Cu toate acestea, relația dintre schimbarea comunității bacteriene și creșterea și dezvoltarea răsadurilor este încă necunoscută.

Concluzii

Într-o perioadă scurtă de timp, pelicula nețesută subțire din fibră de ramie așezată sub sol într-o tavă pentru răsaduri a provocat modificări substanțiale în mediul din zona rădăcinii răsadurilor de orez, inclusiv o creștere a conținutului de azot anorganic și o scădere a conținutului de materie organică din sol. precum și diversitatea bacteriilor din zona rădăcină, iar apoi a condus la schimbări semnificative în creșterea și dezvoltarea răsadurilor de orez.

Metode

Locul și solul

Experimentul de răsaduri de orez a fost realizat în câmpul experimental al Institutului Culturilor de Fibre Bast, Academia Chineză de Științe Agricole (N28 ° 12 ′ E112 ° 44 ′), Changsha, Hunan, China. Răsadurile au fost crescute în timpul unui sezon de orez în 2018. Solul preluat de pe câmpul de orez a fost zdrobit și utilizat ca sol de răsad umplut în tăvile de cultivare. Solul nedecorticat a fost Fluvisol (taxonomie FAO) cu o textură argiloasă și următoarele proprietăți: materie organică 24,2 g kg -1, azot total 1,53 g kg -1, fosfor total 0,57 g kg -1, potasiu total 59,0 g kg -1, azot hidrolizat 31,2 mg kg -1, fosfor disponibil 48,4 mg kg -1 și potasiu disponibil 107,0 mg kg -1 .

Materiale și tratamente

Pentru creșterea puieților de orez au fost folosite tăvi din material plastic pentru răsaduri (58 cm × 28 cm × 2,5 cm adâncime). Acest tip de tavă pentru răsaduri a fost utilizat pe scară largă pentru creșterea răsadurilor de orez pentru transplantul de mașini în sudul Chinei. Filmul nețesut din fibră ramie a fost produs de întreprinderea noastră cooperativă (Haerbin Jingzhu Agricultural Science and Technology Co. Ltd, Haerbin, China). Avea o grosime aproximativă de 0,20 mm și o greutate de 40 g m −2. Soiul experimental de orez a fost Huanghua Zhan, care este utilizat pe scară largă în cultivarea orezului cu un sezon în provincia Hunan.

Două tratamente au fost utilizate în experiment: unul cu pelicula nețesută din fibră ramie căptușită pe suprafața inferioară a tăvii pentru răsaduri (M), iar cealaltă fără peliculă nețesută cu fibră ramie căptușită pe suprafața inferioară a tăvii pentru răsaduri (NM). Pentru a asigura consistența condițiilor de apă și sol pentru răsadurile de orez, grupuri pereche formate din M și NM au fost aranjate în aceeași tavă de răsad, adică jumătate din suprafața inferioară a tăvii de răsad a fost acoperită cu folie nețesută din fibră ramie, iar cealaltă jumătate nu a fost. După umplerea filmului pe jumătate din fiecare tavă de răsad, tăvile au fost umplute cu pământ de răsad. Semințele pre-germinate au fost semănate uniform în solul de răsad pe 20 aprilie 2018 la o rată de însămânțare de 120 g pe tavă. După însămânțare, tăvile de răsad au fost așezate pe patul de răsad pre-nivelat în câmpul experimental, iar solurile au fost menținute umede pe tot parcursul etapei răsadurilor. Au fost cultivate în total 15 tăvi de răsaduri.

Prelevarea de probe

Proprietăți fiziochimice ale solului

Compoziția comunității bacteriene a solului

analize statistice

Datele au fost analizate folosind SAS 8.2. Mijloacele de tratament au fost comparate folosind teste T asociate. Analizele de corelație ale lui Pearson au fost efectuate pentru a investiga relațiile dintre proprietățile fizico-chimice ale solului, diversitatea comunității microbiene ale solului și trăsăturile răsadurilor de orez.

Disponibilitatea datelor

Toate datele generate sau analizate în timpul acestui studiu sunt incluse în articol.