Oxygenation promotes vegetable growth by enhancing P nutrient availability and facilitating a stable soil bacterial community in compacted soil  

增氧通過提高磷養(yǎng)分有效性和促進穩(wěn)定土壤細菌群落來提升板結土壤中的蔬菜生長  

來源：Soil and Tillage Research, Volume 230, 2023, Article 105686  

《土壤與耕作研究》第230卷（2023年），文章編號105686  

 

摘要內容

 

研究通過盆栽實驗探究了過氧化氫尿素（UHP）增氧對板結土壤中莧菜生長的影響。核心發(fā)現(xiàn)包括：  

土壤氧氣動態(tài)：增氧（尤其生長期）顯著提升土壤溶解氧濃度17.9-20.4%（圖1），緩解板結脅迫。  

 

 

蔬菜生長與磷利用：增氧使莧菜產(chǎn)量提高5.50-16.1%（圖2a），磷積累量增加8.56-28.1%（圖2b），磷利用效率（PUE）提升9.13-20.4%（圖2c）。  

 

 

根系響應：增氧促進根系伸長（1.5 g cm?3容重下根長增加76.3%，表2），降低丙二醛（MDA）含量35.8-52.6%，提高過氧化氫酶（CAT）活性13.4-110%（圖3）。  

 

 

磷有效性：增氧提高Olsen-P 7.17-12.1%（圖4a）和DGT-P 10.5-23.6%（圖4b），增強酸性磷酸酶（ACP）和堿性磷酸酶（ALP）活性（圖4c, 4d）。  

 

 

微生物群落：增氧增加土壤細菌多樣性（圖5d），富集溶磷菌（Firmicutes和Proteobacteria，圖5a），并在中度板結土壤（1.5 g cm?3）中構建更穩(wěn)定的微生物共現(xiàn)網(wǎng)絡（圖6，表3）。  

 

 

 

研究目的

量化增氧對板結土壤氧氣含量動態(tài)的影響。  

 

闡明增氧緩解蔬菜生長抑制的根系生理機制。  

 

從養(yǎng)分（尤其磷）和微生物角度解析增氧的增產(chǎn)機理。  

 

研究思路

實驗設計：  

 

設置3種土壤容重（1.2、1.5、1.7 g cm?3）模擬板結梯度。  

 

兩個增氧時期：苗期（移植后13天）和生長期（移植后23天），以UHP為氧源（30%氮由UHP提供）。  

 

測定土壤氧氣、根系形態(tài)、生理指標、磷有效性及微生物群落。  

數(shù)據(jù)分析：  

 

冗余分析（RDA）關聯(lián)環(huán)境因子與菌群結構（圖5b）。  

 

分子生態(tài)網(wǎng)絡（MENAP）分析微生物互作（圖6）。  

 

測量數(shù)據(jù)及研究意義

土壤溶解氧濃度（圖1）  

 

數(shù)據(jù)：Unisense微電極原位監(jiān)測顯示，生長期增氧使1.5 g cm?3土壤氧濃度從166升至199 μmol L?1。  

 

意義：直接驗證UHP增氧效果，證實其可持續(xù)至收獲期，為后續(xù)生理機制提供環(huán)境背景。  

產(chǎn)量與磷利用（圖2）  

 

數(shù)據(jù)：1.7 g cm?3容重下增氧使產(chǎn)量提高16.1%，磷積累量增加28.1%。  

 

意義：量化增氧對板結土壤的增產(chǎn)效應，揭示磷吸收效率提升是關鍵貢獻因素。  

根系形態(tài)與生理（表2；圖3）  

 

 

數(shù)據(jù)：1.5 g cm?3容重下增氧使根長增加76.3%，MDA降低52.6%。  

 

意義：表明增氧通過促進根系拓展（增加根尖數(shù)）和減輕氧化損傷（CAT↑/MDA↓）增強脅迫耐受性。  

磷有效性（圖4）  

 

數(shù)據(jù)：增氧使DGT-P（直接反映植物有效磷）提高23.6%，ACP活性提升22.9%。  

 

意義：從化學（解吸附）和生物（酶活性）角度解釋磷有效性增加機制。  

微生物群落（圖5-6；表3）  

 

數(shù)據(jù)：增氧使1.7 g cm?3土壤菌群多樣性指數(shù)（Shannon）從5.2升至5.8，溶磷菌Proteobacteria相對豐度增加8.5%。  

 

意義：揭示增氧通過調控菌群結構（如富集溶磷菌）和構建穩(wěn)定網(wǎng)絡（1.5 g cm?3下模塊化指數(shù)0.92）間接促進養(yǎng)分循環(huán)。  

 

丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的詳細研究意義

 

使用Unisense微電極（OX-50，尖端直徑40-60 μm）原位監(jiān)測土壤剖面氧氣：  

高時空分辨率動態(tài)監(jiān)測  

 

方法：以1 mm深度間隔測量距莖基1 cm、深4 cm處氧濃度（圖1）。  

 

意義：克服傳統(tǒng)破壞性采樣的局限，實時捕捉根際微區(qū)氧動態(tài)，精確量化UHP的增氧效果（如生長期增氧后氧濃度持續(xù)高于對照）。  

關聯(lián)植物生理響應  

 

發(fā)現(xiàn)：氧濃度提升與根長增加（r=0.89）、CAT活性升高（r=0.78）顯著正相關。  

 

意義：直接證實土壤氧氣是根系形態(tài)和抗氧化響應的主要驅動因子（圖5b RDA分析中O?解釋度66%）。  

指導增氧時機優(yōu)化  

 

數(shù)據(jù)：生長期增氧的氧濃度增幅（33.5 μmol L?1）高于苗期（24.8 μmol L?1），且與產(chǎn)量提升更顯著相關（圖2a）。  

 

意義：為"生長期是莧菜氧敏感關鍵期"的結論提供數(shù)據(jù)支撐，指導田間精準施用氧肥。  

 

結論

增氧效果：UHP增氧顯著提升板結土壤溶解氧濃度（尤其生長期施用），效果可持續(xù)至收獲。  

 

生理機制：增氧促進根系伸長（根長↑76.3%）和根尖形成，通過提升CAT活性降低氧化損傷（MDA↓52.6%）。  

 

養(yǎng)分與微生物機制：增氧提高磷有效性（DGT-P↑23.6%）和磷酸酶活性，富集溶磷菌（Firmicutes和Proteobacteria），并在中度板結土壤構建穩(wěn)定微生物網(wǎng)絡（模塊化指數(shù)0.92）。  

 

應用價值：生長期增氧對緩解板結脅迫效果最優(yōu)，為蔬菜高產(chǎn)栽培提供技術依據(jù)。