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

增氧通過提高磷養分有效性和促進穩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。核心發現包括：  

土壤氧氣動態：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）中構建更穩定的微生物共現網絡（圖6，表3）。  

 

 

 

研究目的

量化增氧對板結土壤氧氣含量動態的影響。  

 

闡明增氧緩解蔬菜生長抑制的根系生理機制。  

 

從養分（尤其磷）和微生物角度解析增氧的增產機理。  

 

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、生理指標、磷有效性及微生物群落。  

數據分析：  

 

冗余分析（RDA）關聯環境因子與菌群結構（圖5b）。  

 

分子生態網絡（MENAP）分析微生物互作（圖6）。  

 

測量數據及研究意義

土壤溶解氧濃度（圖1）  

 

數據：Unisense微電極原位監測顯示，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，證實其可持續至收獲期，為后續生理機制提供環境背景。  

產量與磷利用（圖2）  

 

數據：1.7 g cm?3容重下增氧使產量提高16.1%，磷積累量增加28.1%。  

 

意義：量化增氧對板結土壤的增產效應，揭示磷吸收效率提升是關鍵貢獻因素。  

根系形態與生理（表2；圖3）  

 

 

數據：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）和減輕氧化損傷（CAT↑/MDA↓）增強脅迫耐受性。  

磷有效性（圖4）  

 

數據：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）  

 

數據：增氧使1.7 g cm?3土壤菌群多樣性指數（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）和構建穩定網絡（1.5 g cm?3下模塊化指數0.92）間接促進養分循環。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的詳細研究意義

 

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

高時空分辨率動態監測  

 

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

關聯植物生理響應  

 

發現：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%）。  

指導增氧時機優化  

 

數據：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"的結論提供數據支撐，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定微生物網絡（模塊化指數0.92）。  

 

應用價值：生長期增氧對緩解板結脅迫效果最優，為蔬菜高產栽培提供技術依據。