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旱区降雨少见, 挥发热烈, 当地就业东说念主民因地制宜, 将10—15 cm厚的砂砾搀和物掩盖于地表以改善泥土性情。关连考虑标明[1—4], 土表覆砂具有保温增渗、减蒸保墒、压碱抑盐、提产增效等功效, 这一特有的农业节水保护性耕种栽培模式被泛泛应用于我国甘肃、宁夏、新疆、青海等地及天下其他干旱半干旱地区。可是, 在骨子农业分娩流程中, 由于耐久不对理灌溉、素养结构单一、风化作用及机械碾压等因素, 详尽的砂石产目生散趋势, 地表掩盖物常以砂土搀和的表情存在, 这使得砂层质地结构和泥土生态环境出现谬误化发展[5—6]。泥土质料退化是砂荒漠皮分娩力下落的基本特征, 而泥土物理、化学及生物学流程决定其发展见地[7]。稠密考虑炫耀[8—9], 连作是砂田泥土质料逐年恶化的要道诱因。随同素养年限的加多, 泥土质地结构恶化、蓄水保墒性能温情、潜在营养破钞殆尽、泥土酶活性裁减、微生物群落结构失衡、作物病虫害频发, 致使砂荒漠皮分娩力握续下落, 渊博老化砂田被撂荒。以宁夏环香平地区为例, 猜想至2037年傍边我想炫耀, 该地区的退化砂田面积将卓著1.0×104 hm2, 当地压砂大地临泥土沙化、地力衰退、作物减产、生态恶化等危急[10]。 橾p在线观看
泥土质料径直关乎农业分娩的结构、布局和效益[11]。当今, 学者们针对砂田连作引发的退化问题已开展渊博表面与窥察考虑, 并从泥土物理、化学、生物性情等多角度剖析了影响其生态功能和地皮分娩力的要道辛苦因子。可是, 基于连作砂田退化机制和调控模式的系统转头和梳理仍额外有限。鉴于此, 本文勾通现存考虑效率和施行西席, 旨在详备综述砂层结构、泥土质料和地皮分娩力在耐久连作下的演变特征, 全面揭示砂田退化发盼望理; 同期, 对退化砂田的缔造与调控本领进行系统阐明, 并针对性提议其未来发展见地与考虑要点, 以期为旱区农业健康可握续发展及生态环境保护提供参考和启迪。
1 连作对砂层质地结构的影响效应
砾石是指粒径>2 mm的矿质颗粒。砾石掩盖层算作泥土的特殊保护樊篱, 其自身质地结构潜入影响泥土理化性情[12]。一般以为, 连作年限是形成砂荒漠表掩盖物中不同粒径砾石占比具有空间异质性的主要因子[13]。在耐久的犁耕碾压和风蚀雨刷流程中, 砾石层受到大粒径砾石破灭和基层泥土颗粒混入的双重作用[14], 致使其砾石占比权贵下落, 粗砂(2.0—0.2 mm)和细砂(0.2—0.02 mm)比重持续升迁[15], 即为砂田退化最直不雅的流露。许强等[8]通过对宁夏环香平地区不同素养年限压砂地覆砂层取样拜谒发现, 砂田在连作17年后, 掩盖层中含土量可由第1年的9.24%加多为36.15%, 土砂比则由0.10升迁至0.57。同期, 诸多施行标明[16—17], 砂层含土量与连作年限呈线性正关连。若混入泥土卓著2/3, 砂田的减蒸保墒功效也将基本丧失[18]。此外, 需要额外指出的是, 砂土搀和界面的迂缓亦使得砾石掩盖层厚度逐年变薄, 砂土搀和层位置发生上移(图 1)。已有考虑发现[17], 40年砂田的平均砂层厚度仅为5.5 cm, 年均可减少0.12 cm。
总体而言, 连作将权贵升迁砂层土砂比, 加重砾石掩盖层与基层泥土连通性, 严重制约其增温保墒功效。可是, 当今尚不细则的是, 除物理风化与东说念主为干豫外, 砂土搀和界面处泥土微生境中的关连生示寂学反应是否也会对砾石的裂解提供支握？因此, 今后在深入考虑连作对砾石掩盖层的作用机制时, 还需充分谈判内在因素与外部因素的详细影响效应, 继而显着其内在初始机制与作用旅途, 并进一步量化它们对砂层质地结构阻扰的相对孝敬。
2 连作对砂田泥土质料的影响机制
2.1 泥土物感性质
2.1.1 泥土物理结构
泥土物理结构概况详细反应泥土结构体种类、数目及孔隙气象等基本性情, 是决定泥土水、肥、气、热传输的介质基础。砂田在连作后, 上层泥土(0—20 cm)结构性情均流露出不同程度响应, 泥土理化性质持续恶化。尊府炫耀[20], 由于耐久的东说念主为翻耕和雨水冲刷, 砂田上层泥土质地随素养年限的蔓延持续粗化, 砂粒含量连年加多, 年均增长1.61%, 粉粒与黏粒占比则握续下落。而泥土机械组成的分选在加重泥土沙化、硬化和板结的同期, 还将潜入影响上层泥土团粒结构的形成、散播与转机。关连考虑发现[21], 10年以内的砂田上层泥土主要以大聚合体(>5 mm)为主, 10年以上砂田中则是微聚合体(0.05—0.25 mm)占优；同期, 大聚合体的离散和泥土微生境的失衡形成有机碳的物理保护缺成仇代谢能力握续温情, 致使其储量亦逐年裁减。这不仅归因于东说念主为耙砂或犁耕的耐久机械碾压阻扰。更为进犯的是, 终年连作使得砂田泥土中富含的渊博营养组分握续流失且又难以赢得有机肥的灵验摄入和补充, 进一步阻控其形成的物资起首, 严重制约会合体的固存和富厚。事实上, 砂土搀和的发生还对泥土容重加多和孔隙度裁减起到正向效应[6]。田间取样收尾炫耀[7], 泥土容重及孔隙度分别在时刻秩序上流露为在波动中飞腾和下落的趋势, 泥土紧实度加多而通气透水性能下落, 且不同深度土层间均存在垂直各别。
2.1.2 泥土水盐热效应
泥土含水量是表征泥土水分气象的进犯状态贪图。稠密考虑标明[6—7, 11], 上层泥土握水性能在连作3—5年间气象最好。这是因为, 砾石掩盖层在覆砂初期阻断泥土名义与大气的径直宣战, 大幅温情泥土水汽与外界的能量交换[22]；同期, 较大的砾石孔隙结构亦概况权贵扼制泥土产流发生并促进水分的垂直入渗[23], 这使得上层泥土概况贮存较多水分并逐年累积[5]。但跟着连作年限的加多, 掩盖层中泥土占比握续升迁, 砂层截流握水性能增强的同期[15], 挥发锋亦移位泥土上层, 致使含水量峰值下移, 干燥化速度加速[24]。考虑发现[8], 当砂田掩盖层的土砂比从0.09增至0.57时, 上层泥土含水率可由25.30%降至13.70%；而连作16年的砂田泥土干层厚度比较3年可加多253.33%, 其平均含水量则裁减5.83%, 泥土水分亏缺严重[25]。
砂田泥土盐分运移与水分灵通相反相成, 死守“盐随水动”的同步性准则[22]。微咸水补灌[26]、砾石中离子析出[27]及钙积层蓄积[19](图 1)是其运移和重散播的主要物资起首。随同素养年限加多, 深层泥土可溶性盐分以水分为载体, 由挥发驱使蚁合至泥土上层, 额外是砂土搀和界面[26], 且返盐效应随掩盖层结构恶化而更加热烈[24]。关连考虑标明[9, 28], 连作1—3年的上层泥土全盐量较泄漏农田权贵裁减, 3年以后则基本呈飞腾趋势且泥土pH值握续加多。可是, 由于砂田的逆向演替[29]、降雨或灌溉淋洗[24]和作物生理代谢影响[3], 掩盖层在一定连作年限内仍可保管压碱抑盐效果, 上层泥土返盐效适时常具只怕滞性[6]。如赵文举等[29]通过实地取样拜谒发现, 中砂田(25—30年)的盐碱化程度最轻, 其上层泥土全盐量仅为新砂田(＜10年)的94%, 老砂田(45—60年)的盐碱化程度最为严重。相应的, 上层泥土pH则呈先降后升态势[30]。
砂田泥土温度受连作影响潜入, 砂荒漠温随素养年限的加多呈阶段性变动[17]。频年来的一项考虑基于多年Landsat卫星数据将旱区连作砂田的地温演变流程分离为3个阶段[10], 即纯砾石阶段(P1)、砂土搀和阶段(P2)和砂土连通阶段(P3)。砾石掩盖被以为是一种灵验的温度退换方式。当砂田处于P1阶段(＜5年)时, 比热容小且导热性差的砾石性情使得掩盖层险峻热空气的乱流交换受阻, 而地表净放射通量骤增[31]。值得预防的是, 此时的掩盖层名义温度虽有升迁, 但其只不错热放射和空气对流方式向基层泥土传输能量, 这使得泥土名义温度飞腾安宁且维系时长较短[10]。当砂层中的泥土占比握续升至某一临界值时, 砾石间大闲逸逐渐被泥土填充, 且随挥发的握续发生, 砂土勾通更加详尽, 其增温隔热效果反而突显[5]。因此, P2(5—20年)则成为砂田阐扬保温效应的主要时段。而当连作年限介于P3, 即25—30年时, 退化的砂土搀和结构在权贵裁减下垫面净放射通量的同期, 亦同步增强掩盖层与基层泥土的连通性, 大幅温情其对泥土“水通说念”和“热通说念”的拒绝作用。此时, 大范围的地表掩盖物径直进行潜热交换, 其增温保温功效基本丧失[16]。
2.2 泥土化学性质
连作对砂田泥土养摊派理和肥力退化具有不同的正负效应。诸多考虑诠释[6—7], 砂田泥土营养对连作的响应机制并非简便促进或扼制, 而是因营养类型和连作年限而异。进一步的回报炫耀[8, 11, 20, 32], 氮(N)、磷(P)、钾(K)等上层泥土营养元素随连作年限呈现先加多后衰减的趋势, 且其在4—5年间含量最高, 而至5—7年时降幅最为彰着；上层泥土硒(Se)含量则在3—5年达到极值, 10年时气象最差, 上述法规已在宁夏环香平地区的连作砂田中得到进一步考据[33—34]。除铺砂前基肥施用的影响外，这亦归因于“砾石-泥土”系统中化学元素演变的袭取性。显现于泥土名义的风化砾石在历经耐久的干湿轮换、冻融轮回和灌溉淋溶作用后, N、P、K、钙(Ca)等渊博元素和铁(Fe)、锰(Mn)、硼(B)、Se等微量元素从中开释并移动至泥土上层富集[35], 而砂田的增温保墒性情进一步加速其矿化流程，泥土营养环境在一定年限内被彰着改善。但跟着掩盖层中砾石占比的持续减少, 元素淋失量达到峰值, 其析出、吸附及千里淀流程放缓并逐渐趋于平安[36], 致使根系密集层下限持续上移[19](图 1)。同期, 由于砾石层的拒绝, 地上凋落物难以到达泥土上层, 加以砂田追肥困难, 作物孕育发育只可依靠有限的潜在泥土营养, 使得泥土有机质(SOM)和有机碳(SOC)等营养物资亏缺或失衡[21, 28]。此外, 值得额外预防的是, 由于作物根系对矿质元素的取舍性接纳性情, 耐久连作必将导致铅(Pb)、砷(As)、镓(Ga)、铍(Be)等经由砾石开释的毒性元素在泥土中的千里降和富集[35—36], 这可能致使其重金属含量超标并对泥土微生态环境产生不行逆损害。因此, 握续开展对连作砂田泥土浑浊物起首的识别、武断、融会偏激健康风险评价极为必要。
但也有考虑得出不同的论断[9, 29, 37—38], 以为连作对砂田泥土营养均为单一扼制效应或部分无权贵影响。连作流程中泥土基础营养含量的冗余或零落, 与砂田自己的掩盖类型、耕种性质、素养结构以及田间握住方式等密切关连[6], 额外是砾石自身化学要素和风化程度的异质性不行刻薄[36]。这种不同类型营养间的各别性变化可为退化砂田均衡施肥与分区治理有策画的科学制定指明见地。
2.3 泥土生物性质
2.3.1 泥土酶活性
泥土酶类承担植物根际微环境中有机物和腐殖质等营养物资的形成、解析和转机功能, 是泥土质料和肥力水平的生物学表征。现时的考虑收尾炫耀[28], 受征象环境、空间散播、泥土类型、水热条款、营养含量以及东说念主为干豫等的影响, 连作对砂田关连泥土酶活性的作用收尾不一。在邱阳等[39—41]的拜谒中, 连作下的泥土酶活性介于未覆砂农田和撂瘠土之间, 且均随连作年限呈现先加多后减少趋势。其中, 多数泥土酶(蔗糖酶、脱氢酶和多酚氧化酶)在10—11年间最为富厚；部分泥土酶(淀粉酶和过氧化氢酶)则在2—4年内达到最优。而贺婧等[42]考虑发现, 泥土酶活性(脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶)对连作时长的响应法规基本一致, 在1—10年内流露为先裁减后升高态势, 至3—4年时为最低, 且永久小于未压砂泥土。此外, 也有部分学者以为[7, 11, 43—44], 泥土酶活性(脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶)随连作年限蔓延均流露出不同程度下落, 并将其主要归因于泥土物感性状和营养灵验性的握续恶化以及微生物群落组成和代谢功能的退化。
综上, 从现存报说念来看, 相较于裸土, 连作对砂田泥土酶活性具有权贵扼制效应, 并曲折反应了泥土C、N和P等营养组分的演替见地[20]。可是, 连作下的泥土酶活性流露出相对复杂的变化, 其与连作年限间辛苦明确的定量关系。同期需要指出的是, 不同种类泥土酶对连作的各别性抒发机制当今尚不解晰, 额外是它们与根际泥土微生物的互作关系还有待从多组学层面对其进行深入分析和阐扬。
2.3.2 泥土微生物性情
微生物是泥土生态环境的进犯组分, 可通过其种类、数目和散播来详细反应泥土质料。越来越多的考虑标明[45—46], 泥土微生态失衡, 额外是微生物群落结构、功能以及物种千般性的恶化是连作砂荒漠力贫困和作物减产的主要原因。终年连作致使泥土微生物区系失调, 具体流露为病原微生物的孕育与蚁合加重, 而故意微生物的生息和代谢受限[47], 细菌与真菌生物量比值权贵减小[43], 泥土微生物量碳、氮和磷的转机运用能力[41]及泥土呼吸强度[48]大幅下落。连作下的砂田泥土逐渐由细菌型向真菌型演变, 真菌富集成为其连作辛苦发生的进犯表征[30]。值得预防的是, 除机械功课可能导致的碾压阻扰外, 耐久连作对泥土细菌和真菌组成并无径直作用, 而是主要通过影响泥土环境来改变根际泥土微生物群落结构, 包括泥土酸碱性、水热条款和营养状态等[49]；且相较于根际真菌, 连作对泥土中细菌群落的影响更大。这不仅是因为真菌比细菌具有更强的有机质降解能力[50], 更为进犯的是, 泥土真菌还不错通过与作物共生来保握群落富厚性[51]。因此, 细菌对泥土基质的耐受性和适当性就显得更为明锐, 且在泥土剖面中存在彰着分层征象[49]。关连考虑炫耀[33—34], 多年连作后的砂田根际泥土细菌种群中的上风类群濒临数目骤减、结构单一以及千般性裁减的困境, 包括放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)及厚壁菌门(Firmicutes)等；与之相对应的, 少数故意真菌和多种病原菌则在耐久连作流程中以菌丝和分生孢子的存在形态在植物破败或根际泥土里被渊博生息, 主要有被孢霉属(Mortierella)、绿僵菌属(Metarhiziun)、假霉样真菌属(Pseudallescheria)、镰刀菌属(Fusarium)和青霉属(Penicillium)等。其中, 被孢霉属为砂田连作程度中的主要真菌上风类群[47], 而瓜拟多隔孢菌(Stagonosporopsis cucurbitacearum)则被武断为硒砂瓜叶疫病的主要致病菌[52]。值得额外宥恕的是, 由于不同病原菌自身作用或与细菌类群间的互作效应影响[33], 算作诱发硒砂瓜枯萎病的镰刀菌属在根际泥土微生物群落中却并不占优[30], 其品貌在连作10年时即可到达峰值。此外, 最新的考虑进一步发现[47], 连作16年的砂田根际泥土中富集有渊博未明确分类的真菌类群, 而这则可能与作物根系分泌或残渣解析开释的化感物资的取舍性塑造关连[53]。
总的来看, 现时泥土微生物对砂田连作的响应考虑多数停滞在外界环境扰动下的要道物种地舆散播格式变化。对于连作对砂田泥土功能菌群间互作关系偏激介导的泥土营养轮回流程, 额外是对根际泥土华夏纯真物的生态功能以及微生物分子生态收罗的影响机制考虑仍额外匮乏, 还需渊博数据积蓄及实验考据。
需要进一步预防的是, 现阶段对于连作砂田泥土质料的报说念多以耕层泥土(0—20 cm)为考虑对象, 而经常刻薄深层泥土, 额外是亚耕层(20—40 cm)及以下(>40 cm)的泥土生态流程偏激与连作年限间的响应关系。未来考虑应要点宥恕砂田上层以下泥土的物理结构形态、元素移动旅途以及微生物区系特征, 以充分检会深层泥土微生境与植物根系散播间的互馈退换机制。此外, 以往关连考虑时常仅谈判特定或孤苦的泥土性情演变。事实上, 各泥土要素间平日相互影响、相互制约、相互作用。因此, 深入揭示其内在关联与耦合效玩忽于进一步显着砂田退化发盼望理具有进犯表面与施行意旨。
3 连作对砂田作物孕育发育和产量品性的影响效应
硒砂瓜(Citrullus lanatus)算作压砂地蚁合散播区的主要经济作物之一, 因其营养丰富、细嫩多汁和甘甜爽口而著名[54]。其中, 宁夏环香平地带算作硒砂瓜的主产区, 现存素养面积快要6.67×104 hm2[10]。可是, 终年连作加重砂田泥土质料退化, 额外是根系泥土微生物群落制衡环境的阻扰[33—34], 致使作物生理生化和代谢水平受限, 病害加重, 最终形成其产量和品性的逐年裁减, 已成为当地性情经济产业可握续发展的瓶颈问题。诸多考虑标明[3, 9, 17, 30, 48, 54—55], 连作下的旱区硒砂瓜生养期彰着蔓延, 额外是出苗坐果时长各别权贵, 其生感性情, 包括主蔓长、叶片数和叶面积指数等远不足覆砂早期, 产量、品性和水分运用效率亦随素养年限的加多而权贵下落。硒砂瓜在连作前10年内概况保管较高产量和品性, 20年以后则不足最高值的50%, 这同泥土肥力对连作年限的响应收尾基本一致。
除泥土结构、营养气象和微生态环境外, 泥土酸碱性及水热性能亦然影响砂田作物孕育发育和产量品性的要道非生物性为止因子[45]。这主要有两方面的影响。领先, 适当的泥土酸碱度退换、干旱困境和热量积蓄对作物孕育发育起到积极的正向效应。可是, 深度的盐碱、干旱和低温要挟在温情根际泥土故意微生物和酶活性的同期[30], 亦使得泥土系统中的灵验营养供给受限, 植物体内稳态环境失衡, 根系握续发生浸透要挟以至引发离子毁坏效应[56], 致使作物孕育失调或受损, 果实产量和品性下落。已有考虑发现[3], 非盐碱性砂田的泥土盐分在耐久素养流程中于作物根系层发生累积并逐渐靠拢硒砂瓜的耐盐耐碱阈值, 其果实产量随连作年限呈现启齿向下的二次抛物线变化, 7年傍边即可发生连作辛苦。而在连作10年之后, 硒砂瓜中的可溶性固形物、维生素C和糖含量降幅彰着, 果实中硝酸盐含量则握续加多, 这使得其风姿品性、营养品性和保藏品性等性能逐年变劣[17, 54]。
值得预防的是, 化感自毒作用亦是形成硒砂瓜连作辛苦的不行刻薄的进犯原因。化感物资即为植物通过根系分泌或残体解析等路线向泥土微环境中开释的次生代谢物资[57]。考虑炫耀[58], 压砂作物, 额外是硒砂瓜, 在终年连作下易形成酚酸、有机酸和氨基酸等化感物资于根-土界面处过量累积, 使得泥土pH裁减和酶活性下落, 引导并加重以尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)为主的病原微生物的促生与激增。同期, 它还不错通过损害细胞结构、影响植物激素合成和细胞革故鼎新进一步扼制种子萌生和胚芽孕育[45, 59]。而受自毒作用的影响, 硒砂瓜对外界环境变化的适当性温情, 抗病能力暴减, 自身退换能力受限, 致使作物减产以至绝产。可是, 对于化感物资对植物体的毁坏浓度阈值偏激减缓排除方式, 以及对根际泥土微生态环境重构机制和作物不同生养期孕育生理的适当性策略考虑尚有待进一步开展。
4 连作对砂田泥土质料和地皮分娩力退化的发盼望制
砂田退化算作制约旱区农业分娩可握续发展的要道因素, 其形成机制一直是农业发展考虑的热门。不同于泄漏农田, 砂田由于名义砾石掩盖层的存在, 其演变程度变得尤为复杂。“砾石-泥土-微生物-植物”算作一个有机举座, 各单位间相互依存、密不行分、协同演化(图 2)。单一作物的耐久连作在东说念主类行为和当然因素的双重作用下, 通过权贵改变砂层结构以及泥土物理、化学和生物学流程, 径直或曲折影响砂荒漠皮分娩力及生态系统结构与功能, 并最终致使其向盐碱化、石漠化、萧疏化和水土流失的见地演替[60—61]。
4.1 连作对砂田泥土质料退化的发盼望制
砂田泥土质料退化的发盼望制主要包括：(1)以犁耕为主的地皮侵蚀初始行为, 在形成上层泥土紧实度、通透性、机械组成和聚合体富厚性下落的同期, 亦加重砾石掩盖层结构恶化, 径直影响泥土-砂层-大气界面微环境的水、盐、热、气移动、转机和再分派, 额外是风化砾石中N、P、K、Se等营养元素的淋溶和析出；此外, 机械功课碾压还使得根际泥土微生物群落组成变异和空间散播离散；而耐久的灌溉侵蚀则强化了砾石中毒性元素在深层泥土中的千里淀和富集；(2)泥土诸多理化因子的握续恶化对泥土营养气象和根际微生物群落结构产生权贵的负面影响, 流露为泥土营养转机和开释受阻、酶的形成受限且活性裁减以及病原菌的激增和富集；(3)泥土中营养含量的暴减, 额外是有机质的流失, 则反向作用于聚合体的形成、转机以及泥土酶活性和微生物群落千般性, 并对其产生阻碍效应；(4)根际泥土微生物群落结构的失调, 则对泥土形成、物资轮回和能量转机, 包括酶的合成及活性等产生权贵的负向反馈效应。
4.2 连作对砂荒漠皮分娩力退化的发盼望制
泥土算作接洽植物、微生物及营养物资的桥梁和纽带, 其质料演变与砂荒漠皮分娩力间的互作机制主要流露为：(1)泥土物理、化学和生物性情的退化使得作物孕育发育减轻佻产量品性下落；(2)植物根系分泌或残体解析开释的化感自毒物资则加重泥土微生境失调, 致使泥土质料进一步退化, 并对地皮分娩力形成径直或曲折性的握续损害。
5 退化砂田的缔造与调控
社会经济发展和地皮资源保护间的矛盾, 已成为现阶段砂田产业高效、优质、绿色和可握续发展流程中的主要辛苦。因此, 探索发展退化砂田生态缔造和地力升迁的详细本领与集成模式刻艰涩缓, 是惩处其分娩和环境问题的灵验路线。砂田生态系统的规复与调控, 等于借助物理、化学和生物学等方式对泥土地舆环境、根际微生物群落及作物孕育流程进行详细握住和健康退换, 详见图 3。
5.1 生物调控
泥土微生物算作退化地皮缔造的变局者, 径直收控有机物形成、解析和碳氮轮回流程[62]。因此, 劝诱应用绿色环保、环境友好的新式生物本领用以调控根际微生物间的互作关系, 重塑泥土微生物群落, 引发故意生态集群活性, 协同扼制病原菌的定殖增长则成为抵挡土传病害的新策略[63]。当今的考虑标明[64—65], 微生物菌剂的科学合理施用是改善泥土微生态环境、提高根际群落免疫情切减连作辛苦的灵验生物路线, 其中枢主要通过分泌植物孕育素或抗生素来提高泥土营养灵验性, 强化植物的抗逆、抗病和耐受能力以减轻病害、干旱及盐碱要挟的负面影响。平日, 故意微生物, 额外是根际促生菌(PGPR), 被用来制备微生物肥料以阐扬其在特定作物和耕种环境中的生态初始效应。进一步的回报炫耀[66—67], 硒砂瓜根际泥土中存在11株兼具产铁载体、解磷和促素性情的优良土著促生菌株。其中, 就促见效应而言, 芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)以及变形杆菌属(Proteus)对硒砂瓜幼苗的促见效果最好。而在骨子分娩施行中, 含有哈茨木霉(Trichoderma harzianum)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的复合微生物菌剂在连作砂田中的配施对硒砂瓜孕育和产量均具权贵促进效应[68]。可是, 现时的难点在于无法细则接种剂中的微生物, 额外是外源促生菌在连作砂田泥土微生态环境中的适当性和富厚性。因此, 未来应握续强化对根际促生菌生防后劲的挖掘, 并进一步开展优良土著微生物的分离、筛选、武断、窥察偏激在骨子农业分娩流程中的扩充应用。
5.2 农业调控
5.2.1 调理优化作物素养结构
合理调理优化作物素养结构, 施行绿色发展的生态农业素养模式, 对于均衡泥土生物千般性、升迁农业泥土健康水平至关进犯[69], 被以为是惩处砂田契作和连作辛苦的进犯农业调控措施[45]。其中, 作物轮作及间作算作高效握住和运用生物资源的传统栽培模式, 具有退换微生物生态系统富厚性、增强泥土活力、营造泥土健康生境等上风[63]。据报说念[48, 70—71], 在以硒砂瓜为主的和甜瓜(Cucumis melo L.)或辣椒(Capsicum annuum L.)的轮作和间作系统中, 砂田中“植物-泥土-微生物”的动态均衡关系被重构, 关连泥土酶和故意菌等微生态因子的活性、结构及代谢功能被权贵提高, 泥土物感性状和营养气象被彰着改善, 作物的抗病性能和产出效率因此突显。此外, 作物嫁接移植本领亦被诠释是退化砂田减损提效的灵验技能[45]。诸多考虑标明[72—75], 采用对硒砂瓜尖孢镰刀菌专化型(F.oxysporum f. sp. niveum)具有较强免疫能力的南瓜(Cucurbitea moschata)或瓠瓜(葫芦)(Lagenaria siceraria)等算作砧木与其进行嫁接, 概况权贵裁减作物枯萎病的发生和彭胀, 进而促进其孕育发育和产量品性升迁。其中可能的微生物生态学机制是, 嫁接根苗分泌的某些自感物资对退化砂田中潜在的根际病原微生物的孕育、富集、扩散和传播具有权贵扼制和拮抗效应[47]。可是, 轮作和间作模式, 额外是嫁接本领对砂田连作辛苦的缓解机制当今尚不解晰, 其中的抗性分子机理还需深入探索。更为要道的是, 受硒砂瓜灵验素养面积缩减、作物孕育周期蔓延以及砂田环境因素等的制约, 上述农业素养和栽培本领在骨子分娩中的扩充应用仍处于起步阶段。因此, 在基于多组学联用强化其抗逆机制考虑的同期, 握续深入股东砂田农业素养布局优化和转型将成为未来考虑的热门与要点。
5.2.2 培育抗性优良作物品种
作物品种的单一化对砂田生态环境和地皮分娩力组成潜在威胁。因此, 通过开展作物抗逆应激机制、病原菌致病机理以及抗性基因抒发等的考虑和分析, 引进或选育具有较强困境适当性、耐受性、富厚性和抗病性且早熟、节水、优质、高产的种质资源成为缓解砂田连作辛苦的进犯农业调控方式[45]。频年来, 我国考虑东说念主员在沙漠风暴和金城5号等传统主栽品种的基础上, 接踵窥察筛选出稳妥西北旱区砂田素养的硒砂瓜优重生态型品种, 主要包括“金城系列”中的16WMK467和18—64[76]；“宁农科系列”的杂交西瓜品种[77], 额外是“宁农科3号”；以及日本引进西瓜品种N-08[78]等。尽管如斯, 现阶段的硒砂瓜种间杂交、基因育种或品种引进仍濒临作物孕育适当性和产量品性难细则的风险和挑战。因此, 后续的考虑应要点宥恕硒砂瓜品种结构对不同区域征象和泥土环境的响应机制偏激鉴选、退换和优化流程。
5.2.3 泥土矫正与缔造
增效剂和阐扬剂由于其对泥土结构, 酸碱环境、营养供应和作物抗逆性等的改善及退换性情, 被泛泛应用于辛苦泥土的矫正与缔造[79]。已有考虑标明[80—81], 生物有机肥替代化肥配施是缓解由于耐久化肥耧施和连作辛苦导致的砂田泥土营养失调的进犯路线和科学有策画, 其在摄入补充作物必要营养和微量元素的同期, 自身所佩带的功能微生物亦对砂田生态系统在困境中的缓冲、适当和规复能力升迁具有潜介怀旨。可是, 相较于单施有机肥或化肥, 穴施有机肥混配菌剂的复合基质定植本领, 更能灵验改善砂田根际泥土微生物区系, 增强泥土蓄水保肥性能, 并权贵提高硒砂瓜产量和品性[82—83]。此外, 阐扬剂对连作砂田泥土的矫正效果亦备受守护。如刘文辉[84]的考虑曾指出, 当生物资炭与有机肥的配施比为1 ∶ 2时, 砂田根际泥土生防菌, 额外是哈茨木霉M3菌株在微生物种群中的竞争效应和拮抗作用则更易被引发, 并概况对作物病害起到56.75%的防治效果。可是, 值得预防的是, 泥土矫正剂可能引发的负面环境效应偏激高额的分娩资本艰涩刻薄, 它们在连作砂田泥土中的安全性、适用性、灵验性偏激种类、用量和施用本领的定量化仍需进一步因地制宜地开展窥察、考据和评价责任。
5.3 工程调控
为遏制或缓解压砂地退化程度和困局, 当地就业东说念主民常选拔深耕易耨或对使用年限久远, 功能逐渐丧失的退化砂田进行从头铺砂的方式, 以重塑其保墒性能, 蔓延功能寿命[18—19]。可是, 在骨子农业分娩流程中, 砂田的翻新濒临责任艰苦, 耗时耗力, 且机械化耕种尚未全面实行的困境[16]。因此, 针对上述问题, 还需进一步力促免耕机械和农艺措施的有机勾通, 以减少对砂田的过度碾压。额外是对于果树和经济林木等多年生植物, 覆砂后可避时常扰动之弊并兼顾分娩、生态及社会效益, 将成为优化砂田养护和耕种握住, 股东旱区有机农业可握续发展的要道举措和政策性模式[85]。此外, 耐久耕种后的适当休耕, 亦对退化砂田分娩、环境和生态功能的规复与重建[86], 额外是对砾石掩盖层结构和泥土质料环境的改善[8, 19], 具有正向退换效应, 可算作砂田缔造流程中的当然调控和生态握住路线。
尽管砂田的泥土墒情优于泄漏泥土[14], 但当当然降水不足时, 适当的补充灌溉是提高砂田分娩效益的进犯技能[87]。可是, 传统的整田微咸水漫灌加重砂土搀和和泥土次生盐渍化的发生[24]。因此, 集雨滴灌本领的应时而生可为退化砂田的节水抑盐、地力升迁和增产提质提供全新的调控想路和模式鉴戒[88]。而在征象变化、植被演替和地皮退化配景下, 基于区域生态健康和环境安全的基本前提, 通过供水精量实施和灌溉方式优化[89], 同期, 充分运用风化砾石崩解破灭和矿质元素淋溶开释对其粒径大小[14]和温差变幅[90]响应明锐的物感性情, 以加速其成土化程度[27]并升迁泥土肥力水平[35], 被诠释是提高退耕压砂地生态枣林生态功能和经济效益的可行有策画[31]。因此, 在干旱少雨、地力贫困和生态脆弱并存的干旱半干旱地区, 这一本领模式无疑是对砂田水土保握和资源高效运用的袭取、改动和发展。可是, 当今的关连考虑多停留在风化砾石劣化偏激元素淋溶的室内模拟阶段, 其窥察收尾难以径直应用于复杂多变的田间分娩, 致使这一特殊的干湿轮换灌溉模式的关连本领程序仍未灵验形成, 其中的具体本领参数仍难以细则。因此, 后续应着力开展不同灌溉方式与定额、不同灌溉周期与频次下的最优模式筛选, 并进一步进行多种作物横向对比, 以完了上述新式高效的风化砾石田间处理模式和地皮健康保育本领在旱区退化砂田中的扩充应用。同期, 需要进一步指出的是, 即使现存技能已对砾石的风化程度进行一定程度加速, 但其的劣化速度相较数目宽敞的破除领域以及作物孕育发育流程仍显得额外安宁和滞后。因此, 能否充分借助作物根系分泌物及根际泥土微生物的剧烈生化作用, 进一步改动风化砾石的富集深层还田本领, 进而持续完善和发展详细地上物理风化本领与地下生化风化本领的砾石劣化增肥调控模式, 将成为今后值得深入想考和破碎的见地。
6 论断与预测
要而论之, 连作加重砂田泥土质料恶化、泥土生态系统失衡和地皮分娩力退化, 其中波及复杂的互馈和协同流程。现阶段, 诸多学者围绕砂田泥土质料演变和连作辛苦防控, 全处所、多维度、深档次开展关连的系列考虑并取得丰硕效率, 波及泥土学、水体裁、植物学、生态学、工程学等多领域、多学科、多档次的效应分析和机理探究, 但仍存在部分要道流程不清亮、演变耐久效应不解确和详细调控模式不进修等的不足和局限, 辛苦动态化、定量化、系统化的发展机理表征、科学会诊评价和生态缔造本领。预测未来, 为加强对旱区砂田退化发盼望制的正确意志及合理调控, 今后的表面与本领考虑应强化拓展以下4个方面：
(1) 泥土质料演变的基本流程偏引发盼望制。泥土是维系生态环境富厚和健康发展的物资基础, 其质料水平与砂荒漠皮分娩力密切关连。以往考虑多蚁合于局域秩序内的连作砂田点位拜谒分析偏激演变法规的定性样貌, 而常刻薄砂田退化的形成原因、内在机理、发展态势和系统评价。因此, 实施耐久富厚、连结灵验的区域定位考虑和动态监测尤为要道。同期, 还需充分阐扬以东说念主工智能本领和物联网本领为代表的新一代信息本领的扶持引颈作用, 进一步树立谈判下垫面空间变异性的砂田泥土时空大数据平台偏激多维评价体系, 以完了对其地力和主要辛苦因子的快速会诊和科学评估。
(2)“砾石-泥土-微生物-作物”系统的重叠互作效应偏激分子机理。不同于当今单向旅途的退化机理考虑, 连作下的骨子砂田泥土质料和地皮分娩力衰退是涵盖多因素、多体系相互作用以及能量轮回和物资转机的复杂流程。其中各单位间的重叠、互作、协同作用机制偏激对举座演化程度的响应关系与相对孝敬值得进一步深入探析。额外是泥土根际微生物生态习性变化、酶活性演替和化感物资自毒效应, 以及它们在环境要挟下的感知应答机制, 有待勾通微生物生态学表面和多组学本领进行系统揭示和阐扬。
(3) 泥土矫正与生物防治措施的定量化偏激调控机制。基于表面考虑和实验分析, 深入揭示千般缔造本领和调控技能的辛苦消减机制和地力升迁机理, 并探明它们在生态系统中的适当性、富厚性偏激耐久效应。同期, 发展兼顾作物性情与泥土墒情的退化砂田握住模式, 对症下药、因地制宜地开展退化泥土矫正和生态缔造窥察责任, 制定科学合理的区域化、定量化的调限定度。进一步的, 扩展和改动生物本领、信息本领、农业本领和谐发展的调控新本领、新本领和新策略, 额外是要股东关连功课机械的研制、改进和升级, 以及详细防治本领模式的搭建、集成、应用和扩充, 以充分完了不同调控路线下的经济、生态和社会效益。
(4) 破除风化砾石的劣化增肥机制偏激环境效应。随同砂田退化和弃耕的握续发生, 留传于泥土名义的破除风化砾石成为亟待惩处的环境难题。因此, 通过某种特殊处理技能加以促进砾石破灭和元素开释, 成为灵验改善泥土营养环境的绿色、有机、高效和环保型调控本领。可是, 值得进一步深想的是, 完了其全王人劣化、破灭及成土的科学路线和灵验时长怎样？风化砾石成土化程度对元素淋溶、开释和移动的作用机理怎样？矿质元素的开释和移动我想炫耀, 额外是毒性元素的富集是否影响原有泥土生境的富厚性、均衡性和酸碱性, 进而加重泥土重金属浑浊和次生盐碱化？
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