aes 应用和环境土壤学 1687 - 7675 1687 - 7667 Hindawi 10.1155 / 2020/4564289 4564289 研究文章 覆盖作物和生育的影响 大肠杆菌土壤丰富的堆肥家禽Litter-Amended粉砂壤土 萨尔 我们 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 3860 - 8156 科因 马克 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 8057 - 0702 Gebremedhin Maheteme 3 豪饮 Avinash 3 帕特尔 Shreya 3 Nayak Amaresh K。 1 城市与公共事务学院 路易斯维尔大学 路易斯维尔 肯塔基州40208 美国 louisville.edu 2 植物和土壤科学部门 肯塔基大学 列克星敦 肯塔基州40546 美国 uky.edu 3 农业学院 社区 和环境 肯塔基州立大学 法兰克福 肯塔基州40601 美国 kysu.edu 2020年 20. 2 2020年 2020年 18 10 2019年 23 01 2020年 20. 2 2020年 2020年 版权©2020我们萨尔et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

水土保持实践,比如覆盖作物可以提高作物产量,土壤质量和水质。覆盖作物也会影响土壤微生物的生长和活动。剪裁和施肥土壤可以存储和传输粪便细菌(例如, 大肠杆菌)地表水径流和地下渗流发生。虽然许多研究表明土壤覆盖作物的健康益处,更少的研究评估的程度覆盖作物影响潜在的丰富waste-borne病原体。一个为期两年的研究(2015 - 2017)是一个资源有限的哈德维克的农场上洛根县,肯塔基州,美国,量化粪便的丰度指标 大肠杆菌( 大肠杆菌细菌(代表类型大肠菌群)在治疗和没有覆盖作物或家禽垃圾堆肥。覆盖作物包括谷物黑麦( Secale cereale奥地利冬季豌豆(l), Pisum一l .)和深红色的三叶草( 三叶草incarnatuml .)混合。夏季作物的免耕玉米( 玉米l .)大豆( 大豆l .)旋转。土壤采集标本之前和之后的每一个夏天收成季节和评估来检测和列举 大肠杆菌。在研究结束的时期,治疗没有明显差异 大肠杆菌丰富的土壤中发现了(ca。104CFU·g−1)( p > 0.05 )。然而,季节/时间是一个重要因素( p < 0.05 )。我们得出这样的结论:背景 大肠杆菌已经存在于土壤足够高,抑制检测的影响,增加了堆肥垃圾。这些土著 大肠杆菌被覆盖作物不受影响和营养管理但根据季节性波动。

肯塔基州的nrc保护创新项目 68 - 5 - c16 - 15 - 5251
1。介绍

保护管理实践可以提高作物产量和土壤质量( 1, 2]。来自使用覆盖作物有许多好处,包括保护土壤免受侵蚀( 3, 4),增强土壤矿化( 2, 5),抑制杂草和土著疾病( 6),更有效的养分循环( 7),和提高土壤质量和产量 8, 9]。从微生物的角度来看,覆盖作物改良土壤通气、持水量增加,提供可用的碳(C),增强土壤微生物的生长和活动( 10]。然而,土壤可以传输粪便病原体的水库如果使用肥料是一种保护实践( 11],土传病菌会污染农产品,尤其是蔬菜,在作物生产水平。

高效集成和应用程序进程以及覆盖种植的长期和可持续利用动物粪便可以控制病原体( 12),但很少有研究调查如何覆盖作物影响粪便细菌在土壤的持久性。舒特et al。 13)观察到季节微生物群落结构的关键因素,而不是冬天或夏天覆盖作物使用; 大肠杆菌数字下降随着气温下降了。江et al。 14]还发现快速下降 大肠杆菌在施肥土壤在较低的温度。其他影响因素的存在和生存粪便细菌包括土壤类型、pH值、肥料应用速度、营养可用性和竞争( 15]。Reed-Jones et al。 11)表明,细菌种类、温度、降水、和耕作影响覆盖作物和土壤中细菌数量之间的关系。覆盖作物的一个因素 大肠杆菌坚持一年,但人口并没有同比持续升高。

未经处理的粪便可以携带有害细菌(如病原体)土壤,可存活数周和转移到可食用作物的部分时间 16]。动物粪便还使细菌病原体的土地及地下水和对生态系统和人类健康产生负面影响 17- - - - - - 20.]。虽然它通常是良性的共生生物作为肠道病原体的一个代理,几个 大肠杆菌菌株致病性,能引起人类严重的出血性结肠炎和溶血性尿毒症( 15, 21- - - - - - 23]。

我们之前的研究表明,结合作物肥田和家禽垃圾有添加剂的影响对土壤氮(N)矿化( 2)和作物生物量( 24]。本研究的目的是量化大量的粪便细菌指标( 大肠杆菌——代表在不同的家禽粪便大肠菌和更严重的病原体)垃圾compost-amended和化学肥料治疗,有或没有覆盖作物。这项研究是在两年的时间里进行的。基于之前的研究,我们的假设是,覆盖作物将没有影响粪便指标细菌的丰度和生存。

2。材料和方法 2.1。研究现场和实验设计

从2015年秋天开始,0.32公顷的研究站点建立在洛根县的一个农场,肯塔基州(36.88°N;86.60°W,海拔183米)。这个网站有温带湿润大陆性气候,年平均气温和降水量7和21°C和991 - 1524毫米,分别(图 1)。面积无霜的一年(154 - 219年无天)平均生长季节从5月到9月,平均温度22°C在作物生长季节(图 1)。据美国农业部土壤分类,土壤被列为Crider粉砂壤土(fine-silty、混合、活跃,介子的象征性的Paleudalfs)、排水性良好的2 - 6%的斜坡。在研究期间,玉米( 玉蜀黍属玉米l .)和大豆( 大豆l .)是生长在一个旋转的覆盖作物混合谷物黑麦( Secale cereale),奥地利冬季豌豆( Pisum漂白亚麻纤维卷)和深红色的三叶草( 三叶草incarnatum)。

月平均气温(每年平均插图)和降水(每年平均插图)洛根农场的2015年,2016年和2017年。从洛根县降水记录Mesonet天气数据(38.12°N;84.88°W) ( 25]。

现场试验是随机完全区组设计有四个复制(块)。六个街区内治疗随机应用于情节:(1)一个也许控制;(2)覆盖作物(CC);(3)家禽垃圾堆肥(PL);(4)家禽垃圾堆肥和覆盖作物(PL + CC);(5)合成肥料(氮磷钾);(6)肥料和覆盖作物(氮磷钾+ CC)。家禽垃圾堆肥应用氮肥基础上,和化肥组成的合成化合物应用于建立利率推荐的肯塔基大学的合作推广服务( 2, 26]。家禽垃圾堆肥应用的速度1.78 Mg·哈−12016年春季夏季作物大豆和26.3 Mg·哈−12017年春季夏季作物玉米。

2.2。土壤采集和实验室方法

24土壤核心样本(包括四个复合土芯)收集从土壤表面(0-15厘米深度)前处理应用程序在每年春天和秋天在收获(表 1)。土壤核心得到使用土壤岩心取样器(内部直径= 7厘米),和采集标本行之间在每个治疗情节。植物残体和nonsoil材料被移除和大型土壤土块被手断了。

土壤采样和覆盖作物种植和终止日期。

一年 季节 覆盖作物/主要作物 种植日期 收获/终止日期
2015 - 2016 秋天 的混合麦片黑麦、奥地利冬季豌豆和深红色的三叶草 2015年10月15日 2016年5月5日

2016 - 2017 夏天 大豆 2016年5月25日 2016年10月26日
秋天 的混合麦片黑麦、奥地利冬季豌豆和深红色的三叶草 2016年10月27日 2017年5月5日

2017 - 2018 夏天 场玉米 2017年6月7日 2017年10月25日
秋天 的混合麦片黑麦、奥地利冬季豌豆和深红色的三叶草 2017年10月26日 2018年5月30日

土壤样品,放在冰,被运送到了肯塔基州立大学进行进一步分析。微生物分析现场数据收集后24小时内开始。土壤样品分析检测和列举 大肠杆菌。大约5 g的土壤是称重和添加到10毫升无菌生理盐水。一毫升的混合物被用来执行连续稀释1000倍。一毫升1000倍稀释的混合物被用来接种一式三份的3 M™Petrifilms测试的存在 大肠杆菌。Petrifilms孵化在37°C 48小时,之后积极的殖民地在每个Petrifilm枚举。 大肠杆菌在家禽垃圾堆肥也测试了一个类似的过程之前,应用程序。所有结果表示为集落形成单位每克土壤或家禽垃圾堆肥在干重的基础上。粪便细菌(的值 大肠杆菌)计算对数转换用于统计目的。供参考的目的,基线采集标本2015年秋季开始之前的研究。

2.3。统计方法

治疗对粪便细菌的影响( 大肠杆菌)数字随着时间的评估是通过比较治疗,包括覆盖作物对情节和noncover作物情节对待。我们也比较治疗意味着采样周期在某一年之间。单向方差分析(方差分析)比较意味着使用基于图基的测试(单步,多重比较统计测试用于查找意味着明显不同)。一个重要的 F -测试被宣布 p < 0.05 。分析使用SPSS (IBM SPSS统计版本22)。

3所示。结果与讨论

该网站有一个基线的意思 大肠杆菌数为6.3×104CFU·g−1土壤之前2015年秋季种植覆盖作物。这是由于网站受精有家禽垃圾在过去的五年中(个人与业主沟通)。在肯塔基州新家禽litter-amended粉砂壤土土研究Cooprider和科因 27)土壤粪大肠菌数量2×10之间3和6.4×104CFU·g−1,类似的土壤也许粪大肠菌数量的1 - 2×102CFU·g−1( 28]。家禽的垃圾源在整个研究合成而不是新鲜的。因此, 大肠杆菌数在家禽垃圾堆肥本身之前,应用程序只有66 CFU·g−1在2016年和6.3×103CFU·g−1在2017年。这些数字是相对于的报道值很低 大肠杆菌新鲜家禽垃圾(ca。107·g−1)[ 29日]。这是合理的期望很低 大肠杆菌数在堆肥和干物质。从土地的角度应用的下降 大肠杆菌预计数,从而使它更安全的选择新鲜的垃圾。考虑治疗没有家禽垃圾堆肥修正案每年统计的都是一样的 大肠杆菌是家禽垃圾compost-treated土壤,我们可以得出结论,家禽垃圾堆肥修正案本身并没有改变 大肠杆菌要么浓度。2016年,垃圾堆肥应用利率会改变土壤 大肠杆菌含量< 0.01%,在2017年< 0.5%。因此,我们的研究主要是评估如何添加家禽垃圾堆肥土壤本身和覆盖作物影响居民 大肠杆菌浓度。

在2016年的春天,家禽垃圾堆肥和覆盖作物治疗重要的因素( p > 0.05 ;图 1) 大肠杆菌浓度。 大肠杆菌数量在所有治疗从2015年秋季评估大幅减少。相比之下, 大肠杆菌数量显著增加,从2016年春季(家禽垃圾堆肥应用程序之前)2016年秋季( p < 0.05 ;图 1)。最大的提高 大肠杆菌日志CFU计数(+ 3.1·g−1土壤)发生与氮磷钾+ CC治疗,并至少增加(+ 2.2日志CFU·g−1土壤)发生与PL + CC治疗。覆盖作物和家禽垃圾堆肥处理是重要的。其他的研究( 11, 18, 28)发现了一个强烈的相关性 大肠杆菌坚持在春天和秋天采样时期,与温度、降水等天气因素导致显著下降。所以,2015年秋季至2016年春季下降是可以预见的。的增加 大肠杆菌数量在本赛季没有预测。在免耕实践,覆盖作物可以保持土壤水分和土壤作为绝缘体,缓冲温度波动( 30., 31日]。2016年春季比2017年更冷,在2个月至8月潮湿(图 1),这可能占居民土的弹性 大肠杆菌年(图之前的礼物 2)。

治疗家禽垃圾堆肥的影响(PL)和化肥(氮磷钾)有或没有覆盖作物(CC)和一个也许控制的数字 大肠杆菌(日志CFU·g−1土壤)在2016年的春天和秋天。不同字母上面每一栏显示在样本内治疗之间的显著差异 p < 0.05 。在一个治疗,星号表示采样周期之间的显著差异(一年春季和秋季)( p < 0.05 )。只有样品赛季是一个显著的影响。

在2017年, 大肠杆菌计数通常拒绝在所有治疗从2017年春到2017年秋季(图 3)。最大的下降 大肠杆菌(−1.3日志CFU·g−1土壤)计数与PL发生+ CC治疗,但是治疗方法之间差异没有统计学意义( p > 0.05 )。下降并不是那么可观的人会期望从新鲜粪便细菌作为证明了Reed-Jones et al。 11和斯托达德等。 18)无法探测的基线 大肠杆菌值达到了几个月后的应用程序。

治疗家禽垃圾堆肥的影响(PL)和化肥(氮磷钾)有或没有覆盖作物(CC)和也许控制的数字 大肠杆菌(日志CFU·g−1土壤)在2017年的春天和秋天。不同字母上面每一栏显示在样本内治疗之间的显著差异 p < 0.05 。没有明显的时间和治疗效果。

大肠杆菌数在2017年春天,远高于2016年春天无论治疗。2016年1月和2月比相应的冷很多个月2017年,占持久性的差异。尽管高速率和垃圾堆肥应用程序 大肠杆菌,这一趋势 大肠杆菌数略有下降随着时间在2017年与2016年数量增加;2016年降水略高于2017年,更多的在7月和8月的关键夏季,这也许可以解释不同的趋势。

没有治疗效果的相似性 大肠杆菌土壤中数量没有任何添加家禽垃圾堆肥强烈建议在土著的土壤季节性变化 大肠杆菌而不是一个的影响 大肠杆菌在家禽中垃圾堆肥。覆盖作物存在没有影响。减少土壤 大肠杆菌从2015年到2017年可能会建议一个趋势降低背景 大肠杆菌从一季到下一季的家禽垃圾堆肥添加性状相关的利率而不是新鲜的垃圾。凋落物对土壤微生物群落的影响持续了长达4年的研究家禽垃圾修改棉花在亚利桑那州( 32),总体来说,增加居民人口的多样性即使可耕种的土壤中粪大肠杆菌群成为察觉。家禽的好处垃圾堆肥对土壤微生物种群,因此,似乎大于增加粪便生物的潜在损害。

4所示。结论

覆盖作物没有影响 大肠杆菌动力学。没有意义的综合影响作物肥田和家禽垃圾堆肥相比独自使用或粪便细菌的数量(例如, 大肠杆菌)两年(2016年和2017年)。作物治疗的影响可能是有限的交互不同覆盖作物物种(大豆和玉米)、降水、温度和时间。数量的波动 大肠杆菌之间统计上显著的采样周期在某一年,但采样之间的时间周期检测吗 大肠杆菌也长了。许多交互发挥作用的种群动态 大肠杆菌可能是错过了春天和秋天采样之间的时间。之前的研究表明,温度和水分(降雨)种群动态的关键因素 大肠杆菌这也似乎证明了在这个研究。既不增加也不减少土壤覆盖作物 大肠杆菌计数。

数据可用性

数据用于这项研究可以要求获得了Maheteme Gebremedhin ( Maheteme.gebremedhin@kysu.edu)。

信息披露

内容是完全的责任作者,并不一定代表肯塔基州委员会的官方观点。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由肯塔基州的委员会完全支持保护创新项目(批准号68 - 5 - c16 - 15 - 5251)。我们萨尔承认农业学院的研究生助教奖学金,肯塔基州立大学社区和环境。作者扩展他们的感谢以下人的帮助在设计、现场采样、数据收集、和实验室分析:詹森•西蒙斯Tierra Freeman-Taylor, Edwin Chavous罗纳德·横梁,Leroy Ballew。

Fageria n K。 Baligar v . C。 贝利 b。 覆盖作物的作用在改善土壤和行作物生产力 通信在土壤科学和植物分析 2005年 36 月19日至20日 2733年 2757年 10.1080 / 00103620500303939 2 - s2.0 - 30744432347 萨尔 年代。 Gebremedhin M。 科因 M。 豪饮 一个。 Sistani K。 卢卡斯 年代。 做保护实践带来快速变化的关键土壤属性资源有限的农民? 肯塔基州学院的科学》杂志上 2019年 80年 1 1 11 10.3101 / 1098 - 7096 80.1.6 弗伦联盟 b E。 泰伦 k·D。 最小值 D.-H。 使用肥料、堆肥和覆盖作物取代作物残留在玉米秸秆碳种植制度 农学期刊 2008年 One hundred. 6 1703年 1710年 10.2134 / agronj2008.0052 2 - s2.0 - 56849121351 Schipanski m E。 Barbercheck M。 道格拉斯 m·R。 框架评估生态系统提供的服务覆盖作物在农业生态系统 农业系统 2014年 125年 12 22 10.1016 / j.agsy.2013.11.004 2 - s2.0 - 84890929148 埃里克森 J。 土壤中总硫mineralisation-immobilisation营业额与植物残体修改 土壤生物学和生物化学 2005年 37 12 2216年 2224年 10.1016 / j.soilbio.2005.04.003 2 - s2.0 - 28744448563 公园 美国J。 Baysal-Gurel F。 翻转 K。 聪明的 C。 米勒 年代。 Mcspadden-Gardener B。 植物病害抑制单一和混合物种覆盖作物 2012年 http://eorganic.info/node/7961 鲍德温 k·R。 制作奶油的人 n G。 覆盖作物有机农场 2006年 美国罗利数控 北卡罗莱纳州立大学农业与生命科学学院,北卡罗莱纳合作推广服务 ag - 659 w - 03 马德尔 P。 Fliessbach 一个。 杜波依斯 D。 Gunst l P。 Niggli U。 在有机农业土壤肥力和生物多样性 科学 2002年 296年 5573年 1694年 1697年 10.1126 / science.1071148 2 - s2.0 - 0037205025 Crecchio C。 Gelsomino 一个。 Ambrosoli R。 Minati j·L。 向鲁杰罗 P。 土壤微生物群落的功能和分子反应在不同土壤管理实践 土壤生物学和生物化学 2004年 36 11 1873年 1883年 10.1016 / j.soilbio.2004.05.008 2 - s2.0 - 4544309186 拉莫斯 C。 Molbak l Molin 年代。 根际细菌活动在单个细胞水平分析了通过监测核糖体内容和合成率 应用与环境微生物学 2000年 66年 2 801年 809年 10.1128 / aem.66.2.801 - 809.2000 2 - s2.0 - 0033983467 Reed-Jones n . L。 海洋 s . C。 翻转 k . L。 失物 美国一个。 覆盖作物种类和季节对种群动态的影响 大肠杆菌和英诺克李斯特菌在土壤中 应用与环境微生物学 2016年 82年 6 1767年 1777年 10.1128 / aem.03712-15 2 - s2.0 - 84961262516 豪饮 a . M。 击球员 一个。 罗杰斯 p F。 评价良好农业规范(GAP)由小农户在肯塔基州:合规评估微生物生产的质量 农业和环境科学》杂志上 2014年 3 4 29日 49 10.15640 / jaes.v3n4a3 舒特 M。 Sandeno J。 迪克 R。 季节、土壤类型和替代蔬菜种植制度的管理对微生物群落的影响 生物和土壤的肥力 2001年 34 6 397年 410年 10.1007 / s00374 - 001 - 0423 - 7 2 - s2.0 - 0035658341 X。 摩根 J。 柯南道尔 m P。 的命运 大肠杆菌O157: H7 manure-amended土壤 应用与环境微生物学 2002年 68年 5 2605年 2609年 10.1128 / aem.68.5.2605 - 2609.2002 2 - s2.0 - 0036250040 杰米逊 R。 戈登 r S。 Sharples k . E。 Madani G。 运动和持久性的粪便细菌在农业土壤和地下排水水:一个回顾 加拿大生物系统工程 2002年 44 1.1 1.9 佩尔 a . N。 肥料和微生物:公众和动物健康问题吗? 乳品科学杂志》 1997年 80年 10 2673年 2681年 10.3168 / jds.s0022 - 0302 (97) 76227 - 1 2 - s2.0 - 0031253386 McMurry s W。 科因 m . S。 完美的 E。 粪大肠菌运输通过完整的土壤块修改与家禽粪便 《环境质量 1998年 27 1 86年 92年 10.2134 / jeq1998.00472425002700010013x 2 - s2.0 - 0031938373 斯托达德 c·S。 科因 m . S。 格罗夫 j . H。 粪便细菌生存和渗透通过浅农业土壤:时机和耕作效果 《环境质量 1998年 27 6 1516年 1523年 10.2134 / jeq1998.00472425002700060031x 2 - s2.0 - 0032213118 Gagliardi j . V。 圆锥形石垒 j·S。 浸出的 大肠杆菌O157: H7在不同土壤在不同农业管理实践 应用与环境微生物学 2000年 66年 3 877年 883年 10.1128 / aem.66.3.877 - 883.2000 2 - s2.0 - 0034009237 Truhlar a . M。 萨吴奇 答:E。 沃尔特 m . T。 沃尼克 l D。 干草 a·G。 Steenhuis t·S。 manure-application实践curli生产的影响 大肠杆菌运输通过土壤 环境科学与技术 2015年 49 4 2099年 2104年 10.1021 / es5053039 2 - s2.0 - 84923076301 Ratnam 年代。 3月 美国B。 艾哈迈德 R。 Bezanson g S。 Kasatiya 年代。 描述的 大肠杆菌O157: H7 临床微生物学杂志 1988年 26 10 2006年 2012年 10.1128 / jcm.26.10.2006 - 2012.1988 Tauxe R。 新兴食源性疾病:一个不断发展的公共卫生挑战 新发传染病 1997年 3 4 425年 434年 10.3201 / eid0304.970403 2 - s2.0 - 0031254683 疾病控制中心(CDC) 公共卫生调度:爆发 大肠杆菌0157:H7和 弯曲杆菌在华盛顿县fair-New纽约的与会者 发病率死亡率周报》 1999年 48 36 803年 805年 Gebremedhin M。 萨尔 年代。 科因 M。 Sistani k·R。 席梦思床品公司 J。 覆盖作物的综合影响和粪肥对玉米和大豆产量在肯塔基州粉砂壤土土 可持续性 2019年 11 21 6058年 10.3390 / su11216058 肯塔基州Mesonet, 2017, http://www.kymesonet.org/historical_data.php 英国合作推广服务 2018 - 2019年营养和石灰AGR-1建议 2018年 美国肯塔基州列克星敦 肯塔基州大学农业合作推广服务 Cooprider m·A。 科因 m . S。 覆盖作物残留物和免耕径流增加家禽乱扔垃圾吗? 农学的笔记 1999年 31日 美国肯塔基州列克星敦 肯塔基大学的合作推广服务 一个。 布坎南 r . L。 失物 美国一个。 塑膜和生长季节的影响指标细菌生存在生菜种植 国际食品微生物学杂志》上 2016年 224年 28 39 10.1016 / j.ijfoodmicro.2016.02.013 2 - s2.0 - 84959352882 Q。 科因 m . S。 Barnhisel r . I。 死亡率的粪便细菌与家禽粪便底土修改 生物资源技术 1995年 54 2 165年 169年 10.1016 / 0960 - 8524 (95)00126 - 3 2 - s2.0 - 0029416016 西 t . O。 帖子 w·M。 土壤有机碳封存利率耕作和作物轮作 美国土壤科学学会杂志》上 2002年 66年 6 1930年 1946年 10.2136 / sssaj2002.1930 马修 r P。 Y。 Githinji l Ankumah R。 Balkcom k . S。 免耕和传统耕作制系统对土壤微生物的影响的社区 应用和环境土壤学 2012年 2012年 10 548620年 10.1155 / 2012/548620 2 - s2.0 - 84873863910 布鲁克斯 j . P。 Tewolde H。 埃德里 一个。 影响地下条带和广播家禽垃圾和覆盖作物对土壤的微生物种群 《环境质量 2018年 47 3 427年 435年 10.2134 / jeq2017.09.0382 2 - s2.0 - 85046775355