• ISSN 1008-505X
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2019-10-ml目录
2019, 25(10): 1-5.
摘要:
基于最佳经济效益的冬小麦–夏玉米轮作体系有机肥氮替代率的长期演变
田昌玉, 林治安, 唐继伟, 徐久凯, 孙文彦, 程明芳, 赵秉强
2019, 25(10): 1623-1632. doi: 10.11674/zwyf.18473
摘要:
目的 探索长期不同有机无机肥配施方式下,小麦、玉米周年产量、经济效益及有机肥料氮和化肥氮配比变化规律,为小麦–玉米轮作体系氮肥资源管理提供技术支撑。 方法 长期定位田间试验(2007—2017年)在山东德州进行,种植方式为冬小麦–夏玉米轮作,2007—2009年小麦品种为烟农19、玉米品种为浚单20,2010—2017年小麦品种为济麦22、玉米品种为郑丹958。试验设4 个有机肥(牛粪)氮用量(N 0、45、120、240 kg/hm2)和6个化肥氮用量(N 0、45、90、120、180、240 kg/hm2),完全区组设计,三次重复。化肥氮50%用作基肥,50%在小麦拔节或玉米大喇叭口期做追肥。有机肥或只在冬小麦基施,或分为两份,分别在冬小麦、夏玉米基施。磷、钾肥(P2O5 300 kg/hm2、K2O 300 kg/hm2)在小麦或玉米播种前一次性基施。小麦、玉米收获期测产,采集植株样品。根据每年小麦、玉米总产出效益计算最经济的有机肥氮与化肥氮配比,分析有机肥氮与化肥氮配比随时间的演变规律。 结果 1)关于10年小麦和玉米周年平均产量,单施化肥、单施有机肥处理均低于化肥有机肥配施处理。氮用量低于180 kg/hm2的单施化肥处理小麦和玉米周年产量都随着时间的推移逐年下降,氮用量高于180 kg/hm2 的处理产量基本保持稳定;有机肥料氮配合化肥氮,随着时间推移产量逐年升高。2)最大产值目标下,10年来有机肥氮的比例从60%左右下降到50%,有机肥氮和化肥氮的配比接近于1∶1;最佳经济效益目标下(边际产投比5∶1),当有机肥氮和化肥氮等价格时,最佳有机肥氮的比例从2007、2008的0%上升到2017年的50%左右;按实际肥料价格(有机肥氮是化肥氮的2倍)计算的最佳有机肥料氮比例,2007—2009年的最佳有机肥氮比例为0%,以后逐年上升,2017年提高到30%左右。 结论 长期定位试验结果表明,有机肥氮与化肥氮配施能获得比化肥氮或有机肥氮单施更高的产量和经济效益。按照有机氮的价格是化肥氮的2倍计算,有机无机肥配合施用时间越长,实现最佳经济效益目标的有机肥氮占的比例越高,在本试验条件下,有机无机配施10年后,有机肥氮的最高比例为34%。
不同土壤玉米根际挥发性有机物组成和微生物群落特征
李艳玲, 宋阿琳, 卢玉秋, 王恩召, 唐治喜, 刘雄舵, 范分良
2019, 25(10): 1633-1645. doi: 10.11674/zwyf.18412
摘要:
目的土壤理化性质和微生物群落的差异显著影响玉米根际挥发性有机物 (volatile organic compounds,VOCs) 的产生和释放。对根际VOCs的深入研究有望为充分挖掘根际生物学潜力和根际调控做出积极贡献。方法采集山东德州、河北涞水、河北保定、江西南昌、河南孟津、河南商丘等6个地区的旱地耕层土壤进行为期两个月的玉米盆栽试验,利用顶空固相微萃取联合气相色谱–质谱联用检测技术对根际土壤挥发性有机物进行了分析鉴定,利用实时荧光定量PCR技术对根际细菌和真菌进行了定量分析,利用高通量测序技术对根际细菌16S和真菌ITS进行了测序。结果从6个旱地土壤中共检测出44种VOCs,主要是烷烃、烯烃、酯类、胺类、有机酸和芳香类化合物,其中多种化合物与植物或微生物的生长代谢密切相关。胺类化合物N-Benzyl-N-ethyl-p-isopropylbenzamide和D-2-Bromolysergic acid diethylamide在6个土壤中均被检出,占总量的54.2%;其次检出最多的是烷烃和烯烃,占总量的31.1%和7.6%。江西南昌土壤释放的VOCs在数量和丰富度上均显著高于其他土壤,且大部分为烷烃和烯烃类化合物;从河北保定土壤中检出了6种特有的有机酸和酯类化合物。供试6种土壤中,河南商丘和河北保定的细菌数量显著高于其他四个地方。南昌土壤真菌数量显著较高,但其细菌数量、丰富度和多样性均显著低于其他土壤。6种土壤中的主要细菌依次为Thaumarchaeota(奇古菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Proteobacteria(变形菌门)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门) 和 Unclassified(未分类门),占总细菌群落的92.1%;主要真菌依次为Ascomycota(子囊菌门)、Basidiomycota(担子菌门) 和 Chytridiomycota(壶菌门),占总真菌群落的98.3%。绿弯菌门仅在南昌土壤中占绝对优势,而南昌土壤中奇古菌门和变形菌门的相对丰度显著比其他地区少;子囊菌门在6种土壤中均为绝对优势真菌门。玉米根际释放的VOCs数量和丰富度与pH、硝态氮、细菌多样性和真菌多样性呈显著负相关 (P < 0.05),与铵态氮和真菌数量呈极显著正相关 (P < 0.01);与主要细菌门中的奇古菌门、变形菌门和酸杆菌门呈显著负相关 (P < 0.05),与绿弯菌门呈极显著正相关 (P < 0.01),但是与主要真菌门相关性不显著。结论理化性质不同的玉米根际土壤中,微生物群落结构与组成存在显著差异。pH是影响微生物生长的重要因素,酸性土壤中的真菌数量显著高于中性土壤,但是其细菌数量、微生物群落丰富度和多样性均显著小于中性土壤。VOCs的产生和释放受土壤、微生物和植物等众多因素的影响,土壤有机质含量越高、透气性越好、微生物数量越多时,释放的VOCs越丰富。
间作小麦和接种AM真菌协同提高蚕豆抗枯萎病能力和根际微生物碳代谢活性
董艳, 赵骞, 吕家兴, 董坤
2019, 25(10): 1646-1656. doi: 10.11674/zwyf.18400
摘要:
目的接种丛枝菌根 (arbuscular mycorrhizal,AM) 真菌和间作均是防治蚕豆枯萎病的有效方法,从土壤微生物学角度研究两者协同减轻蚕豆枯萎病的机理,对控制蚕豆枯萎病传播具有重要意义。方法利用盆栽试验方法,进行了间作和接种AM真菌摩西管柄囊霉 (Funneliformis mosseae,Fm) 和扭形球囊霉 (Glomus tortuosum,Gt) 试验。设蚕豆单作对照 (MF)、蚕豆小麦间作 (IF)、蚕豆单作接种Fm (MFFm)、蚕豆小麦间作接种Fm (IFFm)、蚕豆单作接种Gt (MFGt)、蚕豆小麦间作接种Gt (IFGt) 6个处理。于蚕豆开花期 (生长70天) 取土壤样品,测定蚕豆幼苗生长、枯萎病发生、根际镰刀菌数量和微生物碳代谢活性。结果间作显著增加蚕豆幼苗干重93.0%、降低蚕豆枯萎病病情指数71.4%,接菌显著增加蚕豆幼苗干重55.3%、降低病情指数76.6%,其中接种Fm真菌对蚕豆幼苗干重的影响更大,对病情指数的抑制效果更好。间作接菌显著增加蚕豆幼苗干重100%、降低病情指数89.8%。Biolog微平板测试结果显示,间作提高根际微生物碳代谢活性32.3%;接菌提高微生物活性85.4%;间作接菌提高微生物活性122%。主成分分析结果表明,间作和接菌均明显改变了根际微生物的群落结构,并主要改变了对碳水化合物类、氨基酸和羧酸类碳源的利用。相关性分析结果显示,枯萎病发病率和病情指数与根际镰刀菌数量呈极显著正相关关系,与AWCD值、Shannon多样性指数和丰富度指数均呈极显著负相关。结论蚕豆与小麦间作和接菌对抑制蚕豆枯萎病和促进蚕豆生长均具有积极效应,间作显著提高了AM真菌的定殖率,二者协同提高了根际微生物活性,改变了微生物群落结构,并抑制了病原菌增殖,进而控制蚕豆枯萎病发生。
苏南地区农业土地利用方式改变对土壤理化及生物学性质的影响
牛昱涵, 施曼, 王心怡, 李江叶, 张维国, 陈金林, 高岩, 梁永超
2019, 25(10): 1657-1668. doi: 10.11674/zwyf.18410
摘要:
目的研究苏南地区稻麦轮作农田转变为桃园对土壤理化及生物学性质的影响,旨在为苏南地区土地合理利用和土壤质量管理提供数据支撑。方法于2017年麦季 (5月) 和稻季 (7月) 采集研究区稻麦轮作田及由其改为桃园的土壤样品,采用常规方法测定土壤理化性质,96微孔酶标板荧光分析法测定土壤酶活性,实时荧光定量方法测定细菌16S rRNA和真菌ITS基因丰度。结果当土地利用方式由稻麦轮作田转变为桃园后,土壤理化性质发生明显变化。与水旱轮作田相比,桃园土壤容重增加,总孔隙度没有明显改变,但毛管孔隙度显著降低,而非毛管孔隙度显著增加,土壤更加紧实,pH有进一步降低的趋势;土壤有机质含量下降,全磷和有效磷含量增加;土壤细菌16S rRNA基因丰度下降,真菌ITS rRNA基因丰度升高,有机质降解的微生物群落由“细菌型”向“真菌型”转化。相应地,土壤中与氮转化相关酶和过氧化氢酶活性降低。从春季到夏季,稻麦轮作田和桃园土壤有机碳含量均下降,稻田降幅较大。另外,两种利用方式下土壤的细菌16S rRNA基因丰度、真菌ITS rRNA基因丰度、纤维素酶和蔗糖酶的活性均显著下降。结论苏南地区农业土地利用方式的转变显著增加了土壤容重,改变了土壤孔隙性,增加了土壤全磷和有效磷含量,降低了土壤pH,进而大幅度降低了土壤中氮转化酶活性,并促使土壤微生物菌群由细菌型向真菌型转变,最终影响土壤的养分循环及固碳潜力。因此,土地利用方式改变后,应注重土壤养分的管理。
不同有机肥与化肥配施对氮素利用率和土壤肥力的影响
李燕青, 温延臣, 林治安, 赵秉强
2019, 25(10): 1669-1678. doi: 10.11674/zwyf.18417
摘要:
目的不同类型畜禽粪便有机肥在成分和性质上存在明显差异,本文研究了华北地区主要有机肥与化肥以不同比例配施后,对作物氮素吸收利用及土壤养分的影响,以期为本地区有机肥的科学利用提供理论依据和数据支撑。方法在华北平原冬小麦–夏玉米种植区进行田间试验。以推荐养分施用量 (每季作物N 225 kg/hm2) 为基础,设置了1个常规单施化肥处理 (CF),12个鸡粪、猪粪和牛粪氮分别与化肥氮配比处理 (有机肥氮素占比25%、50%、75%、100%),化肥及3种有机肥的加倍单施处理,同时设1个不施肥处理为对照,共18个处理。分析了作物的氮素吸收量、氮素利用效率,测定了0—20、20—40 cm土层土壤氮、磷、钾含量。结果常规施肥量下,单施鸡粪、猪粪、牛粪处理的氮素收获指数 (NHI) 均与化肥处理相当,平均为79.06%;单施牛粪处理的氮素生理利用率 (NPE) 为64.42 kg/kg,显著高于化肥处理;而单施鸡粪、猪粪处理的NPE与化肥处理相当,平均为55.14 kg/kg。与常规施肥量相比,加倍施用鸡粪、猪粪和化肥处理的显著降低NHI值和NPE值,而加倍牛粪处理的NHI与NPE值没有降低。牛粪、鸡粪、猪粪与化肥配施的处理间NHI与NPE值均未表现出显著性差异,且与单施化肥的处理相当。常规施氮量下,单施猪粪、鸡粪处理的氮素偏生产力 (PFP) 和回收率 (NRE) 接近,均值为分别39.67 kg/kg和41.85%,达到了单施化肥处理的水平,而牛粪处理的氮素PFP以及NRE仅为29.08 kg/kg和15.6%,显著低于化肥、鸡粪和猪粪处理。与常规施氮量相比,加倍施用牛粪、鸡粪、猪粪和化肥处理的氮素的PFP值平均降低了49.1%,氮肥NRE值平均降低了23.2%。牛粪、鸡粪、猪粪与化肥各配施比例处理的氮素PFP和NRE值均达到了单施化肥的水平。与单施化肥相比,单施有机肥以及有机无机配施没有明显提高土壤全氮含量,但显著提高有效磷和速效钾含量,单施鸡粪、猪粪处理土壤表层有效磷含量分别是单施化肥处理的5.82和7.06倍。结论推荐施肥量下,鸡粪或猪粪单独施用或配施少量化肥氮,牛粪配施75%左右的化肥氮可实现与化肥相当的氮素利用效率,同时提升土壤肥力。在实际生产中应根据有机肥特性调节有机肥与化肥配施比例,实现有机肥的科学利用。
玉米免耕留膜可减少后茬轮作春小麦水氮用量
郭瑶, 陈桂平, 王巧梅, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 赵财, 于爱忠, 柴强
2019, 25(10): 1679-1689. doi: 10.11674/zwyf.18444
摘要:
目的河西绿洲灌区玉米普遍采用地膜覆盖措施,其收获后地膜的完整率仍高达70%。研究后茬小麦继续利用该地膜条件下相适应的水氮耦合管理,以期最大化发挥农资的效益,提高小麦产量和氮肥利用率。方法2016—2017年度,在甘肃河西绿洲灌区玉米–小麦轮作田进行三因素裂区田间试验。选择头茬玉米进行免耕 (NT) 和传统耕作 (CT) 的田块,在后茬小麦播种时,保留免耕玉米的覆盖地膜,免耕进行小麦播种,而在传统耕作玉米地块,清理残膜,粉碎后翻入土壤中。在两种耕作处理方式下,设传统灌水减量20% (1920 m3/hm2,I1) 和传统灌水量2400 m3/hm2 (I2) 两个灌溉处理,传统施氮减量40% (135 kg/hm2,N1)、传统施氮减量20% (180 kg/hm2,N2) 与传统施氮225 kg/hm2 (N3) 三个施氮水平,组成12个处理。从春小麦出苗20 d后,每15 d采集植株样,测定各器官含氮量,计算营养器官的氮素转运量、转运率、营养器官氮素转运对籽粒贡献率及氮素收获指数。结果与传统耕作相比,免耕留膜各处理显著提高了春小麦地上部氮素累积量,两年提高10.9%~14.2%。灌水减量20%+施氮减量20%处理提高了春小麦地上部氮素累积量,较传统耕作、灌水与施氮处理提高4.3%~6.1%。免耕较传统耕作提高了春小麦叶、茎营养器官氮素向穗部的转运量、转运率及对籽粒的贡献率,以免耕同步集成减量20%灌水+减量20%施氮 (NTI1N2) 处理提高幅度较大,较灌水减量20%+施氮减量40% (CTI1N3) 处理叶、茎氮素向穗部的转运量分别提高31.9%~45.7%与54.5%~61.5%,转运率分别提高15.5%~16.3%与20.8%~23.1%,对籽粒的贡献率分别提高13.3%~29.0%与26.4%~36.7%。NTI1N2处理可获得较高籽粒产量与氮素收获指数,较CTI2N3处理分别提高15.2%~22.0%与7.6%~10.0%。结论在玉米–小麦轮作体系下,前茬免耕玉米覆盖的地膜对后茬小麦生长依然有显著效果。而且,此时减少20%的常规灌水量和常规施氮量,可以获得更高的产量和氮肥利用率。因此,在河西绿洲灌区小麦–玉米轮作体系中,应推广玉米收获后采用免耕,并在后茬小麦继续使用覆盖的地膜,同时减少20%的灌水量和氮肥施用量。
不同基因型抗虫棉氮磷钾养分吸收与分配特征
聂军军, 秦都林, 刘艳慧, 王双磊, 张美玲, 李金埔, 赵娜, 毛丽丽, 宋宪亮, 孙学振
2019, 25(10): 1690-1701. doi: 10.11674/zwyf.18460
摘要:
目的探讨不同抗虫棉品种植株干物质与氮、磷、钾养分积累分配特点,为制定棉花高产栽培管理措施提供依据。方法在大田条件下,选用三个抗虫棉品种(冀棉169、鲁棉研21号和岱字棉99B)为研究对象,比较研究了三个品种的干物质积累与氮磷钾吸收特性。结果冀棉169产量最高,两年分别比鲁棉研21号提高了27.9%和25.5%,分别比岱字棉99B提高了65.9%和41.1%。三个品种单铃子棉重的变化趋势与产量一致,而单株结铃数和衣分则不同。冀棉169棉株各器官干物质和氮磷钾积累量均较高,尤其在生育中后期,营养器官保持最高的氮磷钾养分积累量,促使其干物质积累量显著高于其他两个品种,为棉铃发育提供了充足的物质基础,铃叶比较大,因此结铃最多,单铃子棉重最大,皮棉产量最高,使得养分利用效率也最高。鲁棉研21号棉株各器官干物质和氮磷钾积累量均最低,主要是由于营养器官氮磷钾养分快速积累期结束最早,加之向棉铃分配比例最高,从而限制了营养器官的生长发育,影响生育中后期棉铃的发育,使之不仅结铃数最少,单铃子棉重较小,产量也较低。岱字棉99B棉株各器官干物质和氮磷钾积累量虽最高,但其快速积累期出现在盛花期以后,棉株贪青,结铃数虽较多,但单铃子棉重最小,使之产量最低,养分利用效率也最低。结论不同年代抗虫棉品种产量提高的主要原因是单铃子棉重的增加,其次是单株结铃数的提高。单铃子棉重和单株结铃数的增加主要归因于棉株总生物量和向生殖器官转运量的协同提高,特别是生育中后期保持高的同化物和生殖器官运转比例;而生物量的增加依赖于养分积累量和利用效率的提高。
氮肥减量分施促进甘薯根系分化与块根膨大
杜祥备, 刘小平
2019, 25(10): 1702-1709. doi: 10.11674/zwyf.18353
摘要:
目的研究减氮运筹对甘薯根系生长发育、块根分化建成的影响,并讨论其与产量形成的关系,为高产高效甘薯栽培提供理论和技术依据。方法2016年和2017年在安徽省农业科学院本部试验基地黄棕壤上以商薯19和徐薯22为供试材料进行盆栽试验。以常规习惯基施氮100 kg/hm2 (FP) 为对照,在减氮20%的条件下,设置3种氮肥施用方式:全部基施 (JS)、全部块根形成期 (移栽后35 d) 追施 (KS)、50%基施+50%块根形成期追施 (FS)。于移栽后35 d(块根分化建成后期)、80 d(块根膨大期) 和收获期挖根取样,调查不定根数、不定根根长、粗根和单株有效薯块的根径范围、根尖数、根表面积、根体积等,测定根系活力、地上部和根系生物量。结果与FP处理相比,JS处理降低了单薯重,使块根产量显著降低,KS处理显著增加了单株有效薯块数,使块根产量分别提高7.61%(商薯19) 和11.74%(徐薯22),FS处理提高了单株有效结薯数和单薯重,使块根产量分别增加22.10%(商薯19) 和21.37%(徐薯22)。同时,FS处理较FP处理增加了块根形成期和块根膨大期根系总长度、根系表面积、根系体积和根尖数目,增强了根系活力,提高了地上部、根系及有效薯块干重和根系/地上部干重比值。相关分析表明,块根膨大期甘薯根系形态特征参数均与单薯重和产量呈显著或者极显著正相关。结论将施氮量由100 kg/hm2减至80 kg/hm2,并将其中一半氮肥在块根形成期追施,可有效促进甘薯根系生长和有效薯块的早期形成,保证单株结薯数,同时还可维持生育后期较高的根系活力,提高块根膨大期生物量和分配比例,有利于薯块的膨大和产量的增加。
减施磷肥提高设施番茄氮磷钾生理效率并减少土壤速效磷累积
赵伟, 杨圆圆, 蒋丽媛, 张凯, 陈志杰, 周建斌, 杨兆森
2019, 25(10): 1710-1718. doi: 10.11674/zwyf.18427
摘要:
目的设施蔬菜生产中过量施肥现象普遍存在,本研究针对设施番茄磷肥过量施用问题,定位研究减施磷肥对番茄产量、干物质量、养分吸收、分配及土壤速效磷状况的影响,旨在为设施栽培磷肥减量提供科学依据。方法以习惯施肥为对照 (CK),2015年设磷肥减量50% (P1)、磷肥减量70% (P2) 2个减磷处理,2016年增设不施磷 (P0) 处理,共3个减磷处理。2016年在膨果期、盛果期采集植株样品,测定根、茎、叶、果干重,及各器官氮、磷、钾养分含量;在定植前、盛果期和拉秧期采集0—60 cm土层土壤样品,测定土壤速效磷含量。结果在基础速效磷含量较高 (约220 mg/kg) 的土壤,连续两年减磷70%或一年不施磷肥不影响番茄产量,2015年和2016年番茄产量分别为53.9~55.1 t/hm2和50.2~52.7 t/hm2。各减磷施肥处理与CK相比,均显著提高盛果期果实干物质量和N、P、K养分分配率,降低叶片干物质量、干物质分配率和N、P、K养分分配率。膨果期番茄植株62.8%~65.7%干物质分配于叶片,植株氮、磷、钾携出量分别为83.2~89.9 kg/hm2、10.3~11.1 kg/hm2、75.0~85.9 kg/hm2,此时番茄叶片和茎杆是养分的主要累积部位,茎叶氮、磷、钾分配率之和分别为84.4%~86.4%、79.4%~83.4%、76.9%~82.3%,番茄氮、磷、钾吸收比例为1∶0.12∶0.84~0.96。盛果期43.0%~44.6%和37.0%~44.6%的干物质分配于果实和叶片,此时番茄果实和叶片为养分主要累积部位,果实和叶片氮、磷、钾分配率之和分别为84.6%~86.7%、78.5%~82.7%、81.4%~83.9%,植株氮、磷、钾携出量分别为197~226 kg/hm2、33~37 kg/hm2、200~247 kg/hm2。CK处理番茄叶片、果实全钾含量及钾吸收量显著高于减磷处理,可见减施磷肥可降低番茄对钾素的奢侈吸收。经过两年的减磷处理,表层土壤速效磷累积量显著降低,但各处理土壤剖面出现磷素向下迁移,膨果期0—20 cm土层土壤速效磷含量较种植前减少27.0~60.9 mg/kg,20—60 cm土壤速效磷增量在11.8~50.1 mg/kg,减磷处理显著降低20—60 cm土壤速效磷增加量。结论在基础磷素含量较高的土壤上,较农民习惯施磷连续两年减少70%的磷肥用量没有影响番茄产量,降低番茄对钾素的奢侈吸收,减缓土壤速效磷累积。两年连续减施磷肥的土壤速效磷含量仍处于较高水平,可见该研究区域设施蔬菜生产减磷潜力仍较大。
矿山生态型和非矿山生态型粗齿冷水花富磷能力的比较
戴文颖, 李廷轩
2019, 25(10): 1719-1726. doi: 10.11674/zwyf.18422
摘要:
目的研究适宜施氮条件下磷富集植物粗齿冷水花的磷积累能力,可为有效利用该植物提取土壤中过剩的磷、减少磷的面源污染提供理论依据。方法以两种生态型粗齿冷水花 (Pilea sinofasciata) 为研究对象,进行土培盆栽试验,供试土壤为灰潮土,每盆 (8 L) 装土8 kg。分别施磷0、400、600、800 mg/kg,陈化8周。幼苗种植前,每盆施入140 mg/kg尿素。移栽9周后收获,测定植株生物量、磷含量,分析了土壤速效磷含量。结果1) 在供试施磷量范围内,两种生态型粗齿冷水花地上部、地下部生物量在施磷600 mg/kg时达最大,此时矿山生态型地上部、地下部生物量分别是其不施磷对照的2.37和3.69倍,非矿山生态型地上部、地下部生物量是其不施磷对照的4.63和7.36倍,矿山与非矿山生态型地上部生物量最大值分别可达28.6 g/株和31.9 g/株。矿山生态型生物量在不施磷和施磷400 mg/kg时显著大于非矿山生态型,在施磷600、800 mg/kg时两生态型间无明显差异。2) 随施磷量增加,两种生态型粗齿冷水花地上部磷含量和矿山生态型地下部磷含量均表现为先升高后降低,在施磷800 mg/kg时显著降低,而非矿山生态型地下部磷含量随施磷量增加而增加,在施磷800 mg/kg时达最高。各磷处理下,矿山生态型地上部磷含量均显著高于非矿山生态型,而地下部磷含量低于非矿山生态型。3) 高磷处理显著增加了两种生态型粗齿冷水花地上部、地下部磷积累量,且在施磷600 mg/kg时植株磷积累量最大,矿山生态型与非矿山生态型地上部磷积累量最高分别可达195 mg/株和182 mg/株。在不施磷和施磷400 mg/kg时,矿山生态型地上部磷积累量显著高于非矿山生态型,在施磷600、800 mg/kg时两生态型间无明显差异。4) 不同磷处理下,两种生态型磷富集系数远大于1,磷转移率大于80%;矿山生态型的磷提取率和移除量在不施磷和施磷400 mg/kg时均大于非矿山生态型,在施磷600、800 mg/kg时两生态型间无明显差异。结论适宜施氮条件下,粗齿冷水花在施磷600 mg/kg时表现出较强的磷富集能力。与非矿山生态型相比,矿山生态型在不施磷和施磷400 mg/kg时对磷的积累能力和富磷潜力更强;在施磷600、800 mg/kg时两生态型植株对土壤磷的富集能力无明显差异。
天然富硒土壤上三种蔬菜对硒的吸收与转化差异
张青, 王煌平, 孔庆波, 章赞德, 栗方亮, 罗涛
2019, 25(10): 1727-1736. doi: 10.11674/zwyf.18402
摘要:
目的研究对硒 (Se) 不同敏感性蔬菜对天然富硒土 (Se ≥ 0.4 mg/kg) 中硒的吸收和转化差异,为富硒土壤生产富硒蔬菜提供理论与技术指导。方法以大蒜、芥菜和菠菜三种蔬菜为试验材料,在全硒含量为0.29、0.58、0.98、2.07 mg/kg的四种土壤上进行了盆栽试验 (依次标记为Se0.29、Se0.58、Se0.98、Se2.07),并测定四种土壤中不同形态硒的含量。芥菜和菠菜于生长40 d、53 d、68 d和82 d后取样,测定蔬菜可食部分硒含量;于生长97 d后收获,分为根部和地上部。大蒜于生长42 d、68 d、82 d、120 d后取样,测定地上部硒含量;于生长165 d后收获,分为根部、鳞茎和叶。测定供试蔬菜总硒含量、有机硒含量,计算不同硒含量土壤上蔬菜对硒的吸收和转化系数。结果三种蔬菜中芥菜的生长对土壤硒最为敏感,芥菜可食部位生物量鲜重以Se0.29处理最高,菠菜和大蒜均以Se0.58处理最高,与Se2.07处理均达显著差异。三种蔬菜地上部硒含量在整个生育期总体呈现增加的趋势,不同生育期均表现为大蒜 > 芥菜 > 菠菜。收获期三种蔬菜各部位的硒含量随着土壤硒含量 (0.29~2.07 mg/kg) 的增加而增加,表现为Se2.07 > Se0.98 > Se0.58 > Se0.29,Se2.07处理的菠菜地上部和地下部硒含量分别是其Se0.29处理的8.63倍和7.10倍,芥菜是12.25倍和23.29倍,Se2.07处理大蒜鳞茎和叶部硒含量是Se0.29处理的39.92倍和4.90倍;可食部位硒含量为大蒜 (7.25~289 μg/kg) > 芥菜 (1.22~14.9 μg/kg) > 菠菜 (0.73~6.30 μg/kg),均表现为地下部 > 地上部,Se2.07处理菠菜根部硒含量是茎叶的4.80倍,芥菜是12.06倍,大蒜是8.22倍。在富硒土壤Se0.98和Se2.07处理条件下,大蒜和芥菜能从土壤中富集硒,吸收系数是菠菜的3.06~8.47倍和1.58~5.8倍,均达到了富硒蔬菜标准 (≥ 0.01 mg/kg)。三种蔬菜可食部位有机硒含量占总硒比例为73.5%~84.7%,并随土壤硒含量的增加而增加,其中Se2.07与Se0.29处理差异显著;蔬菜硒含量不但与土壤总硒含量相关,而且与有效态硒含量呈显著正相关。结论蔬菜种类和土壤硒含量均影响蔬菜硒的吸收、转化和富集。三种蔬菜对土壤硒的敏感性以芥菜最强。蔬菜硒含量和可食用部位有机硒的转化率均随着土壤硒含量的增加而增加,与土壤总硒含量和有效态硒含量呈显著正相关。富硒能力为大蒜 > 芥菜 > 菠菜,在天然富硒土壤上生长的大蒜和芥菜硒含量易达到富硒蔬菜标准,而菠菜未显示出富硒能力。因此,虽然土壤硒含量高影响了大蒜和芥菜的生长,但大蒜和芥菜具有较强的将硒转移到可食部位的能力,可作为富硒蔬菜生产。
激光剥蚀–电感耦合等离子体质谱分析缺锌胁迫玉米根尖微量元素空间分布
张金尧, 宋书会, 郭伟, 徐芳森, 汪洪
2019, 25(10): 1737-1742. doi: 10.11674/zwyf.18426
摘要:
目的激光剥蚀−电感耦合等离子体质谱 (laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry,LA-ICP-MS) 法是一种利用聚焦激光扫描激发固体样品,并经电感耦合等离子体质谱离子化,以分析样品元素含量及分布的新兴技术。本文利用LA-ICP-MS技术研究缺锌 (Zn) 胁迫下玉米根尖铁 (Fe)、锰 (Mn)、铜 (Cu)、Zn元素的分布定位,以期从组织水平揭示作物中Zn的转运富集规律及缺Zn对微量金属元素吸收转运的影响。方法以玉米‘郑单958’为试材,用不同加锌浓度营养液进行培养,获得根系样品烘干后磨碎、混匀、压片,取适量混匀的根系样品消煮,利用液体进样系统ICP-MS检测得到样品中实际元素含量,并与样品压片LA-ICP-MS检测信号值间进行线性回归分析,标准曲线相关性良好 (R2 = 0.9995),从而获得可适用于LA-ICP-MS定量分析的自制根系标准样品。将此标准样品与待测根尖样品放入LA样品池中,13C作为内标元素,进行缺锌胁迫下玉米根尖中锌元素分布特征的定量成像研究。结果缺锌胁迫下玉米根系锌元素含量显著降低,仅为正常植株的27.78%;缺锌根系中Mn和Cu含量升高。LA-ICP-MS系统定量成像显示,玉米根尖顶端Zn含量较高,由表皮向内锌含量逐渐增加;缺Zn处理根系Zn含量降低,根尖顶端Zn分布明显减少。利用LA-ICP-MS检测信号强度值对Fe、Mn、Cu元素进行定性分布,成像显示在正常根系中Fe、Mn、Cu元素在根尖前端信号强度较高,由表向内逐渐增加;缺锌处理下,根系中Fe、Mn、Cu信号强度均有不同程度增加。结论正常施锌玉米根尖中锌、铁、锰、铜分布呈现由表皮向中柱增加的趋势;缺锌胁迫下根系锌含量显著降低,铁、锰、铜均有不同程度积累。
湘西植烟土壤pH时空变异及其主要驱动因素
李强, 闫晨兵, 田明慧, 向德明, 蒲文宣, 黎娟
2019, 25(10): 1743-1751. doi: 10.11674/zwyf.18419
摘要:
目的研究湘西州烟区土壤pH时空变异特征,为湘西烟区土壤pH调节提供科学依据。方法以湘西州2000年和2015年耕层土壤pH值为研究对象,利用多元统计学和地统计学方法分析了土壤pH时空变异特征及其影响因素。结果湘西植烟土壤pH均值由6.21下降至6.12,同时表现出最小值变小,而变异系数、最大值、极差均变大的规律,说明湘西植烟土壤pH在大幅下降的同时,其变异也在增大。地学统计分析结果显示,2000年和2015年植烟土壤pH空间结构模型分别符合指数模型和球状模型,Moran’s I变小,分形维数变大,块金效应由58.17%增加至64.13%,表明空间变异主要由结构因子和随机因子共同决定,且随机因子的影响效应在增强;空间分布表现为不同等级插花状分布,土壤pH“极低”、“低”、“高”和“极高”等级的面积显著增加,分别增加了2.61、6.48、4.39和0.17个百分点,而“适宜”等级的面积则下降了13.65个百分点。影响因素的分析结果显示,交换性钙、交换性镁、有效硫、有机质、粘粒 (< 0.002 mm)、粉粒 (0.02~0.002 mm) 和碱解氮是植烟土壤pH的主控因素,7项指标对植烟土壤pH的累计解释能力达83.8%,其中以交换性钙的独立解释能力最大,可解释其变异的60.6%,交换性钙、交换性镁和有机质为主要控酸因子,有效硫和碱解氮为土壤主要致酸因子。结论长期施用不同化学肥料和有机物料,湘西植烟土壤的pH变异程度在加大,适宜等级的土壤面积总体上减少。交换性钙是土壤pH升高的主要驱动因素,而有效硫和碱解氮是土壤pH降低的主要驱动因素。因此,湘西植烟土壤需要增加含钙物料的投入,控制含硫物料的投入以及化学氮肥的使用,以维持土壤的可持续利用。
山核桃品质对产地土壤养分的空间响应
杨惠思, 赵科理, 叶正钱, 张红桔, 赵伟明
2019, 25(10): 1752-1762. doi: 10.11674/zwyf.18404
摘要:
目的研究山核桃品质与对应产地土壤养分含量的相关性,了解土壤中养分元素含量对山核桃品质的影响,为山核桃合理布局和科学管理提供依据。方法以典型产区临安为研究区域,采集了153个山核桃样品及其对应土壤样品,采用地统计学方法和GIS空间分析技术,分析山核桃品质与产地土壤养分含量状况,探究山核桃及其产地土壤中大量及微量元素的空间分布特征和变异规律以及空间对应关系。结果相关系数结合交叉相关函数分析,发现土壤中各养分元素与果实品质元素之间均存在不同程度相关关系,其中果实氮与土壤碱解氮、有效磷、速效钾、有效锌、有效锰的相关关系较强;磷与土壤有效磷、有效硼、有效锰、有效锌的相关关系较强;钾与土壤速效钾、有效硼、有效铁、有效锌的相关关系较强;粗脂肪与土壤有效磷、有效硼、有效锌的相关关系较强。空间分析结果显示,临安各乡镇土壤大量及微量元素含量空间异质性明显,而山核桃果实中钾和粗脂肪空间异质性不明显,氮、磷的空间变异性明显,大致呈现西北地区低东南地区高的分布趋势。结论山核桃品质受土壤中磷、硼、锌三种元素影响较大。山核桃与土壤相应养分元素的空间分布格局具有一定相似性,尤其是高低值区域。岛石镇西部和南部、湍口镇、河桥镇、太阳镇及昌化镇南部的土壤养分元素和山核桃品质元素含量相对较高,昌化镇北部、清凉峰镇西部、龙岗镇北部的土壤养分元素和山核桃品质元素含量相对较低。
不同原料生物炭对氮、磷、钾的吸附和解吸特性
彭启超, 刘小华, 罗培宇, 梁伟健, 刘宁, 杨劲峰, 韩晓日
2019, 25(10): 1763-1772. doi: 10.11674/zwyf.18406
摘要:
目的通过三种不同原料生物炭 (玉米秆炭、稻壳炭、稻秆炭) 对氮、磷、钾的吸附解吸试验,了解不同材料来源的生物炭对无机养分的吸附和解吸特征,为将其作为添加物来调节有机肥的性质提供参考。方法在pH 6.75 ± 0.25、25℃下,采用Langmuir和Freundlich方程对三种不同原料生物炭 (玉米秆炭、稻壳炭、稻秆炭) 氮、磷、钾的等温吸附进行拟合。对吸附养分后的生物炭进行连续5次解吸,前4次采用水浸提,第5次浸提采用1 mol/L KCl浸提氮,0.5 mol/L的NaHCO3浸提磷,1 mol/L的CH3COONH4浸提钾。结果1) Langmuir和Freundlich方程均可用来拟合生物炭对氮、磷、钾的等温吸附,Langmuir方程对氮、磷的吸附拟合较好,Freundlich方程对钾的吸附拟合较好。对不同原材料而言,稻秆炭对氮、磷、钾的吸附性能均较好,其最大吸附量qm分别为 (2.44 ± 0.15) mg/g、(2.91 ± 0.12) mg/g和 (4.97 ± 0.22) mg/g。2) 不同原材料生物炭对氮、磷、钾的单次解吸率和总解吸率具有一定的差异。生物炭对阳离子 (铵根离子和钾离子) 的最大吸附量受阳离子交换量和酸性官能团的数量以及pHpzc影响,对磷酸根的最大吸附量主要与阳离子交换量和碱性官能团的数量有关。结论所试三种生物炭对氮、磷、钾的吸附存在单分子层吸附和多分子层吸附,在单次解吸率和总解吸率上不同原料生物炭存在一定的差异性。在生物炭对氮和钾吸附的总量上,物理性吸附的贡献高于化学吸附;对磷的吸附总量上,化学吸附的贡献高于物理吸附。三种生物炭对氮、磷、钾的固储和缓释能力具有一定的差异,稻秆炭的保肥供肥能力优于玉米秆炭和稻壳炭。
适量通风显著降低鸡粪好氧堆肥过程中氮素损失
聂二旗, 郑国砥, 高定, 刘晓燕
2019, 25(10): 1773-1780. doi: 10.11674/zwyf.18432
摘要:
目的研究不同通风量对鸡粪好氧堆肥过程中温度、含水率、种子发芽指数 (GI) 及氮素形态转化的影响,以期在达到鸡粪无害化要求的前提下,为减少鸡粪好氧堆肥过程中的氮素损失、提高堆肥成品品质、优化通风曝气工艺参数和节省能耗提供参考。方法试验在山东某有机肥厂好氧堆肥车间开展,以鸡粪和稻壳为原料,按照1∶1(质量比) 混合均匀之后作为堆肥初始物料。在间歇性强制通风和翻抛条件下,设置低、中、高3个通风水平,即通风量依次为0.1、0.2和0.3 m3/(m3·min),好氧堆肥周期为28 天。通过现场定期采样,测定温度、全氮、NH4+-N、NO3-N、pH、含水率和发芽指数等指标,研究不同堆肥阶段各指标的变化和氮素形态的转化。结果在整个好氧堆肥周期内,堆体温度呈现先升高后降低的趋势,低、中和高通风量的最高温度分别达到68.3℃、71.8℃和68.6℃,高温 (≥ 50℃) 持续时间均超过12 天,达到了畜禽粪便无害化卫生要求;含水率逐渐下降,各通风量处理分别由最初的63.2%、62.1%和64.5%降低到32.4%、30.1%和29.2%;pH先升高后降低,至好氧堆肥结束时,各通风处理的pH均处于7.5~8.0 之间;种子发芽指数 (GI) 均大于80%,说明经过28 天的好氧堆肥后,三个通风处理条件下的鸡粪堆肥成品均达到了腐熟度要求。NH4+-N含量均呈现先增长后逐渐降低的趋势;NO3-N含量呈现明显的增加趋势;总氮 (TN) 含量在整个好氧堆肥周期内整体上呈现先降低后增加的趋势;经过28 天的好氧堆肥结束之后,低、中、高通风处理的氮素损失率分别为19.8%、20.2%和29.6%,低通风量与中通风量之间差异不显著,高通风量显著高于低通风量和中通风量 (P ≤ 0.05)。结论在鸡粪进行好氧堆肥过程中,通风量为0.1、0.2和0.3 m3/(m3·min) 下,堆肥成品均能达到腐熟度和无害化要求,其中采用中通风量0.2 m3/(m3·min) 时的氮素损失较少,且种子发芽指数较高。综合以上指标及实际工厂化运行过程的影响因素,在鸡粪好氧堆肥过程中建议采用的通风量为0.2 m3/(m3·min)。
专题评述
农田土壤N2O排放的关键过程及影响因素
曹文超, 宋贺, 王娅静, 覃伟, 郭景恒, 陈清, 王敬国
2019, 25(10): 1781-1798. doi: 10.11674/zwyf.18441
摘要:
一氧化二氮 (N2O) 作为重要的温室气体之一,在全球气候变化研究中引人关注。随着氮肥使用量的增加,农田土壤N2O排放已经成为全球关注和研究的热点。人们普遍认为土壤硝化、反硝化过程是N2O产生的两个主导途径,而诸如施肥、灌水等农田管理措施以及土壤pH、温度等环境因子均会影响农田土壤N2O产生和排放。本文系统论述了土壤N2O产生的各主要途径,并综述了氮源、碳源、水分含量、氧气含量、土壤pH和温度以及其他调控因子对N2O排放的影响,旨在阐明各过程对N2O排放的产生机制及主要环境因子的影响,以期为后续研究提供参考和理论依据。农田土壤硝化过程本身对N2O排放的直接贡献较小,N2O产生的主要来源是包含硝化细菌的反硝化、硝化–反硝化耦合作用在内的生物反硝化过程。真菌反硝化和化学反硝化在酸性土壤以及硝酸异化还原成铵过程在高有机质和厌氧土壤环境中对N2O排放具有重要作用。未来研究可从农田土壤N2O的产生和消耗机制、降低N2O/N2产物比、N2O的还原过程及相关影响因素进行深入研究。此外,利用新技术方法,探究土壤物理、化学和生物学因素对氮素转化过程的影响,重点关注N2O峰值排放及相关联微生物的响应,并构建土壤氮素平衡和N2O排放模型,可进一步加深对农田土壤N2O排放机制和影响因素的理解。
研究简报
追氮量对强筋和中筋小麦产量与品质的影响
马瑞琦, 陶志强, 王德梅, 王艳杰, 杨玉双, 朱英杰, 赵凯男, 李俊志, 王玉娇, 常旭虹, 赵广才
2019, 25(10): 1799-1807. doi: 10.11674/zwyf.18468
摘要:
目的探究追氮量对强、中筋小麦品种产量及品质的影响,为强、中筋小麦优质高产提供参考。方法试验于2016—2017年在中国农业科学院作物科学研究所北京试验基地进行,采用两因素随机区组设计,A因素为小麦品种,包括藁优2018 (强筋)、师栾02-1 (强筋)、中麦8号 (中筋)、中麦175 (中筋)。B因素为追氮量,在基施N 105 kg/hm2基础上,设拔节期追施N 75、105、135 kg/hm2三个水平。于成熟期取样,测量单位面积穗数、穗粒数、千粒重、生物产量和籽粒产量,并测定籽粒粗蛋白质含量、蛋白质组分、湿面筋含量、沉淀值和面团流变学特性。结果在追施N 75~135 kg/hm2范围内,籽粒产量、单位面积穗数、穗粒数、千粒重、蛋白质产量及生物产量均随追氮量的增加而提高,平均增幅分别达到6.1%、2.6%、8.5%、4.6%、10.3%、15.3%。随着追氮量的增加,蛋白质总量及组分含量呈增加趋势,其中谷蛋白增加幅度较高,与N75相比,N105、N135处理下分别增加了13.2%和14.6%;追施氮肥对两种筋型小麦的沉淀值、湿面筋、吸水率、面团形成时间、稳定时间的影响规律相同,均随追氮量增加而增加,其中强筋小麦各加工品质指标增幅分别为4.3%、2.2%、1.6%、13.8%、22.0%;中筋小麦各指标增幅分别为13.8%、7.4%、0.8%、9.5%、10.2%;弱化度则随追氮量增加而降低,两种类型品种小麦分别降低9.65%及12.0%。结论在基施N 105 kg/hm2基础上,综合考虑肥料投入、小麦产量及品质指标,中筋小麦于拔节期追N 105 kg/hm2、强筋小麦于拔节期追N135 kg/hm2时,可获得较高的产量和品质。
黄腐酸肥料对小麦根际土壤微生物多样性和酶活性的影响
刘佳欢, 王倩, 罗人杰, 陈喜, 孙淑娟
2019, 25(10): 1808-1816. doi: 10.11674/zwyf.18363
摘要:
目的研究不同用量黄腐酸肥料对根际土壤微生物和土壤酶活性的影响,为黄腐酸肥料的研究与应用提供理论依据。方法以小麦为试验作物进行了盆栽试验。黄腐酸肥料的施用量 (含黄腐酸20.6%) 为0、2、6、10 g/kg,除CK外其他处理施等量复合肥 (N−P2O5−K2O 15–10–20),种子薄覆土壤后,再施入处理所需黄腐酸肥料。小麦播种40天后,采集小麦根际土壤,采用稀释平板涂抹法测定了土壤微生物种群数量,Biolog-Eco生态板测定了微生物功能多样性,常规方法测定了相关土壤酶活性。结果黄腐酸肥料施用量为0、2 g/kg时小麦种子发芽率均为100%,而施用黄腐酸肥料6、10 g/kg时,种子发芽率分别为97%、91%,四个处理间差异不显著。施用黄腐酸肥料,土壤中细菌、真菌和放线菌数量显著增加,在黄腐酸肥料施用量为6 g/kg 时达到最大值。施用黄腐酸肥料对四种土壤酶的活性均有促进作用,尤其对过氧化氢酶活性的促进作用最为显著。当黄腐酸肥料的施用量为10 g/kg时,小麦根际土壤中脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性均达到最大值。施用黄腐酸肥料6、10 g/kg,土壤微生物的总体活性,物种的丰富度和均匀度、群落的多样性以及根际土壤微生物呼吸强度显著增加,施用10 g/kg黄腐酸肥料时效果最佳。结论在40天的试验周期内,施用黄腐酸肥料能有效增加土壤中细菌、真菌和放线菌的数量,显著改善微生物群体功能,增加脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。但是,只有在黄腐酸肥料施用量达6 g/kg后才有显著的效果。