• ISSN 1008-505X
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2019年  25卷  第2期

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旱地高产小麦品种籽粒锌含量差异与氮磷钾吸收利用的关系
李莎莎, 王朝辉, 刁超朋, 王森, 刘璐, 黄宁
2019, 25(2): 167-175. doi: 10.11674/zwyf.18003
摘要:
目的明确旱地条件下高产小麦品种籽粒锌含量差异与氮磷钾吸收利用的关系,为品种选育和科学施肥提供依据。方法于2013—2016年连续三年在黄土高原旱地进行田间试验,试验采用裂区设计,主处理为不施肥 (CK) 和施肥 (NP),副处理为来自我国主要麦区的123个品种。施肥处理为N 150 kg/hm2 (尿素,含N46%)、P2O5100 kg/hm2 (过磷酸钙,含P2O5 16%)。成熟期在每个品种中间2行随机抽取30穗小麦,连根拔起后,从根茎结合处剪断弃去根系,分为茎、叶、颖壳 (含穗轴) 和籽粒,称风干重。分析了样品中氮、磷、钾、锌含量,计算了养分的吸收量及转移量。结果施肥条件下高产小麦品种籽粒锌含量存在显著差异,高锌品种比低锌品种显著高54%。高锌品种的籽粒氮、磷含量分别比低锌品种显著高9%、7%,钾含量无显著差异,施肥使两组品种的氮含量显著提高,磷钾含量降低。高产高锌品种具有更高的籽粒和地上部氮、磷吸收能力,钾吸收能力与低锌品种相比无显著差异,施肥可使高锌品种的氮磷钾吸收量增幅高于低锌品种;两组品种间的氮、磷转移能力无显著差异,而高锌品种的钾转移能力较低,且两组品种的氮磷钾转移能力因施肥降低幅度一致。结论旱地条件下土壤养分供应充足时,高产高锌小麦品种的氮磷吸收能力强,钾转移能力弱,籽粒氮磷含量高,与低锌品种相比钾含量无显著差异。通过品种选育可同时提高旱地高产小麦籽粒锌和蛋白质含量,并提高磷含量。考虑到磷含量高时会降低籽粒锌的生物有效性,生产中通过施肥措施,适当调控磷肥,增加氮肥,在提高小麦籽粒氮锌含量的同时提高籽粒锌的生物有效性。
施氮对不同肥力土壤小麦氮营养和产量的影响
杜盼, 张娟娟, 郭伟, 马新明, 郭建彪
2019, 25(2): 176-186. doi: 10.11674/zwyf.18039
摘要:
目的农田养分供应是由土壤基础肥力和肥料投入共同决定的,不同土壤肥力下土壤养分供应能力和特征也不同。本文研究了河南省高、低肥力田块下,不同施氮量对小麦主要生育时期植株氮素营养和土壤硝态氮及产量的影响,以期为河南省同类生产条件下氮肥的合理施用和产量的提升提供参考和依据。方法2015—2016年,以小麦品种矮抗58为供试材料进行大田试验,分别设置0、120、225、330 kg/hm2 4个施氮处理 (表示为N0、N1、N2、N3),在开花期到成熟期调查施氮量对土壤硝态氮及产量的影响;在开花期、花后10天和花后20天,测定施氮量对小麦旗叶到倒4叶的叶片氮含量、SPAD值和氮素积累量,以及对植株和所有叶片氮含量的影响。结果从开花期到成熟期土壤中硝态氮含量随着施氮量的增加而增加,高肥力田块的土壤硝态氮含量显著高于低肥力田块的土壤硝态氮含量。施氮能显著增加低肥力田块产量,但是高肥力田块的产量均高于低肥力田块,与不施氮相比,低肥力田块的产量最大增幅是高肥力田块产量最大增幅的2.63倍。N1和N2处理下,在开花期和花后10天倒2叶的SPAD值高肥力田块显著高于低肥力田块,但在花后20天低肥力田块显著高于高肥力田块。在N1、N2和N3处理下,旗叶的氮含量在花后10天高肥力田块显著高于低肥力田块,但在花后20天则显著相反。开花期到花后20天,对于低肥力田块旗叶的氮素积累量对上4叶的贡献率最大 (N0除外),最高达52.6%;高肥力田块,旗叶和倒2叶对上4叶的氮素积累量贡献率处在同等重要的位置,最高分别达39.9%和39.7%。花后10天到花后20天,高肥力田块不同叶位的氮素转运量和转运率均高于低肥力田块(N0除外) 。结论增施氮肥可以通过提高土壤硝态氮含量来提高土壤供氮能力,高肥力田块的叶片转运量和转运率比低肥力田块高,低肥力田块通过提高施氮量增加的产量低于高肥力田块下的产量,因此,需改善农田基础肥力来提高产量。通过对高、低肥力条件下产量的分析发现,达到最高产量时的施氮量分别为213 kg/hm2和287 kg/hm2
优化施肥对萝卜产量和肥料利用率的影响
张佳佳, 丁文成, 艾超, 崔荣宗, 李明悦, 金崇伟, 徐新朋, 何萍
2019, 25(2): 187-199. doi: 10.11674/zwyf.18055
摘要:
目的我国萝卜生产中施肥过量和不平衡现象普遍,研究优化施肥对萝卜产量和肥料利用率的影响,旨在为萝卜科学施肥提供依据。 方法于2016年秋季和2017年春季分别在天津、山东、浙江和河北四个萝卜产区布置4个田间试验,共设置7个处理:农民习惯施肥 (FP);优化施肥 [NPK (S)];基于NPK (S) 处理的减氮、减磷和减钾处理;优化施肥+有机肥 [NPKM (S),钾肥为硫酸钾];优化施肥+有机肥 [NPKM (Cl),钾肥为氯化钾]。测定了萝卜产量、养分吸收量、肥料利用率和氮素表观损失。 结果与FP处理相比,两季NPK (S) 处理的萝卜肉质根产量增幅平均为3.9%,植株氮、磷和钾养分吸收量增幅平均为12.4%、15.3%和4.4%,其中河北试验点产量和养分吸收量均达到显著水平。四个试验点NPK (S) 和NPKM (S) 处理以及NPKM (S) 和NPKM (Cl) 处理相比,萝卜产量和养分吸收量均无显著性差异。与FP处理相比,两季NPK (S) 处理的氮素农学效率 (AEN)、氮素回收率 (REN) 和氮素偏生产力 (PFPN) 平均分别增加了32.8 kg/kg、18.9%和110.5 kg/kg;磷素农学效率 (AEP)、磷素回收率 (REP) 和磷素偏生产力 (PFPP) 平均分别增加了53.0 kg/kg、15.3%和296.7 kg/kg;钾素农学效率 (AEK) 和钾素回收率 (REK) 平均分别增加了17.6 kg/kg和11.5%。与NPKM (S) 处理相比,两季NPK (S) 处理的AEN、REN和PFPN平均分别增加了34.0 kg/kg、13.5%和221.7 kg/kg,AEP、REP和FPP平均分别增加了20.8 kg/kg、6.6%和217.2 kg/kg,AEK、REK和钾素偏生产力 (PFPK) 平均分别增加了9.0 kg/kg、3.6%和89.5 kg/kg。与NPKM (Cl) 处理相比,两季NPKM (S) 处理的REP和REK分别显著提高了6.2%和7.4%。由氮素表观损失结果得出,两季NPK (S) 处理的氮素表观损失比FP处理平均降低了106.7 kg/hm2,氮素残留降低了42.1 kg/hm2;与NPKM (S) 处理相比,NPK (S) 处理的氮素表观损失平均降低了84.6 kg/hm2,氮素残留降低了55.6 kg/hm2;NPKM (S) 和NPKM (Cl) 处理平均氮素表观损失和氮素残留量均无显著性差异。 结论在保证萝卜产量的基础上,优化施肥量和施肥时期可有效提高肥料的利用率,降低氮素损失。肥料用量的增减需依据各地具体施肥量而定,硫酸钾和氯化钾都可在萝卜生产中用作钾源,二者在肥效和萝卜产量及品质方面没有差异。
基于DNDC模型的冬小麦−夏玉米农田滴灌施肥优化措施研究
陈静, 王迎春, 李虎, 王立刚, 吴永常, 韦文珊
2019, 25(2): 200-212. doi: 10.11674/zwyf.18017
摘要:
目的滴灌施肥是一种具有节水、节肥等优点的水肥一体化田间管理措施,然而其对N2O排放和经济效益的影响仍存在不确定性。针对我国重要的粮食生产方式—冬小麦−夏玉米轮作,优化设计适宜的滴灌施肥管理制度,对于提高水肥资源利用效率,减少环境污染,提高经济效益具有重大的实际意义。 方法在山东桓台冬小麦−夏玉米典型农田上设置试验,进行不同灌溉系数和不同施氮量处理对农田土壤N2O排放和作物产量影响的研究。根据田间实测数据对DNDC模型进行校正和验证,利用验证后的模型定量评估滴灌施肥对N2O排放的影响,综合考虑作物产量和N2O减排效果和经济效益,最终提出华北平原冬小麦−夏玉米体系的优化滴灌施肥措施。 结果DNDC模型具备模拟滴灌施肥一体化管理措施下冬小麦、夏玉米生长情况和产量的能力,模型校正后能较好地模拟滴灌施肥条件下冬小麦/夏玉米农田土壤N2O排放特征。在田间试验筛选出的最佳滴灌量和施氮量的基础上设置不同的滴灌量、施氮量以及玉米季施氮次数、施氮时间模拟情景,经过模型情景模拟最终筛选出的最优滴灌施肥措施是冬小麦季分4次滴灌施肥,滴灌量130 mm,随水施N 189 kg/hm2,夏玉米避开雨季分4次滴灌施肥,滴灌量19 mm,随水施N 231 kg/hm2。该模型模拟出的最优措施能够在不影响作物产量的基础上比田间试验筛选出的最佳滴灌和施氮量处理减少16%的N2O排放。 结论与当地习惯漫灌撒肥措施相比,优化后的滴灌施肥管理全年共节水58.6%、减氮30.0%、减少50% N2O排放,同时净收益增加了1336.41元/hm2,增加投资部分的收益率为230.34%,远大于部分预算法中100%的新技术采用标准。研究结果可为滴灌施肥技术在华北农田推广应用提供实际参考。
不同管理措施对黄土塬区农田土壤水分调控和硝态氮淋溶累积的影响
胡锦昇, 樊军, 付威, 郝明德
2019, 25(2): 213-222. doi: 10.11674/zwyf.18034
摘要:
目的研究黄土区旱作农田不同施肥和覆盖处理对土壤水分与硝态氮淋溶的影响,以提高水肥利用效率,增加作物产量,为选取适宜于该区可持续生产的农田管理措施提供理论基础。方法选取渭北旱塬定位试验中不施肥对照、施氮磷化肥、氮磷化肥配施钾肥、氮磷化肥配施生物炭、氮磷化肥与休闲期地膜全覆盖、氮磷化肥与生育期地膜全覆盖和氮磷化肥与全年地膜全覆盖共7个处理。分析了不同处理连续耕作冬小麦15年后收获期剖面硝态氮累积和生长季内土壤剖面水分变化状况。结果与对照相比,施氮磷化肥处理显著增加了硝态氮在0—300 cm土层中的累积,累积量是对照的6.1倍。与施氮磷化肥相比,在氮磷化肥基础上生育期地膜全覆盖、配施生物炭、配施钾肥和全年地膜全覆盖处理显著减少了土壤硝态氮累积量,分别减少了78.7%、73.2%、66.0%和59.7%,氮磷化肥与休闲期地膜全覆盖土壤硝态氮含量较施氮磷化肥处理虽无显著差异,但硝态氮累积量也减少19.2%。与对照相比,施氮磷化肥处理对0—300 cm土层水分补给和消耗量无显著影响。与施氮磷化肥相比,氮磷化肥基础上配施钾肥和生物炭对土壤水分补给和消耗量也无显著影响,而施氮磷化肥基础上的休闲期地膜全覆盖、生育期地膜全覆盖和全年地膜全覆盖显著增加土壤水分补给量,其中只有氮磷化肥与休闲期地膜全覆盖处理显著增加了土壤水分消耗量。硝态氮在土壤中的累积受土壤水分运移影响,其在土壤中的累积量随着水分补给量的增加而增加。土壤水分运移能显著影响硝态氮在土壤剖面的分布,其结果是氮磷化肥与生育期地膜全覆盖和氮磷化肥配施生物炭处理硝态氮主要分布在0—20 cm土层,氮磷化肥配施钾肥和氮磷化肥与全年地膜全覆盖处理硝态氮主要分布在0—100 cm土层,而施氮磷化肥和氮磷化肥与休闲期地膜全覆盖处理硝态氮主要分布在0—200 cm土层,其中施氮磷化肥和氮磷化肥基础上配施钾肥、全年地膜全覆盖、休闲期地膜全覆盖4个处理出现硝态氮累积峰。结论不同农田管理措施通过对水分的调控减少硝态氮淋溶,进而提高氮素利用效率,其中在施氮磷化肥的基础上增加生育期地膜全覆盖能有效调控土壤水分运移和减少硝态氮淋溶累积,是旱塬区改善农田水肥状况,增加作物产量的适宜措施。
灌溉定额和绿肥交互作用对小麦/玉米带田产量和养分利用的影响
袁金华, 俄胜哲, 车宗贤
2019, 25(2): 223-234. doi: 10.11674/zwyf.18067
摘要:
目的研究灌溉定额、绿肥及其交互作用对河西绿洲灌区带田小麦、玉米产量和养分利用的影响,探寻适合灌区带田的水肥管理模式。 方法试验采用裂−裂区设计,主区处理为灌溉定额,设三个水平为4500、6000和7500 m3/hm2;裂区处理为绿肥,设两个水平为不种绿肥和种植绿肥;裂−裂区处理为化肥,设两个水平,为不施化肥和施用化肥,化肥处理氮、磷、钾肥料用量分别为N 525 kg/hm2、P2O5 150 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2 结果与4500 m3/hm2的灌溉定额相比,6000 m3/hm2和7500 m3/hm2的灌溉定额极显著增加了小麦和玉米的籽粒产量及其收获指数,增加了小麦和玉米籽粒的氮磷钾吸收量及其养分收获指数,小麦籽粒产量形成的氮生理效率和玉米籽粒产量形成的氮磷钾生理效率;极显著降低了小麦百公斤籽粒氮需求量和玉米百公斤籽粒氮磷钾需求量。绿肥种植与否对小麦、玉米籽粒产量均没有显著影响。种植绿肥极显著降低了玉米籽粒的收获指数和钾收获指数。灌溉定额4500 m3/hm2与种植绿肥交互作用下,玉米磷收获指数最低;灌溉定额6000 m3/hm2与种植绿肥交互作用下玉米磷收获指数最高。种植绿肥处理显著增加了玉米百公斤籽粒氮磷钾需求量,显著降低了玉米百公斤籽粒磷钾生理效率。4500 m3/hm2灌溉定额下种植绿肥进一步加剧了干旱的胁迫程度,导致玉米百公斤籽粒氮、磷需求量显著增加,对钾的需求量极显著增加,磷生理效率显著下降,钾生理效率极显著下降。 结论灌溉定额是河西绿洲灌区带田小麦玉米籽粒产量和收获指数、籽粒氮磷钾吸收量和氮磷钾收获指数、百公斤籽粒氮磷钾需求量和氮磷钾生理效率的决定因素。亏缺灌溉定额(4500 m3/hm2)下,种植绿肥会降低小麦/玉米带田籽粒产量及肥料利用效率。在6000 m3/hm2的灌溉定额下,建议河西绿洲灌区小麦/玉米带田应配合种植绿肥,提高产量和肥料效益。
晋西北不同土地恢复管理措施下土壤物理性状分析
刘爽, 王雅, 刘海龙, 张鸾
2019, 25(2): 235-244. doi: 10.11674/zwyf.18118
摘要:
目的晋西北丘陵风沙区由于受风蚀影响,土壤沙化十分严重,生态恢复是缓解此问题的主要措施之一。研究不同土地恢复管理措施旨在为提高晋西北黄土高原丘陵风沙区农田土壤质量及植被恢复提供理论依据。 方法本研究以晋西北五寨县作为研究区,设置4种土地恢复措施:传统翻耕播种玉米 (CTC)、免耕播种玉米 (NTC)、免耕播种苜蓿 (NTA)、撂荒地 (WL)。通过野外和室内分析的方法,分析了0—50 cm土层土壤粒度组成、粒度参数和土壤质量含水量、土壤饱和持水量、毛管持水量。 结果1) 晋西北地区土壤主要以砂粒和粉粒为主。撂荒地砂粒含量最大,且随着深度的增加变化不明显;其它3种措施下的土壤表层砂粒含量均小于深层。不同土地恢复措施间粒度参数差异较大,翻耕分选较差,免耕玉米和免耕苜蓿属于分选中等到分选较好范围,表明翻耕地块土壤受到人为扰动较大,导致土壤偏细,其粉粒含量在0—50 cm土层变化范围为6.5%~15.3%,而免耕苜蓿和免耕玉米土壤环境相对较好。2) 4种土地恢复措施下表层 0—40 cm的土壤容重均低于深层土壤,翻耕、免耕播种玉米和免耕播种苜蓿的土壤容重范围在1.10~1.50 g/cm3之间,表现为WL>NTA>NTC>CTC,撂荒地土壤容重与其它三种处理措施的土壤容重差异显著 (P < 0.05),其他三种措施间差异不显著,40—50 cm土层四种土地恢复措施之间无显著差异;表层 0—30 cm的土壤孔隙度以翻耕总孔隙度最大。翻耕地块土壤孔隙度显著高于其它三种恢复措施,其它三种恢复措施间无显著性差异,40—50 cm土层四种土地恢复措施之间无显著差异。3) 不同土地恢复措施之间土壤质量含水量、饱和持水量和毛管持水量存在较大差异,翻耕地块表层0—20 cm土壤毛管持水量显著高于其它三种恢复措施;免耕苜蓿和免耕玉米地块毛管持水量无显著差异,两者均显著高于撂荒地,20—30 cm土层免耕苜蓿地块显著低于翻耕和撂荒地,30—40 cm土层撂荒地与免耕玉米显著低于翻耕和免耕苜蓿,40—50 cm土层四种土地恢复措施之间无显著差异。4) 土壤毛管持水量和饱和持水量与毛管孔隙度和非毛管孔隙无显著相关关系,与总孔隙度呈显著正相关关系。土壤质量含水量和毛管持水量与粘粒含量无显著相关;与砂粒含量呈极显著负相关,相关系数分别为–0.619和–0.474;与粉粒含量呈显著正相关,相关系数分别为0.639和0.584。 结论晋西北丘陵风沙区翻耕、免耕玉米和免耕苜蓿三种土地恢复措施都不同程度地降低了表层土壤砂粒含量,提高了土壤孔隙度,降低了土壤容重,改善了土壤的保水和供水能力,7年常规耕种和免耕种植作物都显著改善了土壤的物理性状,有助于生态的恢复和提高土壤的生产力。因此,在晋西北地区不提倡土地撂荒。
生物炭对沼渣堆肥理化性状及微生物种群变化的影响
张海滨, 孟海波, 沈玉君, 赵立欣, 周海宾, 丁京涛
2019, 25(2): 245-253. doi: 10.11674/zwyf.17428
摘要:
目的近年来沼气工程发展迅速,沼渣的合理利用成为制约沼气工程发展的瓶颈。本文通过试验探讨了添加生物炭制备沼渣堆肥的可行性,为沼渣高效资源化利用提供一条安全可行的途径。 方法供试沼渣为鸡粪沼气工程 (干发酵,沼渣经固液分离处理),生物炭为果木于550℃高温热解2 h制得。以沼渣为主要堆肥原料,添加猪粪调节氮含量,以1 cm 左右玉米秸秆为调理剂,控制物料C/N为25∶1,含水率控制在65%~70%,在室温25℃下堆置30 d。生物炭添加量共设0、2%、5%和10% 四个水平 (表示为CK、F1、F2、F3)。测定了沼渣堆肥过程中的理化性质及微生物含量变化。结果堆肥过程中,各处理最高温度均达到55℃以上,F1、F2处理组高温持续时间在6 d左右,达到无害化要求。pH与EC具有相同变化规律,均呈先上升后下降,最后趋于平缓趋势。四组处理的pH值在8.55~8.80之间,F2处理pH值始终大于其它三组处理,且处于较高水平 (>8.7),升温期pH最大值达到9.03。四组处理电导率均低于1 mS/cm。与CK相比,F1、F2、F3处理组有机质含量分别降低了13.0%、9.3%、7.4%,且总有机质含量均大于45%,总养分含量分别提高了6.5%、4.3%、2.2%,种子发芽指数也均在85%以上。添加生物炭对细菌、真菌、放线菌的影响不同。随着生物炭添加比例的提高,细菌数量减少,两者呈负相关;放线菌数量呈上凹曲线型,F2处理对放线菌具有最大抑制作用;真菌数量随生物炭添加量增加而增加。不同处理堆肥腐殖质含量变化总体先减少后增加,呈“V”字型,第11 d达到最低值,以F1处理组始终处于较高水平,远高于其它三组处理,最高值达到24.08%,最低为17.92%。与CK对比,F1、F2、F3处理组产品腐殖质含量分别提高了8.12%、7.23%、7.43%。结论生物炭的添加能够延长堆肥的高温期,改变堆体理化性质,促进堆肥腐熟,提高总养分含量,综合分析生物炭对微生物的影响,添加2%的生物炭 (干基比) 对堆肥微生物的生长具有最大的促进作用,显著促进堆肥腐熟。
猪粪堆肥过程中养分和重金属含量的动态变化
尹晓明, 王荣江, 徐潇潇, 曹云
2019, 25(2): 254-263. doi: 10.11674/zwyf.18044
摘要:
目的规模化、集约化畜禽养殖业饲料中,存在滥用或超剂量使用微量元素如Cu、Zn、Fe、As添加剂的现象,导致畜禽粪便以及以畜禽粪便为来源的有机肥重金属的积累。研究堆肥过程中养分和重金属含量的动态变化,对于畜禽粪便有机肥产业的可持续发展具有重要意义。方法鲜猪粪在阴凉通风处风干到含水率在60%左右,用于进行55天的好氧堆肥。猪粪∶砻糠比例为6∶1 (鲜重) 混匀,每周翻堆一次,每天测定温度,分别在堆肥第1、13、23、28、41和55天的上午10:00—11:00,取样测定含水量、pH值、全氮、总有机碳 (TOC)、全磷、全钾以及Cr、Cd、Cu、Mn、Ni、Zn、Pb、Hg、As总量和有效态Cu、Mn、Zn含量。结果1) 随着堆沤进程的延长,全氮先升高再下降,其峰值出现在第23~28天,之后缓慢下降;全磷与全钾逐渐升高,其峰值均在第41天、之后趋于稳定;TOC不断减少,28天以后趋于平稳。C/N先下降,第23天以后保持稳定,堆肥结束时维持在15.12、达到腐熟要求。2) 9种金属元素的总量变化各不相同,含量分别为Cr 6.99~10.43 mg/kg、Cu 106.01~120.81 mg/kg、Mn 663.51~899.48 mg/kg、Ni 11.32~20.67 mg/kg、Zn 1245.18~1552.13 mg/kg、Pb 0.09~0.56 mg/kg、As 0.58~1.25 mg/kg,Cd、Hg未检测出。Cr和Ni先下降、升高、再下降直至平稳,其峰值均在第23天,第28天以后趋于平稳。Cu、Mn和Zn不断升高到后期显著升高、其峰值均在第41天。As先下降再升高、在第28天以后基本平稳。Pb总体是下降,在第13天和23天其含量分别比第1天显著下降61.22%和81.63%,在第41天以后其含量未检出。有效Cu、Mn、Zn的含量远低于元素总量,分别在2.35~5.79 mg/kg、17.82~20.28 mg/kg和 47.39~70.29 mg/kg。有效Cu、有效Zn总体先升高、再下降直至平稳,峰值都在第13~23天,第28天显著下降但是此后基本平稳。有效Mn总体变化不大,只在第41天显著上升。3) 有效Cu与有效Zn、有效Zn与有效Mn之间呈极显著正相关关系。全钾、全磷、Cu、Zn、Mn与TOC之间呈极显著负相关关系 (P < 0.01),说明全钾、全磷、Cu、Zn与Mn含量的升高由堆肥过程中有机质的矿化引起。而有效Cu、有效Zn、有效Mn与TOC不存在相关关系。结论从23天到28天,高温的平均温度和持续时间符合畜禽粪便无害化的要求,C/N和全氮都维持在相对理想的水平,大量元素、微量元素和重金属含量基本达到稳定,表明28天是堆肥腐熟的关键时间节点。
硼促进缺铁条件下拟南芥根系细胞壁铁的再利用
吴启, 朱晓芳, 沈仁芳
2019, 25(2): 264-273. doi: 10.11674/zwyf.18021
摘要:
目的为了探讨在缺铁条件下外源施加硼对植株表型以及体内铁含量的影响,揭示拟南芥在缺铁状态下体内铁的再分配机理,为缓解植株缺铁症状提供一个新的策略。方法以模式作物拟南芥 (野生型) 为供试材料进行了水培试验。供试营养液以正常铁浓度为加铁 (+Fe) 处理,不含铁营养液为缺铁 (−Fe) 处理,在两种铁营养液中分别加入H3BO3 100、1000 μmol/L,共形成6个处理。拟南芥幼苗在全营养液中培养3周后,在处理溶液中培养7 d,收集根系和地上部,分别测定植株全铁、有效铁以及细胞壁吸附的铁含量;剪下根尖部位检测内源NO含量,提取根系RNA检测铁运输相关基因的表达量。结果在缺铁条件下,外源添加硼 (1000 μmol/L H3BO3) 后植株根系和地上部有效铁含量分别是不加硼时的 1.56倍和2.65倍,拟南芥新叶缺铁黄化的症状受到显著缓解。细胞壁组分含量分析结果表明,与不加硼相比,添加1000 μmol/L H3BO3后植株根系细胞壁铁含量、半纤维铁含量以及半纤维素含量分别降低了60%、52%和53%,同时与100 μmol/L H3BO3相比也分别降低了41%、41%和43%,说明随着外源添加硼浓度的增加,细胞壁以及细胞壁铁的解析作用也愈加明显。通过对植株不同部位总铁含量以及铁运输相关基因表达量分析后发现,只有在添加1000 μmol/L H3BO3时缺铁胁迫下铁运输相关的3个基因才能受到显著诱导,具体表现为:与不加硼相比,1000 μmol/L H3BO3处理后AtFRD3AtYSL2AtNAS1 3个基因的表达量分别上调了1.44、1.15和0.75倍,并且伴随着植株体内总铁含量的升高;而100 μmol/L H3BO3浓度处理对铁相关基因的表达以及总铁含量的积累影响不大。最后,通过对根系内源NO含量的检测分析显示,硼可以影响内源NO的代谢,且外源施加硼后根系NO含量是不施加硼时的1.5倍,暗示信号分子NO可能参与这一过程。结论硼主要是通过改变细胞壁中的半纤维素含量和半纤维素上结合的铁含量来增加拟南芥根系细胞壁铁的释放,进而提高植株体内有效铁的含量,促进植株在缺铁的条件下正常生长。在缺铁的条件下,外源添加硼 (1000 μmol/L H3BO3) 可以通过促进拟南芥植株体内铁的再利用机制来缓解植物缺铁症状,而添加100 μmol/L H3BO3则对植株体内铁的再分配过程影响不大。
无机硒肥对土壤有效氮含量及菠菜品质的影响
史雅静, 史雅娟, 王玉荣, 王慧敏, 秦礼凯
2019, 25(2): 274-283. doi: 10.11674/zwyf.18347
摘要:
目的研究不同浓度亚硒酸钠 (Na2SeO3) 对土壤脲酶活性、铵态氮 (NH4+-N) 和硝态氮 (NO3-N) 含量及菠菜品质的影响,综合分析Na2SeO3在土壤−根部−作物之间被吸收、转运、转化的可能路径,为生物强化生产富硒农产品及调控硒的安全水平提供参考。方法进行连续42天盆栽试验,共设置4个处理,每千克土施Na2SeO3 0 (对照)、1、10、30 mg,分别于定植后的14、28、42天测定菠菜叶可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、硝酸盐含量,并测定土壤铵态氮、硝态氮含量及土壤脲酶活性等指标。结果在菠菜生长期间,≤ 10 mg/kg Na2SeO3处理可使土壤脲酶活性表现为先被激活后减弱至对照水平,土壤硝态氮含量也表现出相同的变化趋势,但铵态氮变化趋势正好相反;30 mg/kg Na2SeO3处理对土壤脲酶活性没有明显的影响,在整个培养时期与对照水平相当,土壤NH4+-N含量后期明显减少,转化成的NO3-N含量明显增加,有利于菠菜吸收利用。同等Na2SeO3添加量条件下,Na2SeO3对三个取样时间菠菜叶的硝酸盐、维生素C (Vc)、可溶性蛋白、可溶性糖含量影响各异。1 mg/kg Na2SeO3处理组可使菠菜叶的硝酸盐含量明显增加,Vc含量先增后减,可溶性蛋白含量减少,可溶性糖含量没有变化;10 mg/kg处理组可使菠菜叶中的硝酸盐、可溶性糖含量表现为先增后减,Vc含量、可溶性蛋白含量均有不同程度增加;30 mg/kg处理组可使菠菜叶的硝酸盐含量先增后减,可溶性蛋白、可溶性糖含量减少,Vc含量没有变化。结论不同浓度亚硒酸钠对土壤有效氮及菠菜品质有不同程度的影响。富硒作物生产中无机硒肥施用量要综合考虑硒在作物体内的转化率及硒对作物品质影响的各项因素而确定。
合理密植对不同株型烤烟冠层结构及光合生产特性的影响
沈杰, 王昌全, 何玉亭, 李斌, 徐传涛, 蔡艳, 李冰, 李启权, 杜宣延
2019, 25(2): 284-295. doi: 10.11674/zwyf.18076
摘要:
目的研究不同耐密性烤烟对密植的综合响应,为鉴选耐密品种及烤烟合理密植提供理论参考。方法采用两因素裂区试验设计,以云烟97 (塔形,低耐密)、NC71 (腰鼓形,中等耐密)、K326 (筒形,高耐密) 3类株型烤烟为主区,4个种植密度 (13890、15150、16660、18510株/hm2) 为裂区,阐明不同株型烤烟农艺性状、冠层结构、物质积累、产量及构成对密植的响应规律。结果密植条件下 (15150、16660、18510株/hm2),烤烟株高显著增加,最大叶叶位明显下降,并逐渐表现为“高瘦”形态。品种因素对株高和最大叶叶位影响显著,不同品种间茎围无显著差异。随种植密度的增加,烤烟群体叶面积系数 (LAI) 呈增加趋势,尤其是耐密品种NC71和K326的LAI显著增加,不同密度间K326品种LAI空间分布变异最低。密植主要通过提高群体干物质生产力 (单位面积有效叶片数) 弥补单株生产力 (上中等烟率、单叶重) 的不足,从而获得结构性增产。云烟97品种群体产量以16660株/hm2时最高,平均较对照 (13890株/hm2) 显著增加15.51%;NC71品种群体产量以16660株/hm2和18510株/hm2间无明显差异,较对照分别显著增加17.61%和19.37%;K326密植效应最大,以18510株/hm2群体产量最高,比对照提高24.51%。成熟期云烟97单株干物质在15150株/hm2后持续下降,降幅范围为8.41%~21.08%,NC71和K326品种则在密度为16660株/hm2时有显著降低。合理密植可发挥烤烟群体结构性增产潜力,紧凑品种 (NC71、K326) 的高耐密性表现为个体生理对密植响应迟钝,从而获得功能性增产。结论合理密植可充分发挥烤烟群体结构性增产潜力,不同品种耐密性差异主要表现为个体功能对密植响应的迟钝性强弱,本试验条件下,K326、NC71、云烟97品种密植分别为18510株/hm2、16660株/hm2、15150~16660株/hm2时,可实现烤烟群体结构和个体功能平衡。
基于红边位置的马铃薯植株氮浓度估测方法研究
高兴, 李斐, 杨海波, 黄绍福, 张加康, 苗杰, 黄伟杰
2019, 25(2): 296-310. doi: 10.11674/zwyf.18058
摘要:
目的高光谱遥感技术可以用于植被生长状况的监测和研究光谱与植被理化性质间的关系。红边位置是与作物氮素营养关系较为密切的光谱参数,常用于作物叶绿素或氮素的含量监测,监测参数以及数据的计算都影响着该方法的准确性和实用性。为此,本研究优化了红边位置方法的参数,比较了六种方法对所得马铃薯氮浓度预测数据的翻译的准确性和精确度。方法于2014—2016年在内蒙古阴山北麓,进行了三个马铃薯品种、不同施氮量的田间试验。在马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期和收获期,使用红边位置获取了马铃薯冠层反射光谱,采用六种方法计算了该数据翻译的马铃薯地上部氮浓度,并分别与实测值进行了相关性分析。结果马铃薯生育后期一阶导数光谱中双峰现象较为明显。不同生育时期中苗期由于受到噪声光谱的影响氮浓度,与红边位置相关性较差,块茎形成期至淀粉积累期的氮浓度与红边位置相关性较高,其中块茎膨大期相关性最高。最大一阶导数法和拉格朗日内插法所得红边位置无连续性;线性外推法所得红边位置变幅与标准差最高,最大分别可达到44.6和9.3;多项式拟合法次之,变幅和标准差分别为15.1和2.6;倒高斯拟合法和线性四点内插法的变幅和标准差较小。在六种方法所得红边位置与马铃薯地上部氮浓度的预测模型中,线性外推法决定系数最高 (R2 = 0.55),预测值与观测值相关性最好 (R2 = 0.44,RMSE = 3.96 g/kg,RE = 11.46%);倒高斯拟合法与多项式拟合法模型决定系数相近,R2均在0.40左右,倒高斯拟合法对氮浓度的预测能力更高一些 (R2 = 0.31,RMSE = 4.33 g/kg, RE = 12.03%)。结论红边位置能够对块茎形成期至淀粉积累期的植株氮浓度进行诊断,花期红边位置有轻微的饱和现象,但并不影响整体的预测,在花期和块茎膨大期采集光谱时需要注意传感器与植物冠层的距离,保证采集数据的准确性。线性外推法是最适合马铃薯冠层光谱的红边位置计算方法,所得红边位置变幅大,对马铃薯地上部氮浓度的变化较为敏感,回归模型决定系数和预测精度也最高,而且对于高氮浓度处的饱和现象有较好的缓解作用。
三元非结构肥效模型提高水稻施肥推荐的可靠性
李娟, 章明清, 章赞德, 许文江, 姚宝全
2019, 25(2): 311-320. doi: 10.11674/zwyf.18104
摘要:
目的针对三元二次多项式肥效模型的设定偏误和多重共线性危害导致建模成功率低的问题,研发三元非结构肥效模型,扩大模型适用性。 方法在福建省平和县和仙游县选择了13个水稻氮磷钾田间肥效试验结果作为研究案例。田间试验均采用“3414”设计方案,即:1) N0P0K0;2) N0P2K2;3) N1P2K2;4) N2P0K2;5) N2P1K2;6) N2P2K2;7) N2P3K2;8) N2P2K0;9) N2P2K1;10) N2P2K3;11) N3P2K2;12) N1P1K2;13) N1P2K1;14) N2P1K1。其中,“2”水平为试验前当地氮磷钾推荐施肥量,“0”水平表示不施肥,“1”水平和“3”水平的施肥量分别为“2”水平的50%和150%。在一元非结构肥效模型基础上,利用氮磷钾田间肥效试验结果,在每个试验点分别构建了三元二次多项式肥效模型和三元非结构肥效模型。利用已有的668个水稻“3414”田间试验结果,比较验证了两种模型的拟合效果和推荐施肥量的可靠性。 结果在构建的13个三元二次多项式肥效模型中,有2个模型的结果未达到统计显著水平,3个肥效模型属于非典型式,而构建的13个三元非结构肥效模型均得到了典型式。通过668个水稻氮磷钾田间肥效试验结果验证表明,三元二次多项式肥效模型未能通过显著性检验的比例达到30.1%,而三元非结构肥效模型未能通过的比例下降到23.4%。在推荐施肥量外推的非典型式中,三元二次多项式肥效模型的比例为4.0%,而三元非结构肥效模型则提高到30.7%。在系数符号不合理和无最高产量点的两种非典型式类型中,三元二次多项式肥效模型的比例分别达到32.3%和14.4%,而三元非结构肥效模型则分别降低到6.9%和0。三元二次多项式肥效模型的典型式比例仅为19.5%,而三元非结构肥效模型典型式比例则提高到39.1%,是前者的2.0倍,明显提高了田间试验结果的建模成功率。 结论大样本田间试验充分证明,相比三元二次多项式肥效模型,采用三元非结构肥效模型进行早、中、晚稻推荐施肥,提高了建模的成功效率和模型的实用性,是可靠性更高的模型。
专题评述
根际微生物群落介导植物磷胁迫应答与免疫调控的整合机制
贾利华, 王鑫, 张蕊, 林德立, 邱睿, 邢国珍, 刘娜, 郑文明
2019, 25(2): 321-327. doi: 10.11674/zwyf.17441
摘要:
植物与土壤微生物的长期互作过程中,逐渐演化形成了植物−微生物相互适应的协同调控机制。植物种类和根系分泌物可以影响根际微生物的群落结构,而根际微生物群落反过来也可以影响植物对土壤环境中生物和非生物胁迫的响应。植物磷饥饿 (耐低磷) 响应机制和抗病 (免疫) 机制研究在农业生产上都具有十分重要的意义。近年来的研究表明,植物根际微生物可以介导植物对营养物质识别 (饥饿响应) 和病原防御系统 (免疫) 分子机制的整合调控。本文综述了本领域研究的最新进展,详细解析了植物体内磷胁迫调控与免疫调控两个重要网络在根际微生物群落影响下发生的整合调控,探讨了植物体内分子应答与根际生态的互作机制,对开展作物耐低磷及抗病机制的研究和应用都具有重要意义。
研究简报
多效唑和三碘苯甲酸对大叶黄杨根系和叶片氮积累的影响
韩丛蔚, 徐程扬
2019, 25(2): 328-336. doi: 10.11674/zwyf.18043
摘要:
目的多效唑 (PP333) 和三碘苯甲酸 (TIBA) 是植物生长延缓剂,因其对植株矮化的显著效果,广泛应用于绿篱植物的化学修剪中,本研究使用此两种激素对苗木进行叶面喷施,探讨其对大叶黄杨根系和叶片氮代谢的影响。方法以三年生扦插大叶黄杨 (Buxus megistophylla) 苗为试验材料,在北京林业大学实验林场苗圃地内进行了叶面喷施田间试验。采用双因素随机区组设计,设置PP333 0、20、50、80 mg/L 四个浓度水平,TIBA为0、50、100 mg/L 三个浓度水平,共12个处理组合。自2017年4月5日起,每隔25天在每个小区喷施1 L备好的溶液。第三次喷施25天后取扦插苗全株样,分别测定了根系、叶片全氮、硝态氮、游离氨基酸含量以及叶片可溶性蛋白和光合色素含量。结果1) 单施高浓度PP333对细、中根全氮、硝态氮和游离氨基酸含量有显著提升作用,而单施TIBA仅对细根全氮、硝态氮和游离氨基酸含量有显著影响。PP333和TIBA及二者的交互效应对大叶黄杨细根的全氮、硝态氮和游离氨基酸含量均有极显著提升作用。2) PP333、TIBA及其交互作用均能极显著促进叶片全氮、可溶性蛋白含量和光合色素含量提升,50或80 mg/L PP333能够促进游离氨基酸含量提升,且仅在80 mg/L时对硝态氮含量有显著影响。3) PP333对不同径级根系全氮、游离氨基酸、硝态氮以及叶片全氮、硝态氮、游离氨基酸、可溶性蛋白和光合色素含量的促进作用较TIBA更为显著。结论PP333和TIBA对大叶黄杨氮代谢有显著影响,且相对于TIBA, PP333更能影响大叶黄杨氮的生理代谢过程。在生产应用中,80 mg/L PP333与100 mg/L TIBA结合喷施会加速根系中细根的氮代谢过程,并对叶片中蛋白质和光合色素的提升有显著促进作用,单施80 mg/L PP333显著促进叶片硝态氮和游离氨基酸的含量。
三种不同聚合度组成的聚磷酸铵对玉米苗期生长的影响
陈小娟, 杨依彬, 龚林, 张承林
2019, 25(2): 337-342. doi: 10.11674/zwyf.18023
摘要:
目的了解不同聚合度组成的聚磷酸铵(APP)作种肥对玉米苗期生长的影响。方法以磷酸一铵 (简称MAP) 作对照,比较了3种APP [(简称APP1,低中聚成分为主)、APP2 (中高聚成分为主)、APP3 (低中高聚成分均匀分布)]及APP与MAP配施 (APP∶MAP = 1∶1,P2O5质量比) 在砖红壤上作玉米种肥的效果。试验设置了CK (不施磷肥)、MAP、APP1、APP2、APP3、APP1∶MAP、APP2∶MAP和APP3∶MAP共8个处理。播种40 d后,收取玉米苗期植株,采集土壤样品,分别测定玉米植株株高、茎粗、地上和地下部干重、土壤全磷及有效磷含量、植株磷吸收量和磷利用率等指标。结果不同聚合度组成APP对玉米苗期生长具有显著影响。单独施用APP时,以APP3的肥效最好,MAP和APP1居中,APP2最差。APP3可以稳定供磷,玉米株高、干重、磷吸收量均最高,表明聚合度组成均匀分布的APP作种肥效果最佳。与单独施用APP相比,APP配施MAP后,显著提高玉米生物产量和磷吸收量,其中以APP3配施MAP效果最好,与MAP相比,APP3∶MAP处理的干物质量和磷利用率分别提高了21.3%、81.6%。结论APP作为种肥施用时,聚合度组成会显著影响肥效,以聚合度组成分布均匀的APP效果最佳。此外,配施MAP对中高聚APP的肥效有显著的促进作用。
饱和D-最优设计在高蛋白大豆施肥优化中的应用
田艺心, 高凤菊, 曹鹏鹏
2019, 25(2): 343-350. doi: 10.11674/zwyf.18063
摘要:
目的高蛋白大豆生产是我国农业供给侧改革发展的一个重点产业,合理施肥是实现高蛋白大豆生产的一个必要环节。利用饱和D-最优设计对黄淮海地区高蛋白大豆氮、磷、钾肥施用量进行研究,旨在为高蛋白大豆生产中的肥料配施提供理论依据和参考。方法以高蛋白大豆冀豆21为试验材料,采用氮、磷、钾三因素二次饱和D-最优设计,每个因素分别设10个处理,每个处理3次重复,共计30个小区,随机区组排列。各处理肥料均在大豆开花期分批次施用,成熟后测定大豆产量及籽粒蛋白质含量。结果建立了以氮、磷、钾施用量编码值为变量因子,高蛋白大豆产量和蛋白质含量为目标函数的三元二次多项式数学模式。通过对模型解析寻优表明,氮、磷、钾肥对高蛋白大豆和蛋白质含量均有显著影响,且氮肥 > 钾肥 > 磷肥;当氮、磷、钾肥用量分别为95.46、183.8和128.7 kg/hm2时,边际产量效应值为0,当氮、磷、钾肥分别为120.8、178.4和141.3 kg/hm2时,边际蛋白质含量效应值为0。氮磷、氮钾、磷钾对高蛋白大豆产量和蛋白质含量存在明显的交互作用。本试验条件下,大豆产量超过3104 kg/hm2,籽粒蛋白质含量46.04%以上的施肥方案为施氮量76.13~101.1 kg/hm2,施磷量131.1~168.5 kg/hm2,施钾量104.9~134.8 kg/hm2结论利用饱和D建立的肥料函数模型可以很好的说明氮、磷、钾施肥与大豆产量、蛋白质含量的连续变化关系和氮、磷、钾间的互作效应,适量的氮肥、磷肥、钾肥可有效提高高蛋白大豆产量和蛋白质含量。供试条件下,最佳肥料配比是N 76.1~101.1 kg/hm2、P 131.1~168.5 kg/hm2、K 104.9~134.8 kg/hm2