• ISSN 1008-505X
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2020年  26卷  第11期

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2020-11期封面+目录
2020, (11): 1-5.
摘要:
硅促进盐胁迫下黄瓜NHX1基因表达及Na+在液泡中的区隔化效应
缑天韵, 苏艳, 陈馨航, 朱永兴, 宫海军
2020, 26(11): 1923-1934. doi: 10.11674/zwyf.20160
摘要:
  【目的】   硅可提高植物的耐盐性,但不同植物中硅提高耐盐性的机理并不相同。探究硅对盐胁迫下黄瓜幼苗的氧化损伤、Na+积累和激素水平的影响,以阐明硅提高黄瓜耐盐性的机制。   【方法】   以基因型为Mch-4的黄瓜幼苗为试材,进行水培试验。营养液中NaCl的胁迫浓度为65 mmol/L,施硅水平为Na2SiO3·9H2O 0.3 mmol/L。在处理10天后,测定黄瓜幼苗生物量、Na+含量与分配、Na+转运相关基因表达水平及激素含量。   【结果】   施硅可改善盐胁迫下黄瓜幼苗的生长,减轻植株的氧化损伤。硅对盐胁迫下黄瓜根系和叶片Na+含量无明显影响,可显著降低根和叶中质膜Na+/H+反向转运蛋白基因SOS1的表达量,对高亲和力钾转运蛋白基因HKT1的表达均影响不大,但促进了液泡膜Na+/H+反向转运蛋白基因NHX1的表达。对盐胁迫下黄瓜叶片Na+的亚细胞定位发现,硅处理使叶绿体中Na+含量下降,而液泡中Na+含量升高。硅处理提高了盐胁迫植株根和叶片中赤霉素、生长素和细胞分裂素的水平。   【结论】   施硅可提高液泡膜Na+/H+反向转运蛋白基因NHX1的表达,将Na+区隔化于液泡中,进而降低叶绿体中的Na+含量,缓解盐胁迫下黄瓜幼苗的氧化损伤;硅还诱导产生了较多的赤霉素、生长素和细胞分裂素,其调控Na+积累和黄瓜幼苗的氧化损伤的机理还需进一步研究。
盐胁迫下添加外源硅提高水稻抗氧化酶活性与钠钾平衡相关基因表达
闫国超, 樊小平, 谭礼, 尹昌, 梁永超
2020, 26(11): 1935-1943. doi: 10.11674/zwyf.20154
摘要:
  【目的】  盐胁迫是影响全球作物生长的主要非生物胁迫之一,添加外源硅可有效提高植物对盐胁迫的抗性。本研究通过水培试验,分析硅对盐胁迫下水稻生长、光合系统、钠钾含量、抗氧化酶活性和钠钾平衡关键基因表达量的影响,以探究硅缓解水稻盐胁迫的机制。  【方法】  供试材料为日本晴水稻 (Oryza sativa L. cv. Nipponbare),设置NaCl 0 (CK)、50 (Na1) 和100 mmol/L (Na2) 3个盐胁迫浓度与Na2SiO3 0 (Si0)、0.5 (Si1) 和1.5 mmol/L (Si2) 3个硅浓度,共9个处理。处理5天后,测定水稻长度与生物量、光合与蒸腾速率、氧化伤害、钠钾含量。结果表明,在100 mmol/L NaCl与1.5 mmol/L硅处理下,硅盐互作效果最显著,据此进一步测定了该处理下水稻的抗氧化酶活性与钠钾转运关键基因表达量。  【结果】  盐胁迫显著降低了水稻地上部与地下部的长度与干重,同时显著降低了光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量,并明显促进丙二醛的累积。盐胁迫下,外源硅显著增加了水稻地上部高度与干重,但对地下部长度与干重无显著影响;盐胁迫下添加硅显著提高了叶片光合速率和叶绿素含量,显著降低了丙二醛含量,但对蒸腾速率无显著影响。盐胁迫均引起地上部与地下部钠含量显著上升与钾含量显著下降,盐胁迫下添加外源硅可显著降低地上部钠含量,但是对钾含量没有显著影响,并且硅对根系钠钾含量均无显著影响。总体而言,100 mmol/L NaCl处理在水稻中造成的生长抑制、氧化伤害与钠钾失衡等胁迫伤害比50 mmol/L NaCl处理更为严重,而添加1.5 mmol/L的硅对盐胁迫的缓解效果优于添加0.5 mmol/L的硅。在100 mmol/L NaCl处理下,添加1.5 mmol/L的硅显著提高了SOD、CAT、APX的活性,但是对POD的活性无显著影响;同时,添加1.5 mmol/L硅显著提高了盐胁迫下水稻钾吸收基因 (OsHAK1OsHAK7OsHAK11OsHAK12)、钠外排基因 (OsSOS1) 与钠区隔化基因 (OsNHX1OsNHX3OsNHX5) 的表达。  【结论】  营养液中添加1.5 mmol/L的硅比0.5 mmol/L的硅对盐胁迫下水稻的生长、光合系统和离子平衡调控效果更好,能更有效地缓解水稻盐胁迫。硅可通过调控SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性与钾吸收、钠外排和钠区隔化等钠钾平衡关键基因的表达,从而缓解水稻盐胁迫。
硝态氮抑制尖孢镰刀菌侵染促进黄瓜生长的内在生理机制
王敏, 周犇, 曾吉兴, 王瑞瑞, 朱林星, 沈其荣, 郭世伟
2020, 26(11): 1944-1952. doi: 10.11674/zwyf.20204
摘要:
  【目的】  连作障碍严重影响设施农业的发展。不同形态氮素可影响黄瓜土传枯萎病的发生,然而其内在生理机制尚不明确。通过氮素营养调控植物–微生物互作关系,为防控土传病害的发生提供理论依据。  【方法】  以黄瓜品种津春2号和尖孢镰刀菌黄瓜专化型菌 (FOC) 为试材,进行温室营养液培养试验。设营养液中添加铵态氮不接菌 (A)、硝态氮不接菌 (N)、铵态氮接菌 (AI) 和硝态氮接菌 (NI) 共4个处理。尖孢镰刀菌侵染8天后进行植株样品的采集及测定,包括株高、根长、生物量、病情指数、叶绿素含量、光合特性、叶片温度,并进行了叶肉细胞超微结构的观察,测定了植物全氮、可溶性蛋白及可溶性糖含量。  【结果】  与铵态氮相比,硝态氮营养显著抑制了黄瓜植株枯萎病的发病率,并显著促进了植株的生长以及植株生物量的增加。未接菌条件下,供应铵态氮的植株光合速率、气孔导度、蒸腾速率、羧化效率及表观量子效率均显著高于供应硝态氮的植株;尖孢镰刀菌的侵染导致供应铵态氮的植株叶绿体结构受损,显著降低了其光合速率、气孔导度、蒸腾速率、细胞间隙CO2浓度、羧化效率及表观量子效率,而病原菌侵染对供应硝态氮的植株叶片光合特性无显著影响。未接菌条件下,供应铵态氮的植株叶片温度及水分利用效率显著低于供应硝态氮的植株;尖孢镰刀菌侵染后,供应铵态氮的植株叶片温度及水分利用率显著增加,而病原菌侵染对供应硝态氮的植株无显著影响。叶片温度与蒸腾速率呈显著负相关关系,而与水分利用率呈显著正相关关系。供应铵态氮的植株根系全氮、可溶性蛋白及可溶性糖含量均显著高于供应硝态氮的植株,从而促进病原菌对供应铵态氮的植株的侵染。尖孢镰刀菌侵染后,供应铵态氮的植株根系可溶性蛋白含量显著增加,可溶性糖含量降低,而尖孢镰刀菌侵染对供应硝态氮的植株可溶性蛋白及可溶性糖含量无显著影响。  【结论】  硝态氮能够有效地抑制黄瓜枯萎病的发生,维持叶绿体结构的完整性,保持黄瓜植株正常的光合作用及生长,并减少碳水化合物向根系的运输,从而抑制病原菌的侵染及病害的发生。在黄瓜的设施栽培中,可适当增加硝态氮肥的施用而减少铵态氮肥的投入,以抑制土传枯萎病发生。
氮素有机替代对东北黑土区土壤微生物碳磷资源限制的影响
崔继文, 徐新朋, 何萍, 周卫, 朱平
2020, 26(11): 1953-1966. doi: 10.11674/zwyf.20317
摘要:
  【目的】  土壤微生物数量和结构普遍受到碳 (C),氮 (N)、磷 (P)等养分有效性的影响,研究不同施肥措施对东北黑土区土壤理化性质、微生物量和酶活性的影响,深入了解土壤微生物养分资源限制状况及其变化规律,为提高土壤生物肥力提供理论依据。  【方法】  试验设在黑龙江省哈尔滨市,土壤类型为黑土,种植制度为玉米单作。试验开始于2019年,共设9个处理:不施肥 (CK)、习惯施肥 (FP)、推荐施肥 (OPT)、推荐施肥不施氮 (–N);有机氮替代推荐施氮量的10% (M1)、20% (M2)、30% (M3)、40% (M4) 和50% (M5)。玉米收获后,采集0—20 cm土壤样品,测定土壤含水量、pH、有机质、全氮、速效磷、速效钾、可溶性有机碳、可溶性有机氮、微生物量碳、微生物量氮和4种土壤酶 (酸性磷酸酶、β-D-葡萄糖苷酶、L-亮氨酸氨基肽酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶) 活性。  【结果】  与OPT处理相比,有机氮替代化肥氮处理提高了土壤速效养分含量 (可溶性有机碳、有效磷、速效钾) 和微生物量 (微生物量碳、微生物量氮),其中可溶性有机碳、有效磷和速效钾的含量随替代比例的增加分别增加了15.5%~46.6%、1.4%~18.5%和2.4%~18.8%;MBC和MBN的含量随有机替代比例的增加分别增加了1.4%~19.9%和0.04%~22.7%。PCA分析显示出CK、化肥处理 (FP、OPT、–N) 和有机氮替代化肥氮处理 (M1、M2、M3、M4、M5) 下的土壤酶活性具有显著差异;RDA分析进一步表明有效磷 (F = 14.1,P = 0.002) 是影响酶活性变化的主要理化因子,解释了不同处理间酶活性差异的36.1%。酶化学计量散点图显示出试验点的土壤微生物均受到磷的限制,FP处理下的土壤微生物还受到碳的限制。此外,与CK相比,有机氮替代化肥氮显著提高了β-D-葡萄糖苷酶与酸性磷酸酶的比值,但是矢量角度在不同有机替代处理间并无显著差异。  【结论】  在本试验区中,未施肥处理下土壤微生物受到碳和磷的共同限制,习惯施肥和优化施肥均会加剧微生物的碳限制。有机氮替代化肥氮可以显著提高土壤的养分含量与生物肥力,解除土壤微生物的碳限制,并显著减轻土壤微生物的磷限制。但是磷限制的减轻效果并未随有机氮替代化肥氮比例的增加而显著增加,考虑到有机肥养分释放较为缓慢,具体的有机替代比例还需开展长期试验。
生物炭对酸化茶园土壤性状和细菌群落结构的影响
王义祥, 黄家庆, 叶菁, 李艳春, 林怡, 刘岑薇
2020, 26(11): 1967-1977. doi: 10.11674/zwyf.20237
摘要:
  【目的】   生物炭作为一种高效、绿色、多功能的土壤调理剂受到了广泛关注,但生物炭对酸化茶园土壤改良的长期效应还缺乏了解。研究施用生物炭5年后对茶园土壤性状和细菌群落结构的影响,为生物炭在酸化土壤改良上的合理应用提供科学依据。   【方法】   茶园生物炭田间试验在福建安溪县进行,茶园种植年限超过7年,茶树品种为铁观音,土壤为黄壤 。试验设生物炭施用量0、2.5、5、10、20和40 t/hm2共6个水平,一次施入土壤,5年后调查了茶园土壤pH、电导率 (EC)、可溶性有机碳含量、细菌群落结构变化及它们间的相关关系。   【结果】   施用生物炭5年后,茶园土壤pH提高了0.16~1.11个单位,可溶性有机碳含量提高了52.6%~92.3%,EC值降低了1.85%~47.77%,其中施用10~40 t/hm2生物炭处理的pH值均显著高于0~5 t/hm2处理。施用生物炭5年对土壤性质的改变,进一步影响了细菌群落结构,细菌群落Chao指数、ACE指数表现为随生物炭施用量增加而增加得趋势,Shannon指数呈现先增加后降低的趋势。施用生物炭促进了适宜酸中性或弱碱性环境的节杆菌属、硝化螺旋菌属、黄色杆菌科细菌相对丰度的增加,降低了嗜酸性细菌如酸杆菌属细菌的相对丰度。细菌群落结构与环境因子的关联分析表明,施用0~10 t/hm2生物炭处理细菌群落结构受pH、EC环境因子的影响较大;施用20~40 t/hm2生物炭处理细菌群落结构受土壤可溶性有机碳等环境因子的影响较大;其中硝化螺旋菌属、α-变形菌门、酸杆菌属、康奈斯氏杆菌属等的相对丰度与土壤pH、EC值间具有显著相关性。   【结论】   在酸化茶园施用生物炭5年后,土壤pH、EC和可溶性有机碳含量发生了显著变化,增加了细菌群落多样性指数,且适宜酸中性或弱碱性环境的细菌丰度增加,嗜酸性细菌丰度降低;其中施用0~10 t/hm2生物炭的处理土壤pH、EC是显著影响细菌群落结构的环境因子,施用20~40 t/hm2生物炭的处理土壤可溶性有机碳含量是显著影响细菌群落结构的环境因子。
秸秆和生物炭还田对棕壤团聚体分布及有机碳含量的影响
高鸣慧, 李娜, 彭靖, 陈坤, 高天一, 韩晓日
2020, 26(11): 1978-1986. doi: 10.11674/zwyf.20104
摘要:
  【目的】  比较长期秸秆和生物炭还田后土壤团聚体的变化与差异,旨在探索棕壤适宜的改良方法。  【方法】  在辽宁沈阳棕壤上连续进行了6年的田间定位微区试验,种植制度为玉米连作,试验共设6个处理:不施肥 (CK)、单施氮磷钾 (NPK)、单施生物炭 (B)、生物炭与氮磷钾配施 (BNPK)、单施秸秆 (S)、秸秆与氮磷钾配施 (SNPK)。在玉米收获后,采集0—20和20—40 cm两土层土壤样品,采用Yoder湿筛法进行了团聚体分级和测定。  【结果】  与NPK相比,BNPK和SNPK处理显著提高了0—20和20—40 cm土层 > 1 mm、1~0.5 mm和 0.25~0.5 mm粒级团聚体含量占比,降低了0.25~0.053 mm粒级团聚体含量占比,SNPK处理提高大团聚体含量占比的效果显著高于BNPK。与NPK处理相比,BNPK和SNPK处理显著增加了团聚体平均重量直径 (MWD)、几何平均直径 (GMD) 和0.25 mm粒级团聚体含量 (R0.25),即增加了团聚体的稳定性,SNPK处理的团聚体MWD和GMD值又显著高于BNPK,R0.25值两处理间无显著差异 (0—20 cm土层)。随团聚体粒级减小,不同粒级团聚体有机碳含量随之减少,以 > 1 mm粒级团聚体有机碳含量最高。与CK相比,各施肥处理均增加了各粒级团聚体有机碳含量,BNPK处理对0—20 cm土层0.25~0.053 mm粒级团聚体有机碳含量影响最显著,有机碳含量增加了44.57%。  【结论】  长期秸秆和生物炭还田能够改变土壤团聚体的分布,有利于大团聚体的形成和土壤结构改善,可提高土壤团聚体有机碳含量和团聚体稳定性,增加作物产量;秸秆直接还田提高团聚体稳定性的效果优于生物炭还田,生物炭还田提高团聚体有机碳的效果方面优于秸秆直接还田。
河套灌区春灌结合秸秆隔层对盐碱土壤温度的调控效果
常芳弟, 王国丽, 张晓丽, 张宏媛, 宋佳珅, 卢闯, 逄焕成, 冀宏杰, 李玉义
2020, 26(11): 1987-1997. doi: 10.11674/zwyf.20200
摘要:
  【目的】  对内蒙古河套灌区向日葵生长季土壤温度进行连续监测,从土壤温度变化的角度对春灌结合秸秆隔层措施进行了科学评价。  【方法】  田间微区定位试验在内蒙古五原县进行,供试作物为食用向日葵 (Helianthus annuus L.),品种为JK601 (2016—2017年) 和HT361 (2018年)。以无秸秆隔层+常规春灌量2250 m3/hm2为对照 (CK),其他处理均采用秸秆隔层,灌水量为对照的100% (W100)、90% (W90)、80% (W80)。秸秆隔层一次性布置,之后连续3年,用5TE-传感器测定食葵生育期膜内距地表下10、20、30和40 cm处土壤水分、电导率、温度。在食葵收获期,调查产量和产量构成因素。  【结果】  与CK相比,W100处理0—40 cm土层土壤温度在食葵生育时期均表现出增温效果,但增温幅度随着试验年份的增加而降低,其中在2016年食葵蕾期、花期和成熟期显著增温0.7℃~1.8℃,2017年食葵苗期、蕾期和花期生长阶段显著增温0.6℃~1.7℃ (P < 0.05),而在2018年两处理间土壤温度无显著差异。W100处理0—40 cm土层土壤温度在食葵苗期和蕾期最高,与W90和W80处理相比,3年平均提高了0.3℃~0.4℃和0.2℃~0.5℃;而在食葵花期和成熟期表现为W80处理的土壤温度最高,与W100和W90处理相比,3年平均提高了0.8℃~1.0℃和0.5℃~1.0℃ (P < 0.05)。相较于CK处理,W100处理和W90处理均能增加食葵产量。其中,W100处理在3年分别增产34.63%、18.83%和6.57%,W90处理分别增产30.42%、15.91%和0.64%。  【结论】  综合比较土壤温度调控、节约水资源、作物产量,在当地常规春灌基础上减少10%灌水量结合秸秆隔层处理 (W90) 是较优方案。秸秆隔层处理对土壤温度的调控效果在前两年较为显著,因此,应考虑每两年进行一次隔层处理,以保证该措施对土壤温度调控的有效性。
近30年扬州市耕地土壤肥力变异特征及其驱动因素分析
毛伟, 李文西, 陈明, 龚鑫鑫, 高晖, 张月平, 褚宏远, 赵海涛, 柏彦超, 钱晓晴
2020, 26(11): 1998-2009. doi: 10.11674/zwyf.20205
摘要:
  【目的】   揭示耕地土壤肥力变异特征及其影响因素,以指导长江中下游粮食主产区农业生产与耕地保育。   【方法】   江苏省扬州市是长江中下游粮食主产区的典型区域,选取扬州市1984年与2014年土壤pH、全氮、有效磷、速效钾和有机质作为土壤综合肥力评价指标,采用内梅罗指数法计算土壤综合肥力指数,采用GIS和地统计学相结合的方法,确定各项肥力指标和综合肥力指数的时空变异特征和分布格局,通过回归分析探究土壤肥力差异的主控因素。   【结果】   1) 30年间 (1984—2014年) 长江中下游粮食主产区耕层土壤有机质、全氮和有效磷含量分别增加了6.01 g/kg、0.33 g/kg和21.21 mg/kg,速效钾含量降低了9 mg/kg,土壤pH降低了0.77。土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量呈中等变异性,土壤pH呈弱变异性;2) 30年间耕地土壤肥力指数增加0.31,年度间稳定,呈中等变异性和中等空间自相关性,耕地土壤肥力水平上升明显。耕地土壤肥力等级1984年以Ⅲ级为主、占总耕地面积的73.27%,2014年以Ⅱ级为主、占比76.20%;3) 成土母质、土类、亚类、土壤质地、土地利用方式对长江中下游粮食主产区耕地土壤肥力变异达到极显著影响 (P < 0.01)。1984年和2014年土地利用方式能够独立解释53.9%和58.0%的耕地肥力演变差异,是长江中下游粮食主产区30年耕地土壤肥力变异最主要影响因素。   【结论】   长江中下游粮食主产区耕地土壤肥力总的呈增加趋势,肥力等级由1984年的以Ⅲ级为主,提升到2014年的以Ⅱ级为主。土地利用方式是长江中下游粮食主产区 (扬州市) 30年间耕地土壤肥力变异的最主要驱动因素。
长期化肥配施不同有机肥对土壤和玉米中重金属累积的影响
吴荣, 刘善江, 孙昊, 杜颖, 马良
2020, 26(11): 2010-2019. doi: 10.11674/zwyf.20194
摘要:
  【目的】  明确长期化肥配施有机肥对重金属元素在土壤和农作物籽粒、秸秆中积累的影响及其环境效应,为安全高效施肥提供科学依据。  【方法】  在北京市农林科学院新型肥料长期定位试验站进行了为期10年的田间试验,其种植模式为冬小麦–夏玉米轮作,试验处理为不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、氮磷钾 + 鸡粪堆肥的有机肥料 (NPKJF)、氮磷钾 + 污泥堆肥的有机肥料 (NPKWN)、氮磷钾 + 垃圾堆肥的有机肥料 (NPKLJ) 和氮磷钾 + 秸秆粉碎还田 (NPKJG) 共6个处理,施肥处理依据等氮量施肥原则,每季作物施 N 180 kg/hm2、P2O5 90.0 kg/hm2、K2O 90.0 kg/hm2。在玉米收获后测定了玉米秸秆、籽粒和0—20 cm耕层土壤中重金属全量。  【结果】  添加污泥处理显著提高了土壤中Cd、Hg、As、Cu、Zn的含量,单因子污染指数分别比对照提高了45.10%、150.00%、104.00%、44.60%、65.80%。不同施肥处理对土壤中全量Cd、Cr、Hg、Cu、Zn存在一定的富集效果。各处理重金属单项污染指数在0.02~0.46,远小于1,综合污染指数为0.23~0.36,均小于0.7,试验区土壤重金属均为无污染等级。施用有机废弃物堆肥的处理玉米籽粒Cd、Cu、Zn含量比对照显著增加,各处理间Hg、As、Cr、Pb、Ni含量差异不显著,连续10年定位施肥后试验站土壤以及玉米籽粒中重金属含量均未超标。同一作物不同部位对重金属的富集能力不同,玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤Pb、Cu、Zn含量存在正相关性,玉米秸秆中Cd、Hg、Cr、Ni含量与土壤中Cd、Hg、Cr、Ni含量呈正相关或者显著负相关。  【结论】  在施氮总量不变的前提下,连续施用供试有机堆肥10年后,土壤重金属含量均未超标,土壤重金属单项污染指数在0.02~0.46,综合污染指数为0.23~0.36,无污染风险。只有污泥堆肥需要加强土壤Cd的监测。玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤相应重金属含量存在正相关性,秸秆中Cd、Pb、Hg、Zn与Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈正相关,而秸秆中Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈负相关。
长期秸秆还田下基于东北水稻高产和钾素平衡的钾肥用量研究
侯云鹏, 刘志全, 尹彩侠, 孔丽丽, 李前, 张磊, 王立春, 徐新朋
2020, 26(11): 2020-2031. doi: 10.11674/zwyf.20328
摘要:
  【目的】  通过5年定位试验,系统研究东北稻区秸秆还田条件下不同钾肥用量对水稻产量、钾素利用率和土壤供钾能力的影响,为秸秆还田下水稻钾肥合理施用提供科学依据。  【方法】  于2015—2019年在东北水稻主产区吉林省前郭县开展田间定位试验。共设6个钾肥用量 (K2O) 处理,分别为0 (K0)、30 (K30)、60 (K60)、90 (K90)、120 (K120) 和150 kg/hm2 (K150),水稻收获后,测定籽粒产量与生物产量、植株钾含量及0—20和20—40 cm土层土壤速效钾、缓效钾和全钾含量,并计算作物钾积累量、钾素利用效率和土壤-作物系统的钾素表观平衡状况。  【结果】  施钾可提高水稻籽粒产量和生物产量,与不施钾相比,平均增幅依次为7.6%~14.5%、6.3%~10.9%,以K60和K90处理籽粒产量和生物产量最高。不同施钾处理间收获指数没有显著差异。钾素表观回收率、农学利用率和偏生产力均随钾肥用量的增加而下降。K60、K90、K120和K150处理0—40 cm土壤速效钾和缓效钾含量高于K0和K30处理,全钾含量6个处理间没有显著差异。K90、K120和K150处理0—40 cm土壤速效钾和缓效钾含量间也没有显著差异。在5年试验中,K0和K30处理土壤钾素表观平衡均表现为亏缺,K60处理农田钾素投入量和输出量基本平衡,当钾肥用量增加至90 kg/hm2以上,农田钾素表观平衡呈现盈余状态,并随钾肥用量的增加显著增加。盈余率与钾肥用量、籽粒产量、土壤速效钾含量、钾素利用效率分别进行拟合得出,当盈余率为0时,钾肥用量为53.1 kg/hm2,籽粒产量为10035 kg/hm2,0—20和20—40 cm土壤速效钾含量分别为103.04和91.56 mg/kg,钾素表观回收率为40.4%,钾素农学利用率为21.2 kg/kg,钾素偏生产力为202.2 kg/kg。  【结论】  在秸秆还田条件下,施用钾肥对水稻依然有明显增产效果。年施K2O 30 kg/hm2,土壤钾素处于亏缺状态;年施K2O 60 kg/hm2增产效果最好,且土壤钾素处于基本平衡状态,土壤速效钾和缓效钾含量处于稳定状态;年施K2O超过90 kg/hm2后,虽然钾盈余量增加,但对土壤速效钾和缓效钾含量没有进一步增加的效果,水稻产量甚至还有下降的趋势。以理论盈余率为0时钾肥用量的95%为置信区间,钾肥用量在50~56 kg/hm2范围内既可保证较高的水稻产量和钾素利用效率,又可维持土壤供钾能力,可作为东北稻区秸秆还田下水稻钾肥推荐用量。
近14年北方冬小麦肥料产量效应变化及优化施肥方案
贾可, 刘建玲, 沈兵
2020, 26(11): 2032-2042. doi: 10.11674/zwyf.20381
摘要:
  【目的】  通过分析近14年来北方冬小麦肥料产量效应的多点试验数据,明确北方冬小麦产量变化特征及肥料产量效应,为该区冬小麦养分管理和合理施肥提供科学依据。  【方法】  通过我国北方冬小麦区2002—2016年96个定位监测试验,研究小麦地力产量和肥料农学效率变化趋势;通过120个田间肥料效应的检验试验,研究不同时段和不同施肥水平时氮、磷、钾在冬小麦上的产量效应;以肥料农学效率变化和施肥产量效应为依据,通过24个田间试验对习惯施用的复合肥配方进行田间校验,提出相应的节肥增效建议。  【结果】  1) 2002—2016年间,北方冬小麦区的土壤供肥能力呈逐渐增加的趋势,其平均地力产量自2002年的4721 kg/hm2增加到2016年的5828 kg/hm2,年均增加1.6%。施肥能显著增加小麦产量,但施肥增产率从2005年后呈下降趋势,由2005年的30.9%下降至2016年的20.2%。2) 2002—2016年,肥料的农学效率呈下降趋势,由2002年的9.0 kg/kg下降至2010年的6.7 kg/kg,2010年后维持在6.3~6.7 kg/kg。3) 基于不同时段氮、磷、钾在冬小麦上的产量效应函数计算出经济施肥量,其中2002—2006年间,最高产量的N、P2O5、K2O施用量分别为180.5、107.4、55.9 kg/hm2;经济最佳用量分别为167.8、102.5、53.7 kg/hm2;经济合理用量 (R = 0.1) 分别为155.5、99.9、52.8 kg/hm2;2012—2016年间,最高产量的N、P2O5、K2O施用量分别为184.3、125.1、52.4 kg/hm2;经济最佳用量分别为171.7、118.5、48.6 kg/hm2;经济合理用量分别为159.2、114.9、47.0 kg/hm2;优化复合肥N–P2O5–K2O配方为16–20–8,比常规原配方减少氮磷钾总用量的12.0%。  【结论】  从2002年到2016年,北方冬小麦区土壤地力产量逐渐提高,虽然施肥仍有显著增产效果,但增产率和农学效率呈逐渐降低的趋势,2016年施肥增产率为20.2%,肥料农学效率维持在6.5 kg/kg。北方冬小麦N–P2O5–K2O优化配方为16–20–8,推荐施肥方案为:基肥该配方肥600 kg/hm2,追施氮69 kg/hm2
中低分子量腐殖酸提高冬小麦磷吸收和产量的机理
李伟, 袁亮, 张水勤, 林治安, 李燕婷, 赵秉强
2020, 26(11): 2043-2050. doi: 10.11674/zwyf.20121
摘要:
  【目的】  研究不同分子量腐殖酸与磷肥复合制备的腐殖酸磷肥对作物和土壤磷有效性的影响,为腐殖酸磷肥研发和磷素高效利用提供理论依据。  【方法】  利用超滤分级方法,将风化煤腐殖酸分子量分为 > 100 kDa、10~100 kDa和 < 10 kDa 3个部分,获得高 (HAH)、中 (HAM)、低 (HAL) 不同分子量的腐殖酸,采用磷酸与KOH反应法制备普通磷肥 (P)、未分级腐殖酸磷肥 (PHA)、高分子量腐殖酸磷肥 (PHAH)、中分子量腐殖酸磷肥 (PHAM) 和低分子量腐殖酸磷肥 (PHAL) 5种磷肥。采用深100 cm、内径25 cm的土柱进行冬小麦栽培试验,按等磷量原则,设置P、PHA、PHAH、PHAM、PHAL 5个施磷处理,同时设置与4个施磷处理对应的等量腐殖酸处理 (HA、HAH、HAM、HAL),以不施磷肥为对照CK。测定小麦产量及产量构成因素、植株磷含量及不同层次土壤有效磷含量。  【结果】  1) 与CK相比,腐殖酸处理 (HA、HAH、HAM、HAL) 小麦增产不明显。与普通磷肥相比,PHA、PHAM和PHAL处理产量显著提高了14.73%、18.84%、21.37% (P < 0.05),3 个处理间产量差异不显著,PHAH增产不明显。PHAL处理千粒重显著高于普通磷肥处理,其余3个腐殖酸磷肥处理增幅未达显著水平。2) PHA、PHAM和PHAL处理籽粒吸磷量较普通磷肥处理分别显著提高14.97%、19.45%、22.68%,而PHAH增幅未达显著水平;腐殖酸磷肥处理间秸秆吸磷量没有显著差异。3) 与普通磷肥相比,PHA、PHAH、PHAM、PHAL磷肥偏生产力和农学效率分别提高14.71%、6.01%、18.82%、21.35%和14.95%、1.66%、20.18%、23.03%,磷肥表观利用率分别提高2.93、0.51、4.52、5.41个百分点,也以中、低分子量腐殖酸磷肥效果最为明显,腐殖酸中的氧烷基碳、羧基/酰胺基碳、烷基碳结构与小麦籽粒产量和磷肥利用率具有正相关性,与芳香碳、芳香C―O负相关。4) 4个腐殖酸磷肥处理间及其与普通磷肥处理间 0—20、20—40、40—60 cm 土层土壤有效磷含量差异不显著。  【结论】  田间土柱栽培条件下,单施腐殖酸对小麦没有表现出明显的增产效果。腐殖酸中的氧烷基碳、羧基/酰胺基碳、烷基碳结构与小麦磷素吸收具有正相关性,低分子量腐殖酸具有较多的烷基碳、氧烷基碳、羧基/酰胺基碳结构,因而低分子量腐殖酸提高磷肥中磷素利用率的作用好于中分子量腐殖酸,而高分子量腐殖酸的效果不显著。
添加不同浓度海藻肥对水培芥蓝生长及品质的影响
何锐, 谭星, 高美芳, 张轶婷, 宋世威, 苏蔚, 刘厚诚
2020, 26(11): 2051-2059. doi: 10.11674/zwyf.20247
摘要:
  【目的】  研究不同浓度海藻肥对水培芥蓝生长、营养品质及矿质元素含量的影响,以期筛选出适合水培芥蓝高效生产的海藻肥浓度。  【方法】  以‘绿宝’芥蓝为试验材料,于华南农业大学设施园艺试验基地进行两次水培试验。试验所用的营养液配方均为1/2霍格兰营养液配方,首先进行了稀释浓度预备试验,设置添加稀释800倍 (C1)、1000倍 (C2)、1200倍 (C3) 海藻肥,每周添加一次,生长期为32天。然后,在预备试验基础上,进一步加大了稀释倍数,且只在试验开始时添加一次海藻肥,生长期内不再更换营养液。添加海藻肥浓度分别为稀释1200倍 (T1)、1400倍 (T2)、1600倍 (T3)、1800倍 (T4)、2000倍 (T5)。调查分析了芥蓝的生长状况及营养品质 (可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸盐和维生素C含量)、抗氧化品质 (DPPH、FRAP、总多酚和总类黄酮含量)、硫苷含量及矿质元素等的变化。  【结果】  营养液中添加的海藻肥浓度影响其对芥蓝生长的效果,预备试验的3个浓度处理均显著降低了芥蓝的株高,最终降低了芥蓝的地上部鲜重,稀释800倍和1000倍处理的副作用显著大于稀释1200倍。在主试验中,芥蓝生长和品质对海藻肥的浓度十分敏感,只有稀释倍数为1400倍和1600倍的海藻肥处理明显提高了芥蓝的叶片数和地上部鲜重,其他稀释倍数没有明显效果。海藻肥稀释1400倍时,可以显著提高芥蓝中总硫苷含量,增加芥蓝中FRAP值、多酚与类黄酮含量,增强芥蓝抗氧化能力,其他稀释倍数处理的效果均不明显。  【结论】  水培芥蓝对营养液中添加的海藻肥的浓度十分敏感,过高会显著降低芥蓝的生长和生物量,过低对产量和品质的提高效果不明显。当供试海藻肥在营养液中的适宜稀释倍数为1400倍时,可以显著提高芥蓝的生长和生物量,增加叶片中的光合色素含量,提高营养品质,降低硝酸盐含量,提高植株的抗氧化力;而且在生长初期添加一次海藻肥后,整个生育期无需更换营养液,极大地简化了管理成本。
专题综述
植物响应低磷胁迫的蛋白质泛素化途径研究进展
欧斯艳, 张亚楠, 王金祥
2020, 26(11): 2060-2069. doi: 10.11674/zwyf.20112
摘要:
磷是构成许多关键性大分子的重要底物,在植物体内许多生理生化反应中都发挥着重要作用,磷供应不足会极大地限制作物的产量和品质。在漫长的进化过程中,植物形成了一系列适应低磷胁迫的机制,其中,蛋白质水平的泛素化修饰对植物响应低磷胁迫起重要作用。泛素化修饰可以改变靶蛋白的活性、稳定性及其在亚细胞的定位等。对关键蛋白的泛素化修饰在植物低磷胁迫响应中的调控功能和机制进行归类总结,综述植物蛋白质泛素化途径调控低磷胁迫的研究进展。蛋白质泛素化修饰研究主要从泛素、酶和靶蛋白3个组分方面进行。泛素由76个氨基酸组成,并以逐步共轭级联的方式与靶蛋白相连,形成泛素–蛋白质复合体,该复合体被运输至26S蛋白酶体内消化与降解,从而调控众多生理过程。蛋白质泛素化修饰通过改变根系形态构型,影响磷转运子和转录因子的活性和定位,从而促进或抑制植物对土壤磷的吸收以及向地上部的运输,进而调节磷稳态。最后,提出了对植物响应低磷胁迫的蛋白质泛素化需要进行的研究。
研究简报
田间条件下不同促腐菌对水稻秸秆腐解及胞外酶活性的影响
姚云柯, 周卫, 孙建光, 梁国庆, 刘光荣, 孙刚, 袁福生
2020, 26(11): 2070-2080. doi: 10.11674/zwyf.20264
摘要:
  【目的】  田间环境的复杂性影响促腐菌种的实际促腐效果。研究3个经鉴定的促腐菌种在田间条件下提高秸秆腐解相关酶活性的效果,并比较其和商品菌剂的效果,为秸秆促腐菌剂研发及秸秆高效还田提供科学依据。  【方法】  田间试验采用秸秆包网袋填埋法,在江西省上高县双季稻种植区晚稻季节进行,设置水稻秸秆接种假单胞菌、芽孢杆菌、青霉、商品菌剂以及不施菌剂 (对照) 5个处理,分别于秸秆包填埋于土壤后第7、14、28、56、84天取秸秆样品,测定秸秆剩余量、养分含量及胞外酶活性,并计算秸秆腐解率。  【结果】  1) 不论是否添加促腐菌剂,秸秆的腐解均呈现出先快后慢的趋势。添加假单胞菌处理秸秆腐解率以及C、N、P释放率在0~84天始终显著高于对照,最终分别提高5.6%、9.09%、11.66%和7.87%;添加青霉处理秸秆腐解率 (第14天除外) 和氮释放率在0~84天也显著高于对照,最终分别提高5.2%和7.46%;添加商品菌剂处理秸秆腐解率仅在第14天显著高于对照;而添加芽孢杆菌处理秸秆腐解率始终与对照无显著差异。2) 腐解时间是影响胞外酶活性的最重要因素,添加菌剂也能不同程度地提高秸秆腐解胞外酶活性。胞外酶中,乙酰氨基葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶活性是影响秸秆腐解和养分释放的重要变量,其次是β-纤维二糖苷酶和磷酸酶。添加假单胞菌处理乙酰氨基葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶 (第14天除外) 以及磷酸酶的酶活性在0~84天内显著高于对照,添加青霉、芽孢杆菌以及商品菌剂处理相关胞外酶活性表现并不稳定,添加青霉处理乙酰氨基葡萄糖苷酶活性仅在0~14天显著高于对照。3) 添加菌剂处理水稻产量较对照提高1.87%~9.92%,施假单胞菌处理增产最为显著。  【结论】  胞外酶中乙酰氨基葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶活性与秸秆腐解和养分释放关系最为密切。青霉仅在秸秆腐解的前14天显著提高乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,芽孢杆菌剂对胞外酶活性的提升效果不稳定,因此,其在田间条件下促进秸秆腐解、养分释放的效果也不稳定,最终没有增产效果。假单胞菌剂可在0~84天腐解周期内显著提高乙酰氨基葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶 (第14天除外) 活性,因而在田间条件下,假单胞菌剂可以有效促进秸秆腐解和养分释放,提高晚稻产量。
不同有机肥对植烟红壤真菌群落结构及功能的影响
何冬冬, 魏欣琪, 林紫婷, 郭吴晔, 陈志厚, 陈让友, 陈星, 谢小丹, 刘泓
2020, 26(11): 2081-2094. doi: 10.11674/zwyf.20209
摘要:
  【目的】  研究植烟土壤中与养分循环相关的真菌群落结构和功能类群对不同有机肥施用的响应,为指导烤烟合理施肥、减缓连作障碍和土传病害提供科学依据。  【方法】  选择烤烟品种‘云烟87’为供试作物,以当地农业废弃物为原料堆制有机肥,设置6个处理:单施化肥 (CK)、鸡粪有机肥 (T1)、芝麻饼肥 (T2)、菜籽饼肥 (T3)、牛粪 (T4)、稻草 (T5),所有处理氮磷钾总量和比例用化肥调整为一致。随机区组田间试验,每个处理3次重复。采用高通量测序结合FUNGuild分析方法,测定分析烟草不同生长阶段各处理的土壤真菌群落结构、多样性、组成及群落功能。  【结果】  结合UPGMA聚类分析和主坐标分析 (PCoA) 发现,相比T2和T3处理,T5、T4和T1处理在烟草旺长期对土壤真菌群落结构的影响较大;成熟期T2与T3处理对土壤真菌群落结构的影响逐渐增大,且超过T4和T5处理。相比CK,T2、T3及T5处理中腐生营养型真菌比例分别显著提高了262.0%、64.0%和198.0%。其中T5处理土壤中腐生营养型真菌所占比例超过病理营养型真菌,成为其主要优势菌群;T1、T2及T4处理的土壤共生营养型真菌分别显著增加了80.0%、320.0%和85.71%。T1、T2和T4处理分别提高了土壤中植物病原菌Monographella (408.98%)、Microidium (93.63%)、Gibberella (559.22%) 的相对丰度。  【结论】  相比单施化肥处理,有机肥会导致土壤真菌群落结构发生变化,且不同有机肥的影响程度和时期均不同,其主要是增加了土壤腐生营养型真菌的比例,更有利于土壤生态系统的稳定和健康。5种供试有机肥处理中,稻草配施化肥最有利于降低长期烟稻轮作的土传病害风险,提高土壤肥力,鸡粪和菜籽饼次之;芝麻饼和牛粪在提高腐生营养型和共生营养型真菌比例的同时,也会增加烟稻轮作体系中水稻赤霉病及烟草根腐病风险。
氮肥中不同硝化抑制剂DCD添加比例对棉花生长发育及产量的影响
段文静, 马彤彤, 张永江, 陈莉, 江丹, 刘连涛, 孙红春, 张科, 白志英, 李存东
2020, 26(11): 2095-2106. doi: 10.11674/zwyf.20092
摘要:
  【目的】  棉花生长和品质对氮素施用量十分敏感,研究在氮肥中添加不同比例的硝化抑制剂双氰胺 (DCD) 对棉花生长发育及产量和品质的影响,为棉花生产提供可行的氮肥管理措施。  【方法】  以农大棉601为材料进行了田间试验。在施氮量240 kg/hm2条件下,设置在氮肥中添加双氰胺比例分别为0% (CK)、1.5% (C1.5) 和3% (C3) 的3个处理,研究各处理棉花生长发育指标、产量和纤维品质的变化。  【结果】  与CK相比,C1.5处理显著提高了棉花初花期、盛铃期、吐絮期株高,蕾期、盛铃期、吐絮期茎粗,蕾期、盛铃期叶面积指数,有利于形成良好的棉花形态特征。与CK相比,C1.5处理显著提高了蕾期棉花叶片叶绿素含量,蕾期、初花期和盛花期可溶性糖含量,蕾期和初花期可溶性蛋白质含量,表明氮肥配施适量DCD对棉花蕾期生理特征 (叶绿素含量、可溶性糖以及蛋白质含量) 产生了显著促进作用。与CK相比,C1.5处理显著提高了初花期、盛花期主茎功能叶干物质量,初花期和盛铃期果枝叶干物质量,5个生育时期茎干物质量;蕾期、初花期和盛铃期蕾干物质量,表明氮肥配施适量DCD对棉花干物质 (茎、叶、蕾) 量产生了明显促升作用。但C3与CK相比,以上各指标之间多无显著差异。两年产量结果显示,C1.5处理均显著高于CK,分别增产812和324 kg/hm2;而C3处理理论产量与CK无显著差异。C1.5和C3处理的伏桃、伏前桃和秋桃棉铃纤维品质各项指标与CK均无显著差异。  【结论】  连续两年的田间试验表明,在不增加施氮量的前提下,在氮肥中配施1.5%双氰胺 (DCD) 可以调控氮素养分的供应强度和时间,不仅提高了棉花生育前期和中期株高、茎粗和叶面积指数,还增加了蕾期、花期叶片叶绿素含量、可溶性糖与可溶性蛋白质含量,提高了棉花的干物质积累和产量,对棉花纤维的品质没有显著影响。而当氮肥中DCD添加比例为3%时,有可能过度抑制了氮素的硝化反应,影响了棉花生育后期氮素的供应,削弱了DCD的有益作用。因此,在常规施氮量不变的前提下,添加1.5%双氰胺是促进棉花生长发育和提高产量的有效措施。