• ISSN 1008-505X
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2020年  26卷  第12期

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2020 年 12 期目录
2020, (12): 1-5.
摘要:
序 言
2020, 26(12): 2107-2107.
摘要:
专题综述
新形势下微生物肥料产业运行状况及发展方向
李俊, 姜昕, 马鸣超
2020, 26(12): 2108-2114. doi: 10.11674/zwyf.20638
摘要:
随着质量兴农、绿色兴农、品牌强农战略逐渐成为中国农业发展的主旋律,作为绿色新型投入品和优先支持发展的生物制品—微生物肥料,相关产业迎来了迅猛发展的黄金时期。本文综述了我国微生物肥料产业的规模、运行状况以及产业发展特征,并分别从产业层面、政府层面、市场层面、企业层面和用户 (使用者) 层面指出了产业发展中存在的痛点和难点,提出了未来5~10年产业优先研发的新技术和新产品,为推动我国微生物肥料的科技创新和产业健康有序发展提供参考。
南方稻田紫云英作冬绿肥的增产节肥效应与机制
高嵩涓, 周国朋, 曹卫东
2020, 26(12): 2115-2126. doi: 10.11674/zwyf.20375
摘要:
本文对我国南方稻田紫云英作冬绿肥以及紫云英与稻草共同利用的增产和节肥效应及其植物营养学、土壤微生物学等相关作用机制进行综述。2008—2019年间开展的11个联合定位试验结果 (n = 930) 表明,冬种紫云英在不减肥或者减肥20%条件下增产效果显著,水稻产量增加幅度分别为6.53%和4.15%;在减施40%化肥时可保障水稻与常规施肥相比不减产。紫云英的增产和节肥效应随种植年限的增加而增强,5个联合定位试验连续7年的监测结果表明,冬种紫云英减施40%化肥条件下,紫云英种植第一年相对常规施肥增产0.87%,至种植第7年增幅为3.98%。紫云英与稻草联合利用是近些年稻区推行的重要技术模式,2016—2019年间开展的7个联合定位试验结果 (n = 342) 表明,紫云英–稻草联合还田相对于单独稻草还田,水稻产量增加了11.71%。本文分别从优化水稻产量构成、促进水稻养分吸收、提升土壤肥力3方面阐释了紫云英作冬绿肥的增产、节肥机制。稻田冬种紫云英可增加水稻有效穗数和每穗实粒数,优化了产量构成。与常规施肥相比,紫云英配施减量化肥的水稻吸氮量增加了6.4%~6.9%,氮肥利用率提高了6.6%~31.1%。稻田种植紫云英使土壤碳、氮库得到培育,土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性提高,土壤速效养分、土壤物理性状明显改善。以有机质和全氮为例,相比常规施肥处理,种植翻压紫云英后减施20%和40%化肥处理的土壤有机质含量分别增加3.95%和4.15%,土壤全氮含量分别增加1.22%和1.74%。在紫云英调控土壤微生物及氮转化机制方面,冬种绿肥有利于土壤微生物的生长繁殖,增强与微生物活性密切相关的土壤酶活性,并通过改变土壤微生物的群落结构及功能微生物影响土壤养分循环。紫云英配施减量化肥可提高土壤固氮菌丰度,通过合理的调控措施可优化紫云英的生物固氮作用。硝化作用对冬绿肥的响应在不同类型土壤中有较大差异,碱性水稻土中冬种绿肥可通过抑制硝化作用降低氮素淋失风险,氨氧化微生物群落结构的变化是冬绿肥影响硝化作用的重要机制。通过近十多年来的研究,逐渐明晰了我国南方稻田冬种紫云英的增产、节肥效应及其机制,为今后稻田绿肥的效应与机制研究提供了重要借鉴和参考。
丛枝菌根真菌领域专利情报分析
梁林洲, 陈香, 董晓英, 沈仁芳
2020, 26(12): 2127-2136. doi: 10.11674/zwyf.20412
摘要:
丛枝菌根真菌 (AMF) 与植物共生在提高植物的抗逆性、抗病性和维护植物健康方面发挥着关键作用,其在农业、林业和生态环境等方面的应用受到广泛关注。本研究基于incoPat科技创新情报平台,检索了2019年前国内外丛枝菌根真菌的专利产出,对专利申请数量、主要申请人、技术构成等方面进行了分析,以揭示国内外丛枝菌根真菌领域的研发状况、技术发展趋势和产学研合作情况。近年来,中国丛枝菌根真菌领域专利数量急剧增加,AMF产品化不断加强,AMF应用领域从农业领域向污染修复领域拓展,结合现代生物、信息技术等新兴技术的AMF检测技术和研究方法正在快速发展,新的研发充分考虑了AMF产品化和应用的结合;我国在丛枝菌根真菌领域的专利申请人多隶属高校和科研院所,企业参与度较低。AMF菌种扩繁和污染修复领域的应用已成为焦点,生物和信息新技术成果正引入AMF检测技术的开发;中国在丛枝菌根真菌领域的产学研合作研发亟需加强。
研究论文
近30年中国主要农田土壤pH时空演变及其驱动因素
韩天富, 柳开楼, 黄晶, 马常宝, 郑磊, 王慧颖, 曲潇林, 任意, 于子坤, 张会民
2020, 26(12): 2137-2149. doi: 10.11674/zwyf.20399
摘要:
  【目的】  研究中国农田土壤pH时空变化特征及其主要的驱动因素,为土壤酸化阻控、土壤质量提升和土地可持续利用提供理论基础。  【方法】  基于农业农村部布置在全国主要农田区域的耕地质量监测点数据 (950个),分析旱地、水旱轮作、水田等不同土地利用类型下土壤pH时空变化特征,并利用提升回归树模型探究影响土壤pH变化的主要驱动因素。  【结果】  就全国而言,土壤pH及其变异系数表现为旱地 (6.74 ± 1.19和17.63%) > 水旱轮作 (6.54 ± 0.93和14.26%) > 水田 (5.80 ± 0.81和13.95%),其中华南地区农田土壤pH表现为水田 (5.74 ± 0.79) 大于水旱轮作 (5.47 ± 0.56) 和旱地 (5.45 ± 0.91)。从监测初期 (Ⅰ阶段,1988—2000) 到监测中期 (Ⅱ阶段,2001—2010),旱地和水田土壤pH整体上随时间呈降低趋势,下降速率分别为0.065和0.054/年 (P < 0.01),而水旱轮作土壤pH无显著变化;从Ⅱ到Ⅲ阶段 (2001—2018),旱地和水旱轮作土壤pH整体上随时间呈上升趋势,上升速率分别为0.022和0.016/年 (P < 0.05),而水田土壤pH无显著变化。东北、华北、西南、长江中下游地区的旱地土壤pH随时间均呈线性下降趋势 (P < 0.05),而华南地区从Ⅱ到Ⅲ阶段呈线性上升趋势 (P < 0.01);西南、长江中游和华南地区水田土壤pH从Ⅰ到Ⅲ阶段呈线性下降趋势 (P < 0.01),而东北、西南和长江下游地区pH从Ⅱ到Ⅲ阶段呈上升趋势 (P < 0.01);西南地区水旱轮作土壤pH从Ⅰ到Ⅲ阶段呈线性下降趋势 (P < 0.01),而华北、长江下游和华南地区pH从Ⅱ到Ⅲ阶段呈上升趋势 (P < 0.05)。通过Pearson和提升回归树分析发现,年均降雨量是造成土壤pH空间尺度上差异的最主要因素,其次是土壤质地、容重和有机质含量。此外,在旱地土壤上长期的氮肥投入和在水田和水旱轮作土壤上钾肥的投入对pH变化的影响较大。  【结论】  整体而言,我国旱地和水田土壤pH从监测初期到中期呈快速下降趋势,而旱地和水旱轮作土壤pH从监测中期到2018年呈缓慢增加趋势。东北地区的旱地土壤pH呈持续下降趋势,需要引起重视。氮肥在旱地和钾肥在水田上的施用导致土壤pH的降低,今后应优化水肥运筹,通过改善土壤容重和有机质进而有效调控土壤pH。
长期不同量秸秆炭化还田下水稻土孔隙结构特征
安宁, 李冬, 李娜, 吴正超, 任彬彬, 杨劲峰, 韩巍, 韩晓日
2020, 26(12): 2150-2157. doi: 10.11674/zwyf.20403
摘要:
  【目的】  生物炭被认为是一种能够提高土壤固碳能力、改善土壤结构和减缓全球气候变化的土壤改良剂。土壤孔隙结构直接影响土壤中水、气、热的运动,因此,研究长期施用生物炭对土壤孔隙结构特征的影响,以期为秸秆炭化还田提供理论依据。  【方法】  研究基于2013年建立的水稻秸秆炭化还田长期定位试验,选取在等氮磷钾条件下不施用生物炭 (C0)、施用低量生物炭 (1.5 t/hm2,C1.5)、高量生物炭 (3.0 t/hm2,C3.0)的 3个处理。利用X射线CT扫描和图像处理技术,分析了土壤孔隙结构参数,包括土壤孔隙度、土壤孔隙大小分布、孔隙连通性指数 (欧拉特征值)、各向异性、分形维数、最紧实层孔隙度和最紧实层平均孔隙直径等参数。  【结果】  C1.5和C3.0处理均能显著增加土壤有机碳含量和土壤总孔隙度,降低土壤容重,平均增加或降低比例分别为15.5%、10.5%和7.4%。C1.5与C3.0处理之间的总孔隙度没有显著差异,但孔隙大小分布存在差异。C1.5处理显著增加了大孔隙中当量孔径为100~500 μm和 > 500 μm的孔隙度,增幅分别为81.6%和275.3%,而C3.0处理显著降低了大孔隙中当量孔径100~500 μm的孔隙度,降幅为32.9%。C3.0处理当量孔径 < 25 μm的孔隙度显著大于C0处理和C1.5处理,增幅分别为13.8%和16.3%。C1.5处理的欧拉特征值最低,分形维数、最紧实层孔隙度和平均孔隙直径最大。各处理土壤孔隙的各向异性没有显著差异。  【结论】  长期施用水稻秸秆生物炭能够显著增加稻田土壤有机碳含量和总孔隙度,降低土壤容重。施用适量生物炭会增加土壤大孔隙度和土壤孔隙的连通性,但是过量施用生物炭可能会降低土壤大孔隙度和土壤孔隙的通气导水能力。炭化秸秆还田量与孔隙结构之间的定量关系还需深入研究。
长期施肥对稻田土壤微生物群落结构及氮循环功能微生物数量的影响
邹湘, 易博, 张奇春, 邸洪杰
2020, 26(12): 2158-2167. doi: 10.11674/zwyf.20418
摘要:
  【目的】   稻田是陆生生态系统中重要的氮库之一,在氮素生物地球化学循环中具有重要地位。研究不同施肥处理对稻田土壤微生物群落结构及其功能的影响具有重要意义。   【方法】   田间试验位于江苏省金坛市,在取样时试验已进行了6年。施肥处理包括:不施肥对照 (CK)、施化肥 (CF)、化肥+猪粪混施 (CMF)、化肥+秸秆混施 (CSF)。采用高通量测序和定量PCR方法测定稻田土壤微生物群落结构及氮循环相关功能微生物数量。   【结果】   在施用肥料6年后,土壤全碳、可溶性有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量均不同程度地提高。与CF相比,CSF和CMF处理土壤pH升高,全碳、可溶性有机碳与养分含量升高。CK与施肥处理的土壤细菌群落结构差异明显,不同施肥处理的细菌群落结构之间有明显差别。聚类结果显示,CK与CMF处理细菌群落聚类更接近,CF处理和CSF处理细菌群落结构更为接近;与CK相比,CF、CMF、CSF处理土壤中氨氧化细菌 (AOB) 和铁氨氧化微生物Feammox A6的丰度显著提高,其中Feammox A6分别增长87.6%、158%和157%。冗余分析结果表明,施肥过程及其对土壤化学性质的改变显著影响土壤细菌群落的组成和分布。   【结论】   施肥导致的反应底物 (NH4+、NO3含量) 及土壤理化性质的差异,是土壤微生物群落结构和功能微生物数量响应的主要决定因素。不施肥与化肥配施猪粪的土壤细菌群落聚类更接近,施化肥与化肥配施秸秆的细菌群落结构更为接近。施肥对氨氧化细菌AOA数量影响不明显,但显著提高氨氧化古菌AOB和厌氧铁氨氧化功能微生物Feammox A6的数量,特别是有机肥 (猪粪、秸秆) 提高Feammox A6数量的效果大于化肥。长期单施化肥土壤中厌氧氨氧化细菌丰度显著降低,反硝化功能基因nirKnosZ丰度显著增高;化肥配施猪粪土壤中的厌氧氨氧化细菌丰度变化不明显,反硝化功能基因narGnirKnosZ丰度显著增高;化肥配施秸秆处理厌氧氨氧化细菌丰度变化不明显,反硝化功能基因nirKnosZ丰度显著增高。
长期稻虾共作模式提高稻田土壤生物肥力的机理
佀国涵, 袁家富, 彭成林, 赵书军, 徐大兵, 喻永冰, 谢媛圆, 周剑雄
2020, 26(12): 2168-2176. doi: 10.11674/zwyf.20374
摘要:
  【目的】  长期稻虾共作是提高稻田肥力的有机生态途径。研究该模式对稻田土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为该模式的可持续应用提供理论依据。  【方法】  基于连续10年 (2005—2015) 中稻单作和稻虾共作的田间定位试验,于2015年10月中旬水稻收获后,按照0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层采集土样,分析不同土层中总有机碳 (total organic carbon,TOC)、土壤微生物量碳 (microbial biomass carbon,MBC)、可溶性有机碳 (dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳 (easily-oxidized organic carbon,EOC) 和颗粒有机碳 (particulate organic carbon,POC) 含量,测定不同土层土壤水稳性团聚体中有机碳的含量,计算了土壤碳库管理指数,同时分析了与土壤碳、氮和磷代谢有密切关系的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。  【结果】  1) 相对于中稻单作,稻虾共作显著增加了各土层中TOC、POC和DOC含量,增加30—40 cm土层中MBC含量以及10—40 cm土层中EOC含量;2) 稻虾共作显著提高了10—30 cm土层中土壤碳库管理指数,碳库管理指数在10—20 cm和20—30 cm土层中较中稻单作模式分别提高了52.7%和58.2%;3) 稻虾共作模式下,0—20 cm土层中小于0.053 mm粉–黏团聚体的有机碳含量显著高于中稻单作模式,而在20—30 cm土层各粒级团聚体的有机碳含量均显著高于中稻单作模式;4) 与中稻单作相比,稻虾共作土壤脲酶活性在10—20 cm土层显著降低了16.7%,而在20—30 cm土层纤维素酶活性显著提高了28.0%;5) 除DOC外,TOC、POC、MBC与纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均呈显著正相关。  【结论】  长期稻虾共作提高了稻田土壤有机碳及其活性组分含量,特别是提高了20—30 cm土层纤维素酶活性,促进了根茬等有机物的分解,提高了该层次各粒级团聚体内的有机碳含量,改善了土壤结构,加大了水稻根系的下扎深度,改善了固持速效养分的能力,从而提升了稻田土壤生物肥力。
稻草和紫云英联合还田下施氮水平对水稻产量及土壤氮素形态的影响
朱强, 张静, 郭再华, 耿明建
2020, 26(12): 2177-2183. doi: 10.11674/zwyf.20384
摘要:
  【目的】  紫云英和稻草联合还田时其有机成分的分解和释放具有互补性。研究紫云英和稻草联合还田条件下水稻的适宜施氮水平,为稻田绿肥和稻草联合还田后优化养分管理提供依据。  【方法】  两年定位试验位于江汉平原稻区,在稻草全量还田基础上,设置冬季种植并翻压紫云英和冬闲两种模式。水稻季氮肥处理设不施氮 (N0) 和常规施氮量 (N 165 kg/hm2) 的50% (N50)、100% (N100) 和150% (N150) 共4个水平,以不施氮、冬闲和稻草不还田作为空白对照,共9个处理。测定水稻籽粒产量、氮含量及累积量,分析耕层土壤无机氮及有机氮组分。  【结果】  在稻草和紫云英联合还田条件下,减少常规氮肥量的50% (SMN50) 获得的稻谷产量较稻草单独还田的SN50处理高21%~23%,与联合还田或稻草单独还田下的SMN100、SMN150、SN100、SN150处理之间没有显著差异。稻草和紫云英联合还田的SMN0、SMN50、SMN100处理的稻谷氮累积量均显著高于对应的稻草单独还田处理 (SN0、SN50、SN100),增幅分别为65%、27%和22%。水稻收获后各处理间土壤全氮、非酸解性氮含量差异不显著,酸解性氮含量有差异,在N150处理下,稻草单独还田处理 (SN150) 的土壤酸解性氮含量显著高于稻草和紫云英联合还田处理 (SMN150);在酸解性氮组分中,SN150处理的未知酸解态氮成分的含量显著高于稻草单独还田的其他处理及所有稻草和紫云英联合还田处理。  【结论】  减少常规施氮量的50%情况下,与稻草单独还田处理相比,稻草和紫云英联合还田可显著增加稻谷氮素累积量、提高水稻产量,而保持常规施氮量和提高施氮量不能增加水稻的氮素吸收和产量;紫云英与稻草联合还田可以改善土壤氮素的有效性,显著降低高施氮量下稻草单独还田带来的酸解性氮组分中未知态氮的残留量。
西北小麦与豆科绿肥间作体系箭筈豌豆和毛叶苕子生物固氮效率及氮素转移特性
刘蕊, 常单娜, 高嵩涓, 周国朋, 韩梅, 张久东, 曹卫东, 孙小凤
2020, 26(12): 2184-2194. doi: 10.11674/zwyf.20387
摘要:
  【目的】  箭筈豌豆、毛叶苕子与春小麦间作是西北地区推广的新型种植制度。利用15N自然丰度法,研究小麦间作对该系统中豆科绿肥的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,以期为该系统养分管理提供科学依据。  【方法】  在青海西宁和甘肃武威两地分别进行盆栽试验,供试绿肥包括箭筈豌豆和毛叶苕子,设置小麦单作、绿肥单作、小麦||绿肥间作等共5个处理,所有处理不施用氮肥,利用15N自然丰度技术,分析箭筈豌豆、毛叶苕子的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,调查了不同种植模式下小麦和绿肥作物的生物量,分析了影响绿肥生物固氮的因素。  【结果】  与单作相比,间作处理明显降低两地小麦和豆科绿肥的地上部干物质量,但间作系统中地上部干物质量土地当量比均大于1。间作后,小麦和箭筈豌豆、毛叶苕子的氮素积累量显著下降 (西宁小麦除外),但绿肥单作、小麦||绿肥间作模式下总氮素积累量均明显高于小麦单作。与单作相比,间作豆科绿肥的生物固氮效率无明显改变,但固氮量显著降低 (武威毛叶苕子除外),其中,西宁、武威两地间作箭筈豌豆的生物固氮量 (0.24、0.48 g/pot) 较单作 (0.88、0.78 g/pot) 分别显著降低了82.1%和38.5%,西宁间作毛叶苕子的生物固氮量 (0.38 g/pot) 较单作 (0.81 g/pot) 显著降低了51.2%。西宁毛叶苕子的生物固氮效率和生物固氮量均显著高于武威;两地箭筈豌豆的生物固氮效率差异不大,间作下的生物固氮量在武威较高。间作条件下,两种豆科绿肥生物固定的氮素均可向小麦转移,西宁、武威两地箭筈豌豆氮素转移量分别为0.13、0.19 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的31.6%和24.7%;毛叶苕子的氮素转移量分别为0.09、0.06 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的23.8%和11.4%。路径分析结果表明,地上部干物质量是影响生物固氮量和氮素转移量的最主要因素。  【结论】  在不施氮肥条件下,间作小麦对豆科绿肥生物固氮效率无明显影响,但显著降低豆科绿肥的地上部生物量,进而降低总的生物固氮量。间作春小麦吸氮量的11.4%~31.6%来自于豆科绿肥,箭筈豌豆向小麦的氮素转移能力强于毛叶苕子。品种和生长环境都会影响豆科绿肥的总生物固氮量,因此,还需进一步研究与小麦间作的豆科绿肥的种类和品种,以提高间作绿肥对小麦的氮素转移效率。
绿洲灌区复种豆科绿肥条件下小麦稳产的减氮潜力
苟志文, 殷文, 徐龙龙, 何小七, 王琦明, 柴强
2020, 26(12): 2195-2203. doi: 10.11674/zwyf.20379
摘要:
  【目的】  通过大田试验,探讨麦后复种豆科绿肥在维持第二年小麦稳产前提下的氮减施潜力及产量形成机制,为建立基于绿肥替代氮肥的小麦减氮栽培模式提供理论和实践依据。  【方法】  于2018—2019年,在甘肃武威开展田间裂区试验。主区为麦后复种豆科绿肥毛叶苕子 (Vicia villosa Roth,W-G) 和单作小麦 (W) 两种种植模式;副区设传统施氮量 (180 kg/hm2,N4),在传统施氮量基础上减氮15% (153 kg/hm2,N3)、减氮30% (126 kg/hm2,N2)、减氮45% (99 kg/hm2,N1) 以及不施氮肥 (N0) 5个水平。测定小麦全生育期干物质积累量、籽粒产量及产量构成因素。基于小麦籽粒产量,采用逐次分析插值法计算麦后复种绿肥模式下的氮肥减施潜力。  【结果】  麦后复种绿肥 (W-G) 处理较单作小麦 (W) 平均增产10.8%。W-G-N3处理的籽粒产量与W-G-N4处理无显著差异,比W-N3和W-N4处理分别增产6.9%和7.9%,收获指数分别显著提高了27.2%和16.7%。W-G-N3处理的氮肥替代潜力较W-G-N2和W-G-N1处理分别提高了27.5%和39.0%。W-G-N3处理的生物量较W-N4处理提高了17.5%。W-G-N3处理的小麦最大生长速率较W-G-N4处理提高了6.0%,较W-N3和W-N4处理分别提高了28.4%和23.8%。W-G-N3处理能提高小麦的单位面积穗数、穗粒数以及千粒重。通过灰色关联分析进一步表明,与小麦产量关联度由高到低依次为千粒重、最大生长速率、穗粒数和单位面积穗数。W-G-N3处理使小麦的营养生长高效进行,促进了光合同化物向籽粒的转运,提高了小麦的粒重,进而促进增产,氮肥替代潜力也随之提高。  【结论】  连续两年的试验结果表明,甘肃绿洲灌区麦后复种豆科绿肥可有效提高小麦的最大生长速率,增加千粒重。复种绿肥后,减氮15%可获得最高的小麦生长速率和千粒重,进而维持甚至提高小麦产量和收获指数。与绿肥复种条件相比,单作小麦条件下减氮30%或者45%则显著降低小麦产量。因此,甘肃绿洲灌区麦后复种豆科绿肥条件下的减氮潜力是15%。
长期有机无机肥配施降低黄淮海区域小麦‒大豆复种系统净温室效应
张鑫, 郑成岩, 李升明, 谢方景, 邓艾兴, 张俊, 宋振伟, 张卫建
2020, 26(12): 2204-2215. doi: 10.11674/zwyf.20392
摘要:
  【目的】  小麦‒大豆系统是黄淮海区域重要的禾豆复种系统,综合评价该系统的净碳排放对于我国农田固碳减排具有重要意义。借助30年的长期定位试验,综合评价不同施肥处理下小麦‒大豆复种系统的产量和净碳排放,旨在为该系统丰产低碳排放的施肥制度创新提供理论依据。  【方法】  试验包括单施牛粪 (M)、氮磷钾平衡施肥 (NPK)、氮磷钾加牛粪 (NPKM)、氮磷加秸秆 (NPS)、氮磷钾加饼肥 (NPKC)、氮磷钾加牛粪及饼肥 (NPKMC) 以及不施肥对照 (CK),共7个处理。综合分析了各处理田间直接温室气体排放 (N2O和CH4)、农田投入导致的间接碳排放与土壤有机碳固定,估算了单施牛粪、单施化肥以及化肥与不同有机物料配施的净碳排放,同时将碳排放与作物产量和土壤有机质相结合,综合评价了不同施肥措施下的净温室效应。  【结果】  小麦‒大豆复种系统中,小麦季施肥对大豆产量有显著后效,与单施NPK相比,NPKM、NPKC和NPKMC处理分别使大豆产量提高了31.0%、16.8%和24.0%,而M和NPS处理不利于大豆、小麦产量的提高。与NPK处理相比,M、NPKM、NPKMC处理的农田直接温室气体排放分别增加了49.4%、17.7%和12.4%,土壤有机碳年固定量分别显著提高了282.2%、137.3%和169.1%。M及NPKM处理的间接碳排放与NPK处理没有明显差异,而其他施肥处理的间接碳排放低于NPK处理。在各施肥处理中,由肥料投入导致的碳排放占总间接碳排放的比例最大,其次是灌溉用电和机械用柴油导致的碳排放。对净碳排放的估算结果表明,M处理的净碳排放为负值 (表现为碳汇),而其他处理下小麦–大豆复种系统均表现为碳源,NPK与有机物料配施的处理净碳排放显著低于NPK处理。此外,与NPK处理相比,NPK与有机物料配施使碳排放强度显著降低了36.5%~113.2%,使单位土壤有机质提升的温室气体排放 (δGHG/δSOM) 降低了69.4%~93.2%。  【结论】  黄淮海区域小麦‒大豆复种系统中,氮磷钾配施有机肥 (牛粪或饼肥) 可在保证小麦和大豆产量的同时,降低小麦‒大豆复种系统的净温室效应。
红壤旱地早熟型马铃薯高产与氮素高效的最优施氮量研究
胡志华, 徐小林, 李大明, 胡丹丹, 宋慧洁, 胡惠文, 余喜初
2020, 26(12): 2216-2223. doi: 10.11674/zwyf.20373
摘要:
  【目的】  研究不同施氮量下马铃薯的干物质积累、产量、氮肥吸收利用,结合土壤中无机氮在不同土层含量的变化,确定马铃薯产量和氮效率最优、环境风险最低的氮肥施用水平。  【方法】  试验于2018—2019年在南方典型红壤区旱地进行,供试品种荷兰15号为特早熟型马铃薯。设置N 0、60、120、150、180、210、240 kg/hm2,共7个氮肥水平。于成熟期,调查块茎产量和总干物质积累量测定氮素含量,同时取0—20、20—40、40—60 cm土层样品,分析铵态氮与硝态氮含量。  【结果】  施氮量显著影响红壤旱地马铃薯产量、干物质积累与氮肥吸收利用。马铃薯块茎产量随施氮量增加先增加后降低,均以施N 180 kg/hm2处理最高,达26250 kg/hm2 (2018年) 和27915 kg/hm2 (2019年);秸秆氮素积累量随施氮量的增加显著增加,而块茎氮素积累量随施氮量增加先增加后降低,以施N 180 kg/hm2处理最高,为97.65 kg/hm2 (2018年) 和101.09 kg/hm2 (2019年)。氮素收获指数以N150 kg/hm2处理最高,而氮肥农学利用率和氮素回收率均以N180 kg/hm2处理最高,氮肥偏生产力则随施氮量的增加而显著降低。施氮显著提高土壤中的无机氮含量,不同施氮量对无机氮的含量和分布影响不同。施N 150 kg/hm2和N 180 kg/hm2处理增加的铵态氮主要分布在0—20 cm土层,且施N 180 kg/hm2处理的铵态氮含量显著高于施N150 kg/hm2处理,施N 150 kg/hm2处理又显著高于其他处理;而N 210 kg/hm2和N 240 kg/hm2处理增加的铵态氮主要分布在20—60 cm 土层,其铵态氮含量显著高于其他处理;在施N 0—180 kg/hm2范围内对土层中的硝态氮含量影响较小,施N 210 kg/hm2和N 240 kg/hm2处理显著增加了20—60 cm土层硝态氮含量。从无机氮总量看,施N 180 kg/hm2处理可显著增加0—20 cm土层的无机氮总量,而施N 210 kg/hm2处理和N 240 kg/hm2处理则显著提高了20—60 cm土层的无机氮含量。  【结论】  极早熟型马铃薯适宜的氮肥用量范围较窄,过低或者过高施氮都会显著降低其经济产量、氮素收获指数和农学效率。在红壤条件下,施N 180 kg/hm2可以显著增加0—20 cm土层中的铵态氮和无机氮含量,而不会增加20 cm以下土层的无机氮含量,超过此用氮量,则会显著增加土壤无机氮的向下迁移。因此,红壤旱地极早熟型马铃薯品种的适宜施氮水平为N 180 kg/hm2
养分专家系统推荐施肥对甜瓜产量品质和土壤氮素淋失的影响
温美娟, 杨思存, 王成宝, 霍琳, 姜万礼
2020, 26(12): 2224-2234. doi: 10.11674/zwyf.20416
摘要:
  【目的】  养分专家系统 (Nutrient Expert,NE) 是利用作物多年产量水平和施肥历史进行推荐施肥的轻简化施肥技术。本研究从甜瓜产量品质和土壤养分的淋洗、平衡角度,对该方法在甜瓜上应用的可行性进行验证。  【方法】  以甜瓜品种‘楼兰17号’为试材,于2017—2018年在甘肃省瓜州县向阳村进行了推荐施肥田间试验。在养分专家系统推荐施氮量 N 300 kg/hm2 (NE, N300) 的基础上,设置NE ± 25%N (N225和N375)、NE ± 50%N (N150和N450) 4个施氮量处理,以不施氮肥为对照 (N0)。在成熟期,测定甜瓜产量、品质、地上部干物质积累量、果实氮素吸收量、氮肥利用率、0—200 cm土层硝态氮累积量,分析土壤氮素平衡状况。  【结果】  2017和2018年甜瓜产量均以NE系统推荐的N300处理最高,较N0处理两年平均增产24.7%,施氮量0~300 kg/hm2范围内,甜瓜产量随施氮水平的增加而增加,超过NE推荐施氮量 (300 kg/hm2)时产量下降;在NE推荐的施氮量 (300 kg/hm2)时甜瓜品质最优,商品率、经济效益最高,施氮量不足或过量都不利于甜瓜品质的形成;氮肥利用率、氮肥养分内在效率随施氮量的增加而降低,但N225和N300处理差异不显著,果实吸氮量在N300处理时最高,N300处理氮素收获指数明显高于其他施氮处理;0—200 cm土层硝态氮累积量随着施氮量的增加而增加,2017年硝态氮主要残留在0—100 cm土层,占0—200 cm土层硝态氮积累量的43.9%~55.3%,2018年硝态氮主要残留在100—200 cm土层,占0—200 cm土层硝态氮积累量的44.8%~69.9%;0—100 cm土层氮素表观损失量随施氮量的增加而增加,甜瓜植株地上部吸氮量两年平均占氮素输出量的33.2%、氮素残留量占氮素输出量的33.1%、氮素表观损失量占氮素输出量的42.1%;甜瓜产量、地上部吸氮量及氮素残留量和施氮量的多曲线分析拟合得出,甜瓜最高吸氮量的施氮量为323 kg/hm2,最高产量的施氮量为293 kg/hm2。施氮量每增加30 kg/hm2,产量增加886.5 kg/hm2,增幅为2.1%;土壤硝态氮增加8.5 kg/hm2,增幅为37.6%。  【结论】  不论是产量和品质,还是氮素收获指数,NE系统推荐的施氮300 kg/hm2处理都取得了最优的效果。当超过推荐施氮量时,主要增加茎叶干物质量,但会降低果实的产量和品质。在供试生态条件下,土壤中硝态氮累积量随施氮量的增加而增加,且向下淋洗明显,试验的第一年主要积累在0—100 cm土层,第二年则下移至100—200 cm土层,环境风险增加。当氮素施用量超过300 kg/hm2时,氮素表观损失量 > 氮素残留量 > 植株地上部吸氮量。因此,在生态脆弱区,限制氮肥过量投入不仅是产量和品质的需要,也是实现环境可持续的要求。
长期施钾对双季玉米钾素吸收利用和土壤钾素平衡的影响
柳开楼, 黄晶, 叶会财, 韩苗, 韩天富, 宋惠洁, 胡志华, 胡丹丹, 李大明, 余喜初, 黄庆海, 李文军, 陈国钧
2020, 26(12): 2235-2245. doi: 10.11674/zwyf.20383
摘要:
  【目的】  玉米 (Zea mays L.) 生产需要投入大量的钾素营养。研究长期大量投入钾素对玉米钾素吸收利用以及土壤钾素平衡的影响,旨在保障该地区双季玉米的高产高效和土壤钾库平衡。  【方法】  红壤钾肥长期定位试验位于江西省进贤县,始于1986年,种植制度为一年两季玉米。试验处理包括不施肥对照 (CK),氮磷化肥 处理(NP),氮磷钾化肥处理(NPK),2倍量的氮磷钾化肥处理 (DNPK),氮磷钾化肥+有机肥处理 (NPKM) 和单施有机肥处理 (OM)。每季收获后,调查分析玉米产量和钾素含量,以及耕层土壤有效钾含量,计算玉米钾素吸收量、钾肥利用率、钾肥收获指数、钾肥农学效率和土壤钾素表观平衡;并以每10年为一个阶段,分析玉米产量、钾素吸收利用等指标及耕层土壤速效钾含量、钾素表观平衡等的变化规律。  【结果】  在试验的33年(1986—2018)间,NPK、DNPK、NPKM和OM处理的玉米年均产量和年均吸钾量均显著高于NP处理。在试验的第一个10年 (1986—1995年) 间,各钾肥处理间玉米产量和吸钾量无显著差异;而在第3个10年 (2006—2015) 和后3年 (2016—2018年) 间,NPKM处理的玉米年产量和年吸钾量分别比NPK处理提高了129.9%~246.7%和55.2%~62.1%。33年玉米的年均钾肥利用率以OM处理最高,而DNPK处理显著低于其他处理。在2006—2015和2016—2018年,NPKM处理的钾肥利用率显著高于DNPK处理,在2016—2018年间分别比NPK和DNPK处理显著增加了56.0%和119.2%。与NPK处理相比,1996—2005、2006—2015和2016—2018年间NPKM处理的年钾肥收获指数分别提高了61.6%、53.5%和35.8%,年钾肥农学效率分别增加了23.3%、227.8%和445.5%。除了1986—1995年间OM处理土壤钾素为亏缺外,其他施钾处理的土壤钾素均为盈余,NPKM处理的钾盈余量比NPK处理增加了53.2%~211.6%。钾素盈余量与耕层土壤速效钾含量显著相关 (P < 0.001),钾素盈余量每增加1 kg/hm2,2016—2018年间耕层土壤速效钾含量增加2.60 mg/kg,明显高于1996—2005和2006—2015年的1.40和1.18 mg/kg。  【结论】  除前10年的单施有机肥处理外,其他施用钾肥处理在试验期间土壤钾素均处于盈余状态,钾肥施用量和钾肥来源对玉米钾素的吸收量没有显著影响。试验20年之后,有机无机肥配施对玉米产量、吸钾量和钾肥利用率的提升优势逐渐凸显。同时,长期施用钾肥导致的钾素盈余量增加会进一步提升耕层土壤速效钾含量,且随着试验年限的延长,钾素盈余量对耕层土壤速效钾的提升作用逐渐增加。
研究简报
潮土小麦–玉米轮作体系氮肥用量阈值及土壤硝态氮年际变化
唐继伟, 林治安, 李娟, 袁亮, 徐久凯, 田昌玉, 温延臣, 赵秉强
2020, 26(12): 2246-2252. doi: 10.11674/zwyf.20455
摘要:
  【目的】  合理施氮是粮食高产、稳产的重要保证。研究不同施氮水平下作物产量的可持续指数以及土壤硝态氮年际迁移特征,对指导黄淮海地区冬小麦–玉米轮作体系下农田氮肥的合理施用具有重要意义。  【方法】  长期定位试验始建于2006年,设置10个施氮水平:0、60、120、180、240、300、360、420、500和600 kg/hm2。测定冬小麦和夏玉米产量及土壤剖面 (0—200 cm) 硝态氮含量的年际变化特征。  【结果】  施氮水平显著影响冬小麦–夏玉米轮作体系下作物产量,施肥年限以及施肥年限与施肥量间的交互作用对小麦、玉米产量也存在极显著影响。施N 0~240 kg/hm2的处理,小麦、玉米产量随施氮量的增加逐渐增加;施N 300~600 kg/hm2的处理作物产量基本稳定,处理间差异不显著 (P > 0.05)。施氮能显著提高冬小麦产量的可持续性指数 (P < 0.05),但对夏玉米产量的可持续指数影响较小。随着施氮量增加,土壤硝态氮含量呈现逐渐增加的趋势,且施N量低于300 kg/hm2时,0—200 cm土层硝态氮含量均处于较低水平,施氮量超过300 kg/hm2后,土壤硝态氮含量显著增加。另外,随着试验年限的延长,土壤硝态氮累积峰逐渐下移,2008、2011和2017年土壤硝态氮含量峰值分别在40—60 cm、80—120 cm和80—160 cm。  【结论】  黄淮海盐化潮土区,冬小麦–夏玉米轮作制度下氮合理用量在冬小麦上的阈值为240 kg/hm2、在夏玉米上的阈值为180 kg/hm2,在此氮肥用量下,长期施肥既可保证作物 (小麦、玉米) 稳产,又不会显著增加土壤硝态氮残留及向下迁移。
箭筈豌豆种质资源萌发期抗旱指标筛选及抗旱性评价
白金顺, 王雪翠, 王艳秋
2020, 26(12): 2253-2263. doi: 10.11674/zwyf.20498
摘要:
  【目的】  萌发期干旱影响绿肥作物箭筈豌豆 (Vicia sativa L.) 生产。筛选关键、敏感抗旱评价指标,开展不同箭筈豌豆萌发期抗旱性评价,为挖掘抗旱种质和开展抗旱性品种选育提供理论依据。  【方法】  选择分布于箭筈豌豆主要种植区的14份代表性箭筈豌豆种质资源为研究对象,以蒸馏水处理为试验对照,分别设置2.5%、5%、10%和15% 等4个不同PEG-6000 (高分子聚合物聚乙二醇6000) 模拟干旱胁迫处理,测定和计算发芽率、发芽势、发芽指数、种子萌发指数、胚根长、胚芽长、胚根重、胚芽重、胚根长/胚芽长值、胚根重/胚芽重值和活力指数等11项指标及其相应抗旱系数。  【结果】  4个PEG-6000浓度胁迫不同程度地降低了供试箭筈豌豆各测试指标及其抗旱系数 (P < 0.05),14个种质资源的测试指标变异系数为11.40%~48.71%,抗旱系数的变异系数为10.20%~46.56%。大多数测试指标抗旱系数间存在显著或极显著相关关系,相关系数变化范围为0.182~0.956。基于主成分分析方法,各指标抗旱系数降维为3个相互独立的主成分综合指标,3个主成分综合指标累计贡献率为85.9%。基于模糊数学隶属函数方法,各资源抗旱性综合评价指数 (D值) 平均数为0.420,变异系数为50.6%,9号种质资源D值最高,10号种质资源D值最低。基于聚类分析方法,14份箭筈豌豆资源可根据抗旱特性不同聚为4类,抗旱等级划分与不同等级D值大小相一致,9号资源为强抗旱资源,14号资源为较强抗旱资源,中等与弱抗旱资源占总资源量85.8%。基于逐步回归方法,抗旱性综合评价指数D值与各鉴定指标抗旱系数的回归关系为D = 1.31X1 + 0.566X2 + 0.183X3–1.068 (R2 = 0.991, P < 0.001, X1X2X3分别表示发芽指数、胚根重和胚根长抗旱系数)。  【结论】  抗旱性综合评价指数D值是表征种质资源萌发期抗旱特性的有效指标,发芽指数、胚根重和胚根长抗旱系数可以解释99.1%的不同种质资源抗旱性变异,鉴定获得2份萌发期抗旱性较强箭筈豌豆资源,85%以上的供试箭筈豌豆资源为中等或弱抗旱性种质资源,选择抗旱性种质资源是箭筈豌豆高效生产的重要方面。
栽培方式与钾互作对食用向日葵产量、品质和钾素利用率的影响
段玉, 张君, 范霞, 李书田, 梁俊梅, 安昊, 张婷婷
2020, 26(12): 2264-2275. doi: 10.11674/zwyf.20426
摘要:
  【目的】  研究阴山北麓旱作区不同栽培方式下钾肥施用量对食用向日葵钾肥效应、产量性状、钾素吸收利用、油分品质和土壤–植物系统钾素平衡的影响,为向日葵上钾肥的科学施用提供理论依据。  【方法】  2014—2016年在内蒙古阴山北麓旱作区以食用向日葵 (3638C) 为研究对象,采用田间定位试验方法,裂区设计,主因素为3种栽培方式:平作雨养种植 (R)、全覆膜垄膜沟植集雨 (RC) 和全覆膜垄膜沟植滴灌 (I)。副因素为4个施钾水平:0、48、84和120 kg/hm2,表示为K0、K48、K84和K120。研究水钾互作对食用向日葵籽粒产量、产量性状、钾素吸收、钾肥利用效率、油分品质及土壤钾素平衡等的影响。  【结果】  栽培方式是影响向日葵籽实产量、花盘直径、千粒重、出仁率、钾素吸收量和钾肥利用效率的主要因素,3个栽培处理表现为全覆膜垄膜沟植滴灌 (I) > 全覆膜垄膜沟植集雨 (RC) > 平作雨养种植 (R)。全覆膜垄膜沟植滴灌 (I) 条件下,随着施钾量的增加,产量、花盘直径、千粒重、出仁率和钾素吸收量也增加,推荐施钾量 (K2O) 为120 kg/hm2时,产量、花盘直径、千粒重、出仁率和钾素吸收量最高;全覆膜垄膜沟植集雨 (RC) 条件下,推荐施钾量 (K2O) 为84 kg/hm2时,产量最高;平作雨养 (R) 条件下各施钾处理之间的产量、花盘直径、千粒重差异不显著。钾肥利用率和农学效率随着施钾量的增加而降低。栽培方式对籽实含油率影响较小,水分条件的改善有利于亚油酸含量的增加。随着钾肥用量的增加向日葵籽实的含油率也相应增加,主要是增加了亚油酸的含量。全覆膜垄膜沟植滴灌 (I) 条件下,推荐施钾 (K2O) 量为120 kg/hm2时,土壤–植物系统的钾素基本平衡;全覆膜垄膜沟植集雨 (RC) 条件下,推荐施钾 (K2O) 量为84 kg/hm2时,土壤–植物系统的钾素基本平衡;平作雨养 (R) 条件下,推荐施钾 (K2O) 量为48 kg/hm2时,土壤–植物系统的钾素基本平衡。  【结论】  在内蒙古阴山北麓旱作区,全覆膜垄膜沟植滴灌 (I)、全覆膜垄膜沟植集雨 (RC) 和平作雨养种植 (R) 的推荐施钾 (K2O) 量分别以120、84、48 kg/hm2为宜,此时,土壤–植物系统的钾素基本平衡。增施钾肥可增加向日葵籽实的含油率,主要是增加了籽实的亚油酸含量。