• ISSN 1008-505X
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2020年  26卷  第2期

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2020 年 2 期目录
2020, (2): 1-5.
摘要:
我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量及还田替代钾肥潜力
柴如山, 安之冬, 马超, 王擎运, 章力干, 郜红建
2020, 26(2): 201-211. doi: 10.11674/zwyf.19151
摘要:
  【目的】  粮食作物秸秆中钾养分含量及其还田后的当季释放率均较高,调查我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量,为秸秆还田条件下农田钾素养分管理提供科学依据。  【方法】  基于最新统计数据和文献资料,采用草谷比法估算了我国不同省份和农区主要粮食作物秸秆的钾养分资源量,及其在还田条件下的钾肥替代潜力。  【结果】  2015—2017年在我国主要粮食作物种植区域,水稻、小麦和玉米秸秆的年均产量分别为23212万t、17083万t和39918万t,三大粮食作物秸秆主要分布于华北、长江中下游和东北农区,分别占全国总量的33.6%、25.4%和22.8%。水稻、小麦和玉米秸秆可以提供的年均钾养分资源量分别为529万t、216万t和568万t,长江中下游、华北和东北农区三大粮食作物秸秆钾养分资源量居于全国前列,分别占全国总量的30.4%、28.2%和22.0%。各省单位耕地面积水稻秸秆还田当季可提供的钾养分量均较高,为K2O 115.0~209.5 kg/hm2。小麦秸秆还田替代钾肥潜力较大的省份有河南、河北、山东、安徽和江苏,占全国小麦总播种面积的71.1%,钾肥替代潜力为K2O 82.3~97.1 kg/hm2。对玉米秸秆还田来说,其钾肥替代潜力为K2O 67.2~170.7 kg/hm2。从全国范围来看,单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供钾养分量分别为 K2O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2  【结论】  我国水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供的钾养分量分别为K2O 449万t、193万t和479万t。我国单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季的钾肥替代潜力分别为K2O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2,充分利用秸秆资源,可基本满足我国粮食作物生产的钾素需求,维持土壤钾素平衡。
早稻、晚稻和中稻干物质积累及氮素吸收利用的差异
叶廷红, 李鹏飞, 侯文峰, 邢烈火, 吴海亚, 张建设, 李小坤
2020, 26(2): 212-222. doi: 10.11674/zwyf.19056
摘要:
  【目的】  阐明早稻、晚稻、中稻的干物质积累和氮素吸收利用规律及其差异,为水稻科学施用氮肥提供理论依据。  【方法】  以2000—2016年各年份及田间试验、籼稻、目标产量最佳施肥处理等关键词,搜集了中国知网、维普科技期刊网等数据库中发表的论文和结果。分析了早稻、晚稻和中稻的产量、氮素积累量和百千克籽粒吸氮量。基于分析结果,于2016和2017年在湖北省武穴市大金镇布置田间试验,测定水稻关键生育时期的干物质量及氮含量,计算氮积累量,采用Logistic方程y = K/ (1 + aebt) 拟合水稻干物质积累和氮素积累过程,分析早稻、晚稻和中稻的干物质积累和氮素吸收利用规律。  【结果】  符合筛选标准的早稻、晚稻、中稻产量样本数分别为92、116、132个,氮素积累量样本数分别为55、56、55个,百千克籽粒吸氮量样本数分别为50、48、54个。试验省份包括湖北、湖南、江西、广西、江苏、安徽、浙江、福建、四川。数据分析结果显示,早稻、晚稻和中稻平均产量分别为7.40、7.84、8.67 t/hm2;平均氮素积累量分别为140.8、148.9、157.7 kg/hm2;平均百千克籽粒吸氮量分别为2.00、1.92、1.79 kg。两年田间试验结果表明,早稻、晚稻和中稻干物质积累均表现为“慢—快—慢”的增长趋势。早稻、晚稻、中稻的干物质快速积累期分别在移栽后28~54、24~54、30~63天,均在拔节期—灌浆期;干物质快速积累持续时间分别为26、30、32天左右,表现为中稻 > 晚稻 > 早稻。早稻、晚稻和中稻氮素积累也表现为“慢—快—慢”的增长趋势。早稻、晚稻、中稻氮素快速积累期分别在移栽后17~41、14~46、11~43天;氮素快速积累持续时间分别为24、33、32天,中稻和晚稻氮素快速积累持续时间比早稻长。早稻、晚稻、中稻氮素籽粒生产效率分别为50.5~54.4、54.6~57.9、62.7~64.8 kg/kg,中稻显著高于早稻和晚稻;稻氮肥偏生产力分别为41.4~47.8、56.1~58.8、61.8~62.1 kg/kg,表现为中稻显著高于早稻。  【结论】  早稻、晚稻、中稻的干物质积累和氮素积累均呈“S”型曲线增长,但其特征值不同,中稻和晚稻的干物质快速积累持续时间和氮素快速积累持续时间比早稻长,有助于吸收较多的养分,积累较多的干物质。3种水稻的产量水平和氮素积累量均表现为中稻>晚稻>早稻,因此在施肥决策时应考虑早稻、晚稻、中稻的生长情况和养分需求特点,中稻氮肥投入要比早稻和晚稻略高。
玉米叶片经济和水力性状及其关联性对氮肥和水分的响应
徐慧敏, 蔡明蕾, 李秧秧
2020, 26(2): 223-232. doi: 10.11674/zwyf.19105
摘要:
  【目的】  研究叶片经济性状和水力性状的变异性及权衡策略是揭示植物适应环境变化机制和水碳模拟的基础。分析不同氮(N)肥和水分供给下玉米叶片经济性状和水力性状的变异性及相关性,及这些叶片性状与整株植物行为间的关系,以揭示同一物种内不同氮、水有效性下叶片经济性状和叶水力性状间的关系,并探讨叶片性状预测整株生物量和水分利用特征的可能性。  【方法】  采用二因素三水平的盆栽试验,其中氮肥水平包括不施氮肥 (N0)、播种前施N 0.2 g/kg干土 (N1)、播种前和五叶期各施N 0.2 g/kg干土 (N2);水分供应水平包括充分灌水 (W2)、中度水分胁迫 (W1) 和重度水分胁迫 (W0),土壤含水量分别维持在田间持水量的75%~80%、50%~55%和30%~35%约3周,共9个处理。主要测定项目包括叶经济性状 [比叶质量(LMA)、叶厚度(LT)、组织密度(TD)、质量基础上的氮含量(Nmass)和面积基础上的氮含量Narea] 及水力性状 [叶脉密度(VD)、气孔密度(SD)、气孔长度(SL)和最大气孔导度(gwmax)]。  【结果】  施氮显著增加了LMA、Nmass、Narea、VD、SD、SL和gwmax (P < 0.05),灌水显著提高了LMA、TD和Narea (P < 0.05);在3种氮水平下,W2处理的LMA和TD均较W0处理增加;在N0和N1下,W2处理的SD和gwmax亦较W0处理增加,但在N2下,W2处理的SD和gwmax则低于W0处理,氮、水间的交互作用对LMA、TD、SD和gwmax的影响达到显著水平 (P < 0.05)。不同氮、水条件下叶经济性状和水力性状间是紧密耦联的,表现在Nmass和SD、gwmax之间、Nareagwmax之间呈显著正相关 (P < 0.05)。影响生物量的主要叶性状为Narea、Nmass和VD,影响耗水量的主要为Narea、Nmassgwmax和LT;影响水分利用效率的主要为Nmass、LMA、LT和VD。  【结论】  玉米叶片氮含量与气孔密度、最大气孔导度间存在高度协调性,这种协调性增加了玉米对不同资源有效性的适应性;利用叶片性状可预测不同氮、水供给下玉米的生物量和水分利用特征。
基于旱地小麦高产优质的氮肥用量优化
惠晓丽, 马清霞, 王朝辉, 张翔, 罗来超
2020, 26(2): 233-244. doi: 10.11674/zwyf.19127
摘要:
  【目的】  探讨长期定位施氮条件下小麦产量与籽粒养分含量的变化,及土壤硝态氮、有效磷和速效钾的变化,为旱地小麦合理施用氮肥,保持土壤肥力,提高产量和改善品质提供理论依据。  【方法】  本研究基于2004年在黄土高原开始的长期定位施肥试验,2015—2017连续3年取样,研究了施氮量对土壤硝态氮、有效磷、速效钾含量,小麦氮磷钾素吸收利用,籽粒氮、磷、钾含量,地上部生物量、籽粒产量及其构成的影响。  【结果】  与不施氮相比,长期施氮小麦平均增产67.1%,生物量提高52.0%,收获指数提高9.5%;穗数和穗粒数平均分别提高32.5%和40.0%,千粒重下降7.1%。施氮量与产量、生物量呈抛物线关系,获得最高产量6587 kg/hm2的施氮量为N 215 kg/hm2。籽粒氮含量随施氮量增加而增加,磷含量降低,钾含量变化较小。土壤硝态氮含量与施氮量呈显著正相关,小麦获得最高产量时播前和成熟期硝态氮含量分别为7.2和10.3 mg/kg;有效磷含量随施氮量增加而降低,速效钾含量变化较小。氮收获指数、生理效率、偏生产力、农学效率均随施氮量增加而降低。  【结论】  综合考虑小麦的籽粒产量和籽粒关键养分含量,研究区域旱地冬小麦产量目标应为6300 kg/hm2,施氮量为N 150 kg/hm2、施磷量为P2O5 100 kg/hm2,播前或收获期表层 (0—20 cm) 土壤硝态氮保持在6.0~8.0 mg/kg、土壤有效磷12.0~15.0 mg/kg、土壤速效钾139~140 mg/kg。
硫磺树脂包膜尿素氮素释放与小麦、玉米需氮规律的匹配性及最佳配施比例
张玉凤, 沈玉文, 王江涛, 杨力, 张强, 陈剑秋, 林海涛, 边文范, 田慎重, 刘兆辉
2020, 26(2): 245-255. doi: 10.11674/zwyf.19082
摘要:
  【目的】  研究小麦、玉米专用硫磺树脂包膜尿素 (SRCU) 在水中和土壤中的氮素释放规律及其与作物氮素吸收的匹配性,并研究现有条件下其与普通尿素的配施比例,为调整该产品的氮素释放特征、提高其利用效率提供依据。  【方法】  本研究包括氮素静水、土壤释放规律试验以及缓控释尿素与普通尿素最佳配比试验。供试缓控释肥料静水释放期分别为3个月 (SRCU3) 和2个月 (SRCU2)。静水氮素释放试验取10.00 g SRCU于孔径为0.15 mm的尼龙袋中,置于200 mL无离子水内,在25℃恒温培养,定期取样,测定水中氮素含量,直至80%以上氮素释放;土壤氮素释放规律试验在小麦、玉米播种后第1天,将 20.00 g SRCU装入尼龙网袋,埋入20 cm深土壤中,从第1天起,定期取出肥料袋,称量肥料袋质量,以相邻取样时期的质量差作为氮素释放量。肥料配比试验设不施氮肥 (CK)、普通尿素常规施用 (FP)、普通尿素全部基施 (100%U) 和100%、70%、50%、30% SRCU 分别与普通尿素配合一次性基施,共7个处理。在小麦、玉米收获期取植株和籽粒样品,测定氮素含量、产量,调查了小麦、玉米产量构成,计算氮肥表观利用率和经济效益。  【结果】  1) SRCU2和SRCU3在静水中第1天氮素累积释放率分别为9.29%和7.09%,28天的氮素累积释放率分别为63.45%和43.86%;SRCU2在64天的氮素累积释放率为89.77%,SRCU3在90天的氮素累积释放率为85.70%。2) 埋入土壤中的SRCU2在玉米苗期 (1—14天) 、拔节期 (14—42天)、大喇叭口期 (42—56天) 、开花期 (56—70天)、灌浆期 (70—94天) 的氮素累积释放率分别为8.96%、 25.28%、9.54%、 21.77%、15.82%;氮素日均释放率在拔节期较高,至开花期最高。埋入土壤中的SRCU3在小麦越冬期 (1—128天) 、返青期 (128—170天) 、拔节期 (170—201天)、开花—收获期 (201—239天)的氮素累积释放速率分别为 21.54%、7.60%、 26.96%、26.24%;氮素日均释放率在拔节期、灌浆期较高。3) 与常规施肥 (FP) 相比,100%SRCU和70%SRCU处理玉米产量显著升高,70%SRCU处理小麦产量显著升高;经济效益的增减与产量结果一致,施用100%SRCU、70%SRCU、50%SRCU处理玉米经济效益分别提高1107.82、1348.70、1065.80元/hm2,70%SRCU、50%SRCU处理小麦经济效益分别提高1609.98、683.71元/hm2,效益最高的均是70%SRCU处理。70%SRCU处理在玉米、小麦上的氮肥表现利用率分别提高8.97、7.10个百分点。  【结论】  小麦和玉米专用硫磺树脂包膜尿素的氮素释放率符合行业标准要求,但还需根据作物需求调整。目前SRCU3的氮素释放量在小麦返青期和拔节期不足,SRCU2需要增加玉米开花期后的释放量。本试验条件下,硫磺树脂包膜尿素在玉米和小麦上适宜的一次性配施比例为70%。
东北典型县域稻田土壤肥力评价及其空间变异
王远鹏, 黄晶, 柳开楼, 韩天富, 都江雪, 马星竹, 郝小雨, 周宝库, 刘彩文, 蒋先军, 张会民
2020, 26(2): 256-266. doi: 10.11674/zwyf.19128
摘要:
  【目的】  明确东北典型县域稻田土壤肥力空间变异特征,为该区域稻田土壤合理培肥管理提供科学依据。  【方法】  以黑龙江省方正县为研究区域,2017年在该研究区域采取114个代表性点位的稻田土壤,选取容重、pH、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量、有机质含量和阳离子交换量作为土壤综合肥力评价指标,采用相关系数法确定各个指标的权重,根据东北稻田土壤特征,选择隶属度函数曲线,并确定隶属度函数转折点,依据模糊数学法的加乘原理,利用各土壤肥力指标的权重值和隶属度值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空间变异特征和分布格局;通过主成分分析探究土壤肥力差异的主控因子。  【结果】  描述性统计分析表明,方正县稻田土壤综合肥力指数在0.18~0.99,平均值为0.60。土壤容重和pH的变异系数分别为9.15%和5.69%,属于弱变异强度,其他肥力指标的变异系数在20.01%~36.18%,属于中等变异强度。地统计学研究表明,土壤容重、全氮含量、有机质含量和阳离子交换量的块金系数在39%~50%,它们具有中等强度的空间自相关性,土壤pH、有效磷含量、速效钾含量和综合肥力指数的块金系数均在25%以下,它们具有强烈的空间自相关性。方正县土壤综合肥力指数值在0.70以上的稻田占16%,在0.60~0.70的稻田占45%。各个肥力指标中,土壤有效磷含量和速效钾含量的分布特征与综合肥力指数相似,呈南高北低的分布格局;土壤pH和阳离子交换量由稻区中部向南北方向逐渐降低;土壤容重由西北向东南呈逐渐降低的趋势;土壤有机质和全氮含量均表现为由东南向西北逐渐降低的趋势,土壤有机质含量在30 g/kg以上的稻田占比为97%,土壤全氮含量在1.5 g/kg以上的稻田占比为84%;其中北部蚂蚁河沿岸土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量相对较低。利用主成分分析得到各项肥力指标的综合得分值由大到小依次为:土壤有效磷含量、速效钾含量、有机质含量、阳离子交换量、全氮含量、pH和容重。  【结论】  方正县61%的稻田土壤肥力处于中等及以上水平,稻田土壤肥力整体呈现出南高北低的分布格局。土壤有效磷和速效钾含量是造成土壤肥力差异的主要因子。
辽西褐土区高产土壤理化性质及影响玉米产量的主要因子
李嵩, 韩巍, 张凯, 依艳丽
2020, 26(2): 267-275. doi: 10.11674/zwyf.19092
摘要:
  【目的】  土壤耕层结构与肥力水平是影响玉米生长及其产量的重要因素。厘清辽西褐土区不同产量玉米田的土壤结构与肥力水平及其与玉米产量之间的关系,进而提出土壤合理耕层构建的评价指标,最终为该地区玉米产量的提高提供理论基础。  【方法】  本研究在辽西褐土区选取不同产量玉米田共56块,将其分为产量 < 6000、6000~9000和 > 9000 kg/hm2 3个水平,分析调查土壤耕层与犁底层厚度、紧实度、容重、孔隙度、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量和玉米根系生长状况。采用预测变量重要性分析方法明确影响玉米产量的主要因素,提出辽西褐土区玉米高产所需的土壤耕层结构与肥力特征。  【结果】  玉米产量随土壤耕层厚度增加而增加,随犁底层厚度增加而减小。不同产量玉米田的紧实度、容重和孔隙度在0—10 cm土层差异不大,而在10 cm—犁底层和犁底层差异较大,即产量 > 9000 kg/hm2玉米田的各项结构指标均优于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。土壤有机质、有效磷、速效钾和碱解氮等肥力状况在产量 > 9000 kg/hm2玉米田同样优于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。不同产量地块的玉米根系生长情况出现明显差异。产量> 9000 kg/hm2玉米田的根干重和根长均明显高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。分土层来看,所有玉米田的根系都主要分布在0—20 cm土层,产量 < 6000、6000~9000和 > 9000 kg/hm2玉米田在0—20 cm土层的根干重分别占0—40 cm总量的83.3%、79.8%和81.1%,根长分别占83.0%、74.6%和71.7%。这不但说明根系对水分和养分的吸收主要集中在0—20 cm土层,同时也表明产量 > 9000 kg/hm2玉米田在20—40 cm土层的根系分布仍然比产量 < 9000 kg/hm2玉米田要丰富。所有结构性质与肥力因素中,耕层厚度和有效磷含量是影响辽西玉米高产的最重要因素。  【结论】  辽西褐土区高产玉米田具有以下特征:耕层厚度18~26 cm,平均23 cm;紧实度低于1000 kPa;耕层土壤容重处于1.14~1.39 g/cm3,平均1.27 g/cm3;耕层土壤总孔隙度为47.4%~58.5%,平均52.2%,毛管孔隙度平均33.5%,通气孔隙度平均18.7%;耕层土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾平均含量分别为14.8 g/kg、34.7 mg/kg、21.2 mg/kg、159.9 mg/kg。提高土壤有效磷含量、增加耕层厚度是培肥中低产田最迫切的任务。
深耕结合秸秆还田提高作物产量并改善耕层薄化土壤理化性质
韩上, 武际, 李敏, 陈峰, 王允青, 程文龙, 唐杉, 王慧, 郭熙盛, 卢昌艾
2020, 26(2): 276-284. doi: 10.11674/zwyf.19154
摘要:
  【目的】  小麦–玉米轮作区土壤耕层变薄,直接深耕往往导致土壤肥力降低。在存在该类问题的土壤上,研究不同耕作方式和秸秆还田对作物产量和土壤理化性质的影响,以期实现在增加耕层厚度的同时维持作物产量,并提升土壤肥力。  【方法】  试验于2012—2016年在华北平原南部濉溪县进行,供试土壤为砂姜黑土。在人工剥离5 cm土层的耕层薄化土壤上开展试验,设旋耕 (RT)、深耕 (DT)、旋耕 + 秸秆还田 (RTS)、深耕 + 秸秆还田 (DTS) 4个处理。在每年玉米和小麦成熟期进行田间测产;在第4季小麦收获后采集0—10和10—20 cm土层土样,分析土壤有机碳各组分和土壤养分含量、土壤团聚体分布。  【结果】  与旋耕 (RT) 相比,单纯深耕 (DT) 不能明显提高玉米和小麦产量,显著降低土壤总有机碳含量、0—10 cm土层有机碳各组分含量和土壤速效钾含量,并显著降低10—20 cm土层胡敏酸与富里酸比值及各土层粒径 > 0.25 mm水稳性团聚体的比例。深耕配合秸秆还田 (DTS) 处理玉米和小麦4季平均分别增产7.72%和8.06%,旋耕配合秸秆还田 (RTS) 处理分别增产7.55%和7.05%。在0—10 cm土层,DTS和RTS处理均明显提升土壤胡敏酸与富里酸比值,提高总有机碳及多数组分碳含量、提高土壤养分含量,RTS处理效果好于DTS处理;而在10—20 cm土层,DTS处理显著提高土壤胡敏酸、全氮和有效磷含量,效果好于RTS处理。DTS和RTS处理均可以显著提高粒径 > 0.25 mm水稳性团聚体的比例,在0—10 cm土层,以DTS处理效果最高,比RT处理增加23.09%,而在10—20 cm土层,以RTS处理效果最好,相比RT处理增加6.32%。  【结论】  在耕层薄化处理的土壤上,单纯深耕提升作物产量的效果不显著,也不利于土壤有机碳及各组分含量、土壤养分含量的提升,还破坏了土壤团粒结构。秸秆还田配合深耕或者旋耕均能显著提高作物产量,秸秆还田配合旋耕能有效培肥0—10 cm土层土壤,但对10—20 cm土层土壤肥力改善效果有限;秸秆还田配合深耕在增加耕层厚度的同时,还改善了土壤养分状况,明显减弱了单纯深耕对10—20 cm土层土壤结构稳定性的不利影响。
施用小麦秸秆或其生物炭对烟田土壤理化特性及有机碳组分的影响
王毅, 张俊清, 况帅, 管恩森, 禚其翠, 宋晓培, 芦伟龙, 王大海, 刘跃东, 张继光
2020, 26(2): 285-294. doi: 10.11674/zwyf.19078
摘要:
  【目的】  以2年田间定位试验为依托,研究小麦秸秆及其生物炭连续施用对植烟土壤理化性状和有机碳组分的影响,为烟区土壤质量提升提供依据。  【方法】  田间试验在山东省诸城市潮褐土烟田上进行。试验设4个处理,分别为:常规施肥且秸秆不还田(CK),常规施肥+小麦秸秆还田(FS),常规施肥+小麦秸秆生物炭2.25 t/hm2 (FB1)和4.50 t/hm2 (FB2)。在烟叶收获后,采集0—20 cm耕层土样,测定了土壤基础理化指标和总有机碳(TOC)、微生物生物量碳(MBC)、热水溶性有机碳(HWC)、活性有机碳(LOC)及轻组有机碳(LFOC)含量,并计算土壤碳库管理指数(CPMI)。  【结果】  连续施用小麦秸秆或其生物炭2年后,FB1和FB2处理TOC含量显著高于CK,增幅分别为74.9%和116.0%,而FS与CK处理间差异不显著。LFOC含量的变化趋势与TOC类似,FB1和FB2处理LFOC含量分别较CK处理显著增加154%和326%。FS处理HWC含量显著高于CK和FB1处理,而与FB2处理差异不显著。与CK相比,FS处理HWC含量增加了107%。FS和FB2处理MBC含量较CK分别增加了252%和144%,而FB1处理与CK相比差异不显著。FS处理LOC含量较CK显著增加了68.9%,而FB1、FB2处理LOC含量与CK相比差异不显著。FS处理还能显著降低土壤容重、增加土壤含水量及有效磷含量,其对部分土壤理化特性的改良效果优于生物炭处理(FB1和FB2)。此外,CPMI也以FS处理最高,较CK显著增加了73.5%,而FB1、FB2处理与CK处理差异不显著。  【结论】  连续秸秆还田有利于提升烟田土壤活性有机碳(MBC、HWC和LOC)含量,降低土壤容重,提高有效磷含量,提高土壤CPMI。而同量秸秆转化为生物炭后连续还田能够提高土壤总有机碳和轻组有机碳含量,更有利于土壤有机碳的长期固存。
秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响
张鑫, 周卫, 艾超, 黄绍敏, 梁国庆
2020, 26(2): 295-306. doi: 10.11674/zwyf.19062
摘要:
  【目的】  通过研究秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同生育期土壤酶活性和细菌群落结构的影响,揭示土壤细菌群落对不同施肥措施的响应规律,为调节土壤养分,提高作物产量,改善土壤生物功能提供科学依据。  【方法】  基于河南农业科学院原阳试验基地5年连续定位试验,选取不施肥 (CK)、单施化肥 (氮肥基追比1∶1,N)和秸秆全量还田下氮肥基追比1∶1 (SN1)、1∶1.5 (SN2) 和1∶2 (SN3) 共5个处理,于2016年夏玉米抽丝期和收获期采集0—20 cm土壤样品,采用常规方法测定土壤基础理化性质,采用荧光微型板酶检测技术测定土壤酶活性,采用Illumina Miseq高通量测序方法测定土壤细菌群落结构。  【结果】  秸秆还田下氮肥基追比对玉米产量及氮肥利用率产生明显影响,相比于N处理,SN1处理显著增产9.98%;SN1和SN2处理氮肥利用率分别提高9.83、5.10个百分点。在夏玉米抽丝期和收获期,相比于N处理,秸秆还田下各氮肥运筹处理不同程度地提高了土壤pH、有机碳、全氮和速效钾含量,其中均以SN1处理增幅最为明显。在玉米抽丝期,除土壤磷酸酶外,SN1处理土壤酶活性均为最高;SN1处理对收获期土壤β-葡萄糖苷酶、纤维二糖甘酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的促进最明显。细菌群落除抽丝期SN1与CK处理Shanno指数显著高于N处理而Simpson指数显著低于N处理外,其余处理间差异不显著。各施肥处理下门水平和纲水平的主要优势种群均为变形菌门、放线菌门和α-变形菌纲和放线菌纲。线性判别效应分析 (LEfSe) 显示,不同生育期比较,抽丝期最大LDA(linear discriminant analysis) 值为酸杆菌纲,收获期为芽单胞菌纲;而同一生育期各处理间比较,抽丝期各处理最大LDA值均为变形菌门的α-变形菌纲,收获期均为γ-变形菌纲。典范对应分析表明,抽丝期土壤pH (P = 0.002)、有机质含量 (P = 0.004) 和收获期土壤pH (P = 0.03)、硝态氮 (P = 0.036)、速效钾 (P = 0.044) 含量对细菌群落结构产生显著影响。  【结论】  土壤pH、有机碳、硝态氮和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要因素。秸秆还田条件下,氮肥运筹显著影响土壤酶活性和细菌群落结构,氮肥基追比为1∶1时可显著提升土壤养分含量和酶活性,提高δ-变形菌纲、绿弯菌纲和TK10 (未分类) 相对丰度,从而更有效地促进秸秆分解和转化,发挥有机质调节土壤养分释放、减少养分损失的作用,最终提高玉米产量和氮肥利用率。
长期不同施肥措施下塿土细菌群落结构变化及其主要影响因素
刘平静, 肖杰, 孙本华, 高明霞, 张树兰, 杨学云, 冯浩
2020, 26(2): 307-315. doi: 10.11674/zwyf.19102
摘要:
  【目的】  研究不同施肥处理下土壤细菌群落的特征,为建立促进土壤生态系统稳定和健康的养分管理制度提供依据。  【方法】  陕西省杨凌示范区“国家黄土肥力与肥料效益监测基地”的28年长期定位试验始于1990年秋,种植制度为冬小麦–夏休闲,无灌溉。本研究选取定位试验中不施肥 (CK)、施用氮磷钾肥 (N、P2O5、K2O分别为135、108、67.5 kg/hm2,NPK) 和有机无机肥配施 (70% N来自牛粪,MNPK) 3个处理。于2018年6月小麦收获后采集0—20 cm耕层土样,测定养分含量、含水量、微生物量碳含量、微生物量氮含量及目标土壤微生物。以1%琼脂糖凝胶电泳法检测土壤中DNA,根据97%相似度对序列进行OTU聚类、α多样性分析 (包括Shannon、ACE和Chao1等指数),使用CANOCO 4.5软件对土壤细菌门水平群落结构、细菌相对丰度等与土壤理化性质进行冗余分析。  【结果】  与CK相比,NPK和MNPK处理显著提高了土壤有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮、硝态氮和铵态氮含量,显著降低了土壤pH值。不同处理细菌基因拷贝数为每克干土6.69 × 109~16.46 × 109,与CK相比,NPK和MNPK处理细菌数量分别提高了77%和146%。MNPK处理的土壤细菌Shannon多样性指数显著高于CK和NPK处理,而Simpson指数显著低于CK和NPK处理,NPK与CK处理间两个指数无显著差异。3个处理的细菌丰富度指数 (Chao1指数和ACE指数) 和均匀度指数均没有显著差异。在门水平上,共获得35个细菌类群,其中,放线菌门 (Actinobacteria)、变形菌门 (Proteobacteria)、酸杆菌门 (Acidobacteria) 和绿弯菌门 (Chloroflexi) 为主要优势菌门 (相对丰度 > 10%),占到全部菌门的80.1%~81.7%。与CK相比,MNPK处理显著降低了放线菌门 (F = 5.845,P < 0.05) 的相对丰度,增加了拟杆菌门 (F = 4.461,P < 0.05) 的相对丰度,3个处理间其他菌门均无显著差异。冗余分析结果显示,CK与NPK、MNPK处理的土壤细菌群落结构具有明显差异,且MNPK处理对土壤细菌群落组成的影响更大。土壤理化性质对细菌菌群影响表现为:土壤硝态氮 > 可溶性有机碳 > pH > 铵态氮 > 有机碳 > 土壤含水量,这些理化因子均是影响微生物生长的关键因子。  【结论】  关中土区旱作雨养条件下,化肥平衡施用和有机无机肥配施均显著提高了土壤中细菌数量、多样性和丰富度,有机无机肥配施还改变了细菌群落结构,特别是降低了放线菌门、增加了拟杆菌门的丰度,更有利于土壤生态系统的稳定和健康。
三种菌肥对连作平邑甜茶根系生长和土壤真菌群落多样性的促进效应
王义坤, 苏厚文, 段亚楠, 李前进, 陈学森, 沈向, 尹承苗, 毛志泉
2020, 26(2): 316-324. doi: 10.11674/zwyf.19122
摘要:
  【目的】  以苹果常用砧木平邑甜茶 (Malus hupehensis Rehd.) 幼苗为试材,盆栽条件下研究圆弧青霉D12、哈茨木霉、草酸青霉A1等对根系形态及土壤真菌的影响,为生物防控苹果连作障碍提供理论依据。  【方法】  试验材料为平邑甜茶实生苗,连作土壤采自山东省泰安市满庄滩清湾31年生老苹果园,设置5个处理:连作土 (CK1)、载体基质 (CK2)、施用圆弧青霉D12菌肥处理 (T1)、施用哈茨木霉菌肥处理 (T2)、施用草酸青霉A1菌肥处理 (T3),菌肥加入量为连作土壤质量的1.00%,移栽4个月后测定根系呼吸速率、根系保护酶、土壤真菌多样性等指标。  【结果】  与CK1相比,T1、T2、T3均能够促进植株根系鲜重增加和根系呼吸速率提高,显著提高根系保护酶活性,降低MDA含量;T2、T3效果较好,其SOD活性分别增加了45.46%、46.82%、POD活性分别增加了120.06%、108.73%,CAT活性分别增加了84.15%、87.82%。与CK1 相比,T1、T2、T3土壤中镰孢菌属的相对丰度分别降低了41.14%、49.34%、79.10%,而青霉属和木霉属分别增加了227.18%、222.91%、890.94%和76.55%、462.71%、213.56%,真菌多样性指数 (Ace指数、Chao指数、Shan指数) 均明显提高,Simpson指数则有所下降。  【结论】  连作土壤中施用圆弧青霉D12、哈茨木霉、草酸青霉A1均可提高根系保护酶活性和根系活力,降低土壤中镰孢菌丰度,其中哈茨木霉和草酸青霉A1效果较好,可用于苹果连作障碍的防控。
生草改善果园土壤肥力和苹果树体营养的效果
杨露, 毛云飞, 胡艳丽, 王芸芸, 张璐璐, 尹伊君, 庞会灵, 宿夏菲, 刘业萍, 沈向
2020, 26(2): 325-337. doi: 10.11674/zwyf.19104
摘要:
  【目的】  果园生草在促进树体生长发育、改善土壤理化环境和土壤肥力等方面起着重要作用,本研究旨在解决我国果园普遍存在的立地条件差和土壤改良困难、有机质含量少且缺乏补充途径等问题,为果业可持续发展提供重要的技术支撑。  【方法】  以美国引进的格兰马草 (Bouteloua gracilis)、粗燕麦草 (Sporobolus asper)、小须芒草 (Schizachyrium scoparium)、宠禾草 (Eragrostis trichodes)、弯叶画眉草 (Eragrostis curvula)、柳枝稷 (Panicum virgatum) 和加拿大滨麦 (Elymus canadensis) 为试验材料,以清耕和白三叶草 (Trifolium pratense) 为对照,于2017年春季在山东省泰安市马庄镇实验基地一年生苹果幼树行间进行生草试验,研究不同生草处理在连续两年内对果树生长发育和果园土壤环境的影响。  【结果】  1) 8种处理草的生物学性状各不相同,其中弯叶画眉草的高度和叶片宽度、密度、盖度、地上和地下生物量表现最佳。2) 7个生草处理对改善土壤环境都具有显著效果,6、7月份,弯叶画眉草处理的土壤温度下降幅度最大,生草一年较清耕分别下降了23.62%和27.45%;6、7、8月份,小须芒草处理两年的土壤pH最低,较同月清耕处理分别降低了6.83%、7.07%、7.19%;弯叶画眉草处理两年的土壤孔隙度增幅最大,较清耕处理分别增加了6.76%、8.35%、9.09%;3) 果园生草提高了土壤中微生物的数量,且随着生草时间的延长提高效果越明显。生草两年的弯叶画眉草处理土壤中的真菌和放线菌数量最多;生草两年的粗燕麦草处理土壤中的细菌数量最多;宠禾草处理两年的细菌OTU数量最大,为5323个,比清耕处理高7.93%。4) 不同生草处理均显著改善了果园的土壤养分。弯叶画眉草处理的土壤有机质含量最高,且生草两年比生草当年的有机质含量提高了23.53%;不同生草处理后土壤中的有效铁、有效锰、有效铜、有效锌的含量较清耕处理均有显著提高。5) 不同生草处理的果树叶片矿质元素含量较清耕有显著差异,显著降低了叶片氮元素的含量,显著提高了叶片磷、钾、镁、铁、铜、锌等元素的含量。  【结论】  果园内不同生草处理对苹果幼树树体、土壤环境和土壤养分产生重要影响,可不同程度地改善幼树的叶片矿质元素含量,降低土壤温度和pH,提高土壤孔隙度、土壤有机质和土壤微生物数量,果园生草处理是有利于改良果园园土和树体的方法,可推动我国果业可持续发展。
CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB可能参与甘蓝型油菜对氮胁迫的响应
梁桂红, 华营鹏, 宋海星, 张振华
2020, 26(2): 338-353. doi: 10.11674/zwyf.19112
摘要:
  【目的】  油菜需氮量高但氮素利用率低,氮素源库分配效率被认为是调控植物氮素利用效率的关键因子。在拟南芥中,NRT1.7基因介导了植物韧皮部硝酸盐由衰老叶片向幼嫩叶片和角果中的再转运过程。通过分析鉴定油菜中的NRT1.7基因及其对供氮水平的响应,为进一步系统研究NRT1.7基因提供参考依据。  【方法】  以AtNRT1.7基因序列为基础序列,采用生物信息学方法鉴定了白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中NRT1.7的同源基因,预测和分析了该基因拷贝数、系统进化、进化选择压力、分子特征、保守基序、跨膜结构域、染色体定位、基因结构及其启动子区域所能结合的顺式作用元件,同时采用荧光定量PCR分析了甘蓝型油菜BnaNRT1.7s的组织表达模式及其对氮胁迫的响应。氮素响应试验以甘蓝型油菜幼苗为材料,在NO3-N 9.0 mmol/L溶液中培养10天后,直接测定NRT1.7基因表达量;转入NO3-N 0.3 mmol/L 溶液中 (低氮胁迫) 或在无氮溶液中饥饿处理3天后,恢复NO3-N 9.0 mmol/L 溶液培养,再测定NRT1.7基因表达量。  【结果】  甘蓝型油菜NRT1.7s家族包含6个成员,系统进化分析表明BnaNRT1.7s与拟南芥进化相似,分布在相近的分支。BnaNRT1.7s家族所有基因成员的Ka/Ks值均小于1.0,受到强烈的纯化选择作用。BnaNRT1.7s家族所有基因成员均属于稳定的两性蛋白,含12~13个跨膜结构域。基因结构相似,均含有3个内含子,且CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB是启动子上丰度较大的顺式作用原件,可能参与了植物对氮素的响应。实时荧光定量PCR结果表明,甘蓝型油菜中NRT1.7基因会受到不同氮素水平的调控。长期 (72 h) 低氮处理,根部BnaA7.NRT1.7bBnaC6.NRT1.7b基因的表达上调而抑制地上部BnaCn.NRT1.7基因的表达,共同调控植物对低氮胁迫的适应能力。氮饥饿3天后供氮6 h,地上部和根部BnaNRT1.7的基因表达均受到抑制。基因共表达网络分析显示,低氮胁迫下,BnaCn.NRT1.7BnaC6.NRT1.7b基因分别在地上部和根部氮素再分配中起主导作用。  【结论】  甘蓝型油菜NRT1.7蛋白进化过程相对保守,基因结构相似,启动子上的顺式作用原件CACTFTPPCA1 (YACT)、Dof (AAAG)、MYB可能参与了甘蓝型油菜对氮胁迫的响应。
适量施磷有效提高苋菜对镉污染土壤的修复能力
王丽, 邹茸, 王秀斌, 霍文敏, 迟克宇, 范洪黎
2020, 26(2): 354-361. doi: 10.11674/zwyf.19109
摘要:
  【目的】  土壤性质和化肥施用均影响作物对重金属污染土壤的修复效果。探究不同磷肥施用量对苋菜镉 (Cd) 吸收和累积的影响,为通过养分管理减少作物对重金属的积累提供依据。  【方法】  以苋菜 (Amaranshus mangostanus L.) 为供试作物,以黄棕壤和赤红壤为供试土壤进行盆栽试验。在两个供试土壤中,加入分析纯CdCl2∙2.5H2O (Cd 15 mg/kg土), 平衡一个月后,用于苋菜栽培。设置5个磷肥(P)施用水平:0 (CK)、50、100、200、400 mg/kg土,以磷酸二氢铵 (分析纯) 加入。苋菜生长45天后收获,调查地上部和根部生物量,分析其磷、镉含量,并测定土壤中DTPA提取的有效态Cd含量。  【结果】  施用磷肥能提高苋菜的生物量,随着施磷量的增加,苋菜生物量也随之增加,且各处理均与CK处理差异显著。在黄棕壤上,苋菜地上部生物量增幅为9.2%~39.0%,根部为4.0%~15.0%;在赤红壤上,苋菜地上部增幅为7.7%~46.0%,根部为10.0%~100.0%。苋菜Cd含量与CK处理相比均显著降低,在黄棕壤上,苋菜地上部和根部Cd含量的降幅分别为7.4%~50.2%和7.9%~58.8%;在赤红壤上,降幅分别为9.9%~55.8%和21.7%~66.0%。苋菜Cd累积量与CK处理相比均呈上升趋势,黄棕壤上苋菜地上部和根部Cd累积量的增幅分别为36.2%~54.3%和7.4%~38.9%;在赤红壤上,增幅分别为34.3%~62.8%和5.4%~55.4%。当施磷量为P 50 mg/kg土时,苋菜地上部、根部在黄棕壤和赤红壤上的Cd累积量均最大。施磷降低了土壤中镉的生物有效性。随着施磷量的增加,土壤有效态Cd含量显著降低,黄棕壤上的降幅为0.9%~7.2%,赤红壤上的降幅为1.2%~7.9%。植株体内Cd含量与磷含量之间存在一定的负相关性。  【结论】  施用磷肥显著提高苋菜的生物量,同时降低土壤中有效态镉的含量。虽然施磷肥显著降低了苋菜地上部和根部的Cd含量,但显著提高的生物量有效增加了苋菜对土壤Cd的总吸收和累积量,提高了其对镉污染土壤的植物修复效率。盆栽结果表明,在镉浓度为15 mg/kg 土的黄棕壤和赤红壤上,磷肥施用量为50 mg/kg土时修复效果最佳。
乙二胺四乙酸和柠檬酸活化石灰性土壤磷素的潜力评估
丁佳惠, 王祺, 樊秉乾, 张帅, 崔建宇, 胡兆平, 陈清
2020, 26(2): 362-369. doi: 10.11674/zwyf.19098
摘要:
  【目的】  长期施磷形成的高磷残留土壤,面临土壤酸化、钙镁离子淋失等问题。本研究采用肥料中常见的螯合剂乙二胺四乙酸 (EDTA) 和柠檬酸,研究其对不同磷含量的石灰性土壤中磷素的活化作用,以期为磷肥减施和土壤残留磷高效利用提供有效途径。  【方法】  供试低磷、高磷和白云石改良土壤取自北京市房山区的石灰性土壤,3种供试土壤的全磷含量依次为0.95、1.90和1.91 g/kg,有效磷含量依次为7.39、160和152 mg/kg。采用室内往复振荡浸提方法,两种浸提剂为EDTA和柠檬酸,低磷土壤浸提剂浓度为0.05 g/L,浸提时间为12 h,高磷土壤和改良土壤浸提剂浓度均为0.5 g/L,浸提时间分别为12 h和1 h。每个土壤样品采用相同方法连续浸提10次,同时以去离子水浸提作为对照。测定了浸提液中磷、钙、镁、铁、铝含量,计算各元素的单次浸提量和累积浸提量。全部浸提后,用蒋顾磷分组法测定了土壤中不同组分磷的含量。  【结果】  EDTA和柠檬酸在低磷土壤中单次磷素浸提量均较低,且累积浸提量之间差异不显著,连续浸提10次后磷素的累积浸提量不及土壤全磷的3%;而在高磷土壤和施入白云石的改良土壤中,柠檬酸和EDTA的单次磷素浸提量为低磷土壤的7~64倍,磷素累积浸提量超过土壤总磷的20%,且柠檬酸处理高于EDTA处理。在低磷土壤中,磷素的累积浸提量仅与铁和铝离子的累积浸提量显著相关,在高磷土壤中,磷素的累积浸提量与钙、镁、铁和铝离子的累积浸提量均显著正相关,且相关系数均在0.78以上,而在白云石改良土壤中,磷素的累积浸提量与铝离子的累积浸提量之间无显著相关关系。进一步分析浸提前后土壤磷素组分变化可知,在低磷土壤中,去离子水、EDTA和柠檬酸经10次浸提后土壤Ca2-P显著增加;在高磷土壤中,EDTA和柠檬酸处理浸提的土壤Ca2-P、Ca8-P较去离子水处理显著降低了16.1%、14.9%和37.1%、5.4%。此外,柠檬酸处理还降低了31.4%的土壤Al-P,EDTA和柠檬酸在改良土壤上对于各组分磷的浸提量与在高磷土壤上相似。  【结论】  在连续浸提的条件下,EDTA 和柠檬酸在低磷土壤上无明显活化磷素的效果,而在高磷土壤上和施入白云石的改良土壤上则可持续浸提出大于总磷量20%的磷素。高磷土壤和改良后土壤中被浸提磷素主要来自Ca2-P和Ca8-P,少部分来自Al-P和Fe-P。
专题综述
植物微根系原位观测方法研究进展
肖爽, 刘连涛, 张永江, 孙红春, 白志英, 张科, 田士军, 董合忠, 李存东
2020, 26(2): 370-385. doi: 10.11674/zwyf.19186
摘要:
植物根系是固定植株、获取水分和营养物质的主要器官。作为连接植物体与土壤环境的枢纽,根系的发育状况直接关系着地上部分的形态建成。由细根及其根毛组成的微根系是根系功能的关键组织。由于土壤中根系的非直观性和根系自身的复杂立体构型,常规研究方法很难准确测定根系的变化动态。微根系原位观测技术、方法的出现为原位根系研究提供了可能的手段。近年来,可用于观测微根系二维形态与立体构型的多种类型的原位生长系统、装置被研制出来,一些根系图像分析软件也不断开发和改进,大大提升了原位根系研究的准确性。本文介绍了几种用于原位微根系观测的装置和图像分析软件与计算方法,并比较了不同方法与软件之间的优劣,指出原位观测研究技术的应用和发展趋势,以期对后续植物微根系研究提供参考。
研究简报
缺硼槟榔幼苗的生理反应和根系发育特征
曹先梅, 刘立云, 李佳
2020, 26(2): 386-392. doi: 10.11674/zwyf.19110
摘要:
  【目的】  探究缺硼对槟榔幼苗生理特征和根系形态的影响,以期为槟榔缺硼(B)诊断提供理论依据。  【方法】  以‘热研1号’槟榔幼苗为材料进行了砂培试验。设置营养液中不加B (B0,0 μmol/L) 和添加常规硼 (B50,50 μmol/L) 两个浓度处理。生长3个月后,测定了槟榔幼苗生物量、株高、硼含量、叶片糖类物质以及抗氧化酶活性、丙二醛含量、光合速率,观察了不同处理下根尖及根尖细胞的形态。  【结果】  与B50处理相比,B0处理显著降低了槟榔幼苗株高、地下部鲜重和干重、总鲜重、地上部和地下部硼含量;B0处理槟榔叶片蔗糖和淀粉含量下降,可溶性总糖含量无显著变化,叶片光合速率降低,且MDA含量、POD活性显著升高。在B0条件下,槟榔根系变短,根尖明显膨大,细胞壁明显增厚,且内壁上积累了大量的颗粒物,根系活力显著降低。  【结论】  缺硼导致槟榔幼苗根尖解剖结构受到破坏,养分吸收运转能力降低,叶片抗氧化系统受到损伤,光合能力下降,最终抑制植株生长。
日光温室嫁接黄瓜硅钙优化施肥方案
翟江, 张宁, 李福德, 毕焕改, 艾希珍
2020, 26(2): 393-400. doi: 10.11674/zwyf.19162
摘要:
  【目的】  硅和钙在促进作物矿质元素吸收、提高产量及改善风味品质等方面发挥积极作用。本研究旨在探讨日光温室黄瓜硅、钙适宜施用量,为提高黄瓜产量和品质提供理论依据和技术指导。  【方法】  以‘津优’35号为试材进行了日光温室黄瓜小区试验。在相同氮磷钾用量和施用方法下,采用二因子饱和D—最优设计,设6个不同硅、钙配施处理,随水分4次施入。调查分析黄瓜产量与品质,并建立以SiO2、CaO用量为变量因子,以黄瓜产量与品质为目标函数的二元二次多项式数学模型。  【结果】  SiO2 (X1)、CaO (X2) 用量与黄瓜产量Yy的回归方程为Yy = 108455.82 + 80.27X1 + 138.91X2 – 0.15X12 – 0.40X22 – 0.05X1X2,与黄瓜品质Yq之间的回归方程为Yq = 64.113 + 0.116X1 + 0.237X2 – 2.167E-04X12 – 5.552E-04X22 – 1.741E-04X1X2X1的偏回归系数分别为80.27和0.12,明显小于X2的偏回归系数138.91和0.24,表明硅肥对黄瓜产量和品质的影响小于钙肥。当SiO2、CaO用量分别为240和159 kg/hm2时,黄瓜产量达到最高;SiO2、CaO施用量为195和183 kg/hm2时,黄瓜品质综合评分最高。  【结论】  本试验条件下,实现日光温室黄瓜高产优质栽培的硅、钙施肥方案为SiO2 195~240 kg/hm2、CaO 159~183 kg/hm2,硅钙配比为1∶0.78。