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2020年  26卷  第3期

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2020年3期封面+目录
2020, (3).
摘要:
小麦耐低钾性状的全基因组关联分析
罗肖艳, 毕惠惠, 张旭睿, 毛培钧, 王航辉, 闰永行, 程西永, 许海霞
2020, 26(3): 401-412. doi: 10.11674/zwyf.19176
摘要:
  【目的】  筛选与小麦耐低钾性状相关的标记,为揭示小麦耐低钾性状的遗传机理奠定基础。  【方法】  本研究以198份中国黄淮南片麦区的小麦品种 (系) 作为供试群体。小麦种子发芽后,幼苗在正常钾营养液中生长4天,然后在低钾 (0.01 mmol/L) 和正常钾 (2 mmol/L) 营养液中生长25天。调查生物量,分析地上部和根部钾含量,计算小麦7个性状的相对值,利用小麦35K SNP芯片结合Q + K混合线性模型 (mixed linear model,MLM) 对7个耐低钾性状进行全基因组关联 (genome-wide association study,GWAS) 分析,筛选位于显著关联位点上的候选基因并进行功能注释,对显著关联位点进行等位变异分析,发掘优异等位变异。  【结果】  低钾胁迫条件下,地上部、根部、全株钾累积量和钾累积量根冠比显著降低,地上部、根部、全株钾利用指数显著升高。群体结构分析和PCA分析均将供试群体分为2个亚群。通过GWAS分析,共检测到75个显著关联单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism,SNP) 标记 (P < 0.001),分布在除1A、3B、3D、4D和6A染色体外的16条染色体上。通过候选基因搜寻及注释,共筛选出13个可能与小麦耐低钾胁迫相关的候选基因。等位变异分析共挖掘了 14 个优异等位变异,其中 6 个优异等位变异在供试群体中出现的频率较大。  【结论】  7个耐低钾性状均具有明显的数量性状特征,变异系数范围为20.66%~30.44%。40%的SNP标记分布在2B、5B和6B染色体上,21个SNP位点与多个耐低钾性状显著关联,单个SNP标记解释的表型贡献率的变异范围为5.78%~11.22%。TraesCS4A02G335400TraesCS2B02G306000TraesCS5B02G260000可能参与物质转运过程,TraesCS1D02G350600TraesCSU02G105300可能参与逆境胁迫响应等生理过程,TraesCS2A02G000200可能参与逆境胁迫下的信号转导过程。
化肥氮对冬小麦氮素吸收的贡献和土壤氮库的补偿
孙昭安, 陈清, 朱彪, 曹慧, 孟凡乔
2020, 26(3): 413-430. doi: 10.11674/zwyf.19214
摘要:
  【目的】  小麦对氮素的吸收消耗了土壤氮库,土壤中残留的化肥氮则可补偿土壤氮库的消耗,综合考虑这两方面的影响,核算施氮量和秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。  【方法】  收集1980年以来国内报道的小麦15N示踪试验的研究结果,分析化肥氮和土壤氮对小麦当季氮吸收的贡献,小麦当季氮吸收、化肥氮的去向、土壤氮库的盈亏分别与施氮量之间的关系,以及秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。  【结果】  施氮量与化肥氮对小麦当季氮吸收的贡献之间呈显著正相关 (P = 0.029),而与土壤氮的贡献之间呈显著负相关 (P = 0.031)。小麦当季氮素吸收源于土壤的比例约为2/3,源于化肥的比例约为1/3,追施氮对小麦氮吸收的贡献约是基施氮的1.5倍。施氮量与氮肥有效率 (氮肥利用率+氮肥残留率) 之间呈极显著负相关 (P = 0.004),而与氮肥损失率之间呈极显著正相关 (P < 0.001)。在秸秆不还田和还田条件下,小麦季土壤氮库的盈亏均与施氮量之间呈极显著正相关 (P ≤ 0.001)。  【结论】  在施氮量为N 60~500 kg/hm2时,小麦吸收的氮素1/3来自化肥,2/3来自土壤。冬小麦季化肥氮的3个去向为:地上部吸收、土壤残留和损失,其所占比例分别约为36%、33%和31%。在秸秆不还田和还田条件下,土壤氮库达到平衡的施氮量分别为N 308和233 kg/hm2
氮锌配施对冬小麦产量及土壤氮素转化相关酶活性的影响
聂兆君, 秦世玉, 刘红恩, 赵鹏, 吴香婷, 高巍, 李畅, 张雯雯, 睢福庆
2020, 26(3): 431-441. doi: 10.11674/zwyf.19207
摘要:
  【目的】  锌(Zn)能够促进冬小麦对氮(N)素的吸收利用。研究氮锌配施对冬小麦土壤氮素形态转化及相关酶活性的影响,有助于探究氮锌配施促进冬小麦吸收利用氮的可能机制,为通过合理施肥提高冬小麦产量和品质提供理论依据。  【方法】  以‘郑麦379’为试材进行壤质潮土培养试验,设置CK (不施N和Zn)、Zn (施Zn 10 mg/kg)、N (施N 0.2 g/kg)、N+Zn (施N 0.2 g/kg+Zn 10 mg/kg) 共4个处理,分析了冬小麦产量及产量构成要素,测定4个生育期植株各部位N、Zn含量,土壤NO3-N和NH4+-N含量及土壤硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、脲酶和蛋白酶活性。  【结果】  与CK相比,Zn、N及N+Zn显著提高了冬小麦每盆穗数、穗粒数和籽粒产量,提高了不同时期小麦根、茎叶、穗和籽粒中N、Zn含量,且N+Zn处理的提高幅度明显高于Zn和N处理。随着冬小麦生育期的延长,各处理下土壤NO3-N和NH4+-N含量有所降低,亚硝酸还原酶和脲酶活性有所提高,蛋白酶活性有所降低。N和N+Zn处理能显著提高土壤NO3-N含量,且N+Zn在冬小麦生育后期提高土壤NO3-N含量的幅度显著高于N处理。Zn、N及N+Zn处理能显著提高冬小麦生育后期土壤NH4+-N的含量,且N+Zn处理提高的幅度高于Zn处理。Zn处理显著降低了拔节期后土壤硝酸还原酶活性,N及N+Zn处理降低了小麦生育后期土壤硝酸还原酶活性,且N+Zn降低硝酸还原酶活性的程度高于N处理;Zn、N和N+Zn处理均降低了土壤亚硝酸还原酶活性;Zn和N处理显著降低拔节期土壤脲酶的活性,但Zn、N和N+Zn处理均显著提高了土壤蛋白酶活性。  【结论】  氮锌配施提高冬小麦籽粒产量,促进冬小麦吸收土壤氮素,这是由于氮锌配施提高了土壤脲酶和蛋白酶活性,促进了土壤有机氮向铵态氮及铵态氮向硝态氮的转化,同时降低了冬小麦生育后期土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性,抑制了硝态氮的反硝化作用,从而提高了土壤中可供冬小麦吸收的铵态氮和硝态氮含量。
控释氮肥与普通尿素配施比例和方法对冬小麦灌浆特性的影响
杨金宇, 李援农, 王凯瑜, 杜利, 方恒, 张舵
2020, 26(3): 442-452. doi: 10.11674/zwyf.19141
摘要:
  【目的】  控释氮肥施用模式影响小麦的灌浆和产量构成因素,利用Richards模型模拟陕西关中地区冬小麦灌浆进程并分析产量构成参数,探究控释氮肥掺混尿素的施肥方式和配施比例对冬小麦增产机理及灌浆特性的影响。  【方法】  以小麦品种‘小偃22’为供试作物,供试控释尿素的释放期为180天,于2017、2018年在陕西农林科技大学旱区灌溉站进行控释氮肥与尿素配合施用田间试验。共设置3个控释氮肥和普通尿素氮配施比例,依次为8∶2 (N2)、7∶3 (N3) 和6∶4 (N4);2种施肥方式,即掺混肥料一次性基施 (B,简称基施) 和基施控释氮肥+拔节期追施普通尿素 (T,简称追施);同时设不施氮肥 (CK0)、单施普通尿素 (基追比4∶6,CK1) 和单施控释氮肥 (一次性基施,CK2) 3个对照。在分蘖期和返青期统计分蘖数;在成熟期统计穗数,测量穗长、穗粒数、千粒重。从冬小麦开花结束第5天开始,每隔5天取1次样,共取9次,计算千粒重。以花后时间t为自变量,以该时间测得的千粒重 (W) 为因变量,采用方程\begin{document}$ W = A/{(1 + B{e^{ - Kt}})^{1/{{E}}}} $\end{document},计算灌浆参数和生长势。  【结果】  施氮能显著提高籽粒千粒重和产量,追施氮可保证灌浆物质来源更加充分,追施氮比例增加,起始生长势增大。适量追氮能延长灌浆持续时间,最大延长11.83天,促使最大灌浆速率出现日提前,最早提前3.791天;各处理在快增期均获得最大生长比率 (Pw2),与基施处理相比,追施增加了快增期 (Pw2) 和缓增期 (Pw3) 的持续时间和生长比率,持续时间分别延长1.28~2.27天 (T2)、4.46~7.49天 (T3),生长比率分别增加4.69%~7.80% (PW2) 和20.12%~37.25% (PW3)。基施处理的单位面积分蘖数和有效穗数均高于追施处理,与追施处理相比平均分别增加204.1~264.0 个/m2、29.0~97.1 穗/m2。施肥方式和配施比例的交互作用对产量和单位面积有效穗率具有极显著影响,TN2和BN3产量最高,与CK1相比产量分别提高14.54%和13.09%,与CK2相比产量分别提高11.46%和10.85%;其中,TN2处理千粒重较高,为41.32 g,BN3处理单位面积有效穗数较高,为546.5穗/m2  【结论】  控释氮肥配施普通尿素的比例和施用方法能有效调控灌浆动态和产量构成。本试验条件下,以控释尿素和普通尿素7∶3混合后全部基施 (BN3) 和比例为8∶2时追施普通尿素 (TN2) 的效果最为理想。BN3主要通过增加最大灌浆速率和推迟最大灌浆速率出现日期提高籽粒物质量,并通过单位面积分蘖数保证较高的单位面积有效穗数以提高产量。TN2主要通过保证较高的有效穗率,在灌浆期通过延长灌浆持续时间和提高缓增期的生长比率提高籽粒物质量累积,并获得较高的千粒重以提高产量。在冬小麦生产过程中,优先推荐BN3处理的施氮模式,可在获得高产的同时节约劳动力和成本,但从千粒重角度考虑,TN2处理为较优施氮模式。
麦−豆轮作体系周年施氮量对夏大豆氮素利用效率和产量的影响
符小文, 张永杰, 杜孝敬, 厍润祥, 安崇霄, 房彦飞, 徐文修, 张娜
2020, 26(3): 453-460. doi: 10.11674/zwyf.19070
摘要:
  【目的】  探明伊犁河谷麦−豆轮作体系下施氮对夏大豆氮素利用及产量的影响,筛选出夏大豆高产的周年施氮组合。  【方法】  于2016—2018年在新疆伊宁县进行小麦−大豆轮作田间试验。前茬冬小麦设4个施氮水平,分别为0、104、173、242 kg/hm2,即WN0、WN1、WN2、WN3处理;在小麦各处理基础上,再设夏大豆3个施氮水平,分别为0、69、138 kg/hm2,即SN0、SN1、SN2处理。从大豆出苗后20天起,每10天取一次植株样,测定不同部位的氮素含量和生物量,收获期测产量及其构成,计算夏大豆的氮素利用效率。  【结果】  前茬麦季及大豆当季施氮量均显著影响夏大豆干物质及植株氮素积累量。在麦季施氮0~173 kg/hm2范围内,夏大豆当季施氮有利于增加植株干物质积累量及各器官氮素积累量,且小麦季施氮水平越低,夏大豆当季施氮对干物质积累及植株氮素积累的作用越显著。在麦季施氮量为173 kg/hm2时,夏大豆季施氮可增加产量,且以SN1处理产量最高;而当小麦季施氮量为104和242 kg/hm2时,夏大豆季SN1和SN2处理产量之间没有显著差异。在前茬小麦季施氮的基础上,夏大豆当季氮肥吸收利用率、农学利用率及偏生产力均随当季施氮量的增加而降低。  【结论】  在伊犁河谷冬小麦−夏大豆轮作体系下,前茬麦季施氮173 kg/hm2基础上,夏大豆当季施氮69 kg/hm2可获得较为理想的夏大豆产量和氮素利用效率。
生态集约化管理提高东北春玉米产量和氮素利用率
许瑞, 徐新朋, 侯云鹏, 张佳佳, 黄少辉, 丁文成, 刘迎夏, 何萍
2020, 26(3): 461-471. doi: 10.11674/zwyf.19145
摘要:
  【目的】  针对我国春玉米生产中存在的肥料过量和不合理施用带来的生态环境问题,研究生态集约化养分管理对东北春玉米产量、氮素利用率和氮素平衡的影响,旨在指导氮肥科学施用,提高氮肥利用效率,减少氮素损失。  【方法】  2009—2017年在吉林省公主岭市开展9年长期定位试验,试验采用双因素裂区设计,主区为两种养分管理措施:生态集约化养分管理 (EI) 和农民习惯施肥 (FP);副区为3种施氮方式,不施氮肥处理 (N0)、3年中2年施氮肥处理 (N2/3) 和3年均施氮肥处理 (N3/3)。EI处理中P2O5 75 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2、S 30 kg/hm2和Zn 5 kg/hm2全部基施,每年N用量 2009—2014年为180 kg/hm2,2015—2017年为200 kg/hm2,其中基施、玉米拔节期追施和抽雄期追施的比例分别为1/4、1/2和1/4;FP处理N 251 kg/hm2、P2O5 145 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2均一次性基施。调查了玉米产量、氮素吸收量、氮素累积吸收量以及土壤氮素平衡。  【结果】  在N0处理中,从2010年开始玉米产量和氮素吸收量呈现下降趋势。在N2/3处理中,不施氮年份的产量和氮素吸收量较低,而在随后一年施氮的情况下,产量和氮素吸收量又增加到N3/3处理的水平。在EI养分管理措施下,N3/3处理9年平均产量为11505 kg/hm2,而FP管理措施下N3/3的平均产量明显低于EI处理,为10764 kg/hm2。与FP处理相比,EI处理下氮素农学效率 (AEN)、氮素回收率 (REN) 和氮素偏生产力 (PFPN)分别提高了47.4%、39.6%和43.8%;EI处理的氮素残留量和氮素表观损失分别降低了49.2%和63.9%  【结论】  9年长期试验结果表明,通过优化施肥量和施肥时间,配合采用优良的玉米品种和种植密度,生态集约管理能在减少氮素投入的前提下,保持作物产量,提高植株氮素吸收量和养分利用率,减少土壤氮素残留和氮素损失。持续适宜的氮肥投入对于保障东北玉米高产和稳产至关重要。
绿肥和稻草联合还田提高土壤有机质含量并稳定氮素供应
高菊生, 黄晶, 杨志长, 曹卫东, 张会民, 高鹏, 高学成
2020, 26(3): 472-480. doi: 10.11674/zwyf.19159
摘要:
  【目的】  研究绿肥、稻草不同还田模式对湘南地区水稻产量和土壤肥力的影响,为绿肥、稻草还田技术的推广和土壤培肥提供理论依据。  【方法】  2013—2018年在湘南红壤地区开展了6年田间小区定位试验,共设置6个处理,分别为冬闲 + 稻草不还田 (CK)、冬种紫云英 + 稻草不还田 (MV)、冬闲 + 早稻草全部还田 (RS1)、冬闲 + 早、晚稻草全部还田 (RS2)、冬种紫云英 + 早稻草全部还田 (RS3)、冬种紫云英 + 早稻草全部还田 + 晚稻留高茬还田 (RS4),各处理均施等量化肥。每季收获后测产,计算平均产量、产量变异系数和可持续指数。2017年晚稻收获后,取0—20 cm土层土壤样品,测定其养分含量和水稳性团聚体含量。  【结果】  与CK相比,除RS1处理外,其余处理早稻、晚稻和周年平均产量均显著提高,增幅分别为6.6%~24.6%、11.9%~28.8%和9.0%~26.5%,以RS4处理增产效果最显著,其晚稻和周年平均产量均显著高于其他还田处理。与CK相比,除RS1处理早稻和MV处理晚稻外,其余处理早、晚稻产量变异系数均下降,且均以RS3处理最低;除晚稻MV处理外,其余处理早、晚稻产量可持续系数保持不变或提高,且早、晚稻均以RS3处理最高。试验开展5年后,各处理土壤有机质含量与初始土壤相比均明显提高,绿肥、稻草还田处理除RS1外均显著高于CK,RS4处理还显著高于RS1处理;各处理土壤全氮含量较2013年均有所降低,但绿肥、稻草还田处理较CK下降幅度小,MV和RS3处理全氮含量显著高于CK。土壤速效钾含量除MV和RS3处理低于CK外,其他处理均有不同程度的增加。粒径 > 0.25 mm水稳性团聚体以RS2处理最高,达68.9%。  【结论】  绿肥联合早稻草全部还田和晚稻留高茬还田措施可提高土壤有机质含量,稳定土壤氮素供应的长期效果显著,是湘南红壤地区水稻高产稳产和可持续发展相对较好的耕作制度,能够有效促进水稻增产,改善土壤理化性质,稳定氮素供应。
超高温堆肥提高土壤养分有效性和水稻产量的机理
曹云, 黄红英, 吴华山, 徐跃定, 陈应江
2020, 26(3): 481-491. doi: 10.11674/zwyf.19071
摘要:
  【目的】  超高温堆肥发酵时间短,铵态氮和有机酸含量均较高,但发酵产物腐熟不完全。研究超高温堆肥施入土壤后对作物生长和产量的影响,为其安全有效使用提供科学依据。  【方法】  采用两季盆栽试验,设置了不施氮肥对照 (N0)、单施化肥 (CF) 和等氮条件下分别以20%普通有机肥氮 (CvC)、发酵原料氮 (FRM)、超高温堆肥产物氮 (HTC) 与80%无机氮配施共5个处理。调查了水稻长势,收获期测产,并取样分析了氮磷钾吸收量,同时测定了土壤中速效氮磷钾养分和微生物活性。  【结果】  HTC处理水稻产量、分蘖数、穗粒数、植株吸氮量和氮素回收率均最高,2016、2017年HTC处理籽粒产量分别比 CF 处理提高了25.8%、32.8%,比CvC处理提高了22.4%、16.5%,水稻穗粒数分别比CvC提高了26.8%、37.5% (P < 0.05)。2016、2017年HTC处理总钾累积量分别比CvC高出45.5%、33.9% (P < 0.05)。两年试验中,CvC和HTC处理的水稻氮素回收率显著高于CF处理,HTC处理又高于CvC处理 (2016年达显著水平)。水稻收获后,HTC处理的土壤有机碳、矿质氮含量显著高于CvC处理,而CvC处理的土壤有效磷含量显著高于HTC处理。HTC处理土壤有机质中可溶性有机碳如挥发性有机酸、游离氨基酸等含量明显高于CvC处理,因而土壤AWCD值最高,微生物活性最强。CvC处理土壤微生物对碳水化合物、胺类的利用率较高,HTC处理的对羧酸、氨基酸类利用率较高。回归分析表明,水稻产量与土壤电导率、土壤有机碳含量、土壤全氮含量及AWCD值呈显著的正相关关系;相关分析表明,土壤矿质氮含量、植株钾累计吸收量均与土壤全氮含量及AWCD值呈显著正相关关系。  【结论】  尽管超高温堆肥在物料腐熟程度上不如普通有机肥,但该工艺处理时间短,温度高,在确保杀灭有害微生物的同时,保留了较高的碳和氮含量。在20% N替代水平下,施用超高温堆肥对水稻产量和氮素回收率的提升效果优于普通有机肥,这与提高水稻钾吸收利用量、土壤矿质氮含量与微生物活性有关。
长期有机培肥提高红壤性水稻土生物学特性及水稻产量的微生物学机制
郭乾坤, 梁国庆, 周卫, 陈洁, 孙静文, 王秀斌, 余喜初, 李大明
2020, 26(3): 492-501. doi: 10.11674/zwyf.19450
摘要:
  【目的】  依托位于江西红壤研究所的有机肥长期定位试验,探究长期施用紫云英、猪粪和秸秆还田对土壤微生物量、酶活性和产量的影响,阐明土壤微生物学特性对土壤肥力的生物指示功能,揭示影响作物产量和微生物学特性的关键环境因子。  【方法】  长期定位试验始于1981年,选取的6个处理分别为:CK (不施肥)、NPK (单施化肥)、M1 (早稻施绿肥)、M2 (早稻加倍施绿肥)、M3 (早稻施绿肥+晚稻施猪粪) 和M4 (早稻施绿肥+晚稻秸秆还田),此外,有机处理 (M1、M2、M3和M4) 在施用有机物料的基础上,每季还补充一定量化肥(N 69 kg/hm2、P2O5 30 kg/hm2、K2O 67.5 kg/hm2)。于每季收获后测定水稻产量。2018 年早稻收获后,采集耕层 (0—20 cm)土壤,测定土壤化学指标、微生物量碳氮、脲酶及其他参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性。  【结果】  1) 2009—2018年间,长期施肥处理明显提高了水稻产量,其中M3处理的产量最高,其次为M2处理,二者均明显高于NPK处理;2) 土壤微生物量及酶活性均以有机处理 (M1、M2、M3和M4) 较高,其中M3处理土壤微生物量碳含量及各类土壤酶活性最高,M2处理土壤微生物量氮含量最高。有机处理较CK和NPK处理提高了土壤微生物熵。此外,微生物量碳氮和土壤酶活性与有机碳、全氮间存在显著或极显著相关关系;3) 有机碳与土壤微生物量 (0.895)、碳循环相关酶活性 (0.903)、氮循环相关酶活性 (0.854) 及水稻产量 (0.827) 呈显著正影响 (P < 0.05);土壤pH与土壤碳循环相关酶活性 (0.378) 和氮循环相关酶活性 (0.365) 呈显著正影响 (P < 0.05),对水稻产量 (0.211) 也表现为正影响,但不显著 (P > 0.05)。相较于pH,土壤有机碳含量在提高水稻产量、改善土壤微生物学特性上发挥了更为重要的作用。  【结论】  土壤微生物量碳氮和参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性均可作为土壤微生物学指标表征土壤肥力的变化。土壤有机碳含量是提高作物产量、调控土壤微生物量和酶活性的关键因子。在供试条件下,长期实行早稻施绿肥+晚稻施猪粪的有机培肥,是提高土壤微生物量及酶活性并提高水稻产量的最佳选择。
添加生物炭改善菜地土壤氨氧化细菌群落并提高净硝化率
王先芳, 任天志, 智燕彩, 张贵龙, 李洁, 王知文
2020, 26(3): 502-510. doi: 10.11674/zwyf.19254
摘要:
  【目的】  氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,对氮循环有着重要影响。本研究通过分析生物炭输入下土壤氨氧化微生物群落的变化,揭示其影响土壤硝化作用的生物学机制。  【方法】  以华北潮土区设施菜地土壤为对象,设置生物炭梯度 (C0、C0.5、C1.5、C4.0) 土壤培养试验,结合PCR和T-RFLP等分析技术,观测生物炭输入下土壤氨氧化细菌群落变化动态,解析生物炭、土壤硝化作用与氨氧化细菌群落之间的关系。  【结果】  添加生物炭明显改变了土壤氨氧化微生物群落结构及氮素硝化过程。与未添加生物炭处理相比,生物炭添加处理培养前期土壤氨氧化细菌群落Shannon、Evenness指数分别升高5.4%~18.8%、26.2%~33.8%,后期Shannon指数降低20.7%~34.2%。生物炭输入对AOA群落没有明显影响,AOB群落256、58 bp代表物种丰度分别增加61.4%~56.0%、60.6%~78.6%,488 bp代表物种丰度降低22.8%~26.9%。21 bp代表物种丰度前期增加后期降低,与491 bp代表物种丰度变化相反。添加生物炭土壤AOB amoA基因丰度增加48.9%~53.2%。土壤NO3-N含量提高1.7%~25.6%,NH4+-N含量下降13.4%~31.1%,土壤净硝化速率提高21.8%~70.2%。  【结论】  生物炭的输入可以改善以AOB为主的土壤氨氧化微生物群落结构,提高amoA酶活性,但是对氨氧化古菌微生物群落结构未产生明显影响。因此,生物炭提高土壤净硝化速率的作用与其对土壤氨氧化细菌群落和组成的影响密切相关。
不同连作年限黄壤烟田土壤细菌群落的差异
寇智瑞, 周鑫斌
2020, 26(3): 511-521. doi: 10.11674/zwyf.19219
摘要:
  【目的】  良好的土壤微生态环境有利于烟田土壤养分的生物转化和烤烟优良品质的形成。本研究利用高通量测序技术,分析了重庆不同种植年限黄壤烟田的土壤细菌群落多样性和结构组成与连作年限的关系。  【方法】  在重庆市选取未种植烤烟 (CK) 和连续种植烤烟1年、3年、5年、8年、10年和12年的地块 (土壤类型为黄壤),取0—20 cm耕层土样,分析其土壤理化性状。对高通量测序所得的细菌原始数据质控、优化等预处理后进行OTU分析,按照97%的相似性阀值将序列划分为不同的OTU,用于分析细菌群落的组成 (关键物种差异比较柱状图),进而进行样本比较分析 (beta多样性分析)、关联与模型预测分析 (相关性heatmap图) 等统计和可视化分析。  【结果】  1) 土壤pH随连作年限的增加呈下降趋势,种植8~12年的土壤pH、有机质和微生物量碳均显著低于1~5年的,种植12年的又显著低于种植8~10年的;土壤碱解氮和速效钾随着连作年限的增加则显著增加,碱解氮含量表现为:种植1年 < 3~5年 < 8年 < 10~12年 (P < 0.05),速效钾含量则表现为,种植1~5年显著低于8年,8年的又显著低于10~12年 (P < 0.05);有效磷含量随着连作年限的增加显著降低,特别是种植12年的,除连作8年的土壤外均显著降低。2) 土壤细菌群落和组成随种植年限的延长而变化,种植5年的烟田细菌的多样性和丰富度最高,多样性Shannon指数和丰富度Chao 1指数分别达到6.23和1686,连作5年后,细菌的多样性和丰富度开始下降,并在连作12年时最低。当连作年限达到12年时,酸杆菌门的含量锐减到13.9%,主要菌属之一的嗜酸杆菌属基本消失,厌氧菌属的含量显著升高到2.42%。在13个主要的土壤细菌门类中 (相对丰度 > 1%),拟杆菌门 (P < 0.01)、浮霉菌门 (P < 0.01)、装甲菌门 (P < 0.01) 和蓝藻菌门 (P < 0.01) 在不同种植年限烟田土壤间差异显著;3) 长期连作对黄壤烟田细菌群落组成具有显著影响,土壤细菌多样性和组成与土壤pH、土壤养分等密切相关,土壤pH与放线菌门、变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门呈显著正相关关系。绿弯菌门与土壤pH、有机质、总碳、碱解氮均呈显著正相关关系,说明pH和土壤速效养分是影响土壤细菌组成的关键因子。  【结论】  长期连作严重影响了土壤理化性状,特别是连作5年以上的地块,土壤pH、有机质、活性有机碳和有效磷含量均显著降低,进而显著降低了土壤细菌群落和组成多样性。因此,强烈建议连作5年以上的烟田要进行轮作,以改善土壤微生态环境及促进烟田健康可持续利用。
外源ABA提高甘蓝型油菜抗镉胁迫能力和氮素生理利用效率
王涛, 唐天娇, 廖佳元, 姚珺玥, 官春云, 张振华
2020, 26(3): 522-531. doi: 10.11674/zwyf.19185
摘要:
  【目的】  植物脱落酸 (ABA) 可调节植物生长、种子休眠和叶片衰老,还可对非生物胁迫作出反应。比较添加外源ABA前后镉 (Cd) 胁迫下甘蓝型油菜的生理反应,可深化对脱落酸提高作物抗性和氮素生理利用效率作用机理的认识。  【方法】  供试甘蓝型油菜品种为814号,试验设3个处理:正常培养 (CK)、10 μmol/L CdCl2 (Cd) 和5 μmol/L ABA + 10 μmol/L CdCl2 (A + Cd)。在处理4天后,观察甘蓝型油菜表型,测定脯氨酸及丙二醛 (MDA) 含量、Cd含量、硝酸盐和铵盐含量以及硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性等相关指标。  【结果】  与Cd处理相比,A + Cd处理甘蓝型油菜新叶SPAD值提高了1.1倍,根部脯氨酸含量增加了29.0%,MDA 含量降低了48.3%。外源ABA的添加会抑制甘蓝型油菜对Cd的吸收,降低甘蓝型油菜地上部和地下部Cd含量,减小Cd对甘蓝型油菜的毒害作用,影响甘蓝型油菜对NO3的吸收,降低油菜体内的总氮含量。与Cd处理相比,A + Cd处理甘蓝型油菜根部NR活性显著提高82.8%,更多的NH4+分配到了地上部,地上部GS活性升高了32.1%,增强了甘蓝型油菜体内的氮同化和代谢过程,氮素生理利用效率显著提高了17.2%。  【结论】  外源ABA的添加可降低Cd的吸收量,提高氮代谢相关酶活性,促进脯氨酸的合成和降低丙二醛的生成,进而增强甘蓝型油菜对Cd的抗性,增强甘蓝型油菜体内氮同化和代谢的过程,并提高甘蓝型油菜的氮素生理利用效率。
持绿和早衰花生品种根系形态、叶片生理及产量对叶面喷施磷肥的响应
路亚, 李晓亮, 于天一, 周静, 孙学武, 郑永美, 沈浦, 吴正锋, 李林, 王才斌
2020, 26(3): 532-540. doi: 10.11674/zwyf.19187
摘要:
  【目的】  叶面喷施磷肥是土壤施磷的重要补充,作物品种、喷施浓度等因素都会影响磷的喷施效果。比较不同花生品种喷施磷肥后根系形态、叶片酶活性、养分吸收特性及产量的差异,可加深对品种特性与叶面喷磷效果关系的理解。  【方法】  在温室大棚内进行沙培盆栽试验,采用两因素试验设计,以持绿型品种花育39和早衰型品种花育20为材料,设置P2O5 0 (对照)、0.1% (P0.1) 和0.2% (P0.2) 3个叶面喷磷水平,以磷酸二氢钾作为叶面磷源,于初花后第5和15天各喷施1次。结荚初期 (播种后70天) 和成熟期 (播种后110天) 分别取新鲜叶片 (主茎倒三叶) 测定丙二醛 (MDA) 含量及抗氧化酶活性,取根系鲜样测定根系形态指标,将整株花生分为营养体 (根、茎和叶)、果针和荚果三部分烘干后测定干物质重及氮、磷含量。  【结果】  结荚初期,与对照相比,P0.1处理显著提高了两品种根长、根体积、根表面积,提高叶片超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD) 及过氧化氢酶 (CAT) 活性,降低了MDA含量;P0.2处理植株各指标增幅小于P0.1处理,多数与对照差异不显著。成熟期,持绿型品种两喷磷处理 (P0.1和P0.2) 各指标增幅较小,多数与对照差异不显著;叶面喷磷降低了早衰型品种根系长度、表面积和体积,增加了叶片膜脂过氧化程度,加速了植株衰老,其中P0.2对根系和叶片的负面影响大于P0.1处理。喷施叶面磷肥提高了两品种不同器官及整株的氮、磷积累量,持绿型品种P0.2处理荚果中元素积累量高于P0.1处理,而早衰型品种则表现出相反趋势。叶面喷磷提高了两品种各器官干重及荚果产量,其中持绿型品种P0.2处理整株干重低于P0.1处理,荚果产量高于P0.1处理,虽然早衰型品种P0.2处理的营养体干重高于P0.1处理,但其果针干重和荚果产量均低于P0.1处理。  【结论】  叶面喷磷对两个品种结荚初期根系发育及叶片生理活性均有促进作用,0.1% P2O5的效果好于0.2% P2O5。成熟期,持绿型品种根系和叶片对叶面磷肥的反应不敏感,但与P0.1相比,P0.2处理荚果中氮、磷元素累积量及荚果产量增幅更大,因此,该品种适宜的叶面喷施磷肥浓度为0.2% P2O5。喷施0.2% P2O5磷肥显著降低了早衰型品种成熟期根系形态指标和叶片生理活性,一定程度上抵消了叶面喷施磷肥对该品种结荚初期的积极作用,导致P0.2处理植株氮、磷积累量及荚果产量的增幅小于P0.1处理。因此,早衰型品种更适合的浓度为0.1% P2O5
基于高光谱指数估测马铃薯植株氮素浓度的敏感波段提取
杨海波, 李斐, 张加康, 杨柳
2020, 26(3): 541-551. doi: 10.11674/zwyf.19171
摘要:
  【目的】  基于光谱指数的氮素营养诊断是快速获取作物氮素营养状况的方式之一。其中,利用可见光和近红外波段光谱反射率构建的比率和归一化光谱指数对估测作物氮素营养状况具有重要意义。解决氮素营养诊断过程中存在的指数饱和及数据离散问题,以评价已有比率和归一化光谱指数对马铃薯关键生育时期植株氮素浓度诊断的可行性。  【方法】  2014—2016年在内蒙古武川县和四子王旗,设置了4个不同氮肥梯度的多点田间试验。在马铃薯块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期,采集试验地和邻近农田马铃薯地上部和块茎样品,分析其氮素含量。并在马铃薯冠层以上50~80 cm采集光谱数据。用试验田数据建立了12个已发表的比率、归一化光谱指数和波段优化光谱指数与马铃薯关键生育时期植株氮素浓度的相关性与估测模型,并用农田马铃薯数据验证模型的精度。  【结果】  马铃薯植株氮素浓度分布范围在1.89%~4.69%,平均氮素浓度为3.30%,变异系数为18.75%;验证集数据来源于农民田块,马铃薯植株氮素浓度分布范围在2.00%~4.92%,平均氮素浓度为3.34%,变异系数为19.27%。蓝紫光400~450 nm和红边690~720 nm波段是马铃薯植株氮素浓度估测的敏感波段,部分已有光谱指数虽然可以用于马铃薯植株氮素浓度的估测,但是蓝紫光波段的缺失大大降低了估测的准确性。通过波段优化算法确定的优化光谱指数RSI、NDSI最佳波段位置分别为430、694和426、694 nm。基于优化光谱指数NDSI (426 nm、694 nm) 建立的马铃薯植株氮素浓度线性估测模型为y=−6.87x+6.08,决定系数R2最高,为0.68;RSI光谱指数与马铃薯植株氮素浓度的线性估测模型为y=−1.11x+5.92,R2为0.65,与已有比率和归一化光谱指数相比,优化光谱指数RSI和NDSI克服了高氮浓度条件下光谱指数饱和现象,显著提高了马铃薯植株氮素浓度的线性建模效果。农民田块验证数据显示,估测模型的估测值与实测值接近1∶1线,其中NDSI光谱指数估测模型的验证效果最佳,平均相对误差RE 和均方根误差RMSE分别为10.58%和0.42%。  【结论】  本研究通过波段优化算法确定了比率和归一化光谱指数的马铃薯植株氮素浓度敏感波段,采用蓝紫光400~450 nm和红边690~720 nm波段进行马铃薯植株氮素浓度估测,可以改善诊断高氮浓度时的指数灵敏度和数据离散问题,提高马铃薯植株氮素营养诊断的精度。
适量稳定供钾促进苹果矮化砧M9T337幼苗生长和氮素吸收利用
徐新翔, 侯昕, 贾志航, 王芬, 葛顺峰, 姜远茂
2020, 26(3): 552-560. doi: 10.11674/zwyf.19177
摘要:
  【目的】  钾在氮代谢中发挥重要作用,通过同位素示踪技术,研究供钾水平和稳定性对苹果矮化砧M9T337幼苗生长及氮素吸收利用的影响,以深化理解钾素水平对苹果氮素吸收利用的影响机制,为苹果生产上科学施钾提供理论依据。  【方法】  以苹果矮化砧M9T337幼苗为试验材料进行砂培试验,总处理周期为60天。以Hoagland营养液为基础,设置5个供钾处理,分别为持续低钾 (K 0.5 mmol/L,K1)、1~30天低钾 (0.5 mmol/L) 和31~60天高钾 (12 mmol/L,K2)、适量稳定供钾 (6 mmol/L,K3)、1~30天高钾 (12 mmol/L) 和31~60天低钾 (0.5 mmol/L,K4)、持续高钾 (12 mmol/L,K5)。每3天更换一次营养液,每次在营养液中加入0.01 g Ca(15NO3)2,共加入0.2 g。于处理后第31天和第60天取样,测定幼苗生长、根系性状以及氮素吸收利用分配状况。  【结果】  供试苹果砧木幼苗处理第60天,以适量稳定供钾处理K3的生物量最大,根系总长、总表面积最大,根系活力也显著高于其他处理。31~60天,K2处理地上部干重增幅最大 (174.8%),K4处理根系干重增幅最大 (176.3%),幼苗总生物量、根系长度、根系总表面积增量最大的处理为K3 (依次为12.99 g/株、1059 cm/株和1113 cm2/株)。第31天和第60天两次测定结果显示,幼苗根部NO3吸收速率均以K3处理最大,分别为29.63和36.19 pmol/(cm2·s);K1、K4处理幼苗根部NO3离子流在第31天时为内流,在第60天时变为外排。整个处理期内,硝酸还原酶 (NR) 活性均以K3处理最高;处理41~60天,K2处理幼苗NR活性显著升高,而K4处理则显著降低。15N示踪结果表明,K3处理下苹果砧木幼苗对氮素的吸收能力最强,植株总吸氮量、15N利用率和叶片15N分配率均显著高于其他处理;处理第60天15N吸收量表现为K3>K5>K2>K4>K1。  【结论】  持续的低钾、高钾以及变换性的高低钾处理会抑制苹果幼苗根系生长以及氮素向地上部运移,不利于氮素的吸收利用。而持续适宜稳定地供钾可以提高根系活力和硝酸还原酶活性,保持根系较高的NO3吸收速率,同时促进氮素由根系向叶片的运移,实现对氮素的高效吸收利用,从而促进苹果砧木幼苗的生长。
专题综述
我国化肥减量增效的驱动因素探究
付浩然, 李婷玉, 曹寒冰, 张卫峰
2020, 26(3): 561-580. doi: 10.11674/zwyf.19365
摘要:
  【目的】  过量施用化肥一直是我国农业面临的突出问题。近些年,随着多种化肥减量措施的实施,我国在2016 首次实现化肥的零增长,并在2017、2018两年实现了化肥用量的持续减量,这一目标的实现对我国及全球养分管理意义重大。本研究通过对化肥减量的技术、政策、市场、服务体系等驱动因素进行深入剖析,以期揭示我国化肥减量的综合机制。  【结果】  近15年 (2005—2020年) 来,测土配方施肥、机械化施肥、水肥一体化、秸秆还田、有机肥资源化利用以及栽培等技术的发展是我国化肥减量的主要技术途径。有机肥还田、秸秆还田比例的增加,在一定程度上替代了化肥的施用。其中,2010—2019年我国实现畜禽粪便养分还田1700万t,秸秆氮磷钾养分还田近1800万t。与此同时,多重化肥减量政策的推行为我国实现化肥减量提供了制度保障,如《关于推进化肥行业转型发展的指导意见》促进了产品创新,《到2020年化肥零增长行动方案》、《畜禽粪污资源化利用行动方案 (2017—2020年) 》以及《农业绿色发展五大行动》提高了农业生产的节肥意识并促进了节肥增效技术的应用。消费者对高品质作物的需求以及经营规模的扩大等市场需求也强力助推化肥的减量增效。其中,高品质农产品需求量的不断增加,以及在农产品价格不稳定的情况下优质农产品的价格优势,加上尿素、二铵等化肥价格的上涨也促使农产品向高品质转变,与此同时大规模的土地流转伴随机械化的普及也降低了小农户施肥的随意性和盲目性。此外,政府、企业以及科研单位3个服务主体农化服务的不断完善和发展,更是推进了化肥减量“最后一公里”的实施。目前超过70%的肥料企业都在做培训、试验示范等农化服务工作,政府主导的十年测土配方施肥已经让1/3的农户施肥趋于合理水平,基于中国农业大学的科技小院模式也使得中国23个省区主要粮食作物增产10.8%~11.5%,氮肥用量减少14.7%~18.1%。  【结论】  我国已经提前实现了2020年化肥零增长的目标,其中技术、政策和服务体系都起到了不可替代的作用,这表明我国农业生产已经步入了新的阶段,但是目前我国化肥施用不合理现象仍然突出,实现化肥科学施用仍有很长的路要走。
研究简报
果实膨大期不同施氮量对油桃产量和品质的影响
张瑜, 赵剑波, 任飞, 王尚德, 王真, 李新越, 郑志琴, 郑书旗, 姜全, 郭继英
2020, 26(3): 581-586. doi: 10.11674/zwyf.19144
摘要:
  【目的】  桃园施肥过量不仅导致资源浪费和环境问题,还会影响桃树的正常生长。在果实膨大期,果实体积和重量迅速增大,果实重量的增加占总果重的50%~70%,果实膨大期是影响果实着色和内在品质形成的关键期,探究此阶段适宜的施氮量,对降低氮肥施用量、提高果实产量和品质有重要意义。  【方法】  田间试验在北京市林业果树科学研究院果树生长良好的果园进行,试材为早熟油桃品种‘夏至早红’。设置0、100、200、400 kg/hm2 4个氮 (N) 水平,即N0、N1、N2和N3处理。2016年供试氮肥1/2为普通尿素,1/2为15N丰度为5.18%的尿素;2017年供试氮肥均为普通尿素。氮肥在果实膨大期于桃树两侧沟施。在果实成熟期取样,调查桃单株果实产量、单果重、果实可溶性固形物、果实还原糖和总酸、叶片SPAD值、新梢长度、各器官Ndff值。  【结果】  桃单株果实产量和单果重在施氮量200 kg/hm2(N2) 处理下最高,与N3处理没有显著差异,二者单果重均显著高于N0和N1处理。随着施氮量的增加,果实可溶性固形物含量先上升后下降。果实还原糖和总酸含量与果实膨大期施氮量呈正相关。2016年6月8日之后,N2和N3处理叶片SPAD值显著高于N0和N1处理 (除6月15日,N1与N2、N3处理无显著差异外)。2016年新梢长度随着施氮量的增加而增长,N3处理新梢长度显著高于其它3个处理;2017年N2和N3处理新梢长度显著高于N0和N1处理。随着施氮量的增加,叶片、枝条、果实的Ndff值均增加。  【结论】  适量施氮 (N 200 kg/hm2) 能够提高果实产量,在此基础上再增加氮肥用量 (N 400 kg/hm2),增产效果不明显。果实膨大期施氮可促进于新生器官 (新梢) 的建成,高施氮量能够加快新梢生长。
不同氨基酸以及赖氨酸与硝态氮不同配比对白菜生长和品质的影响
王峻, 马庆旭, 刘梦娇, 周静杰, 胡兆平, 吴良欢
2020, 26(3): 587-593. doi: 10.11674/zwyf.19208
摘要:
  【目的】  探究7种不同氨基酸对大白菜生长及品质的影响,选择影响较明显的氨基酸与硝态氮进行适宜配比,以期为提高白菜产量和品质提供理论依据。  【方法】  试验于2017年在浙江大学紫金港校区人工气候实验室内进行,供试品种为‘浙白6号’(Brassica pekinensis L.),培育方法为局部无菌水培。试验Ⅰ:在含有1 mmol/L (NH4)2SO4和1 mmol/L NaNO3的营养液中分别添加7种氨基酸,浓度为0.2 mmol/L,7日龄白菜在该溶液中培养26天后,取样测定白菜生物量及品质。试验Ⅱ:通过试验Ⅰ结果选择对白菜生长和品质影响较明显的赖氨酸,在硝酸钠浓度为0.5、1和3 mmol/L (分别表示为A1、A2、A3处理) 的营养液中,分别加入赖氨酸0.2、0.5和1 mmol/L (分别表示为B1、B2、B3处理),白菜培养21天后,取样测定白菜生物量及品质。  【结果】  赖氨酸处理白菜生物量、可溶性蛋白质含量和硝酸盐含量均最高,且与部分处理差异显著。丝氨酸处理白菜根系活力和叶绿素含量均最高,且与部分处理差异显著。7种氨基酸对根系鲜重、根冠比、维生素C (VC) 含量和可溶性糖含量均无显著影响。赖氨酸与硝态氮不同配比试验表明,相同浓度硝态氮处理时,随着赖氨酸浓度的升高,地上部和根系鲜重 (除A2处理外) 均降低,部分处理间差异显著;A1B1、A3B1和A3B2处理的白菜鲜重显著高于其它处理;赖氨酸与硝态氮不同配比对白菜的可溶性蛋白质含量、VC含量和叶片硝酸盐含量均无显著影响。  【结论】  赖氨酸对白菜生长和品质的影响较显著,且赖氨酸会抑制白菜生长。硝态氮浓度较低时,白菜吸收的赖氨酸可能起到补充氮素营养或调解代谢的作用,以维持白菜正常生长。
基施黄腐酸肥料情况下减施化肥提高设施辣椒产量和品质
高原, 郭晓青, 李福德, 毕焕改, 艾希珍
2020, 26(3): 594-602. doi: 10.11674/zwyf.19133
摘要:
  【目的】  黄腐酸 (FA) 可提高作物的光合作用,提高产量和品质。研究底施黄腐酸后减少化肥用量对辣椒生长的影响,为辣椒生产中减少化肥施用量提供可行的途径。  【方法】  以‘长剑’辣椒为试验材料,在山东农业大学日光温室内进行小区试验。以常规化肥施用量 (N 450 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 900 kg/hm2) 为对照 (CK),在底施黄腐酸肥料600 kg/hm2基础上,分别设减施氮磷钾化肥常规用量的45% (T1)、30% (T2)、15% (T3) 和0% (T4) 处理。在辣椒盛果期,测定其生长量、干物质含量、光合荧光参数、碳代谢、品质等指标,并统计产量。  【结果】  与CK相比,T1处理的株高显著增加,T2处理的株高、茎粗、总干物重、糖含量和蔗糖合成酶 (SS) 活性显著增加,T3和T4处理的干物重、光合速率 (Pn)、糖含量、蔗糖磷酸合成酶 (SPS) 和SS活性均显著增加,同时,T1、T2、T3和T4处理较CK处理显著降低了蒸腾速率 (Tr),提高了单株结果数和单果重,产量分别比CK增加了29.48%、13.91%、37.79%和26.37%;以T1处理的综合品质最差,T3处理的辣椒果实可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸的含量均高于其他基施黄腐酸处理,维生素C含量虽低于T2处理,但仍显著高于其他处理,综合效果最优。  【结论】  在本试验条件下,底施黄腐酸肥料600 kg/hm2可促进设施辣椒生长发育,增加干物质量积累,提高净光合速率,增强碳代谢相关酶活性,显著提高其产量及品质。在底施黄腐酸肥料基础上减施化肥常规用量的30%仍可保持较高的产量和品质,而减施15%的化肥可以大幅提升辣椒植株的生长发育和碳代谢酶活性,进而显著提高其产量和品质。由于是一年的试验结果,基施黄腐酸肥料减施化肥的长期效应还需进一步研究。