• ISSN 1008-505X
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2020年  26卷  第5期

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2020 年 5期封面+目录
2020, (5): 1-5.
摘要:
综合农艺管理促进夏玉米氮素吸收、籽粒灌浆和品质提高
于宁宁, 赵子航, 任佰朝, 赵斌, 刘鹏, 张吉旺
2020, 26(5): 797-805. doi: 10.11674/zwyf.19379
摘要:
  【目的】  夏玉米生产中存在种植密度偏低、施肥不合理、玉米收获时间早等问题,造成产量和品质难以提高,经济效益偏低。研究适合黄淮海地区的综合农艺管理措施,以期改善夏玉米籽粒灌浆特性,提高籽粒品质和氮肥利用效率。  【方法】  本试验以郑单958为试材,在山东农业大学连续进行了两年田间试验,综合考虑施肥量、施肥时期、耕作方式、种植密度、收获时间等措施,设置4个处理:传统种植管理措施(对照,T1);高产高效措施 (T2,降低施肥量,优化施肥时期和种植密度,延迟收获);超高产管理措施 (T3,在T2的基础上增加施肥量和种植密度) ;高产高效优化措施 (T4,在T3的基础上适当降低种植密度和施肥量)。T1处理播前小麦秸秆覆盖和免耕,其他处理均为小麦秸秆还田和旋耕。从抽雄期至成熟期,每5天取一次样,测定籽粒干物质量和水分含量,计算灌浆和脱水速率,收获期测产。  【结果】  与T1处理相比,3个综合农艺管理措施均能提高夏玉米后期籽粒灌浆速率,延长籽粒灌浆期,增加粒重,提高产量和经济效益,同时改善籽粒品质。其中,两年产量均以T3处理最高,较T1处理显著增加46.0%~47.8%,其次是T2和T4,较T1处理分别显著增加14.9%~31.6%和25.9%~33.6%;氮肥偏生产力 (PFPN) 以T2和T4处理较高,较T1处理分别增加61.1%~84.5%和53.6%~62.9%。同时,T2和T4处理从籽粒最大含水量时到收获时的灌浆速率显著增加,后期籽粒脱水速率增加,收获时籽粒干重显著提高。优化综合农艺管理措施可改善籽粒品质,其中以T4处理籽粒品质最佳,2017年总淀粉含量和支链淀粉含量较T1处理分别显著增加4.5%和10.1%,直链淀粉含量显著下降7.6%,支链淀粉/直链淀粉增加0.4;可溶性糖和粗蛋白含量分别显著增加6.2%和16.3%;粗脂肪含量显著降低8%。综合农艺管理虽然会增加施肥次数,增加一定的人工投入,但玉米籽粒产量增加,最终的经济效益提高。T4处理经济效益最高,较T2和T3处理两年平均增加613和1084元/hm2  【结论】  高产高效优化管理措施 (T4) 在超高产管理措施 (T3) 基础上,适当降低种植密度,减少化肥用量,能更有效促进夏玉米籽粒的后期灌浆,增加灌浆时间,促进植株干物质向籽粒的转运。虽然高产高效优化管理措施 (T4) 下产量比超高产管理 (T3)有所降低,但显著高于常规高产高效管理 (T2),且可明显提高玉米品质和肥料利用率,增加净收益。
氮肥用量及有机无机肥配比对陇中旱农区玉米光合特性及产量的影响
郭喜军, 谢军红, 李玲玲, 王嘉男, 康彩睿, 彭正凯, 王进斌, Setorkwami Fudjoe, 王林林
2020, 26(5): 806-816. doi: 10.11674/zwyf.19279
摘要:
  【目的】  甘肃省气候干旱,土壤肥力不高,玉米生产对化肥氮素的依赖性高。研究该地区适宜的氮肥投入量及有机无机肥比例,为该地区玉米生产可持续高产提供理论和技术依据。  【方法】  2016—2018年,在甘肃省定西市安定区李家堡镇的甘肃农业大学旱作农业综合实验站,以玉米品种先玉335为试材,进行了3年田间试验。共设9个氮素投入量和有机无机肥配比处理,T1处理为不施氮肥;T2~T6处理的施氮量均为200 kg/hm2,其中商品有机肥氮的替代比例依次为50.0%、37.5%、25.0%、12.5%、0%;T7处理的施氮量和商品有机肥氮替代比例分别为N 225 kg/hm2和22.2%,T8处理分别为N 250 kg/hm2和40.0%,T9处理分别为N 275 kg/hm2和54.5%。于拔节期、开花期和灌浆期测定玉米光合指标和干物质积累量,收获后测定产量及产量构成。  【结果】  相同施氮量下提高有机氮比例,玉米叶绿素含量和叶面积指数没有同步增加,光合效率没有明显增加。提高氮肥总施用量可显著提高叶面积指数和光合效率,增加玉米干物质积累量。相同施氮量下,有机无机肥配施处理 (T2~T5) 在开花期光合效率低于单施化肥处理 (T6),但灌浆期干物质积累量与单施化肥处理 (T6) 差异不显著;成熟期有机氮替代比例为12.5%的T5处理干物质积累量较50.0%有机氮替代比例 (T2) 显著增加48.5%。相同施氮量下,增加有机氮比例提高了成熟期干物质向籽粒的分配率,以40.0%有机氮替代比例 (T8) 和50.0%有机氮替代比例 (T2) 的处理籽粒干物质分配率相对较高,其值分别为56.9%、56.0%,但40.0%有机氮替代比例 (T8) 的玉米产量低于单施化肥 (T6) 。在丰水年,增加施氮量 (T7、T8和T9处理) 不能显著增加玉米生物产量和籽粒产量,在等氮量 (200 kg/hm2) 投入条件下,增加有机肥比例降低了生物产量,但没有显著降低籽粒产量;在干旱年份,有机氮替代比例为37.5% (T3) 和50.0% (T2) 的处理玉米籽粒产量较单施化肥处理 (T6) 分别增加了16.9%和14.5%,提高了氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率。  【结论】  陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植玉米,投入总氮200 kg/hm2较为适宜,增加有机氮施用比例至50%左右,可以保持现有产量不降低,且增加玉米对氮素的总吸收量,有利于减少氮素在土壤中的残留,能够协调玉米全生育期内的土壤氮素供给,优化叶面积、叶绿素和光合作用在玉米产量形成中的关系,促进光合产物和氮素向籽粒转运,进而提高玉米氮素利用效率和籽粒产量。
不同耕作方式对玉米根系特性及养分吸收转运的影响
展文洁, 刘剑钊, 梁尧, 袁静超, 张洪喜, 刘松涛, 蔡红光, 任军
2020, 26(5): 817-825. doi: 10.11674/zwyf.19324
摘要:
  【目的】  耕作方式影响玉米根系的生长发育及养分吸收,比较东北中部雨养区不同耕作制度下玉米根系生长和养分吸收特征,为建立合理的耕作方式提供理论依据和技术支撑。  【方法】  2011―2012年,在吉林省连续进行了2年的田间定位试验,设置4种耕作方式:浅灭茬后直接播种 (对照,T1),苗带深松后镇压 (T2),行间深松且苗带镇压 (T3),苗带行间全部深松 (T4)。在6展叶期、吐丝期和生理成熟期,取0—60 cm土层的植株根系样品,分析玉米产量、养分吸收转运及根系生长发育特征。  【结果】  不同耕作方式下玉米产量差异显著 (P < 0.05),两年平均值表现为T3 > T2 > T1 > T4,T2处理和T3处理的产量分别比T1处理增加8.1%和10.2%。与T1处理相比,T2和T3处理均增加了玉米吐丝后氮磷钾养分累积量,吐丝后累积养分对籽粒的贡献率显著增加 (P < 0.05)。T2和T3处理下的氮、磷、钾累积量对籽粒的贡献率分别比T1处理增加了0.4%~3.6%、16.9%~33.8%、70.5%~82.1%,T3处理增幅高于T2处理。T2和T3处理显著增加了玉米各生育期的总根干重、总根长和总根表面积 (P < 0.05),其中,6展叶期至成熟期,总根干重、总根长、总根表面积的增幅分别为9.8%~22.8%、16.1%~33.1%、19.9%~38.2%。T2和T3处理在各土壤剖面的根系形态均优于T1处理,其中以T2处理最佳,且在20—40 cm土层间差异最为显著 (P < 0.05)。与T1处理相比,T3处理下各生育时期在20—40 cm土层的根干重、根长、根表面积平均增幅为34.1%、48.3%、47.8%,根直径平均增幅为22.1%。  【结论】  与浅灭茬后直接播种相比,苗带行间全部深松不利于根系发育,而行间深松且苗带镇压方式促进了根系的生长发育和纵向延伸,尤其是在20—40 cm土层根系干重、根长和根表面积明显增加,有利于根系对深层土壤养分的吸收利用,进而提高玉米花后累积养分对籽粒的贡献率,增加产量。
氮锌配施促进小麦根系形态建成及其生理活性提高
梁振凯, 郭聪颖, 王彩芝, 李友军, 张均
2020, 26(5): 826-839. doi: 10.11674/zwyf.19286
摘要:
  【目的】  氮、锌营养均影响作物的生长、产量和品质。从小麦根系生长发育及生理活性角度,研究氮锌配施提高小麦产量的机理。  【方法】  试验于2016—2018年在河南科技大学农场进行,供试材料为‘洛麦28’。采用2因素3水平完全随机设计,氮 (N) 水平设置为120 kg/hm2 (N120)、180 kg/hm2 (N180) 和240 kg/hm2 (N240),锌 (ZnSO4·7H2O) 水平设置为0 kg/hm2(Zn0)、20 kg/hm2 (Zn20) 和40 kg/hm2 (Zn40)。在拔节期、孕穗期、灌浆期和成熟期采样,挖长和宽均为20 cm、深为40 cm的土块,将根样冲洗干净,测定小麦根干重、根长、根表面积、根系氮代谢相关酶活性、根系锌代谢相关酶活性、根系氮和锌含量。在成熟期测定产量及其构成因素。  【结果】  同一施氮水平下,根干重、根长、根表面积、根系硝酸还原酶活性、根系谷氨酰胺合成酶活性、根系吲哚乙酸氧化酶活性、根系氮和锌含量均在Zn20处理下最高,而其根系核糖核酸酶活性最低;同一施锌水平下,根长、根表面积、根系硝酸还原酶活性、根系谷氨酰胺合成酶活性、根系吲哚乙酸氧化酶活性、根系氮和锌含量均在N180处理下最高,而其根系核糖核酸酶活性最低。氮锌互作显著影响小麦产量、根干重、根长、根表面积、根系硝酸还原酶活性、根系谷氨酰胺合成酶活性、根系吲哚乙酸氧化酶活性、根系氮和锌含量。与其他处理相比,N180Zn20处理下小麦单位面积穗数、穗粒数以及千粒重均最高,产量增幅为3.5%~53.4% (2016—2017)、5.3%~54.5% (2017—2018)。相关分析表明,在主要生育期,小麦的根干重、根长、根表面积、根系硝酸还原酶活性、根系谷氨酰胺合成酶活性、根系吲哚乙酸氧化酶活性、根系氮含量和锌含量与产量存在显著或极显著的正相关关系,根系核糖核酸酶活性与产量之间存在显著负相关关系。  【结论】  施氮和锌均显著影响小麦根干重、根长、根表面积、根系硝酸还原酶活性、根系谷氨酰胺合成酶活性、根系吲哚乙酸氧化酶活性、根系核糖核酸酶活性、根系氮和锌含量。适宜的氮锌配施具有良好的氮锌协同效应,有利于根系良好形态的建成,调节根系生理活性以及氮、锌养分的吸收利用,从而促进小麦的高产稳产。综合分析可知,N180Zn20处理为本试验条件下的最佳配施组合。
小麦钾离子通道蛋白基因TaPC1介导植株抵御低钾逆境功能研究
师新新, 张佳祺, 张雨萌, 王妮, 马金荣, 肖凯
2020, 26(5): 840-849. doi: 10.11674/zwyf.19381
摘要:
  【目的】  钾离子通道 (potassium channel, PC) 蛋白通过介导离子跨膜转运,增强低钾胁迫下植株对钾素的吸收和利用能力。本研究以采用RNAseq鉴定小麦应答低钾基因获得的PC家族基因TaPC1为对象,对该基因分子特征、应答低钾表达模式及其介导植株抵御低钾逆境的能力进行研究。  【方法】  采用生物信息学工具分析TaPC1分子特征,采用溶液培养法培养丰钾 (K2O 6 mmol/L )、低钾 (K2O 0.06 mmol/L) 处理小麦和转化株系幼苗,采用 DNA 重组技术构建TaPC1亚细胞定位和表达质粒,利用农杆菌介导法遗传转化烟草。采用常规植株形态、生理和qPCR方法测定植株生长、生理指标和基因表达。  【结果】  TaPC1与植物种属PC家族基因具有较高的同源性,该基因编码蛋白具有植物种属PC蛋白跨膜域保守特征,翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。低钾 (0.06 mmol/L) 处理下,根、叶中TaPC1表达增强;将低钾处理植株转入丰钾 (6 mmol/L) 营养液进行恢复处理后,根、叶中该基因表达下调,表明TaPC1呈低钾应答表达模式。基因遗传转化结果表明,与野生型 (WT) 对照相比,低钾处理下,超表达TaPC1烟草株系植株干物质积累量增多,细胞活性氧累积量减少,细胞保护酶 (SOD、CAT和POD) 活性提高,丙二醛含量降低。基因表达分析表明,低钾处理下,转化株系内细胞保护酶编码基因NtSOD1NtCAT1;1NtPOD1;2NtPOD1;6的转录本丰度较野生型 (WT) 显著增多,表明上述基因通过增强表达,在改善转化株系低钾处理下细胞活性氧稳态中发挥重要作用。此外,与WT相比,低钾处理下转化株系的钾累积量显著增多,光合碳同化能力增强。  【结论】  TaPC1呈低钾胁迫增强表达模式,上调表达该基因能显著增强植株钾素吸收,有效维持低钾逆境下的细胞活性氧稳态特征,在改善植株光合物质生产和抵御低钾逆境能力中发挥重要作用。
典型黑土不同施氮量对马铃薯产量和氮素利用率的影响
李珺, 刘双全, 仇少君, 赵士诚, 徐新朋, 郭腾飞, 张佳佳, 何萍
2020, 26(5): 850-857. doi: 10.11674/zwyf.19348
摘要:
  【目的】  我国马铃薯生产中养分不平衡施用问题严重,过量施氮不利于农业可持续发展和生态环境保护。在养分专家系统 (Nutrient Expert,NE) 推荐施肥量基础上,研究不同施氮量对马铃薯产量、养分吸收和氮肥利用率的影响,为马铃薯推荐施肥提供科学依据。  【方法】  于2017―2018年,分别在黑龙江克山县不同地块进行2个田间试验,在NE系统推荐施肥量 (N180) 的基础上,设减施推荐施氮量的50% (N90)、25% (N135) 和增施25% (N225)、50% (N270) 4个处理,并以不施氮肥的处理作对照 (N0)。测定马铃薯产量、养分吸收量、肥料利用率等指标。  【结果】  017和2018年马铃薯产量均以NE系统推荐的N180处理最高,较N0处理两年平均增产40.4%。N90和N135处理低施氮水平 (≤ 180 kg/hm2) 下,随着施氮量的增加,马铃薯产量也明显增加,当施氮量超过NE系统推荐的施肥量 (180 kg/hm2) 后,继续增施氮肥对产量增加无明显作用。与N0处理相比,两年N180处理的块茎、秸秆和全株氮素吸收量平均增幅分别为49.8%、58.2%和52.0%,磷素吸收量平均增幅为36.3%、52.2%和39.8%,钾素吸收量平均增幅为26.4%、46.8%和31.3%,生产1 t块茎 (鲜重) 所需要的氮、磷、钾养分分别为4.6、1.1和5.8 kg。N180处理的产量和氮磷钾养分吸收量均为最高,氮素农学效率和回收率与N90和N135处理差异不显著。  【结论】  在不超过马铃薯氮素需求条件下,增加氮肥投入可显著增加马铃薯产量和氮素吸收量,NE系统能够指导马铃薯科学施肥,保障马铃薯产量,提高氮肥利用效率。
设施早熟西瓜和甜瓜的化肥施用现状及减施潜力
郭亚雯, 崔建钊, 孟延, 杨爽, 黄冬琳, 问亚军, 陈竹君, 周建斌
2020, 26(5): 858-868. doi: 10.11674/zwyf.19317
摘要:
  【目的】  调查陕西省设施栽培西瓜 (Citrullus lanatus)和甜瓜 (Cucumis melo) 施肥现状、养分输入特征和养分管理中存在的问题,为实现西瓜和甜瓜化肥合理减施,改善品质,增加农户经济效益提供科学依据和技术支撑。  【方法】  选取西瓜、甜瓜栽培面积大的农户,且使调查农户均匀覆盖主产区,采用实地走访记录方式,在调研陕西设施早熟西瓜、甜瓜产量水平,农户施用有机肥、化肥种类及施用量、施肥方式等基础上,依据当地目标产量、肥料试验文献数据,推荐区域合理施肥量,并对推荐施肥量进行田间验证,根据推荐施肥量对农户施肥现状进行评价并分析化肥的减施潜力。  【结果】  设施栽培西瓜、甜瓜主产区肥料 (化肥 + 有机肥) N、P2O5、K2O养分投入量平均分别为582、412、541 kg/hm2和1059、763、842 kg/hm2,其中化肥N、P2O5、K2O平均施用量分别为266、213、304 kg/hm2和315、317、281 kg/hm2;西瓜、甜瓜化肥N、P2O5、K2O养分平均用量分别为各自推荐量的1.8、3.6、2.3倍和2.9、6.3、3.1倍,养分表观盈余量分别为455、369、388 kg/hm2和980、728、692 kg/hm2,养分利用率仅为4.6%~28.3%。西瓜化肥氮、磷和钾施用过量的农户分别占79.6%、88.9%和79.6%,化肥氮、磷和钾减施潜力分别为46%、72%、57%;甜瓜化肥氮、磷和钾施用过量的农户分别占74.9%、91.0%和74.9%,化肥氮、磷和钾减施潜力分别为65%、84%和68%,西瓜和甜瓜化肥总减施潜力 (N + P2O5 + K2O) 分别为57%和73%。西瓜、甜瓜有机肥中氮素养分占养分总用量的比例分别为39.5%和65.8%,比例总体上适宜;西瓜和甜瓜化肥N∶P2O5∶K2O投入比例分别为1.0∶0.8∶1.1和1.0∶1.0∶0.9,P2O5占比过高;水肥一体化条件下西瓜、甜瓜基施化肥 (N + P2O5 + K2O) 占化肥施用总量 (基肥 + 追肥) 的比例分别达91.2%和59.4%,基施养分比例过高。  【结论】  本研究区域西瓜、甜瓜养分总投入中,有机养分比例适宜,但存在化肥投入过量,尤其是磷施用比例过高的问题;在水肥一体化栽培技术下,存在基施养分比例过高、养分盈余量大、养分利用率低的问题。生产实践中,亟待根据西瓜、甜瓜养分需求规律,制定精准施肥量和适宜的养分比例,建立区域合理施肥技术体系,最终实现西瓜化肥氮、磷和钾平均施用总量减少46%、72%和57%,甜瓜化肥氮、磷和钾平均施用总量减少65%、84%和68%。
荔枝在不同温度和氮素形态下的氮、磷吸收动力学特征
朱陆伟, 周昌敏, 白翠华, 区宇程, 姚丽贤
2020, 26(5): 869-878. doi: 10.11674/zwyf.19325
摘要:
  【目的】  温度直接影响植物对养分的吸收能力,而植物对氮素形态具有偏好性。研究不同温度和氮形态营养条件下荔枝根系吸收氮和磷能力的差异,为荔枝不同季节 (物候期) 合理施用氮、磷肥提供依据。  【方法】  以‘黑叶’荔枝实生苗为材料,采用水培方法进行了试验。设置6个生长温度 (10℃、15℃、20℃、25℃、30℃和35℃) 和3种氮形态营养液 (硝态氮、1/2硝态氮 + 1/2铵态氮和铵态氮,分别表示为NN、1/2NN + 1/2AN和AN),共18个处理。将饥饿48 h的荔枝苗置于营养液中,于处理0、1、2、3、4、6、8、10和12 h后采集营养液样本,测定其中氮、磷含量。计算荔枝吸收氮、磷养分离子的动力学参数变化,并比较根系吸收氮、磷养分能力的差异。  【结果】  温度和氮形态对荔枝吸收氮和磷养分均有显著影响 (P < 0.01)。随温度升高,NN和1/2NN + 1/2AN处理下荔枝对总氮的最大吸收速率 (Imax) 呈现“下降–升高”的交替变化,但AN处理下的Imax受影响较小。15℃和30℃时AN处理荔枝对总氮的Imax显著高于其他两种氮形态营养处理,其他温度下则以1/2NN + 1/2AN处理最高;单一氮形态营养下,荔枝对氮素的亲和力 (Am) 和离子补偿点 (Cmin) 随着温度升高而发生波动;同时供应两种氮素形态时,Am随温度升高(10℃~30℃)而增加,而Cmin随温度升高而下降。氮形态对荔枝吸收总氮的Imax的影响与温度有关,但不同温度下均以NN处理的Imax最低、Am最高及Cmin最低。在1/2NN + 1/2AN处理中,荔枝吸收NH4+Imax显著高于NN处理,但NN处理的Am更高且Cmin更低。氮素供应形态对荔枝吸收H2PO4的影响也与温度有关,在15℃和25℃时荔枝吸H2PO4Imax表现为1/2NN + 1/2AN > AN > NN,其他温度下的氮形态处理间没有明显差别。除15℃时NN处理荔枝对H2PO4AmCmin分别显著低于、高于其他两个处理外,其他温度下3种氮形态营养处理的AmCmin接近。  【结论】  荔枝为喜硝植物,吸收硝态氮的能力也更强。在生长介质温度为15℃和30℃时单独供应铵态氮及在其他温度下同时供给两种氮形态,有利于荔枝对氮素的吸收。在15℃和25℃时,同时供应硝态氮和铵态氮最有利于荔枝吸收H2PO4,供应铵态氮次之;其他温度下氮供应形态对荔枝吸收H2PO4没有明显影响。为提高荔枝吸收氮磷营养能力,建议生产上避免一次性大量施用硝态氮肥。
低温胁迫下磷肥施用量对油橄榄生长发育的影响
王天, 宋佳承, 闫士朋, 李朝周
2020, 26(5): 879-890. doi: 10.11674/zwyf.19349
摘要:
  【目的】  探究自然低温胁迫下磷肥施用量对油橄榄幼苗生长发育的影响,旨在确定低温条件下增强油橄榄幼苗抗寒性及促进其生长发育的最适磷肥施用量,为油橄榄苗期养分管理提供科学依据。  【方法】  本试验选用我国油橄榄主栽品种‘鄂植8号’为试验材料,所用磷肥为磷酸二氢钠 (NaH2PO4·2H2O),6个处理的每株幼苗P2O5施用量分别设为0、15、30、45、60和75 g,记作P0、P15、P30、P45、P60 和 P75;低温胁迫是在自然条件下,取样时间为2018年9月16日、11月15日和12月30日上午9:00左右,取样当日与前两日平均气温分别为17.6℃、3.1℃和–5.3℃,采集样品为植株叶片、根系,分析油橄榄幼苗叶片冻害指数、渗透调节物质含量、膜伤害指标、抗氧化酶活性、叶绿素含量、磷含量及根系活力、根系形态和生物量积累。  【结果】  在低温环境 (3.1℃、–5.3℃) 下,增施适量磷肥可降低油橄榄叶片冻害指数,增加叶片中脯氨酸 (Pro)、可溶性蛋白 (SP)、可溶性糖 (SS)、叶绿素和磷含量,增强叶片抗氧化酶活性,降低叶片膜透性、超氧阴离子产生速率和丙二醛 (MDA) 含量,增强根系活力。在3.1℃条件下,P45处理油橄榄叶片超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT) 与抗坏血酸过氧化物酶 (APX) 活性较P0分别增加了104.75%、95.02%和100.01%;叶绿素含量和磷含量较P0分别增长了114.83%和33.66%。在低温条件下,油橄榄幼苗根系和地上部生长均受到抑制,P45处理的油橄榄总根长、根表面积、根体积和根尖数较P0处理增加了42.60%、28.79%、55.50%和25.01%,各磷肥处理下根系平均直径间差异不显著;株高、根干重、地上部干重较P0处理分别增加了48.48%、80.27%和34.51%。  【结论】  低温抑制油橄榄幼苗生长发育,而适量增施磷肥可有效提高油橄榄的生理活性,进而缓解低温对油橄榄幼苗的损伤,增强了植株的抗寒性。低温胁迫条件下,每株施用45 g磷肥 (P2O5)的效果最佳。
八宝景天–柑橘间作降低柑橘根际土壤镉含量以减少对镉的吸收
李丹丹, 杨军, 杨武年, 郭俊娒, 杨俊兴, 郑国砥, 万小铭, 陈同斌
2020, 26(5): 891-900. doi: 10.11674/zwyf.19376
摘要:
  【目的】  超富集植物与经济作物间作是实现重金属污染农田边生产边修复的有效措施。为此,研究八宝景天 (Hylotelephium spectabile) 和柑橘间作对柑橘重金属吸收累积的影响,为柑橘生产提供安全、经济有效的栽培措施。  【方法】  以早熟和晚熟柑橘、八宝景天为试材进行盆栽试验,以全Cd含量为0.92 mg/kg的污染土壤和0.06 mg/kg的清洁土壤为供试土壤。分别设置早熟和晚熟柑橘单作、八宝景天单作、早熟和晚熟柑橘–八宝景天间作和柑橘–八宝景天限制性间作,共7个处理,限制性间作采用半透膜根际袋将八宝景天和柑橘根系分开。在植株生长74天 (7月) 和218天 (12月)时采样,调查植株生物量和Cd含量,分别测定根际土壤全Cd和有效态Cd含量。  【结果】  与柑橘单作相比,与八宝景天间作柑橘的叶片Cd含量降低了26.7%,与清洁土壤种植的柑橘叶片Cd含量 (0.011 mg/kg) 相近。间作条件下,柑橘根际土壤中全Cd含量由0.92 mg/kg降低至0.75 mg/kg,有效态Cd含量由单作处理的0.82 mg/kg降低至0.78 mg/kg,低于柑橘单作处理;柑橘–八宝景天间作柑橘根际土壤中全Cd的减少量是柑橘–八宝景天限制性间作柑橘根际土壤全Cd减少量 (6.52%) 的2.83倍。柑橘–八宝景天间作中八宝景天对土壤Cd的年提取量、年去除率分别达1.40 mg/pot、3.34%,与其单作 (1.50 mg/pot、3.73%) 相比,去除效率降低了10.6%,其主要原因是间作降低了八宝景天的生物量。  【结论】  尽管柑橘–八宝景天间作影响八宝景天对镉的去除效率,但显著降低了柑橘根际全Cd和有效态Cd含量,进而将柑橘叶片Cd含量降低到与清洁土壤下近似的水平,实现了边修复边安全生产的目标,因此,柑橘–八宝景天间作可作为中低度Cd污染农田土壤修复的重要生物措施。
玉米花生间作改善花生铁营养提高其光合特性的机理
王飞, 刘领, 武岩岩, 李雪, 孙增光, 尹飞, 焦念元, 付国占
2020, 26(5): 901-913. doi: 10.11674/zwyf.19156
摘要:
  【目的】  研究玉米花生间作改善花生铁营养后对花生功能叶片光能吸收、转化、电子传递和CO2固定的影响,揭示玉米花生间作改善花生光合性能的机理。  【方法】  试验在河南科技大学试验农场进行,采用两因素两水平完全随机设计,两个种植模式包括玉米花生间作 (2行玉米间作4行花生) 和花生单作,两个磷肥施用水平为:不施磷 (P0) 和施P2O5 180 kg/hm2 (P1)。单作花生于新叶完全展开时 (7月14日) 出现黄化,8月2日严重黄化,间作花生未出现黄花。测定了黄化和正常花生功能叶片光合作用强度对光照和CO2 浓度的响应,并分析了相关参数,运用JIP-test建立了叶绿素荧光诱导动力学曲线并计算了相关参数。  【结果】  与单作缺铁花生相比,间作花生功能叶单位面积光能的吸收 (ABS/CSo)、捕获 (TRo/CSo) 和电子传递 (ETo/CSo)、PS I受体侧电子还原的能量 (REo/CSo) 和单位面积反应中心数目 (RC/CSm) 明显提高,光合电子传递链电子传递能力明显增强,PSⅡ最大光化学效率 (ΨPo)、捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA下游电子受体的概率 (Ψo)、用于电子传递的量子产额 (ΨEo)、电子从还原系统传递到PS I电子受体侧的效率 (δR)、PS I末端受体还原的量子产额 (ΨRo) 均显著提高,增幅依次为36.7%~39.6%、79.6%~92.2%、151%~163%、16.3%~20.0%和177%~215%;PS I光化学活性 (ΔI/Io) 及PS I与PSⅡ之间的协调性 (ΦPSⅠ/PSⅡ) 也显著增强;间作花生功能叶SPAD值、光饱和时净光合速率 (LSPn)、光饱和点 (LSP)、羧化效率 (CE)、CO2饱和时净光合速率 (Amax)、Rubisco最大羧化速率 (Vc, max)、最大电子传递速率 (Jmax) 和磷酸丙糖利用率 (TPU) 显著提高。施磷能显著提高间作花生功能叶SPAD值、ΨPoΨoΨEoδRΨRo、铁含量、净光合速率和生物量 (P < 0.05),却了加剧单作花生的缺铁症状,显著降低其功能叶SPAD值、ΨPoΨoΨEoδRΨRo、铁含量、净光合速率和生物量 (P < 0.05)。与单作正常花生相比,间作降低了花生功能叶ABS/CSoTRo/CSoETo/CSoLSPn和单株干物质量,却显著提高了功能叶ΨEo。  【结论】  玉米花生间作显著改善了花生铁营养,因而促进了花生功能叶PSⅡ对光能的吸收、转化和电子传递,提高PS I光化学活性、PSⅡ与PS I的协调性和电子传递链稳定性,还显著提高暗反应CO2羧化固定能力,从而提高净光合速率和生物量。施磷加剧单作花生缺铁症状,降低其光化学效率、暗反应能力、净光合速率和生物量,却能增强间作种间作用,提高间作花生光能吸收转化能力和CO2固定能力。
阿魏酸诱导蚕豆枯萎病发生及根系组织结构损伤的化感效应
袁婷婷, 董坤, 郭增鹏, 董艳
2020, 26(5): 914-923. doi: 10.11674/zwyf.19388
摘要:
  【目的】  酚酸类化合物是多种农作物根际土壤中常见的自毒物质,化感自毒物质与土传病害发生密切相关。研究阿魏酸对枯萎病发生的促进效应及机理,为阐明连作自毒物质–病原菌–寄主抗病性互作效应提供参考。  【方法】  采用水培试验研究阿魏酸对蚕豆幼苗生长和枯萎病发生的影响。在蚕豆幼苗长至4~6片真叶时,将其移入2 L Hoagland 营养液中进行培养,其中阿魏酸浓度分别为0、50、100、200 mg/L。待阿魏酸处理2 天后,加入25 mL 1 × 106 cfu/mL的尖孢镰刀菌孢子悬浮液。继续培养40天后,取样调查植株生长状况和枯萎病发病率。利用显微镜观察蚕豆根系细胞组织结构的变化,通过室内培养试验研究尖孢镰刀菌菌丝生长和致病力对阿魏酸胁迫的响应。  【结果】  与无添加阿魏酸 (0 mg/L) 处理相比,添加阿魏酸处理显著抑制蚕豆幼苗的生长,且阿魏酸浓度越高抑制作用越强。本试验条件下,阿魏酸处理显著提高蚕豆枯萎病发病率300.0%~500.0%,显著增加病情指数113.3%~1666.7%,发病率和病情指数均在阿魏酸处理浓度200 mg/L下达到最大值。阿魏酸处理抑制尖孢镰刀菌的菌丝生长,显著提高尖孢镰刀菌产生的果胶酶、纤维素酶、淀粉酶和蛋白酶活性44.8%~59.0%、78.2%~145.6%、975.6%~2435.4%和165.1%~622.9%;显著提高枯萎酸含量107.6%~236.2%。阿魏酸胁迫下,蚕豆根系表皮细胞扭曲变形,木质部导管变细,导管壁增厚,胶状物和内含物充满整个细胞,阻碍营养物质和水分的正常运输,进而加速蚕豆枯萎死亡。  【结论】  阿魏酸胁迫虽然抑制尖孢镰刀菌的菌丝生长,但显著提高蚕豆根系细胞壁降解酶活性和枯萎酸含量,进而增加尖孢镰刀菌致病力,加速根系细胞组织结构损伤,促进尖孢镰刀菌侵入蚕豆根系,加剧枯萎病发生和危害。阿魏酸在蚕豆连作障碍中扮演着初始诱因的角色。
长期施肥褐土不同磷组分对磷素盈余的响应
杨振兴, 周怀平, 解文艳, 刘志平
2020, 26(5): 924-933. doi: 10.11674/zwyf.19291
摘要:
  【目的】  研究褐土区玉米田长期不同磷源投入对土壤磷素形态和磷素累积的影响,通过对不同磷组分与磷素盈余之间进行相关性分析,研究不同施肥措施对土壤磷素形态转化的影响,为探索合理的磷肥调控措施,促进土壤中磷素向作物易于吸收的水溶态和碳酸氢钠溶解态转化,提高磷素利用效率提供依据。  【方法】  试验依托始于1992年位于山西省寿阳县北坪旱塬上的长期定位试验。9个施肥处理包括:无肥对照 (CK)、N1P1、N2P2、N3P3、N4P4、N2P1M1、N3P2M3、N4P2M2、N0P0M6,其中N1、N2、N3、N4分别为尿素N 60、120、180、240 kg/hm2,P1、P2、P3、P4分别为过磷酸钙P 16、33、49、66 kg/hm2,M为腐熟厩肥,M1、M2、M3、M6分别折合为施P量14、28、42和83 kg/hm2。1992—2016年,收获后取0—20 cm耕层土壤样品,分析土壤磷素形态及盈余量,并计算不同形态磷素与磷盈余量之间的相关性。  【结果】  连续施肥25年后,土壤磷组分发生了不同的变化,不施肥处理除H2O-Pi、Residual-P外,各形态磷较试验初均有降低。施用无机肥各处理主要增加了土壤中HCl-P含量,以N4P4处理提高幅度最大,比试验初提高了127.7%。有机肥投入可以显著提高土壤中的活性磷含量,高量施用有机肥后,H2O-P总含量较试验初提高了8倍之多,NaHCO3-Pi年增加速率为11.50 mg/(kg·a)。不同施肥各处理土壤磷素盈余量为N0P0M6 > N3P2M3 > N4P4 > N4P2M2 > N3P3 > N2P2 > N2P1M1 > N1P1 > CK。磷素盈余是土壤磷组分变化的重要影响因素,各形态磷组分对磷素累积量响应大小为NaHCO3-Pi > NaOH-Pi > HCl-P > NaHCO3-Po > Residual-P > H2O-Po > NaOH-Po > H2O-Pi。  【结论】  长期施肥使土壤各组分磷素含量发生了显著变化,有机无机肥配施有利于土壤中活性磷的转化,过量施磷导致磷素在土壤中大量盈余,高量施用有机肥磷素盈余量最大。当以无机肥投入时,施用过磷酸钙P 33 kg/(hm2·a)基本可以满足作物生长发育的要求。当有机无机肥配施时,施用过磷酸钙P 16 kg/(hm2·a),配施厩肥P 14 kg/(hm2·a) 时,土壤磷素盈余量最小。
土壤有机碳储量与外源碳输入量关系的建立与验证
蔡岸冬, 徐明岗, 张文菊, 王伯仁, 蔡泽江
2020, 26(5): 934-941. doi: 10.11674/zwyf.19287
摘要:
  【目的】  土壤有机碳是土壤肥力的核心,外源碳的输入量是影响土壤有机碳的主要因素之一。建立外源碳输入量与土壤有机碳储量的内在联系,对深入了解土壤有机碳的形成和土壤肥力的定量提升具有重要意义。  【方法】  利用我国南方红壤典型农田长期 (25年) 和短期 (8年) 定位试验平台,选择25年长期施肥试验中CK (不施肥)、NP (氮磷化肥配施)、NPK (氮磷钾化肥配施)、NPKM1 (NPK与有机肥配施);1.5NPKM1 (1.5倍NPKM1) 和M2 (单施有机肥) 6个处理的数据,建立外源碳输入量与土壤有机碳储量的变化量及土壤有机碳储量的关系;选择8年短期施肥试验中T0 (氮磷钾配施)、T1 (NPK与15 t/hm2有机肥配施)、T2 (NPK与30 t/hm2有机肥配施) 和T3 (NPK与45 t/hm2有机肥配施) 4个处理的数据,对长期试验建立的关系进行验证。  【结果】  与CK相比,长期施用化肥 (NP和NPK) 处理下年均根茬碳输入量显著增加了0.45~0.75 t/hm2;长期单施有机肥 (M2) 及有机肥配施化肥 (NPKM1和1.5NPKM1) 处理下年均根茬碳输入量为1.59~9.36 t/hm2,显著高于CK、NP和NPK处理 (P < 0.05);而短期化肥 (T0) 和有机肥配施化肥 (T1、T2和T3) 处理间年均根茬碳输入量没有显著差异。长期NP、NPK、NPKM1、1.5NPKM1和M2处理下,土壤有机碳储量均能达到稳定值 (即有机碳储量不再随试验年限的增加而变化),分别为24.01、25.16、48.44、48.46和49.83 t/hm2。长期不同施肥处理下土壤有机碳储量的矿化量平均为4.69 t/hm2,维持初始土壤有机碳储量需要累积外源碳输入的量为8.52 t/hm2;通过长期土壤有机碳储量的变化量与外源碳输入量的关系来预测土壤有机碳储量时存在17%的误差,并低估了土壤有机碳储量的增加量;在考虑初始土壤有机碳储量存在差异的情况下,通过土壤有机碳储量与外源碳输入量的关系来预测土壤有机碳储量时仅存在3%的误差;根据土壤有机碳储量与外源碳输入量的关系,维持初始有机碳储量 (SOCa) 所需外源碳的量为54.35 × [34.62/(48.71 − SOCa) − 1],提升土壤有机碳储量到SOCb时所需外源碳的量为1881.60 × (SOCb − SOCa) / [(48.71 − SOCb) × (48.71 − SOCa)]。  【结论】  根据初始土壤肥力状况,通过土壤有机碳储量与外源碳输入量的关系,可以准确量化土壤有机碳提升所需外源碳输入量。
藏东南色季拉山西坡不同植被土壤有机碳垂直分布特征及其影响因素
史飞, 徐梦, 张旭博, 王振波, 孙志刚, 张崇玉
2020, 26(5): 942-953. doi: 10.11674/zwyf.19284
摘要:
  【目的】  藏东南地区高山生态系统有巨大的土壤碳汇潜力,研究其不同生态系统下土壤有机碳 (SOC) 储存的变化特征及其影响因子,有助于深入了解青藏高原土壤碳循环及区域碳源汇平衡。  【方法】  本研究在西藏色季拉山西坡海拔3000~4600 m开展密集土壤采样,研究不同海拔高度下不同植被类型SOC的储存特征,并分析其关键影响因子。  【结果】  表层0—5 cm的SOC含量随海拔升高而增加,4个植被带SOC含量平均值表现为高寒草甸 (8.31% ± 0.77%) > 暗针叶林 (7.20% ± 0.90%) > 高寒灌丛草甸 (6.74% ± 0.80%) > 针阔混交林 (3.88% ± 0.46%)。在剖面5—10、10—15、15—20、20—30、30—40、40—60 cm各层SOC含量随海拔升高呈先增加后降低趋势,SOC含量在4种植被带的平均值表现为暗针叶林 > 高寒灌丛草甸 > 高寒草甸 > 针阔混交林。SOC含量随剖面深度增加而显著下降,高寒草甸和高寒灌丛草甸SOC垂直分布特征为表层聚集型,而针阔混交林和暗针叶林SOC垂直分布特征为普通递减型。剖面0—20、20—40、40—60 cm的SOC储量随海拔升高呈先增加后降低的特征。在表层0—20 cm高寒草甸SOC储量最高 (C 95.66 ± 4.81 t/hm2);在剖面20—40和40—60 cm暗针叶林SOC储量最高,且其在整个0—60 cm剖面的SOC总储量在所有植被类型中最高 (C 199.14 ± 11.10 t/hm2);针阔混交林SOC储量在剖面各层均为最低,且其在整个剖面的SOC总储量 (C 111.45 ± 10.30 t/hm2) 显著低于其他植被类型。剖面各层SOC储量与年平均温度、凋落物碳氮比呈显著负相关,而与海拔高度、年平均降水量和土壤含水量呈显著正相关。逐步回归显示土壤含水量是影响剖面各层以及整个剖面SOC储存的关键因子。随机森林模型对SOC储存的解释度为50.32%~65.82%,土壤含水量对表层土体SOC预测的相对贡献最高,年平均温度、年平均降水量和凋落物质量对各层SOC预测均有显著贡献,而植被类型对SOC预测的相对贡献随剖面加深而逐步增加。  【结论】  色季拉山西坡不同海拔高度下SOC的储存特征随不同植被类型和剖面深度而发生显著变化,环境因子(如土壤水分) 对表层土体SOC储存有关键影响,植被类型对深层土体SOC储量变化的预测有重要贡献。
浙江省商品有机肥中重金属含量变化趋势及风险管控对策
叶雪珠, 肖文丹, 赵首萍, 陈德, 张棋, 黄淼杰
2020, 26(5): 954-965. doi: 10.11674/zwyf.19299
摘要:
  【目的】  有机肥是农业生产的重要肥源,了解有机肥质量安全现状,可为有机肥合理施用和管控提供参考。  【方法】  于2017年采集浙江省96家有机肥生产企业共99个商品有机肥样品,研究分析其Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni 8种重金属含量、分布特征、污染成因及施用风险。并与2013年文献进行比较,分析重金属含量的变化。  【结果】  1) 商品有机肥中Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的平均含量分别为0.17、5.5、0.63、17.3、33.2、213.8、660.5、17.7 mg/kg,变异系数为54.9%~151.3%,含量差异较大。相比2013年,Cd、Pb、Cr、Hg和As含量在2017年均有所降低,降幅为23.0%~72.7%,其中Hg和As含量大体呈逐年下降趋势,2017年较2009年平均含量分别下降74.2%和51.8%,Cr和Pb平均含量较2010年分别下降74.9%和54.4%,Cd平均含量在近4年降幅明显,2017年较2013年下降72.7%。但商品有机肥中As仍有8.1%超标,Cu、Zn含量偏高,Ni含量有增加趋势。Cu、Zn、Ni是浙江省商品有机肥主要风险因子。2) 主成分和相关性分析表明,Cu-Zn、Cr-Ni-Hg、Cd-Pb重金属污染来源具有同源性。Cu、Zn、As以饲料添加来源为主,Cr、Hg、Ni主要来源于饲料原料本身,Cd、Pb则以饲料原料本身、生产粘结剂或生产环境来源为主。3) 商品有机肥成分配方复杂,猪粪原料占比较大,其次为鸡粪和牛粪。根据NY 525—2012有机肥重金属限量标准,以猪粪为主要原料的有机肥As超标率9.6%,以鸡粪、羊粪为主要原料的有机肥未出现重金属超标,根据德国腐熟堆肥重金属限量标准,以猪粪和鸡粪为主要原料的有机肥Cu、Zn超标样品较多,Ni只在以猪粪和鸡粪为主要原料的有机肥中出现超标。4) 长期施用含重金属商品有机肥,存在土壤重金属积累风险。按有机肥年施肥量30 t/hm2推算,Cu、Zn和Cd风险相对较大,安全使用年限分别为14、18、34 年。  【结论】  浙江省商品有机肥总体质量安全程度较高,有机肥中Cr、Pb、Hg、As、Cd含量近年来得到较好的控制,但Cu、Zn、Ni含量偏高,部分As含量超标,长期施用条件下存在土壤重金属累积风险,因此需加强对有机肥中重金属的管控,制定商品有机肥中Cu、Zn、Ni限量标准,以保障土壤长期可持续利用。
研究简报
基于川麦冬活性成分高和重金属含量低的有机无机肥最佳配施方案
李思佳, 邓秋林, 文秋姝, 周娟, 张亚琴, 雷飞益, 陈雨, 刘志伟, 陈兴福
2020, 26(5): 966-974. doi: 10.11674/zwyf.19363
摘要:
  【目的】  明确川麦冬[Ophiopogon japonicus (Linn. f.) Ker-Gawl]生产中氮 (N)、磷 (P)、钾 (K) 和生物有机肥 (BF) 最佳配施量,为大田川麦冬的科学种植提供参考。  【方法】  采用L9 (34) 正交设计,分析9个不同N、P、K与BF组合处理下,川麦冬品质活性成分、代表性活性成分与重金属含量,并基于DTOPSIS法进行了综合选优。  【结果】  合理的N、P、K和BF配施可显著提高川麦冬水溶性浸出物、总皂苷、可溶性多糖、麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'的含量,降低Cu、Gd、As、Pb、Hg的含量。其中,以N1P3K3BF3处理的水溶性浸出物、总皂苷、麦冬皂苷D与麦冬皂苷D'的含量最高,分别为74.52%、0.38%、112.208 μg/mL与56.293 μg/mL;可溶性多糖含量最高的为N3P3K2BF1处理(42.47%);Cu和Pb含量最低的为N1P2K2BF2处理,As含量最低的为N3P2K1BF3处理,Gd含量最低的为N2P1K2BF3处理,Hg含量最低的为N2P2K3BF1处理。  【结论】  通过DTOPSIS法进行了综合选优,活性成分高、重金属含量低的最佳施肥组合为N1P3K3BF3,即N、P2O5、K2O和生物有机肥分别为598、240、595.80和2700 kg/hm2
施磷量对不同播种方式下冬小麦干物质转运及养分吸收利用的影响
刘冲, 贾永红, 张金汕, 孙鹏, 罗四维, 王欢, 李鹏, 石书兵
2020, 26(5): 975-986. doi: 10.11674/zwyf.19199
摘要:
  【目的】  研究立体匀播方式下,施磷量对冬小麦干物质、产量及养分效率的影响,以筛选与新疆冬小麦立体匀播技术配套的适宜施磷量。  【方法】  以新冬22号为材料,采用双因素裂区试验设计,设播种方式为主区,分条播 (D) 和立体匀播 (U) 两种方式;施磷量 (P2O5) 为副区,磷施用量分别为0、60、120、180 kg/hm2 (分别用P0、P60、P120、P180表示)。在主要生育期取植株样并测定干物质分配和转运量,在开花期和成熟期测定植株氮、磷、钾含量,收获后测定产量及其构成因素。  【结果】  与条播相比,小麦茎秆直径和株高在立体匀播下具有显著优势 (P < 0.05)。4个磷用量处理中,干物质转运、分配及磷素转运、利用均以P120最佳,且产量优势明显 (P < 0.05)。立体匀播提高了冬小麦分蘖茎上籽粒的干物质分配、营养器官干物质转运量,保证冬小麦将更多的氮、磷、钾向籽粒转运,促进植株磷素转运和利用。两种播种方式均以P120 处理最有助于开花期和成熟期干物质向叶片、茎秆和叶鞘以及穗部的分配,从而有效增加干物质转运率和干物质转运对籽粒贡献率,进而提高经济系数,达到高产的效果。  【结论】  立体匀播比常规条播更有利于小麦生长发育。采用立体匀播的冬小麦适当增加磷肥施用量,可有效促进单位面积穗数、分蘖茎穗粒数和千粒重的提高,进而获得高产。在本试验条件下,施用P2O5 120 kg/hm2是兼顾冬小麦产量和养分利用效率的最佳用量。