• ISSN 1008-505X
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2020年  26卷  第8期

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2020-08期封面+目录
2020, (8).
摘要:
基于不同监测与估算方法的设施菜田N2O排放量比较
王琛, 尹兴, 陈盟, 韩建, 张杰, 郭艳杰, 张丽娟
2020, 26(8): 1375-1383. doi: 10.11674/zwyf.19489
摘要:
  【目的】  为了分析微气象学方法中反演式气体扩散模型在设施菜田N2O排放测定分析中的应用效果及精确度,本研究结合静态箱/气相色谱法同步观测结果,比较了两种观测值之间的差异及其形成的各因素,以验证该方法在测定温室气体排放中的可行性。  【方法】  在设施蔬菜大棚中,设置了施肥区和非施肥区,通过箱式法和微气象学方法分别对设施菜田种植区进行72 h的高频监测和全生长季监测,构建N2O浓度特征曲线和排放通量特征曲线。  【结果】  田闲期棚区上方3.5 m处N2O浓度明显低于种植期,但田闲期夜间浓度较高,种植期白天浓度较高。棚室内N2O浓度随高度增加呈下降趋势,且差异明显,而且都高于棚室外背景浓度。静态箱/气相色谱法和反演式气体扩散模型测得棚区N2O日排放特征具有较好的一致性,但前者测定结果普遍高于后者,静态箱/气相色谱法测得平均排放通量为252.51 μg/(m2·h),反演式气体扩散模型测得平均排放通量为192.21 μg/(m2·h),前者比后者高26.75%;在设施番茄全生长季观测中,两种方法测定的N2O排放通量特征曲线趋势一致,静态箱/气相色谱法测得土壤净排放通量为1817.49 g/hm2,排放系数为0.45%;反演式气体扩散模型测得土壤净排放通量为1250.95 g/hm2,排放系数为0.32%,较静态箱/气相色谱法测得结果降低了29%。  【结论】  反演式气体扩散模型、静态箱/气相色谱法对设施菜田种植区N2O排放通量的测定结果,趋势上一致性较好,但反演式气体扩散模型观测结果明显低于静态箱/气相色谱法,不过反演式气体扩散模型自动化程度高,可以高密监测设施菜田N2O排放全过程,且适用于较大区域的观测,为建立多元化的N2O排放监测体系提供了新的研究方法和思路。
有机无机肥配施对我国主要粮食作物产量和氮肥利用效率的影响
魏文良, 刘路, 仇恒浩
2020, 26(8): 1384-1394. doi: 10.11674/zwyf.19511
摘要:
  【目的】  近年来,化肥的投入使我国作物单位面积产量的大幅提高,但是化肥的过量施用也导致了土壤及生态环境一系列的问题。此外,我国有机物料的种类与数量不断丰富,而循环利用率较低,因此,开展有机物料农田投入对作物增产和氮肥替代能力的研究十分重要。  【方法】  本研究基于文献查阅,收集并整理了我国三大粮食作物 (小麦、玉米、水稻) 在不同施肥处理 (不施肥对照、化肥、有机肥、有机无机肥配施) 下的相关试验数据 (试验年限 ≤ 5),旨在比较不同施肥处理下三大粮食作物的产量差异,并明确化肥与有机无机肥配施处理下的氮肥用量及氮肥利用效率。  【结果】  化肥、有机肥和有机无机肥配施处理较对照分别增产58.7%、32.1%和61.8%;与化肥处理相比,有机肥处理的作物产量无显著变化,而有机无机肥配施处理显著提高作物产量 (7.4%),且不同的作物类型均表现出相似的规律。对同时设置对照、化肥、有机肥、有机无机肥配施4个处理的试验数据进行统计分析表明,4个处理的作物平均产量分别为4778、7000、6009和7422 kg/hm2。与对照相比,施肥显著提高了作物产量,化肥和有机无机肥配施处理间无显著性差异,但均显著高于有机肥处理。同时,研究发现不同处理的作物产量会受到作物类型、有机物料种类的影响。从氮肥施用总量分析,有机无机肥配施处理的化肥氮用量在小麦、玉米试验中与化肥处理基本相等,在水稻试验中则显著降低。总体来看,有机无机肥配施的氮肥偏生产力较化肥处理平均显著提高了32.5%,在小麦、玉米、水稻上,氮素偏生产力由化肥处理的35.0、45.2、42.8 kg/kg分别增加到有机无机肥配施处理的45.2、60.6、56.4 kg/kg。不同有机物料替代化肥提高氮肥偏生产力的潜力不同,秸秆还田、农家肥与化肥配施处理中,化肥氮用量未发生显著变化,而氮肥偏生产力显著提高9.4%、71.7%;配施堆肥的化肥氮用量也无显著降低,氮肥偏生产力较化肥处理没有明显提高;配施沼渣的处理中,氮肥用量显著降低,氮肥偏生产力显著提高 90.3%。  【结论】  综合我国历年田间试验中有机无机肥配施和化肥处理的结果,表明适宜的化学氮肥投入是保证我国小麦、玉米和水稻产量的重要措施。在当前我国土壤肥力条件下,在不减少化肥氮用量的前提下配施有机物料,可以进一步增加产量,提高土壤肥力。在总氮量不变的情况下,以有机物料替代部分化肥氮可以保证粮食产量不降低,且可提高氮肥偏生产力。在有机物料中,粪肥和沼渣替代部分化肥的效果较好,而配合秸秆还田应注意维持化肥氮素的投入量。
有机肥氮替代20%化肥氮提高豫北冬小麦氮肥利用率和土壤肥力
申长卫, 袁敬平, 李新华, 张帅垒, 任秀娟, 王菲, 刘星, 张影, 欧行奇, 陈锡岭
2020, 26(8): 1395-1406. doi: 10.11674/zwyf.19504
摘要:
  【目的】  探究有机肥氮替代不同比例化肥氮对冬小麦产量和土壤肥力的影响,为豫北冬小麦筛选适宜有机肥替代比例、提高氮素利用率以及小麦产量提升提供参考。  【方法】  在2018和2019年以小麦新品种百农207为供试材料进行大田试验,试验设置不施氮肥处理 (T1)、常规施氮肥处理 (T2) 和3种有机肥氮替代化肥氮比例 (20%、30%和40%,依次表示为T3、T4、T5)。分析比较成熟期不同处理下小麦产量、产量构成要素、各器官的氮素积累量与分配比例、氮肥利用率以及土壤肥力指标的变化。  【结果】  2018和2019年的产量结果表明,相比T2处理,有机肥氮替代化肥氮比例为20% (T3) 处理能实现小麦产量的稳产增产。2019年T3处理比T2处理小麦产量显著增加16.59%,随着有机肥氮替代化肥氮比例增加,小麦增产效应降低。2019年在T3处理下,植株氮素总积累量比T2处理显著提高25.71%,T3处理相比T2处理籽粒的氮素积累量两年分别显著提高14.45%和22.20%。2019年T3处理氮素偏生产力、氮素回收率和氮肥农学效率都显著高于T2处理。连续两年施用有机肥处理对土壤中全氮含量影响不大,但相比T1和T2处理,2018和2019年在T3处理下土壤有效磷、铵态氮和硝态氮含量显著提高。通过产量与其他因素的相关分析可知,小麦产量与植株氮素总积累量、籽粒氮素积累量、小麦穗数呈极显著正相关,而穗数与土壤养分中的NH4+-N含量和NO3-N含量均呈极显著正相关。  【结论】  在氮施用量为300 kg/hm2时,通过连续两年有机肥与化肥配施可改善土壤肥力水平。本试验条件下,有机肥氮替代化肥氮的比例为总施氮量 20%时,能显著增加籽粒氮素积累量,提高小麦氮素利用效率和产量,实现豫北冬小麦稳产和高产。
基肥结合抽穗期追肥稳定稻麦产量并提高氮肥利用率及经济效益
宁运旺, 张辉, 王磊, 许仙菊, 汪吉东, 马洪波, 朱德进, 黄卉, 王少华, 马朝红, 张永春
2020, 26(8): 1407-1419. doi: 10.11674/zwyf.19453
摘要:
  【目的】  普遍认为,相同施肥量下增加施肥次数有利于提高肥料利用率,但施肥次数偏多已成为江苏稻麦化肥过量投入的主要因素。一次施肥仍存在争议,基肥结合分蘖期追肥的两次施肥也会导致水稻生长后期养分供应不足,明确基肥结合抽穗期追肥的两次施肥效果对稻麦化肥减量具重要意义。  【方法】  2016—2019年开展稻麦轮作田间定位试验,分析产量和产量组成、氮肥累积效率和氮素累积盈余。定位试验为完全随机区组设计、4次重复,设不施氮 (CK)、习惯施肥 (CF)、推荐施肥 (相对于CF处理水稻减氮18.2%、小麦减氮22.2%,RF) 和推荐施氮量下基施4种类型氮肥(尿素U、硫包膜尿素SCU、聚合物包膜尿素PCU和尿素添加5%双氰胺NIU)结合抽穗期追肥 (BH) 两次施肥 ,共7个处理。2018—2019年,使用以普通尿素为氮源的改良配方肥 (IFF) 和含硝化抑制剂的稳定性复合肥 (SCF) 做基肥,进行稻麦两次施肥(BH)田间验证试验,以农户实际 (FP) 为对照比较施肥成本和种植效益。  【结果】  定位试验结果表明,与农户习惯 (CF) 比较,推荐施肥处理 (RF) 对稻麦产量均无显著影响;与推荐施肥比较,相同施氮量下基施不同类型氮肥结合抽穗期追肥的两次施肥处理对稻麦产量也无显著影响。施氮量减少可使稻麦氮肥累积效率显著增加、氮素累积盈余显著减少,而施肥次数减少对稻麦氮肥累积效率和氮素累积盈余均无显著影响。相同施氮量下基施不同类型氮肥结合抽穗期追肥两次施肥条件下,稻麦产量和氮肥效率均以含硝化抑制剂的尿素处理 (NIU-BH) 表现较好;小麦上使用聚合物包膜尿素处理 (PCU-BH) 效果不稳定。验证试验结果表明,基施改良配方肥两次施肥 (IFF-BH) 和基施稳定性复合肥两次施肥 (SCF-BH) 与农户实际比较,水稻可在施氮量减少18.2%~33.8%条件下使产量分别增加1.8%~4.5%和2.6%~6.1%,施肥成本分别减少1069~1538和473~1029元/hm2,净收益分别增加1950~2270和1168~2126元/hm2;小麦可在施氮量减少30.0%条件下使产量分别增加0.7%和9.7%,施肥成本分别减少1132和495元/hm2,净收益分别增加1387和2045元/hm2  【结论】  在本研究条件下,定位试验和验证试验结果均表明,采用基肥加抽穗期追肥两次施肥,配合选择合适类型的肥料做基肥,可在施氮量减少18.2%~33.8%前提下稳定稻麦产量、提高氮肥效率和种植效益。
不同产量水平下稻茬小麦的氮素营养指标特征
杜宇笑, 李鑫格, 张羽, 程涛, 刘小军, 田永超, 朱艳, 曹卫星, 曹强
2020, 26(8): 1420-1429. doi: 10.11674/zwyf.19498
摘要:
  【目的】  明确长江中下游地区不同产量水平稻茬小麦氮营养指标变化规律,为小麦氮素营养状况实时诊断提供理论依据。  【方法】  本研究通过江苏省多年多点田间不同氮肥、播期、密度和品种试验,构建不同产量水平小麦大数据,分析不同产量水平小麦在不同生育时期的干物质积累量、植株氮积累量和植株氮浓度的变化规律,并通过计算小麦临界氮浓度,得到累积氮亏缺和氮营养指数的动态变化规律,进而明确高产稻茬小麦氮素营养指标特征。  【结果】  干物质积累量和植株氮积累量的变化趋势一致,随着小麦生育进程的推进均逐渐增加,植株氮浓度逐渐减小,累积氮亏缺和氮营养指数会出现波动。整个生育期内,干物质积累量和植株氮积累量在高产小麦和中产小麦之间的差异不显著,但二者植株氮积累量均显著高于中低产小麦,中低产小麦又显著高于低产小麦。在抽穗期、开花期和灌浆期,高产和中产小麦干物质积累量显著高于中低产小麦,中低产小麦又显著高于低产小麦。依据累积氮亏缺值判断氮素营养状况,高产和中产小麦的累积氮亏缺变化趋势一致,在起身—孕穗期,高产小麦的累积氮亏缺值由0.3 kg/hm2降低为−23.0 kg/hm2,中产小麦由7.0 kg/hm2降低为−14.6 kg/hm2,孕穗—抽穗期又呈升高趋势,高产小麦由−23.0 kg/hm2升高为−11.4 kg/hm2,中产小麦由−14.6 kg/hm2升高为2.4 kg/hm2,开花—灌浆期的波动较小。表明高产小麦氮营养除起身期之外均为过剩,中产小麦在拔节—孕穗期的累积氮亏缺小于0,其余时期累积氮亏缺均大于0,但该水平的累积氮亏缺值一直在适宜范围内波动。中低产小麦在起身—拔节期,累积氮亏缺值由14.2 kg/hm2降低为9.5 kg/hm2,之后逐渐升高,灌浆期达到最大为43.9 kg/hm2;低产小麦在起身期到灌浆期,累积氮亏缺值由17.3 kg/hm2升高为71.1 kg/hm2。表明中低产和低产的小麦氮营养水平在整个生育期内逐渐降低,且整个生育期均处于亏缺状态 (累积氮亏缺值 > 0)。在拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期,高产水平的小麦植株实际氮浓度高于植株临界氮浓度,中产小麦在孕穗期的植株实际氮浓度高于临界氮浓度,而中低产和低产的小麦在整个生育期植株实际氮浓度低于植株临界氮浓度。高产和中产的小麦氮营养指数在1附近波动,其中高产小麦的氮营养指数在起身—孕穗期由0.9升高为1.1,在抽穗—灌浆期,氮营养指数呈现先降低后升高趋势,其值分别为1.0、0.9和1.0,中产小麦与高产小麦的变化趋势一致,起身—孕穗期的氮营养指数由0.8升高为1.0,之后逐渐下降,其值均小于1,抽穗—灌浆期分别为0.9、0.9和0.9。中低产和低产的小麦氮营养指数始终低于1,中低产小麦在起身—拔节期氮营养指数由0.7升高为0.8,之后则逐渐下降,低产小麦从起身—开花期均逐渐下降,而这两个产量水平的氮营养指数在灌浆期会呈现略微上升趋势。  【结论】  随着产量水平的提高,小麦植株干物质和氮积累量、植株氮浓度、氮营养指数等都相应增加,累积氮亏缺相应下降。较高的干物质积累量和植株氮积累量是提高小麦产量的主要原因,在小麦生长过程中氮营养指数和累积氮亏缺均能准确诊断小麦氮营养状况,可为小麦氮肥精准管理提供理论支持。
冬小麦养分专家推荐施肥系统在长江流域的可行性研究
黄晓萌, 徐新朋, 王秀斌, 杨兰芳, 何萍, 仇少君, 赵士诚, 周卫
2020, 26(8): 1430-1439. doi: 10.11674/zwyf.20179
摘要:
  【目的】  采用基于产量反应和农学效率的冬小麦养分专家系统的推荐施肥方法 (Nutrient Expert for wheat, NE),在长江流域开展田间试验,并通过与该地农民习惯施肥方法的比较,确定该系统在长江流域冬小麦应用的可行性。  【方法】  2019年于长江流域的四川、云南、安徽、湖北、江苏和浙江6省共布置了50个冬小麦田间试验,每个试验包括5个处理:小麦养分专家系统推荐施肥处理 (NE)、农民习惯施肥处理 (FP),以及基于NE处理的不施氮、不施磷和不施钾肥处理,从产量、经济效益、肥料利用率、氮损失和温室气体排放5个方面,比较了NE与FP的差异。  【结果】  与FP处理相比,NE处理显著降低了N、P2O5和K2O施用量57、10和8 kg/hm2 (P < 0.001),降幅分别达到了26.6%、13.3%和12.9%;小麦产量明显提高 (P < 0.001),平均增产365 kg/hm2,增幅为7.9%;显著降低了肥料成本 (P < 0.001),平均减少了429 元/hm2,降幅为20.9%;显著提高了经济效益,平均增加了1446 元/hm2,增幅为17.7%,且所有增加经济效益中有55.5%来自于产量的增加 (P < 0.001)。NE处理显著提高了长江流域冬小麦的肥料利用效率 (P < 0.001),与FP处理相比,氮、磷和钾农学效率分别提高了6.5、8.3和8.6 kg/kg,增幅分别为67.7%、143.1%和159.3%;氮、磷和钾偏生产力分别增加了10.9、17.9和24.8 kg/kg,增幅分别为49.1%、28.8%和34.4%;氮、磷和钾回收率分别增加了15.3、11.9和27.2个百分点,增幅分别为52.9%、132.2%和87.7%。NE处理较FP处理显著增加了地上部氮素吸收量 (P < 0.001) ,且显著减少了氮素损失 (P < 0.001),地上部氮素吸收量平均增加了3.0 kg/hm2,增幅为2.5%;活性氮损失强度平均减少N 4.0 kg/t,降幅为37.7%;N2O总排放量平均减少了0.7 kg/hm2,降幅为28.0%;温室气体排放强度平均减少CO2 eq 308.4 kg/t,降幅为36.5%。  【结论】  在长江流域冬小麦生产中,采用基于小麦产量反应和农学效率的NE推荐施肥方法,可较农民习惯施肥 (FP) 平均分别降低26.6%、13.3%和12.9%的氮磷钾肥施用量,同时提高冬小麦产量7.9%,显著提高经济效益和肥料利用率,并有效地降低活性氮损失强度和温室气体排放量,适用于我国长江流域冬小麦的推荐施肥。
秸秆还田对再生稻田土壤有机碳组分的影响
尤锦伟, 王俊, 胡红青, 王辉, 叶磊
2020, 26(8): 1451-1458. doi: 10.11674/zwyf.19438
摘要:
  【目的】  在再生稻系统下,探讨秸秆还田对再生稻田土壤有机质组分及其养分含量的影响。  【方法】  试验设置秸秆不还田(CK)、水稻秸秆半量还田(SH)、水稻秸秆全量还田(SW)和水稻秸秆全量还田配施腐熟剂(SWF)共4个处理,分析各处理土壤有机碳及其组分和土壤速效养分含量。  【结果】  与秸秆不还田相比,秸秆还田能提高土壤有机碳及其组分含量。与CK处理相比,在头季和再生季水稻收获期,秸秆还田处理(SH、SW、SWF)土壤中水溶性有机碳含量分别增加了19.62%~22.63%、20.99%~41.48%;土壤中颗粒有机碳含量分别增加了8.47%~20.62%、24.71%~30.90%;三个施秸秆的处理间土壤总有机碳、胡敏酸和富里酸含量无明显差异。秸秆还田可以改变水溶性有机质结构,使其结构趋于简单。秸秆还田下土壤碱解氮、有效磷、速效钾和铵态氮含量均呈增加趋势;在头季水稻收获期,SWF处理的碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于CK处理。在再生季水稻收获期,与头季稻收获期相比,CK处理土壤速效养分含量呈下降趋势,而秸秆还田下各处理速效养分含量均呈增高趋势。  【结论】  秸秆还田可以提高再生稻田土壤有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳以及腐殖酸组分的含量,促进水溶性有机质结构的变化,从而有效改善土壤养分的供给能力。
氮磷配施对黄土高原旱作农业区典型农田土壤无机磷形态的影响
焦亚鹏, 齐鹏, 王晓娇, 姚一铭, 武均, 蔡立群, 张仁陟
2020, 26(8): 1459-1472. doi: 10.11674/zwyf.20063
摘要:
  【目的】  探讨不同氮磷配施条件下土壤无机磷组分转化特征和无机磷组分转化的影响因素,为陇中黄土高原旱作农业区农田磷素的高效利用及农田养分平衡提供参考。  【方法】  基于2017年布设在陇中黄土高原定西市李家堡镇麻子川村的不同氮磷配施春小麦长期定位试验,氮 (N)、磷 (P2O5) 各设4个水平,分别为0、75.0、115.0、190.0 kg/hm2,两两正交共16个处理。使用顾益初-蒋柏藩法测定收获后耕层 (0―20 cm) 土壤中各形态无机磷组分含量以及环境因子 (土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷、pH、籽粒产量、地上部生物量、磷肥回收利用率、微生物量碳、氮、磷和碱性磷酸酶)。  【结果】  土壤无机磷组分变化顺序为Ca10-P > Ca8-P > O-P > Fe-P ≈ Al-P > Ca2-P,无机磷含量主要以Ca-P为主,Al-P、Fe-P、O-P 3种形态占无机磷总量的20%左右。施磷显著增加土壤各无机磷组分含量,施氮显著降低除O-P、Ca8-P外其它无机磷组分含量,使O-P显著增加。施氮对各无机磷组分比例变化影响较小,Ca2-P、Ca8-P占无机磷总量的比例随着施磷量的增加而增加,Ca10-P、O-P所占的比例随着施磷量的增加呈下降趋势。Fe-P占无机磷的比例随着施磷量的增加基本无变化。本研究土壤有效磷与Ca2-P、Ca8-P、Fe-P、O-P之间呈极显著正相关 (P < 0.01),与Al-P呈显著正相关 (P < 0.05),与Ca10-P相关性不显著 (P > 0.05)。通径分析结果显示,各形态无机磷对有效磷的直接贡献顺序为Ca2-P > O-P > Al-P > Ca10-P > Fe-P > Ca8-P,在本区Ca2-P是土壤有效磷的主要磷源,Ca8-P、Fe-P是潜在磷源。施氮显著提高了土壤有机碳、全氮、籽粒产量、地上部生物量及微生物量碳、氮、磷及碱性磷酸酶活性和磷肥回收利用率,降低了全磷、有效磷、pH。施磷显著提高了全氮、全磷、有效磷、籽粒产量、地上部生物量及微生物量碳、氮、磷及碱性磷酸酶活性,降低了有机碳。冗余分析结果显示,土壤有机碳是影响陇中黄土高原旱作春小麦农田耕层土壤无机磷组分变化的关键因子;Ca8-P与全氮、Al-P与磷肥回收利用率、O-P与籽粒产量、Fe-P与地上部生物量和碱性磷酸酶活性以及微生物量氮呈极显著正相关,土壤有机碳与各无机磷组分均呈负相关。  【结论】  氮磷配施能够促进土壤磷素的活化,提高可供植物直接利用的Ca2-P和具有缓效作用Ca8-P、Al-P的比例,降低了土壤中难溶性Ca10-P、O-P的比例,提升了土壤潜在供磷能力。土壤有机碳是调控该区耕层土壤磷组分转化的关键因子。
聚磷酸铵在土壤中有效性的变化及其影响因素
熊子怡, 邱烨, 郭琳钰, 郭涛, 石纹豪
2020, 26(8): 1473-1480. doi: 10.11674/zwyf.19486
摘要:
  【目的】  明确聚磷酸铵在土壤中有效性的变化及影响因素,为聚磷酸铵的合理高效施用提供参考。  【方法】  选用pH不同的两种供试土壤进行室内恒温培养试验和盆栽试验。培养试验总时长331 h (14天),设置4个磷肥处理:不施磷肥处理 (CK),及分别施磷酸二氢铵 (MAP)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6)处理;除CK外,其他3个处理均施用P2O5 83.8 mg/kg,每个处理重复4次。于施肥后第0、3、24、96、144、240和331 h采样测定土壤有效磷含量。盆栽试验以玉米为供试材料,设置5个磷肥处理:不施磷肥处理(CK),及分别施磷酸二氢铵 (MAP)、过磷酸钙 (SSP)、聚合度4的聚磷酸铵 (APP-4) 和聚合度6的聚磷酸铵 (APP-6)处理;除CK外,其他处理均以每盆 (2 kg土) 施N 0.400 g、P2O5 0.764 g、K2O 0.386 g,玉米苗移栽后第30天收获植株,测定地上部与地下部干重和全磷含量,同时测定土壤pH和有效磷含量。  【结果】  相比于MAP处理,APP处理能在较长时间内维持土壤中的有效磷含量。在酸性土中,APP-4和APP-6处理的磷肥利用率较SSP处理分别提高了49.5%和84.3%,在碱性土中较SSP处理分别提高了307.3%和316.2%。在酸性土中,APP处理的玉米地上部全磷含量较SSP处理提高了7.9%~12.4%,APP-6处理的玉米地下部全磷含量较SSP处理提高了13.5%;在碱性土中,APP处理的玉米地上部全磷含量较SSP处理提高了175.0%~177.6%,玉米地下部全磷含量提高了111.2%。APP-4和APP-6处理的玉米植株吸磷量在酸性土中较SSP处理提高了43.3%和74.0%,在碱性土中分别提高了244.6%和251.7%。与SSP处理相比,APP处理玉米地上部干重显著提高了17.2%~51.9%,地下部干重显著提高了13.3%~49.5%。  【结论】  聚磷酸铵比普通磷酸二氢铵能在更长的时间范围内维持土壤有效磷的含量,显著增加玉米对磷素的吸收利用效果,从而促进玉米的生长。聚合度和土壤酸碱性对聚磷酸铵的肥效响应显著,聚合度6的聚磷酸铵肥效显著优于聚合度4的聚磷酸铵,聚磷酸铵在碱性土壤中施用的效果好于酸性土壤。
水分胁迫下新造地施磷深度对苦荞生长及根系分布的影响
薛小娇, 张永清, 马星星, 杨甜, 李平平, 张文燕, 王茹
2020, 26(8): 1481-1491. doi: 10.11674/zwyf.19512
摘要:
  【目的】  根系构型影响作物的抗旱能力,研究磷肥施用深度调节苦荞根系分布的可行性,为贫瘠干旱地区苦荞的生长提供科学养分管理措施。  【方法】  以‘黑丰1号’苦荞 (Fagopyrum tataricum L.) 为试验材料,进行根管土柱 (直径25 cm、高50 cm) 栽培试验,设置田间持水量65%~75% (W1)、45%~55% (W2) 和35%~45% (W3) 3种土壤水分条件,磷肥施用深度分别设置距离地表10 cm (P10)、20 cm (P20)、30 cm (P30) 以及3层均匀施用 (P-all) 4种方式,共有12个处理。在苦荞幼苗三叶一心期进行处理,生长22天后取样,测定根系构型,并记录生物量。  【结果】  干旱胁迫抑制了苦荞植株生长、干物质量的积累以及根系发育,其中W3水分条件抑制作用最为明显,导致苦荞株高、茎粗和叶面积较W1水分条件分别下降17.20%、18.03%和23.17%;根长、根表面积和根体积分别下降16.97%、20.39%和17.39%;地上部干物质量和根系干物质量分别下降39.16%、28.60%。干旱胁迫促进根系下扎,增加深层土壤中的根系分布。与W1水分条件相比,W2、W3水分条件下0—10和10—20 cm土层平均根长分别下降30.18%和27.55%、41.83%和41.02%,根系干物质量分别下降36.62%和33.61%、49.72%和48.11%;而20—30和30—45 cm土层中的苦荞平均根长则分别增加33.53%和42.52%、31.74%和50.95%,根系干物质量分别增加13.70%和26.84%、5.85%和28.64%。深层施磷促进施磷层土壤根系生长,与P-all处理相比,P10处理10—20 cm土层根长平均增加18.96%,P20处理20—30 cm土层平均增加32.39%,P30处理30—45 cm土层平均增加28.73%,根系干物质量依次分别增加26.62%、30.74%和24.65%。方差分析结果表明,各水分处理条件下,0—10和10—20 cm土层根系干物质量均表现为P10处理显著高于其他施磷处理,且其他处理间差异也达显著水平;而20—30、30—45 cm土层根系干物质量则表现为P20、P30施磷处理显著高于其他处理。  【结论】  水分和施磷深度对苦荞苗期植株生长以及根系分布均有显著影响。在干旱胁迫下,增加磷肥的施用深度可促进苦荞根系在20—45 cm深土壤中的分布,显著扩大根系对土壤养分和水分的获取空间,并最终促进苦荞的生长。本试验条件下,采样仅限于苦荞苗期,在水分胁迫条件下磷肥以10 cm的施肥深度效果最佳。
减氮条件下生物炭对甜菜盐碱胁迫的缓解效应
陈婧婷, 武沛然, 刘新宇, 张树友, 刘磊, 王玉波, 李彩凤
2020, 26(8): 1492-1500. doi: 10.11674/zwyf.19503
摘要:
  【目的】  通过模拟盐碱胁迫环境,在施用生物炭、减施氮肥的条件下,研究甜菜根际土壤微生物数量、甜菜氮代谢相关酶活性、块根产量和含糖率的变化,明确生物炭对盐碱胁迫的缓解作用,以及盐碱胁迫下施加生物炭后是否可减少氮肥的施用, 为今后盐碱地改良以及甜菜合理施肥提供理论依据和技术支撑。  【方法】  试验于2018年在黑龙江哈尔滨东北农业大学试验站进行。以甜菜品种KWS0143为试验材料,在土壤中添加盐碱处理以中性盐 (Na2SO4、NaCl) 和碱性盐 (Na2CO3、NaHCO3) 模拟盐碱胁迫土壤 (Na+含量为3 g/kg)。采用桶栽试验,每桶装土10 kg,共设6个处理,以在盐碱胁迫土壤施N 180 kg/hm2为对照 (CK),其余5个处理土壤中均加入生物炭30 g/kg, 施氮量依次为N180、162、144、126和108 kg/hm2。子叶完全展开后测定甜菜出苗率,3对真叶后每隔20天左右测定土壤微生物数量及叶片硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS)、谷氨酸合成酶 (GOGAT) 活性,收获后测定块根产量和含糖率并计算产糖量。  【结果】  盐碱胁迫下,施加生物炭显著提高了土壤真菌和细菌数量;BC+N180处理显著提升放线菌数量,在施BC基础上随着施氮量的降低,各时期土壤放线菌含量呈降低趋势。施加生物炭能够显著提高盐碱胁迫下甜菜出苗率,施氮量对出苗率的影响不大;施加生物炭后氮代谢相关酶活性显著提高,其中BC+N162和BC+N144各时期NR活性均高于CK,BC+N144除播种后第117天、第138天外,叶片GS活性均显著高于CK,BC+N144叶片GOGAT活性始终显著高于CK,BC+N126除播种后第53天和第138天外,GOGAT活性显著高于CK;施加生物炭后除BC+N108处理外, 各施加生物炭处理甜菜的块根产量、含糖率、产糖量均显著高于对照,减施氮肥10%~20%的甜菜产量与BC+N180相当,BC+N162的产糖量与BC+N180差异不显著,但显著高于其他处理;而BC+N126和BC+N108的产量与产糖量均显著低于BC+N180。  【结论】  施加生物炭可有效缓解盐碱胁迫对土壤微生物数量及甜菜氮代谢相关酶活性的影响,提高甜菜产量、含糖率、产糖量。在本试验条件下,施加土壤风干质量3%的生物炭,可节约氮肥施用量的10%~20%,提高甜菜的产糖量。
低肥力土壤施用氮磷钾肥影响柏木家系根系发育和养分吸收对钙肥的响应
郑一, 张振, 金国庆, 丰忠平, 周志春, 段冰
2020, 26(8): 1501-1512. doi: 10.11674/zwyf.19468
摘要:
  【目的】  探讨柏木(Cupressus funebris Endl)家系在不同养分条件下根系发育和营养吸收对钙添加的响应,为提高柏木苗木质量和林木生产力及造林地选择提供理论依据。  【方法】  以柏木5个家系的1年生幼苗为材料,分别在施3 g/kg NPK肥和未施NPK肥两小区内,设置施CaSO4 0、3和6 g/kg (依次记为Ca0、Ca3和Ca6) 3 个水平,分析柏木家系生长与根系形态及氮磷钙吸收量对钙肥添加的响应。  【结果】  在施 3 g/kg NPK肥的小区中,添加钙对柏木的苗高、干物质量积累和氮磷吸收量影响不显著,抑制了D2和D3径级根系的发育;柏木钙吸收量在Ca6处理下最高,比Ca0处理提高73.86%;柏木苗高、干物质量及氮磷钙素的吸收量在家系间差异显著,T2家系表现最好。在未施NPK肥的小区中,Ca3处理明显提高了柏木的苗高、根干物质量和茎干物质量,增加了磷和钙的吸收量,分别比Ca0处理高出9.15%、19.85%、16.67%、27.46%和44.02%;Ca6处理提高了钙吸收量,比Ca0处理高出39.95%,但抑制柏木幼苗苗高和D1~D4径级根系的发育。不论施NPK肥与否,家系与钙处理对柏木的株高和根干物质量存在着显著的互作效应。  【结论】  在低肥力土壤上,施用氮磷钾肥会降低钙肥对柏木苗生长和养分吸收的影响,应选择优良家系进行育苗造林,不需要增加钙肥;在不施用氮磷钾肥时,应添加少量钙肥(CaSO4 3 g/kg),以促进苗木对钙和磷的吸收。
拟南芥生态型Tor-1根系响应镉的转录组学与可变剪接分析
肖燕, 姚珺玥, 廖琼, 吴秀文, 宋海星, 罗劲松, 张振华
2020, 26(8): 1513-1525. doi: 10.11674/zwyf.19510
摘要:
  【目的】  研究拟南芥生态型根系对镉 (Cd) 的适应性机制,挖掘耐Cd基因,为培育修复型植物提供生理基础和理论指导。  【方法】  本研究以高Cd积累同时高耐受性的拟南芥生态型Tor-1为试验材料,测定Cd处理后根系的生理变化、氧化应激反应、抗氧化酶活性,结合转录组学和可变剪接分析,以期从分子水平上解析Tor-1根系对Cd的适应性机制。  【结果】  Cd处理后,拟南芥生态型Tor-1的主根长度和根尖数没有明显差异,但根系总体积、总表面积显著降低,总根长极显著下降,表明根系受到损伤;根系丙二醛浓度较对照有所增加,但变化不显著;脯氨酸浓度显著下降;超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT) 活性显著增加。基因本位论 (GO) 富集分析显示,在生物过程中,差异表达基因 (DEGs) 在代谢过程和对化学物质的反应功能富集最为显著;在细胞组分中,DEGs在细胞外组分功能显著富集;在核酸功能中,DEGs在氧化应激活性和血红素结合功能显著富集。京都基因和基因组百科全书 (KEGG) 通路表明,高比例诱导的DEGs富集于7条KEGG途径,分别为苯丙素生物合成 (4.49%)、次生代谢物的生物合成 (14.45%)、代谢途径 (20.57%)、硫代葡萄糖苷 (GS) 生物合成 (0.89%)、谷胱甘肽 (GSH) 代谢 (2.04%)、苯丙氨酸和酪氨酸及色氨酸的生物合成 (1.39%)、苯丙氨酸代谢 (1.14%)。在Cd胁迫下,Tor-1根系苯丙素合成与代谢和GSH代谢相关基因表达大部分显著上调,而GS合成相关基因表达受到抑制,并发生可变剪接事件,其中内含子保留事件发生最多。  【结论】  Tor-1根系在应对Cd胁迫时虽然根系形态受到一定损伤,但可通过增加抗氧化酶 (SOD、CAT) 活性减轻镉胁迫产生的危害,并积极通过调节苯丙素合成与代谢、GSH代谢以及抑制GS合成对应的基因来减轻Cd对植物的伤害,还可通过可变剪接来积极适应Cd胁迫。
富硒煤矸石活化技术及煤矸石硒肥高效利用研究
刘信平, 吴少尉, 张驰
2020, 26(8): 1526-1535. doi: 10.11674/zwyf.19260
摘要:
  【目的】  研究固体废矿富硒煤矸石制备硒肥的资源化利用技术。  【方法】  以世界硒都恩施的煤矸石废矿为原料,分别进行了活化剂 (弱碱性物质Na2CO3)、活化时间、活化温度和料液比的单因素6水平试验,测定硒活化率,每个因素筛选出3个水平,采用响应面优化方法进行计算,最终确定富硒煤矸石中硒的活化工艺参数。采用IR光谱、TG热重法对煤矸石活化前后官能团键合、热效应进行表征分析。用活化煤矸石硒肥与养殖场粪肥以1∶1、2∶1、3∶1、和4∶1的比例分别混合后发酵一个月,制备4种活化煤矸石硒有机肥 (简称硒有机肥),以煤矸石硒肥和发酵粪肥作两个对照,以大蒜为试材进行了田间试验。收获后测定了土壤和大蒜鳞茎中的总硒、有机硒含量。  【结果】  单因素试验确定的4个因素用于响应面优化的范围,活化剂Na2CO3的浓度为10%、20%和30%;活化时间为2.5、3.5、4.5 h;活化温度为75℃、85℃和95℃;料液比 (g/mL) 为1∶5、1∶10、1∶15。经过响应面优化计算,当原料粒径为0.038 mm时,最优工艺条件为活化剂的浓度22%、活化时间3.9 h、料液比1:9 g/mL、活化温度85℃。应用此参数活化的煤矸石固体硒肥pH约为7.6、最大活化效率为81.24%。IR光谱曲线显示,Na2CO3的加入破坏了煤矸石中硒与其它的金属、非金属等元素间的弱作用力及网络原子原有的结晶态,使得硒基团解脱束缚,成为活性硒。由TG (thermal gravimetric) 及DTG (derivative thermogravimetry) 曲线可知,煤矸石活化前后的热稳定性有较大变化。活化前样品的DTG曲线出现两个峰,而活化后只在100℃前出现一个峰,且失重情况较活化前弱。因此,活化后的煤矸石硒肥热稳定性更好。活化后煤矸石的硒含量为170.82 mg/kg,制备的4个比例煤矸石硒有机肥的硒含量依次为85.41、113.88、128.05、136.66 mg/kg。在等硒量试验下,5个处理大蒜鳞茎中硒的含量依次为1.033、1.306、1.480、1.382、1.355 μg/g,均显著高于未施硒肥对照组的0.005 μg/g (P < 0.05)。硒肥处理大蒜鳞茎中有机硒比例均在99%以上,高于未施硒肥对照组的60%。硒有机肥处理大蒜吸收硒的效果优于煤矸石硒肥,并以煤矸石固体硒肥与家禽粪2∶1比例混合配置的煤矸石硒有机肥的吸收硒效果最优。  【结论】  Na2CO3活化富硒煤矸石的最佳工艺条件为活化剂的体积质量分数22%、活化时间3.9 h、料液比1∶9 g/mL、活化温度85℃。在该条件下,煤矸石中硒的活化率可高达81.24%,且煤矸石硒肥的热稳定性更好。将煤矸石硒肥与畜禽粪混合发酵,可以大大提高大蒜对硒的吸收量,其中有机硒的比例非常高,故有机肥与活化煤矸石硒肥以1∶2比例混合发酵制备煤矸石硒有机肥是活化煤矸石硒的有效方法。
低蛋白饲喂技术对猪粪好氧堆肥腐熟度的影响
徐张义, 赵帅翔, 马东立, 张卫峰
2020, 26(8): 1536-1545. doi: 10.11674/zwyf.19437
摘要:
  【目的】  猪粪由于产生量大、碳氮比低、水分含量高等导致储存处理难度较大,好氧堆肥处理猪粪因原料所提供微生物活动环境较差,导致堆肥效率低下。低蛋白饲喂技术在不影响猪生长发育的同时降低了饲料中的氮投入,可以显著改变猪粪的养分组成。本研究通过多种有机肥腐熟指标判定,分析低蛋白含量日粮饲喂的猪粪通过不同堆肥方式是否可快速有效地达到腐熟,并符合安全施用标准。  【方法】  动物试验选取初始体重为60 kg的去势公猪72头,分高、低蛋白饲喂两个处理,每个处理6次重复,每个重复6头猪。试验饲料均适应喂养7天后,开始收集粪便,收粪期为60天。堆肥试验共设4个处理,分别是高蛋白饲喂静态堆肥 (MH)、低蛋白饲喂静态堆肥 (ML)、高蛋白饲喂好氧堆肥 (CH)、低蛋白饲喂好氧堆肥 (CL),堆肥周期为14天。监测了堆肥过程中堆体温度和碳、氮含量等指标,并测定堆肥处理的小白菜种子发芽指数 (GI)。  【结果】  以堆肥过程中高温持续时间、堆肥NH4+-N含量、T值 (堆肥结束C/N与堆肥初始C/N的比值) 和GI (小白菜种子发芽指数) 4项为腐熟判断指标,在14天堆肥周期内,高蛋白饲喂产生的猪粪在静态堆肥情况下 (MH),高温持续时间为0天,NH4+-N含量为0.43 g/kg、T值为0.91、GI指数为0,未能达到腐熟标准;高蛋白饲喂产生的猪粪堆肥在好氧堆肥条件下 (CH),高温持续时间为5天,NH4+-N含量为0.33 g/kg、T值为0.70、GI指数为0.31,T值和GI值均未能达到腐熟标准;低蛋白饲喂产生的猪粪,在静态堆肥中 (ML) 高温持续时间为0 天,NH4+-N含量为0.54 g/kg、T值为0.81、GI指数为0.25,均未能达到腐熟标准;而在好氧堆肥 (CL) 中,高温持续时间为6天,NH4+-N含量0.14 g/kg、T值为0.57、GI指数为0.96,均达到腐熟标准。  【结论】  高蛋白饲养产生的猪粪在静态和好样发酵条件下堆放14天,都不能完全腐熟。低蛋白饲喂产生的猪粪在静态堆放条件下,堆肥14天也不能达到腐熟标准。而低蛋白饲养产生的猪粪在好样条件下,可以在堆放14天时达到腐熟,因为低蛋白饲喂技术使猪粪碳氮比提高了约15%,高温发酵时长延长了40%,极大提高了猪粪短时间内的腐熟程度。因此,在循环农业中,通过上游低蛋白饲喂技术可促进下游猪粪的快速处理和循环利用。
研究简报
增氧型复混肥提高土壤氧化还原电位促进水稻养分吸收
侯俊, 徐洲, 张丁月, 朱建强
2020, 26(8): 1546-1555. doi: 10.11674/zwyf.19500
摘要:
  【目的】   稻田长期淹水所导致的土壤通气性差妨碍水稻的生长。探索增氧型复混肥对改善土壤通气状况的作用,为水稻专用肥研发提供理论依据。   【方法】   在复混肥制造过程中,添加特制的粘结剂和3.6%、4.8%、6.1%的过氧化钙制成具有增氧功能的复混肥OCF1、OCF2、OCF3。以Q681 (全两优681) 和EK1 (鄂科1号) 两种常规中稻品种为试材进行盆栽试验。设淹水 (WL)、增氧灌溉 (MBWI) 和分次增施过氧化钙 (FCP) 为对照,一次性基施OCF1、OCF2、OCF3 3个处理,在水稻主要生育期,测定土壤氧化还原电位、无机氮含量和pH,测定水稻叶片光合作用、水稻产量及氮磷钾养分含量。   【结果】   增氧措施OCF2和OCF3处理均能不同程度地提高移栽期、分蘖期、齐穗期和乳熟期土壤的氧化还原电位。与WL、MBWI和FCP处理相比,OCF1、OCF2和OCF3处理的土壤在分蘖期和齐穗期保持较高的氧化还原电位,其中以OCF2和OCF3的作用最明显;整个生育期,对照和各处理的土壤pH没有显著差异,与WL处理相比增氧型复混肥还可提高齐穗期土壤过氧化氢酶的活性。所有增氧处理均能够保持或显著提高耕层土壤铵态氮含量,其中OCF2和OCF3表现最明显。与WL处理相比,各增氧处理均不同程度地提高水稻叶片的光合速率,其中OCF3处理增幅最大,提高了11%以上,高于或显著高于增氧灌溉和分次增施过氧化钙处理 (MBWI和FCP)。OCF3处理的有效穗数、千粒重和产量比淹水灌溉WL处理分别提高25%、38%和107%,比MBWI和FCP处理提高29%~58%。   【结论】   增氧型复混肥能较长时间提高土壤通气性和土壤的氧化还原电位,有利于水稻对土壤养分的吸收利用。与分次追施过氧化钙和增氧灌溉相比,肥料制作过程中添加过氧化钙制备增氧型复混肥提高水稻土通气性的效果更好,操作更加方便,是提高水稻专用肥效益的有效途径。
金盏菊栽培中园林废弃物堆肥与牛粪替代泥炭的效果分析
郝丹, 张璐, 孙向阳, 龚小强
2020, 26(8): 1556-1564. doi: 10.11674/zwyf.19475
摘要:
  【目的】   探究园林废弃物堆肥和牛粪有机肥替代进口泥炭用于金盏菊 (Calendula officinalis L.) 无土栽培的可行性。   【方法】   在添加10% 珍珠岩和10% 蛭石 (体积比) 不变的条件下,将园林废弃物堆肥和牛粪有机肥按照V园林废弃物堆肥∶V牛粪有机肥 = 4∶0 (T1)、3∶1 (T2)、2∶2 (T3)、1∶3 (T4) 和0∶4 (T5) 配制栽培基质,并以T0处理 (10% 珍珠岩 + 10% 蛭石 + 80% 进口泥炭) 作为对照,总计6种栽培基质,用于金盏菊无土栽培。在180 天的温室培育后,测定并分析金盏菊总鲜质量、根鲜质量、地上部分鲜质量、根长、花朵数、冠幅以及株高等指标,利用冗余 (RDA) 分析探究影响金盏菊各形态指标的主要因素,并根据植株形态指标综合评价体系来评估金盏菊生长状况,最终确定不同配比的栽培基质品质的优劣。   【结果】   T0处理与T1处理的金盏菊根系发育优于T2~T5处理;T1~T5处理的金盏菊地上部分生长情况均优于对照组T0处理,其中T5处理的金盏菊株高、冠幅生长效果最优,T2处理的金盏菊花朵数增多效果最优;T1~T5处理金盏菊生物量积累均高于对照组T0处理。通过RDA分析可知,金盏菊地上部分的生长、总鲜质量和地上部分鲜质量主要受栽培基质的速效磷、速效钾、全氮、pH、电导率 (EC值) 和容重影响;金盏菊地下部分生长情况主要受栽培基质的EC值、有机质、总孔隙度、通气孔隙和持水孔隙影响。通过综合评价可知,T1处理栽培基质条件下金盏菊综合评价指数最高 (0.72),金盏菊的综合生长状况最优。   【结论】   园林废弃物堆肥和牛粪有机肥替代进口泥炭进行金盏菊无土栽培可以有效提高金盏菊品质,降低我国花卉无土栽培对进口泥炭的依赖。其中,以10% 蛭石 + 10% 珍珠岩+80% 园林废弃物堆肥对金盏菊生长最为有利,既可利用廉价的有机固体废弃物,又可提高金盏菊的生产效益。