• ISSN 1008-505X
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2020年  26卷  第9期

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2020-09期封面+目录
2020, (9): 1-5.
摘要:
不同施氮量下潮土中小麦秸秆腐解特性及其养分释放和结构变化特征
曾莉, 张鑫, 张水清, 王秀斌, 梁国庆, 周卫, 艾超, 张跃强
2020, 26(9): 1565-1577. doi: 10.11674/zwyf.20181
摘要:
  【目的】  秸秆腐解与元素转化涉及复杂的生物化学过程,提高土壤氮素水平是加速秸秆腐解和养分释放的关键措施。研究不同施氮水平下潮土中小麦秸秆腐解特性、养分释放特征及其结构组分变化规律,深入了解秸秆腐解过程与机制,为完善作物秸秆还田技术、实现秸秆资源的高效利用及农田可持续发展提供科学依据和技术支撑。  【方法】  本试验点位于河南省原阳县,土壤类型为潮土,种植制度为小麦–玉米轮作,以小麦秸秆为研究对象,设置0 (SN0)、180 (SN1) 和240 (SN2) kg/hm2 3个氮肥用量,进行187天的秸秆包填埋试验,利用超高分辨场发射扫描电镜 (SEM)、固态核磁共振 (13C-NMR) 等方法研究小麦秸秆腐解过程中的养分释放和结构组分动态变化规律。  【结果】  1) 小麦秸秆腐解呈现前期快后期慢的特征,前两周为快速腐解期,该阶段秸秆平均腐解率为46%,整个玉米季 (100天) 秸秆平均腐解率为71%;高氮营养环境对前两周的秸秆腐解率无显著影响;从第二周开始,施用氮肥处理加速了秸秆腐解,SN1和SN2处理秸秆腐解率平均高于SN0处理6个百分点,但SN1和SN2处理间无显著差异;秸秆碳释放率与秸秆腐解率变化趋势基本一致。2) 腐解187天后,秸秆氮磷钾养分最终释放率大小顺序为钾 (96%~97%) > 氮 (52%~86%) > 磷 (29%~45%),其中钾在前两周基本完全释放,而氮、磷释放率在后期有负增长现象。3) 纤维素、半纤维素腐解率与秸秆腐解规律基本一致,均表现出前期快后期慢的特点,而木质素则在中后期腐解较快;纤维素、半纤维素和木质素最终腐解率分别为78%~87%、86%~91%和66%~73%(187天后)。4) 扫描电镜结果显示,小麦秸秆结构逐渐遭到破坏,表面变得粗糙,断层增多,空洞增大,纤维束变得松散,形成近似网状结构;高氮处理下小麦秸秆表观结构受破坏程度大于不施氮处理。5) 核磁共振结果显示,不同有机碳官能团信号强度分布表现为:烷氧碳 (47.02%~60.13%) > 烷基碳 (11.41%~17.38%) > 双烷氧碳 (10.79%~13.31%) > 甲氧基碳/烷氮碳 (7.53%~12.02%) > 芳基碳 (2.70%~7.18%) > 羧基碳 (1.07%~2.60%) > 酚基碳 (0.75%~2.02%);腐解过程中烷基碳、甲氧基碳/烷氮碳、酚基碳和羧基碳相对含量显著增加,而烷氧碳相对含量显著降低。6) 相关分析表明,秸秆残余物所有有机碳官能团均与腐解率、碳释放率有显著或极显著相关性;有机碳官能团中只有烷氧碳、甲氧基碳/烷氮碳与氮释放率有显著相关性;烷氧碳、双烷氧碳与纤维素、半纤维素和木质素腐解率均呈极显著负相关,羧基碳和甲氧基碳/烷氮碳均与木质素腐解率呈现极高的正相关性。  【结论】  施用氮肥能够促进小麦秸秆腐解和碳释放,其效果在秸秆还田两周后才能显现出来;在腐解过程中,秸秆残余物中代表易分解碳水化合物的烷氧碳相对含量随腐解时间延长而不断降低,且占比均高于其它碳官能团,对指示秸秆腐解进程具有重要意义;固态核磁共振技术更有利于监测秸秆腐解过程中不同有机碳官能团结构变化,从而更深刻地认识秸秆腐解机制。
用宏基因组学方法研究绿肥对水稻根际微生物磷循环功能基因的影响
唐治喜, 高菊生, 宋阿琳, 王恩召, 司知远, 易可可, 黄晶, 赵士诚, 范分良
2020, 26(9): 1578-1590. doi: 10.11674/zwyf.20052
摘要:
  【目的】  绿肥对土壤微生物磷循环的影响受到研究者们的广泛关注,但绿肥影响土壤磷循环的微生物机理尚不明确。利用宏基因组学方法剖析长期绿肥还田对土壤磷循环功能微生物的影响,旨在阐明绿肥对土壤磷循环影响的微生物机理,为绿肥的科学利用提供依据。  【方法】  以中国湖南祁阳绿肥及稻草还田定位试验的水稻根际土为材料,利用宏基因组学方法,对土壤微生物DNA进行PE150 (双端读长150 bp) 宏基因组测序,使用MetaWRAP软件中的read_qc模块进行质控,用assembly模块megahit方法进行组装;基于组装的较长序列 (> 1000 bp) 使用Diamond软件的BLASTX和UniProtKB/SWISS-PROT数据库进行序列比对,根据磷活化 (磷酸酯矿化、膦酸酯矿化、无机磷溶解)、磷吸收 (膦酸酯运输、磷酸酯运输和无机磷酸盐运输) 和缺磷诱导响应调控三大类主要磷循环功能相关基因 (重点关注的64个磷循环功能基因) 进行筛选;再利用R语言进一步分析水稻根际土壤中磷循环功能基因相对丰度及其与土壤理化指标之间的关系,阐述绿肥对土壤磷循环功能微生物的影响。  【结果】  土壤pH等9个常规指标在有、无绿肥处理之间均无显著差异。无稻草还田时,绿肥处理对64个磷循环功能基因中的11个相对丰度影响显著,这11个基因广泛分布在除磷酸酯运输及无机磷溶解外的5个功能组中,其中phnA、phnN、phnV等3个基因相对丰度上升,phnI、phnL、glpB、glpO、pitA、phoA、phoP、phoU等8个基因相对丰度下降。而在稻草还田时,绿肥处理仅phnPP基因相对丰度显著降低。相关性分析显示,土壤pH与磷酸酶活性、无机磷溶解基因pqqB、pqqC 、pqqCD、pqq E、pqqF相对丰度呈显著负相关 (P < 0.05);无机磷溶解pqqB、pqqC 、pqqCD、pqq E等4个基因相对丰度分别与有效磷含量、磷酸酶活性以及有机氮含量呈显著正相关 (P < 0.05)。冗余分析 (RDA) 结果表明,绿肥处理通过pH、AP以及磷酸酶活性影响磷循环功能基因。  【结论】  绿肥翻压下水稻根际微生物磷功能基因相对丰度深受稻草还田的影响。与单绿肥或单稻草还田相比,绿肥翻压基础上增加稻草还田对磷循环功能基因影响效果不明显,秸秆甚至减弱了绿肥对磷循环功能基因的影响,其原因可能是绿肥和稻草还田下不同微生物及不同磷循环功能基因之间存在激烈竞争。
甘蔗宿根矮化病感病与非感病植株养分含量、根系生长及内生细菌群落的差异
杨尚东, 任奎瑜, 谭宏伟
2020, 26(9): 1591-1599. doi: 10.11674/zwyf.20144
摘要:
  【目的】  分析甘蔗宿根矮化病 (ratoon stunting disease, RSD) 感病植株与非感病植株不同部位氮、磷、钾吸收量、根系生长和内生细菌群落结构特征,旨在探明甘蔗宿根矮化病的感染与危害机制,为构建生态防控RSD栽培管理技术体系生态防控RSD提供理论依据。  【方法】  以甘蔗RSD感病植株为试材,RSD非感病植株为对照,采集甘蔗RSD感病植株和非感病植株叶片、根系和茎部组织为样品,利用传统和现代高通量测序技术分析了甘蔗RSD感病植株和非感病植株叶片、茎中氮、磷、钾含量,根系生长以及内生细菌群落结构特征。  【结果】  甘蔗RSD感病植株不同部位氮、磷、钾吸收量显著低于RSD非感病植株;而且RSD感病植株根长、总根表面积、总根体积和根尖数等反映植株根系生长状况的指标,以及指示植株内生细菌多样性的Shannon指数显著低于RSD非感病植株;同时,Simpson指数显著高于相应的RSD非感病植株;基于门分类水平,RSD感病植株内生细菌的部分优势菌门,如绿弯菌门 (Chloroflexi) 和酸杆菌门 (Acidobacteria) 细菌的丰度占比急剧增加,而厚壁菌门 (Firmicutes) 和门分类水平中属于其它 (other) 菌门的细菌占比下降;属分类水平,RSD感病植株内生细菌部分优势菌属的丰度占比、排位顺序与对照相比,发生了明显变化,而且诸如Pseudarthrobacter、红游动菌属 (Rhodoplanes) 等部分优势菌属缺失。  【结论】  甘蔗罹患RSD病后,根长、总根表面积、总根体积和根尖数均显著下降,致使植株氮、磷、钾吸收量显著降低。氮、磷、钾吸收量的减少,尤其是钾吸收量的急剧下降,又会影响RSD感病植株的生长,最终导致甘蔗产量和品质下降。与非感病植株相比,RSD感病植株内生细菌多样性下降、特有内生细菌优势菌属和菌种数量减少是甘蔗植株抗性降低的重要原因。与非感病植株相比,RSD感病植株内生细菌的部分优势菌门的丰度发生了明显变化,诸如绿弯菌门 (Chloroflexi) 和酸杆菌门 (Acidobacteria) 细菌的丰度占比急剧增加,而厚壁菌门 (Firmicutes) 和属于门分类水平中其它 (other) 的细菌占比下降。与非感病植株相比,RSD感病植株内生细菌部分优势菌属的丰度占比、排位顺序也发生了明显变化,如Pseudarthrobacter、红游动菌属 (Rhodoplanes) 等部分非感病植株中丰度占比大于1%的优势菌属缺失。
微生物菌剂对猪粪堆肥过程中堆肥理化性质和优势细菌群落的影响
李昌宁, 苏明, 姚拓, 韩琪琪, 梁建军, 冉福, 刘子越, 刘玉祯, 柴澍杰, 滚双宝
2020, 26(9): 1600-1611. doi: 10.11674/zwyf.20051
摘要:
  【目的】  掌握猪粪堆肥过程中微生物群落的演替规律与理化指标的相互关系,对提高猪粪堆肥营养品质和加速堆肥进程具有重要的意义。  【方法】  以猪粪和玉米秸秆 (质量比6∶1) 混合物为堆肥原料,耐高温菌剂主要含Acinetobacter pittii、Bacillus subtilis subsp. StercorisBacillus altitudinis。堆体设接种菌剂 (MI) 和未接种 (对照,CK) 两个处理。常规监测堆肥温度和理化指标值,于堆肥开始后第4、12、24和32天采集样品,以16S rRNA高通量测序技术研究堆肥细菌群落的变化。用堆肥第4、12、24和32天采集的新鲜样品制备浸提液,进行紫花苜蓿种子发芽试验。堆肥结束时,测定全氮、全磷和全钾含量,并探讨微生物菌剂对堆肥理化指标和细菌群落演替的影响。  【结果】  接种微生物菌剂可使堆肥高温期提前2天出现,并且能延长高温期2天。堆肥浸提液的促生试验发现,在堆肥24天后紫花苜蓿种子发芽指数 (GI) 大于80%,且MI对幼苗主根的促生能力大于CK (P < 0.05)。随着发酵过程的进行,堆体体积不断缩小,CK和MI中全钾 (TK) 和全磷 (TP) 含量一直呈增加趋势,在堆肥第32天,CK和MI的全磷含量分别为2.28%和2.63%,处理间差异显著 (P < 0.05),而全钾含量分别为1.81%和1.86%,全氮含量分别为2.65%和2.63%,pH分别为8.72和8.78,处理间差异均不显著。在整个堆肥过程中,MI和CK的pH变化范围分别为8.40~8.95和8.61~8.93;CK和MI中总有机碳 (TOC) 的降解速率在堆肥的4~12和24~32天均表现为MI大于CK,CK和MI的碳氮比 (C/N) 分别为13.28和15.26,差异显著 (P < 0.05)。堆肥过程中在门水平上占据主导地位的细菌群落主要包括 Proteobacteria、Actinobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,在堆肥的高温期 (堆肥24天),堆体CK和MI中Firmicutes的相对丰富度分别为17.4%和59.8%;在堆肥的升温期、高温期和腐熟期,优势门水平细菌群落Proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria依次演替,且MI堆体中细菌群落的相对丰度均大于CK。属水平优势细菌为AcinetobacterLysinibacillusSolibacillusPseudomonasFlavobacterium,添加微生物菌剂可使Acinetobacter的丰度在堆肥第4天增加21.41%,此外,添加复合微生物可使堆肥第12天的Shannon和Observed species指数增加。相关性分析表明,温度、全N (TN)、TP、TK、TOC及GI与堆体中细菌组成具有显著相关性,而pH和细菌的相关性不显著。  【结论】  在堆体内接种微生物菌剂可显著提高并维持堆肥过程中优势门、属细菌群落的丰度,进而促进堆体升温并延长高温时期,缩短堆肥腐熟周期,加快总有机碳的分解,最终提高堆肥产品中有效磷的含量。复合微生物菌剂在堆肥升温期起主要作用的为Acinetobacter pittii,高温期为Bacillus subtilis subsp. StercorisBacillus altitudinis,我们建议筛选耐高温细菌时应集中在厚壁菌门的芽孢杆菌属。
氮素与抑制剂双控释尿素的制备及其对土壤供氮能力和小麦产量的影响
李玉, 贺明荣, 代兴龙, 董元杰
2020, 26(9): 1612-1624. doi: 10.11674/zwyf.20030
摘要:
  【目的】  包衣和添加抑制剂是常用的制备缓控释肥料的手段。尝试同时使用这两种方法,制备更加可控氮素释放与转化的新型肥料,并研究其在小麦上的应用效果。  【方法】  采用先在大颗粒尿素 (2.5~3.5 mm) 表面涂层,再用树脂包膜的方法制备含不同抑制剂的树脂包膜尿素。依据不同抑制剂,制备了无涂层 (CU)、脲酶抑制剂HQ涂层 (CRU1)、硝化抑制剂DCD涂层 (CRU2) 和HQ + DCD组合涂层 (CRU3) 4种新型树脂包膜尿素。通过扫描电镜观测了4种包膜尿素的微观结构,采用静水释放的方法测定了养分和抑制剂的缓释性能。在山东省潍坊和泰安两地布置冬小麦等氮磷钾施用量和相同施肥方法的田间试验,以普通大颗粒尿素为对照,在冬小麦苗期、拔节期、开花期、灌浆期和成熟期采集耕层土壤样品,测定速效氮含量,并于小麦成熟期测定产量及构成因素。  【结果】  1) 制备的4种包膜尿素成膜完整,包膜厚度均匀,表面光滑且膜层致密,树脂包膜材料能完整地覆盖在肥核的表面,膜表面有微孔,成为尿素和抑制剂向膜外释放的通道;尿素与抑制剂交接处结合严密,无间隙产生,抑制剂在包膜层的完全包围之中,可实现对尿素和抑制剂释放的同时控制。2) 包膜与抑制剂结合可有效控制尿素溶出。静水释放条件下,4种包膜尿素的氮素初期溶出率分别为7.59%、1.96%、2.12%、0.89%,尿素控释期依次是42、56、56、56天;CRU1的HQ释放期为28天,CRU2的DCD释放期为14天,CRU3中HQ和DCD的释放期分别为42和14天。相比较而言,CRU3的氮素释放期长于CRU1和CRU2,抑制剂的释放期也长于CRU1和CRU2,因此缓释效果大于CRU1和CRU2。3) 与大颗粒尿素对照 (U) 相比,4个包膜尿素处理在小麦苗期能维持土壤中NH4+-N的适宜浓度,开花期后显著增加土壤NH4+-N含量,保障了氮素的持续供应;而在小麦整个生育期内均显著降低土壤NO3-N含量,从而减少氮素淋溶损失。含HQ涂层的CRU1、CRU3处理能在小麦生育期内维持土壤脲酶活性处于较低水平;含DCD涂层的CRU2、CRU3处理能够抑制土壤NH4+-N向NO3-N的转化,显著降低土壤NH4+-N表观硝化率。与CU相比,CRU1、CRU2和CRU3处理的小麦产量在潍坊试验点分别显著增加23.38%、23.13%和38.79%,在泰安试验点分别增加6.36%、9.52%和28.57%。  【结论】  先在大颗粒尿素表面包裹抑制剂涂层,再包裹树脂,可在尿素表面形成完整且均匀的膜,而且在膜表面仍有一定量的微孔,实现尿素与抑制剂释放的同时控制。小麦整个生育期,与施用单一抑制剂的包膜尿素处理相比,施用含两种抑制剂 (CRU3) 的包膜尿素处理的土壤氮素持续供应能力更强,小麦产量最高;而且土壤硝态氮水平一直较低,也减少了氮素淋溶损失的可能。
不同降水年型下小麦产量、品质及水分利用效率对有机无机肥配施的响应
张晶, 党建友, 张定一, 裴雪霞, 王姣爱, 程麦凤, 闫翠萍
2020, 26(9): 1625-1635. doi: 10.11674/zwyf.19525
摘要:
  【目的】  研究不同有机肥与不同量氮、磷化肥配施对旱地小麦产量、品质及水分利用效率的影响,以确定适用于山西南部丘陵雨养旱地小麦不同降水年型的有机肥和化肥配施方案。  【方法】  2013—2016年在山西临汾开展田间试验,共设5个处理:羊粪 22.5 t/hm2 + N 150 kg/hm2 + P2O5 105 kg/hm2 (MsN150P105)、猪粪 22.5 t/hm2 + N 150 kg/hm2 + P2O5 105 kg/hm2 (MPN150P105)、羊粪 22.5 t/hm2 + N 105 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2(MsN105P75)、猪粪22.5 t/hm2 + N105 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2 (MPN105P75),以不施肥为对照 (CK),采用随机区组设计。其中,2013—2014年、2014—2015年为丰水年份,2015—2016年为干旱年份。以强筋小麦‘晋麦92号’为供试品种。在收获后,测定各处理小麦产量、湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间和形成时间。并根据播种前和收获后土壤200 cm土层蓄水量和年降水量,计算水分利用效率(WUE)。  【结果】  降水年型、有机肥与氮磷配施及二者交互作用均对小麦产量及水分利用效率具有极显著的影响。丰水年羊粪、猪粪与氮磷配施增产显著,增产幅度为6.14%~18.45%,其中MsN150P105、MpN105P75处理增产幅度较大;干旱年猪粪与氮磷配施增产效果显著,增产幅度达14.18%~19.15%,羊粪与氮磷配施增产效果不明显;猪粪与氮磷配施增产效应表现为干旱年大于丰水年。干旱年水分利用效率低于丰水年,猪粪与氮磷配施在丰水年、干旱年的水分利用效率较对照提高7.68%~15.76%。与对照相比,两种降水年型下猪粪、羊粪与氮磷配施处理小麦的湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间和形成时间均提高或延长。  【结论】  山西南部丘陵雨养旱地小麦,丰水年施用羊粪 22.5 t/hm2,配施N 150 kg/hm2 和 P2O5 105 kg/hm2 增产提质效应最好;丰水年或干旱年施用猪粪 22.5 t/hm2,配施 N 105 kg/hm2和P2O5 75 kg/hm2 均表现出显著的增产提质效果,且干旱年效果更好。因此,从增产提质与化肥减施综合分析,山西南部丘陵雨养旱地小麦施用猪粪22.5 t/hm2,配施 N 105 kg/hm2和 P2O5 75 kg/hm2是高产稳产提质增效的最佳有机无机肥配施模式。
小麦旗叶叶脉特征对水氮供应的响应及其与叶水力生理功能的关系
徐慧敏, 邵景侠, 李秧秧
2020, 26(9): 1636-1646. doi: 10.11674/zwyf.20086
摘要:
  【目的】   环境条件直接影响叶脉特征及其与叶生理功能的关系,研究不同氮、水有效性下小麦叶脉系统的可塑性变化及其与叶生理功能的关系,对于揭示其对不同生境的适应性有重要价值。   【方法】   采用三因素完全随机试验设计的盆栽试验,设置2个品种:水地品种郑麦101和旱地品种长旱58;2个氮肥处理水平:不施氮和底施N 0.15 g/kg干土;3个水分处理水平:拔节期土壤含水量分别降至田间持水量的70%~75%、50%~55%、30%~35%,并维持3周。主要测定了小麦旗叶叶脉特征[主脉密度 (VLAmajor)、细脉密度 (VLAminor)、叶脉密度 (VLA) 和细脉所占比例 (Prominor)]和叶水力生理功能参数[叶水力导度 (Kleaf)、净光合速率 (Pn)、气孔导度 (gs)、蒸腾速率 (E) 及瞬时水分利用效率 (IWUE)]。   【结果】   长旱58旗叶的VLAmajor、VLAminor、VLA和Prominor高于郑麦101。随着氮肥或水分供应增加,两个品种的VLAmajor均出现降低趋势,郑麦101的VLAminor和VLA变化不大,而长旱58的VLAminor和VLA均降低,两个小麦品种的VLAminor和VLA对氮肥和水分表现出不同的反应。在4个叶脉特征与5个叶生理功能的相关关系中,郑麦101 有5组达到显著 (P < 0.05) 或接近显著 (0.05 < P < 0.1),即VLAmajorKleafgs呈负相关,ProminorKleafgsE呈正相关;长旱58有14组达到显著或接近显著,即VLAmajor、VLAminor和VLA均与KleafPngs呈负相关,VLAmajor与IWUE呈负相关,VLAminor和VLA与E呈负相关,ProminorPnE呈负相关。   【结论】   旱地品种长旱58叶脉特征对水氮供应表现出更高的可塑性,且叶脉特征和叶生理功能的联系更为紧密;水地品种郑麦101叶水力生理功能随细脉所占比例增加而增加,而旱地品种长旱58叶水力生理功能受叶脉密度和细脉所占比例的直接制约,这表明不同级别叶脉长度所占比例的优化是水地品种叶水力功能提升的一个重要原因,而木质部导管直径和木质部以外水力导度对旱地品种叶水力生理功能的影响更大。
基于CT扫描技术研究有机无机肥长期配施对土壤物理特征的影响
王宪玲, 赵志远, 马艳婷, 郑朝霞, 郑伟, 翟丙年, 赵政阳
2020, 26(9): 1647-1655. doi: 10.11674/zwyf.20012
摘要:
  【目的】  研究长期有机无机肥配施对土壤孔隙特征、土壤水分参数等土壤剖面物理特征的影响,深入认识有机无机肥配合施用效果的机理。  【方法】  试验基于渭北旱塬12年苹果园长期定位试验,设不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK) 和有机无机肥配施 (MNPK) 3个处理,采用CT扫描法定量分析了0—40 cm土壤样品中大孔隙 (>1000 μm) 的数量,计算了大孔隙度及大孔隙在土壤剖面中的分布特征, 同时采用常规方法测定了0—10、10—20和20—40 cm土壤样品的土壤容重、田间持水量及饱和导水率等。  【结果】  1) 相比NPK处理,有机无机肥配施对0—20 cm土层土壤大孔隙度有提高的趋势,在20—40 cm土层,有机无机肥配施相比单施化肥土壤大孔隙度提高了91.7% (P < 0.05);MNPK处理土壤大孔隙数量在3个土层均为最大,在0—10和20—40 cm土层,分别较NPK处理提高了38.4%和54.8% (P < 0.05)。NPK处理大孔隙数量在0—10和10—20 cm分别显著高于CK。2) 与不施肥相比,单施化肥除10—20 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量有明显升高外,其它土层没有明显变化,而有机无机肥配施0—10、20—40 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量较不施肥均有明显提升;有机无机肥配施相比不施肥、单施化肥在不同土层的土壤容重均为最小,而20—40 cm土层单施化肥的土壤容重较不施肥提高了2.8% (P > 0.05)。3) 相关分析表明,土壤大孔隙数量、大孔隙度与田间持水量、土壤饱和导水率呈极显著正相关 (P < 0.01),与土壤容重呈极显著负相关 (P < 0.01),而与土壤机械组成无显著相关性。  【结论】  相比单施化肥,长期有机无机肥配施改善了苹果园0—40 cm土层土壤的大孔隙状况和土壤的持水、导水性能,在20—40 cm土层效果更明显,有机无机肥配施可改善渭北旱塬苹果园土壤物理性质。
南方典型丘陵区耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异特征及其影响因素
熊杏, 熊清华, 郭熙, 韩逸, 朱青, 陈蕾, 余慧敏
2020, 26(9): 1656-1668. doi: 10.11674/zwyf.20017
摘要:
  【目的】  了解土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异及其影响因素是进行土壤碳氮调控的前提和基础。  【方法】  以江西省丰城市为案例区,通过实地采样获取2018年139个表层土壤数据,运用地统计学、普通克里格插值等方法对南方丘陵区县域尺度下耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比的空间变异特征及其影响因素进行系统的分析。  【结果】  研究区土壤全氮 (TN) 含量介于0.74~3.80 g/kg、土壤有机碳 (SOC) 含量介于8.14~36.67 g/kg、土壤碳氮比 (C/N) 介于6.31 ~15.15,均值分别为2.24 g/kg、22.52 g/kg和10.15,变异系数分别为25.45%、26.24%、14.38%,均呈中等程度的空间变异。半方差分析结果显示,TN、SOC、C/N的块金效应分别为44.44%、56.97%、19.57%,这表明TN、SOC和C/N的空间分布受结构性因素和随机性因素共同影响。普通克里格插值结果显示,在空间分布上,研究区土壤TN和SOC具有相似性,总体表现出由中部向南北递减的趋势;土壤C/N空间分布与TN和SOC有所不同,总体呈现出西高东低的趋势。逐步回归分析结果显示,成土母质、土壤类型、土壤pH、氮肥施用量和土壤质地对土壤全氮,成土母质、土壤类型、土壤pH对土壤有机碳,土壤类型对土壤碳氮比影响极显著 (P<0.01)。  【结论】  成土母质对土壤TN和SOC的独立解释能力最高,分别为28.1%和23.2%;土壤类型对研究区土壤C/N的独立解释能力达到了13.2%。因此,成土母质是引起研究区土壤全氮、有机碳空间变异的主要因素,土壤类型则是引起研究区土壤碳氮比空间变异的主要因素。
东北中部春玉米超高产群体养分管理模式的研究与验证
袁静超, 刘剑钊, 梁尧, 张洪喜, 刘松涛, 蔡红光, 任军
2020, 26(9): 1669-1680. doi: 10.11674/zwyf.20109
摘要:
  【目的】  研究如何在肥料总量控制甚至减少的前提下,通过优化养分管理措施、提高种植密度,进一步挖掘东北中部黑土区春玉米的产量和肥料效应潜力,为春玉米超高产条件下养分高效利用提供理论指导。  【方法】  试验于2005—2013年在吉林省农安县靠山镇进行,在大田条件下设置2种模式,分别为普通高产养分管理模式 (HYNM)和超高产养分管理模式 (SHYNM),以先玉335和郑单958为供试材料,系统监测群体产量构成及养分偏生产力,剖析不同产量群体氮、磷、钾养分吸收、分配和转运特征。  【结果】  在东北中部黑土雨养区,超高产养分管理模式 (SHYNM) 下全区测产玉米单产达15017 kg/hm2 (先玉335),其产量构成为收获穗数76154 穗/hm2,穗粒数583,千粒重337.9 g。与普通高产群体相比,超高产群体对氮、钾肥的相对需求比例明显变大。群体氮素和磷素的吸收高峰在6展叶至12展叶阶段和吐丝期至乳熟期,钾素吸收高峰在6展叶至12展叶阶段。通过大区和生产两个阶段田间实证,超高产养分管理技术显著提高了花后养分累积量和对籽粒养分的贡献率,可以实现在15000 kg/hm2产量水平下,氮、磷、钾肥的偏生产力分别达50.2、100.5、100.5 kg/kg。品种间比较,先玉335比郑单958具有更好的产量表现,且植株养分向籽粒的转运效率更高,其籽粒中的氮、磷、钾累积量均高于郑单958。  【结论】  在合理提升密度的基础上,以“减控总肥量、分段供氮、花前重施磷钾”为主要原则的养分管理技术模式,配合化控措施,延缓了玉米生育后期叶片的衰老,保证了后期干物质积累,在显著增加收获穗数的同时,保证千粒重和穗粒数不降低,在生产中稳定实现了14500~15000 kg/hm2产量水平,同时实现了氮磷钾养分的高效利用。
基于产量反应和农学效率的白菜推荐施肥方法可行性研究
山楠, 串丽敏, 刘继培, 赵同科, 沈丽
2020, 26(9): 1681-1690. doi: 10.11674/zwyf.20061
摘要:
  【目的】  我国白菜生产中普遍存在施肥过量和不平衡的问题,采用基于产量反应和农学效率的推荐施肥方法,研究优化施肥对白菜产量和肥料利用率的影响,旨在验证该方法的科学性和可行性。  【方法】  于2018年秋季分别在北京市大兴区魏善庄镇和长子营镇基地布置2个白菜田间试验,共设置6个处理:农民习惯施肥处理 (FP)、基于产量反应和农学效率的优化施肥处理 (OPT)、有机肥替代30%化肥氮处理 (OPT+OM)、基于优化施肥的减氮处理 (OPT-N)、基于优化施肥的减磷处理 (OPT-P)、基于优化施肥的减钾处理 (OPT-K)。测定比较了不同施肥管理措施对白菜产量、养分吸收量、肥料利用率和纯收益的影响。  【结果】  与FP处理相比,魏善庄镇和长子营镇两个试验地OPT处理的白菜产量分别增长了13.3%和18.0%;魏善庄镇试验地白菜植株氮、磷和钾养分吸收量分别增加了35.1、24.1和165.1 kg/hm2,长子营镇试验地分别增加了92.7、29.6和123.3 kg/hm2,均达显著差异水平。魏善庄镇试验地OPT+OM较FP处理白菜增产9.8%,与OPT处理产量相比略有降低;长子营镇试验地OPT+OM较OPT处理白菜产量显著减少22.3 t/hm2,比FP处理增产1.8%但差异不显著。两个试验地点OPT处理白菜纯收益较FP处理和OPT+OM处理提高了12.7%~58.5%。与FP处理相比,两个试验地OPT和OPT+OM处理的氮肥和磷肥偏生产力、回收利用率和农学效率均有所提高。由于FP处理施钾量偏低,导致其钾肥农学效率显著高于OPT处理和OPT+OM处理。除长子营镇OPT+OM处理的钾肥偏生产力显著高于OPT处理外,两个试验地OPT+OM处理的氮肥、磷肥和钾肥效率指标均与OPT处理相当或者显著低于OPT处理。  【结论】  在不同地力和施肥水平的两个地块上,采用基于产量反应和农学效率的优化施肥处理均取得了显著提高白菜产量、效益及氮磷肥利用率的效果,证明该方法是简便易行且效果良好的推荐施肥方法。如果用有机肥替代化肥氮,其推荐施肥方法还需进一步研究。
基于全株生物量和全株氮浓度的马铃薯氮临界浓度稀释模型的构建及验证
张加康, 李斐, 李跃进, 杨海波, 贾禹泽, 刘玉峰, 石焱
2020, 26(9): 1691-1701. doi: 10.11674/zwyf.20040
摘要:
  【目的】  临界氮浓度稀释曲线的构建是作物氮素营养诊断的基础,然而其曲线参数可能受品种等因素影响。本研究的主要目的是构建滴灌条件下常见马铃薯品种临界氮浓度稀释曲线模型,并利用相应的氮素营养指数进行马铃薯氮素营养诊断。  【方法】  于2014—2016年分别进行了滴灌条件下3个马铃薯品种、不同施氮量的田间试验。在马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期和收获期5个关键时期,进行地上部茎叶和地下部块茎取样,分别测定了生物量和氮浓度,根据公式计算出马铃薯全株生物量和全株氮浓度。根据全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型和相应的氮素营养指数。  【结果】  马铃薯地上部生物量和地上部氮浓度以及全株生物量和全株氮浓度都是随着生育时期的推进呈现出负幂函数关系,基于地上部生物量和地上部氮浓度建立的临界氮浓度稀释曲线决定系数平均为0.52,而以马铃薯全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释曲线决定系数平均为0.94,较前者提高了80%。以马铃薯全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型更为合理,且受品种影响较小,克新1号、夏坡地和荷兰14用同一个临界氮浓度稀释曲线的决定系数均达到0.95,表明构建的氮素营养模型可以进行不同品种的马铃薯氮素营养诊断。  【结论】  相对于传统籽粒型作物基于地上部生物量和地上部氮浓度建立临界氮浓度稀释模型,基于全株生物量和全株氮浓度建立的临界氮浓度稀释模型适用于不同品种马铃薯的营养诊断。在内蒙古滴灌生产条件下,马铃薯临界氮浓度稀释模型为Nc = 4.57W–0.41,基于该模型计算的马铃薯克新1号合理施氮量为N 170~180 kg/hm2、夏坡地合理施氮量为 190~200 kg/hm2、荷兰14合理施氮量为 215~225 kg/hm2。这些计算结果与试验结果的吻合度达到了0.95。
氮磷钾肥用量及基追比例对山药产量及养分利用的影响
牛劭斌, 许华森, 孙志梅, 王东, 赵伟鹏, 马文奇
2020, 26(9): 1702-1713. doi: 10.11674/zwyf.20007
摘要:
  【目的】  本研究通过分析氮、磷、钾施用量及分次施用比例对冀中平原棒山药产量、养分累积特征和养分利用效率的影响,以明确棒山药的最佳养分管理方式。  【方法】  田间试验分别在河北保定随东村和西孟尝村进行,供试山药品种为当地主栽品种棒山药。在随东村进行了氮磷钾3因素4水平完全随机试验,4个施N水平为0、225、300、450 kg/hm2 (基追比均为3∶7),4个施P2O5水平为0、75、150、300 kg/hm2 (均基施),4个施K2O水平为0、225、300、450 kg/hm2 (基追比均为4∶6),分析山药产量及不同生长阶段地上、地下部氮磷钾累积量。在西孟尝村进行了基施不同氮、磷量和钾肥的基追比例试验,4个基施氮(N)水平为0、60、90、120 kg/hm2,除对照外追施量均为240 kg/hm2;4个基施P2O5水平为0、150、225、300 kg/hm2;4个钾肥基追 (追肥分别于根茎膨大初期和盛期) 比例为0∶0∶0、5∶2∶2、5∶4∶0、9∶0∶0,K2O施用总量均为270 kg/hm2。收获期测定山药茎、叶、零余子和根茎的生物量和氮磷钾累积量。  【结果】  1) 氮肥基追比例相同时,总施N 300 kg/hm2的山药产量和氮累积量显著高于施N 225 kg/hm2,表观利用率、农学效率和偏生产力则显著高于N 450 kg/hm2处理;追施氮量相同时,基施纯N 90 kg/hm2的全株氮、钾累积量显著高于基施纯N 60 kg/hm2,但两者山药产量、地下部氮磷钾累积量及养分利用效率均无明显差异。2) 不同施磷水平下,P2O5 150 kg/hm2处理的山药产量和氮磷钾累积量显著高于P2O5 75 kg/hm2处理,增产7.9%;当施P2O5量超过150 kg/hm2时,山药产量不再增加;但施P2O5 225 kg/hm2的地上部氮磷累积量以及全株氮累积量均显著高于施P2O5 150 kg/hm2,两者的表观利用率也没有明显差异。3) 不同供钾水平下,总施K2O 300 kg/hm2的山药产量和氮磷钾累积量显著高于K2O 225 kg/hm2处理,表观利用率、农学效率和偏生产力则显著高于K2O 450 kg/hm2处理;总施K2O量为270 kg/hm2时,基追分施处理的山药产量、氮磷钾累积量和养分利用效率均优于一次性基施。  【结论】  适量增施氮磷钾肥有利于山药增产和养分吸收,但过量施肥并不会增加产量且降低养分利用效率。结合适种山药的土壤性质和山药养分需求特性,从保证山药产量、实现养分累积和利用效率最大化,同时兼顾维持土壤肥力角度考虑,传统水肥管理方式下最佳氮磷钾养分管理的推荐模式为:基施纯N 60~90 kg/hm2,追施N 210~270 kg/hm2,追肥分别于甩条发棵期、根茎膨大初期和盛期进行;一次性基施P2O5 150~225 kg/hm2;总施K2O 270~300 kg/hm2,基肥K2O 120~150 kg/hm2,其余在根茎膨大初期追施一次或者于根茎膨大初期和盛期等量各追施一次。
不同氮肥类型及配施壳聚糖对八宝景天修复镉污染土壤的强化效果
杜萌, 李丹丹, 杨军, 杨俊兴, 郭俊娒, 陈同斌
2020, 26(9): 1714-1723. doi: 10.11674/zwyf.20011
摘要:
  【目的】  八宝景天 (Hylotelephium spectabile) 是研究最多的修复Cd污染土壤的植物之一,但还需进一步提高其修复效率以增加其实际应用价值。本研究比较分析了不同氮肥类型以及螯合剂对污染土壤上八宝景天Cd吸收转运的影响及其作用机制,以期为强化八宝景天Cd修复效率提供科学依据和技术支持。  【方法】  采用八宝景天进行了盆栽试验,供试土壤为采自四川绵竹的潴育水稻土和广西阳朔的棕色石灰土,两个土壤Cd含量均超过我国农田土壤污染风险筛选值。在氮磷钾肥料施用量一致的条件下,设置生理中性的碳酸氢铵 (NH4HCO3)、生理酸性氯化铵 (NH4Cl)、生理碱性氨水 (NH3·H2O) 以及NH4HCO3配施壳聚糖4个处理。八宝景天生长20天后,测定根、茎、叶生物量和Cd含量,并测定了根际土壤pH、有效态Cd含量以及不同形态Cd含量。  【结果】  NH4Cl较NH4HCO3处理降低了两种土壤根际pH,提高了有效态Cd含量。NH4HCO3配施壳聚糖处理对根际土壤酸化效果强于NH4Cl处理,潴育水稻土和棕色石灰土两种土壤根际有效态Cd含量分别较NH4Cl处理提高18.6%和15.5%。此外,与施用NH4HCO3相比,NH4Cl提高了两种土壤水溶态和弱酸提取态Cd含量,而NH4HCO3配施壳聚糖处理虽使水溶态Cd含量增加,但由于壳聚糖与土壤中Cd形成稳定性较强的络合物,同时促进了八宝景天对弱酸提取态Cd的吸收,因此其根际弱酸提取态Cd含量无显著差异。NH4HCO3、NH4Cl和NH3·H2O 3种氮肥类型对八宝景天生长和Cd吸收转运的促进作用无显著差别,而NH4HCO3配施壳聚糖则使八宝景天生物量较其他施氮处理显著提高了29.6%~79.8%,同时NH4HCO3配施壳聚糖对八宝景天Cd吸收转运的促进作用受土壤类型、理化性质和污染程度的影响,对棕色石灰土上八宝景天各部位Cd含量、生物富集系数和转运系数分别提高了16.0%~143.4%、45.8%~137.5%和25.3%~81.6%,而在潴育水稻土上促进作用均较小。  【结论】  在施氮量一致的情况下,施用生理酸性氮肥有利于促进八宝景天Cd吸收,肥料和壳聚糖配施可能是强化八宝景天Cd修复效率的有效措施。其强化效果在中性偏碱性土壤上好于在酸性土壤上。
叶面喷施锌硒肥对谷子抗氧化酶活性及籽粒锌硒含量的影响
高慧雅, 张爱军, 赵丽
2020, 26(9): 1724-1731. doi: 10.11674/zwyf.20062
摘要:
  【目的】   研究叶面喷施锌、硒肥对谷子叶片抗氧化酶活性以及锌、硒在籽粒积累的影响,为谷子生产中合理施用锌、硒肥以及开发富锌富硒谷子提供参考。   【方法】   在2016—2017年,以冀谷21为试材进行田间小区试验。分别设3个锌水平 (0、2.25、4.50 kg/hm2) 和3个硒水平 (0、30、60 g/hm2),共组成7个处理分别为对照 (Zn0Se0)、单施低硒 (Zn0Se1)、单施低锌 (Zn1Se0)、低锌低硒 (Zn1Se1)、低锌高硒 (Zn1Se2)、高锌低硒 (Zn2Se1)、高锌高硒 (Zn2Se2),随机区组排列。分析了谷子叶片中超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD)、谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px) 的活性,籽粒锌硒含量以及谷子产量。   【结果】   喷施锌、硒对叶片SOD、POD和GSH-Px活性影响达到显著或极显著水平。在低锌 (2.25 kg/hm2) 水平下,随着硒肥施用量的提高,SOD与GSH-Px活性均呈现出先升后降的趋势,且在低锌低硒配合处理下酶活性均达到最高。在低硒 (30 g/hm2) 水平下,随着锌肥施用量增加,SOD与GSH-Px活性先升后降。高锌高硒配合不利于叶片抗氧化酶活性的提高。喷施锌、硒对籽粒锌、硒的吸收影响极显著。单施锌、单施硒可显著提高籽粒Zn、Se含量。低Zn水平下,配施低Se提高了籽粒Zn含量,配施高Se则降低Zn含量。低Se水平下,配施Zn可提高籽粒的Se含量,而高Se水平下,提高Zn水平对籽粒Se含量没有显著影响。低锌低硒 (Zn 2.25 kg/hm2、Se 30 g/hm2) 对产量提高效果最好。   【结论】   叶面喷施Zn和Se可以显著提高叶片中的抗氧化酶活性,但是同时喷施Zn和Se,需注意喷施浓度。喷施低锌低硒 (Zn 2.25 kg/hm2、Se 30 g/hm2) 有利于提高谷子叶片抗氧化酶活性、籽粒锌硒含量与产量,Se和Zn有一定的协同效应。喷施高量Zn对Se的吸收没有显著的副作用,但是高锌时再喷施高Se则抑制籽粒Zn的吸收。
研究简报
生物炭基肥与紫云英联合还田对红壤区早稻干物质累积和氮素利用特征的影响
谢志坚, 吴佳, 段金贵, 喻成龙, 郑琴, 倪国荣, 荣勤雷, 赵尊康, 周春火
2020, 26(9): 1732-1739. doi: 10.11674/zwyf.20094
摘要:
  【目的】  探讨生物炭基肥与紫云英联合还田对提高水稻产量与氮素利用率的影响,为同时实现稻区秸秆循环利用和降低氮肥用量提供参考。  【方法】  采用盆栽实验,设计不施氮肥 (CK0)、施100%氮肥 (CK1)、减施20%氮肥后分别施炭基肥 (BF)、紫云英 (MV) 以及两者联合还田 (BF + MV) 5个处理。分析了早稻地上部干物质累积量、产量构成及氮素吸收利用。  【结果】  与CK1相比,减施20%氮肥后,紫云英和炭基肥单独或联合还田均可通过增加早稻千粒重和有效穗数而改善其产量构成;炭基肥单独或与紫云英联合还田不仅可有效提高早稻籽粒和地上部干物质量 (P > 0.05),而且分别显著提高了籽粒中氮素生理利用率11.8%与7.52% (P < 0.05);紫云英单独还田分别显著提高籽粒和地上部干物质量11.8%和7.62%,以及地上部氮素累积量10.9% (P < 0.05)。另外,由Pearson相关分析表明,减施20%氮肥条件下,紫云英还田与早稻千粒重和籽粒氮素累积量呈显著正相关关系,炭基肥还田与早稻地上部氮素生理利用率和干物质生产效率呈显著或极显著正相关关系。  【结论】  在确保红壤稻区早稻不减产的前提下,将秸秆炭化生产炭基肥与冬季豆科绿肥联合还田,既有利于提高作物秸秆资源利用率,又降低稻田氮肥用量,并提高氮素利用率,从而为水稻绿色生产开辟新途径和提供理论依据。
葛藤覆盖对幼龄橡胶园表层土壤理化性状和酶活性的影响
徐文娴, 李金秋, 孟磊, 薛欣欣, 王晶晶, 刘文杰, 汤水荣
2020, 26(9): 1740-1748. doi: 10.11674/zwyf.20023
摘要:
  【目的】  绿肥覆盖是解决土壤有机质含量低、土壤酸化和养分不平衡的有效途径之一,葛藤作为一种常见的豆科绿肥,研究其覆盖对胶园土壤性状和土壤酶活性的影响,可为绿肥的应用推广、胶园地力提升和橡胶增产增效提供理论依据和技术支撑。  【方法】  以海南儋州幼龄胶园中葛藤覆盖4年的土壤为研究对象,以相同区域无葛藤覆盖的幼龄胶园土壤为对照,采集0—10 cm (上层) 和10—20 cm (下层) 土样,测定了土壤容重、pH、土壤含水量、有机碳、总氮、总磷、总钾、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和6种土壤酶 (蔗糖酶、过氧化氢酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、脲酶、L-亮氨酸氨基肽酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶) 活性。  【结果】  1) 与无葛藤覆盖相比,种植葛藤提高了土壤有机碳、全氮和全磷含量,增幅分别为4.2%~5.9%、9.1%~11.8%和12.0%~38.1%,上层有机碳和全氮增幅 (5.9%、11.8%) 高于下层 (4.2%、9.1%),而全磷含量上层增幅 (12.0%) 低于下层 (38.1%);上层土壤pH明显提高,而下层土壤pH显著下降;2) 种植葛藤显著增加了上层土壤过氧化氢酶和脲酶活性,增加幅度分别为同一土层裸地的327.8%和108.1%,但显著减低了上层土壤蔗糖酶活性 (活性下降为裸地的50.8%)。种植葛藤对两个土层的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和L-亮氨酸氨基肽酶活性的影响均不显著;3) 种植葛藤后土壤过氧化氢酶活性与全氮、全钾含量之间呈显著正相关,与速效钾之间呈显著负相关 (P < 0.05);土壤蔗糖酶活性与全氮、pH、全钾和速效磷均呈显著负相关。裸地土壤中,过氧化氢酶活性与铵态氮呈显著负相关;脲酶活性与有机碳和速效钾分别呈极显著和显著负相关,与pH和全钾分别呈极显著和显著正相关;蔗糖酶活性与pH、全钾呈显著负相关,与速效钾和有机碳呈显著正相关;β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与硝态氮含量均呈显著负相关。  【结论】  葛藤覆盖能有效缓解胶园上层土壤酸化,改善土壤养分状况,提高幼龄胶园0—10 cm土层土壤过氧化氢酶和脲酶的活性,具有一定的改土增效作用。因此,葛藤覆盖是一种提高幼龄胶园表层土壤熟化和综合肥力水平可行的管理措施。