• ISSN 1008-505X
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2021-01期封面+目录
2021, (1): 1-5.
摘要:
有机替代下华北平原旱地农田氨挥发的年际减排特征
张怡彬, 李俊改, 王震, 戴孚岳, 翟丽梅, 杨波, 王洪媛, 刘宏斌
2021, 27(1): 1-11. doi: 10.11674/zwyf.20292
摘要:
  【目的】   农田氨挥发是大气中氨的重要来源,其减排措施研究已成为国际研究热点。有机肥替代化肥的农田氨挥发减排潜力已得到广泛认可,然而年际间气候变化对其减排能力的影响研究报道较少。通过研究年际间有机替代对作物产量和氨挥发损失量的影响,为华北地区科学减少氨挥发损失提供理论依据   【方法】   本研究基于华北平原玉米长期田间定位试验 (2007年设置),针对不同施肥处理开展了连续3年 (2017—2019年) 的氨挥发监测,以明确年际间气候变化对有机替代氨挥发减排潜力的影响强度。试验共设置4个处理:不施氮肥处理 (PK)、单施化肥处理 (NPK)、半量有机肥氮替代化肥氮处理 (HONS)、全量有机肥氮替代化肥氮处理 (FONS)。   【结果】   有机替代可以提高玉米产量,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的玉米产量分别提高20.7%和30.9%。不同施氮处理的氮素偏生产力在35.6~46.7 kg/kg,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的氮素偏生产力分别提高20.8%和30.9%。年际间和各处理间的氨挥发规律基本一致,都是在施肥后的第2~4天出现排放峰值,之后氨挥发速率逐渐降低,并在9天内基本趋于稳定。施肥后前9天是农田氨挥发的主要排放时期,氨挥发量占基肥期氨挥发总量的70.1%;占追肥期的63.7%。华北平原春玉米农田氨挥发损失量较低 (10.6 kg/hm2),有机替代能够进一步显著降低农田氨挥发损失。与NPK处理相比,HONS和FONS处理对氨挥发损失的减排率平均分别可达33.5%和58.7%。有机替代处理农田氨挥发的年际间变化显著高于单施化肥处理。相比氨挥发损失较低的2019年,2018年NPK处理的氨挥发损失增加了12.3%,而HONS处理和FONS处理分别增加了91.2%和105.0%,相应的HONS处理和FONS处理的减排率,从2019年的54.3%和71.1%,降低到22.1%和47.2%。主成分分析表明,年际间大气温度变化和土壤湿度变化是导致年际间氨挥发损失量差异的主要原因。   【结论】   相比单施化肥,有机肥替代化肥能够提高作物产量;相比半量有机替代,长期全量有机肥替代化肥对作物产量的提升能力更强。华北平原旱地农田有机替代能有效降低氨挥发损失,但在氨挥发损失较高年份有机替代的减排潜力会减弱,因此,有机替代氨挥发减排潜力的估算需要考虑年际间的变化。
基于Nufer模型的京津冀农牧系统氮素平衡状况及化学氮肥减施潜力分析
黄少辉, 杨云马, 侯亮, 刘迎夏, 宋大利, 杨军芳, 何萍, 贾良良
2021, 27(1): 12-23. doi: 10.11674/zwyf.20282
摘要:
  【目的】   明确京津冀地区农牧系统氮素流动及平衡特征,解析化学氮肥减施潜力,从而为该地区化肥零增长和农业绿色发展提供依据。   【方法】   通过收集文献数据及2017年统计数据,采用Nufer (nutrient flows in food chain, environment and resources use) 模型,以“农田–畜牧”系统为研究对象,量化京津冀地区农牧系统氮素流动特征及利用效率,并针对输入输出平衡施氮和增加畜禽粪便还田量替代化肥两种措施,通过情景分析评估该地区化学氮肥减施潜力。   【结果】   京津冀地区农田系统和畜牧系统氮素输入量分别为296.1万t和133.6万t,农牧系统氮素总体输入量为306.6万t,其中化学氮肥是最大的输入项,占总输入量的62.5%。农田系统、畜牧系统氮素利用率分别为40.6%和25.0%,农牧系统整体氮素利用率为33.8%,农牧系统氮素循环再利用率为55.2%,生产单位氮含量食物产品所需氮素投入量为3.0 kg/kg。在该地区,土壤氮素累积量为51.2万t (占总输入量的16.7%),环境排放总量为140.4万t (占总输入量的45.8%)。环境排放中,氨挥发 (包括农田和畜禽粪便氨挥发)和畜禽粪便水体排放与堆置为占比最大的两种损失途径,分别占总氮投入量的21.0%和9.5%。氮素土壤累积和畜禽粪便水体排放与堆置为两种最易调控的损失途径。通过输入输出平衡降低氮素土壤累积量,此地区有40%的氮肥减施潜力,此时,农牧系统氮素总投入量为230.0万t,农田和农牧系统氮素利用率分别较当前增加14.1和11.3个百分点;继续优化氮素管理,增加部分畜禽粪便还田量 (减少水体排放与堆置部分) 以替代化肥,则该地区有50%的氮肥减施潜力,且在此状态下,农牧系统氮素总投入量为210.8万t,较当前降低31.2%,农田系统和农牧系统氮素利用率分别增加15.3和15.4个百分点,氮素环境排放量降低36.2%,氮素循环再利用率增加20.0%,食物氮代价降低33.3%。   【结论】   化学氮肥施用量大,农牧分离是京津冀地区农牧系统氮素利用效率低的主要原因。在农牧系统氮素管理中,通过平衡作物生产中的氮素投入,系统氮素投入的减少潜力为40%。如果能进一步合理利用有机资源,增加畜禽粪便还田率,化学氮肥减施的总潜力可达50%,并可提高氮素利用效率,有效降低氮素的环境排放总量。
冬小麦–夏玉米轮作体系不同新型尿素的氮素利用率及去向
杜思婕, 张艺磊, 张志勇, 吉艳芝, 尹兴, 韩建, 张丽娟
2021, 27(1): 24-34. doi: 10.11674/zwyf.20157
摘要:
  【目的】  以华北平原冬小麦–夏玉米轮作体系为研究对象,探究新型尿素对作物氮素吸收及去向的影响。  【方法】  于2016年10月至2017年9月,在河北省辛集市河北农业大学马庄试验站进行小麦15N田间微区试验,微区面积为1 m2,设置施用普通尿素、普通尿素 + 硝化抑制剂 (Nr)、控失尿素、聚能网尿素和腐植酸尿素5个处理,各施肥处理氮素施用量均为N 225 kg/hm2,并以不施氮肥处理为对照。  【结果】  5个氮肥处理相比,控失尿素处理的冬小麦产量最高,为8123 kg/hm2;腐植酸尿素处理次之,为8083 kg/hm2;再次为聚能网尿素处理,为8049 kg/hm2。控失尿素、腐植酸尿素、聚能网尿素、普通尿素 + Nr、普通尿素的15N当季利用率分别为43.6%、41.1%、37.8%、34.2%、32.2%;控失尿素、腐植酸尿素的15N当季利用率显著高于普通尿素 + Nr和普通尿素处理,聚能网尿素的15N当季利用率显著高于普通尿素,普通尿素 + Nr处理则与普通尿素处理的15当季利用率无显著差异;控失尿素的15N当季利用效果最为突出,较普通尿素15N当季利用率提高了35.4%,腐植酸尿素、聚能网尿素较普通尿素15N当季利用率显著提高了27.6%、17.4%。后茬玉米能吸收利用前茬小麦残留在土壤中的氮素,但后茬玉米的土壤残留15N利用率仅为2.98%~3.62%,4种新型尿素处理间后茬玉米15N利用率无显著性差异。小麦收获后,4种新型尿素均显著提高了土壤上层 (0—40 cm) 硝态氮残留量,有利于后茬玉米对氮素的吸收,减少氮素淋溶的可能性。肥料氮总损失表现为控失尿素、聚能网尿素 < 腐植酸尿素、普通尿素 + Nr < 普通尿素。  【结论】  新型尿素显著促进作物对氮素的吸收利用,减少氮素损失,获得高产。4种新型尿素相比,控失尿素增产增效最为突出,土壤中氮残留少,损失率低,其当季利用率、残留率和损失率分别为43.6%、40.8%和15.6%;腐植酸尿素氮当季利用率仅次于控失尿素,而损失率较高达19.8%;聚能网尿素有利于氮素固持在土壤中,其残留率、损失率分别为46.1%、16.1%;普通尿素 + Nr处理的氮素当季利用率偏低而土壤残留率最高,分别为34.2%和47.4%。
氨基酸增值尿素对水稻苗期生长及根际微生物菌群的影响
程林, 章力干, 张国漪, 齐永波, 郜红建, 疏晴, 张富源, 朱荣, 蒋东
2021, 27(1): 35-44. doi: 10.11674/zwyf.20113
摘要:
  【目的】   研究氨基酸增值尿素 (AU) 对不同稻作水稻生长、根际养分与微生物群落的影响机制,以期为水稻早期水氮合理调控及氨基酸增值尿素合理施用提供依据。   【方法】   以‘两优华6’水稻和氨基酸增值尿素 (AU) 为试材,开展了水作/旱作盆栽试验。试验共设旱作不施尿素 (GCK)、旱作施普通尿素 (GU)、旱作施氨基酸增值尿素 (GAU)、水作不施尿素 (SCK)、水作施普通尿素 (SU)、水作施氨基酸增值尿素 (SAU) 6个处理,除对照外,其余处理氮磷钾施用量相同。水稻生长30天后,采集水稻植株和根际土壤样品,分析水稻根系生物学性状和根系形态学特征,测定根际土壤养分状况和微生物菌群结构。   【结果】   氨基酸增值尿素 (AU) 较普通尿素 (U) 促进了根系生长,旱作和水作根系鲜重分别增加9.65%和7.56%;旱作模式下,GAU较GU水稻根长、根直径、根表面积和根尖数分别提高45.06%、25.93%、6.17%和90.52%,水作模式下,SAU较SU处理上述各指标同样有所提高,但增幅有所降低;施氮量相同条件下,旱作水稻根长、根直径、根表面积和根尖数均明显低于水作,其中GU较SU处理的根长、根直径、根表面积和根尖数分别降低了26.20%、15.63%、2.52%和13.95%,GAU较SAU处理的根长、根直径、根表面积和根尖数分别降低6.00%、6.42%、5.49%和13.28%,降幅明显减小。旱作GAU较GU处理根际有机碳、全氮和微生物氮含量分别增加了17.04%、18.18%和30.00%,水作SAU较SU处理根际铵态氮和微生物氮分别增加了39.70%、38.01%,而硝态氮下降幅度达 33.70%。旱作和水作条件下,氨基酸增值尿素、普通尿素处理的细菌总数分别为1.88 × 107、1.59 × 107 cfu/g和1.93 × 107、1.57 × 107 cfu/g,分别增加18.23%和22.93% (P < 0.05),氨化细菌数量分别为1.62 × 107、8.14 × 106 cfu/g和2.26 × 107、8.46 × 106 cfu/g,硝化细菌数量分别为1.96 × 103、1.13 × 103 cfu/g和1.64 × 103、1.08 × 103 cfu/g,增加幅度在0.52~1.67倍。旱作优势种群为鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas),相对丰度为18.78%~22.59%;水作则以气单胞菌属 (Aeromonas) 和黄杆菌属 (Flavobacterium) 为优势种群,相对丰度分别为43.09%~52.72%和14.86%~18.87%。与普通尿素处理相比,SAU处理根际土壤Aeromonas和旱作根际土壤Sphingomonas显著降低,而GAU处理uncultured_bacterium_c_Subgroup_6显著增加;土壤全氮、铵态氮和有机碳含量与微生物群落结构显著相关。   【结论】   与普通尿素相比,氨基酸增值尿素可显著促进水稻生育早期根系生长和根系形态建成,增加根际生物量碳、氮,降低水作根际硝态氮含量,增加铵态氮含量,增加根际细菌总量,提升根际细菌群落多样性,有利于水稻氮素吸收。在旱作条件下,氨基酸增值尿素促进水稻根系生长发育和土壤细菌数量的效果优于水作条件下。
玉米秸秆分解过程中细菌群落组成演化特征
王西亚, 吕继龙, 何萍, 范分良, 仇少君, 徐新朋, 赵士诚
2021, 27(1): 45-53. doi: 10.11674/zwyf.20242
摘要:
  【目的】   土壤中存在着大量的分解秸秆的微生物。研究秸秆分解过程中细菌群落组成的演化规律,对了解和调控农田微生物群体组成以促进秸秆分解具有重要意义。   【方法】   试验于2014年10月至2015年10月在河南省农业科学院原阳试验基地进行,将成熟期玉米秸秆 (茎和叶) 烘干,剪成长1~2 cm 、 宽0.3~1 cm的碎片,称12 g样品 (相当于8 t/hm2) 装入15 cm × 10 cm的尼龙网包 (孔径0.04 mm) 内,于10月5日冬小麦出苗后埋置在小麦垄间。分别于埋置后0、1、2、4、7、10和12个月收集秸秆包和土壤样品。测定秸秆样品干物质量和碳氮含量,选择埋置了0、2、4、7和12个月的秸秆及其土壤样品分析细菌丰度及群落组成。   【结果】   秸秆埋入土壤后的前2个月内分解最快,然后逐步减慢,在1、2、4、7、10和12个月后分别降解了总生物量的19.2%、32.9%、44.2%、52.2%、66.8%和73.8%。秸秆埋入土壤后,秸秆和土壤中细菌丰度均显著增加,分别于第4和7个月达到最高后开始下降。秸秆细菌的丰度指标OTUs、ACE、Chao1和多样性指标Shannon随试验时间的延长逐步增加,而Simpson指数随试验时间延长逐步降低,而土壤中这些指标在试验过程中没有显著变化。与刚埋置秸秆时相比,埋置2个月后的秸秆细菌Bacteroidetes门相对丰度明显增加,主导细菌群为Bacteroidetes和Proteobacteria门。Actinobacteria丰度在埋置2个月后明显降低,然后又随试验时间延长逐步增加。Planctomycetes、Saccharibacteria、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Chloroflexi和Gemmatimonadetes丰度在原始秸秆中较低,埋入土壤后随试验时间延长逐步增加。Sphingobacteriia、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria和Flavobacteriia主导前期细菌纲组成,而Actinobacteria、Anaerolineae和Bacilli纲丰度在后期逐步增加。秸秆分解速率主要受其碳含量影响,秸秆细菌群落组成前期与秸秆碳含量相关,后期与秸秆氮含量相关。随着试验的进展,秸秆细菌群落组成与土壤中的细菌群落组成趋同。   【结论】   秸秆埋入土壤后前2个月的分解速率最高,随后逐步降低。秸秆分解前期细菌群落由富营养型组分Bacteroidetes和Proteobacteria门和Sphingobacteriia、Gammaproteobacteria、Flavobacteriia和Alphaproteobacteria纲主导,随后被逐步增加的贫营养型组分Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Saccharibacteria门和Deltaproteobacteria、Actinobacteria纲等代替。秸秆碳氮含量变化是影响秸秆分解及其过程中细菌群落演化的主要原因。
覆膜滴灌下氮肥与种植密度互作对东北春玉米产量、群体养分吸收与转运的调控效应
侯云鹏, 孔丽丽, 尹彩侠, 李前, 王立春, 徐新朋
2021, 27(1): 54-65. doi: 10.11674/zwyf.20233
摘要:
  【目的】  合适的氮肥用量和种植密度是提高东北玉米产量和效益的关键。研究覆膜滴灌条件下氮肥用量、种植密度及其互作对春玉米产量、养分吸收转运及利用效率的影响,以期为东北半干旱区春玉米高产高效栽培提供理论依据。  【方法】  2016—2017年,在吉林省西部半干旱区乾安县开展田间试验,以紧凑型玉米品种农华101为供试材料,在覆膜滴灌条件下,分别设置氮肥用量 (0、140、210、280和350 kg/hm2,分别以N0、N140、N210、N280和N350表示) 和种植密度 (6.0 × 104、7.5 × 104和9.0 × 104株/hm2,分别以D1、D2和D3表示) 2个因子,分析不同处理玉米地上部群体养分积累动态、转运与分配特征、产量及氮肥利用效率。  【结果】  适当施氮和增加种植密度均可显著增加玉米产量,且玉米产量随施氮水平和种植密度的增加呈先增后降趋势,以D2和N210条件下玉米产量最高。在相同种植密度下,玉米苗期至开花期群体氮、磷、钾积累量均随施氮水平的增加而增加,而在灌浆期至成熟期则表现为随施氮水平的增加先增后降。在相同施氮水平下,玉米群体氮、磷、钾积累量均以D2密度下最高。不同施氮量与种植密度组合中,以D2和N210条件下玉米成熟期群体氮、磷、钾积累量最高。与不施氮肥处理相比,施氮提高了玉米开花后氮、磷、钾积累量占总生育期积累量比例,并随施氮水平的增加先增后降,而不同种植密度间玉米开花后氮、磷、钾积累量占总生育期积累量比例差异未达显著水平 (P > 0.05)。玉米养分转运量随施氮水平和种植密度的增加先增后降,以D2和N210条件下玉米养分转运量最高,而不同种植密度间养分转运率、转运养分对籽粒的贡献率和花后积累养分对籽粒的贡献率均无显著性差异。随施氮水平的增加,不同种植密度下氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力均呈下降趋势,其中D2密度下氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力维持在较高水平。相关分析结果表明,玉米开花前后氮、磷、钾素积累量与籽粒产量均呈显著或极显著正相关 (r = 0.6250~0.9224),其中开花后氮、磷、钾积累量与产量的相关性高于开花前。  【结论】  合理的种植密度和施氮水平提高了玉米花后养分积累与分配比例,促进养分转运量和花后积累养分对籽粒贡献率的协同提高,进而提高了玉米产量和氮肥利用效率。综合考虑玉米产量、养分积累与转运及氮素利用效率等因素,在东北半干旱区覆膜滴灌条件下,以种植密度为75000株/hm2,施氮量为210 kg/hm2较为适宜。
稻秆与紫云英联合还田提高黄泥田氮素利用率和土壤肥力
王飞, 李清华, 何春梅, 刘彩玲, 黄毅斌
2021, 27(1): 66-74. doi: 10.11674/zwyf.20101
摘要:
  【目的】   稻秆与紫云英为南方稻田培肥的重要有机肥源。研究福建黄泥田稻秆、紫云英联合还田与化肥不同比例配施对水稻产量、养分吸收利用及土壤肥力的影响,旨在为该区域中低产田改良培肥及化肥替代提供依据。   【方法】   开展连续4年的田间定位试验,在等氮投入条件下,设置稻秆、紫云英联合还田与化肥不同配比6个处理,稻秆与紫云英二者氮素投入总量分别占农田总氮投入的0% (RM0,CK)、20% (RM20)、40% (RM40)、60% (RM60)、80% (RM80) 与100% (RM100),分析了水稻产量、养分吸收利用以及土壤肥力因子的变化。   【结果】   稻秆、紫云英联合还田与化肥配施均不同程度提高了水稻产量,其中籽粒与秸秆产量均以RM20最高,4年平均分别比CK显著增产了15.4%与23.6%,但产量增幅随有机物料替代比例增加呈降低趋势。产量构成中,RM20处理有效穗增加最为明显。与CK相比,有机物料联合还田下的水稻地上部植株氮、磷、钾养分吸收量增幅分别为2.4%~15.4%、2.6%~17.4%、2.0%~22.3%。除RM100处理外,稻秆、紫云英联合还田的氮素回收率较CK提高2.0~13.5个百分点,以RM20处理最高。稻秆、紫云英联合还田还不同程度提高了土壤pH、有机质、碱解氮(RM80处理除外)、有效磷、速效钾、微生物量碳含量以及脲酶、酸性磷酸酶活性,而降低了土壤容重。   【结论】   连续进行稻秆和紫云英联合还田有效提高了黄泥田土壤肥力质量及水稻氮素利用率。综合考虑增产效应、化肥减施与肥力改善因素,在等氮投入下,稻秆、紫云英联合还田替代20%~40%化肥可促进水稻稳产增产。
花生主要碳代谢指标与根瘤固氮能力的关系
郑永美, 周丽梅, 郑亚萍, 吴正锋, 孙学武, 于天一, 沈浦, 王才斌
2021, 27(1): 75-86. doi: 10.11674/zwyf.20174
摘要:
  【目的】  比较花生叶片碳代谢指标与根瘤固氮的关系,以寻找与根瘤固氮能力关系最为密切的叶片碳代谢指标,为花生育种提供可靠的判定方法。  【方法】  盆栽试验在山东省花生研究所莱西试验站进行,试验以19个花生品种 (系) 为材料,包括山东、河南、河北、四川等省份近年来审定或育成的品种 (系),辅助利用15N示踪技术,测定了花生叶片叶绿素含量、可溶性糖含量、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性及根瘤固氮量,分析了碳代谢各指标品种间的差异性及其与根瘤固氮能力的关系。  【结果】  1) 不同品种叶绿素含量、净光合速率、可溶性糖含量、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性及根瘤固氮量均存在显著差异,其中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量变异系数均达12.0%以上,叶绿素a变异系数最大;净光合速率变幅为14.5~29.7 μmol/(m2·s),变异系数为21.5%,净光合速率最大值较平均值高36.9%;可溶性糖含量以日本千叶半蔓最高,较平均值高34.4%,约是可溶性糖含量最低品种日花1号的1.9倍;蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性变异系数分别为18.4%和24.3%,日本千叶半蔓蔗糖合成酶活性最高,豫花9326蔗糖磷酸合成酶活性最高;根瘤固氮量变异系数达20.0%以上,最大根瘤固氮量是最小根瘤固氮量的2.6倍。2) 根瘤固氮量与碳代谢各指标均呈极显著正相关关系,相关系数达0.793~0.950,相关性大小依次为蔗糖合成酶活性 > 可溶性糖含量 ≈ 类胡萝卜素含量 > 蔗糖磷酸合成酶活性 > 总叶绿素含量 ≈ 叶绿素b含量 > 净光合速率 > 叶绿素a含量。  【结论】  花生叶片碳代谢特性和根瘤固氮能力不仅具有显著的遗传变异性,而且碳代谢与根瘤固氮呈密切正相关,碳代谢为根瘤固氮提供能量,而根瘤固氮为花生叶片提供氮素营养,二者共同调节花生碳氮代谢及营养平衡。叶片可溶性糖含量及蔗糖合成酶活性不仅遗传变异性较大,而且与根瘤固氮量呈正相关,相关系数均达0.9以上,因此,可以选择叶片可溶性糖水平和蔗糖合成酶活性作为培育高根瘤固氮能力花生品种的依据。
施氮水平对富士苹果果实钙形态及品质的影响
张艳珍, 程存刚, 赵德英, 周江涛, 陈艳辉, 张海棠, 解斌
2021, 27(1): 87-96. doi: 10.11674/zwyf.20307
摘要:
  【目的】   钙是影响苹果果实品质最重要的元素之一,施氮量影响树体对钙的吸收。探究不同施氮量对果实品质、钙形态以及二者之间的关系的影响,以期为通过科学施肥改善苹果果实品质提供参考。   【方法】   本研究选择5年生盆栽富士 (基砧为组培山定子,中间砧为SH38) 为试材,共设6个施氮水平:0 (N0)、50 (N50)、100 (N100)、200 (N200)、300 (N300) 和400 (N400) kg/hm2,各处理施钙量相同,均施Ca 200 kg/hm2。从花后7天开始,每7天施1次肥,共施3次。于果实成熟期采样,测定果实横纵径、果皮色泽、果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖、维生素C含量等果实品质指标,以及果实总钙含量和不同形态钙含量。   【结果】   施氮可增加果实总钙含量,N200处理总钙含量显著高于其它处理,比N0处理增加了73.47%。随施氮量的增加,果实中不同形态钙的组成比例发生了变化,水溶性钙比例整体呈上升趋势,果胶酸钙比例变化趋势不明显,磷酸钙比例呈先下降后升高趋势。N200处理的果形指数、果皮亮度、红绿色差、可溶性固形物、可溶性糖和维生素C含量比N0处理分别增加了4.46%、41.07%、67.12%、27.02%、26.71%和38.08%,可滴定酸含量降低了22.49%。总钙含量与果形指数、果皮亮度、红绿色差、果实硬度、可溶性固形物、可溶性糖、维生素C含量等果实品质指标之间呈高度相关。通过广义线性模型 (GLM),建立了不同形态钙 (响应变量) 与果实品质指标 (预测变量) 之间的关系,经矫正的AIC模型检验,选出最佳拟合模型,并通过MuMIn程序包的dredge函数评估各形态钙对果实品质指标的影响程度及方式 (促进或抑制),发现各形态钙对不同果实品质指标影响程度不同。果胶酸钙对果形指数、黄蓝色差、果实硬度、可滴定酸、可溶性糖、维生素C的影响位居首位,水溶性钙对果皮亮度、红绿色差和可溶性固形物的影响位居首位;果胶酸钙对各项品质指标均起促进作用,水溶性钙、磷酸钙和草酸钙对不同品质指标影响方式不一。   【结论】   施氮可增加果实中总钙含量,改变各形态钙的组成比例。施氮量为200 kg/hm2时,果实中总钙含量最高,对果实品质指标影响最大的钙形态是果胶酸钙和水溶性钙,果胶酸钙对果实各项品质指标均起促进作用。
适量供锌明显提高平邑甜茶幼苗碳氮吸收和同化效率
于波, 秦嗣军, 吕德国
2021, 27(1): 97-108. doi: 10.11674/zwyf.20312
摘要:
  【目的】  氮素利用率低严重制约我国果树产业的可持续发展。通过研究不同供锌水平对苹果砧木平邑甜茶幼苗生长、光合作用、13C同化与分配和15N吸收、利用与分配的影响,探究锌对苹果氮素吸收利用的影响机制,为苹果生产中氮肥利用率的提高提供理论参考。  【方法】  以苹果砧木平邑甜茶幼苗为试材进行砂培试验,试验周期为30天。设置Zn0、Zn2、Zn4、Zn8、Zn16 (分别相当于0、2.0、4.0、8.0、16.0 μmol/L Zn2+) 5个锌浓度处理,每3天更换一次营养液,每次向营养液中加入Ca (15NO3)2 0.01 g,共计加入0.1 g。正式处理25天后进行13C标记,于13C标记后24 、48 和96 h取样,测定各器官13C丰度。另于正式处理第30天取样,测定幼苗各器官生物量、根系形态、光合特性、碳氮代谢相关酶活性、各器官锌含量以及各器官含氮量、15N丰度。  【结果】  5个处理中,Zn4处理幼苗各器官生物量与根系活力最高,根系形态指标 (根系长度、根系总表面积与根尖数) 最优。叶片净光合速率 (Pn)、气孔导度 (gs)、PSⅡ最大光化学效率 (Fv/Fm)、二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)、硝酸还原酶(NR)及蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性随供锌水平的提高呈先升高后降低的趋势,均在Zn4处理下达到最大,其值分别为15.21 μmol/(m2·s)、184.12 μmol/(m2·s)、0.839、8.4 μmol/(g·min)、103.25 μg/(g·h)和96.6 mg/(g·h);在Zn0处理最低,其值仅为Zn4处理的0.65、0.71、0.92、0.51、0.60和0.52倍。各器官锌含量均表现为Zn16 > Zn8> Zn4 > Zn2 > Zn0。同位素示踪结果表明,随着供锌水平的提高,幼苗整株13C积累量、15N吸收量以及15N利用率表现为先升高后降低,均在Zn4处理下达到最高,其值分别为1.95 mg、0.57 mg和15.8%。不同供锌水平对幼苗13C与15N分配率也有一定影响。其中,Zn4处理下根系13C分配率与叶15N分配率最高,分别为Zn0处理的1.53和1.18倍。  【结论】  供锌不足与过量均抑制幼苗对氮素的吸收利用。而适宜供锌一方面通过改善叶片的光合作用,提高了叶片碳代谢相关酶活性,加强了叶片对碳的固定;提高了根系对光合产物的竞争力,加强了叶片光合同化物向根系的运输,促进根系生长发育的同时,改善了根系形态,提高了根系活力,进而增强了幼苗对氮素的吸收。另一方面,促进了氮素由根系向叶片的运输,同时提高了叶片硝酸还原酶活性,提高了幼苗对氮素的同化利用能力,进而促进了幼苗对氮素的吸收。因此,适宜锌营养可以有效提高幼苗的碳、氮吸收和同化效率。
不同柑橘砧木对锰过量胁迫的耐受性及生理响应
邱洁雅, 袁梦, 朱攀攀, 凌丽俐, 曹立, 付行政, 彭良志
2021, 27(1): 109-121. doi: 10.11674/zwyf.20249
摘要:
  【目的】  土壤pH影响土壤锰 (Mn) 有效性,酸性土壤易出现Mn过量问题,我国柑橘主要分布在南方红黄壤区,柑橘园酸性或强酸性土壤比例高,柑橘园土壤Mn过量较普遍。为此,我们研究了4种柑橘砧木对Mn过量胁迫的耐受性和生理响应,以期为Mn过量土壤上适宜砧木的选择提供依据。  【方法】  选用枳、资阳香橙、红橘和沙田柚4种常用柑橘砧木苗为材料,采用蛭石与珍珠岩1∶1的基质进行了营养液栽培试验,营养液中Mn处理包括0.01 (对照)、0.05、0.25、1.25和6.25 mmol/L 5个浓度。观察砧木苗的生长反应和中毒症状,处理60天时,测定叶绿素含量和光合参数;处理67天终止处理,测定砧木苗生长量、生物量、过氧化物酶活性、营养元素含量等生理生化指标,并用隶属函数对砧木过量锰的耐受性进行综合评价。  【结果】  柑橘砧木苗出现锰中毒的症状为叶片失绿,出现褐色坏死斑点;根量变少,呈现褐色斑点。4种砧木苗均在Mn 0.25 mmol/L处理时出现Mn中毒症状,其中枳最先出现症状且最严重,资阳香橙最迟出现症状且最轻;4种砧木在Mn 0.05 mmol/L处理时即出现Mn过量胁迫,表现为地上部和地下部鲜重和干重显著下降,根冠比升高 (红橘除外)、叶绿素含量下降、净光合速率降低、气孔开度下降、胞间CO2浓度上升。Mn过量 (> 0.05 mmol/L) 胁迫使4种砧木叶片细胞膜受损,相对电导率和MDA含量上升;清除活性氧的SOD和POD活性上升,CAT活性下降。Mn过量胁迫影响柑橘砧木的营养元素吸收和转运,叶片和根系Mn含量上升,但随Mn胁迫浓度升高,Mn从根系到叶片的迁移率先降低后升高;Mn过量胁迫使砧木叶片K、P、Ca、Mg、Fe、Zn元素含量下降,根系K、P、Fe、Zn含量上升而Ca、Mg含量下降。  【结论】  不同砧木对Mn过量胁迫耐受性存在明显的差异,综合评价耐性强弱顺序为:资阳香橙 > 沙田柚 > 红橘 > 枳,高锰土壤的柑橘园可选用资阳香橙做砧木以减轻锰害。
γ-氨基丁酸对番茄嫁接苗耐盐性的生理调控效应
贾邱颖, 吴晓蕾, 冀胜鑫, 褚新培, 赵峰, 宫彬彬, 李敬蕊, 高洪波
2021, 27(1): 122-134. doi: 10.11674/zwyf.20180
摘要:
  【目的】   γ-氨基丁酸 (GABA) 可增强作物品质和抗逆性,但其效果是否受植株根系耐盐性的影响尚不明确。因此,研究添加外源GABA对不同耐盐性番茄嫁接苗的生理调节机制及生长的影响,为小分子氨基酸在蔬菜生产中的应用提供理论依据。   【方法】   以耐盐性较强的砧用番茄‘OZ-006’为砧木、对盐分较敏感的‘中杂9号’为接穗形成的嫁接苗 (RS)为材料,以‘中杂9号’自嫁接苗 (SS)为对照材料,进行无土营养液栽培试验。以Hoagland 营养液为基础,以调节NaCl 浓度至175 mmol/L形成的盐胁迫条件作为对照 (CK),在CK基础上设置添加5 mmol/L GABA处理 (+G)。从处理后3天起,测定了幼苗生长、Na+积累、氨基酸含量及活性氧代谢指标。   【结果】   随着NaCl胁迫时间的延长,SS和RS幼苗均显著受到盐胁迫伤害,但RS幼苗盐害指数及Na+含量显著低于SS幼苗,其生长速率、叶绿素含量及氨基酸含量显著高于SS幼苗,其\begin{document}$\rm{O}_{\small 2}^{\overline {\,\cdot\,}} $\end{document}和MDA含量显著低于SS幼苗,表现为耐盐性显著高于SS幼苗。添加外源GABA后,SS和RS幼苗的鲜重、生长速率、叶绿素及氨基酸 (GABA、谷氨酸和脯氨酸) 含量、抗氧化酶 (SOD、POD和CAT) 活性均显著提高,根系和叶片内Na+含量、\begin{document}$\rm{O}_{\small 2}^{\overline {\,\cdot\,}} $\end{document}产生速率及MDA含量均显著降低,且SS幼苗耐盐性提高的效果大于RS幼苗。   【结论】   盐胁迫显著影响番茄幼苗的生长,尤其对耐盐性弱的品种生长抑制更加显著。γ-氨基丁酸 (GABA) 可有效提高番茄嫁接苗的耐盐性,主要原因在于GABA为幼苗提供了氮素营养,促进了盐胁迫下植物的生长和叶绿素的合成,同时GABA诱导细胞内多种氨基酸含量上升,叶片渗透调节能力增强,从而抑制了Na+过量积累,缓解了细胞内活性氧积累带来的膜伤害。此外,GABA添加对耐盐性弱的番茄嫁接苗耐盐性的提升效果比对耐盐性强的番茄嫁接苗更加明显。因此,在盐胁迫条件下,施用外源小分子氨基酸(如GABA)可能是提高作物耐盐能力的有效措施。
不同通风量下城市污泥堆肥过程中硫素的转化特征
刘珺婉, 郑国砥, 郑海霞, 陈同斌, 于豹, 石晓晓, 马闯
2021, 27(1): 135-143. doi: 10.11674/zwyf.20192
摘要:
  【目的】  研究通风量对城市污泥堆肥过程中硫素转化和挥发性硫化物释放的影响,为有效控制挥发性含硫恶臭物质,保留污泥堆肥产品中的硫素营养提供理论依据和方法。  【方法】  城市污泥和调理剂 (锯末) 以3∶1 (湿重) 的比例混合后,采用自动好氧堆肥控制装置进行15天的堆肥试验,通过改变鼓风机频率实现不同堆体的通风量调节。设置鼓风机工作频率10、13、16 Hz 3个处理,相应的通风量为2.5、3.0和3.5 L/min。在堆肥的第0、1、2、3、5、7、9、11、13、15天进行堆体内部多点混合采样,进行挥发性硫化物的浓度测定,研究城市污泥不同堆肥阶段硫素的转化特征。  【结果】  相较于低通风量 (10 Hz),高通风量 (16 Hz) 下H2S的峰值浓度下降了约50%,但其累积释放量增加了45.4%;甲硫醚的累积释放量提高了398%,峰值浓度增加了490.8%;CS2的累积释放量下降了57.8%,其峰值浓度下降了77%。堆肥产品中有效硫浓度在低、中、高通风量条件下相较于堆肥前分别上升了19.5%、19.1%、36.1%。  【结论】  城市污泥堆肥过程中,提高通风量可以降低H2S的浓度峰值,但增加了H2S的累积释放量,甲硫醚的峰值浓度和累积释放量均显著增加;提高通风量可以抑制城市污泥堆肥过程中CS2的释放。在低、中、高3种通风量条件下,堆肥产品的有效硫浓度相较于堆肥前都明显升高。高通风处理虽然全量硫的损失最大,但更有利于提高堆肥产品中可直接被植物吸收的有效硫含量。
专题综述
植物根际微生物组的研究进展
邵秋雨, 董醇波, 韩燕峰, 梁宗琦
2021, 27(1): 144-152. doi: 10.11674/zwyf.20203
摘要:
根际微生物组 (rhizosphere microbiome),是植物从其种子库土壤微生物组中有选择性地招募在根际聚集的动态微生物集群。随着近年来高通量测序技术、宏基因组学等的飞速发展,根际微生物组与植物宿主及土壤微生物组间的紧密联系引起了全球关注和研究热潮。根际微生物组被视作植物第二基因组,其与植物间的互作极为复杂,有正相也有负相。植物通过从土壤微生物组中招募到根际的某些组分获得积极反馈。正确管理植物根际微生物组不仅能促进宿主营养吸收、抵抗病虫害及适应环境胁迫,还可能促进健康土壤的形成,增强土壤生态系统的服务功能。对根际微生物组的定义、驱动因素、研究方法及其与农业生产的关系4个方面进行综述,并重点关注了根际微生物组与植物宿主间的互作过程,以期为更好的开发利用这类生物资源提供新思路。
研究简报
我国茶园氮肥利用和损失现状分析
邹振浩, 沈晨, 李鑫, 张丽平, 张兰, 韩文炎, 颜鹏
2021, 27(1): 153-160. doi: 10.11674/zwyf.20231
摘要:
  【目的】  茶树是多年生叶用作物,对氮肥的需求量较大,施用氮肥是提高茶叶产量的主要措施之一。但过量施用氮肥不仅降低茶叶的氮肥利用率,还会带来环境风险。明确我国茶园氮肥施用状况和氮肥主要损失途径,为茶园合理施用氮肥,降低氮肥损失提供科学依据。  【方法】  以茶园、氮肥利用和损失为关键词,在中国知网和Web of Science筛选相关文献。分析计算了不同施氮量下的茶叶产量、氮肥农学利用率以及氮肥偏生产力,并比较了这些指标在2000年前后的差异。同时分析茶园无机氮 (铵态氮和硝态氮) 淋失、氨挥发、反硝化 (N2O排放) 等损失量与氮肥施用量之间的关系。  【结果】  我国茶园施用氮肥的平均增产率为41.7%,氮肥农学效率为8.1 kg/kg,氮肥偏生产力为31.4 kg/kg。与2000年前相比,2000年后茶园施氮增产率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力的平均值均呈现下降趋势。在茶园氮肥损失方面,无机氮 (铵态氮和硝态氮) 淋洗和氨挥发为主要的氮素损失途径,其中淋洗损失量为186.8 kg/hm2,占氮肥施用量的33.9%;氨挥发损失量为48.8 kg/hm2,占氮肥施用量的15.1%;反硝化 (N2O排放) 损失量为16.7 kg/hm2,占氮肥施用量的3.6%。  【结论】  我国茶园氮肥农学效率较低,而且呈不断下降的趋势。茶园氮素损失以无机氮 (铵态氮和硝态氮) 淋洗和氨挥发为主,而且随着施氮量的增加不断上升。因此,为实现我国茶园长期绿色可持续发展,必须优化氮肥管理,降低氮肥损失,以提高氮肥利用率。
基于主动冠层光谱仪的莴苣生物量及氮素营养状况估测
纪荣婷, 闵炬, 王远, 陆志新, 路广, 施卫明
2021, 27(1): 161-171. doi: 10.11674/zwyf.20262
摘要:
  【目的】  研究冠层光谱技术在蔬菜氮素营养诊断中应用的可行性和提高其准确性的方法,为推进蔬菜氮素营养管理与施肥推荐提供快速无损检测技术。  【方法】  以茎菜类蔬菜—莴苣 (Lactuca sativa L.) 为研究对象进行田间试验。设置5个化肥年施用梯度:0、108、162、216、270 kg/hm2,在莴苣幼苗期、莲座期、茎形成期和收获期,利用GreenSeeker冠层光谱仪获取冠层光谱特征值—植被归一化指数 (NDVI) 和比值植被指数 (RVI),并测定植株生物量和含氮量。评估用生育期NDVI和RVI值预测蔬菜生物量和氮素营养的可行性与准确性,并验证用移栽天数校正提高全生育期光谱值预测精度的可行性。  【结果】  NDVI和RVI与莴苣地上部生物量 (AGB)、根冠比 (RTS)、植株吸氮量 (PNU) 和植株氮浓度 (PNC) 等指标间均存在显著相关关系,尤其以NDVI相关性更高。相关性分析结果表明,NDVI与AGB和PNU呈正相关,相关系数分别介于0.779~0.945和0.819~0.938;与RTS和PNC呈负相关,相关性系数介于–0.367~–0.844和–0.328~–0.732。对比不同时期,莲座期和茎形成期的NDVI值对莴苣生物量和氮素营养指标预测的准确性较高,对AGB、RTS、PNU和PNC预测准确性分别为0.76~0.92、0.37~0.71、0.77~0.88和0.34~0.54。利用两年NDVI值建立各时期莴苣生物量和氮素营养状况统一预测方程,莲座期方程最为准确,对AGB、RTS、PNU、PNC预测准确性分别为73%、48%、52%、31%。综合全生育预测方程,冠层光谱仪测定的NDVI值对莴苣生物量和氮素营养预测指标的准确性较高,基于NDVI值的AGB、RTS、PNU和PNC预测方程准确度分别为54%、43%、57%和26%。引入移栽天数 (DAT) 对该预测方程进行校正后,AGB、PNU和PNC预测方程的准确度分别提高至62%、71%和34%。  【结论】  基于冠层光谱仪测定的各生育期的植被归一化指数 (NDVI) 可准确预测莴苣的生物量和氮素营养状况,尤以莲座期的预测结果最为准确。经移栽天数 (DAT) 校正后,基于全生育期的NDVI值建立的预测方程对AGB、PNU的预测准确度可分别提高到62%和71%,基本满足莴苣类低覆盖度蔬菜作物的氮素营养管理。
不同时期叶面喷施多效唑对紫云英结实性的影响
郑春风, 刘春增, 任伟, 李本银, 王守刚, 聂良鹏, 吕玉虎, 潘兹亮, 曹卫东
2021, 27(1): 172-178. doi: 10.11674/zwyf.20075
摘要:
  【目的】  探讨多效唑喷施时期对紫云英结实特性的影响,明确紫云英结实性最佳化控时期,以期为提高紫云英种子产量提供参考。  【方法】  以‘信紫1号’为供试材料,分别于越冬后期 (T1)、返青期 (T2)、现蕾期 (T3)、初花期 (T4) 和花后5天 (T5) 进行叶面喷施处理,以喷施清水为对照。在盛花期,观察记载主茎不同花序位花荚发育的形态及数量特征。在成熟期,按常规考种法调查了产量和产量构成因素。  【结果】  除T3处理外,其他4个处理的紫云英花数、结荚数、籽粒数、结荚率和荚果结实率在不同层花序上与对照差异均不明显,不同层花序的粒重也没有显著差异。T3处理其花数、结荚数、籽粒数、结荚率和荚果结实率在基部花序位较对照分别提高20.4%、31.4%、23.9%和5.25、2.38个百分点,在中部花序位分别提高12.3%、32.9%、22.8%和7.42、2.08个百分点,在顶部花序位分别提高18.4%、54.8%、70.9%和2.56、3.78个百分点。T3处理种子产量最高达到1120.66 kg/hm2,较对照增产32.3%。  【结论】  在现蕾期叶面喷施多效唑,可促进紫云英花期不同花序位,特别是中部和基部花荚的发育,减少花荚脱落,促进结实成粒,最终获得较高的种子产量。过早和过晚喷施多效唑对紫云英开花和籽粒产量均没有显著影响。