• ISSN 1008-505X
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2021年  27卷  第2期

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2021-02期封面+目录
2021, (2): 1-5.
摘要:
长期不同施肥模式下赤红壤旱地花生–甘薯轮作体系产量稳定性研究
李娟, 张立成, 章明清, 王煌平, 张辉, 张永春
2021, 27(2): 179-190. doi: 10.11674/zwyf.20285
摘要:
  【目的】  研究不同施肥模式下赤红壤旱地花生–甘薯轮作体系中两种作物产量的稳定性,以优化作物养分管理。  【方法】  化肥定位试验和化肥配施有机肥定位试验在闽东南典型赤红壤旱地分别连续进行了15和13年,种植制度均为花生–甘薯轮作。化肥定位试验处理包括农民习惯施肥、推荐施肥以及在推荐施肥基础上不施氮、磷、钾的处理,以不施肥为对照;化肥有机肥定位试验处理包括农民习惯施肥、推荐施肥以及以商品有机肥、猪粪和稻草替代1/3推荐施氮量处理,以不施肥为对照。根据历年花生和甘薯产量,计算了产量的可持续性指数和变异系数,构建一元灰色线性模型,计算了不同施肥模式的长期趋势产量。  【结果】  长期化肥定位试验中,推荐施肥处理的花生和甘薯产量均值显著高于其它5个处理;在长期有机无机肥配合试验中,3个有机无机肥配施处理的产量均高于推荐施肥处理。花生和甘薯化肥推荐施肥的产量可持续指数 (SYI) 分别为0.729 ± 0.019和0.501 ± 0.028,化肥配施猪粪花生的SYI为0.689 ± 0.013,显著高于推荐施肥和化肥配施稻草处理,与配施商品有机肥处理差异不显著;化肥配施稻草甘薯的SYI为0.514 ± 0.029,显著高于推荐施肥处理和化肥配施商品有机肥处理,与化肥配施猪粪处理的差异不显著。一元灰色线性模型显示,推荐施肥处理的花生和甘薯趋势产量均值分别为3780和19408 kg/hm2,均显著高于其他化肥处理。化肥配施猪粪的花生趋势产量均值为3492 kg/hm2,在95%置信区间,显著高于推荐施肥和其余两个有机无机肥配施处理;化肥配施稻草处理甘薯的趋势产量均值为17567 kg/hm2,显著高于推荐施肥处理和化肥配施商品有机肥处理,与化肥配施猪粪处理没有显著差异。产量可持续性指数较变异系数可更加有效地区分不同处理之间的产量波动差异,与产量的绝对高低没有关系。  【结论】  化肥推荐施肥有利于提高赤红壤旱地轮作体系中花生和甘薯的产量;猪粪或商品有机肥替代1/3的化肥氮均可提高花生产量的稳定性和增产潜力,而稻草或猪粪替代1/3的化肥氮对甘薯产量及其稳定性最为有利。
立式深旋耕作对西北半干旱区马铃薯水肥利用和产量的影响
张绪成, 马一凡, 于显枫, 侯慧芝, 王红丽, 方彦杰
2021, 27(2): 191-203. doi: 10.11674/zwyf.20287
摘要:
  【目的】  立式深旋耕作能提高土壤供水能力和促进作物根系发育,有利于作物对养分的吸收利用。  【方法】  在西北黄土高原半干旱区于2016—2018年布设马铃薯定位试验,设计立式深旋耕作40 cm (VRT)、深松40 cm (SS) 和旋耕15 cm (TT) 3个处理。在马铃薯播期、盛花期和收获期测定土壤含水量、碱解氮、有效磷、速效钾含量,开花期测定了马铃薯叶面积指数和叶片SPAD值,成熟期调查马铃薯产量。计算马铃薯阶段水分养分消耗量,养分和水分利用效率。  【结果】  VRT耕作方式提高了马铃薯播前0—120 cm土层的含水量和0—40 cm土层的碱解氮和有效磷含量。与SS和TT耕作方式相比,VRT提高了3年的花前平均耗水量,提高了干旱年 (2016) 的花后耗水量,但平水年 (2017) 和丰水年 (2018) 的花后耗水量不同处理间无显著差异。VRT耕作方式干旱年碱解氮消耗量在花前花后较SS和TT耕作方式分别增加了38.7、22.9 kg/hm2和25.9、12.9 kg/hm2;平水年碱解氮消耗量在花前花后较SS和TT耕作方式分别增加了17.2、0.4 kg/hm2和21.2、6.3 kg/hm2,丰水年相应地增加了13.6、4.1 kg/hm2和26.8、2.8 kg/hm2;VRT较SS和TT耕作方式增加了有效磷和速效钾的花前花后消耗量。VRT耕作方式叶面积指数 (LAI) 显著高于SS和TT处理,产量在2016、2017和2018年分别较SS和TT耕作方式增加了156.8%和47.8%、24.8%和41.0%、19.6%和27.5%,VRT耕作方式土壤水分利用率和速效氮磷钾利用效率高于SS和TT,并在干旱和平水年达显著差异。  【结论】  与深松和旋耕相比,立式深旋耕作可以提高马铃薯播前0—120 cm土层的贮水量,进而提高0—40 cm 土层中的有效态氮和磷含量,特别是在花前阶段;较好的水肥供应促进了马铃薯的生长 (较高的SPAD值和叶面积指数),有利于马铃薯开花后的生长,最终获得较高的马铃薯产量和水肥利用效率。立式深旋耕作还优化了黄土高原半干旱区土壤水分和养分分布,在一定程度上减少了养分向土壤深层的移动,其效果在干旱年份尤为明显。
粉垄耕作提高土壤养分有效性并促进甘蔗维管组织发育和养分吸收
李浩, 黄金玲, 李志刚, 韦本辉, 陈晓茹, 韩世健, 梁晓莹, 李素丽
2021, 27(2): 204-214. doi: 10.11674/zwyf.20300
摘要:
  【目的】  研究粉垄耕作对宿根蔗和新植蔗生长过程中土壤养分含量、甘蔗对养分吸收以及植株解剖形态的影响,为粉垄耕作技术推广提供理论依据。  【方法】  以桂糖42号为供试材料进行田间试验,以常规耕作为对照 (CK,耕作深度 25 cm),粉垄耕作 (垂直旋深40 cm) 为处理,甘蔗种植采用新植甘蔗和宿根两种方法。在甘蔗主要生育期,采集植株和土壤样品,测定土壤中速效氮磷钾含量以及甘蔗对养分的吸收和积累量,同时测定叶中氮代谢酶活性和根系活力,观测根系维管束形态结构,并测定根系活力。  【结果】  与常规耕作相比,粉垄耕作条件下,土壤容重降低了8.6%~16.9%,土壤速效氮、有效磷含量分别提高了8.7%~77.6%和8.2%~25.6%,差异显著;甘蔗叶片氮磷含量提高,增幅分别为11.4%~19.4%和5.3%~34.8%;显著提高了甘蔗出苗率、分蘖率、株高、茎径、有效茎数、产量。粉垄耕作下,甘蔗茎维管束更大,分布更密集,蔗茎维管束数量、维管束面积、后生木质部导管直径、韧皮部面积显著增加,新植蔗和宿根蔗茎维管束面积分别增加了15.2%和16.7%,维管束数量分别增加28.0%和17.8%;后生木质部导管直径分别提高7.8%和7.9%;韧皮部面积分别增加29.7%和30.8%;在苗期、伸长期和成熟期,粉垄耕作的甘蔗根系活力分别比传统耕作处理增加了1.29、1.39和1.25倍,新植蔗叶谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性分别增加了149.6%、36.5%和65.6%,宿根蔗叶GS活性分别增加了65.9%、36.0%和93.3% (P < 0.05);在苗期和伸长期,新植蔗叶片谷氨酸合成酶 (GOGAT) 分别显著提高了40.3%和69.1%,宿根蔗分别增加37.9%和42.4%;苗期粉垄耕作宿根蔗亚硝酸还原酶 (NR) 活性显著高于常规耕作甘蔗9.5%。  【结论】  粉垄耕作可改善土壤理化性状,提高速效氮磷含量,改善甘蔗维管组织,提高甘蔗体内氮磷含量,提高根系活力和氮代谢相关酶活性,有利于甘蔗吸收和转运氮素,促进了氮代谢和氨基酸的合成,为蛋白质的合成提供了物质基础,促进甘蔗生长发育,实现甘蔗增产增收。
稳定性肥料在中国不同区域的施用效果及施用量
张蕾, 王玲莉, 房娜娜, 石晓雨, 武志杰, 张丽莉, 石元亮
2021, 27(2): 215-230. doi: 10.11674/zwyf.20272
摘要:
  【目的】  对单个区域或者单种作物开展的抑制剂或者稳定性肥料效果研究受土壤类型和气候区域限制,无法为稳定性肥料在不同地理区域的生产和施用提供科学的数据支持。为此,我们在全国范围进行了稳定性肥料施用效果试验,为稳定性肥料的科学施用提供依据。  【方法】  稳定性肥料产业技术战略联盟于2009—2018年在全国7大地理区域进行了大田试验,比较了等养分条件下,施用稳定性肥料和常规施肥的增产效果,统计分析了2014—2018年的研究结果。  【结果】  在华南、西南、华中、华东、华北、西北、东北地区,等常规施肥养分稳定性肥料 (SF) 相对常规施肥 (CK) 的作物平均增产率分别为5.00%、13.40%、6.96%、8.68%、16.30%、8.72%和5.80%,氮肥农学利用率 (NAE) 增幅分别为36.11%、29.84%、27.25%、51.02%、54.73%和21.00% (无华北NAE数据);80%常规施肥养分稳定性肥料 (80%SF) 处理相比CK的增产率分别为1.62%、10.38%、1.78%、6.34%、8.35%、1.44%和0.09%,NAE增幅分别为78.24%、81.41%、49.22%、20.10%、38.96%和62.10%;80%SF处理相对SF处理的作物产量平均减少3.92%、1.22%、1.25%、3.49%、0.07%、1.08%和0.05%,NAE增幅分别为30.95%、40.11%、17.27%、–20.48%、–10.19%和33.97%,与SF处理的作物产量相比,减施20%常规施肥养分稳定性肥料在各个区域均带来小幅减产,80%SF处理相对SF处理的减产幅度在华中、华北、西北和东北地区差异显著 (P < 0.05),在华南、西南和华东地区差异不显著,80%SF处理相对SF处理的NAE差异多不显著;从全国范围来看,等常规施肥养分稳定性肥料处理平均能提高作物产量8.54%和提高NAE 21.77%,80%常规施肥养分稳定性肥料处理能使产量和NAE分别提高3.13%和26.39%。主成分分析结果发现,稳定性肥料增产率主要受到两种有效公因子的影响,即养分因子和pH因子;稳定性肥料增产率与土壤养分主要呈负相关关系,土壤养分越低,稳定性肥料的增产效果越强,稳定性肥料在贫瘠土壤上产生的经济效益越大 (西北极端干旱地区土壤除外);稳定性肥料增产率与土壤pH呈正相关关系,土壤pH越高,稳定性肥料肥效和增产效果越强。  【结论】  施用稳定性肥料在全国主要种植区域均取得了明显的增产节肥效应,完全可以替代常规施肥模式。综合对比等常规施肥养分稳定性肥料施肥模式和80%常规施肥养分稳定性肥料施肥模式对增产和提高NAE的效果,华东、华中、华北、西北、东北以等常规施肥养分施用稳定性肥料的效果较好,华南、西南稳定性肥料的施用量则以80%的常规施肥养分量为宜。影响稳定性肥料肥效和增产效果最重要的土壤因素是土壤养分,其次是土壤pH。
优化施肥促进寒地粳稻可溶性糖积累转运、气候资源利用及产量形成
俞聪慧, 贾琰, 孙立超, 雷蕾, 杨雅娜, 王晋, 杨亮, 赵宏伟
2021, 27(2): 231-242. doi: 10.11674/zwyf.20286
摘要:
  【目的】  研究氮、磷、钾肥不同配比对寒地粳稻功能叶片、茎鞘及籽粒可溶性糖积累和转运的影响,揭示其与气候资源利用和产量的关系。  【方法】  大田试验采用“3414”施肥方案,供试寒地粳稻品种为东农427。在水稻分蘖至成熟的5个主要生育期,取样测定了功能叶片、茎鞘和籽粒中的可溶性糖含量,计算功能叶片、茎鞘和籽粒可溶性糖积累转运量,以及水稻对气候资源的利用效率。  【结果】  氮、磷、钾肥配施显著影响寒地粳稻产量,以N2P2K2处理最高。与N0P0K0处理相比,各施肥处理地上部各器官可溶性糖积累量和运转量均显著升高。花前功能叶片可溶性糖最高积累量出现在N3P2K2处理,花后出现在N2P2K2处理。茎鞘和籽粒可溶性糖积累量在各生育时期均以N2P2K2处理最高。功能叶片和茎鞘花后可溶性糖转运量均以N2P2K2处理最高。N2P2K2、N3P2K2处理生育期最长。各施肥处理光合有效辐射量 (PAR)、辐射利用率 (RUE) 和积温生产效率 (TPE) 均高于N0P0K0处理,以N2P2K2处理最高。由相关分析可知,各生育时期各器官可溶性糖积累量与PAR、RUE和TPE呈极显著正相关。分蘖期和孕穗期功能叶片可溶性糖积累量对PAR、RUE和TPE的影响大于茎鞘。齐穗期、灌浆期和成熟期茎鞘可溶性糖积累量对PAR、RUE和TPE的影响大于功能叶片。成熟期籽粒可溶性糖积累量对PAR、RUE和TPE的影响大于齐穗期和灌浆期。花后茎鞘可溶性糖转运量对PAR、RUE和TPE影响大于功能叶片。  【结论】  寒地粳稻各生育时期各器官可溶性糖积累量与光合有效辐射量 (PAR)、辐射利用率 (RUE) 和积温生产效率 (TPE)呈极显著正相关。其中,花前功能叶片可溶性糖积累量对PAR、RUE和TPE的影响大于茎鞘,花后茎鞘可溶性糖积累量和转运量对PAR、RUE和TPE的影响大于功能叶片。充足的氮磷钾肥供应促进了水稻群体对光、温资源的捕获,提高了光、温资源利用率。而且,合理的养分供给还延长了生育后期的天数和功能叶片、茎鞘可溶性糖向籽粒转运的时间,进而提高产量。在本试验中,氮磷钾配比为150–120–80 kg/hm2(N2P2K2) 时,寒地粳稻产量和花后功能叶片、茎鞘可溶性糖运转量均最高,并且通过延长灌浆期到成熟期的天数进而延长整个生育期,进一步提高了光、温资源的利用效率。
大豆养分专家系统在我国大豆主产区的应用与评价
吕继龙, 何萍, 魏丹, 仇少君, 徐新朋, 赵士诚
2021, 27(2): 243-252. doi: 10.11674/zwyf.20314
摘要:
  【目的】  平衡施肥是实现作物高产高效的主要因素,而推荐施肥方法是实现作物平衡施肥的重要手段。本研究通过田间试验评价养分专家系统 (Nutrient Expert,NE) 推荐施肥在我国大豆上的应用效果。  【方法】  于2014—2015年在春大豆产区 (东北三省) 进行了21个田间试验,2017—2018年在夏大豆产区 (安徽、江苏、河南) 进行了11个田间试验。所有试验采用当地大豆品种,设置3种施肥处理,包括大豆养分专家系统 (NE) 推荐施肥、基于土壤测试的推荐施肥 (OPTS) 和农民常规施肥 (FP) 处理,分析比较了各施肥处理的肥料用量、大豆产量、养分吸收量及经济效益。  【结果】  在春大豆产区,NE和OPTS处理较FP处理明显提高了辽宁省的氮肥用量和吉林省的磷肥用量,提高了黑龙江和吉林省的钾肥用量,而NE和OPTS处理间氮磷钾肥用量相似;在夏大豆产区,所有试验NE和OPTS处理推荐的氮磷钾肥用量均显著高于FP处理。在春大豆产区,黑龙江、吉林和辽宁省OPTS处理的大豆产量较FP 处理分别增加了135、518 和478 kg/hm2,经济效益分别增加了699、1684和856元/hm2;NE处理的产量较OPTS处理分别增产了167、542和1225 kg/hm2,经济效益分别增加1096、2591和4610元/hm2;OPTS处理的氮吸收量较FP提高了9.1%~32.3%,钾吸收量提高了0~41.4%,且显著提高辽宁省的磷肥偏生产力;在黑龙江,NE处理氮、钾吸收量分别显著高于OPTS处理13.6%和23.5%。在夏大豆产区,安徽和江苏省OPTS与FP处理的产量相似,而河南、安徽和江苏省NE处理的大豆产量较FP 处理分别增加了1021、694和622 kg/hm2,经济效益分别增加了3991、3955 和2069元/hm2;河南省NE和OPTS处理的大豆产量和经济效益相似,而安徽和江苏省NE处理的大豆产量较OPTS处理分别增产868和545 kg/hm2,经济效益分别增加2876和2823元/hm2。同时,除安徽省钾吸收量外,OPTS处理与FP处理氮磷钾吸收量均无显著差异;而NE处理氮磷钾素吸收量较FP处理分别提高了15.8%~41.3%、19.0%~35.5%和23.9%~27.3%,并且NE处理提高了江苏省氮磷肥的偏生产力。  【结论】  与农民常规施肥相比,测土施肥和养分专家系统推荐施肥处理在东北的春大豆产区氮磷肥用量没有显著变化,在夏大豆产区的氮磷钾肥用量显著增加;测土施肥与农民常规施肥处理的大豆产量和经济效益相似,而养分专家系统推荐施肥处理的产量和经济效益较农民常规施肥显著增加。因此,养分专家系统推荐施肥更有利于养分的平衡优化、大豆产量和经济效益的提高,同时不需土壤分析测试,是一种简捷高效的推荐施肥方法。
施用高量堆肥污泥提高小麦–玉米轮作模式下酸性水稻土pH和碳组分活性
王启震, 常会庆, 吴杰, 徐晓峰
2021, 27(2): 253-262. doi: 10.11674/zwyf.20183
摘要:
  【目的】  污泥堆肥农用是污泥资源化的主要途径,明确不同用量堆肥污泥对旱作条件下酸性水稻土有机、无机碳组分及pH的影响,可为堆肥污泥的农用提供科学依据。  【方法】  以酸性水稻土为供试土壤,连续进行了2年小麦–玉米轮作盆栽试验。参照GB4284—2018农用污泥施用标准,设置0 (CK)、3.75、7.50、37.50和75.00 t/hm2共5个污泥施用量处理,每年10月份种植冬小麦前称取相应量污泥,与盆栽土壤均匀混合后装盆,连续种植冬小麦和夏玉米两季作物。分别在小麦、玉米收获后采集耕层土壤,分析水稻土中有机、无机碳组分和pH,以及上述参数之间存在的相关关系。  【结果】  供试污泥堆肥用量处理下,土壤pH随污泥施用量的增加而升高,污泥用量35.70 t/hm2处理的4个生长季土壤pH较CK分别显著升高了0.21、0.51、0.40和0.70个单位 (P < 0.05)。污泥堆肥农用提高了酸性水稻土中有机碳 (SOC)、易氧化有机碳 (ROC)、可溶性有机碳 (DOC) 和腐殖质碳 (HSC) 含量,同时也提高了碳酸钙 (CC) 和活性碳酸钙 (ACC) 含量,且增加幅度随污泥施用量的增加而上升。污泥用量为75.00 t/hm2时,土壤各有机碳组分和无机碳组分均显著高于CK (P < 0.05);污泥施用量 ≥ 7.50 t/hm2时,土壤ROC、DOC含量均显著高于CK (P < 0.05);污泥用量 ≥ 3.75 t/hm2时,土壤碳酸钙含量均显著高于CK (P < 0.05)。碳库管理指数在污泥施用量 ≥ 7.50 t/hm2时显著增加 (P < 0.05)。碳酸钙含量和pH在酸性水稻土上呈显著正相关关系 (P < 0.05);有机碳和无机碳含量之间也呈显著正相关关系 (P < 0.05)。  【结论】  施用37.50~75.00 t/hm2生活堆肥污泥可在短期甚至当季显著增加旱作酸性水稻土中有机和无机碳总量和活性有机碳含量,提高土壤pH,是改善旱作酸性水稻土质量的有效手段。综合之前对堆肥污泥农用重金属积累、微生物多样性及养分淋失风险的研究,长期施用堆肥污泥对土壤环境的影响尚需进一步研究。
长期不同施肥模式下碱性土有效磷对磷盈亏的响应
张微微, 周怀平, 黄绍敏, 杨军, 刘树堂, 马俊永, 张淑香
2021, 27(2): 263-274. doi: 10.11674/zwyf.20325
摘要:
  【目的】   磷素易于在土壤中固定,碱性土壤更甚,影响着磷肥的肥效和利用效率。研究长期施用磷肥对我国北方碱性土有效磷与磷盈亏的影响,为碱性土地区合理施用磷肥提供理论依据。   【方法】   本研究是基于河北、北京、山东、天津、河南和山西的6个冬小麦‒夏玉米轮作长期定位施肥试验,试验周期为1991—2011年。所有定位施肥试验均设有不施磷肥 (P0)、单施化学磷肥 (P)、化肥配施秸秆 (P+S)、单施有机肥 (M)、化肥配施有机肥 (P+M) 5个处理,施磷方式和施磷量不同。分析了土壤有效磷、作物产量、有机质、pH随时间的变化特征,计算了土壤有效磷含量与作物产量、土壤磷盈亏、磷肥利用率的关系,用冗余分析得出每100 kg/hm2磷盈余下土壤有效磷变量 (有效磷效率) 的主要影响因素。   【结果】   P0处理土壤磷亏缺为‒357.73~‒28.21 kg/hm2,有效磷含量随种植时间延长下降,下降速率为0.14 mg/(kg·year),此处理下作物产量较低,小麦低于 2000 kg/hm2,玉米低于4000 kg/hm2。4个施磷肥处理 (P, P+S, M, P+M) 土壤磷表现为盈余,21年连续施肥磷总盈余为23.65~860.93 kg/hm2,磷盈余量顺序为P+M > P > P+S > M。土壤有效磷含量随种植时间延长上升,年平均上升速率为 P+M [4.85 mg/(kg·year)] > M [1.87 mg/(kg·year)] > P+S [0.65 mg/(kg·year)] > P [0.63 mg/(kg·year)]。施用磷肥的小麦产量为3399~7880 kg/hm2,4个施磷肥处理间差异不明显;玉米产量为 4186~9176 kg/hm2,以P+M处理玉米产量最高,P处理最低。土壤有效磷含量与作物产量的关系可以用Mitscherlich方程模拟 (P < 0.01),小麦和玉米产量随土壤有效磷含量升高而增加,在土壤有效磷含量分别达到22.47和20.68 mg/kg后不再增加。小麦P+S处理的磷肥利用率最高,21年均值为16.17%;玉米以M处理的磷肥利用率最高,21年均值为16.45%。小麦和玉米磷肥利用率均随土壤有效磷含量的升高而上升,以P+S处理上升最快,P+M处理上升最慢。5个处理土壤有效磷含量与磷盈亏均呈现极显著 (P < 0.01) 正相关关系。土壤每亏缺P 100 kg/hm2,土壤有效磷下降0.90 mg/kg;每盈余P 100 kg/hm2,土壤有效磷含量的增量为M (22.10 mg/kg) > P+M (10.60 mg/kg) > P+S (3.90 mg/kg) >P (2.60 mg/kg)。通过冗余分析发现,土壤有机质能解释土壤有效磷效率变异的85.0%,是土壤有效磷效率的主要影响因素。   【结论】   碱性土壤上小麦和玉米的磷肥利用率随土壤有效磷含量的增加而提高,长期化肥配施秸秆提高作物磷肥利用率的效果最佳。土壤有机质是提升土壤累积磷有效性的最主要因素,因此,长期单施有机肥或者化肥配施有机肥的土壤有效磷效率较高。长期化肥配施有机肥的潮土有效磷含量较高,容易造成磷在土壤中的淋洗和固定,需减少磷肥总施用量并适当提高有机肥的比例,从而达到农学效益和环境效益的双赢。
两株高效溶磷菌的溶磷能力及其对玉米生长和红壤磷素形态的影响
李宁, 王珊珊, 马丽丽, 刘耀辉, 修玉冰, 李新华, 项国栋, 胡冬南, 郭晓敏, 张文元
2021, 27(2): 275-283. doi: 10.11674/zwyf.20391
摘要:
  【目的】  磷在土壤中易于固定,且向有效态的转化能力弱。研究两株高效溶磷菌活化土壤中的磷素的能力,为提高红壤供磷能力提供指导。  【方法】  以溶磷菌株伯克霍尔德菌 (Burkholderia) XQP35 (P35)、拉乌尔菌 (Raoultella) SQP80 (P80) 为研究对象,以磷酸铝、磷酸铁、植酸钙和卵磷脂替代液体NBRIP培养基中的磷酸钙作为磷源处理,测定两个菌株对不同磷源的溶解能力。将液体NBRIP培养基的pH分别调至4、5、6、7和8,再接种菌株并培养24、48、72、96、120、144 h,测定液体培养基中的溶磷量。以玉米为试材进行盆栽试验,设定不接种菌剂 (CK) 和接种P35、P80、商品化菌剂 (EM) 4个处理。在玉米生长20、40、60、80、100天后,取样分析玉米生长、土壤有效磷含量,并分析了第100天时的土壤中性和酸性磷酸酶活性,以及土壤中不同形态磷的含量。  【结果】  1) 菌株P35、P80对难溶性磷酸钙和植酸钙均有较强的溶解能力,对磷酸铁、磷酸铝和卵磷脂磷的溶解能力较弱。P35在培养24 h内及P80在培养48 h内,其溶磷量在不同培养基pH处理间差异显著,随着培养时间的延长,不同pH处理间的溶磷量逐渐接近,且溶磷量达到一定水平后不再增加。2) 土壤接种菌株P35、P80对玉米表现出良好的促生效果,提高了玉米植株地径、株高、吸磷量和干物质积累量,干物质量分别较CK增加32%、36% (P < 0.05)。3) 在土壤接种菌株20~100天内,P35和P80处理的土壤有效磷含量始终高于CK和EM处理,有时差异可达显著水平 ( P < 0.05);而EM处理的土壤有效磷含量始终与CK没有显著差异。土壤接种菌株100天后,3个菌株处理的土壤酸性磷酸酶、中性磷酸酶活性与CK均无显著差异,但对土壤中不同形态磷含量影响不同。P80处理显著提高H2O-Pi含量,P35显著提高了NaOH-Pi、NaHCO3-Pi含量,且P80的磷活化系数也显著高于CK。  【结论】  溶磷菌株P35、P80对环境pH的适应能力较强,对磷酸钙和植酸钙有较强的溶解能力。P35活化磷的速度快,可能在土壤中引起磷的再固定,最终表现为提高了土壤无机磷中的NaOH-Pi和NaHCO3-Pi。菌株P80对磷的活化速度较P35慢,但其活化的磷主要表现为H2O-Pi含量的提高,更有利于玉米的吸收利用。
降解玉米秸秆真菌复合菌系的构建及其降解效果评价
江高飞, 杨天杰, 郑海平, 韦中, 王世梅, 樊晓腾, 沈其荣, 徐阳春
2021, 27(2): 284-292. doi: 10.11674/zwyf.20363
摘要:
  【目的】  秸秆的木质纤维素含量丰富、结构复杂,在自然界中降解较慢,增加秸秆降解菌剂中菌株的多样性有利于提升还田秸秆的降解效果。探究菌株多样性水平和组成影响复合菌系秸秆降解的效果及原因,为复合菌系在秸秆降解中的应用提供理论支撑。  【方法】  通过富集驯化培养,从玉米秸秆还田土壤中筛选具有秸秆降解能力的真菌,从中挑选5株高效秸秆降解真菌进行基因间隔区序列 (ITS) 测定和物种鉴定,明确其分类地位。通过全组合构建菌株多样性为1~5的复合菌系,分别检测复合菌系的秸秆相对降解率及其滤纸酶、纤维素内切酶和木聚糖酶活性,利用方差分析和相关性分析等方法研究菌株多样性和组成对复合菌系玉米秸秆降解效果及其纤维素酶活性的影响。  【结果】  共筛选获得了15株具有秸秆降解能力的真菌,其中5株真菌的秸秆降解效果好、纤维素水解能力强。经ITS序列鉴定和系统发育分析,发现5株降解真菌的遗传差异较大,Z7-6、F7-5、F4-3、L1-1和J2-5分别与草酸青霉 (Z7-6: Penicillium oxalicum)、烟曲霉 (F7-5: Aspergillus fumigatus)、哈茨木霉 (F4-3: Trichoderma harzianum)、白囊耙齿菌 (L1-1: Irpex lacteus) 和木贼镰刀菌 (J2-5: Fusarium equiseti) 的ITS序列相似度均超过99.95%。全组合复配结果表明,复合菌系的秸秆降解能力和纤维素酶活力均高于各单一菌株,且随着菌株多样性水平的增加而提高。滤纸酶、纤维素内切酶和木聚糖酶的活力越强,复合菌系对玉米秸秆的降解效果越好,而其秸秆相对降解率主要取决于滤纸酶和纤维素内切酶的活性。抽样效应分析发现,不同菌株对复合菌系的秸秆降解效果、滤纸酶和纤维素内切酶活性的影响不同。不含菌株F7-5的复合菌系降解效果显著优于含有该菌株的组合,以Z7-6 (P. oxalicum)、F4-3 (T. harzianum)、L1-1 (I. lacteus) 和J2-5 (F. equiseti) 组合F1的玉米秸秆降解效果最佳、酶活性最高。  【结论】  秸秆降解复合菌系的构建过程需要同时考虑多样性效应和抽样效应,增加降解菌的多样性有助于增强秸秆的降解效果。本研究筛选获得的复合菌系F1在玉米秸秆降解中具有潜在的应用前景。
低磷环境下接种丛枝菌根真菌促进紫花苜蓿生长和磷素吸收的机理
彭琪, 何红花, 张兴昌
2021, 27(2): 293-300. doi: 10.11674/zwyf.20385
摘要:
  【目的】  磷极易被土壤吸附和固定,导致土壤中磷有效性较低。研究接种丛枝菌根真菌 (arbuscular mycorrhizal fungi, AMF) 和低磷处理两者交互对紫花苜蓿生长和磷吸收的影响,为提高碱性土壤中磷肥利用率提供理论依据。  【方法】  以黄绵土和紫花苜蓿 (Medicago sativa) 为试验材料进行盆栽试验。在施磷0、5、20 mg/kg (P0、P5、P20) 3个水平下,分别设接种和不接种丛枝菌根 Glomus mosseae BGC YN02 (+AMF、–AMF) 处理。植物生长120天后测定植株生物量、磷吸收量、AMF侵染率以及根际和非根际土壤的pH、土壤碱性磷酸酶活性、土壤有效磷含量、土壤微生物生物量磷,分析根际有机酸的组成与含量。  【结果】  +AMF处理中植物根系被AMF侵染,且施磷水平对侵染率没有显著影响;施磷和+AMF处理显著提高了植株地上部、地下部生物量以及磷含量,其中P20+AMF处理生物量和磷含量最高;根际有机酸总量随施磷水平上升而显著降低,但+AMF处理有机酸总量高于–AMF处理,其中柠檬酸和乙酸含量的变化较为明显;施磷和+AMF显著降低土壤碱性磷酸酶活性,增加土壤有效磷含量和微生物生物量磷,且低磷环境 (P0、P5) 下根际土壤碱性磷酸酶活性和微生物生物量磷均显著高于非根际土;P20处理显著降低磷利用效率和磷肥利用率,+AMF处理显著提高磷肥利用率。  【结论】  碱性土壤 (黄绵土) 中,AMF和紫花苜蓿根系能建立较好的共生关系,低施磷水平 (施磷量 ≤ 20 mg/kg) 对AMF侵染率没有显著影响。施磷和接种AMF均可以显著促进紫花苜蓿生长和磷吸收。低磷环境下,接种AMF可以扩大植物根系吸收范围,同时增强根际土壤碱性磷酸酶活性,促进根系分泌有机酸,特别是乙酸和柠檬酸,从而提高磷肥利用率。
低钾胁迫下不同耐低钾玉米品种 (系) 开花后根系生长和结构的变化
杜琪, 赵跃, 周东英, 王晓光, 蒋春姬, 王婧, 赵新华, 于海秋
2021, 27(2): 301-311. doi: 10.11674/zwyf.20235
摘要:
  【目的】  土壤缺钾常引起植株早衰,严重影响玉米产量。从玉米开花后根系形态、结构和活性等参数的变化,研究低钾胁迫下玉米早衰的机理。  【方法】  以耐低钾玉米自交系90-21-3和钾敏感玉米自交系D937为试材,进行池栽试验。设置天然低钾土壤 (低钾,–K) 和正常供钾 (CK,+K) 两个处理,分别于玉米开花后测定根系形态、结构和活性等参数。  【结果】  与正常供钾处理相比,低钾处理降低了90-21-3和D937根系中钾素含量,抑制了根系的生长,破坏了根系结构,引起根系活力降低。低钾胁迫下,90-21-3的第一层节根数目和根系干重分别显著降低了20.37%和42.24%,D937分别显著降低了39.06%和59.64%;90-21-3的第二层节根数目和干重分别显著降低了23.40%和39.30%,D937分别显著降低了36.67%和59.86%。随着玉米的生长,低钾胁迫下90-21-3和D937的根系活力以及第一层和第二层根的长度、表面积、体积和侧根长度整体均呈现降低趋势,D937降低幅度大于90-21-3,根平均直径整体逐渐增加。低钾胁迫下90-21-3根系解剖结构完整,外皮层和内皮层完整,大、小导管形状规则,结构清晰可见;D937根系解剖结构受破坏严重,外皮层和内皮层结构被破坏,导管形状不规则,大、小导管结构模糊甚至消失。与正常供钾相比,低钾胁迫下90-21-3的大导管直径、小导管直径、大导管面积和小导管面积分别降低了11.15%、14.37%、21.07%和30.21%;D937分别显著降低了33.99%、22.86%、56.43%和40.55%。  【结论】  低钾胁迫显著降低了玉米开花后根系的生长和结构的稳定性。与耐低钾玉米自交系 (90-21-3) 相比,钾敏感自交系 (D937) 在低钾胁迫下大面积皮层结构遭到严重破坏,内皮层结构不完整,导管形状不规则,大导管周围的小导管结构模糊,甚至消失,质膜透性高,影响养分和水分的吸收利用。而耐低钾玉米90-21-3在生育后期能够维持较大根系体积、根系活力以及输导组织,增强低钾胁迫下根系对外界钾素的吸收和运移能力,延缓根系衰老。
滴灌条件下减量施钾对香蕉产量及土壤钾素平衡的影响
孔庆波, 栗方亮, 张青
2021, 27(2): 312-321. doi: 10.11674/zwyf.20369
摘要:
  【目的】  香蕉生长快,需要及时充足的水肥供应,特别是钾素的供应。研究滴灌条件下减量施钾对香蕉产量品质、钾肥利用率、钾素平衡及经济效益等的影响,为制定适合香蕉生产的水肥一体化施肥方案提供依据。  【方法】  2016—2018年,在福建漳州进行了为期3年的田间定位试验。在施用等量氮磷肥的基础上,以不施钾肥(K0)和常规灌溉施钾1400 kg/hm2 (K1)为对照,在滴灌条件下,设置施用常规施钾量的40% (K0.4)、60% (K0.6)和80% (K0.8) 3个减施钾肥处理。在收获期测定香蕉产量和品质,计算土壤钾素平衡。  【结果】  与K1处理相比,K0.4处理香蕉植株茎围、果指围、每梳果数、产量均显著降低,但不影响口感品质;K0.6处理对香蕉生长、结果数和果实外形、每梳果数、产量均没有显著影响,果实品质没有下降;K0.8处理促进了香蕉生长、结果性状和产量,并提高了果指围和单株果重,没有降低营养品质。4个施钾处理的净收益依次为K0.8 (54179.4元/hm2) > K0.6 (46663.7元/hm2) > K1 (42538.1元/hm2) > K0.4 (36808.1元/hm2),K0.8处理净收益显著高于K1和K0.6处理,K0.6处理显著高于K1处理,K0.4处理则显著低于K1处理(P < 0.05)。连续种植3年香蕉后,K0.8处理与常规K1处理的土壤速效钾、缓效钾和全量钾素含量未达显著差异水平,K0.4处理的土壤钾素亏缺 93.3 kg/hm2,K1、K0.6和K0.8处理的土壤钾素分别盈余了501.9、8.9和220.4 kg/hm2  【结论】  综合考虑滴灌条件下增产效应、经济效益和土壤钾素养分平衡,福建香蕉果园采用滴灌及减少常规钾肥用量的20%较为适宜。
镉积累差异水稻品种生长发育对清除NO的响应
曾晶, 周旋, 荣湘民, 张振华
2021, 27(2): 322-331. doi: 10.11674/zwyf.20225
摘要:
  【目的】   研究一氧化氮 (NO) 对镉 (Cd) 胁迫下水稻苗期生理生化及氮代谢响应的调节作用,探讨通过清除NO提高水稻耐Cd能力的措施。   【方法】   以Cd高积累 (TN1) 和Cd低积累 (春江06) 品种为材料,进行了Cd胁迫 (40 µmol/L) 水培试验。以Cd胁迫营养液为对照,在对照基础上设置添加硝普钠 (Cd+SNP)、添加NO清除剂CPTIO (Cd+CPTIO)、添加硝酸还原酶抑制剂钨酸钠 (Cd+TU) 处理,共4个处理。处理后12天,测定不同处理对水稻幼苗生长、NO3-N分配、根系特性及光合特性的影响。   【结果】   NO对高Cd和低Cd积累水稻品种的影响不同。与对照相比,Cd+SNP处理降低高Cd积累水稻品种幼苗地上部和地下部NO3-N含量,但对幼苗生物量和氮素吸收没有显著抑制效果;Cd+CPTIO处理会提高幼苗生长、氮素积累量及氮效率 (P < 0.05);增加或清除NO处理均显著降低了地上部和地下部的Cd含量。对于低Cd积累水稻品种,Cd+SNP、Cd+CPTIO、Cd+TU处理间幼苗生物量、氮素吸收量均无显著差异。   【结论】   品种基因型对NO信号的调节敏感度不同,高Cd 积累品种清除NO处理可以显著抑制Cd的吸收和向地上部的运转,促进幼苗的生长和对氮素的吸收利用,抑制硝酸还原酶活性处理缓解Cd胁迫促进幼苗生长的效果不稳定。而对于低Cd积累水稻品种,清除NO处理也有一定的缓解Cd吸收和向地上运转的效果,但其重要性不如基因本身的拒Cd能力。因此,Cd胁迫下,高Cd积累水稻品种采用清除NO的措施可有效缓解Cd胁迫,促进水稻的生长,但对于低Cd积累水稻品种,清除NO也可以进一步降低Cd的向上运输,但是对水稻幼苗生长和氮素利用的影响不显著。
专题综述
农作物叶片对大气沉降重金属的吸收转运和积累机制
朱臻, 杨相东, 徐章倩, 费讲驰, 彭建伟, 荣湘民, 黄颖, 杨肖娥
2021, 27(2): 332-345. doi: 10.11674/zwyf.20258
摘要:
近年来,农产品的重金属超标问题已经引起了公众的广泛关注,也是国内外学者研究的热点。要实现农产品重金属污染的有效防控,首先需要解决的就是重金属来源问题。目前已有的研究大多集中在根系对土壤中重金属的吸收机制研究,且已基本探明作物根系对重金属的吸收转运机制,包括根际离子的活化,根细胞的吸附和扩散、跨膜运输,根皮层细胞的横向运输,中柱的薄壁细胞到木质部导管的装载,木质部向地上部的转运等一系列过程。但大气沉降对农产品重金属积累的贡献及叶片的吸收、转运和积累机制尚不清楚。若能深入研究农作物叶片对重金属的吸收、转运和存储机制,从分子层面解析其关键作用过程,则可从叶面吸收的角度实现农产品重金属积累的有效阻控,为保证农产品安全提供新的思路。本研究依据已发表文献,归纳并对比了叶片和根系对重金属的吸收、转运、区隔、积累过程及其主要机制,对比两种吸收途径下重金属的迁移、转运系数及对农产品可食部位的贡献率。发现植物可通过根系和叶片两种途径吸收重金属,已有研究中叶片吸收的重金属在作物体内可食部位的迁移和转运系数大大高于根系吸收的重金属,说明大气沉降是农产品重金属积累的重要来源。叶菜和茶叶类作物,由于其食用部位本身就是叶片,根系吸收和叶片直接吸收的大气沉降重金属都会积累在叶片中。因此,未来需要加强对大气沉降的监测,并采取措施控制大气污染,源头阻断是保证农产品安全十分必要的途径。同时还需进一步探明水稻等农作物叶片吸收转运重金属的过程和重要作用机制,以及可食部位累积重金属的关键生育期。并采用分子生物学等手段控制重金属转运蛋白的合成,以及叶片细胞膜的理化性状,降低吸附重金属的活性和转运能力,为寻求有效阻控叶片吸收重金属的措施提供理论和实践指导,保证农产品的安全生产。
研究简报
减氮条件下砂壤质潮土区小麦–玉米轮作体系氨挥发特征及排放系数
吕金岭, 王小非, 骆晓声, 梁少民, 寇长林
2021, 27(2): 346-359. doi: 10.11674/zwyf.20259
摘要:
  【目的】  氮肥施用量影响农田氨挥发量和氮肥利用效率。研究减量施氮后土壤的氨挥发特征及排放系数,为科学评估化肥减施对环境的影响提供依据。  【方法】  选取华北砂壤质潮土农田,进行小麦–玉米轮作周年土壤氨挥发监测研究。试验包括不施氮磷钾化肥 (CK)、常规施氮肥 (N)、优化施肥 (OPT)、减量优化 (LOPT) 和优化加有机肥 (mOPT) 5个施肥处理。小麦季常规、优化和减量优化处理施氮量分别为315、225和135 kg/hm2,玉米季分别为330、240和150 kg/hm2。试验采用密闭海绵法,在小麦、玉米基肥和追肥后,定期取样测定不同处理的氨挥发量,并计算氨排放系数。  【结果】  不同施氮量下,供试农田玉米季土壤氨挥发总量在12.8~20.4 kg/hm2,占总施氮量的5.9%~8.5%;小麦季氨挥发总量在6.8~12.0 kg/hm2,占总施氮量的3.3%~5.0%,玉米季氨总挥发量明显高于小麦季。4个施氮处理相比,N和LOPT处理的氨排放系数较高,小麦季分别为3.8%和5.0%,玉米季分别为6.2%和8.5%,而OPT和mOPT处理的氨排放系数相对较低,小麦季分别为3.6%和3.3%,玉米季均为5.9%。除此之外,OPT和mOPT处理小麦和玉米产量显著高于N和LOPT处理(P<0.05),说明过量或过少施氮不利于砂壤质潮土作物产量的提高,适当添加有机肥不仅增产还可以降低氨挥发量。对不同施氮量进行拟合,发现潮土小麦和玉米季常规施氮量处理的氨挥发量在施肥后均呈极显著指数增加趋势 (P<0.01)。  【结论】  华北砂壤质潮土区小麦–玉米轮作体系中,玉米追肥期的氨挥发量高于基肥期,小麦基肥期的氨挥发量高于追肥期,玉米季的总氨挥发量高于小麦季。优化氮肥施用不论是否配合有机肥,均可显著降低小麦季和玉米季的氨挥发量和氨排放系数,提高两季作物的产量,而过量减施氮肥虽然减少了氨挥发量,但大大增加了氨排放系数。
新建大棚番茄有机肥替代化肥的适宜比例及效应
郑福丽, 李国生, 张柏松, 李燕, 魏建林, 谭德水
2021, 27(2): 360-368. doi: 10.11674/zwyf.20288
摘要:
  【目的】  有机肥氮替代部分化肥是实现作物高产优质、化肥增效和快速培肥土壤的重要技术途径。研究有机肥与化肥不同比例配施对新建温室中番茄产量、品质、氮肥效率和土壤理化性状的影响,以期为设施蔬菜减肥增效提供理论依据和技术支撑。  【方法】  2017和2018年在鲁西南的两个新建大棚进行了试验,供试番茄品种为‘亚特兰大’。依据当地番茄N–P2O5–K2O推荐量 (1108–955–1108),设置100%化肥 (FP) 和10%、20%、30%、40%的有机肥氮替代比例 (FM10、FM20、FM30、FM40) 处理,以不施氮肥为对照 (CK),分析了番茄果实及植株氮磷钾含量,番茄NO3-N、维生素C (Vc)、总糖、酸度以及收获后0—30 cm土壤养分含量及容重、孔隙度等物理性状指标,并计算经济效益。  【结果】  有机肥氮替代比例在10%~30%内时,番茄产量随有机肥氮替代比例的提高而提高,以FM30处理的番茄产量最高,净收益最大,比FP处理增产4.03%,增收6.9%。FM30和FM40处理的番茄果实的硝酸盐含量比FP处理均降低了21.2%左右,FM10处理的番茄Vc、总糖含量最高,随有机肥氮替代比例增加,番茄Vc、糖酸比和总糖含量降低。FM30处理的番茄氮素利用率最高,比FP处理提高了17.7%。与FP处理相比,FM30和FM40处理的土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量显著降低,土壤容重也显著降低,但土壤有机碳含量得到显著增加。  【结论】  当有机氮替代30%的化肥氮时,可以显著提高番茄产量和品质,改善土壤肥力,减少速效养分的残留。