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2021年  27卷  第6期

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2021-06期封面+目录
2021, (6): 1-5.
摘要:
长江流域中稻产量、肥料增产效应及利用率特征
王姣琳, 徐新朋, 杨兰芳, 黄晓萌, 何萍, 仇少君, 赵士诚
2021, 27(6): 919-928. doi: 10.11674/zwyf.20564
摘要:
  【目的】  探究优化施肥条件下长江流域中稻施用氮、磷和钾肥的产量反应、增产效应和利用率特征,为该区域的肥料调控、解决施肥不合理等问题,及促进水稻的肥料高效利用和清洁生产提供科学依据。  【方法】  数据来源于国际植物营养研究所于2000—2017年在我国长江流域开展的水稻田间试验及在中国知网数据库通过字段或字段组合 (水稻、水稻 + 产量及水稻 + 肥料利用率等) 检索到的此时间段内有关长江流域中稻田间试验的论文,共采集到2165组田间试验数据。试验处理包括:优化施肥处理,农民习惯施肥处理,以及在此基础上的不施氮、不施磷和不施钾肥处理,以探究长江流域各省 (市) (四川、云南、贵州、重庆、湖北、安徽、江苏、浙江和上海) 中稻在优化施肥下的可获得产量、产量反应、相对产量、农学效率和偏生产力特征。  【结果】  我国长江流域中稻优化施肥技术平均产量为9.3 t/hm2,其中安徽省的平均产量最高,为10.1 t/hm2,湖北省最低,平均为8.7 t/hm2。施用氮、磷和钾肥的平均产量反应分别为2.1、0.8和0.9 t/hm2,平均相对产量分别为0.76、0.91和0.90。优化施肥处理下氮、磷和钾肥的平均农学效率分别为11.3、11.3和9.2 kg/kg,平均偏生产力分别为49.8、126.7和92.9 kg/kg。与农民习惯施肥措施相比,优化施肥平均增产0.7 t/hm2,增幅为8.3%;氮、磷和钾肥的农学效率分别增加了4.5、5.0和3.4 kg/kg;氮肥偏生产力提高了10.0 kg/kg。  【结论】  优化施肥有效提高了长江流域中稻的产量和肥料利用率,施用氮、磷和钾肥对长江流域水稻产量的贡献率分别达到了24%、9%和10%,但各省市间存在差异性且省市内的变异较大。水稻产量高低与肥料平衡施用紧密相关,但长江流域水稻生产存在着氮肥施用过量,钾肥施用不足的现象,优化养分管理策略对提高该区域水稻产量和肥料利用率具有重要意义。
大气CO2浓度升高条件下施加生物炭对水稻生物量分配及产量的影响
张凤哲, 谢立勇, 赵洪亮, 金殿玉
2021, 27(6): 929-937. doi: 10.11674/zwyf.20529
摘要:
  【目的】  大气二氧化碳 (CO2) 浓度升高会影响作物光合作用,土壤中添加生物炭能够影响作物根系生长,但关于二者互作对作物的影响尚未有明确结论,鉴于此,我们研究了CO2浓度升高与施用生物炭两者互作对作物的影响。  【方法】  盆栽试验在北京昌平进行,供试水稻品种为吉粳88。试验共设计4个处理,常规大气CO2浓度 (CK)、常规大气CO2浓度 + 生物炭 (B)、高浓度CO2 (F)、高浓度CO2 + 生物炭 (F + B),常规大气和高浓度CO2分别为400和550 µmol/mol,生物炭添加量为20 g/kg。于水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期取样,测定株高、各器官生物量、产量构成因素。  【结果】  相较于CK,其他3个处理均提高了分蘖期、拔节期和抽穗期的水稻株高,F + B处理株高在3个时期平均分别增加了2.4%、1.3%、4.9% (P < 0.01)。相较于CK,其他3个处理均增加了水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、成熟期的单茎、叶片、根系和地上部总干重,B处理和F处理对水稻叶片、根系和地上部总干重的影响均达到极显著水平,F + B处理仅对根系干重的影响达到显著水平 (P < 0.05)。与CK相比,F + B处理的水稻根冠比在分蘖期没有显著变化,抽穗期增加了10.7%,而拔节期和成熟期分别降低了5.0%、12.7%。相较对照,常规大气CO2浓度下施生物炭 (B) 及单增CO2浓度处理 (F) 水稻穗长和千粒重增幅达到极显著水平。F + B处理水稻产量构成均表现出增加趋势,仅对千粒重的影响达到极显著水平。  【结论】  高CO2浓度有利于水稻植株地上部和地下部生长及干物质积累,但会降低结实率及最终产量;在高CO2浓度下配施生物炭不仅促进植株生长和干物质积累的效果更佳,还显著提高产量构成因素,显示出良好的互作效应。
基于GIS的河南省不同区域小麦氮磷钾推荐量与施肥配方
赵亚南, 徐霞, 孙笑梅, 闫军营, 黄玉芳, 叶优良
2021, 27(6): 938-948. doi: 10.11674/zwyf.20557
摘要:
  【目的】  河南省是我国小麦种植大省,明确河南省不同区域小麦氮、磷、钾肥推荐用量,建立施肥配方图,对于当地小麦配方肥生产与合理施肥具有重要意义。  【方法】  河南省按照地理条件划分为平原适宜区、稻麦轮作区、南部盆地区、中部丘陵区、西部山地区5个区域。本研究共收集了2829组小麦田间试验和83.71万组土壤养分数据 (1247组“3414”试验和1582组“三区示范”试验),分析了其中农民习惯施肥产量、目标产量及单位籽粒磷素需求量;根据氮肥肥效反应,计算各个区域的小麦氮肥推荐总量;根据土壤有效磷、速效钾含量与缺素区相对产量的关系,以相对产量80%、85%、90%、95%为标准,建立土壤有效磷、速效钾的丰缺指标;进一步根据“磷肥恒量监控”、“钾肥肥效反应”方法,计算各个区域的小麦磷、钾肥推荐施用量;借助ArcGIS软件,将河南省小麦氮、磷、钾肥推荐施用量图层进行叠加,换算成含量为45%的施肥配方,建立河南省不同区域的小麦施肥配方与配方图。  【结果】  河南省小麦目标产量以平原适宜区最高,为8671 kg/hm2,稻麦轮作区为5950 kg/hm2,南部盆地区为7780 kg/hm2,中部丘陵区为7590 kg/hm2,西部山区为7400 kg/hm2。各区域经济最佳施氮量拟合结果,推荐施氮量以南部盆地区最高,为178 kg/hm2,其次为平原适宜区 (170 kg/hm2),稻麦轮作区为160 kg/hm2,中部丘陵和西部山地区合并调整为150 kg/hm2。依据相对产量水平,河南省土壤有效磷极低、低、中、高、极高5个丰缺指标的值为 < 10、10~15、15~24、24~37、> 37 mg/kg,速效钾为 < 80、80~105、105~140、140~180、> 180 mg/kg。将土壤丰缺指标、校正系数与目标产量、磷需求量相结合,得到土壤有效磷由高到低5个磷肥 (P2O5) 推荐水平分别为63、75、81、95、105 kg/hm2;按照速效钾含量 < 80、80~105、105~140、140~180、> 180 mg/kg,钾肥推荐量 (K2O) 分别为73、64、58、48、43 kg/hm2。在氮磷钾推荐用量基础上,建立了8个基肥+追肥配方和9个一次性基施配方,并建立了河南不同区域的施肥配方图。在基肥+追肥配方图中全省N–P2O5–K2O 以15–19–11、16–17–12、17–16–12覆盖面积较大,在一次性基施配方图中以24–12–9和25–12–8所占的区域最大。  【结论】  河南省不同小麦种植区域的产量和土壤磷钾养分含量变异很大。氮肥推荐量依据目标产量而定,磷钾肥在目标产量需求量的基础上,结合土壤含量水平分别推荐了5个磷、钾肥水平。经校对与合并,基于小麦基追两次施肥和一次基施,分别提出了8个和9个专用肥配方。
潮土累积磷的供磷能力及其有效磷消耗特征
郭斗斗, 张珂珂, 王柏寒, 宋晓, 张水清, 岳克, 黄绍敏
2021, 27(6): 949-956. doi: 10.11674/zwyf.20490
摘要:
  【目的】  长期过量施肥极大地提升了土壤中磷的累积量。研究土壤累积磷的有效性及其消耗特征,可为发掘土壤中的磷资源,保持土壤磷肥力的可持续性提供理论基础。  【方法】  依托“国家潮土肥力与肥料效益长期监测站”26年的长期定位试验,从中选取5个磷地力水平地块,其土壤基础Olsen-P含量分别为1.2、14.3、27.6、55.4、72.3 mg/kg,依次记为L1、L2、L3、L4、L5,设置微区试验。从2016年6月开始,只施用氮、钾肥,不施磷肥,连续进行了3年6季玉米小麦轮作种植。调查6季作物产量、土壤供磷能力,分析Olsen-P的消耗量及变化规律。  【结果】  潮土磷地力水平从L1提高到L2和L3时玉米和小麦产量快速增加,超过相应磷地力水平后,继续提升磷地力水平对增产贡献不大,L1、L2、L4、L5地块6季总产量分别是L3地块的37.4%、82.8%、104.7%和102.3%。相比玉米,小麦对土壤磷的需求更高。保障小麦-玉米高产所需的年供磷 (P) 量为203.2 kg/hm2;供磷能力低的L1、L2、L3地块总供磷量分别是高产所需供磷量的19.2%、65.4%和94.9%。基础磷地力超过L3地块水平,基本可保障小麦-玉米连续6季获得较高产量的供磷能力。每生产100 kg小麦籽粒和玉米籽粒作物吸磷 (P) 量分别为0.48和0.34 kg。在小麦玉米轮作体系下,Olsen-P的季消耗速率与土壤Olsen-P含量呈极显著线性关系 (y = 0.1219x−0.1557,R2 = 0.9894**),L5、L4、L3、L2磷地力水平地块每季Olsen-P的消耗量分别为8.37、7.06、3.03、1.59 mg/kg,消耗速率符合指数下降模型Y = 69.642e–0.169x,每季消耗基础Olsen-P的15.5%。  【结论】  长期大量施用磷肥可以快速提升潮土有效磷含量至很高水平,但是土壤的磷地力产量达到一定水平后,作物产量不再提高。停止施磷肥后,土壤的有效磷水平呈指数下降,下降至农学阈值仅需约9.1季。停施磷肥后,土壤的供磷能力下降也很快,小麦产量在第二年 (第三季) 即显著降低。因此,持续合理的磷肥施用量是维持潮土适宜的磷地力水平,提高磷肥利用率的有效手段。
添加NBPT/DMPP/CP的高效稳定性尿素在黑土和褐土中的施用效应
李学红, 李东坡, 武志杰, 崔磊, 肖富容, 张可, 李永华, 郑野, 张金明, 崔永坤
2021, 27(6): 957-968. doi: 10.11674/zwyf.20599
摘要:
  【目的】  研究添加脲酶/硝化抑制剂的高效稳定性尿素在黑土和褐土中的作用效果,为科学合理选择抑制剂提供科学依据。  【方法】  以春玉米为试材,采用东北典型的黑土和褐土进行盆栽试验。供试抑制剂包括N-丁基硫代磷酰三胺 (NBPT)、3, 4-二甲基吡唑磷酸盐 (DMPP)、2-氯-6 (三氯甲基)-吡啶 (CP)。试验设不施氮肥 (U0)、施普通尿素 (U),和在尿素中添加NBPT、DMPP、CP、NBPT+DMPP、NBPT+CP、DMPP+CP,共8个处理。在玉米苗期、大喇叭口期、灌浆期、成熟期取样,测定土壤尿素态氮、NH4+-N和NO3-N含量,计算硝化抑制率,玉米抽雄吐丝后测定棒三叶叶面积和叶绿素含量,收获后测定玉米生物量、氮素含量等指标。  【结果】  1) 与普通尿素 (U) 相比,黑土上添加NBPT+DMPP、NBPT+CP处理玉米苗期土壤中NH4+-N含量分别提高1.32、0.96倍,NO3-N含量分别降低1.35、1.04倍,玉米叶面积增加,叶片叶绿素含量增高。褐土中,添加DMPP+CP处理在玉米苗期土壤NH4+-N含量提高3.09倍,NO3-N含量降低1.49倍,玉米叶绿素含量提高1.61倍,显著高于对照和单一抑制剂处理。2) 在黑土中,与普通尿素相比,添加NBPT+DMPP、NBPT+CP处理的玉米籽粒产量分别增加1.64和2.18倍;氮素表观利用率分别提高3.02和3.34倍,高于其他处理。褐土添加DMPP+CP处理的籽粒产量增加1.41倍,氮素表观利用率提高4.98倍,高于其他处理。  【结论】  在黑土中,尿素配施NBPT+DMPP、NBPT+CP可以有效抑制NH4+-N向NO3-N的转化,增加玉米氮素吸收量,提高氮肥利用率,从而获得较高的产量,是黑土栽培玉米施用氮肥的最佳选择。褐土中,DMPP+CP的硝化抑制率显著高于添加单一抑制剂,有效抑制铵态氮的硝化作用,减少氮素损失,增加玉米氮素吸收量,从而使玉米高产,因此,添加DMPP+CP是制备褐土玉米专用高效稳定性尿素的最好选择。
常规尿素掺混控释尿素一次施用对旱作春玉米产量及氮素利用的影响
张杰, 徐芳蕾, 薄其飞, 唐安, 高嘉瑞, 王永亮, 李世清, 岳善超
2021, 27(6): 969-979. doi: 10.11674/zwyf.2021045
摘要:
  【目的】  通过田间试验研究施氮量和施肥方式对旱作春玉米产量、经济效益、干物质累积量、氮素累积利用和土壤无机氮残留的影响,为春玉米高产及高效施肥提供理论支撑。  【方法】  本研究采用裂区试验,以施肥方式为主处理,包括常规尿素一次施肥 (OF)、常规尿素分次施肥 (TF) 和常规尿素掺混控释尿素一次施肥 (MF);施氮量为副处理,设0、60、120、180、240、300 kg/hm2 6个施氮水平(N0、N60、N120、N180、N240、N300)。在玉米十叶期 (V10)、吐丝期 (R1)、灌浆期 (R3)、成熟期 (R6) 分别采集植株样品,测定植株生物量,并按器官分类测定不同部位的氮含量。  【结果】  1) 3种施肥方式下,随着施氮量的增加产量逐渐增加,当施氮量达到240 kg/hm2后,产量不再显著增加。MF施氮处理的平均产量较OF和TF处理分别显著提高了5.0%和4.2%,经济效益分别提高了7.9%和25.7%。2) 增施氮肥显著增加了干物质累积量,当施氮量达到240 kg/hm2后,收获期干物质累积量不再显著增加。N240处理吐丝期和收获期的干物质累积量MF较OF分别增加了19.5%和12.5%。3) 增施氮肥显著增加了花前、花后和氮素总累积量。MF方式的N240处理氮素总累积量较OF和TF方式分别显著增加了32.7%、20.9%。4) 增施氮肥显著增加了收获期茎、叶、籽粒氮含量以及茎氮、叶氮转移量。相同施氮量下,收获期茎、叶、籽粒氮含量和茎、叶氮向籽粒的转移量都表现为MF>TF>OF,且MF方式显著高于OF方式。5) 相比OF和TF方式,MF方式显著提高了氮肥农学效率、偏生产力和表观回收率,显著降低了无机氮残留和氮表观损失。  【结论】  常规尿素掺混控释尿素一次施肥方式在施氮量为240 kg/hm2时,显著提高了春玉米的产量、经济效益、氮素累积量和肥料利用率,降低了土壤无机氮残留,为当地高产和高效施肥的最佳方式。
设施大棚黄瓜–紫甘蓝轮作体系产量和土壤氮平衡对氮素调控剂的响应
赵伟鹏, 王倩姿, 王东, 王贺鹏, 李文超, 许华森, 马文奇, 孙志梅
2021, 27(6): 980-990. doi: 10.11674/zwyf.20611
摘要:
  【目的】  研究脲酶抑制剂和硝化抑制剂对设施大棚蔬菜产量、土壤氮分布及土壤–蔬菜系统氮平衡的影响,为调控优化设施蔬菜生产中的氮素养分管理技术、减少氮素损失提供科学依据。  【方法】  供试蔬菜大棚位于河北省涿州市,种植年限8年,种植模式为黄瓜 (Cucumis sativus L.)–紫甘蓝 (Brassica oleracea L.) 轮作。试验设不施氮肥处理 (N0) 和施氮肥处理;在相同施氮量下,再设施氮不施抑制剂 (N)、配施脲酶抑制剂 (N+UI)、配施硝化抑制剂 (N+NI) 和配施脲酶抑制剂+硝化抑制剂 (N+UI+NI) 4个处理。所有处理在黄瓜定植之前基施有机肥41500 kg/hm2,除N0外,其他处理同时底施化肥N 56.3 kg/hm2。在试验开始一个月后每隔10~15天进行一次追肥,全生育期总计共施入化肥N 304 kg/hm2。紫甘蓝茬不再施用有机肥,只在定植前底施化肥N 135 kg/hm2 (N0处理除外)。测定指标包括黄瓜、紫甘蓝产量和不同生育时期土壤硝态氮含量和收获季植株含氮量,分析作物吸氮量、氮素利用效率、土壤无机氮累积量和土壤-蔬菜系统的氮素平衡状况。  【结果】  与N处理相比,N0处理黄瓜产量没有显著降低,但紫甘蓝产量显著下降了12.7 %;3个配施抑制剂处理 (N+UI、N+NI和N+UI+NI) 的黄瓜产量较N处理无显著增加,但吸氮量显著提高了7.6%~11.9%,氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮素收获指数分别显著提高34.5%~53.3%,13.5~22.5倍和1.5~3.6个百分点,其中N+UI+NI处理的农学效率和收获指数最高;3个配施抑制剂处理的紫甘蓝产量显著高于N处理,其中N+UI+NI又显著高于N+UI和N+NI,3个抑制剂处理紫甘蓝吸氮量和氮肥农学效率分别显著提高18.0%~21.4%和34.8%~68.3%。3个抑制剂处理的两茬累积氮素表观利用率和农学效率均显著高于N处理,分别显著提高了76.9%~94.2%和52.8%~98.3%,其中N+NI的累积表观氮素利用率最高,N+UI+NI农学效率最高。综合产量和氮素利用效率考虑,N+UI+NI的效果最优。配施抑制剂后,黄瓜、紫甘蓝各生育时期耕层土壤硝态氮含量显著提高,至紫甘蓝收获期,0—100 cm剖面的硝态氮累积量显著增加215.1%~275.2%,氮素盈余量显著下降15.1%~17.8%,但其氮素盈余率仍维持在35.5%~37.1%。  【结论】  由于连续的高氮投入,导致种植多年的蔬菜大棚土壤氮素供应水平较高,当季施用氮肥以及配施氮抑制剂的增产效应不明显。但在适宜的氮素肥力水平下,氮肥配施脲酶/硝化抑制剂可显著提高蔬菜产量和氮素利用效率,增加经济效益,同时显著降低土壤氮素盈余率,并将氮素有效保存在100 cm以内的土层中。然而,菜田土壤累积的大量氮素在大水漫灌时可能发生淋溶损失,因此在多年连作的土壤肥力水平较高的设施蔬菜生产中,氮肥的优化施用与调控技术仍值得进一步研究。
小麦产量及氮效率相关性状的全基因组关联分析
张鹏霞, 周秀文, 梁雪, 郭营, 赵岩, 李斯深, 孔凡美
2021, 27(6): 991-1003. doi: 10.11674/zwyf.20549
摘要:
  【目的】  探明控制产量及氮效率相关性状的稳定基因关联位点,为高产和氮素高效小麦育种及养分管理提供参考。  【方法】  采用134个小麦品种 (系) 为试验材料,依据小麦产量水平600和400 kg/hm2的需氮量设置正常氮 (T1) 和低氮 (T2) 2个处理,进行了2年田间试验,共形成4个处理环境。对小麦成熟期与产量及氮效率相关的14个性状进行了表型鉴定,采用GLM + Q一般线性模型和MLM + K + Q混合线性模型相结合的方法,利用群体差异SNP分子标记 (90K SNP芯片) 对小麦产量和氮效率相关性状进行全基因组关联分析。  【结果】  与正常氮处理相比,低氮处理条件下小麦籽粒产量、秸秆产量显著下降;所有性状的遗传力均在75%以上,其中小穗数的遗传力最高 (95.12%)。利用9329个SNP标记进行关联分析,共检测到382个SNP标记位点与供试14个性状存在显著关联(P ≤ 0.001),分布在21条染色体上。有305个 (79.84%) SNP标记位点仅在一个关联分析环境中被检测到;有77个位点在至少两种处理环境 (包含平均值环境) 中被检测到与同一性状显著关联 (稳定关联标记)。其中9个SNP标记位点在至少3个环境中被检测到。在4个环境下 (包括平均值环境) 均检测到的稳定关联位点有4个:BobWhite_c47168 _598、Kukri_c31599_1456、wsnp_CAP11_c1761_958064和Excalibur_c62826_254,分别与穗粒数、籽粒氮含量和小穗数显著关联;同时与至少3个性状显著关联的SNP标记位点共12个,分别位于2A、3A、4A、5B和7B染色体上,贡献率为11.14%~22.97%,其中,标记BobWhite_c47168_598和Kukri_c31599_1456还分别定位了两个多环境 (4种环境) 稳定位点。根据12个与多性状共同定位位点和4个多环境 (4个环境) 稳定位点关联的SNP标记位置获得稳定位点附近区域的基因 (基于LD block等方式估算的区间大小),使用NCBI中CDD工具和EnsemblPlants网站对这些基因进行基因功能注释,根据功能注释,共得到10个与产量和氮效率性状相关的候选基因。  【结论】  氮供应水平对小麦成熟期产量和氮效率相关性状均有显著影响,氮素累积量与小麦产量显著正相关。本试验中检测到的与产量及氮效率相关性状显著关联的位点中,79.84%的SNP标记位点仅在一个氮处理环境中出现,环境稳定性较差;4个位点在4个环境条件下均被检测到,环境稳定性较好;12个SNP标记位点同时与至少3个性状显著关联,涉及性状均为产量及氮效率相关性状,反映了籽粒产量与氮素效率之间的显著相关关系,也可能是同时控制这些性状的遗传热点位点。根据这些热点位点和环境稳定性好的位点筛选到10个与产量及氮效率相关性状有关候选基因,值得深入探讨。
干旱胁迫下喷施14-羟基芸苔素甾醇对冬小麦穗花发育及碳氮代谢的调控
刘北城, 张艳艳, 戎亚思, 魏永康, 段剑钊, 贺利, 王永华, 郭天财, 刘万代, 冯伟
2021, 27(6): 1004-1015. doi: 10.11674/zwyf.20584
摘要:
  【目的】  明确外源芸苔素甾醇类化合物 (brassinosteroids, BRs) 中14-羟基芸苔素甾醇 (14-hydroxylated brassinosteroid, 14-HBR) 对干旱胁迫下冬小麦穗花发育成粒的调控效果,为小麦大田生产减轻干旱胁迫危害提供技术支撑。  【方法】  以大穗型品种周麦16 (ZM16) 和多穗型品种豫麦49-198 (YM49-198) 为试验材料,试验处理包括中等干旱条件下 (0—40 cm土层相对含水量47.38%~61.91%),在小麦拔节后20天设置叶面喷施0.05 µmol/L的14-HBR (DBR) 和喷施清水对照 (DCK);拔节期正常灌水条件下 (灌水750 m3/hm2) 喷清水对照 (WCK)。调查两品种小麦幼穗可孕小花发育动态,不同器官干物质积累和碳氮代谢动态,小麦产量及其构成因素。  【结果】  两品种3个处理的每穗小花数均表现为WCK > DBR > DCK趋势,干旱胁迫下喷施14-HBR与喷施清水相比,能有效降低小花退化和败育,增加可孕小花成粒数,但其效果仍不能完全抵消中等缺水的胁迫效应。喷施14-HBR处理 6天后,两品种穗器官和非穗器官干物质重和氮素积累量、穗可溶性糖含量、穗/叶可溶性糖值、穗/非穗器官氮积累量值、穗器官的碳/氮 (C/N) 值均高于干旱对照处理,而穗/非穗器官干物质值、叶片可溶性糖含量、叶器官C/N值则均低于干旱对照处理。与干旱对照处理相比,两品种的灌水和喷施14-HBR处理均能显著提高穗粒数和产量,穗粒数增幅分别为50.69%和16.04% (ZM 16),38.98%和15.07% (YM 49-198);产量增幅分别为99.44%和28.93% (ZM 16),92.86%和26.86% (YM 49-198);喷施14-HBR处理和干旱对照处理的穗数和千粒重差异不显著。就产量三因子调控效应而言,干旱条件下喷施14-HBR主要是通过提高穗粒数进而增加产量,且对大穗型品种ZM16的增粒增产效果好于多穗型品种YM49-198。  【结论】  干旱胁迫下在小麦小花退化前外源喷施14-HBR可以促进源器官物质生产,调节穗和叶可溶性糖,穗和非穗器官干物质重及氮素的分配,降低叶的C/N值而增加穗的C/N值,增强糖和氮从叶源器官向穗库器官的转运能力,进而优化穗花发育,提高干旱耐受性。
干旱胁迫下施钾水平对油菜生长特性、籽粒品质和钾素利用的影响
朱波, 徐绮雯, 马淑敏, 刘帮艳, 段美春, 王龙昌
2021, 27(6): 1016-1026. doi: 10.11674/zwyf.20561
摘要:
  【目的】  探究长期干旱胁迫下不同施钾水平对油菜生长、籽粒品质、钾素利用的影响,旨在明确不同钾肥水平下油菜通过调节生长和营养分配应对干旱胁迫的机制,为油菜抗旱栽培提供科学依据。  【方法】  以抗旱油菜品种油研57和干旱敏感品种川油36为试验材料,采用盆栽土培试验,每盆装风干土10 kg,设置K2O施用量0、80和160 mg/kg土3个水平,并于花期开始控制土壤水分保持45%~50%最大田间持水量直至油菜收获,分别记为DK0、DK80、DK160,以施K2O 80 mg/kg土,全生育期保持65%最大田间持水量作为对照,记为CK,对比不同施钾水平下油菜生长、产量、籽粒品质和钾素利用特征的差异。  【结果】  干旱胁迫严重抑制油菜生长,与DK0处理相比,两个油菜品种在DK80和DK160处理下根干重、总根长、根表面积、干物重和籽粒产量均显著增加。干旱胁迫导致油菜品质降低,与DK0处理相比,DK80和DK160处理下油研57籽粒油酸含量显著增加且芥酸含量显著降低。干旱胁迫引起油菜叶片早衰,花期早衰落叶钾分配比例显著增加并呈DK160 > DK80 > DK0的趋势 (P < 0.05),角果皮和茎钾分配比例大幅降低并呈DK160 < DK80 < DK0 (P < 0.05) 的趋势,导致油菜钾素利用效率显著降低。与川油36相比,抗旱品种油研57根、茎和角果皮维持较高钾分配比例,表现出更高的钾素利用效率,在干旱缺钾条件下籽粒产量和油酸含量显著高于川油36。  【结论】  干旱胁迫导致油菜根系生长受抑制,叶片早衰,进而影响产量和菜籽油品质。增施钾肥可在一定程度上缓解干旱的不利影响,提高钾素在叶片中的分配率,提高油菜籽粒中油酸含量并降低芥酸含量,从而提高籽粒品质。由于干旱胁迫引起油菜叶片早衰,大量钾素随叶片脱落未被再利用导致钾素利用效率降低。
小麦根际解钾微生物与土壤钾含量、钾素利用率及根系活力的关系
邓永兴, 王文亮, 周苏玫, 詹克慧, 徐利利, 付锦州, 郭芳芳, 韩亚倩, 杨习文, 贺德先
2021, 27(6): 1027-1043. doi: 10.11674/zwyf.20545
摘要:
  【目的】  探讨肥料施用方式和施钾量对土壤不同形态钾含量及小麦根系活力的影响,以期为提高土壤钾素利用效率提供技术支持。  【方法】  2018—2020年连续两年,采用裂裂区设计,主区为肥料 (A):设20%有机肥 (鸡粪)+80%氮肥 (A1),100%氮肥 (A2) 2个水平;副区为施钾量 (B):设不施钾 (B1)、减量施钾80 kg/hm2 (B2)、常规施钾120 kg/hm2 (B3)、增施钾肥160 kg/hm2 (B4) 4个水平;副副区为小麦品种 (C):西农979 (C1)、豫农202 (C2)。分别在冬前、返青、拔节、开花、灌浆、成熟时,调查分析根际解钾微生物数量、土壤不同形态钾含量、小麦根系活力、钾素利用效率。  【结果】  联合方差分析结果表明,有机肥、施钾量、品种及年份对根际解钾微生物数量、土壤速效钾含量、小麦根系活力、钾素利用效率和产量的影响均达5%或1%显著水平。在小麦全生育期内,与单施化肥相比,有机肥和化肥配施条件下根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力显著提高,缓效钾和矿物钾含量降低;随施钾量提高,根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力、钾素利用效率提高,而施钾量过大时则有所降低;有机肥和常规施钾量配施处理的根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力较其他处理显著提高,而缓效钾和矿物钾含量降低幅度最大。有机肥和钾肥配施较单施化肥处理的钾素利用效率提高2.24%,与不施钾相比,在两年中常规施钾植株钾素利用效率提高幅度最高可达75.15%,且有机肥和常规施钾配施处理下钾素利用效率提高幅度最大达4.66%。相关分析结果表明,不同生育时期根际解钾微生物数量与小麦根系活力、土壤速效钾、缓效钾或矿物钾含量呈显著或极显著正相关。  【结论】  有机肥和化肥配施可增加土壤根际解钾微生物数量,提高土壤速效钾含量而降低缓效钾和矿物钾含量。钾肥减施条件下,采用有机无机肥配施模式有利于提高土壤钾素利用率,增强小麦根系活力,本研究条件下,黄淮平原典型麦田的施钾策略是有机无机肥配施,K2O施用量以120 kg/hm2为宜。
产酸克雷伯氏菌提高玉米幼苗耐盐碱胁迫的机理
杨丽娟, 王玉凤, 张翼飞, 付健, 于立红, 邓杰, 杨克军
2021, 27(6): 1044-1054. doi: 10.11674/zwyf.2021011
摘要:
  【目的】  研究产酸克雷伯氏菌提高盐碱土壤生物学活性的效应,深入理解其缓解作物盐碱胁迫的机理,开发适用于盐碱土壤的微生物菌肥。  【方法】  首先,诱导保存的产酸克雷伯氏菌产生可遗传的耐300 µg/L抗生素利福平的特性。然后,将产生抗性的菌种接种于LB液体培养基中,于30℃、180 r/min培养24 h,经离心、洗涤后用蒸馏水调配成1 × 108 cfu/mL的菌悬液,测定其固氮、溶磷、产铵和IAA能力,并逐步稀释制备1 × 106 cfu/mL、1 × 104 cfu/mL、1 × 102 cfu/mL菌悬液用于盆栽试验。盆栽试验用盐碱土 (pH 9.4) 采自黑龙江肇东市,供试作物为玉米,品种为郑单958。设置产酸克雷伯氏菌添加量为0、1 × 102、1 × 104、1 × 106、1 × 108 cfu/mL,施于土壤中,然后种植发芽的玉米。待玉米幼苗第二片叶展开后,测定其光合特性;幼苗生长12天后收获,调查玉米幼苗株高、根长、地上干重、地下干重,测定叶片中C、N和P含量。采用抖根法收集玉米幼苗根际土壤,测定土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。  【结果】  产酸克雷伯氏菌发酵液的总固氮量为12.8 mg/L、可溶性磷含量85.59 mg/L、IAA浓度256.57 mg/L、产氨量75.46 mg/L。产酸克雷伯氏菌在盐碱土中可以很好地定殖,并在施入土壤后的第3天达到稳定的菌体数量。在盐碱土中,随着产酸克雷伯氏菌施用水平的增加,玉米幼苗根际土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性总体呈现增加的趋势。与对照相比,施入产酸克雷伯氏菌水平为1 × 106、1 × 108 cfu/mL的处理4个酶活性增加幅度均达到显著水平,且以1 × 106 cfu/mL最适宜,相较CK脲酶活性提高62.81%、碱性磷酸酶活性提高17.74%、蔗糖酶活性提高115.5%、过氧化氢酶活性提高35.6%。与对照组相比,施用产酸克雷伯氏菌1 × 106 cfu/mL处理的植株叶片盐分离子含量显著减少,光合能力显著增强,提高玉米幼苗株高12.44%、根长22.59%、地上干重26.67%、地下干重37.78%。  【结论】  产酸克雷伯氏菌具有固氮、溶磷和分泌生长素的功能。产酸克雷伯氏菌可显著提高根际土壤酶活性,降低玉米幼苗中Na含量,提高K和Ca2+含量以及K/Na和Ca2+/Na的值,进而显著提高幼苗的光合效率,促进玉米幼苗生长,提高玉米幼苗耐盐碱能力。但是,产酸克雷伯氏菌的促生效果取决于施用量,具体田间施用浓度还需进一步试验确定。
白三叶草和鼠茅草对果园土壤微生物和线虫群落的影响差异
李青梅, 王华玲, 张玲玲, 张艳军, 赵建宁, 杨殿林, 王慧
2021, 27(6): 1055-1067. doi: 10.11674/zwyf.20622
摘要:
  【目的】  覆盖作物影响果园土壤的微生物和线虫群落,研究不同覆盖作物对土壤微生物和线虫群落的影响特征可为生态果园管理提供理论依据。  【方法】  试验于2016年在湖北十堰的猕猴桃园内进行,供试品种为美味猕猴桃 (Actinidia deliciosa),2015年定植。覆盖作物处理为白三叶草、鼠茅草,以清耕为对照 (CK)。连续进行3年试验后,于2019年采集土壤样品,测定土壤水分、全氮、硝态氮和有机碳含量,测定细菌、真菌和线虫数量,并分析微生物、线虫群落结构变化及其影响因素。  【结果】  与清耕对照相比,覆盖白三叶草显著提高了土壤含水量、硝态氮、总氮和有机碳含量,降低了土壤C/N值;覆盖鼠茅草显著提高了土壤含水量,但硝态氮、总氮和有机碳含量没有显著变化,且均显著低于白三叶草处理。覆盖白三叶草较清耕显著增加了土壤微生物总量、细菌生物量,而覆盖鼠茅草与清耕没有显著差异。覆盖白三叶草和鼠茅草均显著提高了土壤微生物Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数,但均没有改变土壤的真菌/细菌值和革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌值。土壤中线虫总量、食真菌线虫和植食线虫数量均表现为白三叶草 > 鼠茅草 > 清耕处理,并且白三叶草处理线虫数量显著高于清耕,线虫群落物种丰富度也显著高于清耕。冗余分析 (RDA) 表明,土壤含水量、总氮、有机碳含量是影响土壤微生物、线虫群落的主要环境因子。  【结论】  覆盖白三叶草和鼠茅草均影响猕猴桃园土壤的水分、养分含量和生物多样性。与种植鼠茅草相比,种植白三叶草可显著提高土壤碳、氮含量,更有利于增加果园土壤生物多样性,提高线虫数量,形成健康的微生物结构。
基于生物化学和基因组学方法的Bacillus velezensis19573-3生防潜力评价
高晓丹, 马鸣超, 曹凤明, 朱倬漪, 李俊, 姜昕
2021, 27(6): 1068-1079. doi: 10.11674/zwyf.2021108
摘要:
  【目的】  筛选具有防病促生功能的芽孢杆菌优良菌株,为植物病原菌生物防治提供生态绿色、环境友好的菌种资源。  【方法】  采用菌丝生长速率抑制法和离体叶片防效筛选拮抗多种病原菌的高效菌株,通过HPLC法检测抑菌活性物质,借助基础生物学及UPLC-MS法,测定其产生植物激素等代谢物能力水平,并初步解析其促生防病相关特性。通过Biolog系统鉴定、多序列系统进化和全基因组序列分析,明确菌株19573-3的分类地位,并对其可能产生的相关次级代谢产物基因簇进行注释分析。  【结果】  菌株19573-3对于灰霉菌、腐霉菌、疫霉菌、镰刀菌等多种病原真菌具有良好的拮抗能力,具有广谱抑菌活性,且该菌株对番茄灰霉病有显著的防效,经HPLC检测发现该菌株能够产生抑菌活性物质丰原素 (fengycin)。此外,该菌株兼具产生纤维素酶、蛋白酶和铁载体的能力,还可产生水杨酸、细胞分裂素和生长激素等与植物促生密切相关的物质。通过生理生化指标、16S rRNA与gyrA基因序列系统进化分析以及基于基因组水平的ANI分析鉴定,菌株19573-3属于贝莱斯芽孢杆菌 (Bacillus velezensis)。B. velezensis 19573-3基因组全长3990203 bp,G+C含量为46.56%,共编码基因4164个,编码区总长度占全基因组的比例90.03%,染色体上存在86个tRNA,27个rRNA和8个sRNA。利用antiSMASH预测菌株B. velezensis 19573-3基因组中可能存在合成丰原素 (fengycin)、表面活性素 (surfactin)、铁载体 (bacillibactin) 等与拮抗和促生相关的13个次级代谢产物合成基因簇。  【结论】  细菌19573-3属于Bacillus velezensis,对引起植物病害的灰霉菌、腐霉菌和疫霉菌等多种病原真菌均具有良好的拮抗能力,菌株代谢物显示了根际促生和生物防治功能。19573-3菌株由一个环状染色体构成,不含质粒,基因组全长3990203 bp,G+C含量为46.56%。在B. velezensis 19573-3基因组序列之中,注释到了一个长度为37669 bp的基因簇,包含fenA、fenB、fenC、fenD、fenE、fenF等基因,负责产生丰原素 (Fengycin),注释到了合成铁载体 (bacillibactin) 的基因簇以及与生长激素合成相关的基因ysnS和yhcX,从基因角度证实了B. velezensis 19573-3具备产生激素的能力。
专题综述
植物SPX-PHR模块在营养信号途径中的作用研究进展
孙超, 廖德华, 吴双
2021, 27(6): 1080-1090. doi: 10.11674/zwyf.2021070
摘要:
  【目的】  近几十年来,PHR和SPX蛋白作为磷信号途径中的核心调控蛋白已经得到了广泛的研究。并且随着研究的不断深入,人们发现它们在其它养分信号途径中也起着重要作用。为此,本文综述PHR与SPX蛋白在植物根系发育,养分吸收、转运与再分配中的研究进展,从而更加全面地理解SPX-PHR模块在其中的作用。  主要进展  植物PHR转录因子可以通过结合靶基因启动子的P1BS元件从而调控下游基因的转录,进而参与植物根系发育,养分吸收、转运、分配以及免疫应答。植物PHR转录因子自身在转录水平受到多种信号的调控,如生长素信号途径ARF7/19、乙烯信号途径EIN3、光信号途径FHY3、FAR1能够在转录水平上诱导PHR表达;而光信号途径中的HY5以及光敏色素因子PIF4/5则抑制PHR或其同源基因PHL的表达。进一步研究发现,SPX蛋白能够与PHR互作并抑制其转录激活能力。而SPX在转录水平和蛋白水平也受到氮、磷信号的调控。氮信号途径中NRT1.1(B)-NBIP1和磷信号途径中SDELs均能介导26S蛋白酶复合体途径降解SPX蛋白,进而释放NLP/PHR进入细胞核,激活硝酸盐和磷酸盐应答基因的表达。同时NLP/PHR进入细胞核后,还可转录激活NIGT1的表达,进一步调控硝酸盐和磷酸盐应答基因的表达。  研究展望  未来我们需要对PHR转录因子的上游调控信号进行更全面的鉴定以及展开对SPX互作蛋白的鉴定与功能研究,以期更全面的理解SPX-PHR模块在植物养分吸收中的作用机制。
研究简报
碳源类型和添加量对植烟黄壤氮素同化的影响
李青山, 王德权, 杜传印, 王大海, 管恩森, 王慎强
2021, 27(6): 1091-1103. doi: 10.11674/zwyf.2021001
摘要:
  【目的】  降低烤烟生长后期植烟土壤的氮素供应对提高烤烟烟叶质量非常重要,而微生物同化作用在调控土壤有效氮含量过程中起着重要作用,且受添加有机碳源质量和数量的影响。因此,我们研究不同有机碳源降低土壤矿质氮的效果,以及碳添加量与矿质氮降低量间的定量关系。  【方法】  供试土壤采自贵州玉米烟草轮作土壤,属于黄壤土。供试有机碳源有5种,分别为小麦秸秆、玉米秸秆、芦苇秸秆、木屑和葡萄糖。有机碳源添加量均设置4个纯碳水平,分别为0、2.0、5.0和10.0 g/kg,在室内培养开始前,每个处理添加N 0.2 g/kg (NH4NO3),培养周期为30天,期间共采集培养瓶内气体样品8次,测定CO2排放量和N2O排放量,采集土壤样品5次,分析了土壤矿质氮、有机碳和微生物量碳含量。  【结果】  与未添加碳源处理相比,添加碳源处理在培养结束时显著提高了土壤呼吸速率,CO2累积排放量增加幅度为64.8%~729.3%;并显著增加了微生物量碳含量,且微生物量碳含量与碳添加量之间呈极显著正相关。培养结束时,添加碳源处理显著降低了矿质氮含量,降低幅度分别为20.7%~55.9% (玉米秸秆)、24.4%~99.8% (小麦秸秆)、21.4%~99.7% (芦苇秸秆)、31.4%~99.9% (木屑) 和44.3%~84.8% (葡萄糖);且矿质氮降低量与碳添加量之间呈极显著正相关关系,1 g有机碳降低矿质氮的量为玉米秸秆11.4 mg、小麦秸秆20.8 mg、芦苇秸秆20.8 mg、木屑20.5 mg和葡萄糖16.1 mg。当碳添加量 ≤ 5.0 g/kg时,有机碳源的C/N值与培养结束时的矿质氮降低量之间呈极显著正相关 (P < 0.01)。添加秸秆类碳源可降低N2O排放量,比未添加碳源处理降低78.7%~96.5%,而添加葡萄糖可显著增加N2O排放量,比未添加碳源处理增加153.6%~298.6%。  【结论】  有机碳源的C/N值显著影响着其降低矿质氮含量的潜力,在一定添加范围内,向植烟土壤中添加有机碳源,矿质氮的降低量随有机碳添加量的增加而增大,而且添加秸秆类碳源还可显著减少土壤N2O的排放量,尤其以添加木屑的效果最优。
过硫酸铵配施不同形态木霉菌肥缓解苹果连作障碍
黄君霞, 张荣, 徐少卓, 相立, 陈学森, 沈向, 尹承苗, 毛志泉
2021, 27(6): 1104-1112. doi: 10.11674/zwyf.20509
摘要:
  【目的】  研究肥料形态及土壤条件对木霉菌肥改善苹果土壤连作障碍的影响,以期为缓解苹果连作障碍提供有效的理论依据和技术支持。  【方法】  试验以苹果砧木—平邑甜茶 (Malus hupehensis Rehd.) 幼苗为试材,设置4个处理:连作土 (CK)、过硫酸铵处理 (T1)、过硫酸铵加颗粒状木霉菌肥 (T2)、过硫酸铵加粉末状木霉菌肥 (T3)。通过土壤微生物高通量测序、实时荧光定量PCR等技术研究了各处理对土壤微生物群落结构和土壤有害真菌数量的影响,并对各处理的平邑甜茶幼苗生理特性 (植株生物量、根系呼吸速率、根系保护酶活性) 进行了测定。  【结果】  颗粒状与粉末状木霉菌肥不同程度地促进了平邑甜茶幼苗的生长,改善了连作土壤微生物环境,提高了根系保护酶及土壤酶活性,颗粒状菌肥的促进效果好于粉末状菌肥。与对照相比,T1处理显著提高了连作平邑甜茶幼苗的生长,T2和T3处理促进平邑甜茶幼苗生长的效果又显著高于T1处理。T1处理的土壤蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶活性显著低于对照,而T2、T3处理显著高于对照,T2处理的蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶的活性分别比对照提高45.41%、92.85%、56.32%、186.67%,T3处理分别比对照提高32.96%、83.89%、43.68%、165.56%。平邑甜茶幼苗的根系活力及根系氧化酶活性4个处理间均差异显著,由高到低的顺序为T2 > T3 > T1 > CK,T2处理的根系活力及根系氧化酶活性分别是对照的1.41和2.80倍。实时荧光定量PCR分析结果表明,T1、T2和T3处理都能优化土壤微生物环境,增加土壤细菌数量,降低土壤有害真菌腐皮镰孢菌 (Fusarium solani) 数量,T2与T3处理土壤细菌分别是对照的2.18、2.55倍,放线菌数量分别是对照的1.71、1.53倍。土壤高通量测序检测数据显示,相较于连作对照,T2处理木霉属相对丰度明显增加58.8%,链格孢属相对丰度显著下降92.87%,T3处理的镰孢属相对丰度与连作对照相比降低了64.18%。  【结论】  在过硫酸铵处理的连作土壤上施用木霉菌肥,可进一步提高土壤中细菌数量,降低有害真菌数量,优化土壤微生物环境,提高平邑甜茶幼苗的根系活力和植株生长。过硫酸铵联用颗粒状木霉菌肥的效果优于联用粉末状木霉菌肥。