• ISSN 1008-505X
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2021年  27卷  第9期

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2021-09期封面+目录
2021, 27(9): 1-5.
摘要:
我国有机肥原料及商品有机肥中四环素类抗生素的检出率及含量
杨威, 狄彩霞, 李季, 田有国, 史凯丽, 赵迪, 王甲辰, 谭启玲
2021, 27(9): 1487-1495. doi: 10.11674/zwyf.2021061
摘要:
  【目的】  畜禽粪便等有机肥是抗生素污染农田土壤的重要源头之一。本研究通过调查分析我国有机肥原料及商品有机肥中四环素类抗生素的检出率及含量,为有机肥的安全施用提供依据。  【方法】  在全国采集有机肥生产的主要原料和辅料样品180个及商品有机肥样品244个,进行土霉素 (OTC)、四环素 (TTC)、金霉素 (CTC) 和强力霉素 (DXC) 4种四环素类抗生素 (TCs) 的分析。  【结果】  4种抗生素的总检出率为24.29%,其中有机肥原料和商品有机肥中的检出率分别为35.00%和16.39%,商品有机肥检出率低于有机肥原料。总样品数中检出1~2种抗生素的样品占80.58%,其中商品有机肥中占92.50%,有机肥原料中占73.02%。4种TCs含量由大到小顺序为CTC (22.11 mg/kg) > OTC (2.49 mg/kg) >TTC (1.74 mg/kg) >DXC (0.71 mg/kg),检出率由大到小顺序为OTC (14.39%) > DXC (11.08%) > CTC (8.96%) > TTC (6.13%)。有机肥原料中4种TCs的检出率由大到小顺序为猪粪 (83.33%) > 鸡粪 (66.67%) >牛粪 (30.77%) >羊粪 (24.42%),在鸭粪、菇渣、油渣 (枯饼)、酵母渣及骨粉中也有检出,说明TCs除了在畜牧养殖业中运用普遍,目前已延伸到蘑菇种植、动物源食品业的下脚料等。羊粪中CTC、TTC及OTC含量较高,猪粪和牛粪中CTC和OTC含量较高。商品有机肥中TCs的去除率分别为OTC (77.81%) >CTC (75.02%) >TTC (72.84%) >DXC (62.80%)。内蒙古和甘肃是4种TCs检出率及含量都最高的地区。  【结论】  有机肥原料和商品有机肥4种常用四环素类抗生素的检出率分别为35.00%和16.39%,总检出率为24.29%,商品有机肥的检出率低于生产原料。抗生素在鸡粪和猪粪及其制备的商品有机肥中的检出率高于其他原料。有机肥的堆肥化过程能去除畜禽粪便原料4种TCs的62.80%~77.81%,去除率由大到小顺序为OTC >CTC>TTC>DXC。
新型肥料对全球三大粮食作物产量和土壤生物学活性影响的Meta分析
郝胜磊, 蔡廷瑶, 冯小杰, 油伦成, 杨雪, 黄成东, 陈永亮, 崔振岭
2021, 27(9): 1496-1505. doi: 10.11674/zwyf.2021062
摘要:
  【目的】  随着近年来农业发展方式从资源消耗型向绿色生态型的转变,发展绿色新型肥料成为一大热门。已有研究大多关注新型肥料对三大粮食作物 (小麦、玉米和水稻) 产量、氮吸收和氮利用效率的影响,但关于新型肥料对土壤生物学活性影响的系统研究相对较少。本研究旨在整合已有的研究结果,定量分析新型肥料对三大作物产量和土壤生物学活性的影响,进而为加快新型肥料的研发与推广提供科学依据。  【方法】  本研究数据来源于“中国知网 (CNKI) ”及“Web of Science”数据库,以“小麦”、“玉米”、“水稻”、“产量”、“微生物量”、“酶活性”、“新型肥料”为主要关键词检索相关的田间试验文献,共筛选出文献29篇,包含32个独立试验,共545组数据。以施用传统化学肥料为对照组,施用新型肥料为试验组,采用Meta分析的方法,整合分析施用新型肥料对作物产量、土壤微生物量及酶活性的影响。  【结果】  与施用传统化学肥料相比,施用新型肥料显著提高三大作物产量、地上部吸氮量和氮肥利用效率,分别提高8.4%、9.9%和36.8%。施用新型肥料显著增加土壤微生物量氮 (14.6%),但对土壤微生物量碳无显著影响。施用新型肥料显著提高了土壤磷代谢酶活性 (8.6%) 和氧化相关酶活性 (5.7%),但对土壤碳代谢酶活性和氮代谢酶活性无显著影响。  【结论】  施用新型肥料提高了三大作物产量、地上部吸氮量和氮肥利用效率,同时增加了土壤微生物量氮、土壤磷代谢酶活性和氧化相关酶活性,提高了农田生态系统土壤生物学活性。
施硅提高玉米抗蚜性的组成型和诱导型生理代谢机制
戚秀秀, 刘艺凝, 魏畅, 王祎, 姜瑛, 韩燕来
2021, 27(9): 1506-1522. doi: 10.11674/zwyf.2021086
摘要:
  【目的】  禾谷缢管蚜 (Rhopalosiphum padi) 是危害玉米的主要害虫之一,其生长繁殖严重影响了玉米的产量和品质。分析施硅 (Si) 诱导玉米植株对蚜虫的抗性对玉米正常生长尤为重要。本研究从玉米抗氧化系统、次生代谢和信号传导途径3个方面,探究了施硅提高玉米抗蚜性的生理代谢机制。  【方法】  采用玉米水培试验方法,共设置4个处理:不施硅不接蚜虫 (–Si–A)、不施硅接蚜虫 (–Si+A)、施硅不接蚜虫 (+Si–A)、施硅接蚜虫 (+Si+A)。分别于蚜虫侵染后48、60、72、96、120 h,调查玉米植株蚜虫密度,并取样分析玉米植株抗氧化系统 (CAT、SOD、H2O2和MDA)、次生代谢 (PAL、PPO、LOX和木质素含量) 和信号传导物质 (JA、SA) 含量,以未接虫玉米3个系统中的相关成分含量为组成型抗性,以接虫前后各成分含量的差值为诱导型抗性,讨论了硅对玉米抗蚜组成型和诱导型抗性的影响。  【结果】  随着蚜虫侵染后时间的延长,蚜虫密度增加,与侵染后48 h相比,在–Si处理下,侵染后60~120 h时蚜虫数量显著增加了12.50%~40.18%;+Si处理下,侵染后60~120 h蚜虫数量显著增加了12.36%~49.44%;在侵染后48~120 h相同时间点下,与不施硅处理相比,施硅处理的蚜虫种群密度显著降低了15.29%~20.64%。整个培养时间内,与不施硅处理相比,施硅处理的玉米抗氧化系统中组成型CAT、SOD活性均显著提高,组成型H2O2、MDA含量分别降低了4.41%~15.35%、5.35%~17.95%,诱导型CAT活性显著增加 (除侵染后72 h外),诱导型SOD活性显著降低,诱导型H2O2含量先提高后降低;施硅处理显著提高了次生代谢中组成型PAL、LOX和PPO活性、木质素含量,降低了诱导型PPO活性、木质素含量,诱导型PAL活性表现为先提高后降低,诱导型LOX活性表现为先降低后升高随后又降低;施硅处理显著提高了信号传导中组成型JA、SA含量,增加了诱导型SA含量43.77%~117.48%,降低了诱导型JA含量。同一时间点,无论是否施硅,组成型CAT、SOD活性、H2O2和MDA含量、PAL、LOX和PPO活性、木质素、JA和SA含量均显著高于诱导型。PCA与相关性分析结果表明,组成型和诱导型CAT、SOD活性和诱导型H2O2、SA含量为体现玉米抗蚜虫的组成型和诱导型抗性的较优指标。  【结论】  施硅可显著降低蚜虫的密度,并显著提高玉米抗氧化系统、次生代谢和信号传导途径各物质的组成型与诱导型抗性,因此,施用硅肥为玉米田间蚜虫的生态调控提供了理论基础和科学依据。
小麦开花期适量灌溉提高水氮利用效率减少土壤硝态氮淋洗的机理
唐兴旺, 石玉, 于振文, 张永丽
2021, 27(9): 1523-1533. doi: 10.11674/zwyf.2021042
摘要:
  【目的】  探究开花期土壤水分含量对小麦植株氮素积累转移、土壤硝态氮含量、小麦产量及氮素利用率的影响,为小麦氮素高效利用及节水高产栽培提供理论依据。  【方法】  于2018—2019和2019—2020年两个小麦生长季,在大田条件下,供试品种为济麦22,在开花期设置3个水分处理:不灌水 (W0)、将0—40 cm土层土壤相对含水量补灌至70% (W1) 和85% (W2)。测定了小麦开花期和成熟期氮素的积累和转运、小麦产量及氮素利用率,并对小麦成熟期0—200 cm土层土壤硝态氮含量进行分析。  【结果】  1) W1处理中,两个小麦生长季开花期营养器官贮存氮素转移量比W0和W2处理平均提高11.63%和7.27%,氮素转移率分别增加9.49%和6.11%;成熟期籽粒氮素分配量平均提高22.5%和12.9%,但叶片和穗轴+颖壳中的氮素分配量显著低于W0和W2处理,因而提高了氮素收获指数。2) 补灌至70% (W1) 处理降低了60—120 cm土层土壤硝态氮含量,小麦氮素吸收量比W0和W2处理平均提高11.4%和6.5%,土壤氮素表观盈余量平均降低51.0%和40.9%,W1处理减少硝态氮向深层土壤淋溶的风险,降低了0—200 cm土层土壤中无机氮的残留量和土壤氮素表观盈余量,有利于小麦根系对土壤氮素的吸收利用。3) W1处理的小麦千粒重比W0和W2处理平均增加11.0%和5.4%,籽粒产量提高25.9%和11.8%,水分利用效率平均提高17.0%和12.7%,氮素吸收效率提高了11.4%和6.5%,氮素利用效率增加了13.0%和4.9%。  【结论】  在小麦开花期,将0—40 cm土层土壤相对含水量补灌至70%,可以显著提高小麦灌浆中后期营养器官贮存氮素向籽粒的转移量和转移率,提高小麦成熟期籽粒中氮素的积累量和分配率,进而提高了产量、氮素收获指数、氮素利用率和水分利用效率,同时降低了60—120 cm土层土壤硝态氮含量,因而减少了环境风险。灌溉过量导致硝态氮过多向下移动,影响根系吸收,水分不足则降低氮素向籽粒的运转。
中、高产型小麦干物质和氮素累积转运对水氮的响应
吕广德, 亓晓蕾, 张继波, 牟秋焕, 吴科, 钱兆国
2021, 27(9): 1534-1547. doi: 10.11674/zwyf.2021043
摘要:
  【目的】  研究产量高低差异明显的小麦品种干物质和氮素积累转运对水氮响应的差异,为以产量为目标的小麦优化水氮运筹提供参考。  【方法】  于2016—2018年,以中产型品种‘泰科麦33’和高产型品种‘济麦22’为供试材料进行了两因素三水平完全方案田间试验。两因素为灌水量和氮肥用量,3个灌溉水平为300、450和600 m3/hm2,依次表示为W1、W2、W3;3个施氮量为135、180和225 kg/hm2,依次表示为N1、N2、N3。测定小麦关键生育期氮素和干物质积累量,在成熟期调查了产量和产量构成因素。  【结果】  两个品种小麦水氮互作效应对穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量和氮肥偏生产力影响显著,中产型品种的产量对水氮的响应顺序表现为W2 > W3 > W1、N2 > N3 > N1;高产型品种的产量对水氮的响应顺序表现为W3 > W2 > W1、N2 > N3 > N1。高产和中产品种产量对氮素的反应一致,高产品种比中产品种对水分的要求更高。品种特性及其水氮互作效应显著影响小麦开花期和成熟期干物质积累量。籽粒产量与花前干物质对籽粒的贡献率呈线性负相关,与开花后干物质对籽粒贡献率呈线性正相关,表明开花后干物质是籽粒干物质的主要来源。品种及其水氮互作效应均显著影响小麦开花期和成熟期氮素的积累量。籽粒产量与花前氮素积累量对籽粒的贡献率呈线性正相关,与开花后氮素积累对籽粒贡献率呈线性负相关,表明花前氮素积累是籽粒氮素的主要来源。在显著相关的性状中,生物量、开花后干物质输入籽粒量、开花后干物质对籽粒的贡献率之间呈显著正相关;花前氮素积累量、总氮素积累量、花前氮素转运量、开花后氮素输入籽粒量、花前氮素积累量对籽粒的贡献率以及氮素收获指数之间显著正相关。  【结论】  水、氮及其互作效应显著影响小麦穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量、氮素偏生产力、花前干物质积累量、成熟期干物质积累量、开花后干物质输入籽粒量、花前氮素积累量、成熟期氮素积累量、花前氮素转运量等性状。不适宜的灌水量和氮肥施用量会促进花前干物质向籽粒的过度运转,不利于形成高产。中、高产型小麦籽粒产量对氮素的响应均表现为为N2 > N3 > N1,但对灌溉量的响应不同,中产型品种适宜的灌水量为450 m3/hm2,高产型品种适宜的灌水量以600 m3/hm2较为理想。
关中平原夏玉米临界磷浓度稀释曲线构建与磷营养诊断
刘苗, 刘朋召, 师祖姣, 王小利, 王瑞, 李军
2021, 27(9): 1548-1559. doi: 10.11674/zwyf.2021065
摘要:
  【目的】  通过分析不同施磷水平下夏玉米地上部生物量与其植株磷浓度的变化关系,构建临界磷浓度稀释曲线模型,为夏玉米磷素优化管理及磷营养诊断提供理论基础。  【方法】  2019—2020年在陕西关中平原,以两个玉米品种郑单958和豫玉22为试验材料进行田间定位试验。共设4个施磷量处理 (P2O5):0、60、120、180 kg/hm2。在夏玉米拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期进行地上部取样,分析夏玉米地上部干物质量、全磷含量以及产量。利用2019年试验数据构建夏玉米临界磷浓度稀释曲线模型和磷素营养指数,利用2020年数据对模型进行验证。  【结果】  增施磷肥能显著提高夏玉米产量、地上部生物量和植株磷浓度,两个品种之间没有显著差异。随施磷水平的提高,夏玉米产量表现为先增加后减少,P120处理可获得最高产量,产量效应方程显示两年两个品种夏玉米平均理论最高产量对应的施磷量为110.2 kg/hm2。由产量构成要素看出,施磷对穗数没有显著影响,但能显著提高穗粒数和百粒重,且施磷对玉米穗粒数的影响大于对百粒重的影响。地上部生物量表现为P0<P60<P180<P120处理,但P180与P120处理间差异不显著。玉米植株磷浓度均随施磷水平的提高而增加,并随生育进程的推进和地上部生物量的增加而降低。根据2019年地上部干物质重与其磷浓度变化关系构建夏玉米临界磷浓度 (Pc) 变化曲线:Pc = 8.11DM−0.22 (R2 = 0.886)。模型拟合的植株磷浓度和2020年玉米实际磷浓度线性相关,稀释曲线模型的RMSEn-RMSE分别为1.146和18.23%,说明模型具有较好的稳定性。基于临界磷浓度稀释曲线计算磷营养指数 (PNI),各生育时期PNI值随磷肥用量增加而增大,随生育进程推进呈现先升高后降低趋势。PNI与相对吸磷量 (RPupt)、相对地上部生物量 (RDW) 和相对产量 (RY) 均呈极显著相关。  【结论】  本研究建立的夏玉米临界磷浓度稀释曲线和磷营养指数 (PNI)模型能够很好地预测植株不同生育时期的磷素盈亏状况,对指导夏玉米生长季磷素营养诊断及最佳磷肥施用量具有可行性。
不同氮肥减施量下玉米针叶豌豆间作体系的产量及效益
卢秉林, 车宗贤, 包兴国, 张久东, 曹卫东, 吴科生, 杨蕊菊, 崔恒
2021, 27(9): 1560-1570. doi: 10.11674/zwyf.2021075
摘要:
  【目的】  通过探讨河西绿洲灌区氮肥减施对玉米针叶豌豆间作体系产量及肥料贡献率的影响,为玉米针叶豌豆间作体系氮素资源高效管理提供理论依据。  【方法】  研究基于2011年设置在武威绿洲灌区的玉米间作针叶豌豆长期田间定位试验。不施肥和习惯施肥 (N100) 处理为单作玉米,施用习惯氮肥量95%、90%、85%、80%和0%处理为玉米间作针叶豌豆。调查了2014—2019年玉米针叶豌豆间作体系产量、产量构成要素、经济效益、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和氮肥肥料贡献率。  【结果】  玉米针叶豌豆间作种植具有明显的增产优势,而且这种增产优势随种植年限的延长呈增加趋势。在85%常规氮肥用量条件下,玉米籽粒产量与N100基本相当,差异不显著,虽然玉米株高和茎粗会受到明显抑制,穗位和穗位比下降明显,但是成穗数、穗粒数和百粒重却无明显变化,同时因为增收了1419 kg/hm2针叶豌豆干草和1637 kg/hm2针叶豌豆籽粒,合计收益增加3813元/hm2,增幅明显,而且氮肥偏生产力和氮肥农学利用率显著提高,氮肥肥料贡献率除2019年显著降低外,其余年份无明显变化。在80%常规氮肥用量条件下,玉米籽粒产量显著降低,降幅达8.77%,但是同样因为可以增收1438 kg/hm2针叶豌豆干草和1569 kg/hm2针叶豌豆籽粒,合计收益增加2098元/hm2,增幅明显,氮肥偏生产力显著提高,增幅达14.04%,氮肥农学利用率无明显变化,但是玉米的成穗数、穗粒数、百粒重、株高、茎粗、穗位、穗长、穗粗、氮肥肥料贡献率等降幅均达到显著水平。  【结论】  在河西绿洲灌区,长期进行玉米间作针叶豌豆,在玉米季减少15%的化学氮肥施用量不会造成玉米减产,由于同时收获了针叶豌豆干草和籽粒,整个体系收益提高,氮肥效率显著增加。在玉米季减少20%的化学氮肥施用量虽然会造成玉米减产,氮肥肥料贡献率下降,但是同样因为增收了针叶豌豆干草和籽粒,整个体系收益提高,氮肥偏生产力显著增加。
玉米–绿肥轮作体系下光叶紫花苕的氮肥替代和土壤肥力提升效应
陈检锋, 梁海, 王伟, 陈华, 尹梅, 王志远, 刘俊, 陈军, 高嵩涓, 曹卫东, 付利波
2021, 27(9): 1571-1580. doi: 10.11674/zwyf.2021068
摘要:
  【目的】  研究光叶紫花苕 (Vicia villosa Roth var. glabrescens)不同 翻压量对玉米生长及土壤性状的影响,明确绿肥的养分供应潜力,为玉米–绿肥轮作系统中的化肥减施提供科学依据。  【方法】  于2018和2019年在云南省嵩明县开展玉米 (黑糯1号) 田间试验,共设5个处理:冬闲 (CK);不施氮肥但翻压绿肥光叶紫花苕15000 kg/hm2 (G1)、30000 kg/hm2 (G2)、45000 kg/hm2 (G3);冬闲+常规氮肥N 270 kg/hm2 (FN)。光叶紫花苕冬季种植,在玉米播种前翻压。在玉米收获期,测定玉米地上部氮、磷、钾含量和积累量,测定产量和产量构成因素,同时测定土壤全量和速效氮磷钾含量、pH和有机质含量。  【结果】  2018年各绿肥处理G1、G2、G3的玉米产量分别相当于FN处理的78.14%、88.88%及92.86%,2019年G1、G2、G3处理的产量水平相当于FN处理的98.92%、104.22%和113.91%,相较第一年,次年各绿肥处理产量水平有较大幅度增长;2018和2019年各绿肥处理株高、穗位高、秃穗长及单穗重等相较于FN多无显著差异;2018年FN处理籽粒氮含量显著高于其他各处理,秸秆氮含量显著高于CK和G1处理。2019年G3处理地上部氮积累量比FN、G1处理分别显著提高42.02%、33.91%。2018年玉米FN处理地上部磷积累量显著高于CK和G1处理,钾积累量各施肥处理间无显著差异。2019年,4个施肥处理间磷积累量无显著差异,3个绿肥处理的钾积累量均显著高于FN处理;2018年各处理土壤养分含量无显著差异,2019年随绿肥翻压量的增加土壤碱解氮、速效钾、全氮及有机质含量等显著增加,即土壤培肥效果随绿肥应用年限增加有所提升;聚合增强树分析表明,土壤全氮及单穗重对玉米产量的贡献率最大,均为20.89%。  【结论】  无需施用氮肥,第一年翻压高量光叶紫花苕,第二年翻压常量光叶紫花苕即可为玉米提供与常量氮肥相当的氮素养分,获得相近甚至更高的玉米产量。连续两年翻压绿肥后,土壤速效及全量氮、钾及有机质含量均有显著的提升效果。
减氮配施抑制剂及鸡粪提高尿素氮在稻田土壤中的转化及利用
于春晓, 张丽莉, 杨立杰, 武开阔, 李文涛, 宋玉超, 李东坡, 武志杰
2021, 27(9): 1581-1591. doi: 10.11674/zwyf.2021005
摘要:
  【目的】  探究氮肥减量配施氮肥抑制剂和鸡粪的情况下土壤及肥料氮素供应和利用状况,及其对土壤肥力和水稻产量的影响,为我国东北地区水稻生产中提高氮肥利用效率、实现节肥增效提供理论基础。  【方法】  采用15N同位素示踪技术,盆栽试验设不施氮肥处理 (CK)、常规氮肥 (15N示踪尿素) 处理 (N)、80%尿素氮+20%鸡粪氮处理 (NM)、80%尿素氮+抑制剂处理 (NI)、80%尿素氮+抑制剂+20%鸡粪氮处理 (NIM)。测定不同生长时期来自于土壤及肥料中的铵态氮、微生物量氮含量及植株含氮量,收获时测定水稻产量。  【结果】  1) NI处理在土壤及肥料来源的铵态氮供应能力方面与N处理相当,抑制剂添加对氮肥减施有一定的补偿作用。在分蘖期和灌浆期,NM处理供氮能力优于无机氮肥处理。NIM处理在铵态氮和硝态氮供应能力方面效果最好。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期和灌浆期土壤铵态氮含量分别提高了19.2%、66.3%和36.5%,硝态氮含量分别提高了13.9%、12.7%和17.3%,15NH4+-N含量在分蘖期增加了14.59 mg/kg。2) 无机氮肥处理 (N、NI) 对土壤微生物量碳含量无显著影响,但添加鸡粪处理 (NM、NIM) 显著提高了返青期和灌浆期土壤微生物量氮含量 (P < 0.05)。与N处理相比,NIM处理在水稻返青期、分蘖期、灌浆期和成熟期土壤微生物量碳含量分别提高了32.61%、29.23%、53.46%和2.85%,微生物量氮含量分别提高了147.98%、22.97%、133.33%和24.63%,15N-微生物量氮含量在分蘖期增加了约22.56 mg/kg。3) 抑制剂及鸡粪添加均提高了水稻产量和生物量,NIM处理的水稻生物量、产量和吸氮量较N处理分别提高了83.59%、124.18%和46.66% (P < 0.05),土壤中肥料氮的残留量显著增加了56.48%,肥料氮的损失减少了约78.7%。NIM处理的氮素吸收利用率、氮肥农学效率等显著高于其他处理,抑制剂与鸡粪在提高肥料氮素利用率方面存在显著交互作用。  【结论】  在我国北方棕壤水稻土上,在尿素中添加抑制剂 (1%PPD+1%NBPT+2%DMPP) 或者用鸡粪替代20%的尿素均能改善土壤氮素供应,氮肥减量20%配施抑制剂和鸡粪不仅不会减产,还会在提高水稻产量的同时提高肥料利用率。从肥料氮释放及水稻吸收利用的角度综合考量,减少20%尿素投入,添加氮肥抑制剂,以及添加氮肥抑制剂的同时,用鸡粪替代20%的尿素的效果较好。
黄土高原生物结皮对土壤养分的表层聚集与吸附固持效应
王芳芳, 肖波, 李胜龙, 孙福海
2021, 27(9): 1592-1602. doi: 10.11674/zwyf.2021055
摘要:
  【目的】  生物结皮的广泛发育可显著影响表层土壤养分状况,在土壤养分积累和循环中发挥重要作用。通过淋溶实验和吸附试验研究其作用效果和机制。  【方法】  以黄土高原质地不同的风沙土和黄绵土为对象,分别选取有生物结皮覆盖和无结皮覆盖的地块,分析生物结皮层、结皮层下0—2、2—5和5—10 cm土层土壤的有机质、全碳、全氮、全磷含量,研究生物结皮对土壤养分含量的影响及其随土壤深度的变化规律。以Cl、K+、Ca2+为示踪离子开展土壤淋溶实验,分析其淋出土壤的特征;淋溶实验结束后,测定包括结皮层在内的各土层离子吸附解析量。  【结果】  1) 生物结皮层 (约2 cm厚) 养分含量是无结皮土壤的0.43~10.51倍。生物结皮覆盖下0—10 cm土壤的养分含量均高于对应深度的无结皮土壤,有机质、全碳、全氮、全磷含量比无结皮土壤增加了1.4%~184.9%。2) 生物结皮层的养分含量比其下层土壤提高了38.2%~557.1%,而无结皮的表层 (0—2 cm) 土壤养分含量仅比其下层土壤提高了13.4%~213.9%,这表明生物结皮增强了土壤养分的表层聚集。3) 生物结皮覆盖土壤中添加的养分在相同条件下相较于无结皮土壤更难以淋出;除易淋溶的Cl全部淋出外,K+和Ca2+未被全部淋出,且在生物结皮覆盖土壤中的累积淋出量比无结皮土壤低21.9%~47.4%。淋溶实验结束后结皮层的Cl、K+、Ca2+含量均显著高于无结皮 (8.8%~340.4%) 和结皮下层土壤 (14.5%~62.7%)。4) 生物结皮显著增加了土壤对Cl、K+、Ca2+的吸附量,其增加幅度为27.8%~118.1%,且生物结皮层对不同离子吸附能力的强弱依次为Ca2+>K+>Cl  【结论】  与无结皮土壤相比,生物结皮能够增加土壤养分含量并促进土壤养分的表层聚集,同时提升土壤对养分的吸附与固持能力,因而有利于退化贫瘠土壤的养分积累,在干旱和半干旱地区土壤肥力提升与生态环境改善方面发挥着至关重要的作用。
磷肥用量对马铃薯淀粉理化性质及产量的影响
程瑶, 孙磊, 原琳, 聂鑫
2021, 27(9): 1603-1613. doi: 10.11674/zwyf.2021110
摘要:
  【目的】  研究不同磷肥用量对马铃薯淀粉理化性质及产量的影响,为不同用途马铃薯的磷肥科学管理提供参考。  【方法】  以早熟马铃薯‘尤金’和中晚熟马铃薯‘克新13号’为供试品种,在黑龙江省开展了两年田间试验。分别设置P2O5 用量为0 (CK)、45 (低磷 Low P, LP)、90 (中磷 Middle P, MP) 和135 (高磷 High P, HP) kg/hm2 4个处理,测定了收获后马铃薯淀粉的部分理化性质、淀粉产量等指标。  【结果】  两年平均结果表明,与CK相比,增施磷肥可降低马铃薯直链淀粉含量,‘尤金’降幅为3.19%~5.14%,‘克新13号’降幅为2.97%~9.05%,其中HP处理与CK差异显著 (P < 0.05,2019年‘尤金’除外)。随着磷肥用量的增加,淀粉的透明度和膨胀度提高,溶解度降低。与CK相比,‘尤金’HP处理的淀粉透明度提高15.00% (P < 0.05),膨胀度提高3.94%,溶解度降低12.23% (P < 0.05);‘克新13号’HP处理的淀粉透明度提高25.74% (P < 0.05),膨胀度提高7.90% (P < 0.05),溶解度降低21.84% (P < 0.05)。‘尤金’淀粉颗粒的中位径 (D50) 在MP处理最高,较CK增加11.58% (P < 0.05);‘克新13号’淀粉颗粒的中位径 (D50) 随施磷量的增加而降低,HP处理较CK降低5.02% (P < 0.05),但‘克新13号’的中位径明显高于‘尤金’。‘尤金’的MP处理淀粉产量较CK平均增加31.36% (P < 0.05),‘克新13号’的HP处理淀粉产量较CK平均增加29.66% (P < 0.05)。  【结论】  适量增施磷肥有助于提高马铃薯块茎的干物质含量及产量,从而提高马铃薯淀粉的产量。适量的磷肥还可降低马铃薯直链淀粉含量,增加支链淀粉含量,提高淀粉的透明度和膨胀度,提高淀粉的品质。在本研究条件下,综合磷对马铃薯淀粉理化性质和产量的影响,‘尤金’的P2O5适宜用量为90 kg/hm2,‘克新13号’的P2O5 适宜用量为135 kg/hm2
锌与磷肥混合方式对土壤中磷、锌有效性的影响
赵丽芳, 袁亮, 张水勤, 赵秉强, 林治安, 熊启中, 李燕婷
2021, 27(9): 1614-1626. doi: 10.11674/zwyf.2021107
摘要:
  【目的】  研究了锌与磷肥分别以物理混合和反应混合的方式结合后施用对土壤中锌、磷有效性的影响,为磷肥与锌肥的科学配施及高效利用提供科学依据。  【方法】  将锌肥 (ZnSO4·7H2O) 分别按0.5%和5%的质量比与磷酸氢二钾进行物理混合 (P+Zn) 和反应混合 (PZn) 后,制备含锌磷肥分别为P+Zn0.5、P+Zn5、PZn0.5和PZn5。利用X射线光电子能谱 (XPS) 和核磁共振波谱 (NMR) 分析锌与磷肥以不同方式结合对磷、锌化学结构和形态的影响;利用土壤培养试验,研究锌与磷肥以不同方式结合后施用对土壤有效锌和有效磷含量、土壤碱性磷酸酶活性及土壤pH的影响。试验设置8个处理:1) 不施任何肥料 (CK对照);2) 施用普通磷肥 (P);3)单施ZnSO4·7H2O 0.28 mg/kg (Zn0.5);4) 单施ZnSO4·7H2O 2.81 mg/kg (Zn5);5) 施用含锌磷肥P+Zn0.5 (P+Zn0.5);6) 施用含锌磷肥P+Zn5 (P+Zn5);7) 施用含锌磷肥PZn0.5 (PZn0.5);8) 施用含锌磷肥PZn5 (PZn5)。其中,处理2)、5)、6)、7) 和8) 的磷用量相同,处理3)、5) 和7) 的锌用量相同,处理4)、6) 和8) 的锌用量相同。  【结果】  1) 与单施锌肥相比,锌与磷肥以物理混合 (P+Zn) 和反应混合 (PZn) 两种方式结合后施用均可提高土壤有效锌含量,4种含锌磷肥 (P+Zn0.5、P+Zn5、PZn0.5、PZn5) 分别使土壤有效锌含量提高了2.90%、12.17%、24.64%和10.86%,同样含锌量下反应制备的含锌磷肥 (PZn0.5、PZn5) 的效果比物理混合 (P+Zn0.5、P+Zn5) 的显著高出21.13%、7.37%。与PZn5处理相比,PZn0.5处理的土壤锌固定率可降低10.49个百分点。2) 土壤培养60天时,PZn0.5和PZn5处理的土壤有效磷含量较普通磷肥分别提高5.76%和5.70%,P+Zn0.5、PZn0.5和PZn5处理的土壤磷固定率分别降低了3.33、2.74和0.57个百分点。3) 在培养初始期,PZn0.5、PZn5处理可提高土壤碱性磷酸酶活性,以PZn0.5处理的效果好于PZn5处理,培养后期PZn0.5、PZn5处理可降低土壤pH,PZn0.5处理的降幅大于PZn5处理。  【结论】  施用物理混合或反应混合制备的含锌磷肥均可减少土壤对锌的固定,由于反应生成的含锌磷肥可降低土壤pH,其减少锌固定的效果优于物理混合,而且还可减少磷在土壤中的固定。以添加0.5%的硫酸锌反应制备的磷肥效果更好。
绿肥腐解液中有机酸组成对铝磷和铁磷活化能力的影响
顾炽明, 李越, 李银水, 谢立华, 沈欣杰, 李小勇, 秦璐, 廖星
2021, 27(9): 1627-1635. doi: 10.11674/zwyf.2021092
摘要:
  【目的】  研究绿肥还田腐解过程中产生的有机酸阴离子对土壤中难溶性磷素的活化效果,以深化理解绿肥作物提高土壤养分供应能力的机理。  【方法】  供试6种绿肥作物为紫云英 (Astragalus sinicus L.)、肥田萝卜 (Raphanus sativus var. Longipinnatus)、二月兰 (Orychophragmus violaceus)、双低甘蓝型油菜 (Brassica napus L.)、双高甘蓝型油菜 (Brassica napus L.) 和芥菜型油菜 (Brassica juncea)。将绿肥植株切碎后,置于离心管中,加入土壤浸提液于室外背光处密闭腐解45天,采用离心法提取植株腐解液。测定腐解液中10种有机酸组分 (丙二酸、苹果酸、柠檬酸、草酸、乳酸、酒石酸、乙酸、琥珀酸、马来酸和富马酸阴离子) 含量。采用室内模拟方法,分别用6种绿肥腐解液溶解难溶性铝磷 (Al-P,AlPO4) 和铁磷 (Fe-P,FePO4·2H2O),测定溶液中的无机磷含量。  【结果】  二月兰腐解液中10种有机酸组分总含量最高,其次为肥田萝卜、双低甘蓝型油菜和芥菜型油菜,双高甘蓝型油菜和紫云英腐解后腐解液中较低。所有绿肥作物腐解液中10种有机酸组分含量大小依次为酒石酸、丙二酸、柠檬酸、琥珀酸、乳酸、苹果酸、乙酸、草酸、马来酸和富马酸阴离子。其中酒石酸和丙二酸阴离子占上述10种主要有机酸总量的15%以上,马来酸和富马酸阴离子占比最低,不到总量的1%。不同绿肥腐解液对Al-P和Fe-P的活化能力有显著差异,肥田萝卜对两种难溶性磷素的活化能力最高,理论上1000 kg肥田萝卜绿肥可活化0.6~1.2 kg的Al-P和Fe-P,其次为紫云英和芥菜型油菜,对Al-P和Fe-P的活化量均约为0.6~1.0 kg,而二月兰的活化量最低,约为0.2~0.6 kg。对不同有机酸含量与难溶性磷活化量进行相关性分析发现,Al-P活化量与柠檬酸、苹果酸和草酸阴离子的含量呈现正相关关系,Fe-P的活化量与酒石酸的含量呈现正相关关系。  【结论】  与Al-P和Fe-P的活化密切相关的是有机酸中含有较高的柠檬酸、草酸、苹果酸和酒石酸。供试6种绿肥作物腐解液中的10种有机酸的总含量及各有机酸组分的占比差异很大。二月兰虽然有机酸总量高,但是柠檬酸、草酸和酒石酸比例均较低;而肥田萝卜腐解液中的酒石酸含量及其占比高于其他绿肥,且柠檬酸和琥珀酸占比较高,对Fe-P的活化能力强;芥菜型油菜和紫云英腐解液中草酸、柠檬酸和琥珀酸占比高于其他绿肥,对Al-P的活化能力强。供试6种绿肥中以肥田萝卜腐解液的活化能力最强,芥菜型油菜和紫云英腐解液的活化能力次之。
专题综述
低植酸作物遗传改良途径与磷资源高效利用
蒋鹏, 李家庆, 郭竞选, 赵政, 袁力行
2021, 27(9): 1636-1647. doi: 10.11674/zwyf.20604
摘要:
  【目的】  磷是作物生长发育所必需的营养元素。在植物体内,磷多以植酸形式储存在成熟籽粒中。非反刍动物,包括人类,无法消化植酸来获取磷及植酸螯合的有益元素,籽粒中收获的大量磷素进入人及动物排泄物,不仅造成磷资源浪费,也加大了环境风险。因此,培育籽粒低植酸品种是改善作物营养品质、降低磷素环境风险的重要途径。本文综述作物籽粒磷的来源,控制籽粒植酸磷含量的主要生理过程及遗传改良策略等研究进展,为相关领域研究奠定基础。  主要进展  籽粒植酸磷的积累主要由3步组成,木质部或韧皮部向籽粒转运无机磷酸盐,籽粒利用无机磷酸盐合成植酸,植酸被运输至液泡中储存。目前已分离鉴定到负责相关过程的转运蛋白和关键酶及其编码基因,如SULTR3;4、SULTR3;3、PHT1;4蛋白介导无机磷酸盐向籽粒的转运,MIPS、ITPK、IPK1酶参与植酸的合成,以及MRP蛋白介导植酸合成后的转运储藏。对籽粒低植酸突变体的产量、农艺性状表型及改良策略的优缺点进行比较,籽粒低植酸品种可能存在产量下降、种子萌发率低等不足。  展望  未来可以从特异性修饰籽粒中关键基因的时空表达、发掘关键基因的优良等位变异及针对品种的磷营养管理3个方向,深入研发籽粒低植酸含量的高产品种,实现磷资源高效利用。
研究简报
基于GIS和丰缺指标法的区域施肥管理体系的构建
高宏艳, 索全义, 郑海春, 郜翻身
2021, 27(9): 1648-1655. doi: 10.11674/zwyf.2021219
摘要:
  【目的】  采用GIS定位和养分丰缺指标相结合的方法,研究西辽河平原耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾的空间分布特点,建立直观、精准的推荐施肥系统。  【方法】  西辽河平原包括科尔沁区、开鲁县、奈曼旗、科尔沁左翼后旗、科尔沁左翼中旗。以该区域的15421个土壤测试数据和143个玉米“3414试验”数据为基础,运用GIS方法计算耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾的空间插值结果,结合土壤丰缺指标,将西辽河平原耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾养分分区,确定不同土壤氮磷钾养分组合下的施肥量,并制作玉米氮磷钾分区施肥图。  【结果】  西辽河平原耕地土壤养分空间分布不均,大部分土壤碱解氮含量较低,有效磷、速效钾含量中等。耕地土壤有效氮、磷、钾养分含量呈低氮–中磷–中钾 (碱解氮 ≤ 69.5 mg/kg、有效磷4.18~10.40 mg/kg、速效钾90.3~152.5 mg/kg)、中氮–中磷–中钾 (碱解氮69.5~107.9 mg/kg、有效磷4.18~10.40 mg/kg、速效钾90.3~152.5 mg/kg)、中氮–中磷–高钾 (碱解氮69.5~107.9 mg/kg、有效磷4.18~10.40 mg/kg、速效钾 > 152.5 mg/kg) 的面积占比分别为42.4%、14.1%、13.5%。土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量 (x) 与经济最佳施肥量 (y) 之间存在较好的对数关系,氮施肥模型y = –102.5ln(x) + 617.22,磷施肥模型y = –36.11ln(x) + 174.1,钾施肥模型为y = –25.89ln(x) + 180.96。不同土壤养分组合种植玉米所需的经济最佳N–P2O5–K2O用量 (kg/hm2) 组合分别为202–110–58、168–107–57、164–102–47。  【结论】  土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与相对产量存在较好的对数函数关系。西辽河灌区土壤有效氮磷钾丰缺指标的划分以75%和85%作为相对产量的分级区间较为合适。在土壤有效氮磷钾养分大数据的支撑下,采用GIS和丰缺指标法相结合的方法,可以准确快捷地构建区域施肥管理体系。
海藻提取物复合制剂适宜用量提高桃果实产量、品质及养分吸收量
于会丽, 徐变变, 徐国益, 邵微, 刘慧敏, 张子华, 乔宪生, 司鹏
2021, 27(9): 1656-1664. doi: 10.11674/zwyf.2021058
摘要:
  【目的】  研究海藻提取物复合制剂 (海藻提取物含量60%、海藻酸6.5%、腐植酸5%、pH 6.7、密度为1.15 g/mL) 对桃果实品质和养分吸收的影响,以期筛选其最适海藻提取物复合制剂的施用量,为开发海藻水溶肥提供技术依据。  【方法】  以‘中桃8号’为试验材料进行了两年定位田间试验。从桃萌芽期至成熟期,共进行4次追肥。海藻提取物复合制剂 (简称复合制剂) 施用量处理按照每次追施氮磷钾养分与海藻提取物复合制剂总量 (w/w) 的0% (CK)、5% (T1)、10% (T2)、20% (T3) 和40% (T4) 设置,复合制剂与氮磷钾水溶肥一起施用。于果实成熟期,测定单果重、产量、果实品质、色泽和养分含量。  【结果】  随复合制剂用量的增加,桃产量和品质指标呈先增加后降低的趋势。2019和2020年T2处理桃产量和可溶性固形物含量均为最高,产量较CK分别显著增加31.77%和40.67%,可溶性固形物含量较CK分别显著增加10.67%和7.20%,且T2处理桃产量与其他处理差异显著。T2处理桃果实可滴定酸含量最低,2019和2020年较CK分别降低了11.11%和50.00%。2019年,除T1处理的可溶性糖外,T2~T4处理的果实可溶性糖和糖酸比均低于CK,且T3、T4处理与CK间差异显著;2020年,除T4处理外,T1~T3处理的果实可溶性糖和糖酸比均高于CK,其中T2处理的可溶性糖含量和糖酸比最高,较CK分别显著增加20.55%和166.29%。连续两年施用复合制剂处理的果实钾含量和果皮色泽饱和度均高于CK,其中,2019年T2处理和2020年T3处理的桃果实钾含量最高,较CK分别显著增加16.70%和11.94%。主成分分析综合得分显示,连续两年均以T2处理得分最高。  【结论】  在施用氮磷钾水溶肥基础上配施海藻提取物复合制剂能够提高桃果实产量、改善品质并促进钾养分吸收,以配施相当于氮磷钾水溶肥量10%的复合制剂对产量、品质和钾养分吸收的提升效果最佳。
基于蕲艾产量和品质的氮肥适宜施用量研究
马琳, 陈昌婕, 苗玉焕, 郭兰萍, 刘大会
2021, 27(9): 1665-1674. doi: 10.11674/zwyf.2021071
摘要:
  【目的】  中草药栽培不仅需要高产,更需要优良的品质。施用氮肥是提高中草药产量的重要措施,探究氮肥不同施用量对蕲艾 (Artemisia argyi) 生长、产量和品质的影响,为蕲艾规范化施氮提供科学依据。  【方法】  田间试验在湖北蕲春蕲艾试验基地进行,供试田块2018年为新艾田,2019年为老艾田。在施用P2O5 120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2的基础上,设置0、60、120、180、240 kg/hm2 5个施氮处理。在蕲艾收获时,调查农艺性状和叶片产量,分析叶片矿质元素积累量、品质,并计算氮肥利用效率。  【结果】  随着氮肥施用量的增加,蕲艾出苗数和叶片产量先增加后降低,2018、2019年当氮肥施用量分别为168和172 kg/hm2时,蕲艾叶片产量最高可达7030和6200 kg/hm2;艾叶中氮和铜元素含量持续上升,钾和镁元素含量分别在氮肥施用量为60和120 kg/hm2时最高;磷含量在氮肥施用量为240 kg/hm2时最高。蕲艾绒产量先增加后降低,2018、2019年当氮肥施用量分别为147和142 kg/hm2时,蕲艾绒产量最高可达1743 和1426 kg/hm2;总挥发油及其组分β-丁香烯和石竹素含量持续增加,桉油精、α-侧柏酮、樟脑、龙脑和α-石竹烯含量在氮肥施用量为180 kg/hm2时最高;酚酸和黄酮类成分含量在氮肥施用量为60~120 kg/hm2时较高。另外,氮肥偏生产力、艾叶氮肥吸收率和氮肥农学效率均随氮施用量增加呈降低趋势。  【结论】  新艾田和老艾田上蕲艾的产量和质量对氮肥施用量的响应一致。蕲艾以叶片产量为目标,建议氮肥用量为170 (168~172) kg/hm2;以艾绒产量为目标,建议氮肥用量为144 (141~147) kg/hm2;以提取挥发油及其组分为目标,建议氮肥用量在180 kg/hm2左右;以提取酚酸和黄酮类成分为目标,建议氮肥用量为60~120 kg/hm2