保护性耕作与有机肥施用是黄土高原旱作农业区缓解生态脆弱问题的有效解决手段之一,合理的耕作与施肥措施对山西中部旱区实现麦玉一年两熟具有重要意义。以黄土高原旱作农田为研究对象,采用裂区试验设计,主区为3种耕作方式(深翻(DT)、深松(SS)、免耕(NT)),副区为4种施肥水平(不施肥对照(CK)、全量化肥(CF)、50%化肥+50%有机肥(OF)、全量有机肥(OM)),探究不同耕作与施肥方式下土壤容重、速效养分及麦玉周年产量的变化特征。结果表明,有机肥施用后SS、NT处理0~20 cm土壤容重较DT处理有所下降,其中小麦季SS+OF处理下耕层土壤容重为1.13 g/cm³,显著低于DT+OF处理。整个周年复种连作体系中,以NT+OM处理土壤质量含水量最高,较其他施肥处理平均升高7.88百分点;SS+OM处理下土壤的三相比更为理想,三相比偏离值偏低。3种耕作方式下,碱解氮与有效磷含量大小总体呈现OM>OF>CF>CK的趋势,速效钾含量与施肥方式存在极显著关系,其中CF处理下含量最高;玉米季增施有机肥较单施化肥显著提高了糯玉米鲜穗产量,但有机肥施用比例间的差异并不显著,SS+OM处理下麦玉周年产量最高,达19 145 kg/hm²。综上,该试验条件下,SS、NT耕作方式与有机肥施用结合可明显改善土壤的物理性状,碱解氮与有效磷含量也有一定程度的提升,其中,SS+OM处理更有利于黄土高原地区麦玉周年复种连作田产量的提升。

为明确河套灌区麦后复种油菜绿肥适宜播种时期,分别于2019年在内蒙古自治区巴彦淖尔市杭锦后旗和2022年在鄂尔多斯市达拉特旗开展田间试验。杭锦后旗试验点从2019年7月26日-8月15日共设置5个播期,每隔5 d设置1个播期处理,分别于7月26日、7月31日、8月5日、8月10日和8月15日播种;同样达拉特旗试验点从2022年7月22日-8月11日共设置5个播期,每隔5 d设置1个播期处理,以此研究不同播期对油菜绿肥生物量、养分含量及养分积累量的影响。结果表明,两试验点虽然生物量水平和气候条件有所差异,但整体趋势均表现为随着播期的推迟而下降;与第Ⅰ期播种相比,第Ⅴ期播种油菜生物量分别下降90.3%和75.4%,两点生育期内油菜平均活动积温、有效积温和日照时数分别下降469.9 ℃、409.9 ℃和179.1 h。同时于第Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ期播种时,与施肥投入养分量(N 27.3 kg/hm²、P₂O₅ 34.5 kg/hm²)相比,油菜翻压还田养分量均高于投入量,且碳和钾还田量至少达到1 800,200 kg/hm²。因此,综合考虑油菜绿肥生物量以及还田养分量,河套灌区小麦收获后油菜可以适时早播,充分利用光温资源,促进油菜生长和养分积累。为达到5 t/hm²以上油菜还田量及获得更高的养分还田量,油菜生育期内应至少接受活动积温1 300 ℃、有效积温1 100 ℃以及有效日照时数640 h。

为提高传统稳定性尿素肥料的有效性,将生物刺激素浒苔多糖与生化抑制剂配合制成新型稳定性增效尿素肥料,采用田间盆栽试验探究其在黑土水稻种植中的施用效果,设置以不施氮肥(CK)、单独施用尿素肥料(N)为对照组,将浒苔多糖(E)、在尿素肥料中分别添加了N-丁基硫代磷酸三胺(NBPT)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、2-氯-6-三甲基吡啶(CP)和浒苔多糖,共设置9个处理,研究其在黑土中的氮素转化特性、水稻植株生理和生物学、植物吸氮量和氮肥吸收利用效率等指标。结果表明,在黑土上栽培水稻,相比于单施尿素,浒苔多糖显著提高水稻分蘖期土壤铵态氮含量,促进水稻植株生长发育,显著提高籽粒产量、氮肥利用效率。浒苔多糖与NBPT具有协同增效作用,二者结合显著提高黑土铵态氮含量,但浒苔多糖施用促进了NBPT的分解,两者结合未对产量及氮肥利用效率造成显著影响。浒苔多糖与DMPP结合显著降低水稻籽粒产量、氮肥利用率,二者结合难以产生良好效果。CP与浒苔多糖结合处理在水稻分蘖期铵态氮含量最高,二者配合具有协同作用,黑土表观硝化速率显著低于CP处理,同时铵态氮的提高能促进水稻分蘖,增加成穗率,显著提高水稻的籽粒产量。

探明秸秆深翻还田年限对西辽河平原连作玉米田土壤细菌群落的影响,为持续秸秆还田培肥地力提供理论指导。以玉米秸秆离田为对照(CK),基于细菌16S rDNA V3~V4区高通量测序技术,结合生物信息学,分析持续秸秆还田2(SR2),5(SR5),10 a(SR10)玉米田0~20 cm和20~40 cm 2个土层有机质、氮素养分、土壤细菌群落结构及多样性变化特征。结果表明,SR2土壤有机质和氮素养分含量与CK差异不显著,而SR5和SR10显著提高土壤有机质和氮素养分含量;不同秸秆还田年限下,土壤细菌多样性存在差异且都有独有的OTU,其中SR10 OTU数目最多;Alpha多样性指数表明,土壤细菌群落的相对丰度和多样性2个土层均为SR2与CK差异不显著,SR5和SR10显著增加,且SR10与CK差异最大;在门水平上共获得51个细菌类群,相对丰度>5%的细菌门包括放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、泉古菌门、绿弯菌门,且变形菌门、酸杆菌门和绿弯菌门的相对丰度随还田年限的增加而提升。RDA聚类分析表明,土壤细菌群落结构0~20 cm土层SR2与CK相似,SR5与SR10群落较为相似;20~40 cm土层,不同秸秆还田年限各处理均与CK存在差异,SR2与SR5群落结构相似,SR10与SR5、SR2群落结构差异均较大。土壤硝态氮、铵态氮、有机质和全氮含量对细菌菌群均有影响,表现为土壤硝态氮>铵态氮>有机质>全氮。持续秸秆还田2 a的土壤有机质和氮素养分含量与CK相比差异不显著,持续秸秆还田5,10 a显著提高。综上,细菌微生物多样性和丰富度在持续秸秆还田2 a 0~20 cm和20~40 cm土层均变化甚微,持续秸秆还田5,10 a后 2个土层均显著增加;细菌群落结构0~20 cm土层持续秸秆还田2 a与CK相似,20~40 cm土层持续秸秆还田2,5,10 a均改变了细菌菌群结构。

为探究南方长期不同施肥对双季玉米土壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响,依托江西进贤35 a旱地红壤长期定位试验,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥和新鲜猪粪配施(NPKM)、单施新鲜猪粪(OM)4个处理,测定双季玉米成熟期0~20 cm,20~40 cm土层土壤养分、微生物生物量碳、氮和酶活性并分析了微生物生物量碳、氮和酶活性与土壤养分的相关性。结果表明,长期施肥(NPK、NPKM和OM)显著提高土壤微生物生物量碳、氮和酶活性,春玉米时期,0~40 cm土层各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量较CK分别提升了67.05%~159.15%,3.33%~62.37%;过氧化氢酶、磷酸单脂酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了0.22%~79.71%,9.82%~59.51%,8.73%~82.37%,66.67%~538.89%;秋玉米时期,0~40 cm土层各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量较CK分别提升了36.30%~136.72%,17.09%~47.29%;过氧化氢酶、磷酸单脂酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了7.41%~74.55%,22.69%~57.39%,18.85%~58.98%,51.70%~216.67%,其中,以NPKM处理的提升效果最佳。总体上,0~20 cm土层土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于20~40 cm,秋玉米时期土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于春玉米时期。NPKM和OM处理还可以显著提高土壤pH值、有机碳、全氮、全磷、全钾、有效磷、碱解氮和速效钾等养分,长期增施有机肥后土壤磷素累积明显,而NPK处理则加速了土壤酸化。各施肥处理均可以显著提高玉米产量(P<0.05),较CK比增加了1.04~15.07倍。综上,有机无机配施(NPKM)是提升土壤养分、微生物生物量、酶活性和产量的最佳培肥措施。

为了研究旱地条件下不同地理来源小麦品种及同一来源高低产小麦品种的产量和氮磷钾积累利用差异,以来源于中国(58个)、CIMMYT(国际玉米小麦改良中心,42个)和国外其他地区(65个)的165个品种(品系)为材料,分析了小麦产量、产量构成因素,以及成熟期氮磷钾积累分配利用和需求特征。结果表明,与国外其他品种相比,CIMMYT品种的籽粒产量、穗粒数、千粒质量以及氮、磷、钾生理效率分别显著提高21.3%,39.1%,26.4%,33.2%,22.6%,36.1%,中国小麦品种分别提高10.5%,18.1%,24.3%,29.4%,12.1%,24.3%,但二者的穗数,茎叶氮、磷、钾积累量,百千克籽粒需氮磷钾和干物质量均显著降低,且CIMMYT品种的增降幅均高于中国品种。同一地理来源下高产品种较低产品种,中国品种的产量、穗数、穗粒数和生物量分别显著提高122.4%,38.7%,39.3%和96.1%,CIMMYT品种的产量、穗数和生物量分别显著提高97.6%,68.2%和71.7%,国外其他品种的产量、穗数、穗粒数、千粒质量和生物量分别显著提高157.2%,33.0%,43.6%,35.9%和76.4%;中国品种的地上部和籽粒氮磷钾积累量分别显著提高98.8%,101.0%,83.7%和118.8%,104.7%,131.2%,氮磷钾吸收效率显著提高93.6%,84.6%,70.3%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高102.8%,109.5%,75.9%,但百千克籽粒需钾、干物质量显著降低16.8%,11.1%;CIMMYT品种的氮磷钾吸收效率显著提高68.5%,71.4%,63.6%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高79.2%,81.7%,76.5%,但百千克籽粒需氮、磷量分别显著降低10.7%,10.3%;国外其他品种的氮磷钾生理效率显著提高34.7%,30.2%,60.6%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高73.0%,110.8%,52.1%,但百千克籽粒需氮、磷、钾、干物质量显著降低26.7%,23.6%,36.8%,24.7%。综上,不同地理来源小麦品种的产量及其氮磷钾吸收利用特征多表现出了显著差异,CIMMYT品种具有较高的穗粒数、千粒质量、收获指数、籽粒氮积累量、磷钾生理效率,国外其他品种具有较高的穗数、茎叶氮磷钾积累量、地上部氮钾积累量、氮钾吸收效率、百千克籽粒需干物质和氮磷钾量,中国品种的多数指标居于二者之间。同一地理来源高产品种较低产品种提高了产量构成因素、收获指数和氮磷钾吸收效率,但籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量也显著提高,在以高产高养分含量为目标的生产体系中应适当增加氮磷钾投入量。

为明确有机肥全量替代化肥对茶园土壤氮素肥力的影响机制。依托5 a茶园有机肥替代化肥试验,选取单施化肥(CF)和全量施用有机肥(OF)为处理,研究了以单施化肥(CF)对照,有机肥全量替代化肥对雨季和旱季茶园土壤理化性质、机械稳定性团聚体组成、团聚体无机氮分布特征的影响,并分析了团聚体无机氮分布的影响因素。结果表明:与CF处理相比,OF处理提高了雨季和旱季表层(0~20 cm)土壤pH值、有机质含量及全氮含量,2个处理雨季土壤pH值差异不显著(P>0.05);在雨季,OF处理下茶园表层土壤阳离子交换量、铵态氮和硝态氮含量低于或显著(P<0.05)低于CF处理,旱季则表现为OF处理显著高于CF处理(P<0.05),分别高27.02%,58.97%,266.84%。不同处理对0.25~2.00 mm和<0.25 mm团聚体质量百分比和GWD有显著影响(P<0.05);与CF处理相比,OF处理提高了0.25~2.00 mm团聚体质量百分比和GWD,降低了<0.25 mm团聚体质量百分比;季节对<0.25 mm团聚体质量百分比有显著影响(P<0.05)。不同处理团聚体铵态氮和硝态氮含量均表现为:<0.25 mm团聚体最高,0.25~2.00 mm团聚体次之,>2.00 mm团聚体最低;雨季OF处理各级团聚体铵态氮和硝态氮含量低于或显著低于(P<0.05)CF处理,而旱季OF处理显著高于CF处理(P<0.05);与雨季相比,旱季显著降低了CF处理下各级团聚体铵态氮和硝态氮含量(P<0.05),增加或显著(P<0.05)增加了OF处理下>2.00 mm团聚体铵态氮含量和各级团聚体硝态氮含量;不同处理下团聚体铵态氮和硝态氮储量占比均表现为0.25~2.00 mm团聚体最高(51.70%,51.14%),>2.00 mm团聚体次之(34.59%,35.51%),<0.25 mm团聚体最低(13.71%,13.34%);与CF处理相比,OF处理显著降低了雨季和旱季<0.25 mm团聚体铵态氮储量占比和旱季<0.25 mm团聚体硝态氮储量占比(P<0.05),显著提高了雨季0.25~2.00 mm团聚体铵态氮储量占比和旱季0.25~2.00 mm团聚体硝态氮储量占比(P<0.05)。相关性分析表明,茶园土壤团聚体铵态氮含量主要受土壤pH值、阳离子交换量和全氮含量的影响,茶园土壤团聚体硝态氮含量主要受土壤pH值、有机质含量和全氮含量的影响;进一步RDA分析表明,土壤pH值和阳离子交换量是土壤机械稳定性团聚体无机氮分布的主要影响因子。综上,茶园有机肥全量替代化肥有利于提高土壤有机质含量,协调雨季和旱季土壤氮素供应,促进大团聚体的形成和土壤无机氮的积累。

基于松嫩平原苏打盐碱土有机肥长期改良试验,以未施用有机肥为对照(CK),研究不同改良年限(4,11,15,20 a)对土壤胶体组分、土壤有机碳组分及土壤有机无机复合程度的影响。结果表明,随着改良年限的增加,土壤水分散组胶体(G₀)含量显著降低(P<0.05),而土壤钙结合的复合体(G₁)含量显著增加(P<0.05),土壤铁铝氧化物结合的复合体(G₂)含量及(G₀+G₁+G₂)含量并无显著性变化;G₀、G₁和G₂组有机碳含量随改良年限的增加均呈增加趋势。与CK相比,施用有机肥处理显著提升了土壤有机碳和重组有机碳含量(P<0.05),并分别在4,11 a处理中达到最大值。改良年限在11 a及以上处理的复合体对土壤固碳的总贡献率为35.51%~54.64%。相对于CK,施用有机肥处理的苏打盐碱土有机无机复合程度均有不同程度提高,改良11 a及以上处理其增幅明显。综上所述,长期施用有机肥促进了苏打盐碱土水分散组胶体向水稳性复合体转化,显著增加了复合体对土壤固碳的贡献率,也显著提升了土壤的有机无机复合程度。

为了选择适合稻茬弱筋小麦高产优质生产的合理施肥模式,以弱筋小麦宁麦13、皖西麦0638为供试品种,设置不施肥(CK)、常规施肥复合肥+尿素(T1)、缓释掺混肥料(T2)、控失肥(T3)、腐殖酸复合肥(T4)、小麦配方肥(T5),在养分供应量相同的条件下,分析对稻茬弱筋小麦干物质分配及转运、灌浆、产量及品质的影响。结果表明:缓释掺混肥料与小麦配方肥较常规施肥能显著提高干物质在籽粒中的分配量及比例、花后干物质转运量并且提高小麦籽粒灌浆速率、延长有效灌浆天数、增加粒质量。缓释掺混肥料、控失肥、腐殖酸肥料、小麦配方肥处理较常规施肥均能显著提高小麦籽粒产量,施用缓释掺混肥料和小麦配方肥增产效果显著,显著增加有效穗数及千粒质量,产量分别较常规施肥增产9.27%~24.30%,11.64%~22.98%。缓释掺混肥料2 a间两品种较常规施肥处理氮肥农学效率平均提高23.14%,36.88%,小麦配方肥2 a两品种较常规施肥平均提高36.31%,39.35%。小麦配方肥处理2个供试小麦品种籽粒品质均达到国家弱筋小麦标准。综上所述,小麦配方肥可作为试验地区稻茬弱筋小麦高产优质生产的施肥模式之一,或适当降低缓释掺混肥料的施用量作为稻茬弱筋小麦的高产优质生产施肥模式之一。

为探究拔节期灌溉和追施氮肥对旱地沟播小麦籽粒产量、品质和氮素积累转运的影响,2019年10月至2020年6月,在沟播种植小麦的基础上,于拔节期设置不灌溉不追氮肥(NIND)、全沟灌溉不追氮肥(EFIND)、隔沟灌溉不追氮肥(AFIND)、全沟灌溉追施氮肥(EFITD)、隔沟灌溉追施氮肥(AFITD)5个处理,分析了小麦产量及其构成因素、主要品质指标和地上部氮素积累转运分配特性。结果表明,拔节期灌溉与否、灌溉方式和追施氮肥均可显著调控旱地沟播小麦产量、品质和氮素积累转运特性,且作用效果有叠加效应。与NIND相比,EFIND、AFIND、EFITD、AFITD 的产量分别显著提高46.57%,67.72%,83.71%,95.88%;开花期氮素积累量、花后氮素积累量、花后氮素积累对籽粒氮素的贡献率均显著提高,从而使成熟期氮素积累量分别显著提高25.94%,41.00%,65.86%,82.64%。与NIND相比,EFIND、AFIND和EFITD显著降低小麦品质,而AFITD的品质不降低甚至显著提高。隔沟灌溉较全沟灌溉,开花期氮素积累量无显著差异,花后氮素积累量显著提高,从而使成熟期氮素积累总量和籽粒氮素积累量显著提高,不追施氮肥时产量显著提高,但除沉降值外各品质指标无显著差异,追施氮肥条件下产量和各品质指标均显著改善。追施氮肥与不追氮肥相比,开花期氮素积累量、花前氮素转运量、花后氮素积累量、花后氮素积累对籽粒的贡献率均显著增加,从而使成熟期地上部氮素积累量、籽粒分配比例显著增加,进而使籽粒产量和籽粒氮素积累量显著提高,品质多表现为显著改善,且隔沟灌溉的提质效应较全沟灌溉大。拔节期隔沟灌溉与追施氮肥结合不仅可显著提高开花期和开花后的氮素积累量,而且可显著提高花前氮素向籽粒的转运量,从而显著提高成熟期籽粒氮素积累量和分配比例,最终在提高产量的同时改善品质,是适宜旱地沟播小麦的灌溉施肥方式。

为探明内蒙古不同生态条件下氮肥施用量对玉米关键生育期干物质、氮素积累分配特点及对产量及其构成因素的影响,于2021年在内蒙古包头市土默特右旗、赤峰市松山区喀喇沁旗和巴彦淖尔市五原县3个生态区进行试验。以玉米品种先玉335、郑单958和京科968为试验材料,研究施氮量对玉米不同器官干物质和氮素积累、分配、转运及产量形成的影响。结果表明,生态区和氮肥互作对玉米干物质积累与分配、氮素积累与分配、产量及其构成因素有极显著影响。不同生态区玉米品种各器官干物质所占比重有差异,依次为籽粒>茎秆>苞叶+穗轴>叶片,差异主要表现在吐丝-成熟期阶段。N2水平下,先玉335具有较高的花前干物质积累量,郑单958具有较高的花后干物质积累量。N1水平下,京科968茎秆转运量、茎秆转运率、茎秆贡献率表现较好。不同氮效率玉米品种氮素积累量均随着生育期的推进呈现递增趋势。成熟期氮素在各器官分布表现为籽粒>叶片>苞叶+穗轴>茎秆。不同生态区玉米产量表现为喀喇沁旗>五原县>土默特右旗。土默特右旗N0水平下,产量表现为先玉335>京科968>郑单958;N1与N2水平下,产量表现为郑单958 >京科968>先玉335。五原县与喀喇沁旗在不同氮水平下,产量均表现为郑单958>京科968>先玉335,且品种间差异显著(P<0.05)。可见,氮肥水平对先玉335干物质积累的响应在五原县和土默特右旗较好,京科968和郑单958干物质积累的响应在喀喇沁旗较好。与京科968相比,先玉335、郑单958在生育后期能够更充分的利用氮肥。

为明确氮素供应对土壤养分特征及夏玉米氮、磷、钾养分吸收利用差异的影响。在上茬冬小麦施氮量240 kg/hm²的大田条件下,夏玉米季设置4 个施氮水平(N0:不施氮;N1:90 kg/hm²;N2:195 kg/hm²;N3:300 kg/hm²),以仓玉76品种为材料,通过对地上部茎秆、叶片、穗轴干质量、土壤速效养分、植株不同器官氮磷钾含量及累积量、氮素利用效率和籽粒产量的测定与计算,研究施氮量对不同性状的影响及相关关系。结果表明:在施氮0~195 kg/hm²,茎、叶、穗轴干质量随氮量增加而上升;增加施氮量显著提高0~20 cm,20~40 cm的土壤硝态氮含量;相同土层速效磷、钾影响无显著变化。不同施氮量下,茎、叶、穗轴和籽粒的氮含量、植株氮累积量存在显著差异,其中籽粒氮累积量占植株地上部氮素总累积量的59.4%~63.5%;施氮量对茎、叶、穗轴和籽粒的磷钾含量影响较小,植株磷钾累积量受干质量的正调控;氮素投入超过195 kg/hm²,氮肥农学效率显著降低。采用直线加平台模型模拟产量与施氮量的关系表明,施氮量高于189 kg/hm²,籽粒产量不再增加。因此,兼顾经济效益与农业生态效益,结合试验和模型模拟结果,最优氮素投入量控制在189~195 kg/hm²。

为了解氮肥不同施用量对春麦豌豆间作、春麦单作、豌豆单作土壤特性的影响,探讨春麦豌豆间作、春麦单作、豌豆单作的最佳氮肥施用量,设置春麦豌豆间作(SI)、春麦单作(SS)、豌豆单作(PS)3种种植方式以及0(N0),90(N1),180(N2),270 kg/hm²(N3)4个施氮量,于播后85 d测定土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶、谷氨酰胺酶、磷酸酶5个酶的活性和土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、有机碳5种土壤养分含量。结果表明,施氮(N2、N3)提高了PS土壤蔗糖酶活性(65.51%,57.88%),N2水平达到最大值,4个氮水平下, SI种植模式的蔗糖酶活性比PS显著提高31.25%~94.07%;N3处理显著提高了β-葡萄糖苷酶活性(17.81%);施氮提高了SS、SI土壤脲酶活性,且在N2水平达到最高,相同施氮水平下SI>SS>PS; N2显著提高SS、SI、PS土壤谷氨酰胺酶活性(分别提高26.95%,67.05%,55.03%);SS、SI、PS土壤磷酸酶均在N2水平达到最高,且SI显著高于SS和PS(分别提高128.35%,337.21%);施氮能提高土壤碱解氮、全磷、有效磷含量,其中碱解氮与有效磷在N2水平达到最高。土壤蔗糖酶与脲酶、磷酸酶活性均极显著相关,与有效磷含量显著相关;土壤脲酶活性与磷酸酶活性、碱解氮含量极显著正相关,与全氮、有效磷含量显著正相关;土壤磷酸酶活性与全氮、有效磷含量极显著正相关,与碱解氮显著正相关;土壤全氮含量与碱解氮极显著正相关;氮处理与种植模式对土壤脲酶、谷氨酰胺酶活性和磷酸酶存在极显著交互作用,对土壤全磷、有效磷含量存在显著交互作用。综上,180 kg/hm²为最佳施氮量,同等施氮量水平下间作优于单作。

不同土地利用方式的土壤磷素循环特征存在差异性,土壤有机磷在酶解作用下的生物转化是磷素循环过程的重要环节。外源碳氮的投入可能改变土壤磷素的生物转化,对于提高土壤磷素生物活性具有关键作用。为研究外源C、N对不同土地利用方式土壤有机磷和胞外酶活性的影响,采用设施菜田、粮田、草地、森林4种不同土地利用方式的土壤,分别设置对照(CK)、葡萄糖(G,500 mg/kg土壤)、硝酸钾(N,300 mg/kg土壤)、葡萄糖和硝酸钾(GN,500 mg/kg葡萄糖土壤和300 mg/kg硝酸钾土壤)4个处理,进行室内培养试验,研究外源碳氮添加对土壤有机磷和速效磷含量及磷酸酶活性的影响。结果表明:与CK处理相比,添加碳源显著提高了菜田和森林土壤有机磷含量,分别提高了89.7%,40.6%;添加氮源,菜田土壤速效磷增加了14.2%,森林土壤速效磷降低了14.0%;与对照CK相比,添加碳源草地和森林土壤中碱性磷酸酶活性分别降低35.9%,25.5%,但其对菜田和粮田土壤中的碱性磷酸酶活性无显著影响;同时添加外源碳氮相较于CK处理增加了4种土壤的β-葡萄糖苷酶活性,且在菜田和草地土壤中差异显著;在添加碳源的基础上,氮源添加降低草地和森林土壤CO₂累积排放量分别达19.7%,16.5%,但对菜田和粮田土壤的CO₂累积排放量无显著影响。综上所述,在菜田、粮田土壤中,外源碳氮投入后土壤胞外酶活性提升,将有机磷更多地矿化为无机磷,土壤有机碳的含量为影响有机磷在土壤中矿化的主要因素;在草地、森林土壤中,外源碳氮的投入降低了碱性磷酸酶的活性,减缓了有机磷的矿化过程,因此,磷酸酶的活性为影响该土壤有机磷矿化的主要因素。

为探讨东北典型黑土种植密度与钾肥用量对玉米干物质积累转运、产量及钾素利用效率的影响,在吉林省公主岭市,通过连续2 a定位试验,研究了不同密度(D1:5.5×10⁴株/hm²,D2:7.0×10⁴株/hm²,D3:8.5×10⁴株/hm²)和钾肥用量(K0、K40、K80、K120和K160)对玉米干物质积累转运、钾素利用效率及产量的影响。结果表明,种植密度和钾肥用量的交互作用对玉米干物质积累的影响达到显著或极显著水平,其中D2密度下K120处理干物质最大积累速率和平均积累速率均为最高,并且干物质转运量和转运贡献率维持在较高水平。相同密度下,钾素回收率、农学利用率和偏生产力均随施钾量增加呈下降趋势,相同施钾量下均以D2密度最高。相同施钾量下,玉米产量以D2密度最高,2 a玉米平均产量较D1和D3分别提高6.9%,3.0%,相同密度下,施钾均显著提高了玉米产量,其中D1密度下施钾量增至80 kg/hm²后增幅不再显著;D2和D3密度下施钾量增至120 kg/hm²后增幅不再显著。通过线性加平台模型得出,D1、D2和D3密度下适宜施钾范围分别为72~80 kg/hm²,104~115 kg/hm²,105~116 kg/hm²。而D2处理钾肥用量在较D1处理提高44.5%以及与D3处理相持平条件下,玉米产量分别提高9.8%,3.2%。钾素回收率分别提高4.1,4.9百分点。综上,在东北典型黑土区,以玉米种植密度70 000 株/hm²,钾肥用量104~115 kg/hm²较为适宜。

旨在探索华北地区有机肥替代氮肥的比例,以及替代后产量稳定的生理基础和替代后增喷液态氮肥的效果,以期为该区冬小麦氮肥减量高产高效技术提供依据。2020-2022年在河北宁晋进行小麦田间试验,设置8个处理。T1,不施氮,单施化学磷钾肥;T2,单施化学氮磷钾肥(对照);T3-T7,有机肥分别替代T2处理20%,40%,60%,80%,100%的氮肥;T8,有机肥替代T2处理100%的氮肥+起身期喷施液态氮肥。结果表明,有机肥替代率29.5%~66.7%和100%替代率+液态氮处理小麦产量较高,与对照相当,该施肥条件下多数时期叶面积指数和叶片SPAD值也较高,这是有机肥替代化肥后产量稳定的生理基础。有机肥替代率大于40%小麦品质较高,尤其40%替代率处理的稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力较对照分别提高了17.8%,23.5%,9.1%。对照、40% 和100%替代率+液态氮肥处理氮效率指标大多表现较优,籽粒吸氮量、氮肥效率和氮素吸收效率较高。有机肥替代氮肥能明显增加起身-灌浆期0~80 cm和成熟期0~60 cm土壤硝态氮含量,使土壤硝态氮出现表聚现象,替代率越高该层次土壤硝态氮含量越高;有机肥替代氮肥能明显降低成熟期80~100 cm土壤硝态氮含量,从而降低雨季氮素淋溶风险。综上,40% 替代率和100%替代率+液态氮肥处理小麦产量、品质、氮效率俱佳,效益显著。

研究氮锌配施下夏玉米籽粒矿质元素含量的变化,为玉米生产上氮锌肥的合理施用提供参考。采用大田小区试验,以郑单958和谷神玉66为材料,设置90,180,225 kg/hm²等3个施氮水平和不喷锌、苗期和拔节期1∶1喷锌、拔节期和大口期1∶1喷锌、大口期喷锌等4个喷锌处理,分析氮锌配施对夏玉米籽粒产量、矿质元素含量和累积量的影响。结果表明,施氮量超过180 kg/hm²,籽粒产量显著下降,而籽粒中Ca、Cu、Fe、Zn含量以及Cu和Fe累积量显著增加,施氮量为180 kg/hm²,N含量和P、K、Mg含量分别达最高和最低;拔节期和大口期1∶1喷锌和大口期喷锌2个处理均能显著提高籽粒产量、N和Zn含量以及N、Mg、Zn、B和Na累积量,但降低了P、K、Ca、B和Na含量;与谷神玉66相比,郑单958产量平均提高了19.3%,且籽粒中K和Fe含量以及K、Ca、B和Na累积量也显著提高。籽粒产量与大多矿质元素含量呈极显著负相关,除Ca与Mg和Zn相关性不显著外,籽粒中Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn和B含量之间均达显著或极显著正相关,Zn与N、Mg含量的回归关系均达显著或极显著水平。总之,施用氮肥180 kg/hm²,结合拔节期大口期1∶1叶面喷施锌肥4.5 kg/hm²,能够使玉米籽粒高产稳产,并同步提高籽粒中N和Zn含量及其他矿质元素累积量,达到籽粒产量和矿质元素营养品质同步提高的目的,可在大田中进行推广应用。

为有效提高冬小麦千粒质量,探究不同滴灌施肥频次对黄淮海麦区中强筋小麦籽粒灌浆和成熟籽粒形态的影响,在田间试验条件下,选用不同中强筋冬小麦品种为试验材料,开展了施氮总量(尿素形式)210 kg/hm²和灌溉总量120 mm下不同滴灌施肥频次(2,3,4次,分别以DF2、DF3、DF4表示)和传统灌溉施肥(CK)的对比试验。结果表明:籽粒形态(除长度、圆度外)、籽粒灌浆关键参数(V_mean、V_max、V₂、M₂)、千粒质量两两间存在显著或极显著的相关性;滴灌提高了V_mean(平均灌浆速率)、V_max(最大灌浆速率)、V₂(快增期灌浆速率)和M₂(快增期籽粒积累量);与2次追水肥(DF2)相比,3次追水肥后(DF3),最大灌浆速率出现时间T_max、V_mean、 V_max、V₂、M₂和籽粒面积均有所提高;4次追水肥后(DF4),T_max、T₂和M₂有所提高。与DF2相比,增加施肥频次(DF3和DF4)籽粒的长度、宽度、厚度、圆度和籽粒面积均有提高,DF3的籽粒宽度和籽粒面积提高达到显著水平,DF4的籽粒厚度提高达到显著水平,其纵横比降低,2.2~2.5 mm筛分等值显著降低,>2.8 mm筛分等值增加,籽粒更加饱满。与畦灌相比,DF3和DF4的籽粒同样更加饱满。综上,在小麦生产中,通过滴灌适当增加施肥频次对优化穗粒发育、提高籽粒质量非常重要。

为探索高效的灌溉策略以减少灌水量并提高作物水分利用效率以缓解黄淮海冬麦区水资源短缺。采用田间裂区试验设计,探究地表滴灌(DI)和地下滴灌(SDI)条件下不同土壤水分状况(分别为田间持水量的50%~60%,60%~70%,70%~80%,记为W₅₀、W₆₀和W₇₀)对冬小麦产量、土壤水提取量、蒸散量和水分利用效率的影响。结果表明,对于整个生长季,与DI处理相比,SDI处理降低0~0.8 m土层土壤水提取比降低11.8%~21.8%,但SDI处理0.8~1.6 m土层土壤水提取量增加28.4%~29.8%。SDI处理的平均土面蒸发量和灌溉量分别比DI处理减少23.1%,8.9%。虽然花后SDI和DI处理间蒸腾速率的差异不显著,但在W₅₀和W₆₀条件下(亏缺灌溉),SDI处理的净光合速率和叶面积指数均高于DI处理。与DI处理相比,在亏缺灌溉条件下,SDI处理的产量增加14.5%~29.3%,水分利用效率增加13.9%~25.9%。与DI处理相比,在W₇₀条件下,SDI处理更多灌溉水下渗到0.8 m以下土层,从而显著降低上层土壤的土壤水提取量及叶片的净光合速率,导致产量降低4.1%~8.9%。SDI处理在W₆₀条件下能够从深层土壤提取更多水分,并调控冬小麦的光合特性,从而提高冬小麦的产量和水分利用效率。

针对华北地区冬小麦-夏玉米轮作区氮肥用量大、损失严重而控释尿素成本高、推广难的问题,基于3 a 6季冬小麦-夏玉米轮作田间定位试验,探究不同减氮条件下普通尿素配施控释尿素对氮素利用的影响,以期在前期明确控释尿素与普通尿素适宜配比的基础上进一步优化施氮量,进而为华北冬小麦-夏玉米轮作区化学氮肥减量增效和控释尿素的推广应用提供技术参考。试验设置6个处理:不施氮(CK)、农民习惯施氮(FH,冬小麦季施氮270 kg/hm²,夏玉米季施氮240 kg/hm²,基追比为1∶1)和不同减氮条件下配施控释尿素的处理(N1、N2、N3和N4:冬小麦季分别施氮243,216,189,162 kg/hm²,其中控释氮占40%;夏玉米季分别施氮216,192,168,144 kg/hm²,其中控释氮占30%;均一次性基施)。结果表明:与FH处理相比,仅N1处理可实现冬小麦和夏玉米的连年增产增收,可使冬小麦在2017-2018年,2019-2020年分别显著增产4.0%,5.4%,即使在2018-2019年其他减氮处理均减产的情况下仍可增产1.6%;可使各年夏玉米青贮产量显著增加,平均增产10.9%;各季作物收获后0~100 cm,60~100 cm土层土壤无机氮积累量较FH显著降低,6季作物累计氮素利用率较FH提高11.3百分点。在减氮10%条件下按适宜比例配施控释尿素(即:冬小麦季施氮243 kg/hm²,配施40%控释氮;夏玉米季施氮216 kg/hm²,配施30%控释氮)可提高小麦-玉米轮作中的作物产量和累计氮肥利用率,并减少土壤无机氮素的累积和淋失。

为缓解连作障碍,改善土壤,保证高粱原粮生产量和农业可持续发展。2019-2020年,在山西农业大学高粱研究所东白试验基地开展高粱连作长期定位试验,研究休闲期传统耕作、免耕、秋旋耕、秋深松、秋深耕、春深耕等不同耕作方式对连作高粱土壤水分、有机碳及产量的影响,旨在寻求连作高粱产量提升的适宜耕作方式和时间,及其蓄水保墒固碳增产机理,为高粱的稳定生产提供栽培技术及理论依据。结果表明,休闲期耕作可增加连作高粱各生育时期0~20 cm土壤有机质含量,增加颗粒有机碳、轻组有机碳、重组有机碳、易氧化有机碳和可溶性有机碳含量;增加播前0~100 cm土壤蓄水量0.72~46.52 mm和各生育时期0~100 cm土壤蓄水量,且播前水分可延续用至拔节期,中后期由于降水多仍有效果;可增加产量4.75%~23.67%,增加生育期水分利用效率19.09~29.19 kg/(hm²·mm),尤其秋深耕耕作方式增加更明显。相关分析表明,连作高粱产量与土壤水分、有机质含量显著正相关;底墒较高时,产量与生长前期土壤水分关系更密切;底墒较低、中后期降水较多时产量与中后期土壤水分关系更密切。总之,连作高粱在休闲期秋深耕,利于增加有机碳含量,利于蓄水保墒,且水分延用至拔节期,从而提高产量和水分利用效率。

为揭示鲜食葡萄阳光玫瑰配施控释尿素的应用效果,筛选出最佳施用量,为鲜食葡萄栽培的氮(N)肥节本增效利用提供依据。于2018-2019年采用田间小区试验,研究N肥减量配施聚氨酯包膜尿素对阳光玫瑰产量、产量构成、光合特性及品质的影响,并探讨不同叶位叶绿素含量与鲜食葡萄品质性状的相互关系。结果表明:与常规施肥处理相比,N肥减量0~30%配施包膜尿素处理的鲜食葡萄产量提高10.67%~32.91%,而减量40%配施包膜尿素处理降低5.79%。其中,适当减N配施控释肥的增产增收效果较常规施肥好。配施包膜尿素处理随着施N量的降低,鲜食葡萄产量及净光合速率呈先增加后降低的趋势。相关性分析表明,葡萄膨大期功能叶叶绿素相对含量(SPAD值)均值与品质性状(可溶性固形物、总糖、维生素C、糖酸比和固酸比)呈显著正相关,而与总酸呈显著负相关。总体而言,N肥适当减量配施包膜尿素利于形成鲜食葡萄产量结构,提高膨大期功能叶SPAD值及净光合速率,有效扩充果粒,促进鲜食葡萄增产节肥增效,并提升食用品质,以N肥减量10%~20%配施包膜尿素处理效果最佳。

为探讨化肥减量和配施有机肥对河西绿洲土壤微生物数量、养分含量变化以及茄子产量、品质和水分利用效率的影响,以紫红长茄天龙八号为供试材料,于2019,2020年开展2 a 7个不同处理大田试验,设置施用100%普通化肥(FH)、施用80%普通化肥+20%有机肥(FE)、施用60%普通化肥+40%有机肥(FS)、施用40%普通化肥+60%有机肥(FF)、施用20%普通化肥+80%有机肥(FT)、施用100%有机肥(FZ)、不施肥对照处理(CK)7个处理,分析茄子收获后0~20 cm土壤微生物数量、养分含量变化和产量变化。结果表明:化肥减量配施有机肥均能提高土壤细菌、真菌、放线菌数量和全氮、全磷、全钾、有机质含量,其中,施用60%化肥+40%有机肥改善效果最佳,其次为施用80%化肥+20%有机肥处理。配施纯化肥处理对茄子生长动态影响较小,但配施有机肥可显著促进茄子养分吸收,提高株高、茎粗和叶面积指数,并调节产量构成要素,为茄子高产奠定基础。化肥减量配施有机肥可促使茄子光合产物向果实分配,提高茄子产量,其中施用60%化肥+40%有机肥处理经济产量最高(42 716.15 kg/hm²),其次为施用40%普通化肥+60%有机肥(41 922.06 kg/hm²)和施用80%普通化肥+20%有机肥(40 302.74 kg/hm²),较CK显著提高53.64%,50.78%,44.96%。化肥减量配施有机肥能改善土壤耕层水热状况,提高茄子水分利用效率,处理FS水分利用效率最高(10.46 kg/m³),其次为FF(10.37 kg/m³)和FT(9.79 kg/m³),较CK显著提高47.53%,46.19%,38.08%。因此,综合考虑土壤环境、产量以及水分利用效率等指标,施用60%普通化肥+40%有机肥为最佳推荐处理。

NPF转运蛋白家族在植物转运硝态氮过程中起重要作用。为明确茶树中NPF基因的序列特征,用PCR扩增的方法在茶树中分别扩增出一个茶树氮转蛋白基因CsNPF5的DNA和cDNA全长,为2 096,1 440 bp。序列分析指出,该基因含有3个外显子和2个内含子,开放阅读框(ORF)为1 440 bp。序列分析结果显示,该基因编码479个氨基酸,相对分子质量约为53.12 ku,等电点为7.13,其编码蛋白的N端含有一个PTR2 Pfam结构域;亚细胞定位分析指出该基因编码蛋白定位于细胞质内;CsNPF5蛋白与中华猕猴桃NPF蛋白具有较高的同源性,相似度为79.54%;聚类分析指出,CsNPF5及其同源蛋白分别聚类成3个进化分支,且与来自中华猕猴桃NPF18同源蛋白聚到同一进化支上。同时qRT-PCR分析结果表明,在0~48 h氮素处理下CsNPF5在叶中的表达存在不同程度的上调表达,且基因上调表达丰度随NO₃^-浓度升高,响应时间更快,且在2 mmol/L NO₃^-处理24 h后,CsNPF5在茶树叶片中表达量出现峰值,这表明该基因表达受氮素诱导。

WRKY转录因子是植物非生物胁迫反应中的重要调节子。荞麦耐贫瘠,磷利用率较高。为了探究WRKY基因在荞麦磷饥饿反应中可能的调节作用,以苦荞麦为材料,采用逆转录PCR方法,从低磷处理的根RNA样品中获得了FtWRKY6基因的编码序列。FtWRKY6 cDNA长1 572 bp,编码524个氨基酸,含有2个典型的WRKY保守结构域,锌指类型为C₂H₂,归属于第Ⅰ类WRKY,与绿茶CsWRKY24在氨基酸水平上的同一性较高(55.5%)。拟南芥原生质体瞬时表达分析表明,FtWRKY6定位于细胞核中;酵母单杂交试验表明,FtWRKY6具有转录激活活性。实时荧光定量PCR分析表明,在根中FtWRKY6的表达受低磷和3种重要的低磷反应相关激素—吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA)和细胞分裂素(CTK)显著诱导。上述结果提示,FtWRKY6具有转录因子的基本结构与生化特征,在根中可能通过IAA、GA、CTK信号通路的交互作用介导苦荞麦在低磷条件下的响应过程。

以华北平原南部两熟作物的搭配为研究对象,在玉米、大豆和花生3种前茬作物的磷常规施用水平基础上,同时设置不施磷肥的磷匮乏水平,同期检测收获后土壤的养分含量及后茬小麦产量及籽粒养分累积量,为华北平原一年两熟制的作物搭配提供理论依据。结果表明,对前茬作物收获后土壤养分而言,在不施磷肥情况下土壤全磷含量表现为大豆前茬处理较高,花生前茬处理与常规施肥处理含量相近;土壤速效磷含量整体表现为花生前茬处理较高;土壤硝态氮和铵态氮含量均表现为大豆前茬处理最高。对后茬小麦而言,小麦千粒质量和产量及小麦籽粒氮、磷累积量和氮肥偏生产力在不施磷肥下均表现为花生前茬处理较高,分别较玉米前茬处理提高0.60%,6.19%,15.46%,18.11%和6.21%,较大豆前茬处理提高2.18%,7.30%,17.66%,13.40%和7.30%。综上,在低磷水平下,为了保证土壤养分平衡,选择花生作为小麦前茬作物是华北平原南部两熟区作物搭配的较优模式。

为探明南方双季稻区长期不同施肥处理下稻田不同耕层(0~10 cm和10~20 cm)土壤酸缓冲性能的变化特征,依托长期(36 a)施肥模式稻田(无肥(CK)、化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)和30%有机肥+70%化肥(OM)),系统分析长期不同施肥处理下双季稻田0~10 cm和10~20 cm土壤酸中和容量(ANC)、酸缓冲容量(ABC)、酸瞬时缓冲容量(IAC)、铵态氮和硝态氮含量变化特征,及其土壤酸缓冲性能与土壤理化性质之间的相关性。结果表明,MF、RF和OM处理均有利于增加双季稻田0~10 cm和10~20 cm土壤ANC、ABC和IAC,其大小顺序均表现为OM>RF>MF>CK。与CK处理相比,OM处理稻田0~10 cm和10~20 cm土壤ANC和ABC分别增加36.78%,33.18%,18.67%,17.84%,IAC分别增加15.22%,14.02%。稻田0~10 cm和10~20 cm,MF处理土壤铵态氮含量均显著高于OM、RF和CK处理,MF处理分别比CK处理增加48.15%,51.09%;OM处理土壤硝态氮含量均显著高于RF、MF和CK处理,OM处理分别比CK处理增加204.73%,161.94%。各施肥处理稻田0~10 cm土壤ANC、ABC、IAC、铵态氮和硝态氮含量均高于10~20 cm。土壤ANC、ABC、IAC与土壤有机碳、全氮含量、电导率均呈显著的正相关关系;土壤ANC、ABC、IAC与土壤pH值、阳离子交换量均呈极显著的正相关关系。因此,长期采取秸秆还田、30%有机肥配施化肥措施是增强南方双季稻田耕层土壤酸缓冲性能的有效措施。

通过探索河北山前平原区有机肥替代氮肥的配比,以期为该区小麦氮肥减量增效技术提供依据。在河北永年博远农场连续2 a进行大田试验,设置5个有机肥和无机肥组配处理。结果表明,有机肥替代20%和40%的化肥,可显著提高穗粒数和产量,较高氮处理和节氮处理产量提高4.0%以上,穗粒数增加3.6~5.6粒。籽粒品质指标大多为替代率20%和40%的处理和节氮处理较优,主要为稳定时间增加2.2~2.7 min,拉伸面积增大10.5~17.5 cm²,最大拉伸阻力增大28.0~75.5 EU。氮效率各项指标大多为替代率20%的处理较优,其中氮肥效率、氮素利用效率和氮收获指数较高氮处理分别提高109.3%,9.3%,11.3%,较节氮处理分别提高6.9%,8.5%,8.3%。有机肥不同比例替代化肥,0~20 cm土壤硝态氮均出现“表聚现象”,含量增加,较节氮处理高38.5%以上;20~40 cm土壤硝态氮则表现为节氮处理和高氮处理显著较高。20%有机肥替代氮肥小麦产量和品质俱佳,显著改善0~40 cm土壤硝态氮含量,提高小麦对氮素吸收利用,环境效益显著。

为了研究东北春麦区不同轮作模式下土壤中小麦赤霉菌的含量和真菌群落组成特点,以小麦-小麦-马铃薯轮作(T)、小麦-小麦-水飞蓟轮作(MT)、小麦-小麦-油菜轮作(R)、小麦-小麦-甜菜轮作(S)和小麦-小麦-小麦连作(W)为对象,利用MiSeq 高通量测序平台ITS2扩增子测序技术,测定土壤真菌群落组成、多样性及小麦赤霉菌相对丰度。数据显示,土壤中真菌OTUs数目在小麦连作,小麦与马铃薯、水飞蓟、油菜和甜菜轮作中分别为:389,362,390,471,438个。油菜和甜菜与小麦轮作模式中,Chao1指数较小麦连作分别增加了11.08%和8.59%。结果表明,水飞蓟、油菜和甜菜与小麦轮作增加了土壤真菌的丰富度。水飞蓟和小麦轮作模式的Shannon指数和Simpson指数在5种种植模式中最高,表明该处理的土壤真菌群落多样性更好。5种不同种植模式中土壤真菌群落结构相似性聚类分析显示,4种轮作模式聚为一支。4种轮作模式与连作相比,担子菌门丰度增加,接合菌门丰度降低。与小麦连作相比,油菜、甜菜和水飞蓟与小麦轮作模式中,玉蜀黍赤霉的相对丰度分别下降了16.67%,50.00%,83.33%,并且有益菌群明显富集。然而,马铃薯与小麦轮作模式中玉蜀黍赤霉丰度显著增加。综上所述,在东北春麦区建议选择水飞蓟、甜菜和油菜与小麦轮作以减轻小麦赤霉病的危害。

旨在分析不同比例花椒籽替代部分玉米饲喂三元杂交育肥猪不同组织FABP2的差异表达,寻找肌内脂肪沉积的关键基因;同时克隆三元杂交育肥猪FABP2编码区序列,并用生物信息学方法对其进行分析。选取288头90日龄杜×长×大三元杂交育肥猪(33 kg),随机分为4组,每组4个重复,每个重复18头猪;对照组饲喂基础日粮,试验组分别用花椒籽代替饲粮中2.5%(试验Ⅰ组),5.0%(试验Ⅱ组),7.5%(试验Ⅲ组)的玉米,预试验7 d,正试期100 d。采用qRT-PCR检测试验组不同组织中FABP2的相对表达量,同时克隆三元杂交育肥猪FABP2编码区,利用生物信息学分析软件,预测FABP2蛋白理化性质、结构域和磷酸化激酶位点等。结果表明:FABP2在各组织中均有不同程度表达,其中空肠和肝脏中FABP2显著高表达。与对照组相比,各试验组心脏、肺脏、肾脏、十二指肠、空肠和盲肠组织中FABP2显著下调表达;试验Ⅱ组和试验Ⅲ组脾脏和回肠组织中FABP2显著上调表达;试验Ⅰ组肝脏、结肠、直肠和背肌组织中FABP2显著上调表达,说明饲粮中添加花椒籽对三元杂交育肥猪FABP2基因的表达谱具有显著影响。成功克隆并鉴定出三元杂交育肥猪FABP2编码区全长(399 bp),编码132个氨基酸,存在2处错义突变;FABP2蛋白是一种酸性稳定的非分泌蛋白,二级结构主要由延伸链和无规则卷曲构成,含有一个Lipocalin-FABP2超家族保守结构域和3个无序化区域。

为探讨减氮增密对高粱光合作用、干物质积累与转运特征及产量的影响,2017-2018年选用杂交糯高粱品种晋渝糯3号为供试材料,大田试验,设置常氮常密(CK)、常氮增密(T1)、减氮常密(T2)、减氮增密(T3)4 个处理,测定高粱抽穗期叶绿素含量(SPAD)和叶面积指数(LAI)、干物质积累与转运、产量及其构成因素。结果表明,与CK相比,减施氮肥降低抽穗期高粱顶三叶的SPAD和LAI,增加密度虽然降低顶三叶的SPAD,却能显著提高LAI。随生育进程的推进,高粱群体干物质积累量呈递增趋势,拔节期后迅速增加,成熟期积累最大。减少施氮量,提高高粱叶和茎鞘的花前干物质转运率及其转运量对籽粒的贡献率,但降低群体干物质积累量和花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率。增加密度显著提高高粱群体干物质积累量、叶和茎鞘花前干物质的转运量、转运率及对籽粒的贡献率,但显著降低了花后干物质对籽粒的贡献率。增加密度,降低单穗质量和千粒质量,但显著增加高粱籽粒产量。减氮处理降低高粱单穗质量和千粒质量,但减氮下常密产量下降,增密产量却显著增加。与CK相比,T1和T3处理2 a平均产量分别显著增加8.43%和7.92%,但两处理间无显著性差异。因此,晋渝糯3号在重庆地区宜采用减氮增密模式种植,即施氮150 kg/hm²,密度12.75 万株/hm²,有利于实现高粱的高产高效和节氮栽培。

为明确长期施肥对山东潮土固碳潜力和作物产量的影响,以冬小麦-夏玉米轮作体系为研究对象,通过28 a定位施肥试验研究长期施肥下潮土固碳特征及其作物产量效应,提出不同肥力水平山东潮土有机碳提升策略。试验采用裂区设计,包括单施化肥和有机无机肥配施两大主处理,化肥区处理分别为不施肥、氮、氮磷、氮钾、磷钾、氮磷钾、减量氮磷钾、增量氮磷钾;有机肥区处理为化肥区处理基础上分别增加等量有机肥。结果表明,有机肥处理土壤累积碳投入量和固碳速率分别比化肥处理高2.47,4.29倍。有机肥处理土壤有机碳投入量为155.6~193.2 t/hm²,固碳速率为0.25~2.18 t/(hm²·a),化肥处理土壤有机碳投入量为39.5~100.5 t/hm²,固碳速率为4.15~5.49 t/(hm²·a)。其中,化肥区和有机肥区均是增量氮磷钾处理碳储量最高、固碳速率最快。随着外源碳的累积投入量增加,土壤有机碳呈线性增加,当投入量小于120 t/hm²时,土壤有机碳的存储能力为18.4%~20.6%;当投入量在120~200 t/hm²时,土壤有机碳的存储能力为11.5%。外源碳累积投入量小于100 t/hm²时,土壤固碳效率为11.7%;外源碳累积投入量100~200 t/hm²时,土壤固碳效率为4.3%。土壤有机碳含量与小麦和玉米产量之间均呈极显著相关关系,潮土土壤有机碳提升1 g/kg,作物总产量可增加414.5 kg/hm²(小麦和玉米产量可分别增加208.4,184.8 kg/hm²)。在保证土壤肥力和作物产量条件下,建议山东潮土累积有机碳投入量为150 t/hm²较为合适。

为探讨氮肥用量及氮肥基施与拔节期追施比例对弱筋小麦产量、品质与氮肥效率的影响,明确弱筋小麦适宜氮肥运筹措施,选用弱筋小麦品种鄂麦580为试验材料,设置氮肥用量试验和氮肥基追比试验,其中氮肥用量试验设0,90,135,180,225 kg/hm² 5个处理,氮肥基追比试验设10∶0,7∶3,5∶5,3∶7 4个处理,通过测定分析不同处理下小麦叶绿素含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)、产量及产量构成因素、氮肥利用率和品质等指标,研究不同氮肥运筹模式下弱筋小麦产量、氮肥效率和品质的变化。结果显示,合理氮肥运筹可有效提高小麦光合能力,延缓叶绿素衰减,提高产量和氮肥利用率,改善小麦品质。随施氮量的增加小麦产量呈先升后降的趋势,在施氮量为180 kg/hm²,基追比为7∶3时产量最高为5 903.0 kg/hm²。在施肥量相同的情况下,随着追肥比例的增加小麦氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率呈先增后降趋势,在基追比为7∶3时3项指标均达最大值分别为:37.6%,32.8 kg/kg,12.0 kg/kg。不同的氮肥运筹模式对小麦品质指标有明显影响,籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量和稳定时间均随氮肥用量的增加及氮肥的后移呈现增加趋势。综合光合特性指标、产量及产量构成指标,氮素利用率和弱筋小麦品质性状指标,施氮量为180 kg/hm²且基追比为7∶3为弱筋小麦产量、品质及氮肥利用效率协同最佳的氮肥运筹模式。

合理减氮运筹是解决我国农田氮素损失量大、利用率低等问题的重要途径。为明确减少氮肥投入是否能维持油后密植棉花的产量。以洞庭湖区油后直播棉田为研究对象,比较2 a氮肥减量深施下棉花的产量、主茎叶光合特性、氮肥利用率等差异特征,分析氮肥减量深施的可行性,为油后直播棉田施肥管理措施的制定提供科学依据。于2018-2019年,在湖南省常德市湖南省棉花科学研究所茅湾基地开展了氮肥减量深施试验,设置了5个氮肥施用量处理(0,90,180,270,360 kg/hm²)和2个施肥深度处理(5,15 cm),于棉花主要生长时期取样测定了主茎功能叶净光合速率、可溶性糖及淀粉含量、地上部分植株生物量以及各部分NPK含量,研究氮肥减量深施处理对油后密植棉花的产量、光合特性、地上部分植株生物量、NPK积累与分配规律的影响。结果表明,随施氮量的增加,棉花中后期主茎功能叶净光合速率、可溶性糖和淀粉含量、以及棉株NPK累积量均呈先升后降的变化趋势,均在270 kg/hm²时最高;而氮肥表观利用率、农学利用率、偏生产力与生产效率则相反;另外,相同施氮量条件下,深施15 cm处理的各项指标均高于浅施5 cm处理。合理减少氮肥用量,并配合深施处理利于棉株营养器官和生殖器官生物量积累与平衡,以及氮、磷、钾吸收和分配,以促进产量与品质的提高。基于油后密植模式,推荐棉花以施氮量180~224 kg/hm²,施肥深度15 cm为宜。

为探索中国樱桃果实的耐贮性,减少采后果实腐烂率,延长其贮藏寿命。以中国樱桃黑珍珠为供试材料,于花后7 d喷施不同浓度的CaCl₂、氨基酸钙及糖醇钙,研究钙处理对采后果实在贮藏期的内外品质及几种保护酶的影响,并筛选出最适宜黑珍珠樱桃采前喷施的钙肥及其浓度。结果表明:随贮藏时间延长,樱桃果实的硬度、百果质量及可溶性糖(SS)、可滴定酸(TA)、可溶性蛋白(SP)、Vc、β-胡萝卜素含量呈下降变化趋势;腐烂率、相对电导率(REC)及MDA含量呈逐渐增加的变化趋势;可溶性固形物(TSS)含量和SOD、POD、PPO活性呈先上升后下降的变化趋势。贮藏期内各外源钙处理的樱桃果实的营养物质和水分损耗、PPO活性、MDA的积累量均低于CK;而SOD和POD活性均高于CK,叶面钙肥提高了黑珍珠樱桃的耐贮性,延长其贮藏寿命。隶属函数综合评价得出1 500倍糖醇钙对果实保鲜效果最佳。采前喷施钙肥能提高樱桃果实的硬度和品质,提高抗氧化酶活性,从而实现延长樱桃贮藏期,1 500倍糖醇钙处理对黑珍珠樱桃果实的保鲜效果最佳,可在生产中推广应用。

为探究采用有机废硫酸低温炭化技术制备的新型生物炭基磺化复合肥的施用效果,以小顶八寸参为供试胡萝卜品种,盐化潮土为供试土壤,采用盆栽试验的方法,设置5种复合肥及其加炭复合肥配方处理,共11个处理,对比研究了5种炭基复合肥配方对胡萝卜产量及土壤养分含量的影响。结果表明:施肥显著促进了胡萝卜肉质根鲜质量增产,其中12-6-10硫基生物炭基复合肥处理的胡萝卜肉质根生物量鲜质量最高,鲜质量达到了313.85 g/株,10-5-20氯基复合肥处理的胡萝卜产量最低。与普通复合肥相比,5种生物炭基复合肥对胡萝卜肉质根鲜质量均有显著的增产效果,增产幅度为2.1%~11.3%,而且不同程度地提高了胡萝卜氮、磷、钾素养分累积量。另外,在减少氮、磷、钾养分施用量15%的情况下,施用炭基复合肥可维持全量常规复合肥的土壤速效氮、磷、钾供应水平,个别时期养分仍然有显著增加的情况。施用生物质磺化炭基肥可降低胡萝卜生长前期土壤pH值,各施肥处理对胡萝卜成熟期土壤pH值无显著性差异。与普通复合肥相比,施用生物质磺化炭基肥可降低胡萝卜生长前期土壤pH值,提高胡萝卜氮、磷、钾素养分累积量和土壤速效氮、磷、钾供应水平,有利于胡萝卜增产。

研究旱作区果园土壤水肥管理模式效应,为优化苹果园水肥管理、实现水肥最佳匹配提供依据。在甘肃陇东旱作区苹果园,选择水肥膜一体(T1)、垄膜集雨+沟内覆草(T2)、施肥枪“肥水一体”(T3)等3种主要模式,以传统清耕果园土壤施肥(T4)为对照,测定分析苹果园土壤有机质和矿质营养、叶绿素和叶片养分含量及果实品质特征。结果表明,旱作区苹果园0~60 cm土壤中,不同水肥管理模式土壤有机质、全氮和碱解氮、全磷和有效磷以及速效钾含量均随土壤深度增加呈递减趋势,且递减幅度逐渐减弱;浅层(0~20 cm)土壤有机质和矿质养分含量显著高于中、下层(20~60 cm)土壤;不同水肥模式、土壤深度全钾含量均较高,表现出明显的土壤养分浅层富集和土壤富钾特征。苹果幼果期、果实膨大期和果实成熟期土壤全氮、全磷和全钾含量降幅均显著低于碱解氮、有效磷和速效钾等速效养分。不同水肥模式土壤矿质养分的消耗程度不同,浅层土壤表现更加明显。在0~20 cm土壤中,T4(CK)幼果期和果实膨大期土壤有机质含量均显著高于其他处理模式,而果实成熟期又显著降低,表明清耕管理土壤保肥及养分持续供应能力较低。不同水肥管理模式下,苹果幼果期和果实膨大期叶绿素含量变化较大,T3幼果期叶绿素a、b和总叶绿素含量显著高于T1和T4,但与T2差异不显著。不同模式不同时期叶片矿质营养含量差异均不显著;叶片全氮和全磷含量随苹果生育进程呈下降趋势,而叶片钾含量呈“升-降”态势;至果实成熟期叶片氮、磷、钾含量达到最低。T2的可溶性糖、总糖和固酸比均显著高于其他处理;VC含量显著高于T4,但与T1和T3差异不显著。旱作区苹果园推广应用“垄膜集雨+沟内覆草”技术措施,能显著改善果实品质。

为川泽泻栽培提供科学生态种植施肥方案,探究生物有机肥和无机肥配施对川泽泻农艺性状和产量的影响。采用“3414”试验设计,考察分析川泽泻全株13个农艺性状和产量。研究发现,有机肥能显著促进泽泻叶片数增加;有机肥和化肥配施可促进泽泻叶片生长和块茎膨大,显著提高产量。处理4(X₂Y₀Z₂)的川泽泻地上部分农艺性状,如叶片数、叶宽、叶片干质量和株高表现最佳。处理14(X₂Y₁Z₁)的川泽泻地下部分农艺性状表现更佳,如块茎鲜质量和干质量、块茎宽和长等,其产量最高为2 386 kg/hm²。通过聚类分析发现,有机无机肥配施主要影响川泽泻块茎鲜质量和干质量、产量、块茎宽、块茎高、叶长、叶宽。并且发现产量和块茎宽能划分为同一类指标,二者极显著正相关,相关系数为0.97。因而川泽泻块茎宽可被选为预测产量、选种的一个主要农艺性状指标。通过灰色关联度和DTOPSIS 法综合评价各处理材料,综合产量和典型农艺性状最佳处理为处理14,最佳处理为生物有机肥150 kg/hm²、尿素420 kg/hm²、过磷酸钙200 kg/hm²、硫酸钾(K₂SO₄≥51.0%)240 kg/hm²、硫酸锌(ZnSO₄·7H₂O)7.5 kg/hm²、硼酸(H₃BO₃)9.5 kg/hm²、钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)0.075 kg/hm²。综合本研究结果可知,有机肥和无机肥配施可以有效促进川泽泻生长,增加其药材产量。

探究酒糟有机肥对湄潭翠芽茶叶的施用效果,为酒糟有机肥在湄潭翠芽生产中的科学施用和推广应用提供理论依据。采用田间试验研究连续2 a施用酒糟发酵有机肥(不施肥,CK;常规施肥,FP;酒糟有机肥750 kg/hm²,JZ1;酒糟有机肥2 250 kg/hm²,JZ2;酒糟有机肥3 750 kg/hm²,JZ3;酒糟有机肥9 000 kg/hm²,JZ4)对茶叶产量、产量构成、品质和养分积累的影响。结果表明:与FP处理相比,施用酒糟有机肥使鲜茶产量提高了2.58%~7.52%(2020年)和0.67%~11.92%(2021年),干茶产量提高了5.18%~13.90%(2020年)和4.21%~19.62%(2021年),以JZ3处理产量最优;酒糟有机肥提高了茶叶的芽密度和百芽质量,而且使茶叶中氨基酸含量提高了2.35%~12.60%(2021年),并且降低了茶叶中的酚氨比,有利于改善茶叶品质;与FP处理相比,施用酒糟有机肥的施用还提高了茶叶的氮、磷、钾素养分积累综合来看,施用酒糟有机肥能够实现湄潭翠芽茶叶增产提质,可推荐酒糟有机肥2 250~3 750 kg/hm²作为湄潭翠芽茶叶冬季基肥的最适施用量。

钾是植物需要的大量元素之一,钾元素对植物的生长发育起着重要的作用,但农业生产中存在钾肥使用量不足和利用率不高的问题。该研究分析了自1965年以来国内外钾营养的研究论文,梳理形成以下5个方面的内容。第一,概述了钾的概况、在我国的分布问题和钾资源的缺乏问题;第二,总结了钾的营养功能,提高抗逆性、提高产量和品质等三大功能;第三,介绍了钾素营养诊断的概念、原则、实施方法,强调了钾素营养诊断的重要性,并对近年钾素营养诊断的研究现状进行分析和总结;第四,先后对钾的吸收部位、影响植物吸收钾的因素以及植物运输钾的途径和方法进行描述,并对钾元素如何在植物体内发挥作用的几个典型理论体系进行论述;第五,重点分析了钾营养的性状遗传的相关研究,一方面,总结了钾营养的遗传学特征(植物的钾营养基因型的差异性是受遗传控制的;植物的钾营养性状既受单基因的控制也受多基因的遗传),另一方面,概况了近期钾营养遗传在分子水平上的相关研究,发现钾营养性状遗传在分子层次上的相关研究集中在基因水平和蛋白水平两方面。总而言之,从钾素的概况及其重要作用、钾素营养诊断、钾的吸收与转运和钾营养的性状遗传5个方面综述了近年来植物钾营养利用及性状研究的状况,提出利用现代生物技术和植物耐低钾的遗传特性来改良、培育新品种的观点。

为了明确苹果园种植长柔毛野豌豆对土壤微生物群落结构的影响,以自然生草为对照,采用高通量测序技术分析山东省7个地区苹果园种植长柔毛野豌豆及同一果园不同物候期的土壤微生物群落结构变化,并进行生草土壤微生物群落结构与理化性质的相关性分析。结果表明,7地区种植长柔毛野豌豆处理的绿僵菌属相对丰度均高于对照,其中东营地区的差异最大;除邹城外,其余6地区种植长柔毛野豌豆处理的镰刀菌属相对丰度均低于对照;除荣成外,其余6地区种植长柔毛野豌豆处理的赤霉属相对丰度均低于对照;在邹城和龙口地区,种植长柔毛野豌豆处理的链格孢属相对丰度均低于对照。同一果园不同苹果物候期的微生物群落结构分析发现,种植长柔毛野豌豆处理在苹果花期土壤中的曲霉相对丰度远低于自然生草;坐果期的镰刀菌和曲霉相对丰度均低于自然生草;果实膨大期的芽孢杆菌属相对丰度较高;成熟期的慢生根瘤菌相对丰度较高,赤霉菌、枝孢属和平脐蠕孢菌相对丰度均远低于自然生草。苹果园种植长柔毛野豌豆,在不同地区和同一果园不同物候期对果园土壤微生物群落结构的影响并不相同,但均可提高土壤有益细菌的相对丰度,同时降低病原真菌的相对丰度,有助于改良果园土壤微生态环境,促进果树健壮栽培。

旨在为梅乐葡萄优质生产和精准施肥提供理论基础,通过对各生育期、不同组织部位矿质元素含量的测定,并依据果实酚类物质所形成的品质指数进行营养诊断分析。利用Topsis分析法,计算果实酚类物质的综合品质指数,即CI值,通过比较不同生育期各组织各矿质元素含量与CI值的相关性,确定营养诊断因子;采用CND法对高优品质指数的果园进行划分,对低优果园进行营养诊断。结果表明,蓬莱产区梅乐葡萄叶片、叶柄与果实各矿质元素间存在显著的协同与拮抗关系。转色期果实N、成熟期果实P、转色期果实K、转色期叶片Ca、盛花期花序Mg、转色期果实Fe、盛花期叶片Mn、成熟期果实Zn、盛花期叶柄Cu、转色期叶柄B、盛花期叶片Mo被选为植株营养诊断因子。高优园的品质指数拐点值为0.735 5,其中有7个果园满足此条件,占总体样本的14.58%。依据高优园植株矿质元素含量范围确定营养诊断因子的适宜值分别为:N(8.85~11.81)mg/g、P(1.98~4.26)mg/g、K(14.97~20.70)mg/g、Ca(35.57~68.83)mg/g、Mg(3.69~15.51)mg/g、Fe(70.96~103.26)mg/kg、Mn(166.20~277.67)mg/kg、Zn(10.71~20.27)mg/kg、Cu(9.54~14.90)mg/kg、B(11.44~17.07)mg/kg、Mo(0.69~1.60)mg/kg。低优园营养诊断表明,其植株的K、Ca、Mn、Mg表现偏低。以获得最高果实品质指数为目标,每公顷建议施肥量分别为N 62.25 kg、P₂O₅ 46.50 kg、K₂O 0.00 kg、CaO 56.25 kg、MgO 46.50 kg。Ca和Mg肥施应采用少量多次的原则;加强果园水肥管理,提高树体对K元素吸收;通过叶面喷施,适当补充缺乏的Mn元素。

为了探究夏玉米粒位效应对增密的响应及其碳氮代谢特征,2020—2021年在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站,通过设置不同密度处理(PD1:6.0万株/hm²;PD2:7.5万株/hm²;PD3:9.0万株/hm²)的大田试验,研究了增密对玉米不同粒位籽粒灌浆与碳氮代谢生理特征的影响。结果显示,增密对弱势粒灌浆影响较为明显,其灌浆速率和粒质量差异呈现时间分别自授粉后20~25 d和30~35 d开始。弱、强势粒粒质量比随着种植密度的增加明显降低,与PD1相比,PD3处理的弱、强势粒粒质量比平均降低8.45%。增密明显降低了单株干物质积累量,主要归因于花后干物质积累量的明显降低。通过对弱、强势粒碳氮代谢生理相关指标的分析表明,增密加剧了玉米弱、强势粒间淀粉和蛋白含量差异,同时也加剧了玉米灌浆中期弱、强势粒间蔗糖磷酸合成酶(SPSase)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGase)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性的差异,这主要与增密明显降低弱势粒SPSase、ADPGase和GS活性有关;综上所述,增密通过明显降低弱势粒灌浆充实而加剧玉米的粒位效应,增密限制玉米弱势粒灌浆一方面与其降低花后干物质积累有关;另一方面与其明显影响弱势粒碳氮代谢酶SPSase、ADPGase和GS活性密切相关。

为探究滴灌水肥一体化条件下施氮量和施氮时期组合对夏玉米穗位叶叶片光合特性、衰老特性、籽粒灌浆特性及产量的影响,选用夏玉米品种郑单958为试材,设置了210 kg/hm²条件下,拔节期、大喇叭口期和开花期追肥处理(A1),拔节期、大喇叭口期追肥处理(A2),拔节期、开花期追肥处理(A3);180 kg/hm²条件下,拔节期、大喇叭口期和开花期追肥处理(A4),拔节期、大喇叭口期追肥处理(A5),拔节期、开花期追肥处理(A6);并设置传统畦灌为对照(CK),总施氮量为240 kg/hm²,CK1在拔节期一次性追施氮肥,CK2在拔节期和大喇叭口期分别追施氮肥,共计8个处理。结果表明,A1、A4处理与CK1相比,在夏玉米生育后期维持了LAI、SPAD值的同时,亦显著提高了抗氧化酶(SOD、POD、CAT)的活性,且有效抑制了过氧化物MDA的含量,从而延缓了其叶片的衰老进程,保护了叶片细胞功能结构。因此,该处理下的夏玉米在其生育后期维持了高效的光合特性,促进了籽粒灌浆速率,进而增加了穗粒数和千粒质量,使得玉米产量得以显著提高。A1和A4处理产量差异不显著,但A4相比A1施氮量降低14.3%,减少了氮肥的投入,节约了投入成本,为试验的推荐处理。

为研究成都平原油菜-水稻轮作体系下不同秸秆用量对土壤活性有机碳组分及碳循环酶活性的影响,于2017—2020年开展连续3 a的田间定位试验,分析秸秆不还田对照(CK)、常规化肥(NPK)、常规化肥+1/2量秸秆(SR1)、常规化肥+全量秸秆(SR2)、常规化肥+2倍秸秆(SR3)5个处理下土壤理化性质、活性有机碳组分含量、碳循环酶活性及其相互间的相关性。结果表明:相比试验前,秸秆还田能有效改善土壤理化性状,提高土壤速效氮、磷、钾等养分含量;与CK处理相比,秸秆还田处理的土壤有机碳、易氧化有机碳、溶解性有机碳以及微生物量碳含量分别显著提升了5.05%~8.55%,18.40%~36.80%,35.76%~66.93%,27.20%~52.10%,且均表现为秸秆用量越大活性有机碳组分含量越高。另一方面,与CK和NPK处理相比,3个秸秆还田处理土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶活性均显著提升;其中SR2处理下的土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶活性值最高,比SR1处理分别显著高出16.25%,8.49%,14.69%,SR3处理下的过氧化氢酶活性最高,比SR1处理显著高出25.10%。相关性分析可知,土壤SOC、活性有机碳组分及碳循环酶活性之间均呈现显著正相关。由此可见,在成都平原稻-油轮作体系下,实行全量秸秆还田是提高土壤活性有机碳组分含量及碳循环相关酶活性、促进土壤质量正向提升的最佳选择。

分蘖期和拔节—孕穗期是水稻产量构成要素中穗数和穗粒数形成的2个关键生育时期,氮素影响分蘖成穗和穗粒数的形成,细菌是土壤氮素循环的重要参与者。以高产水稻品种Y两优900和早丰优69为试验材料,通过设置2个氮肥施用比例(基蘖肥和穗粒肥比例分别为7:3和6:4),分析了分蘖期和拔节—孕穗期土壤细菌数量、群落特征的差异,及其与水稻产量、土壤氮素的关系。结果表明,水稻的分蘖期和拔节—孕穗期土壤细菌群落结构存在差异;分蘖期和拔节—孕穗期稻田土壤细菌优势菌门是变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和酸杆菌门等。分蘖期绿弯菌门的相对丰度比拔节—孕穗期高6.16百分点,酸杆菌门的相对丰度比拔节—孕穗期高2.65百分点;拔节—孕穗期的变形菌门相对丰度比分蘖期高0.69百分点,拟杆菌门相对丰度比分蘖期高1.09百分点。相关性分析发现,水稻产量与分蘖期土壤细菌数量呈显著负相关关系,而与拔节—孕穗期土壤细菌数量和全氮含量均呈显著正相关关系;有效穗数与分蘖期土壤细菌数量呈显著正相关关系,穗粒数与分蘖期、拔节—孕穗期的氨氧化潜势均呈显著正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明,稻田土壤细菌群落结构受多种因素共同影响,分蘖期土壤的铵态氮和拔节—孕穗期土壤的氨氧化潜势是显著影响稻田土壤细菌群落结构的2个环境因子。FAPROTAX功能预测进一步说明,分蘖期7:3处理的反硝化功能增强,其中Y两优900土壤细菌的反硝化功能最强。因此,分蘖期土壤细菌数量的增加可提高水稻有效穗数。拔节—孕穗期土壤细菌参与的氨氧化作用可促进水稻穗粒数的增加。高产水稻品种Y两优900和早丰优69在不同施氮比例下,产量、有效穗数和穗粒数的形成与土壤细菌数量、群落组成及其生态功能关系密切。

为探明多穗型与大穗型品种穗粒特征形成的规律,提高水稻产量,以多穗型品种岳优9113(Y9113)和大穗型品种天优华占(TYHZ)、五丰优T025(WT025)为试验材料,在常规大田试验条件下开展试验,探明多穗型与大穗型品种幼穗分化阶段主茎茎鞘、主茎功能叶和主茎幼穗各器官的碳氮代谢特征及产量构成差异。结果表明:大穗型品种的主茎茎鞘、功能叶和幼穗的碳代谢关键酶活性(SPS和AMS)、氮代谢关键酶活性(NR和GS)、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量在幼穗分化主要阶段均呈现出高于或显著高于多穗型品种的现象。其中在第2次枝梗及颖花原基分化期(粒数迅速增加),五丰优WT025的功能叶可溶性蛋白含量、幼穗的可溶性糖含量和GS活性较岳优9113分别显著高6.77%,35.07%,20.10%,天优华占的主茎茎鞘SPS活性和幼穗GS活性较岳优9113分别显著高46.72%和7.81%;在花粉母细胞减数分裂期(颖花易发生退化,粒数下降),五丰优T025的功能叶可溶性蛋白含量、主茎的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量较岳优9113分别显著高9.88%,21.20%,16.20%,天优华占的主茎茎鞘可溶性糖含量和功能叶SPS活性较岳优9113分别显著高14.67%和28.55%。在该试验条件下得出,与多穗型品种相比,幼穗分化期较强的碳氮代谢水平是大穗型品种形成大穗的机制之一。

研究不同覆膜方式下,施氮量对春玉米产量、氮素积累和氮肥利用效率的影响,为贵州高海拔区春玉米覆膜种植高效施氮管理提供理论依据,于2018-2019年开展田间试验,采用裂区设计,主区为不同覆膜方式(宽膜和窄膜),副区为5个施氮水平 (0,80,160,240,320 kg/hm²),研究不同覆膜方式及施氮量对春玉米产量、氮素积累、转运特征及利用效率的影响。结果表明,覆膜方式和施氮量及其互作显著提高春玉米产量,宽膜覆盖使春玉米增产17.8%,且显著增加了氮素积累量,促进了吐丝前积累氮素的再转移,从而显著提高了籽粒氮素积累量,并使氮素利用效率(NUTE)、氮素吸收效率(NUPE)、氮肥农学效率(AEN)、氮肥偏生产力(NPFP)、氮肥利用率(NUE)分别增加4.9%,21.4%,23.5%,12.2%和4.23百分点。施氮实现了春玉米籽粒产量和植株氮素积累量的协同增长,且能够显著影响氮素吸收、积累和转运。增施氮肥能有效促进提高吐丝后氮素转运量及其对籽粒的贡献率,但降低了春玉米氮肥利用效率,NDGPE(氮素干物质生产率)、NHI(氮收获指数)、NUTE、NUPE、NUE、AEN、NPFP均随施氮量的增加而明显下降,达到极显著水平。通过回归分析不同覆膜方式下的最佳产量和施氮量,宽膜覆盖比窄膜覆盖处理减少施氮55 kg/hm²,产量增加12.3%。宽膜覆盖和适宜施氮量相结合,有利于植株氮素积累和吸收利用,从而实现高产和高氮肥生产力,达到节肥增产。综合考虑春玉米籽粒产量、氮素累积、转运及氮肥利用效率,贵州高海拔及类似生态区春玉米宽膜覆盖种植的合理施氮量为160 kg/hm²,其产量可达11 404.3 kg/hm²。

为了提高玉米产量、减少氮肥施用及提高氮肥利用效率,对氮高效玉米品种进行筛选和推广,研究氮肥管理对不同氮效率玉米品种氮吸收、利用和田间氮平衡的影响,探明氮肥运筹对不同氮效率玉米品种氮素吸收、利用及田间氮平衡的影响对于玉米的高效育种和栽培至关重要,因此,于2015-2016年在川中丘陵区开展了为期2 a的田间试验。结果表明:正红311(ZH311)在吐丝期和成熟期茎鞘和叶片氮分配比例均显著高于先玉508(XY508)。此外,ZH311花后籽粒氮积累量和花后氮籽粒贡献率显著高于XY508,而花前氮转运及花前氮转运贡献率显著低于XY508。氮高效品种ZH311营养器官中较高的氮分配比例使得其各阶段氮积累量均显著高于氮低效品种XY508,吐丝后氮素积累优势较吐丝前更明显。ZH311吐丝后氮的高效积累抑制了其吐丝前氮的转运,使得其吐丝前氮积累的转运率和对籽粒的贡献率均显著低于XY508,且ZH311的氮素吸收效率、氮素回收效率和氮素偏生产力均显著高于XY508。与XY508相比,ZH311根系能更有效地吸收和利用40~80 cm土层中的无机氮,减少氮沉降,显著减少表观氮损失,且2个品种氮素表观损失差异主要来自追肥后。综上所述,氮高效玉米品种ZH311较氮低效品种XY508不仅能提高单位面积产量,而且能减少氮损失,从而降低环境风险。

为探索豫北潮土地区适宜的耕作模式,在2016-2019年小麦季设置3 a一周期的5种耕作模式组合,即连续旋耕(RT-RT-RT)、深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT)、深耕-旋耕-条旋耕(DT-RT-SRT)、深耕-条旋耕-条旋耕(DT-SRT-SRT)和深耕-条旋耕-旋耕(DT-SRT-RT),测定并分析不同耕作模式下小麦生育期光合特性、土壤速效养分含量及籽粒产量。结果表明,与RT-RT-RT相比,轮耕处理的小麦光合特性有所改善,净光合速率、气孔导度以DT-SRT-RT处理较佳,平均增幅分别为10.85%,7.83%;DT-SRT-RT叶绿素含量的增加随生育期的推进逐渐明显,在灌浆期较RT-RT-RT 显著提高16.52%;与RT-RT-RT相比,轮耕处理提高了0~50 cm土层土壤速效氮、磷、钾含量。此外,DT-SRT-RT小麦穗数、穗粒数、千粒质量和产量均高于RT-RT-RT,较RT-RT-RT增产14.64%。相关分析表明,小麦净光合速率与小麦产量呈正相关,在开花期达极显著水平;表层土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量总体上均与小麦产量呈显著正相关。总的来说,在豫北潮土地区,实施轮耕可提高小麦生育期光合速率、土壤速效养分含量和产量及其构成因素,其中以DT-SRT-RT效果最佳。