为探讨钙肥和ARC生物菌剂对低钙红壤旱地的改良效应,以花生品种湘花522为试材,设置2个氢氧化钙水平(0,750 kg/hm²,代号Ca₀、Ca₅₀)、3个ARC菌剂水平(0,30,60 kg/hm²,代号A₀、A₂、A₄),共6个处理开展盆栽试验,在花生苗期、花针期、结荚期、饱果成熟期测定0~20 cm耕作层土壤养分、土壤酶活性,收获时测定荚果经济性状及产量。结果表明,单施钙肥及钙与ARC菌剂配施能显著提高各生育时期土壤pH值,而ARC菌剂对其影响小。与CK(Ca₀A₀)相比,Ca₅₀A₂和Ca₅₀A₄显著提高全生育期土壤水解性氮含量和前3个时期土壤有效磷含量;Ca₅₀A₄土壤速效钾含量总体高于CK,且在苗期和结荚期差异达显著水平;Ca₅₀A₀较CK显著提高4个时期土壤交换性钙含量,增幅23.78%~56.21%;施钙处理下土壤钙离子含量显著高于未施钙处理(花针期不显著),且受ARC菌剂影响小;全生育期土壤有机质含量总体稳定,但Ca₅₀A₄、Ca₅₀A₂在各生育时期显著高于CK。土壤蔗糖酶活性各处理在4个时期较CK均有显著提高,且以Ca₅₀A₄增幅最大,为50.79%~162.56%;土壤蛋白酶活性以Ca₅₀A₂在4个时期显著提高,增幅26.58%~244.63%;土壤酸性磷酸酶活性以Ca₅₀A₄、Ca₀A₂在全生育期均有显著提升;各处理土壤过氧化氢酶活性整体呈降低趋势。各处理能不同程度增加花生荚果产量,施钙的增产效应大于ARC菌剂,其中Ca₅₀A₄增产效果最好,单株果质量增幅达12.29%,主要是提高了单株总果数和饱果数。综上,钙肥和ARC生物菌剂配施对提升土壤有效养分含量、激发土壤酶活性、增加花生产量有良好互作效应,且以750 kg/hm²钙肥+60 kg/hm² ARC菌剂(Ca₅₀A₄)效果最好,可为花生绿色高产栽培提供理论依据。

为了探究硅改性生物炭(MSC)对酸性土壤化学特性、有机碳组分、硅化学形态及有效性和番茄生长的影响,以入侵植物为原料制备生物炭,研究硅改性生物炭对酸性土壤碳、硅化学形态转化及有效性的影响,评估其对番茄植株生长、土壤酶活性的影响。结果表明,硅改性生物炭显著提升土壤pH值、CEC(阳离子交换量)、EC(电导率)、速效磷和速效钾含量,同时提高土壤水溶性钠和铁的含量,以及增强过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,从而提高土壤质量。生物炭改性与未改性均显著增加土壤碳不同组分的含量;与未改性生物炭相比,硅改性生物炭显著增加土壤微生物生物量碳(21.9%)和水溶性有机碳(898.3%)的含量。硅改性生物炭增加土壤有效硅、水溶性硅、游离态硅、活性硅、铁锰结合态硅和无定形硅含量,增幅分别为362.6%,158.9%,18.1%,34.9%,193.8%,74.1%。与此同时,生物炭处理促进番茄植株生长和硅素养分吸收,其中改性生物炭效果更为明显,植株干物质积累、硅含量与吸收量分别增加82.0%,98.9%,261.5%。综上所述,硅改性生物炭显著影响土壤的碳、硅化学形态及转化,增加土壤的有效性和酶活性,从而促进了作物的养分吸收和生长,显示出其在农业生产中具有良好的应用潜力。

为探究土壤磷水平和外源菌剂对玉米根际土壤功能(土壤理化性质、土壤酶活和丛枝菌根真菌(AMF)组成和结构)的调节作用,采用大田试验的方式,通过设置低磷和正常磷2个水平与接种丛枝菌根真菌、解磷细菌(PSB)、AMF-PSB和不接种外源菌CK 4种处理的双因素交互试验来研究这2种因素对玉米不同生育期内根际土壤指标的影响。结果表明:玉米拔节期和吐丝期,土壤全磷含量在正常磷水平+AMF处理条件下最高,而拔节期和成熟期,土壤有效磷含量在正常磷水平+AMF处理条件下最高;玉米拔节期和吐丝期,碱性磷酸酶活性在低磷水平+AMF处理条件下最高,且该酶活性在低磷水平+AMF处理和低磷水平+PSB处理高于正常磷水平下的各处理;低磷水平下,全磷含量和有效磷含量在接种外源菌处理条件下高于CK处理,且提高率高于正常磷水平下对应处理组间的增量;低磷水平下,土壤pH值在接种外源菌处理条件下低于CK处理,正常磷水平在拔节期也低于CK处理;低磷水平下,最高观测AMF群落OTUs数目和α多样性指数出现在CK处理,而正常磷水平下,CK处理的观测OTUs数目和α多样性指数较AMF处理和PSB处理低;非度量多维尺度分析表明,土壤AMF群落组成和结构受接种外源菌种类的趋同调节。综上,中国北方低磷碱性玉米田接种AMF和PSB菌剂,能改善土壤理化性质,提高土壤碱性磷酸酶活性,但会增加土壤AMF间的竞争排除。

研究水肥一体化下不同施磷量对玉米光合特性、荧光参数及产量的影响,为宁夏地区玉米磷肥高效施用提供理论依据和技术支撑。试验于2019—2020年在宁夏银川平吉堡农场开展,设6个磷素水平,依次为0,60,120,180,240,300 kg/hm²,分别记为P0、P1、P2、P3、P4、P5。分析不同磷肥处理下春玉米叶片光合特性和荧光参数的变化规律及其与产量之间的相互关系。2 a 大喇叭口期,P3较其他处理,叶面积指数(LAI)分别提高了4.21%~12.78%,4.68%~15.60%。磷肥用量在180 kg/hm²时对促进玉米叶面积指数和光合势(LAD)效果最优。2 a全生育期内,相较于不施磷肥处理,P3处理下LAD显著提高14.42%。玉米光合特性对施磷强度的响应不同,随着施磷强度的升高,净光合速率(Pn)均在抽雄期后达到最大值,2 a中的R1期,相较于不施磷肥处理,P3处理下Pn显著提高10.68%。玉米花后(R1)叶片胞间CO₂浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)与Pn均呈显著正相关,决定系数(R²)分别为0.926 5,0.889 9,0.832 0。施磷可以提高玉米光系统Ⅱ综合性能指数(PI),2 a中于R1期,PI有最大峰值,相较于其他处理,P3处理下PI分别提高了1.12%~8.50%,8.47%~15.40%。施磷量为180 kg/hm²产量最大,相较于不施磷处理,2 a产量平均提高17.27%。根据产量拟合方程分析表明,施磷量在179.34 kg/hm²时玉米产量达到最大值13 823.84 kg/hm²。Pearson相关性分析表明,适当的叶面积指数(LAI)会显著影响玉米后期产量,光合参数对玉米产量建成均产生极显著影响;主成分分析表明,P3处理对玉米产量优化效果综合得分最高。磷肥的合理运筹能够有效地保证较高的SPAD值、PSⅡ反应中心的活性,提高玉米对光能的捕获与利用,促进光合作用,从而提高玉米的产量。

为比较不同增效氮肥对苹果生长的影响,筛选适宜苹果施用的增效氮肥及施用方法,研究了4种不同增效氮肥对苹果生长、产量、品质及土壤氮素供应能力的影响。试验共设7个处理:不施氮肥(CK)、农民常规施用普通尿素(U)、包膜尿素与普通尿素3∶7掺混(CU1)、基施包膜尿素追施普通尿素(CU2)、控失尿素(KSU)、稳定性尿素(WDU)、腐植酸稳定性尿素(FZU)。在山东栖霞市布设田间试验,供试品种为6年生苹果金冠。结果表明,施用不同增效氮肥可显著促进春梢与秋梢生长,提高叶片SPAD、苹果产量与品质,其中FZU处理较U处理的产量显著提高了8.89%,CU1处理较U处理的果实Vc含量显著提高66.73%,CU1处理对春梢与秋梢的生长量的提高效果最明显。不同增效氮肥可显著提高苹果生育中后期的新梢氮素积累量、果实氮素积累量、氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮素利用率,其中在花芽分化期、膨果期和成熟期,FZU处理较U处理的新梢氮素积累量分别显著提高37.25%,15.91%,37.85%,CU2处理提高氮素利用率的效果最优。不同增效氮肥可显著提高土壤中 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N、 {\mathrm{NH}}_4^{+}-N含量,其中FZU处理效果最优。FZU处理能提高开花期和花芽分化期土壤脲酶的活性,WDU与FZU处理可显著降低土壤 {\mathrm{NH}}_4^{+}-N的硝化作用,减少氮的损失。剖面中FZU处理的 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N集中在20~60 cm深度,与苹果根系在土壤中的分布相符合,降低了 {\mathrm{NO}}_3^{-}-N淋溶风险。综合分析表明,FZU处理在促进苹果生长、提高苹果产量和改善土壤养分供应能力方面优势明显,为最优处理。

肥料施用不当会导致大豆贪青晚熟、倒伏、病虫害加重及肥料和产量效益下降。为提高肥料效益,充分发挥大豆单产和品质潜力,采用单因素试验设计,通过大田研究了7种施肥模式F1(基施3 000 kg/hm²有机肥+300 kg/hm²化肥)、F2(基施3 000 kg/hm²有机肥+150 kg/hm²化肥+追施150 kg/hm²化肥)、F3(基施3 000 kg/hm²有机肥+225 kg/hm²化肥+追施75 kg/hm²化肥)、F4(基施1 500 kg/hm²有机肥+75 kg/hm²化肥+追施225 kg/hm²化肥)、F5(基施300 kg/hm²化肥)、F6(基施150 kg/hm²化肥+追施150 kg/hm²化肥)和F7(基施225 kg/hm²化肥+追施75 kg/hm²化肥)对大豆生长发育、光合、产量和品质的影响。结果表明,增施有机肥相比单施化肥可显著提高大豆根干质量,单施化肥以基追比3∶1最有利于增加根干质量。有机肥与化肥配施单株鲜叶质量、干叶质量、鲜茎质量、干茎质量及单株鲜质量和干质量高于单施化肥,单施化肥各处理间上述指标差异不显著。有机肥与化肥配施提高了大豆结荚期和鼓粒期单株叶片数和叶面积指数,不施有机肥条件下化肥基追比3∶1有利于提高大豆叶片数和叶面积指数。有机肥与化肥配施比单施化肥开花期和鼓粒期的光合速率分别提高了16.69%~21.66%和14.99%~30.66%,化肥基追比不合理或减少有机肥用量会降低大豆生育中后期叶绿素含量和光合速率。增施有机肥可提高大豆产量和籽粒粗蛋白含量,而降低粗脂肪含量,单施化肥以基追比3∶1最利于增产。综合得出,有机肥与化肥配施在改善大豆生长发育、光合及产量和品质方面明显优于单施化肥,单施化肥以基追比3∶1表现较优。

为研究起垄高度对植烟土壤热量状况、根系生长和烟叶耐熟性的影响,以烤烟品种粤烟97为供试材料,于2022-2023年开展2 a大田试验,设置垄高30 cm(CK)、垄高38 cm(T1)、垄高46 cm(T2)3个处理,分析不同起垄高度下土壤温度和热通量、根系外观形态和生长指标、根系活力、烟叶耐熟性相关指标的变化。结果表明,土壤日温差变化随土层深度变化,土壤表层的日温差最大。增加垄高可提高植烟土壤平均温度0.4~1.8 ℃,提高土壤热通量4~56 W/m²。2 a 试验中,垄高38 cm的根系长度比垄高30 cm增加的最大幅度达27.26%,根干质量增加最大幅度26.21%,根系活力提高最大幅度14.97%,差异显著。与垄高30 cm相比,垄高38 cm的可溶性蛋白质含量、过氧化物酶活性、细胞膜稳定指数增加最大幅度达17.99%,27.82%,9.05百分点(2022年)和10.23%,12.44%,8.16百分点(2023年),丙二醛含量降低最大幅度为 24.84%,44.43%。相关性分析显示,根系活力与丙二醛含量呈显著负相关,根系长度和根干质量与丙二醛含量呈极显著负相关,过氧化物酶活性则与根系生长指标呈显著或极显著正相关,可溶性蛋白质含量与根系长度呈显著正相关。综上所述,增加垄高有利于改善植烟土壤热量状况,促进根系生长,提高根系活力,增强叶片抗氧化能力,提高烟叶耐熟性。垄高38 cm是南方烟区促进根系生长、提高烟叶耐熟性的适宜起垄高度。

为探究不同灌溉方式与氮肥运筹对双季晚稻生长发育、产量形成与氮肥利用率的影响,于2022-2023年,在湖南益阳市赫山区,以Y两优911为试材,设2种灌溉方式(W1.淹水灌溉;W2.湿润灌溉)和3种氮肥运筹(N1:基肥∶蘖肥∶穗肥=5∶3∶2;N2:基肥∶蘖肥∶穗肥=3∶4∶3,N3:基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶4∶2∶1),不施氮肥为对照(CK1.淹水灌溉;CK2.湿润灌溉),测定各处理组合下水稻的叶面积指数、叶片SPAD值、干物质积累量、产量形成及氮素利用率。结果表明,与W1相比,W2处理下水稻LAI在生育前期LAI较低,生长中后期W2处理LAI整体表现较高;SPAD值以W1处理较高,但生育后期SPAD值差异不显著;在相同的灌溉条件下,与N1相比,N2、N3处理能够延缓水稻生育后期LAI与SPAD值的下降;W2处理能显著提高水稻干物质积累量,较W1处理增加6.61%~16.37%,氮肥运筹下生育前中期干物质量以N1较高,生育后期干物质量以N1、N3较高;W2模式比W1模式增产7.59%~10.47%;2种灌溉模式下均以N3处理产量表现最佳,W2N3处理要比其他处理增产3.24%~14.53%,W2N3处理虽然有效穗数较低,但穗粒数、结实率、千粒质量有所提高,从而使产量提高;2 a间,氮素总积累量、氮肥吸收利用率以W2N2与W2N3较高,氮肥农学利用率、氮肥偏生产力与氮素收获指数均为W2N3较高,氮肥生理利用率以W1N3处理较高。综上,灌溉方式和氮肥运筹显著影响水稻产量和氮素吸收利用,以W2(湿润灌溉)耦合N3(基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶4∶2∶1)的氮肥运筹方式更有利于水稻干物质的积累、产量的提高和氮肥的高效利用,既能满足高产,也能起到节水的作用,为最佳水肥耦合方式。

为明确肥料减施对小麦产量与淀粉粒度分布特征的影响,以小麦品种龙科1109、扬麦25为材料,设置7个施肥处理,不施氮肥(CK)、农户习惯施氮量(三元复合肥750 kg/hm²+追施150 kg/hm²尿素,CF)、缓释肥900 kg/hm²一次性基施(SF900)、缓释肥750 kg/hm²一次性基施(SF750)、缓释肥600 kg/hm²一次性基施(SF600)、缓释肥750 kg/hm²基施+追施150 kg/hm²尿素(S750T)、缓释肥600 kg/hm²基施+追施150 kg/hm²尿素(S600T)。分析不同处理间缓释肥对小麦产量与淀粉粒度分布特征的影响。结果表明,肥料减施条件下,2个茬口小麦穗数先增加后降低、穗粒数降低,千粒质量增加,且均以SF750处理下产量最高;2个茬口小麦湿面筋、蛋白质含量下降,淀粉含量增加;旱茬强、弱势籽粒B型淀粉粒体积、表面积占比先增后降,A型淀粉粒体积、表面积占比先降后增;稻茬B型淀粉粒体积、表面积占比增加,A型淀粉粒体积、表面积占比下降;而对数目百分比无显著影响;2个茬口糊化参数等指标均下降。由此可见,肥料减施主要通过影响胚乳淀粉粒度分布,降低糊化参数等指标,增加籽粒产量及淀粉含量,进而降低蛋白质及湿面筋含量;肥料减施较农户习惯施氮量小麦籽粒产量增加,湿面筋与蛋白质含量增加,淀粉含量下降。

研究不同生物反应堆处理对设施黄瓜根际土壤细菌群落结构及多样性的影响,旨在为黄瓜根际土壤改良和设施土壤可持续利用提供理论依据和现实基础。以16S rRNA基因V3-V4区为基础,设置原始温室土壤(CK),未经处理的黄瓜根际土壤100(CK1),200 d(CK2),玉米秸秆生物反应堆处理100(S1),200 d(S2)的根际土壤,羊粪生物反应堆处理100(M1),200 d(M2)的根际土壤7个处理,使用Illumina Miseq高通量测序技术对不同生物反应堆处理下的设施黄瓜进行根际土壤细菌群落多样性、结构、理化性质分析。结果表明,土壤样品经测序后共得到6 344个OTUs,主要隶属于39门315目980属;M2处理可提高黄瓜根际土壤细菌丰富度,并显著增加细菌群落多样性。在门水平上,玉米秸秆生物反应堆处理和羊粪生物反应堆处理土壤细菌门水平优势种群结构相似,其中放线菌门和变形菌门是优势菌门;在属水平上,norank_f_JG30-KF-CM、节杆菌属、norank_f_norank_o_Gaiellales、norank_f_67-14、芽球菌属、Gaiella、火山岩海球菌属(Marmoricola)在不同处理之间有显著差异;从细菌群落丰度组成情况来看,M2处理和S2处理在一定程度上提高了黄瓜根际部分有益细菌类群相对丰度;RDA分析表明,土壤细菌群落受土壤环境因子的影响显著,铵态氮含量(P=0.015)、全钾含量(P=0.002)、速效钾含量(P=0.005)对细菌群落影响显著。因此,M2处理可提高设施黄瓜根际土壤细菌丰富度、增加细菌群落多样性、改变细菌群落结构,有利于设施黄瓜根际土壤的改良。

为探究藜麦响应低氮的分子机制,筛选低氮响应基因,揭示藜麦响应低氮的适应性变化,从不同氮素水平处理下藜麦的生长和叶绿素合成入手,采用RNA-Seq技术从转录组水平分析藜麦对于低氮和缺氮分别处理5 d和30 d后的响应情况。结果表明,藜麦在缺氮条件下根系优先生长;低氮和缺氮均可促使老叶优先变黄或脱落而维持幼嫩叶片的叶色,且均提高了幼苗对氮素的利用效率。GO功能富集分析结果显示,低氮和缺氮分别在处理5 d和30 d后差异表达基因均主要涉及膜的重要组成部分、细胞膜、氧化还原过程、代谢过程、ATP结合及金属离子结合等。KEGG富集分析结果表明,低氮和缺氮处理相对于高氮处理5 d后比较显著的差异代谢通路在于苯丙素的生物合成和谷胱甘肽代谢;而处理30 d后比较显著的差异代谢通路在于碳代谢通路。进一步挖掘藜麦响应低氮的关键基因,结果显示,低氮和缺氮处理5 d后过氧化物酶、谷胱甘肽S-转移酶、抗坏血酸过氧化物酶基因上调,表达量较高;低氮和缺氮处理30 d后磷酸甘油酸激酶、半胱氨酸合成酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶(NADP)、磷酸烯醇丙酮酸羧化酶基因上调,表达量较高。qRT-PCR验证结果与RNA-Seq测序结果一致。

为了筛选适宜宁夏引黄灌区设施西瓜适宜的水氮组合,试验设计不同水氮处理,研究水氮互作对西瓜叶片SPAD值、果实品质、产量和氮素吸收及利用等影响。结果表明,W1N4、W2N3、W2N4、W3N3、W3N4处理的SPAD值较高,施氮量为N2、N3时品质较佳,W3N4处理产量最高,为76 565.36 kg/hm²,较其他处理显著增加8.34%~37.57%;相比较其他灌水水平,灌水量为W1时,设施西瓜灌溉水分利用效率较高,其中,W1N3、W1N4处理灌溉水分利用效率较高,分别达到43.91,45.32 kg/m³,较其他处理显著增加14.00%~56.40%;W3N4处理果实氮积累量和总氮积累量显著最高,较其他处理分别增加22.75%~192.36%,17.00%~123.39%;W3N2处理氮肥偏生产力与氮肥利用率显著最高,氮肥偏生产力较其他处理显著增加11.00%~343.68%,氮肥当季利用率比其他处理提高了3.34~10.02百分点。相关性分析表明,SPAD值、中心可溶性固形物含量、Vc、产量、灌溉水分利用效率、氮积累量相互间均呈显著正相关,与氮肥偏生产力、氮肥利用率之间均呈显著负相关;边缘可溶性固形物含量与植株氮积累量呈正相关,与氮肥偏生产力、氮肥利用率呈负相关。总之,施氮量为N2(80 kg/hm²)、N3(160 kg/hm²)时设施西瓜品质较好,灌水量W3(2 200 m³/hm²)与施氮量N4(240 kg/hm²)组合的增产效果最佳,高灌水量与高施氮量互作有利于西瓜吸收氮素,而低施氮量与高灌水量互作有利于氮肥的利用。

为探究高量施肥地区化肥氮磷钾同步减施条件下,磷肥减施比例以及磷肥运筹方式对番茄产量、化肥磷利用率和土壤肥力水平的影响,试验于河北省定兴县日光温室,种植越冬长茬番茄,共设计6个处理,其中PB2处理化肥磷全部基施,其他减施处理化肥磷采用“基施+追施”运筹模式,分别是:农户常规施肥(CF,N-P₂O₅-K₂O为1 009.5-774.0-1 458.0 kg/hm²)、化肥磷减施1(P1,N-P₂O₅-K₂O为750.0-375.0-1 125.0 kg/hm²)、化肥磷减施2(PB2,N-P₂O₅-K₂O为750.0-225.0-1 125.0 kg/hm²)、化肥磷减施3(PT2,N-P₂O₅-K₂O为750.0-225.0-1 125.0 kg/hm²)、化肥磷减施4(P3,N-P₂O₅-K₂O为750.0-75.0-1 125.0 kg/hm²)、化肥磷减施5(P4,N-P₂O₅-K₂O为750.0-0.0-1 125.0 kg/hm²)。研究表明,3 a间PT2处理与常规施肥处理相比产量平均增加12.0%,增幅最高。P1、PB2和PT2处理连续3 a减施后根系干质量增幅明显,植株化肥磷利用率、化肥磷收获指数和化肥磷农学利用效率显著提升;PT2处理根冠与CF处理相比,平均增加48.2%,化肥磷利用率、化肥磷收获指数分别平均高32.9,2.7百分点,农学利用率较CF处理提升9.02倍,在所有减施处理中最高。土壤硝态氮、速效钾和速效磷含量较CF处理3 a间分别平均降低了8.2%~14.9%,4.4%~19.9%,7.3%~24.8%。综上,在过量施用化肥的设施菜地,化肥减施35.2%(其中化肥磷减施70.9%)不会降低作物产量,化肥磷采用“基施+追施”运筹模式番茄产量也较全部基施有所提高,一定程度上降低了土壤速效磷含量并增加了化肥磷肥利用率。

为探明减氮增密对再生稻产量形成特性的影响,以杂交稻品种创两优669为材料,在3个施氮水平(N1:180 kg/hm²;N2:153 kg/hm²;N3:126 kg/hm²)与2个株行距(M1:20.0 cm×16.7 cm;M2:16.7 cm×16.7 cm)条件下开展了2 a大田试验。结果表明,减氮降低再生稻叶面积指数(LAI),但合理减氮范围内增密可提高主季和再生季的LAI,互作处理N1M2与N2M2的LAI 较高;减氮和增密均降低再生稻叶片SPAD值,但密度影响不显著;减氮导致干物质质量下降,而增密可显著提高干物质质量,互作处理N1M2与N2M2干物质质量较高。减氮降低再生稻产量,但在合理减氮范围内增密可提高产量,互作处理N1M2与N2M2产量较高。减氮显著降低主季有效穗数、穗粒数和再生季再生率、有效穗数,但增密对穗数有弥补作用,合理减氮增密(N2M2)能够协调产量构成因素的关系,从而获得较高产量。相关分析表明,合理减氮增密主要通过提高主季和再生季的LAI和干物质质量,提高主季的有效穗数和穗粒数以及再生季的有效穗数,进而提高再生稻产量。综合来看,减氮增密处理N2M2(施N 153 kg/hm²、株行距16.7 cm×16.7 cm)可以节氮15%,并可获得较高产量。

土壤有机碳和腐殖质组分受土壤自身质量、施肥管理措施等因素的影响,为明确长期化肥施用对不同土层土壤有机碳(SOC)和土壤腐殖质组分含量的调控效果,在山东莱阳43 a(2021年)长期定位施肥试验,选择低量氮肥(N1)、高量氮肥(N2)、高量氮肥配施磷肥(NP)、高量氮肥配施钾肥(NK)、高氮配施磷钾肥(NPK)和不施肥对照(CK)6个处理。结果表明,与CK相比,N1能够显著提高0~5 cm的SOC含量,其增幅为22.84%,单施氮肥处理能够显著提高5~10 cm的SOC含量,N1、N2的增幅分别为20.94%,28.60%,N1能够显著提高10~20 cm的SOC含量,增幅为17.05%,而其他处理无显著变化。化肥施用能够改变土壤腐殖质组分含量,与CK相比,N1可以显著提高10~20 cm和20~30 cm土层胡敏酸(HA)的含量,增幅分别为22.86%,40.49%,而0~10 cm土层无显著变化;NP可以显著提高0~5 cm,5~10 cm土层富里酸(FA)含量,增幅分别为89.44%和124.63%,NK可以显著提高10~20 cm土层FA的含量,增幅为100.22%,NPK可以显著提高20~30 cm土层FA的含量,增幅为107.48%;N1可以显著提高0~5 cm土层胡敏素(Hu)的含量,增幅为69.34%,N2可以显著提高5~10 cm土层Hu的含量,增幅为66.18%,N1可以显著提高10~20 cm土层Hu的含量,增幅为79.50%,而20~30 cm土层无显著变化。综上表明,在本试验条件下,长期施用化肥可以有效提高非石灰性潮土的土壤有机碳的固定、改变土壤腐殖质组分,且不同的施肥策略影响存在较大差异,其中单施氮肥处理的固碳量效果较好。

钙和钾是小麦重要的矿质营养元素,发掘和探索与其含量相关的遗传机制及效应对于人体营养健康具有重要意义。旨在为小麦籽粒矿质元素生物强化育种提供理论基础,以Avocet/Chilero(AC)构建的164份F₆重组自交系(RILs)和以Avocet/Huites(AH)构建的175份F₆ RILs为材料,分析了2个群体在5个环境下籽粒钙(GCa)和钾(GK)含量的表型变异,结合DArT芯片分型结果,共定位到19个与籽粒钙含量相关的QTL,分别位于1A、1D、2A、2B、3A、3D、4A、4B、4D、5A、5B、7A、7B和7D染色体上,解释了3.23%~16.29%的表型变异,同时共定位到23个与籽粒钾含量相关的QTL,分别位于1B、2A、2B、3A、3B、4A、4D、5A、6A、6B和7D染色体上,解释了3.31%~24.66%的表型变异。其中,QGCa.haust-1A、QGCa.haust-AC-5A和QGK.haust-AC-2A.2可在多环境下被定位到,QGCa.haust-1A和QGCa.haust-AC-5A分别解释了表型变异的7.82%~12.72%和9.68%~15.57%,其物理区间为498.67~532.21 Mb和461.52~486.26 Mb,QGK.haust-AC-2A.2解释了表型变异的8.15%~15.20%,其物理区间为354.61~462.37 Mb。通过对3个位点的遗传效应分析可知,分别携带QGCa.haust-1A、QGCa.haust-AC-5A和QGK.haust-AC-2A.2效应位点能有效增加小麦籽粒中的钙和钾含量,聚合效应分析表明,同时携带QGCa.haust-1A效应位点和QGCa.haust-AC-5A效应位点的株系钙含量极显著高于仅携带单一位点的株系。综上,在1A、2A和5A染色体上定位到3个与籽粒钙和钾含量相关的稳定主效位点,其显著提高了小麦籽粒钙和钾含量。

探究化肥减量配施有机肥对植烟土壤理化性质和微生物群落结构的影响,为烟草生产上肥料减量和有机肥的合理施用提供理论参考。以常规施肥不配施有机肥为对照(CK),采用Illumina高通量测序技术,结合生物信息学,分析化肥减量10%(T1)、化肥减量10%+芝麻饼肥(T2)、化肥减量10%+腐殖酸肥(T3)、化肥减量10%+芝麻饼肥+腐殖酸肥(T4)等不同处理下土壤理化性质和微生物群落结构的变化特征。结果表明,与CK相比,T1处理的植烟土壤养分含量和土壤酶活性均下降、土壤物理特性略有改善,配施有机肥使土壤养分和物理特性得到进一步改善,容重降低、含水率和孔隙度增加,T2和T4处理的有效磷、速效钾含量显著高于CK和T1处理,所有配施有机肥处理的土壤酶活性均显著增加。配施有机肥增加了植烟土壤中的细菌和真菌门类,其中优势细菌门类均为变形菌门和放线菌门,其次是厚壁菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、酸杆菌门,优势真菌门类为子囊菌门、子囊菌门盘菌亚门、被孢霉门、绿藻门、纤毛虫门、担子菌门。Alpha多样性指数表明,化肥减量降低了微生物群落的丰富度,但配施有机肥处理增加了细菌和真菌群落多样性指数,其中细菌群落丰富度提高更明显。RDA分析表明,影响土壤微生物群落结构与多样性的重要土壤理化因子包括有机质、速效钾、碱解氮、有效磷和土壤物理特性等,相对而言土壤理化因子对细菌群落结构的影响更大。综上,化肥减量配施有机肥对土壤养分、物理特性、土壤酶活性及微生物群结构有显著改善效果,尤其以同时配施芝麻饼肥和腐殖酸肥处理的效果更佳。

为提高生物炭在盐碱地的适用性,研究改性生物炭对盐碱地的作用效果及微生态机理。通过2 a的大田试验,设置普通生物炭、富氮改性生物炭、富磷改性生物炭3种处理,3种生物炭用量分别为4.5,7.5,15.0 t/hm²,研究作物产量性状、土壤理化性质、土壤微生物多样性的响应情况。结果发现,添加生物炭可以改良土壤盐碱地,其中富氮改性生物炭和富磷改性生物炭效果更突出。生物炭可以提高盐碱地作物产量,降低土壤含盐量,改善土壤结构,降低土壤容重。3种生物炭影响并不一致,其中15.0 t/hm²磷改性生物炭对作物增产效果最好,其产量为(8.92±0.12)t/hm²,比对照组提高了110%。生物炭影响土壤微生物多样性,普通生物炭增加了土壤微生物多样性,但磷改性生物炭降低土壤微生物多样性。随着生物炭施用量的增加,土壤理化性质对土壤微生物和植物结构关系受到影响,三者之间的联系被削弱。综上,推荐施用15 t/hm²磷改性生物炭用于改善盐碱农田生态系统。

为明晰缓释氮肥不同施用量下玉米光合日变化特征及生长发育规律,利用光响应曲线拟合,以期为农牧交错区春玉米丰产栽培和氮肥高效利用提供理论依据。以广德5号为研究对象,在2018年长期定位试验基础上,于2019,2020年分别测定分析了玉米抽雄—吐丝期穗位叶在N 0(N0,CK),120(N8),180(N12),240 (N16),300(N20),360(N24) kg/hm² 6个氮肥梯度下的SPAD值、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、净光合速率、蒸腾速率日变化、光响应曲线及干物质积累规律。2 a结果表明,随着氮肥施用量的增加,玉米穗位叶SPAD值和净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化呈先增加后降低的趋势,均以N16处理最高,且胞间二氧化碳浓度最低。净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化均呈单峰曲线变化趋势。光响应曲线拟合分析得出,N16处理的最大净光合速率最高,2019,2020年N16处理分别比N0、N8、N12、N20、N24处理提高37.48%,29.51%,31.85%,18.17%,37.32%和80.04%,59.73%,50.30%,6.42%,62.51%。全株干物质及穗部干物质积累与最大净光合速率、SPAD值呈极显著正相关。综合分析得出,内蒙古西部地区最适宜的氮肥施用量为240 kg/hm²。

为了探究晋南复播区冬小麦—夏油葵一年两熟种植模式下,施用氮磷钾肥对油用向日葵(油葵)产量及各养分利用效率的影响,于2019—2021年,在临汾市以临葵4号为材料开展田间小区肥料试验,设置氮磷钾(NPK)、无氮(PK)、无磷(NK)、无钾(NP)4个施肥处理,分析不同施肥处理对N、P、K肥的产量反应、农学效率及肥料利用率等的影响。结果表明,NPK处理油葵 3 a 平均产量为3 634 kg/hm²(3 502~3 818 kg/hm²),较PK、NK、NP处理分别增产19.6%,12.1%和13.7%,其中PK处理产量最低。N、P、K的产量反应分别为588.8(481.0~704.7 kg/hm²),391.8(296.0~488.7 kg/hm²),438.2 kg/hm²(329.3~629.7 kg/hm²);农学效率分别为3.8(2.8~4.9 kg/kg),3.1(2.1~4.1 kg/kg),2.9 kg/kg(2.2~4.2 kg/kg);氮、磷、钾素的地上部积累量分别为174.4(172.5~176.8 kg/hm²),60.0(58.3~61.8 kg/hm²),241.1 kg/hm²(236.2~246.8 kg/hm²);氮、磷、钾肥的养分利用率分别为36.3%(36.0%~36.7%),15.7%(15.3%~16.2%)和47.1%(46.0%~47.9%),其中,钾>氮>磷。因此,施用氮磷钾肥可显著增加油葵产量,且显著提高植株地上部养分的积累;在氮、磷、钾等3种大量元素肥料中,施用氮肥增产最多,油葵地上部分对钾吸收量最多,利用率最高。因此,生产中既要注重氮、磷、钾合理配施,同时氮和钾还要以种肥+追肥的方式补充。

为了研究黄淮北部不同冬小麦品种(系)类型的产量与氮素利用、转运和积累的差异,在2021—2022年,2022—2023年分别对黄淮北部麦区29,26个供试冬小麦品种(系)的产量性状和氮素利用效率进行了调查和分析。通过聚类分析,将小麦分成高产型、中高产型、中产型和低产型4种类型。分别在开花期和成熟期对小麦的茎、叶、穗和籽粒(成熟期)进行氮含量测定,分析氮素利用特性相关参数与产量之间的关系。结果表明,2021—2023年高产型、中高产型、中产型和低产型品种(系)间的平均产量差异显著,其中,高产型品种的公顷穗数显著高于其他3种类型。在开花期,各器官的氮积累量和分配率大小表现为茎鞘>叶片>穗;在成熟期,各器官的氮积累量大小表现为籽粒>茎鞘>穗>叶片。不同品种小麦花后氮素积累量、花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率均以高产型品种(系)较高,且花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率大于花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率。氮素利用效率、氮素收获指数、开花期氮素积累量和成熟期氮素积累量与小麦籽粒产量呈显著正相关。因此,可通过不同品种的氮素吸收转运规律及分配特点进行水肥管理,或者选育氮素利用效率高的小麦品种,以实现小麦高产、高效生产。

为内蒙古平原灌区春玉米连续高产稳产过程中秸秆培肥高产田和改良盐碱田提供理论依据。设置了玉米秸秆还田1~4 a(HT1~HT4)定位试验,以秸秆不还田作为对照(CK),测定了春播前和收获期土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量、pH值和酸碱缓冲曲线。结果表明,HT1~HT4收获期与春播前相比土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量的相对变化率为1.34%~3.62%,0.20%~1.51%,-0.11%~0.78%,0.89%~6.36%,0.09%~0.41%,CK收获期与春播前相比土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量的相对变化率为1.57%,-0.02%,-0.45%,-0.15%,-0.05%;HT2、HT3、HT4比CK的土壤pH值显著降低;土壤对碱的缓冲能力依次为HT4>HT3>HT2>HT1>CK。综上所述,随秸秆还田年限的增加,土壤固碳能力、保肥能力和缓冲性能增大,有效抵御因施化肥等因素导致土壤pH值剧烈变化的能力增强,秸秆还田培肥改土措施显著提升了土壤质量。

为探究黄淮地区适宜的磷肥施用方式,通过开展大田试验对4种磷肥施用方式(常规撒施(P1)、分层施(P2)、条施(P3)、穴施(P4)) 下玉米不同生育时期干物质积累量、根系形态指标、不同土层土壤速效磷含量及磷酸酶活性、玉米产量及其构成因素进行测定分析。结果表明,不同施磷方式下,P2、P4处理的穗长和行粒数较P1处理显著提高22.57%,16.81%和15.19%,7.60%,P2、P3、P4处理穗粒数较P1处理分别显著提高25.26%,13.86%,17.00%,但P2处理单位面积穗数较P1处理显著降低15.30%,最终P2、P4处理产量较P1分别显著提高15.20%,10.79%。根系性状中,施磷方式显著影响了根长、根表面积、根体积、根尖数,其中P2和P4处理的根长较P1处理显著提高30.41%,33.75%; P2处理根表面积相较于P1处理显著提高23.77%,P4处理根表面积相较于P1和P3处理显著提高29.60%,21.70%;P2和P4处理下的根体积和根尖数较P1和P3处理均显著提高。对土壤速效磷含量分析表明,三叶期10~20 cm的土层中,P2和P4处理速效磷含量较P1显著提高;成熟期,0~20 cm土层中P2、P3、P4处理土壤速效磷含量较P1处理发生不同程度降低,20~30 cm土层中P4处理较P1处理发生显著降低。相关性分析表明,三叶期10~20 cm土层中酸性磷酸酶活性与土壤速效磷含量呈显著正相关,P2和P4处理在该土层下酸性磷酸酶活性和土壤速效磷含量均较高,有利于土壤中的磷素转化为玉米可吸收态。综上所述,磷肥分层施和穴施较传统撒施能提高玉米生育前期土壤中磷素有效性,促进根系生长发育,进而提高夏玉米产量,为黄淮地区较适宜的玉米磷肥施用方式。

有机肥部分替代氮肥是实现作物可持续发展的途径之一,探索了小麦有机氮部分替代化肥氮的适宜配比,以及替代后氮素累积、运转以及利用的特征,以期为河北地区冬小麦氮肥减量增效技术提供依据。2021—2023年在河北宁晋进行小麦大田试验,设置9个处理。T1,无氮,单施化肥磷钾肥;T2,高效施肥,单施化学氮磷钾肥;T3~T7,有机肥分别替代T2的20%,40%,60%,80%,100%的氮肥;T8,传统施肥,单施化学氮磷钾肥;T9,有机肥替代T2 100%的氮肥+液态氮肥。2 a试验结果表明,100%替代率+液态氮处理可获得较高的小麦产量;其次是40%替代率处理,其产量与高效施肥处理相当,且试验第2年远高于传统施肥处理。100%替代率+液态氮处理通过起身期补充速效氮,提高了茎叶中氮素含量,植株氮素累积量与高效施肥和传统施肥处理相当;40%,80%替代率处理同样获得与高效施肥处理相当的氮素累积量。20%~100%替代率处理(包括液态氮处理)可以实现较高的茎叶氮素运转率和对籽粒氮的贡献率,其中100%替代率+液态氮处理肥料氮吸收利用效果好,获得了较高的肥料氮累积量、氮肥利用率和氮收获指数,其效果与高效施肥处理相当或略高;其次是40%替代率处理,其效果与高效施肥处理相当或略低。综上,100%替代率+液态氮处理小麦产量、植株氮素累积量、氮素运转率、籽粒氮素累积量及氮效率俱佳,其次是40%替代率处理。

为探讨绿肥种植对盐碱地淡水淋盐下土壤及淋溶液碳氮含量的影响,于2021年10月至2022年5月设置冬闲(T1)、冬牧70黑麦(T2)和油菜(T3)3个处理进行大田试验,测定土壤及淋溶液有机碳(SOC)、硝态氮($\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}-\mathrm{N}$)、铵态氮($\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$)空间分布情况。结果表明,T1、T2、T3处理0~30 cm土层中土壤有机碳分别由淋盐前的6.20,6.58,7.24 g/kg增加到淋盐后的6.48,7.39,8.06 g/kg,增幅分别为4.41%,12.20%,11.23%。淋盐前后0~60 cm土层中T1处理土壤硝态氮含量显著高于T2和T3,淡水淋盐后,0~30 cm土层各处理分别降低42.42%,3.85%,10.84%;60~90 cm土层中减少了1.38%,7.96%,18.11%。淋盐前各土层土壤铵态氮含量不同处理之间无显著差异,淋盐后各土层土壤铵态氮含量均以T2含量最高。综上,淋盐灌溉后,相较于淋盐前各处理不同土层土壤有机碳均呈增加趋势,而土壤氮素则呈明显降低趋势,通过对土壤及淋溶液氮素含量分析发现,淋盐灌溉造成的氮素淋失主要以硝态氮为主。相较于冬闲田,种植油菜绿肥对土壤氮素提高有明显效果,而种植冬牧70绿肥对减少土壤氮素淋失具有最佳效果。

为了解决宁夏旱地糜子生育前期大量氮素流失的面源污染和生育后期土壤氮肥供应不足,导致植株早衰和减产等问题。在施氮量135 kg/hm²水平下,根据基肥∶拔节肥∶穗肥的比例设计了5个氮肥运筹处理,基肥∶拔节肥∶穗肥的比例分别为6∶2∶2(N1,氮肥前置)、6∶0∶4(N2,常规氮肥运筹)、2∶4∶4(N3,前氮后移)、4∶6∶0(N4,前氮后移)、4∶0∶6(N5,前氮后移)、不施氮肥处理(CK),通过研究氮肥后移对糜子干物质积累、籽粒产量及氮素吸收利用效率的影响,旨在探索糜子最佳的氮肥施用时期和施用量。结果表明,不同生育期内氮肥运筹对糜子干物质积累、籽粒产量及其构成因素、氮肥利用效率的影响达到显著差异,均显著高于CK。各处理籽粒产量分别比CK增加了18.9%,26.6%,30.8%,22.1%,23.3%;各处理氮素积累量表现为穗>茎>叶>根,且显著高于CK。氮肥利用效率均显著高于CK,氮肥后移处理(N3、N4、N5)比氮肥前置处理(N1)依次提高了4.75,3.08,2.99百分点。基于主成分和相关性分析,得出N3(基肥∶拔节肥∶抽穗肥比例为2∶4∶4)为宁南山区糜子生产最佳氮肥后移方案,适宜的氮肥后移可促进糜子干物质和氮素的积累与转运,有利于改善生育后期糜子叶片的氮素代谢,延缓了叶片的衰老,提高糜子产量。

旨为明确稻作烟区长叶龄烟苗培育措施,促进稻茬烤烟早生快发,以云烟87为材料,研究育苗盘孔径(136,200孔)、微生物菌剂(基质添加苗强壮微生物菌剂、基质不添加微生物菌剂)、移栽叶龄(8叶移栽、10叶移栽)三因素对烤烟干物质和养分的积累与分配、肥料利用效率的影响。结果表明,增加育苗盘孔径、基质中添加微生物菌剂培育长叶龄烟苗,可提高烤烟干物质积累量,改善烟叶干物质分配量,提高氮、磷、钾养分积累量,促进烤烟对肥料的吸收效率,提高肥料利用率和生产效率;育苗盘孔径、微生物菌剂、移栽叶龄、三因素互作对干物质积累贡献率分别为22.87%,27.73%,37.41%,11.99%;对氮素积累的贡献率分别为20.34%,23.45%,33.62%,22.59%;对磷素积累的贡献率分别为24.41%,27.81%,32.85%,14.93%;对钾素积累的贡献率分别为15.48%,26.05%,34.61%,23.86%;对氮肥效率的贡献率分别为20.81%,44.67%,23.11%,11.41%;对磷肥效率的贡献率分别为32.15%,31.66%,14.91%,21.28%;对钾肥效率的贡献率分别为25.31%,38.71%,31.67%,4.31%。在湖南稻作烟区,增加育苗盘孔径、基质中添加微生物菌剂培育长叶龄烟苗可弥补两段式育苗缺陷,协同提高养分吸收量和肥料利用效率,在烤烟生产中具有一定推广价值。

以番茄为试验材料,采用砂培的栽培方法,探究外源添加腐植酸钾和氨基酸肥料对番茄苗期代谢通路、植株生物量、茎叶果养分吸收量、产量和品质指标的影响。结果表明,腐植酸钾处理下番茄根长在苗期和开花结果期显著增加118%,13%,茎中氮、磷、钾携出量显著增加31%,45%,26%;叶中磷携出量显著增加92%;果实中磷携出量也显著增加45%。代谢组学结果表明,腐植酸钾处理主要影响番茄谷胱甘肽代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、卟啉与叶绿素代谢,氨基酸肥料处理则主要影响番茄丙酸代谢、泛酸和辅酶A生物合成以及TCA循环。与空白对照相比,腐植酸钾处理下的番茄产量显著增加35%,地上部鲜质量和干质量显著增加21%,5%,同时也显著提高番茄果实中可溶性糖含量、糖酸比和可溶性固形物含量,增幅分别为30%,41%,0.39百分点。施用氨基酸肥料显著提高了番茄开花结果期的根长、地上部鲜质量和果实产量,其增幅分别为19%,18%,26%,番茄果实可溶性固形物含量提高0.30百分点,固酸比提升16%,单果质量提高15.6%。综上所述,腐植酸钾和氨基酸肥料的施用可显著改变砂培番茄植株碳氮代谢过程,促进番茄生长和果实品质的形成,是实现高产优质番茄栽培的有效农艺措施。

为探讨施用生物炭对梨园土壤理化性质的改良作用以及对黄冠梨果实品质的持续影响,在河北省晋州市黄冠梨试验基地进行连续4 a的定位试验,以不施用生物炭处理为对照(CK),设置生物炭0.45(B1),0.90(B2),1.35(B3),1.80 kg/m²(B4)4个处理,研究不同用量生物炭对土壤有机质、硝态氮、速效磷、速效钾、电导率以及pH值的影响,并探究对黄冠梨成熟期果实品质的影响(如可溶性总糖、可滴定酸、硬度、可溶性固形物、单果质量),为河北省黄冠梨园的高效施肥提供依据。连续4 a施用生物炭使土壤硝态氮含量显著降低,土壤表层(0~20 cm)的有机质含量、速效磷、速效钾及pH值有所上升,且生物炭对表层(0~20 cm)的影响大于20~40 cm土层。在B3处理时对土壤养分的改良效果最佳。对黄冠梨果实品质的可溶性固形物含量的影响呈上升趋势,可滴定酸呈下降趋势,B2、B3处理对黄冠梨品质的差异不显著。综合分析生物炭用量对土壤理化性质和梨果品质的影响,以0.90~1.35 kg/m²为适宜施用量,考虑生物炭的经济成本,本试验条件下推荐用量为0.90 kg/m²。

为揭示河北板栗果品优质特性形成的土壤因子,以河北板栗主产区8个县区的54个果园为对象,对其土壤中9种矿质元素进行含量测定,通过主成分分析等方法进行不同土壤的差异比较。结果表明:8个主产区栗园土壤中Mg、Na含量无显著差异,而N、P、K、Ca、Fe、Mn、Cu 7种元素含量均有显著差异,各地栗园土壤中N含量普遍处于3级以下水平,P含量普遍处于3级以上水平,而K含量普遍较低,均处于5级以下水平;土壤中Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Na这6种金属元素含量之间均呈显著相关性,其与P元素也均呈显著相关,与N含量相关性普遍较弱;主成分分析表明,前3个主成分反映了总信息量的73.521%,第1主成分贡献率占44.678%,对它作用较大的元素包括Ca(0.871)、Cu(0.840)、Fe(0.809)、Mg(0.806),表明对主成分贡献较大的为金属元素含量;基于不同栗园土壤矿质元素含量,利用主成分表达式对板栗园的土壤状况进行综合评分,得分最高为迁西县(0.591 8),河北板栗主产区土壤质量水平排序为迁西县>青龙县>兴隆县>宽城县>沙河市>遵化市>信都区>抚宁区。综上,可用金属元素Ca、Mg、Fe、Cu含量计算综合得分来评价板栗园土壤质量水平,在栗园土壤管理过程中,宜选用高K低P复合肥,并采用多种金属元素混施肥作为补充措施来提高板栗园的土壤质量水平。

探究长期施用粪肥对3种地带性土壤中水分散性磷含量及形态分布的影响,为磷素流失风险评价提供参考。于2021年5—8月,按五点采样法分别采集北京大兴(潮土)、湖南岳阳(红壤)和广东湛江(砖红壤)3种农田的表层(0~20 cm)土壤,对土壤中水分散性磷的含量、形态分布及矿物含量等特征进行研究。与不施粪肥的处理相比,长期施用粪肥的大兴、岳阳和湛江3种地带性土壤中水分散性磷含量分别显著增加1.15,1.32,14.00倍。长期施用粪肥使不同形态水分散性磷在土壤总水分散性磷中的分布比例发生显著变化,其中大兴和岳阳土壤中颗粒态磷占比分别显著降低30.22,14.68百分点,而真溶态磷占比分别显著增加29.83,28.06百分点;岳阳土壤中胶体态磷占比显著降低13.37百分点;湛江土壤中真溶态磷占比显著增加8.24百分点。长期施用粪肥显著改变土壤水分散性矿物含量,与不施粪肥处理相比,大兴、岳阳和湛江土壤中水分散性钙含量分别显著增加0.55,1.66,4.15倍;水分散性镁含量分别显著增加0.66,1.46,8.39倍。冗余分析结果表明:土壤pH值、CEC、DOC以及水分散性矿物组成(Fe/Al/Ca/Mg)是影响土壤中水分散性磷含量及形态分布的主要因子。长期施用粪肥显著提升了3种地带性土壤中水分散性磷含量并影响其形态转化,加剧了磷素流失风险。长期施用粪肥可促进岳阳和湛江土壤中颗粒态磷和胶体态磷以及大兴土壤中颗粒态磷向真溶态磷转化。长期施用粪肥主要通过促进颗粒态磷向真溶态磷转化进而影响土壤水分散性磷形态。

为探究长期不同多熟复种模式对稻田土壤结构及有机碳分布的影响。以空闲-早稻-晚稻(WF-R-R)模式为对照,设置油菜-早稻-晚稻(RP-R-R)、紫云英-早稻-晚稻(MV-R-R)、马铃薯-早稻-晚稻(PO-R-R)、黑麦草-早稻-晚稻(RG-R-R)4种多熟模式。结果表明,在5~10 cm土层,多熟模式均增加了>2 mm粒级水稳性团聚体含量;其中,RG-R-R模式比对照显著高11.26百分点,平均重量直径(MWD)显著高于对照。在0~5 cm土层中,多熟模式均提高了有机碳含量;在0~20 cm土层中RG-R-R模式SOC含量最高,在各土层中的SOC含量较对照分别增加9.57% (0~5 cm),4.45% (5~10 cm),5.96% (10~20 cm)。随着土层加深以及团聚体粒级下降,多熟模式模式下土壤有机碳含量较对照增加的越明显,在<0.053mm粒级下,RG-R-R模式的土壤有机碳含量显著高于对照。土壤团聚体有机碳的贡献率主要来自>2 mm粒级(59.03%~79.33%),在5~10 cm土层中,其中RP-R-R、MV-R-R、PO-R-R、RG-R-R模式的>2 mm粒级中团聚体碳的贡献率较对照显著提高了5.48,8.50,7.18,14.65百分点。综上,在本研究中,采用黑麦草-早稻-晚稻(RG-R-R)模式有利于南方稻田土壤团聚体稳定和有机碳的固定。

为掌握河北省典型区域农田土壤和农产品重金属积累特征及潜在风险,分别采集金属冶炼区、污灌区和蔬菜区的土壤和农产品样品,测定重金属As、Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn含量及土壤pH值,通过单因子污染指数、内梅罗综合污染指数法,进行土壤环境质量及农产品安全性评价。结果表明,7种重金属的单项污染指数由大到小依次为Cd、Zn、Cu、As、Cr、Pb、Hg,个别土壤样点Cd、Pb、Cu、Zn的单项污染指数大于1.0,环境质量等级处于Ⅲ级以上,土壤Cd点位超标率最高,为18.51%。冶炼区土壤Cd、Cu、Pb、Zn元素超标,超标率分别为92.31%,69.23%,34.62%和26.92%。污灌区土壤Cd、Zn元素累积最明显,超标率均为8.70%。蔬菜区土壤Cd元素累积最明显,超标率为9.94%。总体上看,河北省典型区域农田7种土壤重金属的综合污染指数为0.64,土壤环境质量等级处于Ⅰ级,清洁。冶炼区、污灌区和蔬菜区土壤环境质量等级分别处于Ⅲ级(轻度污染)、Ⅰ级(安全)和Ⅰ级(安全)。参照相关的食品安全标准(NY 861—2004、GB2762—2022),冶炼区周边小麦籽粒Pb、Cd和Zn的超标率分别为40.00%,40.00%和60.00%。污灌区小麦籽粒Zn、Pb、Cd元素出现超标,超标率分别为57.45%,8.51%和6.38%。蔬菜种植区蔬菜样本未出现重金属超标现象。因此,冶炼区和污灌区土壤环境质量状况和农产品质量安全应引起足够重视。

氮素是植物生长发育的必需元素,是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子,对植物生长发育有重要意义。菌根真菌与植物形成共生关系,促进植物从土壤中吸收氮素,减少氮素对植物生长的限制,增强土壤-菌根真菌-植物三者之间的氮素交流,在氮循环中起重要作用。从菌根真菌对不同形态氮素的利用、菌根真菌影响植物氮代谢、菌根真菌对土壤氮循环的生态学意义等方面进行了综述。基于当前菌根真菌对植物氮素利用影响的研究现状,建议结合基因组学、转录组学、蛋白组学及环境基因组学技术,重点研究菌根真菌—植物共生体的氮转运机制,解析菌根真菌—植物—土壤间氮素交流的主要路径及基因互作网络,以期促进植物氮素利用率,减少氮肥的施用,促进农业可持续发展。

为明确多雨烟区适宜的烤烟种植密度,探讨种植密度对多雨烟区烟叶品质的影响及土壤微生物的响应特征。以云烟87为材料,研究不同种植密度(CK 16 650株/hm²;T1 18 525株/hm²)对烟叶产质量及土壤微生物群落结构的影响。结果表明:与CK处理相比,T1处理的烟株株高增加了6.02%,产量增加了8.65%。成熟期T1处理的烟草黑胫病、根黑腐病、炭疽病的发病率分别比CK处理降低了15.38%,11.76%,18.18%。T1处理根际土壤细菌群落物种多样性比CK处理增加了1.62%,丰富度降低了0.99%;真菌群落物种丰富度增加了3.76%,多样性降低了4.71%。T1处理与CK处理的细菌和真菌群落结构相似,但土壤样品中微生物优势类群不一致。T1处理的土壤变形菌门、酸杆菌门和放线菌门的细菌相对丰度以及子囊菌门的真菌相对丰度较高;T1处理土壤的鞘氨醇单胞杆菌属细菌相对丰度和青霉属真菌相对丰度显著提高。冗余分析(RDA)显示,环境因子(日照时长、降雨量、温度)显著影响了细菌和真菌群落结构,对土壤细菌群落变化的影响强度为降雨量>温度>日照时长;对土壤真菌群落变化的影响强度为日照时长>降雨量>温度。多雨烟区适当增加烤烟的种植密度可改善土壤微环境,减少病害发生,进而提高烤后烟叶品质及提高烟农收入。

为探究秸秆与微生物菌肥对盐碱地土壤和作物盐分含量的影响,试验于内蒙古达拉特旗重度盐碱地,分别设不施秸秆不施微生物菌肥(CK)、秸秆单施(G)、微生物菌肥单施(F)、秸秆配施微生物菌肥(GF)4个处理,分别种植燕麦、高丹草、黍子、油用向日葵4种作物,分析秸秆配施微生物菌肥对盐碱地土壤和作物盐离子浓度及盐分含量的影响。结果表明,与CK相比,秸秆配施微生物菌肥能显著降低土壤含盐量,提高作物生物量及作物体内盐离子积累量,其中土壤全盐量在种植油用向日葵的土壤中最低,为4 400.41 mg/kg,较CK显著降低了13.85%;作物生物量及盐离子积累量以秸秆配施微生物菌肥处理下的高丹草最大,生物量和盐离子积累量分别较CK提高了68.32%,108.28%。此外,秸秆配施微生物菌肥增强了各作物对盐离子的选择吸收能力,配施处理下燕麦对Mg²⁺、Cl^-、 {{\mathrm{SO}}_4}^{2-}有较强吸收能力,分别较CK提高50.51%,72.74%,56.39%;高丹草对Ca²⁺有选择吸收能力,较CK提高76.01%;油用向日葵则主要吸收K⁺,其含量较CK提高12.90%。综上,秸秆配施微生物菌肥能显著提高作物生物量、盐离子积累量及对盐离子的选择吸收能力,并且能有效降低盐碱地土壤全盐量,4种作物中,以高丹草和油用向日葵表现较好。

为控制设施蔬菜管理体系中有机肥用量、降低设施土壤氮磷负荷、减少设施氮磷面源污染风险,以研究区域农民习惯有机肥用量为对照处理(FP),农民习惯有机肥用量减施50%为有机肥减量处理(FP-M),在有机肥减量处理基础上,利用夏季揭棚休闲季种植饲草玉米(FP-M+C)、饲草高粱(FP-M+S)和草黑豆(FP-M+L),且在下茬蔬菜定植前将其原位还田作为填闲处理,采用原位收集淋洗液的方法,通过3 a田间定位试验,研究填闲作物替代有机肥对设施土壤氮磷淋洗量、有机质含量及其剖面硝态氮、有效磷含量和蔬菜产量的影响。结果表明,与农民习惯有机肥用量处理(FP)相比,有机肥减量(FP-M)及其填闲饲草玉米(FP-M+C)、饲草高粱(FP-M+S)和草黑豆处理(FP-M+L)对蔬菜产量无显著影响,FP-M+C和FP-M+S处理显著提高了0~40 cm土壤有机质含量;与FP处理相比,FP-M、FP-M+C、FP-M+S和FP-M+L处理在设施休闲季总氮淋洗量最高降幅分别为13.9%,59.5%,65.4%和54.5%,在蔬菜生长季最高降幅分别达38.3%,48.5%,39.0%和24.0%;与FP处理相比,FP-M、FP-M+C、FP-M+S和FP-M+L处理在设施休闲季总磷淋洗量最高降幅分别为42.3%,53.9%,45.4%和49.1%,在蔬菜生长季最高降幅达37.7%,33.8%,27.7%和26.3%;与FP处理相比,FP-M、FP-M+C、FP-M+S和FP-M+L处理显著降低了80~200 cm土层硝态氮( {{\mathrm{NO}}_3}^{-}-N)和20~80 cm土层有效磷(Olsen-P)含量。利用设施休闲季种植填闲作物并将其原位还田,不仅能提升0~40 cm土层土壤有机质含量,起到替代有机肥效果,而且可降低土壤氮磷淋洗、减少设施蔬菜氮磷面源污染风险。

为了对马铃薯蔗糖磷酸合成酶(SPS)编码蛋白StSPS1进行原核表达及多克隆抗体制备。从四倍体马铃薯品种川芋10号的块茎中克隆出了StSPS1基因,该基因编码区全长为3 165 bp,编码蛋白的长度为1 055 aa。随后基于构建的His标签融合表达载体PET30a-StSPS1,进行了StSPS1蛋白的诱导、变性、纯化、复性及兔免疫试验。结果发现,StSPS1蛋白分子量约为119.62 ku,在可溶性上清中的表达极少,主要在不溶的沉淀中表达,最佳的诱导条件为37 ℃下用0.5或1.0 mmol/L的IPTG诱导4 h。由于StSPS1为包涵体蛋白,故对其进行包涵体变性处理,并利用His标签纯化出了与目的条带大小相符的蛋白,同时通过His抗体进行了蛋白质免疫印迹(WB)试验,发现在119.62 ku处检测到目标条带,说明StSPS1包涵体蛋白纯化成功。最后,通过将透析复性后的StSPS1蛋白注射进兔子皮下组织中,成功免疫出2个StSPS1的抗体,经过WB鉴定发现2个抗体均能在抗原和川芋10号叶片的总蛋白中杂出目标条带。综上,对马铃薯StSPS1蛋白进行了诱导及纯化,并成功制备了StSPS1蛋白的兔多克隆抗体。

研究不同有机肥施用量下土壤真菌群落构成、多样性及功能特性,旨在为合理增施有机肥和保障玉米田土壤生态健康发展提供理论依据。采用大田施肥试验,共设置4个处理,使用高通量测序和FUNGuild对不同施肥量下土壤真菌多样性、结构及功能群进行分析。结果表明:增施有机肥能够提高土壤有机质、速效磷、速效钾、脲酶、过氧化氢酶等的含量,且与有机肥的施用量呈正相关;施用有机肥能够提高土壤真菌群落的多样性,降低真菌群落丰富度;从真菌门水平看,不同施肥量下土壤中真菌群落占主导地位的为子囊菌门、毛霉菌门、担子菌门和卵菌门,与不施有机肥的对照相比增施中量牛粪处理下子囊菌门和担子菌门的相对丰度明显较高;从真菌属水平看,优势属包括镰刀菌属、腐质霉属、油壶菌属和小粉孢属。增施有机肥提高了共生营养型和腐生营养型的相对丰度,且随着增施有机肥量的增加,病理营养型的丰度呈现递减的趋势;增施有机肥的处理木质腐生真菌数量明显高于不施有机肥的处理,而植物病原菌和动物病原菌的数量均低于对照,因此,认为增施一定量的有机肥能够优化土壤微生物环境,利于玉米植株产量的提高。