研究不同减氮增效措施对麦玉轮作体系潮土氨挥发和作物产量的影响,为合理施肥及农业环境保护提供指导。长期减氮增效试验于2016年开始在河南许昌潮土区定位试验站开展,设置不施氮肥对照(CK),常规施氮肥(100N),减氮20%(80N),以及减氮20%配合秸秆还田(80NS)、硝化抑制剂(80NI)、生物炭(80NB)共6个处理,2021-2022年间测定土壤理化性质、氨挥发特征和麦玉产量。结果表明,小麦季,80NS、80NI和80NB处理pH值较100N处理显著提高;80NS和80NB处理的有机质含量较80N处理显著提高,土壤容重较CK处理显著降低。小麦基肥期,80NS、80NI和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低28.71%,35.61%和22.99%;小麦追肥期,80NS和80NB处理的氨挥发累积量较100N分别显著降低14.94%,17.58%,80NS和80NI处理的氨挥发累积量较80N显著提高22.27%,27.69%。整个小麦生育期,不同施氮处理氨挥发累积量占施氮量的1.31%~2.47%,其中100N>80NB>80NS>80NI>80N。玉米季,与100N处理的氨挥发累积量相比,80N和80NS处理分别显著降低37.14%,29.63%,80NI处理显著增加60.83%;与80N处理相比,80NI和80NB处理的氨挥发累积量显著增加155.79%,44.05%。玉米生育期氨挥发累积量占施氮量的5.81%~14.86%,其中80NI>100N>80NB>80NS>80N。小麦产量结果表明,与100N处理相比,80N处理显著减产16.67%,而80NS、80NI和80NB处理产量无显著降低。玉米产量数据表明,100N处理与4个减氮处理间均无显著差异。综上,在试验潮土减氮20%的基础上增施硝化抑制剂、秸秆和生物炭,均可有效提高土壤肥力、稳定小麦产量,但硝化抑制剂和生物炭显著提高玉米季氨挥发累积量,生产中需要特别注意。

为探明施氮量对花后弱光胁迫下软质小麦氮素吸收与转运特性、氮肥利用效率及产量品质形成的影响机制,在盆栽条件下,以软质小麦品种荃麦725(QM725)为材料,采用¹⁵N示踪法,试验共设置2个氮素水平,即N1(N 120 kg/hm²)、N2(N 180 kg/hm²),每个施氮水平下于小麦灌浆期(开花后7~35 d)设置2个遮光处理,即CK(不遮光),SH(遮光30%)。分析施氮量与花后弱光条件下软质小麦籽粒产量和品质之间的形成关系,研究不同氮肥用量对花后弱光条件下软质小麦氮素积累、转运及籽粒产量与品质的影响。结果表明,与对照相比,N1和N2条件下,花后弱光处理显著降低了开花期植株以及成熟期营养器官氮素积累量,且来源于肥料氮的比例显著高于土壤氮,而成熟期籽粒氮素积累量来源于土壤氮的比例显著高于肥料氮,其肥料氮在相同施氮量条件下,基施氮肥比例大于追施氮肥。在相同弱光处理条件下,N2较N1相比,提高了开花期肥料氮积累量、成熟期总氮与肥料氮积累量和成熟期籽粒总氮、肥料氮与土壤氮积累量。在N1和N2处理水平条件下,随着花后光照强度的降低,小麦氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率、穗粒数、千粒质量和籽粒产量均显著下降。软质小麦籽粒蛋白质、淀粉含量及其积累量随着氮肥用量的增加显著提高。但在相同施氮量条件下,弱光胁迫降低了籽粒淀粉含量、蛋白质和淀粉积累量。花后弱光胁迫显著影响了软质小麦植株氮素积累,降低了小麦花后营养器官贮藏物质向籽粒的转运效率,导致营养器官对籽粒的贡献率降低,从而不利于植株整体的氮素转运效率。随着施氮量的提高,小麦的氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率及氮素利用效率均显著提升。在相同施氮量N1和N2处理条件下,花后弱光胁迫显著降低了软质小麦籽粒蛋白质和淀粉积累量,进而影响了粒质量的形成,从而导致产量降低。

探究蓖麻饼粕肥对土壤肥力及花生产量、品质的影响。以东北地区花生品种四粒红为试验材料,开展2 a田间定位试验(2022,2023年),设置不施肥(CK)、施蓖麻饼粕肥(B1:2 520 kg/hm²、B2:5 040 kg/hm²、B3:10 080 kg/hm²)、施化肥(F1:175 kg/hm²、F2:350 kg/hm²、F3:700 kg/hm²)、施牛粪(N1:3 724 kg/hm²、N2:7 448 kg/hm²、N3:14 896 kg/hm²)10个处理,分析不同处理对土壤肥力及花生产量、品质的影响。结果表明,2022,2023年施用蓖麻饼粕肥均能不同程度地改善土壤养分,B3处理可显著降低土壤pH值,土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、碱性磷、速效钾含量提升效果最佳,分别较CK平均提高67.58%,64.56%,70.55%,11.33%,75.76%,149.97%,116.84%;与CK相比,施化肥和牛粪处理土壤有机碳含量分别平均提高5.94%和11.48%,全磷含量分别平均提高16.67%,16.67%,碱性磷含量分别平均提高33.35%和23.94%。B3处理花生单株饱果质量、百果质量、百粒质量优于施化肥和牛粪处理,分别平均提高105.43%,127.91%,19.54%和22.75%,16.79%,24.17%。B3处理花生产量最高,2023年较2022年提高1 876.22 kg/hm²。B1处理提高了花生脂肪、油酸含量并降低了亚油酸和棕榈酸含量,花生脂肪和油酸含量分别较CK平均提高6.07,4.23百分点,亚油酸和棕榈酸含量分别较CK平均降低1.79,0.89百分点。土壤有机碳、全氮、碱解氮含量与花生脂肪含量呈显著正相关,土壤有机碳、全氮、碱解氮含量与花生产量呈极显著正相关。综上所述,蓖麻饼粕肥可改良土壤,并能够提升花生产量、品质。

为阐明长期不同施肥条件下灌漠土剖面全氮和水解氮的变化特征及演变规律,探讨提升灌漠土地力和合理施肥的模式,依托1982年建立的土壤肥料长期定位试验,以2003,2022年0~200 cm剖面土壤为试验材料,测定其土壤全氮和水解氮含量,同时对不同施肥处理1,10,20,30,40 a后耕层土壤全氮和水解氮含量动态变化进行分析,研究长期不同施肥处理土壤剖面氮素养分分布特征、变化特点及演变特征。结果表明,不同施肥处理土壤全氮和水解氮含量均随土壤深度的增加而逐渐降低,长期有机肥配施化肥能够显著增加表层土壤全氮含量,同一时期增施有机肥处理的表层土壤水解氮含量显著高于不施有机肥。长期单施氮肥处理下,各土壤剖面的全氮含量与不施肥处理趋于一致。长期不同施肥方式下土壤水解氮与全氮之间均呈显著正相关,且施有机肥处理下土壤全氮每增加1.00 g/kg,水解氮则相应增加71.57 mg/kg。综上,长期有机肥配施化肥可显著提高土壤全氮和水解氮含量,提高土壤氮素肥力,而不施肥或偏施氮肥都会导致土壤氮素肥力降低。可见,有机无机配施是灌漠土区土壤培肥的有效措施。

探究翻耕深度和有机肥用量对潮土麦田光合特性、产量形成的影响,为潮土或相近土壤类型下小麦高产稳产提供理论依据和技术支撑。于2022-2024年小麦季,在山东省德州市齐河县的典型潮土区麦田开展双因素裂区试验,主区为2种翻耕深度,包括15~20 cm(D1)与30~35 cm(D2);副区为3种有机肥施用量,分别为800(L),1 200(M),1 600 kg/hm²(H)。分析了不同翻耕深度与有机肥施用量下潮土麦田光合特性、地上部干物质积累特性、产量构成。D2M和D2H较其他处理均利于提高小麦产量及构成要素,穗数、穗粒数、千粒质量与籽粒产量的2 a均值分别显著提高了5.5%~8.5%,3.5%~12.1%,6.7%~13.2%和6.6%~12.8%。D2M和D2H处理还通过提升各生育时期的地上部干物质积累速率,不同程度地提升了拔节、开花与成熟期小麦地上部干物质积累量,较其他处理2 a均值分别提高了9.0%~22.1%,8.9%~25.8%和10.7%~24.3%。与D1翻耕深度相比,D2处理进一步提升了有机肥对各生育时期叶片SPAD的促进作用,且D2M和D2H处理在灌浆中期至后期时仍能保持较高的叶绿素含量;在M和H有机肥用量下,D2翻耕深度各生育时期叶片Pn均显著高于D1,在拔节、孕穗、开花、灌浆中期和灌浆后期,2 a均值分别显著提高12.0%~16.7%,13.7%~16.8%,13.8%~19.7%,20.2%~25.8%,24.6%~44.8%;相同有机肥用量条件下,叶片LAI 在2种耕作深度间的差异随着生育进程的推进逐渐增加,在开花和灌浆中期均以D2M和D2H表现最佳,2 a均值分别提高13.2%~27.2%,13.4%~29.4%。D2M和D2H处理均能改善植株光合特性和地上部干物质积累能力,进而优化产量构成要素实现小麦产量的大幅提升,但因D2M和D2H处理在各指标间差异均不显著,因此,基于资源节约的前提,认为翻耕深度30~35 cm和有机肥用量1 200 kg/hm²组合即可实现潮土麦田籽粒高产。

为探究连续绿肥翻压还田管理模式下,豫中烟田地表二氧化碳(CO₂)和氧化亚氮(N₂O)通量日变化特征及其影响因素,确定两者最佳采集时间,2021年基于河南农业大学毛庄科教园区长期定位试验,于烟苗移栽后每隔30 d采用静态暗箱-气相色谱法进行24 h连续动态观测,测定施氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾+种植并翻压黑麦草(NPKG)处理下烟田CO₂和N₂O日排放通量。结果表明,豫中烟田土壤为CO₂和N₂O的排放源,且排放趋势与大气温度变化轨迹相似,昼高夜低,昼、夜排放通量平均值达到显著差异水平。CO₂排放通量在移栽后30 d和60 d表现为不明显双峰形态,90 d表现为昼高夜低的单峰态;N₂O通量呈现昼高夜低的单峰态。NPKG处理CO₂和N₂O排放通量总体上显著高于NPK处理,3个典型日CO₂排放通量表现为90 d>60 d>30 d,N₂O排放通量为60 d>90 d>30 d。观测日内,土壤孔隙含水率(WFPS)和10 cm地温共同影响着CO₂和N₂O的排放速率,10 cm地温与CO₂和N₂O日排放通量均呈显著或极显著正相关。一天中9:00,21:00 CO₂和N₂O排放通量的矫正系数最接近1,且其与日平均排放通量无显著差异。CO₂通量与N₂O通量呈显著正相关关系,一定范围内,N₂O通量随CO₂通量增加呈线性态势增加。综上,连续绿肥翻压还田增加了烟田地表CO₂和N₂O排放通量,9:00,21:00左右为CO₂和N₂O最佳采集时间。烟草大田生育期3个取样日,NPK处理和NPKG处理地表CO₂排放通量均以90 d 最高,60 d次之;N₂O排放通量均以 60 d 最高,90 d次之。

为探究内生真菌印度梨形孢对烟草根际微环境的影响,在温室条件下开展盆栽试验,以云烟87为试验材料,通过非靶向代谢组学、土壤酶活测定、高通量测序及微生物群落功能预测,分析了印度梨形孢对其根系分泌物、根际土壤酶活性及细菌多样性的影响。结果表明,印度梨形孢成功定殖在烟草根部,增加了18种差异根系分泌物的含量,主要包括酸类、酯类、醇类、萜类和酚类化合物,显著富集了L-苯丙氨酸代谢、牛磺酸和次牛磺酸代谢及L-色氨酸代谢途径;与对照无菌水相比,印度梨形孢提高了烟草根际土壤中脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶的活性,其中脲酶和蔗糖酶活性达到显著水平;与对照相比,印度梨形孢提高了烟草根际土壤细菌群落的丰富度和多样性,Chao1指数和Observed_otus指数明显升高,改变了门、属水平的细菌群落结构,提高了酸杆菌门和放线菌门优势菌门及假单胞菌属、芽单胞菌属的相对丰度,增加了根际土壤细菌碳水化合物代谢通路和翻译通路涉及的基因丰度,对细菌群落功能产生了一定影响。研究表明,印度梨形孢能够改善烟草根际微生态环境,为揭示其促进烟草生长的机制并为烟草种植生产提供理论依据。

为探明不同覆盖措施对西北旱作区冬小麦土壤水热状况及产量的影响,以康庄974冬小麦为供试材料,于2022年9月至2023年7月在通渭县旱作循环农业试验示范基地设置麦秆带状覆盖3行(M3)、4行(M4)、5行(M5)3个不同覆盖度处理和地膜覆盖(PM)处理,以露地(CK)作为对照的试验,结果表明:覆盖较CK显著提高全生育期0~200 cm土壤贮水量,麦秆覆盖平均提高13.22%,提高幅度M3>M4>M5,PM提高19.65%;覆盖增墒效应随生育期推进逐渐增大,成熟期增幅37.53~87.76 mm;随土层加深而减少,0~20 cm增幅5.10~9.48 mm;覆盖显著降低全生育期总耗水量和总耗水强度,覆盖对阶段耗水量和阶段耗水强度的影响以生育后期最明显。麦秆覆盖较CK显著降低全生育期0~25 cm土壤温度1.60~2.70 ℃,M3降幅最大;期间最大降幅出现在灌浆期,为3.67 ℃,土层间最大降幅出现在5 cm,为3.01 ℃;PM较CK显著增加全生育期0~25 cm土壤温度1.50 ℃,以越冬期、5 cm增幅最大,分别为2.20,1.79 ℃。麦秆覆盖在越冬期、拔节期、成熟期7:00增温,其他时间具有增温和降温双重效应;PM除灌浆期、成熟期14:00降温外,其他时间均增温。M5、PM的产量和水分利用效率较CK分别提高8.67%,26.49% 和0.96,2.94 kg/(hm²·mm);覆盖对产量要素的影响以穗数最明显(CV=17.67%)。产量与穗数(r=0.754^**)、WUE(r=0.891^**)、土壤温度(r=0.723^**)呈极显著正相关,与穗粒数呈显著正相关(r=0.522^*)。综上,麦秆覆盖可实现生态和经济效益双赢,M5增产效果更佳。

为了研究不同施肥处理对香稻产量、品质和香气的影响,以青香优19香为研究对象,分别设置了撒施复合肥(T1)、6 cm深施复合肥(T2)、撒施尿素(T3)、6 cm深施尿素(T4)和不施肥处理(T5)5种施肥处理,于2022,2023年探究不同施肥方式对香稻产量、品质、香气以及生理特性的影响。试验结果表明,不同施肥处理对香稻的产量和品质均有影响。深施肥处理(T2和T4)下香稻的产量显著高于撒施肥处理(T1和T3)。另外,T2和T4处理下香稻产量在2022,2023年分别比T5处理高出19.61%和20.03%,39.57%和32.28%。在叶片净光合速率方面,深施肥处理显著提高了香稻叶片的净光合效率,与T5处理相比,在2022,2023年,净光合效率在T2和T4处理下分别提高了25.69%,15.95%和17.83%,11.28%。此外,在深施肥处理下,香稻的2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)含量、2-AP合成相关前体物质含量和主要酶活性均有所提高。相较于T5处理,T2的2-AP含量显著增加,在2022,2023年分别达到了161.31,180.17 μg/kg。另外,深施肥处理下,香气前体物质含量和主要酶活性也显著提高。其中,在2022,2023年,T2处理香稻籽粒的脯氨酸、吡咯啉-5-羧酸以及1-吡咯啉含量分别提高了9.90%,10.08%,4.38%和8.13%,8.26%,6.06%,同时吡咯啉-5-羧酸合成酶和脯氨酸脱氢酶活性分别提高了8.72%,27.79%和5.52%,30.91%。综上所述,深施肥处理能够显著提高香稻的产量、品质、叶片净光合速率并促进2-AP的生物合成。

探索氨基酸水溶肥对芹菜叶绿素含量、比例的影响,及其对叶绿素代谢相关基因表达的调控作用,以期为高品质富色素芹菜生产中氨基酸水溶肥叶面肥的合理施用提供理论依据。以宁芹1号为材料,设置不同浓度氨基酸水溶肥叶面喷施处理,测定叶片及叶柄叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量并分析,通过荧光定量PCR(RT-qPCR)测定叶绿素代谢有关基因相对表达水平。氨基酸水溶肥对本芹叶绿素积累及相关基因相对表达水平的影响与处理浓度及叶片部位有关,500 μL/L氨基酸水溶肥处理可促进叶片和叶柄中叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量增加,降低叶柄中叶绿素a/b,诱导叶绿素合成相关基因(AgHEMA、AgHEMB、AgCHLM、AgPOR及AgCAO)表达并显著下调各降解相关基因(AgPAO及AgPPH)表达水平;1 000 μL/L氨基酸水溶肥处理在一定程度上阻碍叶绿素积累,提高叶片中叶绿素a/b,显著下调各叶绿素合成相关基因及叶绿素降解相关基因AgPPH的表达水平。适宜浓度的氨基酸水溶肥叶面肥可调控叶绿素代谢相关基因表达水平,提高芹菜苗期叶绿素含量。

阐明叶面肥不同施氮量对玉米氮素积累转运利用的影响。试验时间为2021—2022年,采用随机区组设计,以玉米品种利禾1号为研究对象,设置不施肥处理(CK)、常规根部施肥处理(CF)、叶面减氮20%处理(LF1)、叶面常规施氮处理(LF2)、叶面增氮20%处理(LF3),分析叶面氮肥不同施用量与不施肥及常规根部施肥对玉米氮素积累转运利用的差异。结果表明,玉米茎氮素积累量和叶氮素积累量随生育期的推进呈先升高后降低的趋势,于抽雄吐丝期达到最大值。单株氮素积累量随生育期的推进逐渐升高,于成熟期达到最大值,LF2处理的单株氮素积累量最高。吐丝期前叶片中氮素分配占比最高,吐丝期后籽粒氮素分配占比逐渐升高,于成熟期达到峰值;CK的籽粒氮素积累占比最低,2021年LF1处理的籽粒氮素分配占比最高,2022年LF3处理的籽粒氮素分配占比最高。氮素转运率和氮素转运对籽粒的贡献率随施氮量的增加先升高后降低,氮素收获指数、氮素利用率随施氮量的增加而降低;2021,2022年LF1处理、LF2处理、LF3处理的氮素利用效率均高于CF处理,且LF1处理的氮素利用率最高。2 a叶面施氮处理的氮素吸收效率均高于CF处理。各处理的穗长、穗粗、穗行数无显著差异,CK的秃尖长最长,各施氮处理的行粒数和百粒质量均大于CK,CF处理的生物产量最高,LF1处理的籽粒产量和收获指数最高,各处理的籽粒产量显著高于CK,收获指数随施氮量的增加而降低。因此,在内蒙古中西部地区玉米以LF1叶面施氮处理下能获得较好的生长效果。

为明确大兴安岭沿麓黑土区秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤水分动态变化规律及玉米产量的影响,基于连续6 a耕作定位试验,分析秸秆全量粉碎深翻还田(SCD)、秸秆全量粉碎深松浅翻还田(SSS)、秸秆全量粉碎深松还田(SCS)、秸秆全量粉碎重耙还田(SCR)、秸秆全量粉碎旋耕还田(STR)、秸秆全量粉碎免耕还田(NTS)、秸秆不还田常规耕作(CK)7种耕作方式对2022年和2023年玉米不同生育时期0~60 cm土层土壤水分特征、耗水量、水分利用效率及玉米农艺性状和产量影响的差异。结果表明,2022年和2023年土壤质量含水率呈双峰型变化。0~10 cm土层土壤质量含水率显著高于CK,NTS处理在多个时期土壤质量含水率最高;10~20 cm土层中,SSS、NTS处理拔节期土壤质量含水率低于CK;20~40 cm和40~60 cm土层中,各处理土壤质量含水率较CK均有提升。2022年和2023年,不同生育期除NTS处理外,各处理玉米株高显著高于CK;成熟期SCD处理玉米株高最高,NTS处理最矮。各处理玉米苗期叶面积指数差异较小,拔节期后STR处理叶面积指数最大,大喇叭口期各处理叶面积指数均显著高于NTS处理。除SCS、NTS处理外,各处理干物质积累量均显著高于CK,成熟期SCD处理干物质积累量最高,NTS处理最低。与CK相比,各处理均可提高玉米产量和水分利用效率,但SCD处理显著高于CK。综合各指标分析,大兴安岭沿麓黑土区秸秆全量粉碎深翻还田和秸秆全量粉碎深松浅翻还田2种耕作方式有利于改善土壤结构、提升玉米产量和水分利用效率。

为给杂交小麦高产栽培过程中合理的氮肥运筹提供理论依据和技术支撑,研究施氮量对二系杂交小麦产量形成、干物质积累分配、氮素吸收利用以及对小麦肥料氮吸收比例的影响,于2020—2021年以3个二系杂交小麦组合和1个常规品种作为材料,采取裂区设计,氮素处理(¹⁵N标记尿素)为主区,品种为副区,设置N0、N120、N180、N240这4个施氮水平试验,分析测定了开花期和成熟期不同处理下小麦各器官的干物质积累分配、植株氮素吸收利用以及籽粒产量。结果表明,施氮量、组合(品种)对小麦产量和产量构成要素的影响达极显著水平。与常规品种京冬17相比,京麦21、BH9613的平均产量分别增加10.47%,4.07%,主要原因是其穗数和穗粒数较高。氮肥施用显著提高了小麦穗数和穗粒数,但降低了千粒质量。4个组合(品种)增施氮肥均显著提高了小麦开花期和成熟期干物质积累量,开花期小麦各器官干物质量表现为茎秆>叶>穗,成熟期为籽粒>茎秆>颖壳+穗轴>叶。不同施氮量下组合的氮素农学利用率、氮素偏生产力平均值表现为:京麦21>BH9613>京冬17>BH3606,与产量趋势一致。4个组合(品种)的¹⁵N原子百分超、来自肥料氮含量及占比均表现为:籽粒>秸秆,并随着施氮量的增加而显著增加。与京冬17相比,3个杂交组合(品种)来自土壤氮的占比显著提高,从氮利用角度说明杂交小麦耐瘠薄性更强。综合分析,N240施氮量综合表现优于其他施氮量的表现,京麦21和BH9613这2个杂交组合(品种)的综合表现优于对照京冬17。

探究不同梯度减氮对库尔勒香梨叶生产能力的影响。设置不施肥处理(CK)、不施氮肥处理(N0)、常规施肥处理(N)以及3个氮肥减量梯度(N1、N2、N3分别较常规施肥用氮量减少10%,20%,30%),共计6个处理。以多年施肥试验为基础,比较不同施肥方式下叶养分含量、净光合速率、叶绿素荧光、叶绿素含量、叶面积指数及产量。施氮肥能显著提高叶片和枝条养分含量,提升叶片叶绿素含量、叶面积指数、净光合速率、叶绿素荧光以及产量,显著提高果实中可溶性固形物和维生素C(VC)含量。与完全施氮相比,减氮10%对叶片和枝条养分含量、叶绿素荧光、净光合速率、叶绿素含量、叶面积指数以及果实可溶性固形物、VC、石细胞、总酸含量影响不显著,减氮10%~20%对果园产量无显著影响,且能使其维持在正常范围水平。净光合速率、叶绿素荧光参数、产量与叶片、枝条中氮、磷、钾、铁、锰、铜、锌含量呈显著正相关。根据试验结果和分析,推荐10~12 a树龄的库尔勒香梨氮肥减施用量范围为在完全施氮(300 kg/hm²)基础上减氮10%~20%(240~270 kg/hm²),作为香梨园最佳减施氮肥用量。

旨在评估生物有机肥对向日葵黄萎病的防治效果及其对植株生长与抗病性的影响,并探讨其在可持续农业中作为病害防控措施的可行性。通过室内盆栽试验进行了生物有机肥在不同浓度和处理条件下对向日葵黄萎病病原菌及其对向日葵生长和抗病性影响的研究。结果表明,生物有机肥处理可显著降低向日葵黄萎病的病情指数,较对照组减少14.57%,室内相对防效为28.54%。施用生物有机肥显著促进了向日葵的生长发育,将田间土与有机肥按50:1比例混合后,向日葵出苗率提高8.67百分点,幼苗株高、茎粗和鲜质量等生长指标均显著增加。进一步研究显示,不同浓度的生物有机肥发酵滤液对黄萎病菌的菌落生长和孢子萌发具有显著抑制作用,且抑制效果随发酵液稀释倍数增加而减弱;同时,有机肥挥发性物质能够显著抑制微菌核的形成。在防病机制方面,生物有机肥发酵滤液可通过刺激向日葵植株产生诱导抗性进而增强植株的抗病能力。生理指标测定表明,发酵滤液诱导了活性氧(H₂O₂)爆发,增强了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,减少了丙二醛(MDA)的积累,同时提高了苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性,显著增强了向日葵的抗病性。研究揭示了生物有机肥对向日葵黄萎病的防治潜力及其促进植物健康生长的双重功能,为优化生物有机肥配方和提升农业生产中病害防控策略提供了理论依据和试验支持。

土壤氮循环酶活性可作为表征土壤肥力水平和氮素转化的重要指标。为明确长期施肥对南方双季稻区稻田根际土壤氮循环酶活性的影响,依托长期(37 a)定位施肥试验田,系统分析了4种施肥处理(不施肥(CK)、单施化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)和30%有机肥+70%化肥(OM))根际土壤氮循环相关酶活性以及其与土壤化学性质的相关性。结果表明:OM和RF处理较MF和CK处理显著增加了根际土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮和微生物量氮含量,提高了水稻产量。OM和RF处理根际土壤脲酶和亚硝酸还原酶活性均显著高于MF和CK处理;RF处理根际土壤羟胺还原酶活性最大,分别比CK、MF和OM处理增加了21.7%,13.0%,8.7%;OM处理根际土壤蛋白酶、固氮酶、硝酸还原酶和氧化亚氮还原酶活性最大,较MF处理分别显著增加了20.0%,26.1%,426.1%,26.7%;CK处理稻田根际土壤一氧化氮还原酶活性显著高于MF、RF和OM处理。相关性分析结果表明,根际土壤硝酸还原酶、固氮酶、氧化亚氮还原酶、脲酶、蛋白酶活性与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量以及水稻产量之间均呈极显著正相关,而根际土壤一氧化氮还原酶与土壤全氮、有机碳、铵态氮、硝态氮、微生物量氮含量和水稻产量之间均呈显著或极显著负相关,表明土壤化学特性、产量与根际土壤氮循环酶活性密切相关。冗余分析(RDA)表明,第一排序轴能解释根际土壤酶活性的93.34%,土壤硝态氮、全氮和有机碳含量是驱动根际土壤氮循环酶活性变化的关键因素。因此,长期采用有机物料(有机肥和秸秆)替代部分化肥通过改善土壤化学和生物学特性,促进土壤氮循环酶活性,达到培肥稻田土壤的效果。

研究施氮量对不同烟草品种上部叶生长发育及碳氮代谢的影响,为生产优质上部烟叶提供参考。采用双因素裂区试验,研究了不同施氮水平(37.5,75.0,112.5 kg/hm²)NC89、云烟87品种上部叶农艺性状、光合特性、叶片组织结构、碳氮代谢关键酶活性及化学成分等指标。随着施氮量的增加,两品种上部叶叶长、叶宽、叶面积、单叶干质量均显著增加,移栽后115 d,高氮处理的NC89和云烟87的叶面积分别比低氮处理显著提高了63.10%,68.43%。增加施氮量提高了NC89叶绿素含量,高氮处理的叶绿素含量比低氮处理高6.67%~37.50%;增加施氮量显著提高了云烟87的净光合速率,移栽后70,80 d尤为显著。移栽后85~115 d栅栏组织、海绵组织、叶片厚度均随施氮量增加而显著增大,低氮和中氮处理的栅栏组织、海绵组织厚度在移栽后95~115 d趋于稳定,而高氮处理仍分别提高了9.82%~14.08%和10.72%~13.72%。随着施氮量的增加,两品种叶片碳含量和C/N显著降低,氮含量显著增加;两品种转化酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶、谷氨酸合成酶活性升高,高氮处理降低了云烟87淀粉酶活性,提高了NC89淀粉酶活性,移栽后115 d,高氮处理的云烟87比中氮处理显著降低了27.53%,高氮处理的NC89比低氮和中氮处理分别显著提高了33.86%,21.74%。云烟87谷氨酰胺合成酶活性随施氮量增加显著增加,NC89则无规律变化,差异不显著。增加施氮量降低了烤后叶片还原糖和总糖含量,提高了烟碱和总氮含量。同一施氮水平下,云烟87烟碱、总氮、钾含量高于NC89,还原糖、总糖含量(除低氮水平外)及糖碱比、氮碱比低于NC89。不同烟草品种上部叶对施氮量的响应不同,增加施氮量能够促进NC89上部叶片生长发育和碳代谢,降低糖碱比、氮碱比,提高化学成分协调性,但会造成云烟87氮代谢旺盛,难以适时向碳积累代谢转变,延缓叶片衰老,造成云烟87贪青晚熟。

为了明确氮肥减量后移对黄淮海平原麦-玉两熟体系生产力的调控效应,于2020年6月至2023年6月在山东省农业科学院济南济阳试验基地设置夏玉米、冬小麦周年氮肥试验,分析了传统农户处理(F₄₀₀,周年施氮400 kg/hm²)、周年减氮10%(FN)、周年减氮20%(FH)、周年减氮30%(FL)4种氮肥处理对麦-玉两熟体系籽粒产量、地上部氮素积累特性、氮肥利用效率、收获后0~200 cm 土层土壤硝态氮积累特性的影响,为进一步优化黄淮海平原施氮制度提供依据。结果表明,氮肥后移提高了氮肥减量条件下夏玉米、冬小麦和周年总产,与F₄₀₀和FN处理相比,FL处理3 a均值分别显著提高9.2%~18.1%,13.5%~20.5%,11.1%~19.1%。氮肥后移量改善了麦-玉两熟体系各生育阶段地上部植株氮素积累强度,促进了地上部植株氮素的积累,3 a均值夏玉米季吐丝和成熟期植株氮素积累量FL较F₄₀₀、FN、FH分别显著提高5.7%~12.3%,5.0%~12.8%,籽粒氮素积累量显著提高8.2%~17.2%;冬小麦季,拔节、开花和成熟期FL与FH处理连续3 a地上部氮素积累量显著高于F₄₀₀和FN处理,3 a均值分别提高23.4%~28.1%,20.7%~26.3%,12.6%~20.8%,籽粒氮素积累量FL较F₄₀₀、FN和FH处理分别显著提高16.4%,15.0%和5.8%。优化施氮制度能够改善麦-玉两熟体系氮肥利用效率,其中,夏玉米和冬小麦氮肥吸收效率3 a均值FL较F₄₀₀、FN、FH处理分别显著提高4.8%~57.7%,32.0%~72.4%;氮肥偏生产力夏玉米FL较F₄₀₀和FN处理分别显著提高68.8%,40.4%,冬小麦季FL较F₄₀₀、FN和FH显著提高38.4%~71.8%。4种施氮处理下夏玉米、冬小麦收获后0~40 cm土层均具有较高的土壤硝态氮富集,其中夏玉米3 a均值分别占0~200 cm土层总积累量的40.0%,38.9%,44.9%,42.5%,冬小麦分别占37.3%,36.9%,46.7%,38.3%;随着种植年限的增加,夏玉米和冬小麦收获后传统农户处理(F₄₀₀)和周年减氮10%(FN)处理0~200 cm土层土壤硝态氮较试验起始时均出现了累积效应,而FL和FH施氮处理下实现了土壤硝态氮残留的相对平衡。可见,周年减氮 30%处理下通过增加氮肥后移量,改善了植株氮素积累特性,实现了夏玉米、冬小麦籽粒产量和氮素利用效率的协同提高,是实现黄淮海平原麦-玉两熟体系籽粒高产、氮肥高效和环境友好的较优施氮制度。

为探究有机肥对胡麻生理生长和根际细菌群落的影响,探索旱地胡麻的绿色高产栽培技术,基于大田试验,以坝选三号为材料,研究4个不同施肥处理(T0:不施;T1:低量牛粪;T2:中量牛粪;T3:高量牛粪)对胡麻生理生长、氮素利用、干物质积累的影响,解析根际细菌群落多样性、群落组成、共现网络和代谢途径变化,探讨驱动细菌群落差异的环境因素。结果表明,T3处理胡麻产量较高,与对照相比,该施肥条件下株高、单株有效蒴果数、千粒质量和氮肥利用效率指标也最高,这是施用有机肥后产量稳定的生理基础。胡麻根际土壤细菌的多样性和丰富度受有机肥施用的显著影响,根际细菌菌群结构也存在显著差异。胡麻根际细菌的菌群结构受有机质、全氮、速效钾的影响,不同处理胡麻根际细菌均具有相同的优势菌群,但各优势菌群的相对丰度存在较大差异。胡麻根际以变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和拟杆菌门为优势菌门。变形菌门和放线菌门随着有机肥施用量的增加而增加,放线菌门随有机肥施用量的增加而降低。WGCNA分析鉴定15个共表达模块,其中Red和Pink模块与有机质(OM)显著正相关。有机肥的施用增加了细菌网的复杂度,结合WGCNA分析鉴定出7个关键OTUs。综上,有机肥的施用促进了胡麻的生长,改变了胡麻根际土壤的细菌群落结构和网络复杂度。

为探究提升豫南黄褐土地力的良好施肥模式,研究了黄褐土上不同施肥处理下小麦-玉米轮作系统的稳产高产特征及其与土壤养分的关系。基于2012年开始的长期定位试验,设置不施肥(CK)、施用化肥(NPK)、化肥配施粪肥(NPKM)和化肥配施秸秆(NPKS)共4个处理,采集成熟期植株、土壤样品,测定作物产量与土壤有机碳、碱解氮、有效磷、速效钾养分含量。结果表明,与CK处理相比,各施肥处理作物产量均显著提高,小麦季产量提高53.70%~64.50%,玉米季产量提高44.54%~58.31%,其中NPKM处理的产量最高(小麦8 162.61 kg/hm²、玉米8 836.33 kg/hm²),NPKS处理与NPKM处理无显著差异;NPKM处理的产量可持续性指数(SYI)最高,其小麦季和玉米季SYI值分别为0.84,0.82;作物产量及其SYI值均表现为NPKM>NPKS>NPK>CK,表明化肥配施有机物料可显著提高作物产量及其可持续性。同时,不同施肥处理均可不同程度提高土壤养分含量,其中NPKM处理提升效果最为显著;分析作物产量与土壤养分关系发现,作物产量与土壤有机碳(SOC)、碱解氮以及有效磷含量呈极显著正相关,其中与SOC相关性最为显著;随着SOC含量提升,作物SYI值呈现先升高后稳定的趋势,其拐点为15.15 g/kg。综上,化肥配施粪肥可显著提高作物产量和土壤养分,并维持较高的作物产量可持续性,是实现黄褐土生态区土壤-作物系统可持续生产的推荐施肥模式。

明确不同施氮水平对内蒙古中西部地区玉米田土壤有机氮组分及氮素利用效率的影响,为农田土壤氮素科学管理和现代农业高效可持续发展提供参考。共设置6个施氮水平,分别为N0(0 kg/hm²)、N8(120 kg/hm²)、N12(180 kg/hm²)、N16(240 kg/hm²)、N20(300 kg/hm²)、N24(360 kg/hm²),分析在玉米田播前和收获后不同土层下各施氮水平对土壤全氮、颗粒有机氮、轻组有机氮和重组有机氮含量动态变化规律以及玉米产量、氮素利用效率的影响。结果表明,随土层加深同一施氮水平下,土壤全氮、颗粒有机氮、轻组有机氮和重组有机氮含量呈下降趋势。同一土层下播前土壤全氮含量随施氮水平升高呈上升趋势;收获后N16、N20和N24处理土壤全氮含量显著高于N0、N8和N12处理。播前0~10 cm,10~20 cm,20~40 cm土层N16处理土壤颗粒有机氮含量均最高,分别为0.14,0.13,0.09 g/kg;收获后10~20 cm,20~40 cm,40~60 cm土层最高,分别为0.19,0.10,0.09 g/kg。N16处理土壤轻组有机氮含量增加量最高,为37.27%;N24处理土壤重组有机氮含量增加量最高,为7.35%,其次是N16处理,为6.84%。N16处理玉米生物产量最高,为31 443.50 kg/hm²;玉米经济产量最高,为18 526.47 kg/hm²;氮素利用效率指标随着氮肥施用水平升高而降低,N16处理下氮收获指数最高,为79.20%。综上,240 kg/hm²为内蒙古中西部地区较适宜的氮肥施用水平,在该水平下土壤氮素管理和作物产量较佳。

为了研究缺钾胁迫下活性氧(ROS)对甘薯生长和抗氧化系统的影响,进一步揭示活性氧调控甘薯缺钾胁迫下的抵御机制。选用低钾耐受型品种徐薯32和低钾敏感型品种宁紫薯1号2种甘薯品种为试验材料,通过人工气候室内水培的方式确保试验过程中环境因素保持一致,采用外源H₂O₂和二苯基氯化碘ROS抑制剂(DPI)预处理甘薯幼苗之后再进行缺钾处理,检测缺钾处理后不同时间点下甘薯根系内源H₂O₂相对含量、抗氧化基因表达水平及酶活力指标的变化,记录甘薯的形态特征,探索ROS信号对缺钾胁迫下甘薯苗期生长的影响。研究结果表明,缺钾处理下,甘薯生物量降低,叶色变淡;甘薯幼苗根系ROS相对浓度在第14天荧光强度表现最高;甘薯根系中抗氧化相关基因的表达量普遍升高,H₂O₂预处理表达量升高更显著;与-K处理相比,H₂O₂和DPI预处理均可提高甘薯叶片中的抗氧化酶活性,不同种酶活性在缺钾处理21 d内的变化趋势有所差异;不同处理的影响效应存在品种差异。H₂O₂可作为胁迫信号分子,提高甘薯幼苗抗氧化基因表达水平,提高抗坏血酸酶(APX)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的酶活,从而清除多余ROS,有效缓解缺钾胁迫对甘薯幼苗生长的抑制,而DPI可以抑制内源H₂O₂的产生,维持抗氧化酶活,保护甘薯幼苗ROS酶促清除系统,避免组织的氧化损伤。

盐碱地是我国重要的后备耕地资源,普遍存在无机盐分含量高、有机质匮乏、土壤肥力低等问题,这严重影响了我国粮食安全。因此,需要改善盐碱土壤状况、提升土壤肥力,并为我国粮食安全提供更可靠的保障。在我国,秸秆作为一种重要的农业有机废弃物,秸秆的资源化利用已成为农业可持续发展的重要组成部分。其中,秸秆还田作为一项核心措施被广泛推广。经大量研究表明,通过将其合理还田可以有效地改善土壤的结构,增加土壤的有机碳含量,提高土壤的肥力。目前,秸秆资源如何在盐碱土壤上高效利用从而使盐碱土壤有机碳得到提高是我国农业现在面临的重大课题。因此,本研究从秸秆不同还田方式、还田量等方面进行概述来探究其对盐碱地土壤有机碳库及组分的影响。在此基础上,提出秸秆还田技术存在的不足并找到其解决办法。在实践中,采取适当的处理措施来实现秸秆还田对盐碱地的改良。此外,进行盐碱地研究不仅是对特定土壤环境的深入分析,更是一项涉及多学科交叉的复杂系统工程。在这一过程中,必须充分考虑到各种因素,包括但不限于土地管理、水文地质、生态系统、农业经济等。通过这样的努力,才能更加深入地理解盐碱地的特性,为改善和利用这些宝贵资源提供科学依据和技术支持。

淡水资源短缺是限制农业可持续发展的重要因素,而采用适宜浓度的咸水灌溉成为弥补这一短板的有效途径,但是持续利用咸水灌溉可能增加土壤次生盐渍化风险,因此,利用咸水灌溉的同时应保证盐分淋洗。为准确评估咸水灌溉对土壤的长期影响以及增施有机肥对盐分淋洗的效果,依托连续10 a旱作处理以及1,3,5 g/L的咸水灌溉,分别施用化肥和化肥基础上增施有机肥开展工作。通过分析0~200 cm土壤剖面每20 cm土壤含水量、电导率、pH值、有机质、全氮、有效磷和全磷含量,发现不同浓度咸水灌溉对表层土壤电导率等特征没有显著影响,而采用5 g/L的咸水灌溉处理增加了增施有机肥下0~20 cm和120 cm以下土层土壤含盐量。此外,相较于化肥处理,增施有机肥处理显著提高了土壤耕层含水量、有机质、全氮、有效磷和全磷含量,各指标提高幅度为14.16%,38.27%,32.39%,44.25%,9.56%。可见,尽管增施有机肥提高了土壤电导率,但是土壤仍处于低盐环境,而增施有机肥对土壤养分(尤其是有效磷)含量的提升幅度更大。同时,由于降雨和冬小麦种植前的淡水灌溉,在该区域采用<5 g/L的咸水灌溉不会引起表层土壤积盐。

为探究饲用甜高粱在盐碱地的生产性能以及土壤改良效果,在南疆种植中科甜438号饲用甜高粱,测定其产量,并且饲用甜高粱种植前和收割后在盐碱地上选取0~10 cm,10~20 cm,20~30 cm土层,测定比较分析土壤理化性质、土壤离子和土壤酶活性的影响。结果表明:饲用甜高粱种植后土壤总盐度、pH值、电导率呈下降趋势,与种植前相比,Na⁺、K⁺、HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-含量及全钾、全磷、有效磷和碱解氮含量下降,而Ca²⁺、Mg²⁺含量及土壤总孔隙度、有机质、全氮、速效钾含量均呈上升趋势。土壤阳离子中Mg²⁺含量最高,阴离子中SO₄^2-含量高于Cl^-。土壤酶活性中,过氧化氢酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性之间无显著差异,而脲酶活性差异显著。与种植前相比,不同土层中10~20 cm土层的变化较明显。相关性分析结果可知,pH值和总盐度之间呈极显著正相关关系;容重和pH值、总盐度之间呈显著正相关关系;蔗糖酶和碱性磷酸酶之间呈显著正相关关系。上述结果表明,该地区的盐碱土壤是Na₂SO₄为主的土壤类型,并且该地区盐碱地种植饲用甜高粱不仅可以收获高产的饲草,还能降低土壤中的部分离子改善土壤理化性质。

为明确在添加土壤调理剂基础上不同灌溉施肥组合对张家口坝上地区土壤养分的影响。设置灌溉频率与施肥量和灌水频率与灌水量2个双因素试验,因素一为不同灌水频率:分别是 6 d(D6)、8 d(D8)、10 d(D10);因素二为不同施肥用量:100%施肥(F100)、调理剂+100%施肥(PF100)、调理剂+85%施肥(PF85)、调理剂+70%施肥(PF70);因素三为不同灌水量:100%灌水(W100)、85%灌水(W85)、 70%灌水(W70),共 24 个处理,分析不同灌溉施肥水平对土壤含水量和养分的影响以及各土层间养分的变化规律。结果表明,高频或中频灌水(D6 或 D8)的土壤平均含水量在 0~60 cm 土层中最高。与中频灌水(D8)处理相比,D6处理能够显著提高0~20 cm 土壤有机质以及20~40 cm 土壤全氮和速效钾含量。与常规灌水和施肥(F100和W100)相比,PF100 和PW100 均能够显著提高 0~20 cm 土层土壤含水量、全氮、速效磷、速效钾以及 20~40 cm 土壤平均有机质和硝态氮含量。在添加土壤调理剂基础上减水减肥仍然能够显著提高表层的土壤养分含量。PF85、PW85 或 PF70、PW70 能够显著提高 0~20 cm土层平均土壤有机质(14.4%~19.0%)、全氮(2.2%~11.2%)、速效磷(22.2%~41.7%)、速效钾(4.9%~42.8%)以及 20~40 cm土层平均土壤硝态氮(20.8%~95.0%)含量。通过相关性分析可知,土壤含水量在高频灌水条件下,与有机质、全氮和土壤速效钾(R²=0.081,0.092,0.166)以及在中频灌水条件下,与土壤速效磷和速效钾(R²=0.114,0.153)均呈极显著正相关。综上所述,高频灌溉条件下 100%施肥和 70%灌水+调理剂(PF100D6 和PW70D6)水肥组合对土壤养分的提高为最优,该结果可为我国北方干旱及其他环境相似地区的灌溉施肥优化管理提供科学依据。

为探究氨基酸肥与尿素配施对辣椒土壤活性有机碳组分及酶活性的影响,明确提高辣椒土壤活性有机碳组分含量的施肥模式。在同一施氮水平下,设不施肥(CK)、单施尿素(N0)、80%尿素N+20%氨基酸肥N(N20)、60%尿素N+40%氨基酸肥N(N40)、40%尿素N+60%氨基酸肥N(N60)、20%尿素N+80%氨基酸肥N(N80)和单施氨基酸肥(N100)7个处理,分析各处理土壤理化性质、土壤活性有机碳组分含量和酶活性变化。结果表明: 氨基酸肥与尿素配施能有效提升土壤活性有机碳组分含量及土壤酶活性。土壤有机碳含量随着氨基酸肥施入量的增加而增加,土壤活性有机碳组分含量和酶活性随着氨基酸肥施入量的增加呈现先增加后平稳或者微降的趋势。其中N60处理的土壤易氧化有机碳含量、颗粒态有机碳含量、微生物量碳含量、纤维素酶活性、过氧化氢酶活性和淀粉酶活性提升效果最佳:在0~20 cm土层,对比CK处理分别提高了105.50%,19.43%,142.60%,126.57%,22.28%,308.20%;在20~40 cm土层,对比CK处理分别提高了39.75%,59.32%,59.00%,130.27%,33.24%,342.16%。相关性分析表明:土壤总有机碳及各活性有机碳组分与酶活性均呈显著正相关。可见,氨基酸肥与尿素配施能够有效提高辣椒土壤中的活性有机碳含量和酶活性,且以40%尿素N配施60%氨基酸肥N提升潜力最大。

为探究新增耕地土壤肥力快速科学提升模式,以复垦新增耕地玉米小麦轮作系统为研究对象,开展不同施肥处理试验(包括不施肥对照(CK)、有机肥15 t/hm²(OF15)、化肥(MIN)、有机肥7.5 t/hm²+化肥(OF7.5+MIN),有机肥15 t/hm²+化肥(OF15+MIN)和有机肥30 t/hm²+化肥(OF30+MIN))。基于土壤全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质等土壤理化性质基础数据,采用土壤养分综合肥力指数(IFI)对不同施肥土壤肥力进行定量综合评价。结果表明:新增耕地施用化肥基础上增施有机肥提高土壤速效养分,分别增加土壤全氮108.6%~149.0%,土壤碱解氮253.6%~311.0%,土壤速效磷78.8%~171.6%,土壤速效钾35.6%~80.5%,土壤有机质含量增加5.8%~41.9%,土壤容重降低1.0%~8.3%,土壤pH值降低3.4%~7.3%,土壤综合肥力指数提高21.6%~27.7%,增加玉米小麦周年产量33.2%~127.1%。新增耕地土壤速效养分、有机质、土壤肥力水平和玉米小麦周年产量均表现出随着有机肥施用量增加而增加的趋势,其中以有机肥30 t/hm²效果最佳。与单施有机肥相比,有机肥与化肥配施有效增加土壤有机质和土壤综合肥力指数分别增加12.3%和22.0%。综上,有机肥+化肥相较单施化肥、单施有机肥的土壤综合肥力和作物周年产量均提高,有机肥30 t/hm²+化肥处理显著提升复垦新增耕地土壤肥力和作物产量。

为了探讨不同施氮水平和基追比对安徽省长江中下游稻茬麦小麦叶片生理、源库调节籽粒库容以及产量的影响。以白湖麦1号为试验材料,设置不同施氮水平和基追比(180,210,240 kg/hm²的3个施氮量;5∶1∶4,7∶1∶2,5∶4∶1的3个基追比),通过测定不同源库指标,以期明确适宜的长江中下游稻茬麦氮肥运筹模式。结果表明,随着施氮量的增加(0~240 kg/hm²),小麦叶面积指数(LAI)、花后叶绿素相对含量(SPAD)以及源器官生物分配量呈上升趋势,成熟期籽粒生物分配量和花后源生产能力转化率呈现先高再低的趋势,以210 kg/hm²的施氮量为最高;相同施氮水平,基追比7∶1∶2(基肥∶分蘖肥∶拔节肥)条件下小麦的叶面积指数和基追比5∶1∶4下的叶绿素含量最高,成熟期籽粒生物分配量和经济系数以7∶1∶2基追比为最高。在相同基追比处理下增加施氮量能提高小麦穗粒数和有效穗数,而小麦千粒质量随施氮量的增加而降低。籽粒产量随施氮量的增加呈先升后降趋势,在施氮量为210 kg/hm²和基追比7∶1∶2时小麦群体潜在库容大、粒叶比高、籽粒充实指数适宜,小麦籽粒产量达到最大值。综合高产、高效的选择条件,施氮量210 kg/hm²和基追比7∶1∶2是安徽省长江中下游稻茬小麦白湖麦1号最适宜的氮肥运筹,在此条件下白湖麦1号可以实现最大的潜在库容以及产量。

为改善盆栽红掌生产过程中的养分利用率、提高红掌品质和经济效益,探究了缓释肥替代水溶肥对红掌品质和养分利用的影响,以期优化红掌的生产栽培措施。以盆栽红掌特伦萨、骄阳2个品种为试验材料。设置3个施肥处理:清水对照(CK)、普通水溶肥(T)和缓释肥(AL),通过测定其株高、冠幅、最大叶片长、最大叶片宽、叶片数量、叶柄直径等生长指标发现:缓释肥处理组(AL)的盆栽红掌各项指标均明显优于对照组(CK)和普通水溶肥组(T)。进一步测定了叶绿素含量、干物质积累以及植株氮磷钾积累量,结果表明:相比普通水溶肥组(T),缓释肥组(AL)在2个品种中叶绿素总量分别增加1.9%(骄阳)和60.3%(特伦萨);植株干物质量分别增加3.9%(骄阳)和35.4%(特伦萨);氮素分别增加13.6%(骄阳)和32.1%(特伦萨);同时植株整体状态和商品性更佳。因此,缓释肥替代普通水溶肥能够通过提高植株叶绿素含量进而增加植株的养分利用率,提高红掌品质,同时减少资源浪费和环境污染,在未来红掌盆花生产中具有良好的前景。

为探究不同矿化度微咸水灌溉对冬小麦田土壤CO₂、N₂O、CH₄等温室气体排放和土壤微生物群落的影响,于2023年3-6月在中国科学院南皮生态农业试验站进行了3种(1,3,5 g/L,W1、W3和W5)矿化度微咸水灌溉冬小麦的大田试验。结果表明,从冬小麦返青期至收获期间,CO₂排放呈现出前期高,中期低,后期又上升的趋势;N₂O排放表现为前期高后期低的变化趋势;CH₄则在正与负排放之间波动。与W1处理相比,W3处理土壤CO₂和N₂O平均排放速率显著较低,CO₂和N₂O平均排放速率分别降低39.4%,68.9%。W5土壤CO₂和N₂O平均排放速率降低21.9%,40.0%,但统计学意义上无显著差异。不同浓度微咸水灌溉,对于土壤微生物α多样性影响较小,但显著改变了其群落结构。聚类分析表明,W1和W5处理的微生物组成存在显著差异,而W3的聚类结果介于W1和W5之间。相关分析表明,CO₂排放速率与土壤TN含量呈显著正相关,N₂O排放速率与土壤TN、TOC、DOC以及MBC呈显著正相关,土壤NO₂和CH₄排放速率分别与S0134 terrestrial和Sphingomonas以及Subgroup 25的丰度呈显著正相关。RDA分析表明,影响Sphingomonas和Subgroup 25丰度的关键理化因子分别为pH值、NH₄⁺、EC和DOC。综上所述,使用3 g/L的微咸水灌溉,能够在不显著增加土壤含盐量的基础上,降低土壤呼吸速率,减少农田碳排放量,是北方缺水区微咸水灌溉冬小麦的适宜灌溉水阈值。

为了探讨蚯蚓粪是否能对设施内外玉米土壤细菌多样性产生影响,以便在微生物水平上研究蚯蚓粪对设施内外土壤生态质量差异提供参考。基于Illumina NovaSeq测序平台,对不同种植模式(分别为蚯蚓粪设施内外和常规设施内外种植模式下不同品种玉米)下的玉米的根际土壤细菌进行 16Sr RNA 测序。质控后共获得 35 627个操作分类单元(Operational taxonomic units,OTUs),共计 1 832 428 条有效序列。比较不同种植模式下土壤样本OTU数、细菌群落结构组成、相对丰度、优势菌属组间差异性及细菌多样性分析的差异性。土壤样本OTU数在蚯蚓粪和常规种植模式下差异明显,蚯蚓粪种植OTU数高于常规种植,而与设施内外和不同玉米品种间差异不明显;土壤群落结构的优势菌门基本相同,但是在设施内外与是否施用蚯蚓粪之间的细菌门所占丰度大小之间存在较大差异,而在不同玉米品种之间的差异不大。在门水平上,变形菌门和细菌门在常规种植设施内外玉米(D类)中相对丰度比在蚯蚓粪种植的设施内外玉米(E类)高,而放线菌门和芽单胞菌门在蚯蚓粪种植的设施内外玉米(E类)比在常规的设施内外玉米(D类)中相对丰度高。在属水平上,鞘氨醇单胞菌属、Unclassified_Gemmatimonadaceae、Subgroup_10、Uunclassified_Bacteria和Unclassified_Vicinamibacteraceae,这5个属在蚯蚓粪种植中丰度高于常规种植,而Unclassified_Microscillaceae、交替赤杆菌属、黄杆菌属,Unclassified_Vicinamibacteraceae和Uncultured_gamma_proteobacterium,这5个属在常规种植中丰度高于蚯蚓粪种植。多样性分析结果显示,蚯蚓粪种植(E类)的Chao1、Ace和Shannon、Simpson指数显著高于常规种植(D类)。蚯蚓粪种植模式的土壤细菌数量和多样性高于常规模式种植,不同种植模式显著影响土壤细菌群落构成。

为有效控制畜禽粪便堆肥过程中的氮素损失,采用反应器进行模拟堆肥试验方法,以鲜牛粪为原料、玉米秸秆为辅料,研究不同黏土矿物与化学物质复配添加剂对牛粪堆肥过程中氮素损失、氮素形态转化规律以及理化性质的影响。结果表明,添加剂未对物料的腐熟过程造成显著影响,堆肥结束后有机肥种子发芽率和pH值均达到《有机肥料》(NY525-2021)的要求。添加黏土矿物蛭石和膨润土后,牛粪堆肥过程中氨气总排放量均较对照显著下降,分别为21.83%和14.22%;而黏土矿物与化学物质复配可进一步降低堆肥氨排放,以蛭石+过磷酸钙组合的氨减排效果最佳,其次是蛭石+磷酸二氢钙组合,氨气排放总量均较单一蛭石处理显著下降,分别为28.47%和21.18%。相关分析表明,在物料pH值7.0~8.0,堆体氨排放总量与物料pH值呈线性相关关系(y=52.97x-351.77,r=0.83),物料pH值每降低0.1个单位,氨排放总量可降低5.30 g/kg。堆肥结束后各处理全氮含量较对照处理增加6~14百分点。可见,黏土矿物与磷酸二氢钙、木醋液、过磷酸钙等化学物质复配,可有效降低堆体pH值,减少堆肥过程中的氨排放总量,增加堆肥中氮含量,进而实现牛粪堆肥过程中的保氮增肥功效,以蛭石和过磷酸钙复配的效果最佳。

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。