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。

为了探索施氮肥对大豆孢囊线虫病的控制效果,进行了不同施肥水平的盆栽试验和田间试验,以分析氮肥对大豆孢囊线虫卵孵化和繁殖的影响,及其对大豆生长和产量的影响。盆栽试验设置了0.016,0.032,0.048,0.064 g/kg土壤4个施氮水平,分析土壤淋溶液和根系浸出液对卵孵化及线虫繁殖的影响;田间试验设置了22.50,56.25,67.50,78.75 kg/hm² 4个施氮水平,分析不同氮肥水平对孢囊减退率的影响,盆栽试验和田间试验均以不施用氮肥作为空白对照。室内盆栽试验结果表明,施氮肥后的土壤淋溶液和根系浸出液都可以显著提高卵孵化抑制率,0.032,0.064 g/kg土的土壤淋溶液中大豆孢囊线虫卵孵化抑制率较高,分别为34.21%,29.31%;0.064 g/kg土的根系浸出液中大豆孢囊线虫卵孵化抑制率最高,达55.09%,与对照相比有显著差异。田间试验表明,适量施用氮肥可以显著提高孢囊减退率,增加大豆产量。使用56.25 kg/hm²氮肥处理对线虫的防治效果最好且增产率最高,孢囊减退率达25.29%,增产率可达14.75%;而对照区孢囊数量增加了30.77%。因此,适当增施氮肥对大豆孢囊线虫病具有较好的抑制作用,可提高大豆产量和品质,该方法是一种防治大豆孢囊线虫经济安全的方法。

为了筛选出适宜晋东南地区种植的最佳旱地番茄轮作作物,设置番茄轮作玉米(LVZm)、西葫芦(LVCp)、花生(LVAh)、葱(LVAf)、秋葵(LVAe)、黄瓜(LVCs)以及番茄连作(LLLe,CK)7种模式处理,测定后茬番茄品质指标(可溶性糖、有机酸、糖酸比、硝酸盐、Vc、可溶性蛋白、可溶性固形物、番茄红素)、产量指标(单果质量、产量)以及根际土壤真菌ITS1区域土壤微生物群落结构和多样性变化。结果表明,子囊菌是7个处理中的优势菌门,其余菌的种类与丰度存在较大差异;LVCs、LVZm、LVAh、LVAe这4种轮作模式可提高土壤真菌多样性指数,而LVCp轮作模式会降低土壤真菌多样性指数。LVZm轮作模式口感较佳;LVAe轮作模式、LLLe(CK)连作模式的Vc含量最高;可溶性蛋白含量没有显著差异;可溶性固形物含量以LLLe连作模式、LVCp轮作模式较高;LVCp轮作模式番茄红素含量最高;LVAe轮作模式硝酸盐含量最高。LVAe、LVCp轮作模式产量较LLLe(CK)显著提高,且LVCp轮作模式单果质量较LLLe(CK)显著增加。主成分分析(PCA)结果表明,不同作物轮作品质、产量综合得分从高到低为LVCp>LVAe> LLLe> LVAh>LVAf>LVZm>LVCs。综上所述,不同作物的轮作会改变土壤真菌群落结构,影响真菌多样性及后茬番茄品质与产量,综合各因素认为,西葫芦、秋葵是较为适宜晋东南地区番茄生长的优势轮作作物。

为了给作物持续高产下科学施用磷肥提供依据,采用1978年以来土壤有效磷变化的大数据分析、不同时段磷肥定位试验、大面积磷肥产量效应试验等方法分析了冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷变化、土壤和肥料磷的产量效应。结果表明,冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷含量平均为22.43 mg/kg,表现为太行山山麓平原﹥冲积平原。1996-1999年,太行山山麓平原、冲积平原区供试土壤有效磷含量分别为15.09,11.90 mg/kg,冬小麦P₂O₅用量180 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦分别为83.9%,75.8%,夏玉米分别为83.3%,89.7%。冬小麦秸秆还田下,土壤磷收支表观平衡分别为盈余52.8%,55.4%。2010-2012年,太行山山麓平原土壤有效磷27.22 mg/kg,冬小麦、夏玉米P₂O₅用量分别为108,60 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦为84.6%,夏玉米为90.1%。小麦秸秆不还田下,土壤磷收支表观平衡:冬小麦盈余6.7%,夏玉米亏缺47.1%。基于2002-2006年,2012-2016年多点大面积磷肥在冬小麦、夏玉米上的效应函数计算出最高产量P₂O₅用量:冬小麦分别为107.3,125.1 kg/hm²,夏玉米分别为52.0,58.9 kg/hm²。过量施用磷肥连续种植3 a 6茬,土壤积累磷均表现出显著的增产效应。冬小麦-夏玉米轮作秸秆还田下,冬小麦、夏玉米推荐P₂O₅用量分别为90~100,30 kg/hm²;秸秆不还田分别为100~120,45 kg/hm²。

明确籽粒建成期高温胁迫下氮素对玉米籽粒发育的调控效应,对合理施肥、缓解高温危害、实现玉米丰产稳产具有重要意义。以热敏感品种先玉335(XY335)和耐热品种郑单958(ZD958)为材料,设高温处理(T)和对照(CK),研究不同施氮量(90,180,270 kg/hm²,分别记为N90、N180、N270)对籽粒建成期高温胁迫玉米籽粒发育及产量的影响。结果表明,高温胁迫打破了玉米籽粒内源激素间的平衡,使得2个玉米品种的N180和N270的籽粒脱落酸(ABA)含量、郑单958的N180和N270的生长素(IAA)含量降低;上部籽粒可溶性酸性蔗糖转化酶(SAI)活性降低,籽粒体积膨胀及干物质积累受阻,败育率增加,穗粒数减少,进而导致产量显著降低。热敏感品种先玉335受高温胁迫的影响程度高于耐热品种郑单958。随施氮量增加,高温对玉米籽粒发育的负面影响加剧。高温胁迫下,与低氮(N90)处理相比,中氮(N180)、高氮(N270)处理下,先玉335和郑单958籽粒ABA/GA₃降低,IAA和ZR含量升高,籽粒体积和干物质减少更加严重,败育率分别显著增加25.55,29.31百分点和15.45,24.49百分点,穗粒数分别显著降低42.89%,52.68%和20.95%,35.25%,产量分别显著降低44.29%,52.04%和26.41%,39.94%。可见,合理的施氮量(N90)可以缓解高温对玉米籽粒发育的不利影响,减少产量损失。

为了探讨化肥减量配施有机肥对西南地区青贮玉米产量、品质以及土样养分的影响,于2019,2020年以青贮玉米渝青386为研究对象,连续2 a分析了化肥减量配施有机肥对青贮玉米农艺、产量品质以及土壤养分含量和肥料利用率的影响。结果表明,不同施肥处理对青贮玉米产量影响达显著水平,有机肥和缓控肥混施处理产量最高,达55 084.75 kg/hm²,干物质产量达24 192.11 kg/hm²。缓控肥常量和缓控肥减量20%青贮玉米产量差异不显著,表明采用缓控肥可实现化学肥料减施20%。缓控肥常量处理下玉米植株氮、磷、钾积累量均为最大,分别为234.83,173.75,35.72 kg/hm²。缓控肥与有机肥混施处理下青贮玉米氮肥偏生产力最大为166.46 kg/kg,缓控肥减量20%处理下氮素吸收效率最高为0.80 kg/kg,说明有机肥和无机肥混施可以提高青贮玉米生产力。缓控肥与有机肥混施处理下青贮玉米粗脂肪含量最高,有机肥的施用可以提高青贮玉米粗脂肪含量,同时也增加了酸性洗涤纤维的含量。青贮玉米产量与脲酶、过氧化氢酶、有效磷含量呈极显著正相关,相关系数分别为0.845,0.798,0.784。研究表明,在西南地区化肥减量配施有机肥能够显著提高青贮玉米产量和品质,减少化肥成本,增加农民收益,同时还有利于农田生态环境的保护和土壤肥力的可持续利用。

为了研究腐植酸在葡萄上的应用方法,探明腐植酸等碳替代有机肥的最佳比例,连续2 a采用小区试验以纯化肥施肥模式为对照(CK处理),在农民习惯施肥(FFP处理)的基础上,设置3个腐植酸等碳替代有机肥比例:10%碳量替代(T1处理)、20%碳量替代(T2处理)、30%碳量替代(T3处理),研究其对葡萄产量、品质、土壤养分等指标的影响,采用主因素分析的方法筛选最佳的替代比例。结果表明,连续2 a T2处理的产量最高,但与T3处理无显著差异。T1、T2、T3处理单穗质量和单粒质量显著高于CK处理,但与FFP处理无显著差异;综合来看,腐植酸替代有机肥处理的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、维生素C含量均优于其他处理。通过相关性分析可知,土壤速效钾、有机质、酸性磷酸酶与葡萄产量呈极显著正相关。土壤有效磷、速效钾、有机质、酸性磷酸酶均与葡萄的可溶性固形物、可溶性糖、维生素C含量呈极显著正相关,说明腐植酸等碳替代有机肥是通过调控上述土壤指标以实现葡萄增产提质;通过主因素分析可知,2019,2020年均有2个特征值大于1的主因素,2个主因素方差累积贡献率达到88.864%~91.470%,且T2处理连续2 a综合得分最高。综合来看,采用腐植酸等碳量替代20%的有机肥为最佳比例。

为研究长期不同施肥方式对黄泥田土壤团聚体组成、总有机碳及其组分的影响,进而明确黄泥田土壤肥力提升的最佳施肥方式,以金衢盆地黄泥田长期定位施肥试验为基础,设置无肥、单施化肥、化肥配施牛粪和化肥配施秸秆4个处理。结果表明,化肥与牛粪配施处理>0.250 mm团聚体百分含量最高,在0~15 cm和15~30 cm较不施肥对照分别提高了7.1,11.0百分点;而化肥配施秸秆与单施化肥处理之间在水稳性团聚体组成上没有显著差异。此外,化肥与牛粪配施处理较单施化肥处理显著提高了表层土壤总有机碳、颗粒态有机碳含量,增幅分别为18.7%,98.7%。表层土壤中POC/SOC由大到小为:化肥配施牛粪>化肥配施秸秆>单施化肥≈无肥。与单施化肥处理相比,化肥配施牛粪或秸秆处理提高了1 030 cm^-1相对吸收峰强度,说明有机无机配施处理下土壤碳以多糖类相对含量更高。综合考虑,化肥配施牛粪在改善土壤结构和提升土壤碳库方面效果最佳。

为明确木醋液改良再植病土壤的作用机理,以苹果砧木-八棱海棠为试材,通过田间试验研究木醋液处理对植株生长的影响以及7月和10月土壤主要理化性质和酶活性,基于Illumina高通量测序分析植株根际土壤微生物多样性的变化。结果表明:与对照相比,100倍木醋液灌根后,八棱海棠幼苗株高、地径和叶面积年增长量均有显著提高。木醋液灌根处理显著提高了再植病土壤主要养分含量和酶活性,其中7月土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾的含量分别为CK1的1.31,1.38,1.20,1.60,1.65倍,10月分别为CK2的1.12,1.03,1.58,1.40,1.25倍,且均有显著差异;7月和10月蔗糖酶和脲酶活性均显著增加。木醋液提高了夏秋两季根际土壤微生物多样性。7月和10月对照和木醋液处理,根际细菌前5优势门均为变形菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门和棒状杆菌门;在属水平上主要为uncultured_bacterium_c_Subgroup_6、uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae、uncultured_bacterium_o_Rokubacteriales、RB41和MND1。根际真菌前5优势门均为子囊菌门、担子菌门、被孢霉门、壶菌门和球囊菌门;在属水平上主要为枝孢属、被孢霉属、土赤壳属、久浩酵母属和镰刀菌属。由相关性网络图可知,根际有益细菌RB41和uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae及致病真菌镰刀菌属和土赤壳属与其他种群呈负相关。木醋液灌根可提高苹果再植土壤养分和酶活,增加土壤微生物多样性,改善土壤微生物群落结构,有利于促进植株生长,增强植株抗性,减轻再植病的危害。

土壤酸化会降低玉米的产量和氮素积累量,但生理机制尚未明确。在大田设置中性(pH=7,CK)、弱酸(pH=6,T1)、中酸(pH=5,T2)和强酸(pH=4,T3)4种土壤酸度处理,比较各处理下玉米产量、氮素积累量、籽粒蛋白含量、叶片与茎秆中氮代谢相关酶活性、基因表达量以及硝态氮( {{\mathrm{NO}}_3}^{-})、铵态氮( {{\mathrm{NH}}_4}^{+})、可溶性蛋白、游离氨基酸含量的差异。结果表明,相比于CK,T1、T2、T3处理产量分别降低4.2%,30.7%,52.3%;穗粒数分别降低1.8%,28.1%,42.8%;籽粒蛋白质含量呈现下降趋势,其中T3处理显著降低14.5%。在大喇叭口期,随着酸度增加,叶片氮素积累量显示出下降趋势,其中T2和T3处理分别显著降低28.1%和56.2%;茎秆中氮素积累表现出先增加后降低的趋势,T1处理显著增加33.1%,T3显著降低65.4%。大喇叭口期,T3处理下叶片和茎秆中硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酸合成酶活性均显著高于CK,而叶片中谷氨酰胺合成酶活性显著下降;茎秆中氨基酸表现先下降后上升的趋势。转录组分析表明,随着土壤酸度的增加,ZmGln2与ZmFd-GOGAT表达量上调,促进了光呼吸释放 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}与 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}还原产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化;ZmGln1.2~ZmGln1.4、叶片中ZmNADH-GOGAT2和茎秆中ZmNADH-GOGAT1表达量下调,降低了蛋白质分解代谢释放产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化。玉米通过上调或下调相关基因表达,促进氮代谢产生更多的游离氨基酸、可溶性蛋白等渗透调节物质用以抵御酸胁迫,但也因此减少了氮积累量,导致产量、籽粒蛋白质含量降低。

为实现西辽河平原春玉米持续稳产和养分资源高效利用,探索春玉米减氮增效新途径。以常规追施尿素(CK1,570 kg/hm²)为对照,设置不同比例减施尿素梯度和相应配施尿素硝酸铵溶液(UAN)处理分别为N1U处理(225 kg/hm²尿素+75 kg/hm²UAN)、N2U处理(375 kg/hm²尿素+75 kg/hm²UAN),研究浅埋滴灌减施尿素配施UAN对春玉米物质积累、氮效率和产量的影响。结果表明:与CK处理相比,N2U处理在总氮投入量减少25.12%的条件下春玉米产量不减少;N1U处理总氮投入量减少51.42%,产量显著下降。N2U处理总干物质积累量亦显著高于CK处理,吐丝期、完熟期分别增加12.84%~16.40%和6.05%~9.76%;完熟期总氮积累量相比CK增加20.55%~42.29%。N2U处理适量减少总氮投入量25.12%的条件下春玉米产量不降低,具有较好的高产高效优势,是西辽河平原同等地力条件下春玉米浅埋滴灌模式较合理的施肥方式。

为明确湖南双季稻区水稻生产适宜的施氮水平和灌溉方式,采用随机区组设计,以陵两优942和领优华占分别为早晚稻材料,设置N1~N3共3个施氮水平(早晚稻均分别为150,120,0 kg/hm²)和W1~W3共3个灌溉方式(早晚稻均分别为水层灌溉W1、湿润灌溉W2、干湿交替灌溉W3),研究不同水肥协同处理对双季杂交稻农艺性状及产量的影响。结果表明:增施氮肥能显著提高水稻SPAD值,但在早晚稻上整体呈N1和N2的SPAD值相近,而灌溉方式呈W3既能使早晚稻保持较高SPAD,也能避免后期贪青晚熟;水稻叶面积指数(LAI)在一定程度上同施氮量呈正比,在早稻(全生育期)和晚稻(生育前期)N1和N2之间的LAI值相近,但在晚稻(生育后期)N1高于N2,而灌溉方式对早晚稻LAI值影响较小,主要以W3略高;增施氮肥能显著促进水稻干物质量的积累,除早稻(乳熟期)单株干物质量呈N2高于N1和晚稻(齐穗期)呈N1高于N2外,早晚稻其余时期的单株干物质量呈N1和N2相近,整体上说明减氮并不会显著降低水稻单株干物质量,灌溉方式对早稻影响较小,对晚稻影响较大,整体早晚稻单株干物质量以W3增长效果较好,W2其次;增施氮肥能显著提高水稻理论、实际产量和有效穗数,但其在N1和N2表现效果相近,早晚稻N1、N2的实际产量相较对照组N3,增幅分别为53.21%~59.64%,21.65%~32.68%,说明早稻减氮增产效果明显,晚稻减氮效果增产不佳主要是因为高氮并非常规晚稻施氮水平,而灌溉方式对产量及产量构成因素均不存在显著性差异。水肥协同下N2W2、N2W3处理能使早晚稻获得较高的叶片SPAD和LAI,干物质积累和产量及产量构成因素下早稻以N2W3处理表现效果俱佳,晚稻以N1W3处理效果较好。综上,早稻以N2W3处理既能满足高产,也能起到节肥节水的作用;晚稻N2W3处理虽然在SPAD和LAI表现较好,但其干物质积累、产量表现不及N1W3处理,所以晚稻以N1W3处理增产效果明显。因此,从经济和生态效益来看,在干湿交替方式下,早稻以施氮量为120 kg/hm²、晚稻以150 kg/hm²、能充分发挥水肥互作效应,它们增产潜力俱佳,更利于水稻生长发育和提高产量。

研究施用氮锌肥下夏玉米植株干物质、氮锌元素累积和分配的变化,为锌肥的合理利用及肥料配施提供理论依据。采用再裂区设计,主因素为90,180,225 kg/hm² 3个施氮水平,副因素为0,4.5 kg/hm² ZnSO₄·7H₂O 2个喷锌处理,副副因素为郑单958和谷神玉66 2个玉米品种,大田条件下研究施用氮锌肥对不同玉米品种籽粒产量、植株干物质累积动态和各器官氮锌元素吸收、累积、分配的影响。结果表明,施氮量为180,225 kg/hm²下夏玉米籽粒产量分别达9.77,10.42 t/hm²,较90 kg/hm²处理平均增加18.0%;吐丝后以施氮量225 kg/hm²下干物质量较高,成熟期以90 kg/hm²处理的穗轴和籽粒干物质量分配比例较高。成熟期施氮量225 kg/hm²处理各器官中氮含量、茎中锌含量以及叶和籽粒氮、锌累积量均表现出优势,而90 kg/hm²处理下鞘、苞叶、籽粒锌含量和籽粒氮、锌分配比例均较高。施锌处理对籽粒产量和干物质累积分配无显著影响,与不施锌相比,施锌显著提高了各器官中氮、锌含量和累积量,但分别降低籽粒中氮、锌分配比例6.93, 6.86百分点。郑单958籽粒产量和干物质占比较谷神玉66高,成熟期植株干物质量高出29.2%。郑单958籽粒氮、锌含量分别较谷神玉66低8.9%和5.3%,但籽粒累积量和分配比例均高于谷神玉66。相关分析表明,玉米籽粒产量和茎、叶、籽粒中氮含量呈显著正相关,叶片锌含量与鞘、籽粒氮含量也呈显著或极显著正相关,穗轴中锌含量与茎、穗轴和苞叶氮含量相关性达显著或极显著水平。因此,施用氮锌肥可以明显提高夏玉米产量和干物质累积量,促进植株各器官尤其是籽粒对氮、锌的吸收和累积,但同时降低籽粒中氮锌的分配比例。

为探索露地结球生菜轻简高效的养分管理措施,选择京郊生菜种植园区,设置不施氮对照(CK)、常规施肥(CF)、常规减肥(-20%CF)和控释掺混肥(-20%CU)4个处理,研究了控释掺混肥一次性减量施肥对结球生菜产量、品质、叶片生理特征、养分吸收、土壤硝态氮残留的影响。结果表明,与常规施肥相比,在氮、磷、钾肥减量20%的情况下,控释掺混肥处理的结球生菜总产量和经济产量分别提高2.32%和3.28%,硝酸盐含量显著降低29.98%。在结球生菜生长期内,控释掺混肥处理在不同生育期(苗期、莲座期、结球中期和收获期)的结球生菜叶片叶绿素含量和氮代谢酶活性(谷氨酸合成酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酸合成酶、谷氨酸脱氢酶和谷氨酰胺合成酶)与常规施肥差异不大,在结球生菜收获后,所有处理在0~100 cm土体内的残留硝酸盐含量总体不高,相对来说,控释掺混肥处理有一定的硝酸盐淋洗风险。综上所述,控释掺混肥一次性减量施肥在稳定结球生菜产量的前提下,可显著提升生菜品质,在规模化结球生菜生产中具有较大的应用价值。

肥料减施增效对于保障我国农业的可持续性发展意义重大,研究新型增效复合肥料对水稻养分吸收和产量的影响有助于保障我国粮食安全。采用大田试验,设置常规复合肥料(CG)、增效复合肥料(ZZ)、常规复合肥料减量20%(80%CG)和增效复合肥料减量20%(80%ZZ)4个试验处理,以研究新型增效复合肥料对水稻生长性状、养分吸收和产量的影响。结果表明:与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理能够增加水稻分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期单株鲜质量、株高、SPAD值和根体积,在成熟期,增效复合肥料处理的水稻单株鲜质量、株高、SPAD值和根体积分别提高了11.71%,1.29%,8.02%和46.48%,增效复合肥料减量20%处理的水稻单株鲜质量、株高、SPAD值和根体积分别提高了2.29%,0.31%,3.70%和4.09%。与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理能够增加水稻茎叶干物质量和籽粒干物质量的比例分别为24.46%和21.39%。增效复合肥料减量20%处理增加水稻茎叶干物质量和籽粒干物质量的比例分别为6.07%和8.15%。与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理的水稻茎叶氮含量和籽粒氮含量分别增加了10.68%和36.96%,增效复合肥料和增效复合肥料减量20%处理的水稻茎叶磷含量分别增加了26.51%和11.24%,增效复合肥料处理的水稻籽粒磷含量增加了10.39%,增效复合肥料减量20%处理的水稻籽粒磷含量降低了5.41%。与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理的水稻茎叶钾含量增加了19.91%,籽粒钾含量降低了15.83%,增效复合肥料减量20%处理的茎叶钾含量降低了6.56%,籽粒钾含量增加了0.62%。与常规复合肥料处理相比,增效复合肥料处理的水稻产量提高了22.02%,且差异性显著,增效复合肥料减量20%处理的水稻产量提高了1.12%,增效复合肥料处理的水稻穗长、穗数、穗粒数、千粒质量和结实率在各处理中为最高。综上,增效复合肥料能够提高水稻各生育期的生长指标,改善水稻的氮素吸收、磷素吸收和钾素吸收状况,提高作物产量,具有较好的增效效果,增效复合肥料减量20%处理与常规复合肥料相比,能够实现化肥减量不减产,值得进一步推广应用。

采用大田试验,研究绿肥油菜还田时期对不同施氮量下春玉米产量及对土壤养分的影响规律,以期为华北平原春玉米减氮增效提供理论依据。采用裂区设计,主区绿肥油菜还田时期分别为无绿肥油菜冬闲田(G0)、始花期(G1)、盛花期(G2)和荚果期(G3),裂区施氮量分别为0 (N0),135(N135),270(N270),405(N405),540 kg/hm²(N540)。收获期五点取样法取土测定土壤养分含量,玉米考种测产。与G0相比,G2处理因春玉米穗粒数均值显著增加5.59%而增产5.89%,G1处理2020年增产6.37%,其中穗粒数增幅8.37%,但G1和G2百粒质量与G0无显著差异;G3处理2020年因穗粒数与百粒质量均值降低2.62%,6.40%,导致减产8.43%;春玉米产量随施氮量增加显著增加;G1、G2和G3处理下,春玉米产量在施氮量为N405、N270和N405时达最高,分别为10 961.21,11 253.34和10 331.12 kg/hm²。线性加平台模型分析可知,G1和G2处理可以保证产量稳定在10 000 kg/hm²以上,实现氮肥减施7.89%~41.45%,2020年G3处理减氮10.53%,产量降低6.27%。与G0相比,G1和G2处理显著提高了土壤有机质、碱解氮含量,增幅分别为8.28%和4.12%,11.17%和12.77%。G1、G2和G3处理土壤全氮含量2019年显著增加6.01%,5.86%,8.00%;G1、G2和G3处理土壤全磷和有效磷含量比G0处理显著降低;处理间全钾含量无差异,但G1和G2处理增加了土壤速效钾含量,2020年G3处理含量比G0降低3.41% (P<0.05)。各土壤养分含量随施氮量呈先增加后降低的趋势,在N270达峰值。综上所述,绿肥油菜于始花期至盛花期还田,可以提高土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量,产量稳定在10 000 kg/hm²以上,氮肥减施7.89%~41.45%,实现华北平原春玉米生产稳产减氮增效的目的。

为探究不同玉米秸秆碳形态的增碳培肥效果,在烟田上建立原位土柱培养试验,分析不添加秸秆碳(CK)、添加常规秸秆(RS)、腐熟秸秆(DS)以及秸秆生物炭(BC)4个处理下耕层(0~20 cm)土壤有机碳组分和结构、理化性质及酶活性等指标。结果表明,与不添加秸秆碳相比,3种秸秆碳形态显著提高土壤总有机碳(TOC)和微生物量碳(MBC)含量。与不添加秸秆碳相比,常规秸秆和腐熟秸秆处理显著提高了土壤可溶性有机碳(DOC)含量,而秸秆生物炭处理显著增加了颗粒有机碳(POC)含量(42.40%)。3种秸秆碳形态均提升微生物量碳/有机碳,这表明了秸秆碳投入可促进土壤有机碳周转。采用¹³C核磁共振波谱技术(NMR)分析土壤有机碳官能团结构,结果表明,常规秸秆、腐熟秸秆处理增加了土壤烷氧碳(O-Alkyl-C)和羰基碳(Carbonyl-C)(易降解碳组分),而秸秆生物炭则增加了烷基碳(Alkyl-C)(难降解碳组分)、烷基碳/烷氧碳(A/O-A)和疏水碳/亲水碳(Hydrophobic-C/Hydrophilic-C)。不同形态的秸秆碳对土壤养分及酶活性具有差异性,秸秆生物炭处理显著提升速效钾(AK)、铵态氮(AN)和硝态氮(NN)含量,分别为65.72%,19.93%,5.77%,常规秸秆和秸秆生物炭处理可显著提高蔗糖酶(Su)和脲酶(Ur)的活性,而磷酸酶(Ps)活性均随3种形态秸秆碳添加而提升。冗余分析表明,碳氮比(C/N)、纤维素酶(Ce)和全氮(TN)是影响土壤有机碳含量差异的主要因子;纤维素酶、pH值和速效钾是影响有机碳结构差异的主要因子。综上,施用秸秆生物炭在短期内具有提升有机碳含量及稳定性、养分含量和酶活性的显著优势,且土壤综合肥力评价中也以秸秆生物炭处理的得分最高(0.57),表明添加玉米秸秆生物炭是能够快速提升植烟土壤有机碳水平并改善土壤肥力的有效措施。

为了探究施用有机肥对盐碱土壤脱盐效果的长期效应,以腐熟牛粪为改良材料,根据牛粪施用年限共设置4个处理,分别为:施用牛粪8,12,18 a,以未施用牛粪的作为对照。通过对土壤可溶性盐分组成、交换性盐基、有机质、容重、EC和pH值等指标的测定,定量化探讨牛粪对各个指标影响及其关系,阐明长期施用牛粪对盐碱土脱盐效果的影响。结果表明,长期施用牛粪显著降低了土壤HCO₃^-的含量,消除了CO₃^2-;降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度和土壤有机质;降低了Na⁺含量,增加了土壤交换性Ca²⁺、可溶性K⁺和Mg²⁺含量。相关性分析表明:土壤ESP和pH值与交换性Na⁺、HCO₃^-和CO₃^2-含量呈显著正相关,土壤pH值与土壤有机质呈显著负相关关系。回归分析表明:影响钠吸附比的主要因素是可溶性Mg²⁺,其次是可溶性Na⁺,即:施用牛粪后,SAR的降低主要是由于可溶性Mg²⁺的增加和可溶性Na⁺的降低而引起的。相关性分析表明:牛粪的累积施用量与土壤pH值、EC、ESP和SAR等呈显著负相关。综上所述,每年施用牛粪导致了土壤pH值、碱化度、电导率和钠吸附比显著降低,这是由于土壤胶体上的Na⁺被游离的Ca²⁺替换,并且促进了土壤可溶性盐从土壤表层淋溶,降低了可溶性盐的含量,也使得可溶性盐的离子组成发生了变化。这些可能是每年施用有机肥导致土壤钙镁离子含量以及土壤孔隙度增加,土壤容重降低的结果。