小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作对根际土壤细菌群落多样性及植株氮素吸收的影响

为探讨小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作体系中根际细菌群落多样性与作物氮素高效吸收的差异特性及二者间的关系,应用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究了小麦–大豆(A1)、小麦–甘薯(A2)、玉米(A3)、小麦/玉米/大豆(A4)和小麦/玉米/甘薯(A5)5种种植模式的根际细菌群落多样性。结果表明,与A1、A2、A3及A5相比,A4套作提高了各作物在开花期(或吐丝期)与成熟期的籽粒吸氮量、地上部总吸氮量和Shannon-Weiner index多样性指数(H′)。处理间的吸氮量与H′的变化规律为套作>单作、大豆茬口>甘薯茬口,以A4处理最高。不同种植模式下DGGE图谱条带的数量及亮度有较大区别,且有几条特征性条带发生了明显变化。不同种植模式间的细菌群落结构相似性较低,群落相似度系数(Cs)表现为套作与套作间>套作与单作间;A4与A5间的Cs相对较小,二者间的细菌群落结构差异较大。A4模式有利于提高根际细菌群落多样性,增强植株对氮素的吸收能力。     

小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作对土壤氮素含量及氮素转移的影响

为探讨小麦/玉米/大豆套作对氮素营养的种间促进机制, 采用叶片¹⁵N富积标记法研究了小麦/玉米/大豆(A1)和小麦/玉米/甘薯(A2) 2种套作系统中不同施氮水平下的土壤培肥效果和氮素转移规律。结果表明,施氮可以提高小麦、玉米的土壤总氮含量,以施纯氮150~300 kg hm^-2处理最高;大豆较甘薯更有利于保持土壤肥力,施氮0、150、300和450 kg hm^-2水平下种植大豆后的土壤总氮含量比种植大豆前(小麦收获后)高38.6%、20.2%、9.4%和16.7%,而种植甘薯则降低总氮含量3.1%、1.8%、14.0%和3.8%。A1系统中小麦和玉米季土壤中NO₃-N含量低于A2系统,且随施氮量的增加而增加;大豆季土壤中NO₃-N含量高于甘薯季。A1和A2系统均存在¹⁵N的双向转移,¹⁵N转移量随施氮量的增加而降低,且A1的¹⁵N净转移量和转移强度高于A2;A1系统中小麦、玉米和大豆的¹⁵N净转移量比A2系统的¹⁵N净转移量分别高3.3%~12.1%、27.0%~166.2%和26.2%~78.7%。玉米与小麦之间的¹⁵N净转移方向为从玉米向小麦,玉米与大豆之间的¹⁵N净转移方向为从大豆向玉米,玉米与甘薯之间的¹⁵N净转移方向为从玉米向甘薯。     

设施条件接种丛枝菌根真菌对紫色土上玉米/大豆生长及氮素利用的影响

为了阐明紫色土上接种丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungus,AMF）和不同间作方式对提高间作玉米（Zea mays L.）、大豆（Glycine max L.）的氮素利用和减少土壤氮残留的贡献。本试验在设施盆栽条件下,采用根系分隔模拟装置研究玉米/大豆间作体系中根系不分隔、尼龙网分隔、塑料膜分隔3种方式和不同AMF处理[不接种AMF（NM）、接种Glomus mosseae（GM）]对玉米、大豆植株生长、氮素累积与利用的影响。研究结果表明：接种GM不同程度提高了间作玉米和大豆根系菌根侵染率、株高、植株生物量及氮含量,而显著降低了玉米和大豆种植土壤的碱解氮含量。其中,GM-根系不分隔处理玉米、大豆的菌根侵染率最高。无论是否接种AMF,大豆生物量和植株氮含量均以根系分隔处理显著高于不分隔处理,而玉米生物量和植株氮含量却刚好相反。此外,GM处理条件下,玉米、大豆根际土壤碱解氮含量均以尼龙网分隔和不分隔处理显著低于塑料膜分隔处理。在所有复合处理中,以GM-根系不分隔处理对玉米生长及氮素累积的促进作用最好;GM-尼龙网分隔处理对大豆生长及氮素累积的促进效果最佳,并更能显著降低玉米、大豆根际土壤的碱解氮残留,可望减轻土壤氮流失而降低氮素流失对地表水体的污染风险。     

减量施氮对玉米-大豆套作系统土壤氮素氨化、硝化及固氮作用的影响

土壤氮素氨化、硝化及固氮作用是影响作物氮素吸收及氮肥损失的主要因素, 为揭示氮肥减量下玉米-大豆套作系统的土壤氮素转化特性及排放规律, 利用大田定位试验研究了3种模式(玉米单作MM、大豆单作MS、玉米-大豆套作IMS)和3种施氮水平(不施氮NN: 0; 减量施氮RN: 180 kg hm ^-2; 常量施氮CN: 240 kg hm ^-2)对土壤硝化作用、氨化作用、固氮作用及氨挥发、N₂O排放、NO₃ ^--N累积的影响。结果表明, IMS较相应单作提高了土壤硝化和氨化作用, IMS的氨挥发损失率和N₂O损失率较MM降低21.6%和29.7%; IMS下玉米土壤的NO₃ ^--N积累量显著高于MM, 而大豆土壤的NO₃ ^--N积累量显著低于MS。各施氮处理间, RN较CN降低了玉米土壤的氨化与硝化作用, 增加了大豆土壤的硝化和固氮作用。IMS下RN的玉米、大豆全生育期固氮作用较CN增加29.7%和32.0%, 年均氨挥发总量和N₂O排放量较CN降低37.2%和41.0%。玉米-大豆套作系统在减量施氮下通过提高土壤氮素氨化、硝化与固氮作用, 减少氮素排放损失, 增强耕层土壤NO₃ ^--N积累, 为作物氮素吸收提供了充足氮源。     

西南地区不同套种模式对土壤肥力及经济效益的影响

为探讨不同作物组合的种植模式对土壤肥力及经济效益的影响,寻找作物搭配合理、低投入高产出的套作模式。采用单因素随机区组试验,研究比较了4种套作模式(小麦/玉米/大豆、小麦/玉米/甘薯、小麦/高粱/大豆、马铃薯/玉米/大豆)的土壤肥力、产量及经济效益的差异。连续种植3年后,各种植模式的土壤养分含量基本维持或得到提升(速效钾除外)。甘薯茬口对全钾、速效钾消耗均较大,需适当提高钾肥用量。小麦/玉米/甘薯的总产量最高,小麦/玉米/大豆模式的大豆单产量最高,小麦的单产各模式无显著差异。不同模式收益表现为,小麦/玉米/大豆马铃薯/玉米/大豆小麦/玉米/甘薯小麦/高粱/大豆;产投比表现为,小麦/玉米/大豆马铃薯/玉米/大豆小麦/玉米/甘薯小麦/高粱/大豆。小麦/玉米/大豆收益为14196.41元/hm~2,产投比为3.69:1,均为所有模式中最高,加之大豆茬口可以活化土壤养分,是相对理想的套作模式。     

不同种植模式下根分泌物对玉米生物量及氮素吸收的影响

为了探究不同种植模式下根分泌物对玉米氮素吸收的影响,在不同活性炭处理下,通过石英砂培试验,研究大喇叭口期和成熟期玉米生物量及吸氮量在不同种植模式下的变化规律。结果表明：加活性炭处理玉米生物量和吸氮量较未加活性炭处理降低,大喇叭口期总生物量和总吸氮量分别降低16.12%和34.96%,但是成熟期降低不显著。加活性炭下,随着根分泌物被吸附,导致2个时期玉米生物量和吸氮量在2种套作模式之间无显著差异。未加活性炭下,大豆根分泌物提高了玉米的生物量和吸氮量,成熟期玉米/大豆套作处理的玉米总生物量和总吸氮量比玉米净作处理分别高30.58%和71.24%;甘薯根分泌物降低了玉米的生物量和吸氮量,成熟期玉米/甘薯套作处理的玉米总生物量和总吸氮量比玉米净作处理分别低17.14%和8.30%。     

玉米/大豆和玉米/甘薯模式下玉米磷素吸收特征及种间相互作用

采用根系分隔盆栽试验和田间小区试验相结合的方法,通过研究玉米/大豆和玉米/甘薯套作模式下不同分隔方式及不同供磷水平,即0、35、70、105、140 kg P₂O₅ hm^-2对玉米磷素吸收利用的影响,阐明两种套作模式下种间相互作用及玉米磷素吸收特性。结果表明,2种套作体系中无论施磷与否,玉米均表现出套作优势(Acs>0,NCRcs>1),且玉米在玉米/大豆套作模式中的竞争能力强于玉米/甘薯模式,大豆和甘薯处于套作劣势,两种模式均促进了玉米磷素积累和产量的提高,施磷70 kg hm^-2时,与根系分隔相比,不分隔时玉米磷素积累和产量在玉米/大豆、玉米/甘薯中分别提高了17.05%、5.62%和16.84%、7.17%,磷素当季利用率平均提高了7.81%。种植模式和施磷水平互作效应显著,两种模式均以105 kg hm^-2处理玉米茎、叶和穗磷素积累和产量较高,且玉米/大豆套作大于玉米/甘薯套作,说明玉米/大豆模式更有利于玉米磷素的积累及产量的提高。     

施氮量对小麦花后氮素分配及氮素利用的影响

为研究黄淮海麦区化肥投入不断增加,而产量却徘徊不前的问题,以当地主栽品种矮抗58和周麦22为材料,采用4个施氮水平（0、120、240、360kg/hm ²）和品种的二因素分析方法研究了施氮量对小麦植株地上部各器官氮素分配及氮素利用的影响。结果表明：开花期至成熟期小麦植株地上部各营养器官氮含量和氮素积累量均下降。施氮量对开花期和成熟期小麦植株地上部各器官氮含量的影响均达显著水平,增加氮肥能显著促进小麦营养器官氮素向子粒转运和花后氮同化。开花期周麦22叶片氮素转运量优于矮抗58。矮抗58和周麦22花后氮同化量均以施氮量360kg/hm ²最高,花前氮素积累转运量对子粒贡献率达60.25%~97.55%,子粒氮收获指数为59.82%~79.48%,随施氮量的增加而呈下降趋势。施氮量120kg/hm ²处理的氮素养分利用效率、农学利用效率及生产效率均最高。增施氮肥对小麦子粒产量有显著促进影响,矮抗58在施氮量为360kg/hm ²时有最大子粒产量,周麦22在施氮量为240kg/hm ²时有最大子粒产量。推荐矮抗58和周麦22在黄淮海麦区的施氮量为240~360kg/hm ²。     

氮磷配施对玉米-大豆带状套作系统中土壤酶活性及速效养分的影响

为了探究玉米-大豆带状套作体系下不同施肥处理对玉米养分积累、土壤酶活性及土壤速效养分的影响,应用田间小区试验设置不同供氮(0, 120, 180, 240 kg/hm~2,记为N0、N1、N2、N3)和供磷水平(0, 35, 70, 105 kg/hm~2,记为P0、P1、P2、P3),以单作玉米(施氮水平:N0、N2,施磷水平:P0、P2)为对照。结果表明,玉米-大豆带状套作模式较玉米单作施氮磷的增效作用更明显,分别提高了20.16%和20.60%。套作玉米中,各氮磷处理对土壤酶活性及速效养分有影响,相同磷素水平下,土壤脲酶活性和碱解氮含量随施氮量的增加先增后减,于施氮180 kg/hm~2时最高,土壤磷酸酶活性则受到抑制,有效磷含量较不施氮降低;相同氮素水平下,随施磷量的增加,土壤脲酶、土壤酸性磷酸酶活性及土壤有效磷含量呈增加趋势,碱解氮含量先增后减。相关分析表明,氮磷互作下土壤脲酶活性与土壤碱解氮含量呈极显著正相关关系(r=0.636～0.812),与玉米氮磷积累呈正相关;土壤酸性磷酸酶活性与土壤有效磷及植株吸磷量呈正相关,尤其与有效磷含量存在极显著关系(r=0.634～0.851)。综上,玉米-大豆带状套作模式下,由于种间效应和氮磷互作共同作用,活化了根际土壤脲酶、酸性磷酸酶,提高土壤碱性氮含量和土壤有效磷含量,利于玉米植株氮、磷素的累积。本试验研究范围内,套作模式下玉米氮磷配施以氮减至180 kg/hm~2、磷减至70 kg/hm~2时,效应最佳。     

地震灾区稻田水改旱种植模式对农产品服务价值及土壤肥力的影响

针对“5.12”地震灾区稻田干旱缺水问题,在大田条件下,设小麦/春玉米//甘薯、小麦/春玉米/大豆、小麦//绿肥-春玉米/大豆、小麦-夏玉米和冬马铃薯-夏玉米-秋马铃薯5个水改旱种植模式,研究水改旱不同种植模式对玉米生长、周年粮食产量、农产品服务价值与土壤肥力变化。结果表明：与稻田传统水稻-小麦模式相比,地震灾后实施水改旱新模式周年原粮产量增加1.55%~24.20%;水改旱2年后10~ 20 cm土层容重增加7.69%~13.85%,且水改旱间套作种模式大于轮作模式;0~20 cm土层土壤碱解氮含量提高1.48%~28.16%,有效磷含量提高181.72%~436.56%,速效钾含量提高42.47%~157.68%。种植模式和年际间农产品服务价值差异显著,其中,小麦-玉米模式增产潜力大、成本低、适宜规模化生产,可作为地震灾后稻田水改旱应急种植模式;但地震发生2年后,应全面恢复发展水稻-小麦水旱轮作。     

玉/豆和玉/薯模式下玉米氮素吸收利用差异及氮肥调控效应

研究西南地区玉米主要2种套作模式下氮素吸收利用差异及氮肥调控效应, 为氮素高效利用提供科学依据。在四川2个玉米主产区, 通过连续4年的大田试验, 对比研究了玉/豆和玉/薯模式下玉米氮素吸收利用差异和不同供氮水平对玉米氮素吸收的调控效应。结果表明, 玉/豆模式下玉米收获期植株中的氮素积累2个试验点平均较玉/薯模式增加7.11%, 氮收获指数增加2.00%左右, 氮素吸收效率增加7.83%, 成熟期籽粒中氮素的分配比例增加1.76%, 而叶、茎鞘中氮素的分配比例分别减少5.85%和2.75%。分带轮作后, 由于不同前茬对土壤养分影响不同, 再加上套作优势, 玉/豆模式下玉米在生长前期就表现出明显的优势, 到收获期植株氮素积累2个试验点平均较玉/薯增加11.85%, 氮素吸收效率增加11.84%。在玉米氮素积累关键时期, 玉/豆模式在低氮处理下玉米植株氮素的积累量显著高于玉/薯模式相同施氮处理, 而在高氮处理下2种模式间差异不大或者表现相反, 氮肥偏生产力、氮素农艺效率和氮肥利用率也有相似的结果; 玉/豆模式在180 kg hm^-2施氮量下较其他处理显著提高了玉米氮素农学利用率、氮素吸收利用率和籽粒中氮素的分配量, 玉/薯模式下玉米氮素农学利用率和氮肥利用效率, 在180~270 kg hm^-2施氮量处理下较高; 花后氮素同化量玉/豆模式显著高于玉/薯; 2种模式均以施纯氮180~270 kg hm^-2处理有利于氮素转运和花后氮素同化量积累。     

不同种植模式下根系分泌物对玉米生长及产量的影响

为探究大豆和甘薯的根系分泌物对玉米生长及产量的影响,通过盆栽根系分泌物吸附试验,研究了不同活性炭处理方式对玉米/大豆(B1)、玉米/甘薯(B2)及玉米净作(B3)3种种植模式下玉米光合特性、荧光参数及生物产量的变化规律。结果表明:加活性炭处理(A1)较未加活性炭处理(A2)抑制了玉米生长,但玉米产量差异不显著。加活性炭时,由于根系分泌物被吸附,玉米的光合速率、荧光参数和产量在各种植模式之间差异不显著;未加活性炭时,大豆的根系分泌物促进玉米生长和提高玉米产量,甘薯的根系分泌物抑制玉米生长和降低玉米产量,B1处理下玉米的根干重、根系活力、净光合速率和子粒干重比B3处理分别高15.81%、53.20%、19.94%和60.84%,而B2处理则比B3处理分别低19.92%、4.33%、16.96%和24.32%。     

玉米–大豆带状套作行距配置对作物生物量、根系形态及产量的影响

空间配置是影响间作套种作物生长和产量构成的关键因素之一。本研究固定玉米–大豆套作带宽200 cm,玉米采用宽窄行种植,设置4个玉米窄行行距为20 cm(A1)、40 cm(A2)、60 cm(A3)和80 cm(A4)套作处理,2个玉米和大豆净作对照处理,研究行距配置对套作系统中玉米和大豆生物量、根系及产量的影响。结果表明,套作大豆冠层光合有效辐射和红光/远红光比值均低于净作,且随着玉米窄行的增加而降低。套作系统中大豆地上地下生物量、总根长、根表面积和根体积从第三节龄期(V3)到盛花期(R2)逐渐增加,但随着玉米窄行的增加而降低。套作玉米地上地下生物量从抽雄期到成熟期逐渐增加,根体积却逐渐降低,但这些参数随玉米窄行的变宽而增加。玉米和大豆在带状套作系统中产量均低于净作,且随玉米窄行的变宽,玉米产量逐渐增加,2012和2013两年最大值平均为6181 kg hm–2,而大豆产量逐渐降低,两年最大值平均为1434 kg hm–2,产量变化与有效株数和粒数变化密切相关。此外,玉米–大豆带状套作群体土地当量比(LER)大于1.3,最大值出现在A2处理,分别为1.59(2012年)和1.61(2013年),且最大经济收益也出现在A2处理(2年每公顷平均收益为1.93万元)。因此,合理的行距配置对玉米–大豆带状套作系统中作物的生长、产量构成和群体效益具有重要的作用。     

甘薯轮作与间作对根际土壤微生物群落的影响

为揭示土壤微生物群落对甘薯不同种植制度的响应机制,通过田间定位试验,设置甘薯连作、甘薯–小麦轮作、甘薯–玉米间作3个处理,采用磷脂脂肪酸（PLFA）和生态板（BIOLOG ECO）技术手段,研究了轮作与间作对甘薯根际土壤微生物群落结构、碳源利用能力的影响。结果表明,与甘薯连作处理相比,轮作与间作改变了土壤微生物主要类别的PLFA生物量,甘薯–小麦轮作与甘薯–玉米间作处理的细菌含量分别显著（P<0.05）增加21.82%和38.77%,放线菌含量分别显著增加6.98%和12.77%,革兰氏阳性菌生物量分别显著增加28.60%和63.44%,革兰氏阴性菌生物量分别显著增加18.21%和22.29%,真菌含量分别显著降低16.60%和13.03%;随着培养时间的延长,甘薯–玉米间作处理的平均颜色变化率（AWCD值）显著高于其他2个处理,甘薯–玉米间作处理对羧酸类化合物、多聚化合物、碳水化合物、氨基酸化合物和胺类化合物的利用能力较甘薯连作处理分别显著增加17.28%、14.67%、54.17%、36.62%和20.00%;冗余分析（RDA）结果表明,土壤微生物群落结构及功能多样性的变化受多种因素共同影响,土壤速效钾和全氮为主要驱动因子;甘薯–小麦轮作与甘薯–玉米间作在一定程度上均可优化土壤微生物群落结构,提升微生物功能多样性,其中甘薯–玉米间作处理效果较好。     

苗期甜菜根系分泌物的分布特征研究

根系分泌物的量及分布特征直接影响着根际微生物的种群、结构和功能,进而间接影响着根际养分的有效性和作物的生长。本研究通过砂培盆栽培养,收集得到甜菜苗期的根系分泌物,利用高效液相色谱测定了根系分泌物中的3大类物质,包括土壤中常见的17种氨基酸、10种有机酸和4种糖类物质,并分析得到了到甜菜根表面不同距离的各种氨基酸、有机酸和糖类物质的含量及其分布特征。结果表明：总的来看,有机氮高效品种‘KWS8138’根系分泌物含量普遍高于有机氮低效品种‘Beta176’,距离根表面0~5 mm范围内降幅较大,随后逐渐趋于平缓。总氨基酸含量、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、精氨酸和酪氨酸变化趋势相似。各种糖类物质的含量变化顺序为：葡萄糖>果糖>蔗糖>半乳糖。有机酸中草酸和甲酸的含量变化也是距离根表面越远越低缓。因此,沿甜菜根表面形成了根系分泌物的分布梯度,在为根际微生物提供能源和碳源的同时,对植物根际养分的有效吸收利用提供理论参考。     

Effects of Nitrogen on Dry Matter Accumulation and Productivity of Three Cropping Systems and Residual Effects on Wheat in Deep Vertisols of Central India

A field experiment was conducted on deep vertisols of Bhopal, India to study the effects of three levels of nitrogen (N), namely 0, 75 and 100 % of the recommended dose of nitrogen (RDN), on the dry matter accumulation (DMA) and productivity of three cropping systems (sole soybean, sole sorghum and soybean + sorghum intercropping) during the rainy season and their residual effect on the subsequent wheat crop during the post-rainy season. During the rainy season, sole sorghum was found to have significantly higher DMA and productivity in terms of soybean equivalent yield (SEY) than sole soybean or soybean + sorghum intercropping. Increasing the N dose from 0 to 100 % RDN significantly improved the DMA and SEY. At a low fertility level (N₀), soybean + sorghum intercropping was found to be more productive, while at a high fertility level (100 % RDN), sole sorghum was more productive than the other two cropping systems. However, during the post-rainy season, sole soybean as the preceding crop gave the highest DMA and seed yield of wheat, which were similar to those found with soybean + sorghum intercropping. Sorghum followed by wheat gave the lowest DMA and seed yield of wheat. Application of 100 % RDN irrespective of cropping system during the preceding crop improved the DMA of wheat but not its seed yield. However, N applied to the wheat crop significantly increased its DMA and seed yield.