不同水分条件下分层施磷对冬小麦根系分布及产量的影响

研究不同水分条件下分层施磷对冬小麦根长分布、水分利用效率(water use efficiency,WUE)及产量的影响,旨在找出旱地农业最佳水肥处理方式。试验设不施磷(CK)、表施磷(surface P,SP)、深施磷(deep P,DP)和侧深施磷(deep-band P,DBP)4种处理,每个施磷水平下设补充灌溉(W1)和干旱(整个生育期无补充灌溉)(W2)2种水分处理。结果表明,施磷位置及补充灌溉显著(P0.05)影响冬小麦孕穗期根长分布、WUE及产量,同时会改变根系空间分布。干旱胁迫使冬小麦0~30 cm土层根长密度下降,降低17.5%,却促进了30 cm以下土层根长发育,增加13.3%,促进对土壤水分和磷素的吸收,从而提高产量。无论灌溉与否,施磷处理0~30 cm土层根长密度、吸磷量、WUE及产量均显著高于CK(P0.05)。施磷位置对冬小麦WUE和产量的影响随土壤水分而异,无补充灌溉时,与磷肥表施相比,磷肥深施显著增加WUE和产量(P0.05),分别平均增加28.5%和16.0%,且深层根长(30~100 cm)与吸磷量、WUE和产量的变化趋势一致;而在补充灌溉时,与磷肥表施相比,磷肥深施却显著降低WUE(P0.05),平均降低13.3%,且深层根长与WUE、产量的关系缺乏规律性。该试验结果表明,土壤水分供应不足时,磷肥深施有利于促进冬小麦深层土壤根系生长发育,提高对土壤水分吸收利用能力,从而利于形成高产。该研究可为理解作物生长及产量对水分养分空间耦合的响应提供理论依据。     

渗灌管埋深与灌溉量对枣树产量和水分利用效率的影响

探寻适宜的地下渗灌埋深和蒸发皿蒸发量系数组合对旱区枣树根系生长、产量和水分利用效率的影响。采用作物-皿系数(Kcp)作为灌溉水量计算标准,设3种地下渗灌埋深D15(15cm)、D30(30cm)、D45(45 cm)和4种灌水量W0.6(Kcp=0.6)、W0.8(Kcp=0.8)、W1.0(Kcp=1.0)、W1.2(Kcp=1.2)水平的2因素的大田试验。结果表明:随着灌水量的增加,各处理在垂直方向0～100 cm和水平距离0～80 cm土层中含水率越高;随着地下渗灌埋深的增加,土壤含水率峰值均向下移动。灌水量和地下渗灌埋深对20～80 cm土层的根系分布影响较大,D30W0.6和D30W0.8处理较其他处理提高20～60 cm土层的根系干质量密度,D45W1.0和D45W1.2处理较其他处理提高60～80 cm土层根系干质量密度。D30W1.0处理有利于增加枣树枣吊长度、每吊开花数、每吊座果数、座果率以及提高产量;2017和2018年D30W0.8处理水分利用效率最高分别为4.68、5.32 kg/m~3,并且产量较D30W1.0处理降低了9.32%、5.94%,但水分利用效率分别提高了17.88%、16.41%,D30W0.8处理水分利用效率与其他处理均有显著差异(P0.05)。通过多元回归和空间分析方法,对产量、水分利用效率与枣树灌水方式进行优化,选择适宜的灌水量和地下渗灌埋深区间分别为:370～410mm、28～33 cm。该研究结果可为宁夏干旱地区地下渗灌枣树的高产高效管理上提供依据和技术支持。     

施磷影响番茄磷吸收的根系及微生物动态过程

探究不同供磷条件下蔬菜作物根系形态、根际生理属性和解磷微生物丰度的变化,有助于揭示蔬菜作物 高效利用磷的机制,为高投入蔬菜种植体系实现减磷增效提供理论基础。以番茄为供试作物进行田间试验,设 置 T0(不施化学磷肥)、T0.5P(施磷量 100 kg/hm²;减施化学磷肥 50%)、T0.8P(施磷量 160 kg/hm²;减施化学磷肥 20%)、TP(施磷量 200 kg/hm²;常规施磷)4 个处理,测定移栽后第 15、30 及 45 d 番茄地上部生物量和磷吸收 以及根系形态(根长密度、比根长)、根际生理属性(有机酸含量)和土壤解磷微生物(phoD、phoC 和 pqqC)基 因丰度,阐明降低磷肥施用量影响作物根系、微生物以及驱动番茄磷吸收的动态过程。与常规施肥相比,减施磷 肥 50%(施磷 100 kg/hm²)促进了移栽后 45 d 番茄根系比根长的增加,提高了移栽后 45 d 番茄根际有机酸的分泌, 同时刺激了移栽后 30 和 45 d 土壤编码 phoC 和 pqqC 基因解磷微生物的增生。解磷微生物 phoC 和 pqqC 基因丰度 与番茄根系比根长和根际有机酸的分泌呈显著正相关。减施磷肥 20%(施磷 160 kg/hm²)与常规施肥相比,对番 茄根系根长密度、比根长以及根际有机酸的分泌无显著影响,但显著促进了成熟期番茄地上部磷吸收。集约化蔬 菜种植体系具有较大的减施磷肥的空间,最大化发挥植物根系形态、生理可塑性以及协同解磷微生物活化磷的能 力是实现减磷增效的关键。     

灌水下限与毛管埋深对温室番茄生长的影响

为探明番茄根系生长与水分分布之间的互反馈机制,通过日光温室地下滴灌试验,设置了4种毛管埋深(0 cm、10 cm、20 cm和30 cm)和3种灌水下限(保持土壤含水量为50%、60%和75%田间持水量),研究了不同灌水下限与毛管埋深对番茄根系生长及干物质分配的影响。研究结果表明,轻度、中轻度水分亏缺(灌水下限为75%和60%田间持水量)时,毛管埋深对番茄耗水量有显著影响,10~20 cm毛管埋深提高番茄耗水量。毛管埋深增加会减少0~20 cm土层根系分布,促进20~60 cm土层根系生长;毛管埋深对0~10 cm、20~30 cm、30~40 cm土层根系生长影响显著,对50~60 cm土层根系生长无显著影响。灌水下限对细根(d1 mm)、粗根(d1mm)的根长与根表面积影响显著,毛管埋深对细根的根长与根表面积有显著影响;轻度水分亏缺及20 cm毛管埋深有利于细根根长和根表面积生长,减少粗根比例。本研究结果表明,轻度水分亏缺及毛管埋深为20 cm更有利于全株干物质积累,灌水下限为75%田间持水量能够增加根系干物质分配比例,而20 cm毛管埋深则能促进干物质向茎叶转移且减少根系干物质的分配比例。     

间作模式下作物根系与坡耕地红壤抗蚀性的关系

通过径流小区试验,结合土壤理化性质分析和根系指标测定,研究了玉米单作、大豆单作以及玉米/大豆间作模式下,不同作物根系特性与坡耕地红壤抗蚀性的关系。结果表明,玉米/大豆间作模式在改善土壤理化性质、提高红壤质地和结构方面优于玉米或大豆单作,玉米/大豆间作模式在0—10,10—20,20—30cm土层的含根量、根系表面积、根系体积、根尖数和根长较玉米单作或大豆单作均有提高,其中0—10cm土层范围内差异显著;玉米/大豆间作模式较玉米单作模式在根量、根系表面积、根系体积和根长分别提高了80.95%,50.93%,90.30%和77.99%,较大豆单作模式分别提高了58.70%,73.36%,123.05%和149.27%;在20—30cm土层范围内,间作模式根长较玉米单作模式提高了150.48%,较大豆单作模式提高了206.94%;不同种植模式下,土壤抗蚀性指数在10—20cm土层差异不显著,在0—10cm和20—30cm土层之间差异显著;不同深度土层范围内,间作模式土粒抵抗分散能力均最强;在间作模式下,同期土壤流失量较单作减少,土壤流失量与作物根系量、根系表面积、总根长、根系体积和根尖数呈显著负相关。玉米大豆间作可以通过改善根系特征,提高土壤有机质含量,进而提高土抗蚀性。     

覆膜和灌水量对制种玉米根系分布及产量的影响

为探究制种玉米根系分布及产量对滴灌条件下地膜覆盖和灌溉量的动态响应，该研究于2017年和2018年在中国西北旱区石羊河流域，以制种玉米"Ganxin 630"为供试作物，设置覆膜与灌溉水量2个控制因素，覆膜包括透明膜全覆盖（M1）和不覆膜（M0）2个水平，灌溉水量设置WF、WM和WL 3个水平（分别为灌溉需水量的100%、70%和40%），共6个处理，通过监测制种玉米生育期内的土壤水分、土壤温度、根长密度、地上干物质量和产量状况，分析不同覆膜和灌水量条件下土壤水热动态、制种玉米根长密度分布和产量的变化规律。结果表明，在相同覆膜条件下，0～60 cm土层含水量随灌溉量的增加而增加。覆膜可改善土壤水热条件，在充分灌溉下覆膜增加土壤贮水量，而亏缺灌溉下覆膜降低土壤贮水量。覆膜明显提升播种后75 d内的土壤温度，对播种后75 d之后的土壤温度没有影响。制种玉米各个生育期不同覆膜和灌水量处理下的根长密度均随着土层深度的加深而降低，播种后95 d时，86.3%～96.7%的根系分布在0～60 cm土层，其中土层深度0～30 cm和距离植株基部水平方向0～15 cm范围内的根长密度高于1.0 cm/cm3，此空间范围以外则低于1.0 cm/cm3。充分灌溉有利于浅层根系生长，而水分亏缺有利于深层根系生长，其中WL处理10 cm深度处的根长密度比WF处理在各个生育期低19.6%～32.5%，深层根长密度则高0.2%～41.9%，产量和地上生物量基本随灌溉量的增加而增加。覆膜10 cm深度处的根长密度比不覆膜在各灌水处理下高4.4%～69.2%，产量高24.9%。制种玉米地上干物质量、产量与播种后75和95 d的0～20 cm土层的根长密度的关系较为密切，相关系数分别达0.883、0.804以上，保证该阶段良好的土壤环境、促进根系生长对制种玉米的生长至关重要。该研究可为石羊河流域科学地进行灌溉和和覆膜管理提供理论依据。     

滴施不同水溶性磷肥对石灰性土壤磷分布及玉米磷素吸收利用的影响

  【目的】  磷的形态影响着其施入土壤后的移动分布。研究滴灌施肥中不同水溶性磷肥在石灰性土壤中的分布特征及玉米对磷素的吸收和利用,为滴灌玉米生产中的磷肥选择提供理论依据。  【方法】  于2018—2020年在新疆石河子市实验站开展滴灌玉米田间试验,选用玉米品种‘郑单958’作为试验材料。试验共设磷酸脲(UP)、磷酸二氢钾(MKP)、聚磷酸铵(APP)、磷酸二铵(DAP)、磷酸一铵(MAP)、不施磷肥(CK) 6个处理,除CK不施磷肥外,其余处理灌溉量及氮磷钾投入量均相同。玉米开花期和成熟期,分别在滴头下、根系、宽行3个位点,在垂直方向0—10、10—20、20—40 cm处采集土样,测定pH、速效磷和全磷含量。采集玉米地上部植物样品,测定茎、叶、穗器官磷素含量。在完熟期测产,计算磷肥利用效率等指标。  【结果】  与DAP和CK处理相比,UP处理能显著降低0—40 cm土层土壤pH,开花期UP处理土壤pH较CK和DAP分别降低了0.20和0.32个单位,成熟期分别降低了0.24和0.31个单位,MAP、APP和MKP也不同程度地降低了滴头下0—10 cm土层土壤pH。UP处理土壤有效磷在0—40 cm土层的分布最均匀,APP处理10—20 cm土壤速效磷含量显著高于UP和MAP。玉米开花期APP、UP、MAP处理土壤速效磷含量较DAP分别增加了65.47%、44.18%和23.14%,成熟期分别增加了58.08%、40.13%和127.89%。APP处理的玉米穗、叶和总磷素积累量均最高,开花期较DAP分别显著增加了29.22%、43.97%和22.43%,成熟期较DAP分别增加了65.39%、26.63%和50.60%。APP、UP、MAP处理的玉米产量没有显著差异,较DAP分别增产了18.03%、11.64%和9.46%,磷肥利用率分别较DAP增加了29.62个百分点、13.65个百分点和9.93个百分点。APP处理的磷肥偏生产力和磷肥农学效率分别较DAP增加了18.03%和174.96%。相关分析表明,玉米产量和磷素积累量与0—20 cm土层的土壤有效磷含量正相关,与20—40 cm土层土壤速效磷含量负相关或相关性较弱。  【结论】  速效磷的分布与土壤pH的变化高度一致。酸性水溶性磷肥可不同程度地降低玉米根系周围土壤pH,磷酸脲的影响范围可达滴头周围0—40 cm土层,磷酸二氢钾、聚磷酸铵和磷酸一铵仅在滴头周围0—10 cm土层范围内有影响,而磷酸二铵对土壤pH无显著影响。滴施磷酸脲土壤中速效磷在0—40 cm土层中的分布较均匀,其在10—20 cm土层中的速效磷含量低于聚磷酸铵并高于其他磷肥处理。磷肥利用率与10—20 cm土层速效磷含量极显著相关。因此,滴施聚磷酸铵的玉米产量和磷肥利用率高于其它磷肥处理。综合3年试验结果,在新疆滴灌玉米生产中,水溶性磷肥中以聚磷酸铵最优,其次是磷酸脲和磷酸一铵等酸性磷肥,应减少磷酸二铵等碱性磷肥的施用。     

不同秸秆还田方式对春玉米产量、水分利用和根系生长的影响

为探究耕作方式和秸秆还田对春玉米产量、土壤水肥及根系分布的影响,通过连续两年设置耕作方式(旋耕、翻耕)与秸秆还田方式(秸秆还田、秸秆不还田)两因素田间定位试验,研究了春玉米产量和水分利用效率、根系及土壤水肥分布的特性。结果表明:旋耕和翻耕处理春玉米产量和水分利用效率差异不显著,但前者显著增加了干旱年份(2015年)0—30cm土层的根长密度、根表面积密度和根干重密度,而后者显著降低了10—30cm土层的土壤容重和紧实度,降低了0—40cm土层的土壤含水量、有效磷和速效钾含量,提高了干旱年份30—60cm和湿润年份(2016年)0—60cm土层的根长密度、根表面积密度和根干重密度;秸秆还田较秸秆不还田处理显著增加了春玉米产量和水分利用效率,增加幅度分别为9.5%和7.3%,促进了干旱年份0—60cm土层的根长密度和湿润年份30—60cm土层的根长密度、根表面积密度和根干重密度的增加,还提高了0—60cm土层的土壤含水量、硝态氮、有效磷和速效钾含量。因此,实施旋耕秸秆还田和翻耕秸秆还田可以改善土壤水肥分布,促进深层根系发育,提高春玉米的产量和水分利用效率。     

不同毛管配置对水氮分布和机采棉根系生长的影响

通过田间试验,研究不同滴灌配置对机采棉根系生长、水氮运移和氮肥利用率的影响。设置3种滴灌毛管配置方式:(1)内嵌式滴灌毛管+夹管(EB);(2)内嵌式毛管+侧管(ES);(3)迷宫式毛管+侧管(LS);施氮(N)量均为300 kg/hm~2;同时,以ES处理不施氮肥为对照(CK)。结果表明:滴灌施肥24 h后,土壤水分及硝态氮均主要分布在0—40 cm土层。LS和EB处理水分和硝态氮在作物行下方的根区含量高,ES处理硝态氮分布向宽行偏移。90%以上棉花根系分布在0—30 cm土层,但EB处理根系分布更浅,其超过80%根系分布在15 cm以内土层;ES处理与LS、EB处理相比,根干物质量分别显著降低31.7%和25.5%;ES处理根长密度、根表面积、根体积显著高于LS和EB处理。LS处理显著增加产量和氮肥利用率,较ES处理分别增加9.4%和18.0%;EB处理产量和氮肥利用率也较ES处理分别增加6.5%和8.5%。机采棉使用迷宫式滴灌毛管并在侧管铺设毛管,水分和硝态氮分布与根系分布相匹配,能显著促进棉花根系生长,增加氮吸收量并提高产量和水氮利用效率。     

模拟深松条件下深施磷肥对旱地冬小麦根系生长和水肥效应的影响

通过模拟深松机具下的深施肥技术,研究了深施磷肥对旱地冬小麦产量、根系生长、水肥效应的影响。研究结果表明,深松条件下深施磷肥平均效果比传统施肥增产38.5%,20 cm和40 cm各施一半的效果最好,但深施到20 cm和深施到40 cm之间差异不显著。深施磷肥促进了小麦根系在土层内的生长发育,提高了小麦根系总量,尤其是深层根系总量明显增加,这对旱地冬小麦吸收深层土壤中的水分和养分是十分有利的。深松条件下,深施磷肥的水分利用系数比传统施磷提高了8.4%。此外,深施磷肥有助于冬小麦在整个生育期内磷素的均衡供应,     

深松35 cm可改善潮棕壤理化性质并提高小麦和玉米产量

【目的】我国传统耕作深度一般为20 cm,长期不变的翻耕深度降低耕层厚度,增加了犁底层厚度,影响作物的生长。研究小麦—玉米一年两季的种植模式下深松耕作的效果,为大田耕作管理提供技术支持。【方法】田间试验在山东烟台潮棕壤上进行。设计4个耕作处理,分别为常规翻耕20 cm (CK)、深松30 cm、深松35 cm、深松40 cm。小麦播种前进行耕作处理,所有处理均结合耕作一次性基施腐殖酸复合肥 (N–P₂O₅–K₂O=18–10–12) 1125 kg/hm2。玉米免耕,在拔节期追施一次化肥。于小麦、玉米收获期取0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm及30—40 cm土层土壤样品,测定土壤速效养分含量与土壤容重,计算三相比,并调查小麦、玉米产量。【结果】与CK相比,深松30 cm、35 cm、40 cm小麦季分别增产10.9%、15.3%和15.5%,玉米季分别增产12.0%、14.9%和9.4%(P < 0.05);10—40 cm土层土壤容重降低了0.03～0.18 g/cm3。其中,小麦季0—10 cm土层中CK处理土壤容重显著低于各深松处理,深松35 cm处理0—10 cm与10—20 cm土层土壤容重显著高于其他各处理;玉米季0—10 cm与10—20 cm土层土壤容重最低的处理为深松35 cm,且显著低于其他处理。小麦季深松30 cm处理各土层土壤三相比 (R值) 在13.2～15.9之间,总体最小,玉米季则以深松40 cm三相比值总体最小,在6.03～8.81之间。深松处理增加了20—40 cm土层有效养分含量,其中深松35 cm处理的20—40 cm土层有效磷和速效氮含量增加最为明显,分别为0.56～37.4 mg/kg与31.9～77.8 mg/kg;速效钾各土层的增加则以深松30 cm最为显著,为24.3～100 mg/kg;有机质含量以深松40 cm增加量最大,为0.95～0.69 g/kg。【结论】深松耕作可显著降低当季土壤容重,增加当季与下一季作物产量,提高土壤耕层以下20—40 cm土层的养分有效性,综合各机械能耗与耕作效果,以深松35 cm最佳。     

长期玉米连作下不同产量水平0—100 cm土层黑土与淡黑钙土理化性状差异

  【目的】  比较长期玉米连作条件下,0—100 cm土层黑土和淡黑钙土土壤物理和化学性状的差异,分析影响产量的主导因素,为黑土地保护与利用提供理论指导。  【方法】  在吉林省中部黑土区和西部淡黑钙土区,各选取玉米连作种植年限超过15年的代表性地块18个,在每个地块采集深度为0—10、10—20、20—30、30—50、50—70和70—100 cm的土壤样品,并进行土壤理化性状分析。按照高、中、低3个产量水平将土壤样品划分为3组,综合比较黑土和淡黑钙土不同产量水平0—100 cm土层土壤理化性状的差异。  【结果】  中部黑土0—100 cm土壤肥力指标均高于西部淡黑钙土,其0—100 cm土层土壤氮、磷、钾素储量分别为12.3、4.8、175.1 t/hm2,分别比西部淡黑钙土高2.4%、13.3%、43.5%。黑土和淡黑钙土20—100 cm土层有机质和全氮含量均以高产田最高;高产田与中产田耕层 (0—20 cm) 土壤全量和速效氮、磷、钾含量均明显高于下层 (20—100 cm)。中部黑土20—30 cm存在一个较明显的保水保肥层,30 cm以下土层的土壤理化性状与产量多呈显著相关,0—100 cm土层土壤pH为5.15～7.07,高产田土壤固、液、气三相比例更理想,0—100 cm各土层广义土壤结构指数 (GSSI) 的高低表现为高产田 > 中产田 > 低产田,高产田土壤含水量高于其他两个产量水平,高产田与中产田0—100 cm各土层土壤全磷含量较为接近,二者耕层速效钾含量明显高于低产田。西部淡黑钙土无明显的保水保肥层,20—30 cm土层的理化指标与产量密切相关,0—100 cm土层土壤pH为6.61～8.31,高产田70—100 cm土层硝态氮累积量仅占0—100 cm土体总量的5.2%,而中、低产田该比例分别为22.3%和22.7%,硝态氮下移趋势明显。黑土与淡黑钙土区0—20 cm土壤均呈现酸化趋势,尤其是黑土区低产田表层土壤酸化现象明显。  【结论】  中部黑土区30—50 cm土层土壤理化指标对产量影响较大,高产田20 cm以下土层养分持续供应能力是其实现稳定高产的重要保证。西部淡黑钙土区20—30 cm土层理化指标对产量影响较大,土壤结构是影响产量的核心指标,持续土壤培肥是实现高产的重要措施。     

耕作与覆盖措施对黄土塬区春玉米田土壤水气传输的影响

  【目的】  良好的土壤物理和水力学性质是土壤肥力可持续的基础。研究黄土高原旱作农业区长期不同耕作、覆盖措施对土壤水气传输性质的影响,为黄土塬区可持续的农田管理提供参考。  【方法】  基于设在渭北旱塬始于2002年的田间定位试验,选取传统耕作 (CT)、传统耕作+秸秆覆盖 (TS)、传统耕作+地膜覆盖 (TP)、传统耕作+全膜覆盖 (TWP)、免耕 (NT)、免耕+秸秆覆盖 (NS)、免耕+地膜覆盖 (NP)、免耕+生草覆盖 (NG) 共8个处理。于2019年春玉米收获期采集剖面土样,对0—10、10—20、20—30和30—40 cm土层土壤质量含水量、容重、导气率、相对气体扩散率和饱和导水率进行测定与分析。  【结果】  与CT处理相比,TS处理显著增加了0—40 cm土壤平均质量含水量,降低了0—40 cm各层土壤导气率,增加了各层土壤相对气体扩散率,表层 (0—10 cm) 土壤饱和导水率显著降低了75.9%;TP处理收获期耕层 (0—20 cm) 土壤容重增加,土壤总孔隙度显著降低,在0—10 cm土层,土壤导气率显著提高了54.1%;TWP处理耕层土壤容重显著增加,土壤总孔隙度显著降低,剖面0—40 cm土壤导气率和饱和导水率分别平均增加了64.8%和111.2%,尤其是表层土壤导气率显著提高了99.5%。与NT处理相比,NS处理耕层土壤容重降低,总孔隙度增加,表层土壤质量含水量、相对气体扩散率和饱和导水率分别显著提高了14.8%、25.3%和446.4%;NP处理耕层土壤容重增加,总孔隙度降低,表层土壤质量含水量和饱和导水率分别显著增加3.5%和145.2%,土壤导气率显著降低33.7%;NG处理耕层土壤容重降低,总孔隙度增加,表层土壤质量含水量显著提高了11.3%,土壤相对气体扩散率显著降低了42.1%。相同覆盖条件下与传统耕作比较,免耕处理能够降低下层20—40 cm土壤容重,增加土壤总孔隙度,提高土壤持水性,虽然降低了表层0—10 cm土壤导气率,但提高了土壤相对气体扩散率和饱和导水率。  【结论】  免耕秸秆覆盖可降低耕层土壤容重,增加总孔隙度,并且显著提高耕层土壤相对气体扩散率和饱和导水率,增加下层土壤导气率,是免耕处理组中最佳处理。传统耕作全膜覆盖可提高耕层土壤导气率、相对气体扩散率和饱和导水率,是传统耕作组中最佳处理,可有效保持渭北旱塬良好的土壤水气传输能力。     

锌与磷肥不同混合方式对玉米产量及磷、锌利用的影响

  【目的】  研究锌与磷肥以不同混合方式施用对玉米干物质量、籽粒产量及磷、锌利用率的影响,以期为锌与磷肥科学配伍及新型含锌磷肥的研制提供理论依据。  【方法】  将七水硫酸锌(Zn)按0.5%和5%(W/W)的添加量与磷肥(P)分别进行物理混合(P+Zn)和反应混合(PZn),制备含锌磷肥试验产品:P+Zn0.5、P+Zn5、PZn0.5和PZn5。采用玉米土柱栽培试验,设置8个处理,包括分别施用以上4种含锌磷肥(P+Zn0.5、P+Zn5、PZn0.5和PZn5)、普通磷肥(P)和硫酸锌(Zn0.5、Zn5),以不施肥为对照(CK)。所有肥料均作为基肥一次性施入土柱 0—30 cm 土层。玉米成熟后,收获、考种,测定玉米植株不同部位(茎秆、叶片、苞叶、穗轴、籽粒)干物质量、磷和锌含量,以及采集 0—30、30—60、60—90 cm 土层土壤速效磷和有效锌含量。  【结果】  1)与普通磷肥相比,锌与磷肥混合处理玉米地上部干物质量和籽粒产量分别平均提高了15.18%、7.70%,反应混合(PZn)效果优于物理混合(P+Zn),PZn主要通过增加穗粒数实现增产,锌肥低添加量PZn0.5增产效果显著优于高添加量PZn5。2)与普通磷肥相比,PZn0.5处理玉米地上部和籽粒磷吸收量分别提高了8.40% 和 16.67%,磷肥表观利用率提高了5.03个百分点,磷肥农学效率和偏生产力分别提高了41.91%和11.64%;与PZn5相比,PZn0.5的磷肥表观利用率提高4.78个百分点,磷肥农学效率和偏生产力分别提高了14.57%和3.58% (P<0.05)。3)与普通磷肥相比,施用PZn肥玉米籽粒锌累积量平均提高了21.90% (P<0.05);与P+Zn肥相比,施用PZn肥玉米地上部锌累积量平均提高了25.70%,锌肥利用率平均提高了7.83个百分点(P< 0.05)。  【结论】  锌与磷肥混合后施用能够增加玉米干物质量和籽粒产量,其中反应混合方式在提高玉米对磷、锌的吸收量和磷、锌肥利用率以及提高土壤速效磷、有效锌含量等方面的效果优于物理混合,且以硫酸锌0.5%添加量与磷肥反应混合效果最佳。     

辽西褐土区高产土壤理化性质及影响玉米产量的主要因子

  【目的】  土壤耕层结构与肥力水平是影响玉米生长及其产量的重要因素。厘清辽西褐土区不同产量玉米田的土壤结构与肥力水平及其与玉米产量之间的关系,进而提出土壤合理耕层构建的评价指标,最终为该地区玉米产量的提高提供理论基础。  【方法】  本研究在辽西褐土区选取不同产量玉米田共56块,将其分为产量 < 6000、6000～9000和 > 9000 kg/hm2 3个水平,分析调查土壤耕层与犁底层厚度、紧实度、容重、孔隙度、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量和玉米根系生长状况。采用预测变量重要性分析方法明确影响玉米产量的主要因素,提出辽西褐土区玉米高产所需的土壤耕层结构与肥力特征。  【结果】  玉米产量随土壤耕层厚度增加而增加,随犁底层厚度增加而减小。不同产量玉米田的紧实度、容重和孔隙度在0—10 cm土层差异不大,而在10 cm—犁底层和犁底层差异较大,即产量 > 9000 kg/hm2玉米田的各项结构指标均优于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。土壤有机质、有效磷、速效钾和碱解氮等肥力状况在产量 > 9000 kg/hm2玉米田同样优于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。不同产量地块的玉米根系生长情况出现明显差异。产量> 9000 kg/hm2玉米田的根干重和根长均明显高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。分土层来看,所有玉米田的根系都主要分布在0—20 cm土层,产量 < 6000、6000～9000和 > 9000 kg/hm2玉米田在0—20 cm土层的根干重分别占0—40 cm总量的83.3%、79.8%和81.1%,根长分别占83.0%、74.6%和71.7%。这不但说明根系对水分和养分的吸收主要集中在0—20 cm土层,同时也表明产量 > 9000 kg/hm2玉米田在20—40 cm土层的根系分布仍然比产量 < 9000 kg/hm2玉米田要丰富。所有结构性质与肥力因素中,耕层厚度和有效磷含量是影响辽西玉米高产的最重要因素。  【结论】  辽西褐土区高产玉米田具有以下特征:耕层厚度18～26 cm,平均23 cm;紧实度低于1000 kPa;耕层土壤容重处于1.14～1.39 g/cm3,平均1.27 g/cm3;耕层土壤总孔隙度为47.4%～58.5%,平均52.2%,毛管孔隙度平均33.5%,通气孔隙度平均18.7%;耕层土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾平均含量分别为14.8 g/kg、34.7 mg/kg、21.2 mg/kg、159.9 mg/kg。提高土壤有效磷含量、增加耕层厚度是培肥中低产田最迫切的任务。     

长期稻虾共作模式提高稻田土壤生物肥力的机理

  【目的】  长期稻虾共作是提高稻田肥力的有机生态途径。研究该模式对稻田土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为该模式的可持续应用提供理论依据。  【方法】  基于连续10年 (2005—2015) 中稻单作和稻虾共作的田间定位试验,于2015年10月中旬水稻收获后,按照0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层采集土样,分析不同土层中总有机碳 (total organic carbon,TOC)、土壤微生物量碳 (microbial biomass carbon,MBC)、可溶性有机碳 (dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳 (easily-oxidized organic carbon,EOC) 和颗粒有机碳 (particulate organic carbon,POC) 含量,测定不同土层土壤水稳性团聚体中有机碳的含量,计算了土壤碳库管理指数,同时分析了与土壤碳、氮和磷代谢有密切关系的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。  【结果】  1) 相对于中稻单作,稻虾共作显著增加了各土层中TOC、POC和DOC含量,增加30—40 cm土层中MBC含量以及10—40 cm土层中EOC含量;2) 稻虾共作显著提高了10—30 cm土层中土壤碳库管理指数,碳库管理指数在10—20 cm和20—30 cm土层中较中稻单作模式分别提高了52.7%和58.2%;3) 稻虾共作模式下,0—20 cm土层中小于0.053 mm粉–黏团聚体的有机碳含量显著高于中稻单作模式,而在20—30 cm土层各粒级团聚体的有机碳含量均显著高于中稻单作模式;4) 与中稻单作相比,稻虾共作土壤脲酶活性在10—20 cm土层显著降低了16.7%,而在20—30 cm土层纤维素酶活性显著提高了28.0%;5) 除DOC外,TOC、POC、MBC与纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均呈显著正相关。  【结论】  长期稻虾共作提高了稻田土壤有机碳及其活性组分含量,特别是提高了20—30 cm土层纤维素酶活性,促进了根茬等有机物的分解,提高了该层次各粒级团聚体内的有机碳含量,改善了土壤结构,加大了水稻根系的下扎深度,改善了固持速效养分的能力,从而提升了稻田土壤生物肥力。     

基于CT扫描技术研究有机无机肥长期配施对土壤物理特征的影响

  【目的】  研究长期有机无机肥配施对土壤孔隙特征、土壤水分参数等土壤剖面物理特征的影响,深入认识有机无机肥配合施用效果的机理。  【方法】  试验基于渭北旱塬12年苹果园长期定位试验,设不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK) 和有机无机肥配施 (MNPK) 3个处理,采用CT扫描法定量分析了0—40 cm土壤样品中大孔隙 (>1000 μm) 的数量,计算了大孔隙度及大孔隙在土壤剖面中的分布特征, 同时采用常规方法测定了0—10、10—20和20—40 cm土壤样品的土壤容重、田间持水量及饱和导水率等。  【结果】  1) 相比NPK处理,有机无机肥配施对0—20 cm土层土壤大孔隙度有提高的趋势,在20—40 cm土层,有机无机肥配施相比单施化肥土壤大孔隙度提高了91.7% (P < 0.05);MNPK处理土壤大孔隙数量在3个土层均为最大,在0—10和20—40 cm土层,分别较NPK处理提高了38.4%和54.8% (P < 0.05)。NPK处理大孔隙数量在0—10和10—20 cm分别显著高于CK。2) 与不施肥相比,单施化肥除10—20 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量有明显升高外,其它土层没有明显变化,而有机无机肥配施0—10、20—40 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量较不施肥均有明显提升;有机无机肥配施相比不施肥、单施化肥在不同土层的土壤容重均为最小,而20—40 cm土层单施化肥的土壤容重较不施肥提高了2.8% (P > 0.05)。3) 相关分析表明,土壤大孔隙数量、大孔隙度与田间持水量、土壤饱和导水率呈极显著正相关 (P < 0.01),与土壤容重呈极显著负相关 (P < 0.01),而与土壤机械组成无显著相关性。  【结论】  相比单施化肥,长期有机无机肥配施改善了苹果园0—40 cm土层土壤的大孔隙状况和土壤的持水、导水性能,在20—40 cm土层效果更明显,有机无机肥配施可改善渭北旱塬苹果园土壤物理性质。     

不同耕作方式对玉米根系特性及养分吸收转运的影响

  【目的】  耕作方式影响玉米根系的生长发育及养分吸收，比较东北中部雨养区不同耕作制度下玉米根系生长和养分吸收特征，为建立合理的耕作方式提供理论依据和技术支撑。  【方法】  2011―2012年，在吉林省连续进行了2年的田间定位试验，设置4种耕作方式:浅灭茬后直接播种 (对照，T1)，苗带深松后镇压 (T2)，行间深松且苗带镇压 (T3)，苗带行间全部深松 (T4)。在6展叶期、吐丝期和生理成熟期，取0—60 cm土层的植株根系样品，分析玉米产量、养分吸收转运及根系生长发育特征。  【结果】  不同耕作方式下玉米产量差异显著 (P < 0.05)，两年平均值表现为T3 > T2 > T1 > T4，T2处理和T3处理的产量分别比T1处理增加8.1%和10.2%。与T1处理相比，T2和T3处理均增加了玉米吐丝后氮磷钾养分累积量，吐丝后累积养分对籽粒的贡献率显著增加 (P < 0.05)。T2和T3处理下的氮、磷、钾累积量对籽粒的贡献率分别比T1处理增加了0.4%～3.6%、16.9%～33.8%、70.5%～82.1%，T3处理增幅高于T2处理。T2和T3处理显著增加了玉米各生育期的总根干重、总根长和总根表面积 (P < 0.05)，其中，6展叶期至成熟期，总根干重、总根长、总根表面积的增幅分别为9.8%～22.8%、16.1%～33.1%、19.9%～38.2%。T2和T3处理在各土壤剖面的根系形态均优于T1处理，其中以T2处理最佳，且在20—40 cm土层间差异最为显著 (P < 0.05)。与T1处理相比，T3处理下各生育时期在20—40 cm土层的根干重、根长、根表面积平均增幅为34.1%、48.3%、47.8%，根直径平均增幅为22.1%。  【结论】  与浅灭茬后直接播种相比，苗带行间全部深松不利于根系发育，而行间深松且苗带镇压方式促进了根系的生长发育和纵向延伸，尤其是在20—40 cm土层根系干重、根长和根表面积明显增加，有利于根系对深层土壤养分的吸收利用，进而提高玉米花后累积养分对籽粒的贡献率，增加产量。     

玉米秸秆源有机物料对黑土养分有效性与酶活性的提升效应

  【目的】  研究以玉米秸秆为主要原料制备的不同类型有机物料对东北黑土土壤肥力和玉米产量的影响,为黑土地保护和秸秆资源高效利用提供理论依据。  【方法】  田间定位试验连续进行了5年。试验设不施肥对照 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施秸秆 (NPK+ST)、化肥配施生物炭 (NPK+BR) 以及化肥配施堆肥 (NPK+CP) 5个处理,各有机物料每年均为等碳量投入 (C 3200 kg/hm2)。5年后,采集耕层 (0—20 cm) 和亚耕层 (20—40 cm) 土壤样品,测定土壤有机碳 (SOC)、活性有机碳 (LOC)、速效养分与酶活性,并结合年际间玉米产量变化进行综合评价。  【结果】  与NPK相比,NPK+BR处理显著增加了耕层及亚耕层SOC含量,增幅分别为28.2%和11.2%;NPK+CP和NPK+ST处理增加了耕层SOC含量,增幅分别为15.5%和7.6%,对亚耕层SOC含量影响不显著;配施有机物料处理显著增加了0—40 cm土层LOC含量,且NPK+CP和NPK+ST处理LOC含量在0—20 cm土层显著高于NPK+BR,增幅分别为13.2%和8.7%,各种有机物料处理LOC含量在20—40 cm土层差异不显著;3个配施有机物料处理均显著增加了0—20 cm土层有效磷含量,仅NPK+CP和NPK+BR处理显著提高了20—40 cm土层有效磷含量;配施有机物料处理对0—40 cm土层土壤速效氮和速效钾含量影响均不显著,但配施堆肥处理0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理。配施有机物料处理比NPK处理显著增加了0—40 cm土层土壤纤维素酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。NPK+ST和NPK+BR处理比NPK+CP处理更利于提高耕层纤维素酶活性,NPK+ST处理耕层蔗糖酶活性显著高于NPK+BR和NPK+CP处理;配施有机物料处理亚耕层土壤纤维素酶和蔗糖酶活性差异不显著。NPK+ST和NPK+CP处理较NPK+BR处理显著提高了0—40 cm土层土壤磷酸酶活性。不同处理玉米产量在年际间波动变化,配施有机物料处理玉米产量高于NPK处理,NPK+CP和NPK+ST处理对玉米产量的提升在第一年即有明显效果,而NPK+BR处理对玉米产量的积极效果在4年后才表现出来。各处理平均玉米产量的高低表现为NPK+CP > NPK+ST > NPK+BR > NPK > CK。  【结论】  化肥配施生物炭对0—40 cm土层土壤有机碳的积累作用最突出,而配施秸秆和堆肥更利于提升土壤活性有机碳的含量。配施堆肥0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理,三者0—20 cm土层土壤有效磷含量无显著差异,但配施堆肥和生物炭20—40 cm土层有效磷含量显著高于配施秸秆处理。配施秸秆或生物炭增强了0—40 cm土层土壤纤维素酶活性,而蔗糖酶和磷酸酶活性以配施秸秆和堆肥处理为最高。随着土壤肥力的提高,配施有机物料处理促进了玉米产量的提升,以配施堆肥处理对玉米平均产量的增加幅度最高。因此,对于基础肥力较高的黑土而言,生物炭还田可实现黑土有机碳的快速提升,而堆肥和秸秆直接还田对玉米产量的促进作用更为明显。