生物质炭对土壤养分及设施蔬菜产量与品质的影响

【目的】 我国是世界最大的温室蔬菜生产国，但随着种植年限的增长，温室设施栽培中土壤次生盐渍化、蔬菜品质降低及作物减产等问题日益突出。本文以生物质炭为土壤改良剂施用于温室大棚蔬菜栽培中，分析其对蔬菜生长和土壤养分供应的影响，从而探索一种绿色可持续发展的设施农业生产方式。同时，也为生物质炭在大棚蔬菜栽培中的合理施用提供依据。 【方法】 采用田间试验方法，以温室大棚西芹和茄子为研究对象，试验共设5个生物质炭施用水平，分别为0、20、40、80和160 t/hm2，依次记为B0、B20、B40、B80和B160处理。分析了蔬菜产量、西芹植株硝酸盐含量、茄子维生素C含量及过氧化氢酶活性和土壤养分含量。 【结果】 与B0相比，B20和B160处理能够提高西芹产量，增产幅度分别达31.6%和30.3%，B40和B80处理对西芹产量无显著影响；B20处理对西芹硝酸盐含量无显著影响，B40、B80和B160处理显著降低了西芹植株硝酸盐含量，降低幅度分别达37.0%、37.2%和49.1%，但处理间差异不显著。施用生物质炭对茄子产量、茄子维生素C含量与过氧化氢酶活性影响不显著，当施用量达160 t/hm2时，反而抑制了茄子果实氮、磷养分积累。与B0相比，施用生物质炭有效增加了西芹收获后土壤速效钾含量，其中，B80和B160处理增加幅度分别为95.8%和196.2%；茄子收获后，B160处理土壤速效钾增加幅度达165.5%。施用生物质炭对土壤有效磷含量无显著影响，对土壤碱解氮含量的影响较为复杂，即对西芹收获后土壤碱解氮含量影响不显著，却降低了茄子收获后土壤碱解氮含量，其中，B40、B80和B160处理降低幅度分别达11.7%、10.0%和20.3%。经济效益分析表明，B20处理温室大棚经济收益最高，与B0相比纯收入增加9.4%；随着生物质炭施用量增多，肥料投入成本加大，B160处理收益最低。 【结论】 在本试验条件下，生物质炭用量为20 t/hm2时增产效果最好，且温室大棚收益最高，而对蔬菜品质无显著影响；当其施用量为40 t/hm2时能显著降低西芹硝酸盐含量。因此，需要继续研究生物质炭施用量在20～40 t/hm2之间的最适量，达到既能提高蔬菜产量又能改善品质的目的。      

生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化过程氮素转化的影响

为了研究添加生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化处理过程中氮素转化特征的影响,分析堆肥过程中氮素的转化及损失规律，用西红柿茎蔓、玉米秸秆和猪粪按一定比例混合后添加不同比例的生物质炭，进行了为期30 d的堆肥发酵试验。结果表明，添加生物质炭能够提高堆体温度，使堆体快速进入高温期，延长高温持续时间，可降低挥发性氨的累积释放量，减少堆肥过程中的氮素损失，从而提高堆肥产品全氮的含量，并可促进堆肥后期NH+4-N向NO-3-N转化，提高非酸水解态氮的含量。添加生物质炭有利于堆肥的腐熟，在堆肥第18 d添加较高比例的生物质炭的处理其NH+4-N/NO-3-N≤0.5，堆肥产品达到腐熟。综合保氮和腐熟效果，蔬菜废弃物在堆肥化过程中以添加10%的生物质炭为最佳。     

两种水分含量下生物质炭对黑土N2O排放及硝化反硝化基因丰度的影响

生物质炭对土壤结构改良、土壤肥力提升和农田温室气体排放具有重要意义。本研究以吉林省梨树县典型黑土为研究对象，通过培育实验，研究不同土壤水分含量（40%WHC和100%WHC）下，生物质炭种类（玉米秸秆生物质炭和稻壳生物质炭）和施加量（0%、1%和4%（w/w））对黑土N2O排放及硝化反硝化功能基因丰度的影响。结果表明，随着秸秆生物质炭施加量的增加，土壤N2O排放呈下降趋势，4%高量秸秆生物质炭添加下，土壤N2O排放量仅为1%低量秸秆生物质炭添加下的33.9%。同时土壤NO- 3-N也表现出一致性规律，4%高量生物质炭添加下土壤NO- 3-N含量显著低于1%低量生物质炭。在100%WHC土壤水分状况下，玉米秸秆生物质炭显著增加了土壤N2O排放，而稻壳生物质炭则显著降低了土壤N2O排放。高土壤水分显著促进了土壤N2O排放，进一步为实时荧光定量PCR结果所证实，高土壤水分通过增加nirS基因丰度进而促进了土壤反硝化作用过程，而4%高量稻壳生物质炭添加下nosZ基因丰度显著高于玉米秸秆生物质炭添加，表现出更强的N2O还原潜力。尽管amoA-AOA基因丰度在不同生物质炭添加量下并未发生显著变化，但amoA-AOB基因丰度在高量玉米秸秆生物质炭添加下显著下降。结果说明，土壤水分和生物质炭通过影响土壤硝化反硝化微生物的营养底物和代谢过程，进而影响土壤N2O排放特征。     

生物质炭改善果园土壤理化性状并促进苹果植株氮素吸收

【目的】 探究生物质炭对苹果植株生长、土壤理化特性和氮素利用的影响，为生产上苹果园合理应用生物质炭提供依据。 【方法】 以两年生红富士/平邑甜茶为试材，以400℃亚高温热解木材产生的生物质炭为供试肥料，采用15N同位素示踪技术进行了盆栽试验。设底施生物质炭0、15、30、45和60 g/kg，分别以CK、T1、T2、T3和T4表示。调查了苹果植株生长发育、土壤理化性质、根际微生物数量及氮素的吸收、利用和损失。 【结果】 添加生物质炭的所有处理植株株高、茎粗和总干重均显著高于CK；T2、T3和T4处理的根系活力均显著高于T1和CK处理，但三个处理间差异不显著；随着生物质炭用量的增加，土壤容重逐渐降低，T3和T4处理的土壤容重分别为1.22和1.20 g/cm3，两者间差异不显著，但均显著高于CK、T1和T2处理；T3和T4处理的土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和根际土细菌、放线菌、真菌数量均显著高于其他处理，两者间差异不显著；与CK相比，添加生物质炭显著增加了植株对肥料15N的吸收，T4和T3处理植株15N利用率分别为15.18%和15.63%，均显著高于其他处理；土壤15N残留率以T4处理最高，为38.16%，T3次之，T1最低，为30.02%；氮素损失以T1处理最高，为58.54%，T4处理最低，为45.66%，且T4与T3处理间差异不显著。通过对植株生物量和氮素利用效率与生物质炭施用量进行拟合分析，两者出现最大值时的生物质炭施用量分别为64 g/kg和55 g/kg。 【结论】 施用生物质炭降低了土壤容重，提高了土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量及根际土壤细菌、放线菌和真菌数量，促进了苹果植株根系和地上部的生长及对肥料氮的吸收，增加了土壤对氮的固定，减少了氮的损失，提高了氮肥利用率，本试验条件下适宜的生物质炭施用量为55～64 g/kg土。      

竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤N2O通量的影响

【目的】氧化亚氮(N2O)是温室气体的主要组成部分,其增温效应极强,陆地生态系统是N2O的主要排放源之一。人工林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,但目前关于经营措施对人工林生态系统土壤N2O通量的影响研究较少。本文研究了竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤N2O排放通量的影响,为调控亚热带人工林土壤N2O排放通量提供理论基础与科学依据。【方法】定位试验于2012年7月~2013年7月在浙江省临安市三口镇典型板栗林区进行,设对照、输入竹叶、输入生物质炭3个处理,利用静态箱-气相色谱法测定板栗林土壤N2O通量的动态变化以及土壤温度、土壤含水量、水溶性有机碳(WSOC)、水溶性有机氮(WSON)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、NH+4-N和NO-3-N含量。【结果】不同处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量均呈显著的季节性变化特征,最高值出现在7月,最低值出现在1月。与对照相比,竹叶处理的土壤N2O年平均通量和年累积排放量分别增加了17.2%和12.8%,而生物质炭处理的土壤N2O年平均通量和年累积排放量分别降低了27.4%和20.5%。竹叶处理的土壤WSON、MBN、NH+4-N及NO-3-N含量增加12.4%、19.1%、8.3%和13%,而生物质炭处理的NH+4-N和NO-3-N含量分别降低了14.1%和18%。在对照、竹叶以及生物质炭处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量与土壤温度(表层5 cm处)和WSOC含量均有显著相关性(P 0.05),与土壤MBC含量均无显著相关性。竹叶处理土壤N2O通量与NH+4-N、NO-3-N及WSON含量均有显著相关性(P0.05)。【结论】在不同处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量均呈现明显的季节性变化特征,表现为夏季高、 冬季低。输入竹叶可显著增加板栗林土壤N2O排放通量,而输入生物质炭N2O排放通量显著降低;输入竹叶和生物质炭可能是通过影响土壤碳库与氮库特征而影响土壤N2O的排放通量。     

生物炭添加对酸化土壤中小白菜氮素利用的影响

针对菜地土壤酸化趋势显著、氮肥利用率低下等突出问题,以小白菜为供试作物,设置了前3季连续施用化肥氮及后2季不施化肥氮的5季盆栽试验,研究生物炭添加对酸化土壤上连续多季种植小白菜的产量、氮肥利用率以及土壤供氮能力的影响。结果表明:在连续添加化肥氮的条件下,生物炭添加显著增加了小白菜的产量及氮素累积量,有效降低了土壤速效氮含量,并提高了土壤速效氮中NO3--N含量比例,缓解了土壤酸化趋势,降低了小白菜中硝酸盐含量,增加了氨基酸含量,提高了氮肥利用率;在停止施用化肥后,生物炭添加处理仍能保持较高的土壤速效氮含量,提高土壤固持氮素的有效性,促进植株对氮素的吸收利用,从而使产量维持在施氮条件下的高水平。研究表明生物炭添加对土壤氮素具有"削峰填谷"的调节功能,能够有效促进氮素的吸收转化,从而有利于维持高产。     

土壤盐分对油菜氮素积累、运转及利用效率的影响

【目的】比较不同盐分含量条件下油菜产量、品质等性状差异，初步探讨盐分含量对油菜氮素积累、运转及利用效率的影响机制。 【方法】以杂交油菜宁杂 1818 和盐油杂 3 号为材料，在盐分含量为 2.7 g/kg (低盐) 和 4.4 g/kg (高盐) 的土壤上连续两年进行了田间试验。在初花期和成熟期取样，定期收集田间落叶，测定植株干物质积累量、氮素含量及籽粒品质，计算了不同盐分含量土壤条件下油菜氮素积累、运转及氮素籽粒生产效率。 【结果】高盐土壤上油菜的初花期和成熟期时间较低盐土壤的推迟 3～4 天，产量、总生物量和氮素积累总量显著降低，宁杂 1818 和盐油杂 3 号两年产量平均下降幅度分别为 23.6% 和 26.1%。与低盐土壤相比，高盐土壤上油菜籽粒含油量显著降低，蛋白质含量显著增加，宁杂 1818 和盐油杂 3 号两年油分含量平均下降幅度均为 4.6%，蛋白质含量平均增加幅度分别为 6.4% 和 9.4%。盐分含量对根系和叶片的氮素运转率影响较小。高盐土壤上油菜茎枝中的氮素运转率和氮素籽粒生产效率较低盐土壤的低，宁杂 1818 和盐油杂 3 号茎枝氮素运转率两年平均下降幅度均约为 14.2%，氮素籽粒生产效率平均下降幅度分别为 6.8% 和 9.3%。 【结论】高盐土壤上油菜的产量、总生物量、氮素积累总量以及籽粒含油量较低盐土壤显著降低，籽粒蛋白质含量显著增加。高盐土壤上油菜茎枝中氮素运转率的显著降低是导致油菜氮素籽粒生产效率降低的重要因素之一。     

滴灌方式及生物质炭对温室青椒产量品质及 土壤氮转化酶的影响

滴灌技术因具有节水、节肥等优点在温室蔬菜种植中广泛应用。生物质炭因其特殊的性质,可改善土壤性质,影响作物生长。深入了解滴灌方式和生物质炭对温室蔬菜产量、品质及土壤氮转化酶的综合影响,对提高水肥利用效率、合理灌溉施肥具有重要指导意义。本研究在日光温室设置地表滴灌(D)、插入式地下滴灌(ID)、地表滴灌+10 t·hm-2 生物质炭(D+B)和插入式地下滴灌+10 t·hm-2 生物质炭(ID+B)4 个处理,研究两种滴灌方式下添加生物质炭对土壤性质、青椒产量、品质及土壤氮转化酶活性的影响。结果表明,ID 较D 降低了土壤NO^3--N 含量(P<0.05),但增加了土壤水分含量(P<0.05)。生物质炭增加了插入式地下滴灌的土壤NO^3--N 含量及地表滴灌的水分含量(P<0.05)。与D 相比,ID 的青椒产量增加11.07%(P<0.05)。地表滴灌条件下,添加生物质炭可提高青椒产量22.59%(P<0.05)。无论添加生物质炭与否,插入式地下滴灌较地表滴灌降低了青椒可溶性糖含量3.22% ～ 7.36%(P<0.05)。生物质炭降低了插入式地下滴灌的维生素C(Vc)含量及地表滴灌的总酸含量(P<0.05),但增加了两种滴灌方式的可溶性糖含量3.33% ～ 7.95%(P<0.05)。由此可见,生物质炭可提高温室青椒的品质。无论添加生物质炭与否,插入式地下滴灌较地表滴灌均显著降低了土壤硝酸还原酶的活性(P<0.05),这可能是由于插入式地下滴灌促进作物根系生长而吸收了土壤矿质态氮,降低了反硝化作用底物。生物质炭增加了脲酶和蛋白酶活性(P<0.05),但降低了插入式下滴灌的土壤硝酸还原酶活性(P<0.05)。综上所述,插入式地下滴灌可提高青椒产量,生物质炭可提高青椒产量及品质,调节土壤氮转化酶活性。     

氮肥形态及配比对菠菜生长和安全品质的影响

【目的】铵态氮肥和硝态氮肥是蔬菜生长过程中经常施用的氮肥种类,氮肥形态及配比对蔬菜生长和安全品质有着重要影响。菠菜是一种叶菜类蔬菜,富含矿质元素、维生素C和维生素E。本文通过施用铵态氮和硝态氮肥,探究氮肥形态及其配比(NH+4-N/NO-3-N)对菠菜生长和安全品质的影响。【方法】采用水培试验,设置5种不同氮素形态配比(NH+4-N/NO-3-N比值分别为100∶0、75∶25、50∶50、25∶75和0∶100)的营养液,定期采集菠菜样品并测定菠菜的生物量、株高、根系长度、硝酸盐和亚硝酸盐、有机酸和氨基酸参数值。【结果】随着NH+4-N/NO-3-N比值从100∶0变化到0∶100,菠菜的生物量、株高、根系长度、硝酸盐和亚硝酸盐累积量以及有机酸含量均呈增加趋势,而氨基酸总量则明显下降;当NH+4-N/NO-3-N比值为0∶100时,菠菜茎叶生物量为6.2g/plant,株高和根系长度分别为16.3 cm和22.5 cm,分别是NH+4-N/NO-3-N比值为100∶0时的6倍、2.2倍和2.0倍,表明菠菜是一种喜硝酸盐氮的蔬菜;当NH+4-N/NO-3-N比值由0∶100变为25∶75时,即在氮肥组合中增加25%的铵态氮肥,此时的硝酸盐和亚硝酸盐含量分别由398.5 mg/kg、1.42 mg/kg降为249.1 mg/kg、0.98mg/kg,降幅为37.5%和8.0%,表明在菠菜生长过程中适当增施铵态氮肥可有效降低硝酸盐和亚硝酸盐在茎叶中的累积;当NH+4-N/NO-3-N比值从100∶0变化到0∶100,对6种有机酸(苹果酸、富马酸、琥珀酸、α-酮戊二酸、柠檬酸和丙酮酸)而言,增加幅度最大的是富马酸,约8.6倍,增加幅度最小的是柠檬酸,约2.5倍,苹果酸则在NH+4-N/NO-3-N=25∶75时达到最大值,为985.3 mg/L;随着NH+4-N比例的减少,菠菜茎叶中的氨基酸总量呈下降趋势,NH+4-N/NO-3-N比值为100∶0、75∶25、50∶50、25∶75和0∶100的氨基酸总量分别为21.80μmol/g、12.92μmol/g、9.20μmol/g、8.30μmol/g和7.50μmol/g,表明菠菜的营养价值降低,这一趋势与上述所研究的指标(株高、根系长度、硝酸盐和亚硝酸盐含量以及有机酸含量)有着明显的区别。【结论】菠菜是一种典型的喜硝态氮类蔬菜,施用硝态氮肥可明显提高菠菜产量,但过高的施用量可导致菠菜安全品质下降。适当增施铵态氮肥可降低硝酸盐和亚硝酸盐在菠菜体内的累积,并有效调节氨基酸和有机酸的代谢。因此,在菠菜种植过程,应该合理地搭配铵态氮肥和硝态氮肥,以便在保证安全性和营养价值的基础上获取最大的生物量。     

滴灌施肥对冬小麦农田土壤NO_3~--N分布、累积及氮素平衡的影响

【目的】黄淮海平原高产麦田水肥资源的大量投入带来了水肥利用率低、氮素损失量大等一系列问题,本文研究了滴灌施肥对黄淮海平原冬小麦大田氮素利用和损失的影响,以期为小麦高产高效施肥提供新的技术手段。【方法】以尿素、NH4H2PO4和KCl混合的水溶性肥料为材料,在山东桓台进行冬小麦主要生育期测墒补灌并随水施肥的田间试验,设置4个施氮量处理,即N0(不施肥)、N1(94.5 kg/hm2)、N2(189 kg/hm2)和N3(270 kg/hm2),分析了大田土壤NO-3-N空间分布、剖面累积及氮素的平衡。【结果】1)滴灌施肥24 h后,随施氮量的增加,在滴头周围水平方向上土壤NO-3-N从在湿润土体边缘聚集逐渐变化为在滴头下方聚集,当施氮量为189 kg/hm2时,滴灌施肥后滴头下方和湿润土体边缘的NO-3-N含量差异不显著,在滴头周围水平方向上均匀性最好;NO-3-N在滴头下方土壤内随水运移深度主要在60 cm以上,滴灌施肥后滴头下方垂直方向上NO-3-N没有在湿润体边缘聚集。2)冬小麦收获后,0—100 cm土壤剖面NO-3-N累积量随施氮量的增加而逐渐增加,且施氮量超过N 189kg/hm2后,土壤剖面NO-3-N累积量的增加幅度加大,0—40 cm土层的NO-3-N增加量显著高于其他土层,N0、N1、N2和N3处理0—40 cm土层NO-3-N累积量所占比例分别为66%、72%、72%和71%。3)随着施氮量的增加,冬小麦吸氮量和籽粒产量先增加后下降,而0—100 cm土层氮素残留量、表观损失量不断增加,滴灌施肥条件下氮素表观损失量较低,N1、N2和N3的表观损失率分别为20%、17%和16%。【结论】滴灌施肥措施下,合理的灌溉量可以调节滴灌施肥后硝态氮主要向下运移至作物根区范围,集中在作物根系最密集的0—40 cm范围内,肥液浓度对硝态氮运移深度影响不大。施入适宜量氮肥有利于提高滴头下方湿润体内水平方向上NO-3-N分布的均匀度,从而促进作物对氮素的吸收。施氮量为189 kg/hm2的N2处理获得了最高的籽粒产量和氮肥利用效率,播前和收获后根区土壤NO-3-N累积量基本达到平衡,是试验筛选出的最佳滴灌施氮模式。     

不同生物炭添加量下植烟土壤养分的淋失

【目的】我国南方植烟土壤养分淋失严重尤其是氮、钾,不仅造成资源浪费和潜在环境威胁,还严重制约了烟叶的可持续生产。生物炭比表面积大、孔隙多、稳定性强,施入土壤后可增加对养分的吸附,延长肥效和减少养分损失。本文研究了添加不同水平生物炭对植烟土壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,为充分发挥生物炭提高养分利用率的作用提供依据。【方法】采用土柱淋洗模拟方法,试验共设5个处理,包括不施肥对照(CK)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+10%生物炭(10%B)、氮磷钾肥+20%生物炭(20%B)、氮磷钾肥+40%生物炭(40%B),每个处理重复4次,随机排列。【结果】不同生物炭添加量下,土壤硝态氮、磷、钾的淋失量在培养期间呈先增加后减少的趋势。与NPK处理相比,添加生物炭处理在培养21天之后减少了硝态氮淋失量,在整个培养期间延缓和减少了磷的淋失量;与NPK处理相比,10%B、20%B和40%B处理硝态氮淋失总量分别显著降低13%、18%和25%,磷素淋失总量分别显著降低46%、61%和73%,10%B和20%B处理的钾素淋洗量略高,但差异未达显著水平,而40%B处理的钾素淋洗量则显著高于前3个处理,比NPK处理高47%。培养结束后,由于生物炭本身偏碱性,随着生物炭添加量的增加,土壤p H显著升高。表明添加生物炭条件下,土壤硝态氮淋失量的减少主要是生物炭的吸附作用所致;磷素淋失量的减少除了与生物炭的吸附作用有关外,也可能与土壤p H的升高有关;钾素淋失量的增加可能与生物炭本身携带的钾素有关。施用生物炭对土壤硝态氮、磷、钾养分淋失影响的机制还需进一步验证。【结论】施用生物炭能够有效减少植烟土壤硝态氮和磷素的淋溶损失,进而节约氮、磷肥料和提高养分利用效率,降低地下水污染风险,促进烟叶可持续优质生产,在一定范围内其施用量越高效果越好。生物炭的适宜添加量还需综合考虑氮磷钾3个元素的淋失而继续试验。     

生物炭施用对稻田氮磷肥流失的影响

针对宁夏引黄灌区稻田过量施肥导致土壤养分利用效率低的问题,通过田间小区试验,在优化施氮条件下(240kg·hm~(-2)),设4个生物炭水平(0、4500、9000、13500kg·hm~(-2)),研究施用外源生物炭对稻田氮磷流失和土壤养分含量的影响。结果表明:生物炭对稻田田面水氮素动态产生影响,表现为田面水中全氮、硝态氮含量随生物炭用量的增加而降低,铵态氮表现则相反;全氮和铵态氮的最大峰值出现在第1次追施氮肥后的第2天,最大值为34.86、8.28mg·L~(-1);硝态氮最大峰值3.31mg·L~(-1)出现在第2次追施氮肥后的第2天。随后均迅速下降,全氮含量在施氮肥后10d回到第1次追氮前的含量水平,并趋于稳定,铵态氮和硝态氮则在7d后。生物炭对田面水全磷未产生显著影响,全磷含量在第1次施氮肥后3d达到峰值,为3.69mg·L~(-1),之后迅速下降,6~7d后降至追氮前的含量水平,并趋于稳定。生物炭处理显著降低了稻田全氮流失量8.03%~13.36%,高量炭处理(13500kg·hm~(-2))显著提高了土壤全氮和有机质含量,提高幅度分别为41.2%和27.5%(P0.05)。说明生物炭对稻田磷流失、土壤全磷和速效磷含量无显著影响,对降低稻田氮素淋失表现出积极效果。     

春玉米土壤矿质氮累积及酶活性对施氮的响应

【目的】东北地区春玉米生产中过量施用氮肥的现象普遍存在,导致氮肥利用效率下降,氮素污染严重。有关施氮对东北春玉米土壤矿质氮累积特性影响的研究鲜有报道。本文利用春玉米土壤矿质氮累积量及氮代谢关键酶活性对施氮的响应行为,探寻春玉米的合理施氮量。【方法】采用田间试验和室内分析相结合的方法研究春玉米土壤矿质氮累积量及氮代谢关键酶活性对施氮的响应行为。设计6个施氮水平(N 0、 60、 120、 180、 240和300 kg/hm2)。自播种开始,每隔15 d分层采集0120 cm土样一次,共取样10次,进行相关指标的测定与计算。收获时,选择代表性的春玉米进行考种测产。【结果】春玉米产量随施氮量增加显著增加,当施氮量高于N 240 kg/hm2时,产量有减少的趋势。土壤中累积的矿质氮以硝态氮为主,其变化行为受施氮量和生育时期的双重制约。土壤硝态氮累积量随施氮量的增加和生育时期的推进均显著增加。受氮肥追施的影响,拔节~大喇叭口期和抽雄期060 cm土层铵态氮累积量与苗期和成熟期相比显著增加;从苗期到抽雄期,060 cm土层的硝态氮累积量显著增加,而60 cm以下土层无规律性变化。除成熟期外,其他3个生育时期土壤硝态氮累积量均随施氮量的增加显著增加,而随着土层的加深呈降低趋势。与施氮量低的处理(无硝态氮累积峰)相比,N240和N300处理的硝态氮累积峰从拔节期的2060 cm迁移到抽雄期的80100 cm,说明过量施氮增加了硝态氮淋溶损失的风险,对环境形成一定的威胁。土壤脲酶和硝酸还原酶活性均随着施氮量的增加先增加后降低,均随着生育时期的推进呈波浪式变化,峰值出现在拔节期~抽雄期,这与土壤中铵态氮和硝态氮累积量的变化趋势相一致。【结论】综合考虑春玉米产量性状、 矿质氮累积量、 氮代谢关键酶活性和经济效益,初步认为,在本试验条件下,春玉米的适宜施氮量在179~209 kg/hm2之间,且在生产上应用该施氮量可以实现氮肥用量降低、 产量增加、 氮肥效率提高及生态环境保护的协调一致。     

长期秸秆还田对华北潮土肥力、 氮库组分及作物产量的影响

【目的】近年,华北小麦-玉米轮作系统秸秆全量还田已逐步普及,但秸秆还田下土壤氮库组成的变化并不清楚。本文利用肥料定位试验,研究了长期秸秆还田(32年)对华北潮土肥力、 氮库组分和作物产量的影响。【方法】研究选用河北省衡水旱作试验站长期定位试验的不施肥(对照CK)和等量氮、 磷肥用量下的0kg/hm2(S0)、 2250 kg/hm2(S1)、 4500 kg/hm2(S2)和9000 kg/hm2(S3)秸秆还田处理。于2012年小麦收获后采集各处理020 cm土样,利用新鲜土样测定微生物量氮、 NH+4-N和NO-3-N;风干土壤用常规方法测定氮磷钾全养分、 有机质和pH,用Bremner法测定有机氮(酸解氨基酸态氮、 酸解氨态氮、 氨基糖氮和酸解未知态氮),用Silver-Bremner法测定固定态铵。同时结合长期试验数据, 分析长期秸秆还田下有机质和作物产量的变化。【结果】与试验开始前(1981年)相比,长期施用化肥处理的土壤全磷和有机质显著增加,全氮没有明显变化,而全钾出现降低趋势(-3.2%);秸秆用量的增加提高了全氮、 全磷和有机质,降低了pH值,但对全钾没有影响。酸解氨基酸态氮、 酸解氨态氮和未知态氮为潮土有机氮的主要组分;与CK相比,长期施肥提高了土壤有机氮含量,酸解氨基酸态氮、 酸解氨态氮和氨基糖氮均随秸秆用量的增加而增加,而不同施肥处理对酸解未知态氮和非酸解氮没有明显影响。长期化肥施用提高了微生物量氮和晶格固定态铵,秸秆用量的增加进一步提高了微生物量氮,但降低了固定碳铵。施肥没有明显影响NH+4-N含量,但长期施用化肥提高了NO-3-N含量,且高量秸秆还田对NO-3-N含量的提高具有促进作用。施肥显著提高了作物产量,在施用化肥基础上增施秸秆进一步提高了小麦和玉米产量,且玉米产量随秸秆用量的增加而增加,而高量秸秆还田对小麦产量并没有显著影响。【结论】长期化肥(氮、 磷肥)和秸秆结合施用提高了土壤肥力(主要为氮、 磷), 增加了土壤碳固持,但仅玉米秸秆还田导致了土壤钾消耗,增加钾肥投入维持土壤钾平衡是必要的。长期秸秆还田对酸解氨基酸态氮的贡献高于酸解氨态氮;高量秸秆还田提高了微生物量氮和NO-3-N含量,但降低了固定态铵含量。长期秸秆还田提高了作物产量,而为保证秸秆还田后茬的作物高产,与之配套的还田方法和田间管理是很必要的。     

不同铵硝比例对杭白菊次生代谢及抗病性的影响

【目的】 氮素形态与寄主营养和病害严重度的关系一直是人们关注的热点,氮素营养对植物次生代谢产物的影响也多有研究。斑枯病为杭白菊常见病害,黄酮和酚酸类物质是杭白菊主要的资源性化学成分。针对杭白菊生产中存在的问题,本文对不同铵硝比例处理下杭白菊的次生代谢及斑枯病发病情况进行调查和研究,以期为杭白菊生产过程中的氮素配施、 病害防治和次生代谢调控提供一定的技术借鉴。【方法】 采用盆栽试验,在总施氮水平相同的前提下,设置5个NH+4和NO-3比例,采用随机区组设计,管理措施一致,4次重复。采取对角线定点定株定期调查杭白菊斑枯病发病情况,采用描叶法和LI-3000C叶面积仪来确定植株病害状况,统计病情指数和病害发生率;测定苯丙氨酸解氨酶(PAL)、 木质素、 纤维素、 可溶性总糖、 可溶性蛋白、 超氧阴离子(O-2)、 丙二醛(MDA)等相关生理指标,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)等抗氧化酶;测定不同处理下杭白菊花中次生代谢产物绿原酸、 木犀草苷、 3,5-O-双咖啡酰基奎宁酸以及根、 茎、 叶等不同部位总黄酮含量。对相关生理指标与发病率和病情指数进行相关性分析。【结果】 当铵硝比为25:75时木质素、 纤维素、 可溶性总糖、 POD、 苯丙氨酸和O-2含量达到最大值,MDA含量和SOD活性相对较低;杭白菊根、 茎、 叶及花中总黄酮的含量在铵硝比为25:75和0:100时均表现出较高的含量,绿原酸、 3,5-O-双咖啡酰基奎宁酸两者的含量在铵硝比为25:75时达到最大值,分别为0.67%和1.84%。随着硝态氮比例的增加杭白菊斑枯病的发病率和病情指数均有所下降。相关性分析显示木质素、 可溶性总糖、 PAL活性、 POD活性、 超氧阴离子、 绿原酸、 3,5-O-双咖啡酰基奎宁酸、 花中总黄酮的含量与杭白菊斑枯病的发病率和病情指数呈负相关,且达到极显著水平;SOD活性、 MDA含量与杭白菊斑枯病的发病率和病情指数呈正相关,且均达到显著水平。【结论】 杭白菊斑枯病的发病率和病情指数与相关生理指标和次生代谢密切相关,不同铵硝比例对药用菊花次生代谢产物及斑枯病的发生有一定的影响,当铵硝比为25:75时菊花斑枯病的发病率最低。     

玉米秸秆还田配施氮肥对冬小麦土壤氮素表观盈亏及产量的影响

【目的】以秸秆还田定位试验为平台,探讨玉米秸秆还田配施氮肥对冬小麦产量、土壤硝态氮积累、氮素表观盈余和氮肥利用率的影响规律,明确砂姜黑土玉米秸秆全量还田条件下冬小麦生长季的最佳施氮量。【方法】试验以秸秆处理为主区,设秸秆还田和秸秆移除2个水平;施氮量为副区,设6个水平,分别为0、162.0、202.5、243.0、283.5、324.0 kg/hm2。测定了冬小麦播种前、拔节期、成熟期地上部植株含氮量,土壤0—20、20—40和40—60 cm硝态氮含量,小麦产量以及籽粒氮含量,计算了冬小麦生育期土壤的氮素表观盈余,小麦基施和追施氮肥的利用效率以及不同阶段的氮素盈余。【结果】玉米秸秆还田后小麦增产365 844 kg/hm2,增产率为4.2%9.3%,尤其以配施243.0 kg/hm2的增幅最高,产量达9858 kg/hm2。小麦整个生育期,秸秆还田显著增加了0—60 cm土层的土壤硝态氮累积量,而秸秆移除条件下,土壤硝态氮累积量与氮肥施用量相关,高量氮肥增加了硝态氮累积量,N施用量高于243.0 kg/hm2时,硝态氮累积量较小麦播种前增加19.8%28.6%。施氮均显著增加了植株氮素积累量;小麦播种到拔节期,植株的氮素积累量随基肥比例的增加而增加。小麦生育期不施氮处理表现为氮素亏缺,施氮处理显著增加了0—60 cm土层的土壤氮素盈余量,且随基肥、追肥量的增加而增加,盈余值每增加100.0kg/hm2,秸秆还田配施氮肥和单施氮肥的土壤剖面硝态氮积累量就会分别增加74.2和91.4 kg/hm2。秸秆还田配施氮肥提高了氮肥农学效率、植株地上部氮肥吸收利用率、籽粒氮肥吸收利用率,特别是在高氮肥时,基肥和拔节肥的利用率显著高于单施氮肥。在施氮处理间、相同氮肥施用下秸秆还田和移除处理间氮素收获指数均无显著差异。氮肥表观回收率随施氮量的增加而降低,基肥表观回收率显著高于拔节肥表观回收率。【结论】秸秆还田和施氮水平对小麦植株氮素的吸收转运没有显著影响,但可提高基施和追施氮肥的利用率,可增加土壤0—60 cm土层中硝态氮的含量。综合各项指标,冬小麦生长季玉米秸秆全量还田适宜的氮肥配施量为202.5 243.0 kg/hm2。     

不同生育期苹果园土壤氨氧化微生物丰度研究

【目的】大量施氮引起的土壤酸化问题已严重制约苹果的安全生产。氨氧化微生物驱动的土壤硝化作用是土壤氮素循环的重要环节,探析苹果园土壤中氨氧化微生物氨单加氧酶基因(amoA)丰度与土壤硝化强度(Potential Nitrification,PN)和土壤理化性质的相关性,有助于评价土壤氨氧化微生物类群在苹果园土壤生态系统中的作用。【方法】本研究以辽宁省丹东东港地区‘寒富’苹果园土壤为研究对象,采用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)技术,检测苹果树不同生育时期, 4月28日(萌芽期)、 7月24日(新梢停长期)、 10月23日(落叶期)的两个苹果园(分别编号为D1和D2)的土壤理化性质、 土壤硝化强度、 氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea, AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)的amoA基因丰度,并分析了氨氧化微生物丰度与土壤理化性质和土壤硝化强度之间的关系。【结果】不同生育时期‘寒富’苹果园土壤理化因子差异较大。所有供试土壤的硝态氮(NO-3-N)、 速效磷(AP)和速效钾(AK)含量在4月份最高,铵态氮(NH+4-N)含量在7月最高,NO-3-N、 NH+4-N、 AP和AK含量在10月多为最低。且所有供试土壤pH值均在4.25~6.09之间。同一生育时期内,D2土壤pH均显著高于D1土壤,但其NO-3-N和NH+4-N含量则不同程度地低于D1土壤。不同采样时期的果园土壤硝化强度随季节变化表现出先降后增的趋势,除7月D2土壤硝化强度显著高于D1土壤外,4月与10月D2土壤硝化强度均显著低于D1土壤。尽管不同采样时期的土壤AOA与AOB丰度随生育期而各异,所有供试土壤中AOA丰度均显著高于AOB丰度。同一时期内,D2土壤AOA和AOB丰度均显著高于D1土壤。尽管土壤pH、 NO-3-N与AOA、 AOB均表现出显著相关性,土壤PN仅与AOA丰度明显正相关。【结论】长期施肥导致苹果园土壤pH值降低,pH值的改变是影响AOA与AOB丰度的重要因子,果园土壤的硝化过程主要由AOA来完成,土壤硝化强度与季节变化引起的温度和土壤环境因子等的改变密切相关。苹果园无机氮肥混合有机肥的施入,同时结合自然生草、 人工刈割等管理制度,在一定程度上可改变土壤氮素的含量与种类,减缓土壤酸化。     

生物黑炭对日光温室土壤硝态氮动态变化的影响

采用田间小区试验,研究了生物黑炭对设施土壤硝态氮动态变化的影响,以期利用生物黑炭解决设施土壤硝态氮累积和淋溶问题。结果表明,生物黑炭能显著降低设施土壤表层及剖面硝态氮含量,且使用量越大,效果越明显。以番茄生长后期为例,7.5 t/hm2黑炭(T2),15 t/hm2黑炭(T3),30 t/hm2黑炭(T4)处理与习惯处理(T1)相比,表层土壤硝态氮含量分别降低11.71%、16.08%、24.83%,剖面硝态氮含量也分别降低11.63%、17.51%、25.38%。设施土壤硝态氮含量季节性变化明显,施用生物黑炭能降低设施土壤硝态氮周年变化幅度,使用量越大,效果越明显。生物黑炭也可降低蔬菜硝酸盐含量,且使用量越大,蔬菜硝酸盐含量越低。低量生物黑炭对蔬菜产量影响不大或有提高作用,但随使用量的增大,产量有下降趋势,因此,设施土壤生物黑炭使用量不宜过高。