小麦蚕豆间作体系氮素吸收累积动态及其种间氮素竞争关系

  【目的】  通过研究小麦//蚕豆间作地上部的氮含量和吸收量，明确不同氮水平下小麦//蚕豆间作的氮吸收累积特征，解析间作小麦和蚕豆种间氮素竞争关系。  【方法】  田间试验采用两因素随机区组试验设计，设置3个种植模式 (单作小麦，单作蚕豆及小麦//蚕豆间作) 及4个氮水平 (N0，N1，N2，N3)，其中小麦的4个施氮量依次为0、90、180、270 kg/hm2，蚕豆的4个施氮量依次为0、45、90、135 kg/hm2。测定了单间作小麦和蚕豆的产量、地上部氮累积含量，利用Logistic模型模拟小麦蚕豆的氮吸收关键参数及氮吸收动态，分析了间作小麦和蚕豆的氮素竞争关系。  【结果】  小麦//蚕豆间作整体平均提高小麦产量33.4% (除N3外)、降低蚕豆产量20.7%，N0和N1水平下，间作具有显著产量优势。通过Logistic模型分析发现，间作条件下小麦的氮吸收高峰比蚕豆晚12～19天。4个氮水平下，间作主要提高了小麦最大氮累积量 (A)、最大氮吸收速率 (R_max) 和初始氮吸收速率 (r)，却降低了蚕豆的A、达到最大氮吸收速率所需的时间 (T_max) 和R_max。在营养生长阶段，小麦的氮素竞争力低于蚕豆，施氮可提高小麦的氮素吸收量。从施氮水平和种植模式共同作用角度分析，N0、N1和N2水平下，间作分别提高小麦的R_max 34.1%、44.6%和21.0%。因此，当小麦达到氮吸收高峰后，间作分别提高小麦氮吸收速率和氮素累积量15.1%～48.4%和9.2%～28.9%，却降低蚕豆氮吸收速率和氮素累积量7.3%～28.4%和7.9%～14.0%。此时，间作小麦氮素竞争力大于蚕豆，在N1水平下小麦的氮素竞争力最强。  【结论】  小麦//蚕豆间作提高了小麦的初始及最大氮素吸收速率 (r和R_max)，提高了小麦生殖生长阶段的氮素吸收和累积，是间作小麦产量优势的基础。优化氮肥投入量，可调控小麦和蚕豆的种间竞争及互补关系，是小麦//蚕豆间作体系产量优势形成、氮素高效吸收利用的关键。     

施磷水平对玉米大豆间作系统氮素吸收与分配的影响

  【目的】  研究施磷对玉米大豆间作系统氮素吸收、分配和间作优势的影响,为优化玉米与大豆间作系统氮、磷养分管理提供参考。  【方法】  两年盆栽试验设置3种种植方式:玉米单作、大豆单作、玉米与大豆间作;4个P₂O₅施用水平:0、50、100、150 mg/kg,分别以P0、P50、P100和P150表示。在玉米小喇叭口期、大喇叭口期、孕穗期、成熟期及大豆分枝期、开花期、结荚期、成熟期进行采样,分析玉米、大豆各器官氮素吸收、分配以及氮吸收间作优势对施磷的响应。  【结果】  与单作相比,在P0、P50、P100和P150水平下,2019年间作玉米和大豆籽粒生物量分别显著提高了38.2%～111.8%和22.2%～31.4%,2020年分别显著提高了38.2%～121.1%和13.0%～31.1%。在4个磷水平下,玉米大豆间作土地当量比 (LER) 为1.31～1.72。与P100水平下单作处理相比,在磷肥减施1/2 (P50水平) 条件下,玉米大豆间作并未降低玉米和大豆的籽粒生物量。间作种植提高了玉米与大豆叶、茎、根与籽粒等各器官氮素吸收量,显著提高了间作体系氮素吸收量,并促进了氮素向玉米籽粒的分配,却降低了氮素向大豆籽粒的分配。与P0水平相比,施磷进一步提高了间作体系玉米与大豆各器官的氮素吸收量,提高了间作体系氮吸收量与氮吸收间作优势,并促进了氮素向玉米籽粒的分配。与P100水平的单作相比,间作P50水平不会降低玉米与大豆植株的氮素吸收量与利用率。  【结论】  玉米与大豆间作具有明显的产量优势,土地当量比介于1.31～1.72之间。施磷可显著提高间作玉米和大豆的氮吸收量,并促进氮素向玉米籽粒的分配,具有明显的氮吸收间作优势。施磷水平调节玉米和大豆对养分的竞争能力,适宜的磷肥水平可缓解二者之间对氮素营养的竞争,获得更高的氮肥利用率。     

不同磷水平下小麦蚕豆间作对根际有效磷及磷吸收的影响

【目的】探明不同磷水平下小麦–蚕豆间作对根际有效磷含量及作物磷吸收量的影响,提高磷肥利用率。【方法】2015—2016和2016—2017两季田间试验在云南农业大学试验基地耕作红壤上进行,供试小麦品种为云麦-52,蚕豆品种为玉溪大粒豆。设施P2O5 0 (P0)、45 (P45)和90 kg/hm^2 (P90)三个水平,和单作(M,包括小麦单作MW和蚕豆单作MF)和间作(I)两种种植模式。每季在小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,蚕豆分枝期、开花期、结荚期、籽粒膨大期、收获期采取根际土样测定有效磷含量。在小麦蚕豆收获期测定单、间作小麦、蚕豆产量,并测定作物地上部磷含量。计算土地当量比(LER)来衡量间作优势,并用磷肥农学利用率来反映磷肥的吸收效率。【结果】与单作相比,在P0、P45、P90水平下,2016年间作种植显著提高了小麦籽粒产量12.5%、21.7%和17.3%,2017年间作蚕豆产量较单作分别降低了16.8%、11.7%和8.2%。三个磷水平下,小麦–蚕豆间作具有产量优势,土地当量比(LER)为0.95~1.18。与常规施磷水平(P90)下的单作相比,小麦–蚕豆间作条件下,磷肥减施1/2 (P45)并未降低小麦和蚕豆产量。间作种植对小麦根际有效磷含量无显著影响(除2016年成熟期外),但2017年,在蚕豆分枝期、开花期、结荚期,间作则分别降低蚕豆根际有效磷含量20.8%、44.5%和18%。与P90单作相比,间作P45处理几乎不会降低小麦、蚕豆根际有效磷含量。小麦、蚕豆磷吸收量主要受磷水平的调控,种植模式对小麦和蚕豆磷的吸收量及磷肥农学利用率均没有影响。【结论】在本试验条件下,小麦–蚕豆间作提高了小麦籽粒产量,降低了蚕豆产量;间作种植主要是改变了蚕豆生育前期根际有效磷含量,但对作物的磷吸收量没有影响。小麦–蚕豆间作具有减施磷肥、维持作物产量和根际土壤有效磷的潜力。     

强筋和中筋小麦氮肥适宜基追比例研究

  【目的】  研究不同氮肥基追比例对小麦籽粒蛋白组分、氮素利用效率和产量的影响,为黑龙港流域小麦高效施用氮肥提供理论依据。  【方法】  以济麦22和藁优2018为供试品种进行了2年小麦田间试验。以不施氮肥(N₀)为对照,在等氮肥用量条件下设氮肥基追比3∶7 (N_3:7)、4∶6 (N_4:6)、5∶5 (N_5:5)和6∶4 (N_6:4) 4个处理,氮肥追施在拔节期随灌溉一起进行。分析小麦生长关键时期的植株干物质和氮素积累量、籽粒总蛋白质含量及蛋白组分含量、氮肥效率和籽粒产量。  【结果】  随氮肥基追比例的提升,两小麦品种的植株干物质和氮素积累量均呈先增后减的趋势。随生育期的推进,两小麦品种的植株干物质积累速率呈先升后降的趋势,而氮素积累速率呈“升―降―升”的趋势。拔节至挑旗期是小麦干物质和氮素积累的主要阶段,至成熟期藁优2018和济麦22分别以N_4:6和N_5:5处理的干物质和氮素积累量最高。N_4:6处理的藁优2018具有最高的籽粒清蛋白、球蛋白、谷蛋白含量,籽粒总蛋白质含量较其他处理显著增加3.66%～10.76%,籽粒产量是其他处理的1.07～1.13倍,氮肥偏生产力、氮肥回收率和氮肥农学效率均显著提升。N_5:5处理的济麦22籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和总蛋白质含量分别较其他处理高2.55%～4.78%、4.11%～16.92%、3.42%～10.39%、1.35%～10.32%和2.95%～10.06%,籽粒产量是其他氮肥处理的1.03～1.08倍,氮肥回收率显著增加。在挑旗—成熟期,藁优2018的氮素积累速率与济麦22相比较高,籽粒蛋白组分含量较济麦22高出1.17%～5.72%;而济麦22各氮肥处理的籽粒产量比藁优2018增加5.4%～15.21%。  【结论】  满足小麦氮素积累特性的氮肥基追比有利于小麦的高产优质。中筋小麦 (济麦22) 品种在挑旗至成熟期氮素积累速率变小,氮肥基追比为5∶5较为适宜,而强筋小麦 (藁优2018) 品种氮素积累速率大,氮肥基追比提高到4∶6,可以促进小麦高产和增加蛋白含量。     

玉米与不同豆科作物间作对氮素的竞争与恢复效应

  【目的】  竞争和恢复是间作群体优势的重要机理。本研究分析比较玉米与不同豆科作物间作共生期对氮的竞争,单独生长期氮吸收的恢复效应,以及氮竞争和恢复效应对间作模式氮吸收间作优势的影响。  【方法】  田间试验于2018—2019年在甘肃省农业科学院张掖试验站进行。共设置玉米/豌豆间作 (maize/pea,M/P)、玉米/蚕豆间作 (maize/faba bean,M/F)、玉米/大豆间作 (maize/soybean,M/S) 3个间作体系和单作豌豆 (sole pea,SP)、单作蚕豆 (sole faba bean, SF)、单作大豆 (sole soybean,SS)、单作玉米 (sole maize,SM) 4个单作体系。测定豆科作物和玉米收获期作物的干物质量和氮浓度,计算间作体系作物的偏氮吸收当量比 (partial nitrogen uptake equivalent ratio,pNER) 和间作体系的氮吸收当量比 (nitrogen uptake equivalent ratio,NER),玉米相对于豆科的氮竞争比率(competitive ratio of maize to legume,CR_ml),豆科作物收获后玉米的氮素吸收量和吸收速率。  【结果】  M/P、M/F和M/S的NER均大于1,两年平均分别为1.33、1.26和1.38。3个间作体系中,豆科作物的pNER_l无显著差异,M/S中玉米的pNER_m显著高于M/P和M/F。间作豆科作物的氮浓度与其单作相比无显著差异,但氮吸收量显著低于单作。M/P、M/F和M/S体系中玉米植株的氮浓度无显著差异,而玉米氮吸收量分别相当于单作玉米的62.2%、51.0%和79.9%,M/S体系玉米氮吸收量较M/P和M/F分别提高了33.4%和62.6%。M/S体系CR_ml大于1,M/P和M/F的CR_ml值均小于1。各间作体系玉米恢复效应2019年高于2018年,但值均小于1。CR_ml与NER和pNER_m呈显著正相关,与pNER_l呈显著负相关。  【结论】  两年的试验结果表明,河西走廊灌区玉米/豌豆、玉米/蚕豆和玉米/大豆间作体系的氮吸收当量比均大于1,相对单作具有氮吸收间作优势。玉米/豌豆、玉米/蚕豆和玉米/大豆体系共生期存在氮竞争,豌豆和蚕豆对氮的竞争强于玉米,大豆的氮竞争弱于玉米。豆科作物收获后,各体系玉米单独生长期无氮吸收恢复效应。     

综合农艺管理促进夏玉米氮素吸收、籽粒灌浆和品质提高

  【目的】  夏玉米生产中存在种植密度偏低、施肥不合理、玉米收获时间早等问题，造成产量和品质难以提高，经济效益偏低。研究适合黄淮海地区的综合农艺管理措施，以期改善夏玉米籽粒灌浆特性，提高籽粒品质和氮肥利用效率。  【方法】  本试验以郑单958为试材，在山东农业大学连续进行了两年田间试验，综合考虑施肥量、施肥时期、耕作方式、种植密度、收获时间等措施，设置4个处理:传统种植管理措施（对照，T1)；高产高效措施 (T2，降低施肥量，优化施肥时期和种植密度，延迟收获)；超高产管理措施 (T3，在T2的基础上增加施肥量和种植密度) ；高产高效优化措施 (T4，在T3的基础上适当降低种植密度和施肥量)。T1处理播前小麦秸秆覆盖和免耕，其他处理均为小麦秸秆还田和旋耕。从抽雄期至成熟期，每5天取一次样，测定籽粒干物质量和水分含量，计算灌浆和脱水速率，收获期测产。  【结果】  与T1处理相比，3个综合农艺管理措施均能提高夏玉米后期籽粒灌浆速率，延长籽粒灌浆期，增加粒重，提高产量和经济效益，同时改善籽粒品质。其中，两年产量均以T3处理最高，较T1处理显著增加46.0%～47.8%，其次是T2和T4，较T1处理分别显著增加14.9%～31.6%和25.9%～33.6%；氮肥偏生产力 (PFPN) 以T2和T4处理较高，较T1处理分别增加61.1%～84.5%和53.6%～62.9%。同时，T2和T4处理从籽粒最大含水量时到收获时的灌浆速率显著增加，后期籽粒脱水速率增加，收获时籽粒干重显著提高。优化综合农艺管理措施可改善籽粒品质，其中以T4处理籽粒品质最佳，2017年总淀粉含量和支链淀粉含量较T1处理分别显著增加4.5%和10.1%，直链淀粉含量显著下降7.6%，支链淀粉/直链淀粉增加0.4；可溶性糖和粗蛋白含量分别显著增加6.2%和16.3%；粗脂肪含量显著降低8%。综合农艺管理虽然会增加施肥次数，增加一定的人工投入，但玉米籽粒产量增加，最终的经济效益提高。T4处理经济效益最高，较T2和T3处理两年平均增加613和1084元/hm2。  【结论】  高产高效优化管理措施 (T4) 在超高产管理措施 (T3) 基础上，适当降低种植密度，减少化肥用量，能更有效促进夏玉米籽粒的后期灌浆，增加灌浆时间，促进植株干物质向籽粒的转运。虽然高产高效优化管理措施 (T4) 下产量比超高产管理 (T3)有所降低，但显著高于常规高产高效管理 (T2)，且可明显提高玉米品质和肥料利用率，增加净收益。     

西北小麦与豆科绿肥间作体系箭筈豌豆和毛叶苕子生物固氮效率及氮素转移特性

  【目的】  箭筈豌豆、毛叶苕子与春小麦间作是西北地区推广的新型种植制度。利用15N自然丰度法，研究小麦间作对该系统中豆科绿肥的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量，以期为该系统养分管理提供科学依据。  【方法】  在青海西宁和甘肃武威两地分别进行盆栽试验，供试绿肥包括箭筈豌豆和毛叶苕子，设置小麦单作、绿肥单作、小麦||绿肥间作等共5个处理，所有处理不施用氮肥，利用15N自然丰度技术，分析箭筈豌豆、毛叶苕子的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量，调查了不同种植模式下小麦和绿肥作物的生物量，分析了影响绿肥生物固氮的因素。  【结果】  与单作相比，间作处理明显降低两地小麦和豆科绿肥的地上部干物质量，但间作系统中地上部干物质量土地当量比均大于1。间作后，小麦和箭筈豌豆、毛叶苕子的氮素积累量显著下降 (西宁小麦除外)，但绿肥单作、小麦||绿肥间作模式下总氮素积累量均明显高于小麦单作。与单作相比，间作豆科绿肥的生物固氮效率无明显改变，但固氮量显著降低 (武威毛叶苕子除外)，其中，西宁、武威两地间作箭筈豌豆的生物固氮量 (0.24、0.48 g/pot) 较单作 (0.88、0.78 g/pot) 分别显著降低了82.1%和38.5%，西宁间作毛叶苕子的生物固氮量 (0.38 g/pot) 较单作 (0.81 g/pot) 显著降低了51.2%。西宁毛叶苕子的生物固氮效率和生物固氮量均显著高于武威；两地箭筈豌豆的生物固氮效率差异不大，间作下的生物固氮量在武威较高。间作条件下，两种豆科绿肥生物固定的氮素均可向小麦转移，西宁、武威两地箭筈豌豆氮素转移量分别为0.13、0.19 g/pot，分别占间作小麦吸氮量的31.6%和24.7%；毛叶苕子的氮素转移量分别为0.09、0.06 g/pot，分别占间作小麦吸氮量的23.8%和11.4%。路径分析结果表明，地上部干物质量是影响生物固氮量和氮素转移量的最主要因素。  【结论】  在不施氮肥条件下，间作小麦对豆科绿肥生物固氮效率无明显影响，但显著降低豆科绿肥的地上部生物量，进而降低总的生物固氮量。间作春小麦吸氮量的11.4%～31.6%来自于豆科绿肥，箭筈豌豆向小麦的氮素转移能力强于毛叶苕子。品种和生长环境都会影响豆科绿肥的总生物固氮量，因此，还需进一步研究与小麦间作的豆科绿肥的种类和品种，以提高间作绿肥对小麦的氮素转移效率。     

不同水分条件下磷肥运筹对小麦旗叶和穗部叶绿素及核酸含量的影响

  【目的】  在干旱和半干旱地区,缺磷常导致作物产量下降。研究不同水分状况下,磷素施用次数对花后小麦旗叶和穗部维持光合效能及胚乳细胞分裂能力的影响,为科学施用磷肥提供理论依据。  【方法】  以冬小麦品种‘新冬23号’和‘新冬20号’为试验材料开展裂区田间试验。设干旱胁迫 (DT,灌水量为5625 m3/hm2) 和适水灌溉 (WT,灌水量为9000 m3/hm2) 两个水分处理;每个水分条件下,设置3个磷肥 (P₂O₅ 105 kg/hm2) 施用次数处理:P1 (在小麦返青期一次性施用)、P2 (在小麦返青和拔节期分别追施50%)、P3 (在小麦返青、拔节和灌浆期按40%∶30%∶30%比例追施)。在小麦开花后7、14、21、28、35天,取样测定旗叶叶绿素和DNA含量、籽粒DNA含量和淀粉积累量,在成熟期测定产量及产量构成因子。  【结果】  干旱条件下,两个品种旗叶叶绿素含量均为P1处理显著高于P2和P3处理;适水条件下为P3处理显著高于P1和P2处理。干旱条件下,新冬23号小麦旗叶和籽粒DNA含量表现为P2处理显著高于P1和P3处理,而新冬20号小麦则为P1处理显著高于P2和P3处理;适水条件下两个小麦品种均为P3处理最高。干旱胁迫下,两个小麦品种籽粒总淀粉含量均以P1处理最高。两个品种千粒重在两种水分条件下均以P3处理最高。  【结论】  干旱胁迫下,不论小麦品种的产量潜力高低,返青期一次性施磷比分期施磷可提高灌浆期旗叶和穗部叶绿素和DNA含量,有利于光合作用产物的积累和细胞分化,最终形成较高的籽粒千粒重和淀粉积累量。适水条件下,分3次施磷有利于维持旗叶和穗部叶绿素以及DNA含量,增加淀粉含量和粒重。因此,小麦磷肥的施用方法应依据水分状况而定。     

间作修复对玉米镉含量影响的整合分析

  【目的】  分析间作修复对镉(Cd)污染农田玉米Cd含量影响,旨在为实现污染农田边生产边修复提供基础支撑。  【方法】  本研究以“玉米”、“Cd”、“间作”为关键词,在“中国知网”和“Web of Science”数据库检索2006—2020年期间发表的文献,筛选出符合要求的文献33篇,获得数据770组。以玉米单作为对照,利用整合分析(meta-analysis)方法揭示间作修复对玉米Cd含量影响,明确间作植物种类、玉米品种、土壤性质和栽培措施等因素的综合效应。  【结果】  与单作玉米相比,大田间作修复能显著降低玉米籽粒、茎叶和根Cd含量,尤其对籽粒Cd抑制作用最显著。蜈蚣草+籽粒苋、蜈蚣草、籽粒苋和龙葵等间作植物对玉米籽粒Cd含量有显著抑制作用;东单、海禾28和绿玉269等玉米品种籽粒Cd含量也显著受间作修复抑制。在弱酸性或中性土壤上,间作修复对玉米籽粒Cd的抑制作用增强;无论是安全利用类还是严格管控类农田,间作修复均能显著降低玉米籽粒Cd含量;间作行距对玉米籽粒和茎叶Cd含量影响不显著,但0～30 cm行距显著降低根Cd含量。盆栽间作修复涉及到的间作植物以及玉米品种较多,Meta分析结果表明,盆栽间作修复对玉米Cd含量降低作用不显著;此外,间作植物鸡眼草、黑麦草和苜蓿,以及主栽作物金珠蜜等间作修复效果在大田或盆栽试验下差异较大。  【结论】  间作修复可以显著降低玉米Cd含量,提高Cd污染玉米农田修复效率。选用合适的主栽玉米品种和间作修复植物是提高间作修复效果的重要因素;间作行距及土壤pH、Cd含量等因素对修复效果影响还需深入探讨。     

磷肥用量对马铃薯淀粉理化性质及产量的影响

  【目的】  研究不同磷肥用量对马铃薯淀粉理化性质及产量的影响,为不同用途马铃薯的磷肥科学管理提供参考。  【方法】  以早熟马铃薯‘尤金’和中晚熟马铃薯‘克新13号’为供试品种,在黑龙江省开展了两年田间试验。分别设置P₂O₅ 用量为0 (CK)、45 (低磷 Low P, LP)、90 (中磷 Middle P, MP) 和135 (高磷 High P, HP) kg/hm2 4个处理,测定了收获后马铃薯淀粉的部分理化性质、淀粉产量等指标。  【结果】  两年平均结果表明,与CK相比,增施磷肥可降低马铃薯直链淀粉含量,‘尤金’降幅为3.19%～5.14%,‘克新13号’降幅为2.97%～9.05%,其中HP处理与CK差异显著 (P < 0.05,2019年‘尤金’除外)。随着磷肥用量的增加,淀粉的透明度和膨胀度提高,溶解度降低。与CK相比,‘尤金’HP处理的淀粉透明度提高15.00% (P < 0.05),膨胀度提高3.94%,溶解度降低12.23% (P < 0.05);‘克新13号’HP处理的淀粉透明度提高25.74% (P < 0.05),膨胀度提高7.90% (P < 0.05),溶解度降低21.84% (P < 0.05)。‘尤金’淀粉颗粒的中位径 (D₅₀) 在MP处理最高,较CK增加11.58% (P < 0.05);‘克新13号’淀粉颗粒的中位径 (D₅₀) 随施磷量的增加而降低,HP处理较CK降低5.02% (P < 0.05),但‘克新13号’的中位径明显高于‘尤金’。‘尤金’的MP处理淀粉产量较CK平均增加31.36% (P < 0.05),‘克新13号’的HP处理淀粉产量较CK平均增加29.66% (P < 0.05)。  【结论】  适量增施磷肥有助于提高马铃薯块茎的干物质含量及产量,从而提高马铃薯淀粉的产量。适量的磷肥还可降低马铃薯直链淀粉含量,增加支链淀粉含量,提高淀粉的透明度和膨胀度,提高淀粉的品质。在本研究条件下,综合磷对马铃薯淀粉理化性质和产量的影响,‘尤金’的P₂O₅适宜用量为90 kg/hm2,‘克新13号’的P₂O₅ 适宜用量为135 kg/hm2。     

钾肥减施对稻麦轮作区作物产量和品质的影响

[目的]巢湖流域稻麦轮作区农田钾肥施用严重过量的农户比例高达70％,探究钾肥减量施用对水稻和小麦籽粒产量和营养品质的影响,以实现钾肥科学施用.[方法]2017—2019年,在安徽农业大学皖中试验站开展田间试验研究,试验设置不施钾肥(CK)、农户模式(K1,K2O 90 kg/hm2)以及在农户模式基础上减钾10％(K2...     

有机肥氮替代20%化肥氮提高豫北冬小麦氮肥利用率和土壤肥力

  【目的】  探究有机肥氮替代不同比例化肥氮对冬小麦产量和土壤肥力的影响，为豫北冬小麦筛选适宜有机肥替代比例、提高氮素利用率以及小麦产量提升提供参考。  【方法】  在2018和2019年以小麦新品种百农207为供试材料进行大田试验，试验设置不施氮肥处理 (T1)、常规施氮肥处理 (T2) 和3种有机肥氮替代化肥氮比例 (20%、30%和40%，依次表示为T3、T4、T5)。分析比较成熟期不同处理下小麦产量、产量构成要素、各器官的氮素积累量与分配比例、氮肥利用率以及土壤肥力指标的变化。  【结果】  2018和2019年的产量结果表明，相比T2处理，有机肥氮替代化肥氮比例为20% (T3) 处理能实现小麦产量的稳产增产。2019年T3处理比T2处理小麦产量显著增加16.59%，随着有机肥氮替代化肥氮比例增加，小麦增产效应降低。2019年在T3处理下，植株氮素总积累量比T2处理显著提高25.71%，T3处理相比T2处理籽粒的氮素积累量两年分别显著提高14.45%和22.20%。2019年T3处理氮素偏生产力、氮素回收率和氮肥农学效率都显著高于T2处理。连续两年施用有机肥处理对土壤中全氮含量影响不大，但相比T1和T2处理，2018和2019年在T3处理下土壤有效磷、铵态氮和硝态氮含量显著提高。通过产量与其他因素的相关分析可知，小麦产量与植株氮素总积累量、籽粒氮素积累量、小麦穗数呈极显著正相关，而穗数与土壤养分中的NH₄+-N含量和NO₃–-N含量均呈极显著正相关。  【结论】  在氮施用量为300 kg/hm2时，通过连续两年有机肥与化肥配施可改善土壤肥力水平。本试验条件下，有机肥氮替代化肥氮的比例为总施氮量 20%时，能显著增加籽粒氮素积累量，提高小麦氮素利用效率和产量，实现豫北冬小麦稳产和高产。     

间作小麦和接种AM真菌协同提高蚕豆抗枯萎病能力和根际微生物碳代谢活性

【目的】接种丛枝菌根 (arbuscular mycorrhizal,AM) 真菌和间作均是防治蚕豆枯萎病的有效方法,从土壤微生物学角度研究两者协同减轻蚕豆枯萎病的机理,对控制蚕豆枯萎病传播具有重要意义。【方法】利用盆栽试验方法,进行了间作和接种AM真菌摩西管柄囊霉 (Funneliformis mosseae,Fm) 和扭形球囊霉 (Glomus tortuosum,Gt) 试验。设蚕豆单作对照 (MF)、蚕豆小麦间作 (IF)、蚕豆单作接种Fm (MFFm)、蚕豆小麦间作接种Fm (IFFm)、蚕豆单作接种Gt (MFGt)、蚕豆小麦间作接种Gt (IFGt) 6个处理。于蚕豆开花期 (生长70天) 取土壤样品,测定蚕豆幼苗生长、枯萎病发生、根际镰刀菌数量和微生物碳代谢活性。【结果】间作显著增加蚕豆幼苗干重93.0%、降低蚕豆枯萎病病情指数71.4%,接菌显著增加蚕豆幼苗干重55.3%、降低病情指数76.6%,其中接种Fm真菌对蚕豆幼苗干重的影响更大,对病情指数的抑制效果更好。间作接菌显著增加蚕豆幼苗干重100%、降低病情指数89.8%。Biolog微平板测试结果显示,间作提高根际微生物碳代谢活性32.3%;接菌提高微生物活性85.4%;间作接菌提高微生物活性122%。主成分分析结果表明,间作和接菌均明显改变了根际微生物的群落结构,并主要改变了对碳水化合物类、氨基酸和羧酸类碳源的利用。相关性分析结果显示,枯萎病发病率和病情指数与根际镰刀菌数量呈极显著正相关关系,与AWCD值、Shannon多样性指数和丰富度指数均呈极显著负相关。【结论】蚕豆与小麦间作和接菌对抑制蚕豆枯萎病和促进蚕豆生长均具有积极效应,间作显著提高了AM真菌的定殖率,二者协同提高了根际微生物活性,改变了微生物群落结构,并抑制了病原菌增殖,进而控制蚕豆枯萎病发生。     

小麦蚕豆间作及氮肥调控对蚕豆赤斑病和锈病复合危害及产量损失的影响

【目的】研究不同施氮水平下蚕豆单作、小麦与蚕豆间作种植模式下蚕豆赤斑病和锈病复合危害及蚕豆产量损失的差异,量化赤斑病和锈病复合危害导致的产量损失,定量评估间作控病对产量优势的贡献。【方法】于2016年进行了田间试验,设置蚕豆单作和蚕豆小麦间作2种种植模式,防治病害和不防治病害2种处理,4个施氮水平(N 0、45、90、135 kg/hm^2,依次记为N0、N1、N2、N3)。调查蚕豆赤斑病和锈病复合危害程度的差异,测定蚕豆的百粒重和产量。【结果】施氮(N1、N2、N3)使单作蚕豆赤斑病和锈病病情进展曲线下面积(AUDPC)平均增加33.9%和39.6%,使间作蚕豆平均增加27.1%和69.3%,均以N3水平增加最高。所有施氮水平下,与单作相比,间作显著降低赤斑病AUDPC 49.1%~53.6%,降低锈病AUDPC 39.6%~56.8%。施氮(N1、N2、N3)加剧蚕豆赤斑病和锈病的危害,单作蚕豆百粒重损失28.1~32.4 g,间作损失16.3~16.8 g,单作籽粒产量损失1441~1770 kg/hm^2,间作籽粒产量损失815~1263 kg/hm^2,间作比单作平均减少百粒重46.8%和籽粒产量36.9%,减少效果表现为N3> N2> N1> N0。蚕豆病害复合危害与籽粒产量的回归分析表明,赤斑病和锈病的AUDPC每增加一个单位可导致1.7 kg/hm^2的蚕豆籽粒产量损失,赤斑病对蚕豆产量损失的影响大于锈病。【结论】施氮加重赤斑病和锈病的复合危害,加剧蚕豆产量损失。小麦与蚕豆间作能显著减轻赤斑病和锈病的复合危害程度,减少产量损失。合理施用氮肥能够充分发挥间作的控病增产效果,有利于间作的产量优势最大化。本试验条件下,兼顾间作的控制病害增产效果和间作产量优势其他效应,推荐蚕豆的适宜施氮量为45 kg/hm^2。     

耕作方式对农田土壤理化性质、微生物学特性及小麦营养品质的影响

  【目的】  耕作措施对土壤健康和作物营养品质提升具有关键作用,明确不同耕作方式对土壤理化性质、微生物学特性及小麦营养品质的影响,为集约化农田可持续管理提供理论依据。  【方法】  田间试验自2012年起在山东德州进行,供试土壤为潮土,种植制度为小麦–玉米轮作。设置4种耕作模式处理:传统耕作、旋耕、休耕和免耕。2020年,采集0—20 cm土层土样分析土壤物理、化学性质和细菌群落结构,采集小麦籽粒样品分析其营养品质。  【结果】  与传统耕作相比,免耕、休耕和旋耕处理显著提高了土壤含水量、铵态氮、硝态氮、有机质、全氮及有效磷含量,休耕还显著提高了土壤容重,降低了土壤孔隙度。免耕、休耕和旋耕处理显著提高土壤微生物量碳、氮含量以及土壤细菌群落多样性指数,休耕及免耕处理提高土壤厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度,降低放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度。从营养品质变化来看,休耕显著提高小麦籽粒蛋白质、淀粉、微量元素的含量,旋耕和免耕显著增加小麦籽粒蛋白质含量,除天冬氨酸外,其他16种氨基酸组分变化趋势与氨基酸总量变化基本一致。Pearson相关性分析及冗余分析(RDA)结果表明,小麦籽粒淀粉、铁、锌、硒含量与土壤含水量、铵态氮、硝态氮、有效磷、微生物量碳、微生物量氮均呈显著正相关关系,其中铵态氮(F=25.7,P=0.002)、微生物量碳(F=4.9,P=0.008)、全氮(F=3.3,P=0.028)、土壤pH (F=3.1,P=0.036)是影响小麦营养品质的主要环境因子。  【结论】  减少对土壤扰动的耕作方式可不同程度地改变土壤环境因子及细菌群落结构,与旋耕、免耕相比,休耕更有利于小麦籽粒蛋白质、淀粉、微量元素、氨基酸组分含量的积累,是改善土壤健康状况和提升小麦营养品质的有效耕作措施。     

轮作提高土壤磷生物有效性改善后茬作物磷素营养

  【目的】  豆科作物与禾本科作物轮作能够提高轮作体系的磷效率,本研究调查了前茬作物收获后的土壤磷状况,并尝试采用基于生物有效性的磷素分级方法 (BBP) 评价其对后茬玉米磷营养状况的影响。  【方法】  设置室内模拟盆栽试验,前茬作物处理包括蚕豆 (Vicia faba)、小麦(Triticum aestivum)、黑麦草 (Lolium perenne) 和毛叶苕子 (Vicia villosa Roth),以不种植作物为对照。作物收获后,后茬均轮作玉米。每个轮作前茬作物处理均分为基施P₂O₅ 60 mg/kg和不施磷肥两个处理。在前茬作物收获后,测定土壤Olsen-P含量,并将土壤磷分为CaCl₂-P、Citrate-P、Enzyme-P、HCl-P,评价土壤的有效磷状况。玉米收获后,测定产量和植株地上部磷含量及吸收累积量。  【结果】  轮作显著提高了后茬玉米地上部生物量,前茬不施磷肥处理对后茬玉米的增产效果高于施用磷肥处理。不施磷肥条件下,与对照相比,蚕豆后茬玉米的地上部生物量增加最多 (185.7%),且增幅显著高于小麦和毛叶苕子的后茬;施磷条件下,蚕豆、黑麦草后茬玉米的地上部生物量之间没有显著差异,但均显著高于小麦和毛叶苕子后茬。不施磷条件下,轮作显著提高了后茬玉米地上部含磷量,以黑麦草茬口的增幅最高,达到66.7%,且显著高于蚕豆和毛叶苕子;施磷条件下,4个茬口玉米地上部磷含量与无前茬作物对照没有显著差异,但黑麦草茬口仍显著高于蚕豆、小麦和毛叶苕子茬口的。前茬不施磷肥条件下,Enzyme-P在蚕豆、小麦、黑麦草和毛叶苕子茬土壤显著高于对照土壤;施磷肥条件下,只有蚕豆和黑麦草茬土壤显著高于对照土壤,这与轮作处理的促生效应相吻合。不施磷蚕豆、小麦、黑麦草和毛叶苕子土壤Citrate-P含量比其对照显著低20.99%、13.30%、5.05%和10.66%,而施磷土壤降幅更大,分别比对照低32.56%、22.86%、20.32%和27.62%。不论是否施磷肥,蚕豆与毛叶苕子均显著降低了土壤的HCl-P含量,而小麦茬对土壤的HCl-P含量无显著影响。  【结论】  不论是否施用磷肥,轮作显著降低了土壤中Olsen-P的含量,但是却显著促进了后茬玉米的生长。依据BBP分级方法,轮作不同程度地降低了土壤中Citrate-P和HCl-P含量,而增加了Enzyme-P的含量,进而提高了土壤中磷的生物有效性,增加了玉米吸磷量。在4种前茬作物中,黑麦草挖掘土壤供磷能力的潜力最大。