根部增氧模式对水稻产量与氮素利用的影响

【目的】根部缺氧是影响水稻生长发育与养分吸收的主要非生物因子之一。为了明确不同增氧模式的作用效果,探明水稻产量和氮素利用效率对根部增氧的响应特征,本试验研究了不同根部增氧模式下水稻生长动态、产量和氮素吸收积累与转运特性。【方法】以深水水稻品种IR45765-3B和水稻品种中浙优1号为材料,试验在顶部用透明塑料膜遮雨的水泥栽培池中进行,试验设施用CaO₂（CaO₂）、微纳气泡水增氧灌溉（MBWI）和干湿交替灌溉（AWD）等三个增氧模式处理及淹水对照（WL）。分别测定了两品种的生长动态、产量和与氮素利用相关的指标。【结果】与淹水对照相比较,根部增氧处理均显著促进IR45765-3B分蘖的发生,增幅为10.7%~33.6%,而中浙优1号茎蘖数仅在CaO₂处理和AWD处理部分调查时期显著高于对照;根部增氧处理显著提高了两品种的干物质积累量,并显著提高两品种水稻产量,增氧处理下IR45765-3B产量较对照分别增加26.3%（CaO₂）、21.8%（MBWI）和10.7%（AWD）,而中浙优1号产量较对照分别增加51.0%（CaO₂）、52.2%（MBWI）和29.68%（AWD）;根部增氧显著增加水稻的氮素吸收与利用,与对照相比较,增氧处理下IR45765-3B和中浙优1号氮肥偏生产力均显著升高;施用CaO₂和MBWI处理水稻氮素转运效率和氮素转运贡献降低,但齐穗期后两品种的氮素吸收量显著增加,齐穗期后IR45765-3B和中浙优1号在CaO₂处理下的氮素吸收量较对照分别增加了73.4%和119.2%,MBWI处理下的氮素吸收量较对照分别增加了128.7%和106.5%。【结论】根部增氧显著促进水稻分蘖发生与成穗,增加水稻干物质积累并显著提高产量;在氮素利用方面,增氧处理下水稻植株对氮素的吸收与积累显著增加,且增氧处理显著促进了水稻对氮素的利用效率;三种增氧模式中CaO₂和MBWI的效果较AWD更明显。     

土壤增氧方式对其氮素转化和水稻氮素利用及产量的影响

以3种不同生态型水稻品种中浙优1号(水稻)、IR45765-3B(深水稻)和中旱221(旱稻)为材料,比较研究了不同增氧方式(T1-增施过氧化钙、T2-微纳气泡水增氧灌溉、T3-表土湿润灌溉和CK-淹水对照)下稻田土壤氮素转化和水稻氮素吸收利用特性。结果表明:1)增氧处理明显改善土壤氧化还原状况,3种增氧方式下土壤氧化还原电位均高于CK。稻田增氧促进土壤氮素硝化,在分蘖期和齐穗期T1、T2和T3的土壤硝化强度和脲酶活性均显著高于CK,反硝化强度显著低于CK。2)不同增氧处理对水稻氮素吸收的影响不同,在拔节期、齐穗期和完熟期3品种的植株氮素积累量均表现为T1、T2显著高于CK,而T3显著低于CK;在完熟期,T1处理下中浙优1号、IR45765-3B和中旱221植株氮素积累量分别较CK增加了21.2%、13.2%和17.0%,而T2处理下3品种的植株氮素积累量分别较CK增加了14.3%、6.9%和9.1%。3)与CK相比,T1和T2显著提高水稻籽粒产量和收获指数,氮素籽粒生产效率与CK无显著差异,而T3显著增加水稻氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率。可见,施用过氧化钙和微纳气泡水增氧灌溉能有效改善稻田土壤氧化还原状况,不仅显著提高水稻产量,而且显著增强稻田氮的硝化而减少氮素损失,从而提高水稻氮素积累量和氮素收获指数。     

减施氮肥和增氧灌溉对水稻氮代谢关键酶活性及氮素利用的影响

该研究旨在分析减施氮肥和增氧灌溉对水稻氮代谢关键酶活性及氮素利用的影响。2020年以中旱221（旱稻）、中浙优8号（水稻）和IR45765-3B（深水稻）共3个品种为材料,设常规淹水灌溉（Conventional Flood Irrigation, WL）、微纳米气泡水增氧灌溉（Micro-nano Bubble Water Oxygenation Irrigation, MBWI）2个灌溉模式和常规施氮（195.0 kg/hm2）、减施氮肥（157.5 kg/hm2）2个氮水平,研究了减施氮肥和增氧灌溉对水稻关键生育时期氮代谢相关酶活性、植株含氮量、氮素积累量以及产量和氮肥利用率的影响。结果表明,与常规施氮处理相比,减施氮肥降低了氮代谢酶活性,而增氧灌溉有助于提高硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶、谷丙转氨酶活性。增氧灌溉和氮肥一定程度上有助于水稻氮素积累,增氧灌溉下减施氮肥处理比淹水灌溉常规施氮量的当季氮肥利用率分别提高15.6%、36.2%、21.5%（P<0.05）。增氧灌溉和增施氮肥显著增加水稻产量,中旱221增氧灌溉下减施氮肥比淹水灌溉常规施氮量处理增产3.5%（P<0.05）,而中浙优8号和IR45765-3B增氧灌溉下减施氮肥与淹水灌溉常规施氮量差异不显著（P>0.05）。相关分析表明,氮代谢酶活性与同时期叶片含氮量及氮素积累量大多呈显著或极显著的正相关。可见,增氧灌溉可以显著提高水稻氮素代谢相关酶活性,从而显著提高水稻氮素积累量、产量和当季氮肥利用效率,水稻氮肥减施条件下采用增氧灌溉有助于水稻维持较高氮肥吸收和利用效率,而谷氨酰胺合成酶活性可以用于预测水稻各时期氮素积累量。研究结果可为水稻氮肥减施和提高水稻氮肥利用效率提供理论和技术支持。     

不同释放速率过氧化钙对模拟潜育环境下稻田土壤理化特性的影响

【目的】为探索缓释过氧化钙对潜育性稻田土壤的改良效果。【方法】于网室内进行潜育化稻田环境模拟试验，以不施、施过氧化钙粉末、施过氧化钙颗粒为对照，从已研发的10种不同包膜缓释过氧化钙中，选出4种缓释过氧化钙，探究其在水稻早稻分蘖期与收获期对潜育化稻田土壤中还原物质总量、活性还原性物质、还原性铁锰、有效养分等含量的变化的影响，以及对水稻整个生育期土壤pH、氧化还原电位、活性氧浓度动态变化的影响。【结果】结果表明，施用过氧化钙均能降低土壤还原物质含量，提高土壤速效养分含量和土壤pH、氧化还原电位及活性氧浓度。缓释过氧化钙的改良效果最佳，其次为过氧化钙颗粒和过氧化钙粉末。缓释过氧化钙处理中以乙基纤维素包膜效果最好，与不施过氧化钙处理相比，施用乙基纤维包膜过氧化钙和过氧化钙粉末处理下还原物质总量、活性还原性物质含量和还原性铁、锰含量分蘖期分别降低了22.9%和36.0%、20.5%和13.6%、37.7%和29.0%、38.8%和56.8%，收获期分别降低了32.4%和20.0%、32.7%和19.5%、34.3%和7.9%、25.5%和39.2%；其土壤pH平均分别提高13.1%和8.0%，土壤氧化还原电位与活性氧浓度平均分别依次提高34.3%和-11.3%及58.6%和13.4%。【结论】结果可为缓释过氧化钙在实际应用中对潜育化稻田的改良提供理论依据和实践基础。     

增氧灌溉对棉花营养特征及土壤肥力的影响

以新陆早41号为材料,通过模拟试验和田间小区试验,研究增氧对灌溉水溶解氧的影响,以及增氧灌溉对棉田土壤养分、土壤微生物数量、棉花养分吸收和产量的影响。增氧灌溉模拟试验设计4个充氧浓度(CK-0%、O_2-21%、O_2-30%、O_2-50%),连续测定主管道和滴灌带不同监测点位灌溉水溶解氧浓度;田间试验设计3种增氧灌溉方式,物理增氧PO、化学增氧CO和常规滴灌CK。结果表明,增氧灌溉能够明显提高灌溉系统内灌溉水的溶解氧浓度,并且随着溶解氧浓度的增加衰变增加,灌溉水溶解氧浓度增加至12~14 mg L~(-1)较为适宜;增氧灌溉显著促进棉花增产,PO、CO棉花产量分别较对照增加11.39%、11.42%;增氧灌溉能促进棉花对土壤养分的吸收,从而降低土壤中养分含量,棉田土壤速效氮、有效磷、速效钾、有机质含量均有所降低,CO处理土壤速效氮、有机质含量与对照之间的差异达到显著水平,分别降低27.23%、9.61%,PO处理速效钾含量与对照之间的差异达到显著水平,较对照降低5.78%;增氧灌溉对棉田土壤细菌、真菌、微生物数量有促进作用,PO、CO处理细菌数分别较对照提高28.38%、21.05%,微生物总量分别提高27.86%、20.63%,处理间差异均达到显著水平。说明棉花根系对氧敏感,增氧灌溉能够进一步挖掘棉花生产潜能,不同增氧措施均能在一定程度上促进棉花生长和促进棉花对土壤养分的吸收,能加速土壤有机质分解和养分释放。     

过氧化钙及硅钙肥改良潜育化稻田土壤的效果研究

【目的】潜育化水稻土是我国最主要的低产水稻土类型,长期渍水导致的土壤缺氧及活性还原物质过度积累是其最主要特征,这严重影响了水稻的根系发育和产量提高。本研究以鄱阳湖区潜育化稻田土壤为对象,通过田间试验研究过氧化钙和硅钙肥单施或配施对潜育化稻田土壤的改良效果,旨在为探索潜育化稻田的轻简化改良方法提供理论依据。【方法】田间试验于2012 2013年在鄱阳湖区潜育化双季稻田进行,试验设单施化肥(T1)、化肥+硅钙肥(T2)、化肥+过氧化钙(T3)和化肥+硅钙肥+过氧化钙(T4)4个处理。通过2年4季的田间试验研究了过氧化钙和硅钙肥单施或配施对鄱阳湖区潜育化稻田水稻产量、土壤还原物质总量及土壤物理化学性质的影响,分析了过氧化钙和硅钙肥改良潜育化稻田土壤的效果和应用前景。【结果】过氧化钙和硅钙肥单施或配施均可以提高潜育化稻田的水稻产量,二者配施每季可以提高水稻产量1.06 t/hm22.06 t/hm2,并可促进磷、钾养分向籽粒转移。施硅钙肥对土壤还原物质总量没有明显影响,而施过氧化钙可以显著降低土壤还原物质总量,二者配施可以减少耕层土壤还原物质总量1 cmol/kg以上。随着土层的加深,土壤还原物质总量呈增加的趋势。硅钙肥与过氧化钙配施可以明显提高小于10 mm的中小团聚体的含量。施硅钙肥或过氧化钙对土壤养分含量没有明显影响,但二者配施可以明显提高土壤有机碳、速效磷的含量,但对腐殖质碳、速效钾和全氮含量影响不明显。【结论】施用硅钙肥可以提高潜育化稻田的水稻产量,但对土壤还原物质总量没有明显影响。施用过氧化钙既可以提高水稻产量,又可以降低潜育化稻田的潜育化程度。而硅钙肥和过氧化钙配施不仅可以明显提高水稻产量、降低潜育化稻田的潜育化程度,还可以改善土壤养分供应状况和土壤结构。因此,施用过氧化钙和硅钙肥可以作为改良鄱阳湖区潜育化稻田土壤的一种参考方法。     

不同增氧水平对夏玉米生长及氮素利用的影响

为探究有利于夏玉米生长和氮素利用的适宜灌溉水溶解氧浓度,本试验以夏玉米为供试作物,采用地下滴灌供水方式,以地下水灌溉为对照,设置10(OA10)、20(OA20)和40(OA40) mg·L^-1灌溉水溶解氧浓度3个增氧水平,研究不同增氧水平对盆栽夏玉米生长、产量和氮素利用的影响。结果表明,增氧地下滴灌显著提高了土壤溶解氧浓度,与对照相比,OA40、OA20和OA10处理土壤溶解氧浓度平均提高14.83%、9.71%和8.00%,表现为作物生长增强,作物产量和氮素利用效率均显著提高(P<0.05)。与对照相比,OA10处理的株高、叶鲜质量和叶干质量分别增加7.39%、16.30%和12.02%;OA40处理叶干质量和茎鲜质量分别增加15.82%和12.43%;OA10、OA20和OA40根系鲜质量分别增加60.00%、17.66%和52.98%,根系体积分别增加34.03%、14.56%和51.32%;OA10和OA20处理根系活力分别增加272.77%和64.44%;OA10和OA40处理产量分别增加24.46%和21.83%,水分利用效率分别提高19.10%和21.61%,百粒重分别增加17.53%和15.14%。OA10和OA40处理籽粒氮素吸收量较对照分别增加63.90%和35.27%,OA10处理籽粒氮素分配比例和氮素吸收效率分别增加21.57%和33.33%。上述差异均具有统计学意义(P<0.05)。综上,增氧地下滴灌可显著提高作物根区溶解氧浓度,促进作物生长,提高产量及氮素吸收利用,以OA10处理效果最为显著。本研究结果为增氧灌溉技术在实际生产中的合理利用提供了理论依据。     

水分管理对水稻籽粒硒积累及根际土壤细菌群落多样性的影响

采用盆栽试验方法,研究不同水分管理方式对水稻根际土壤硒组分、籽粒硒积累以及根际土壤细菌群落多样性的影响。结果表明：在水稻的各生育期,好氧和干湿交替较淹水灌溉一定程度上提高了土壤pH和氧化还原电位（Eh）,土壤可溶性和可交换态硒含量增加,从而提高了土壤硒的有效性。水稻成熟后,不同部位的含硒量由高到低依次为根（1.38~2.22 mg·kg^-1）、叶（0.55~0.85 mg·kg^-1）、茎（0.53~0.61 mg·kg^-1）和籽粒（0.15~0.53 mg·kg^-1）。水稻籽粒含硒量以干湿交替灌溉最高,淹水灌溉最低,二者含硒量差异达显著水平。干湿交替灌溉的水稻产量显著高于常规淹水灌溉,且较淹水灌溉提高了7.83%,较好氧灌溉提高13.51%。水稻根际土壤优势菌为变形菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、Patescibacteria和芽单胞菌门,变形菌门是不同水分管理方式下水稻根际土壤中丰度最高的细菌,水分管理措施显著影响其丰富度,干湿交替和好氧灌溉中变形菌门的丰富度明显高于淹水灌溉。从纲水平看,Gammaproteobacteria的丰度与土壤有效硒含量呈正相关,故Gammaproteobacteria丰度的增加可能是土壤硒生物有效性增加的另一个重要原因。综上,干湿交替灌溉不但能提高水稻产量和稻米硒含量,且较正常淹水管理节约用水,在水稻生产中,是一种优先推荐的水分管理方法。     

微纳米增氧水添加对土壤中溶解氧耗散的影响

微纳米增氧灌溉可缓解作物根区氧气限制,促进作物代谢活动和生长发育。为探究微纳米增氧水添加后土壤溶解氧耗散规律及其增氧效果,该研究以初始干旱土壤和初始湿润土壤为研究对象,使用微氧电极技术,监测不同微纳米增氧水平下淹水土壤溶解氧浓度变化规律。结果表明：1)土壤溶解氧浓度随时间呈现快速下降阶段、缓速下降阶段两段式规律,其中快速下降阶段土壤溶解氧耗散以气体扩散为主,耗散曲线符合对数函数规律;缓速下降阶段土壤溶解氧耗散以微生物消耗为主,耗散曲线符合Logistic函数或线性函数规律;2)在初始干旱土壤试验的快速下降阶段,与常规对照处理CK(O₂浓度：8～9 mg/L)相比,O1(O₂浓度：15 mg/L)、O₂(O₂浓度：20 mg/L)处理溶解氧留存时间分别延长了40.11%和189.62%;在初始湿润土壤试验的快速下降阶段,O₁、O₂处理溶解氧耗散时间分别延长了445.16%和2741.94%;3)在微生物活性较低的土壤(初始干旱土壤)中,氧气与底物都是溶解氧消...     

加氧灌溉与土壤通气性研究进展

水、肥、气、热是保障土壤肥力的四大要素,传统的灌溉方式往往忽视了气这一重要因素.土壤通气性不足,四个因素之间的平衡被打破,土壤理化性质变差,对作物生长造成不利影响,进而引起减产.良好的土壤通气性是作物正常生长发育的保证.加氧灌溉通过采用合理的方法改善土壤通气状况,协调土壤四大要素之间的关系,提高土壤肥力,满足作物生长的需要.研究表明,加氧灌溉可提高作物产量、改善作物品质.本文从根区低氧胁迫的影响分析人手,评述了土壤通气性的量化指标、测算方法和控制标准,综述了加氧灌溉技术及其应用,总结了加氧灌溉研究中存在的问题,探讨了加氧灌溉对土壤通气性的改善作用,提出了加氧灌溉与土壤通气性研究展望,以期为今后的研究提供参考.     

长期施肥对黄棕壤细菌多样性的影响

  【目的】   基于武汉黄棕壤长期定位试验 (1981—2016年),探究不同施肥措施下土壤肥力演变和土壤微生物多样性变化,为黄棕壤培肥以及农业绿色可持续发展提供依据。   【方法】   本研究采用Illumina MiSeq高通量测序技术和偏最小二乘路径模型 (PLS-PM) 综合分析了不施肥 (CK)、氮磷钾 (NPK)、常量有机肥 (OM)、氮磷钾+常量有机肥 (NPK+OM) 和氮磷钾+高量有机肥 (NPK+OMM) 5种不同施肥方式对黄棕壤理化性质、细菌多样性的影响及其与产量的关系。   【结果】   1) 与CK相比,施有机肥处理显著增加了土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机碳含量,而NPK处理只显著增加了土壤有机碳含量。NPK+OMM处理的土壤有效磷和速效钾含量显著高于OM和NPK+OM处理,3个有机肥处理间的碱解氮、有机碳含量差异不显著。4个施肥处理均显著提高了水稻产量,但处理间差异不显著。2) OM处理土壤微生物多样性最高,而高量粪肥投入的NPK+OMM处理,细菌多样性有下降的趋势,但各施肥处理间细菌多样性差异不显著。3) 长期不同施肥方式影响土壤细菌群落结构,其中NPK+OM和NPK+OMM处理细菌群落结构更接近。OM处理提高了变形菌纲和放线菌纲的相对丰度,降低了绿弯菌纲和硝化螺旋菌纲的相对丰度。NPK处理降低了放线菌纲和硝化螺旋菌纲相对丰度,提高了酸杆菌纲相对丰度。与NPK+OM处理比较,NPK+OMM处理降低了放线菌纲和α-变形菌纲相对丰度,提高了厌氧绳菌纲、绿弯菌纲和硝化螺旋菌纲相对丰度。4) PLS-PM显示土壤有机碳 (SOC)、碱解氮、有效磷和速效钾对细菌群落结构表现出正调控 (路径系数 = 0.36),而pH表现负调控 (路径系数 = ?0.48);但是对细菌多样性的影响都较小;影响产量的理化指标主要是SOC、碱解氮和有效磷。土壤细菌多样性对产量显示正调控 (路径系数 = 0.42)。   【结论】   土壤有机碳 (SOC) 和碱解氮、有效磷、速效钾含量对细菌群落结构有正调控作用,而pH有负调控作用。与NPK处理相比,长期施用常量有机肥 (OM) 处理提高了细菌多样性和水稻产量,而高量有机肥配施氮磷钾肥 (NPK+OMM) 会导致细菌多样性和产量降低。     

2021-01期封面+目录

  【目的】   农田氨挥发是大气中氨的重要来源,其减排措施研究已成为国际研究热点。有机肥替代化肥的农田氨挥发减排潜力已得到广泛认可,然而年际间气候变化对其减排能力的影响研究报道较少。通过研究年际间有机替代对作物产量和氨挥发损失量的影响,为华北地区科学减少氨挥发损失提供理论依据   【方法】   本研究基于华北平原玉米长期田间定位试验 (2007年设置),针对不同施肥处理开展了连续3年 (2017—2019年) 的氨挥发监测,以明确年际间气候变化对有机替代氨挥发减排潜力的影响强度。试验共设置4个处理:不施氮肥处理 (PK)、单施化肥处理 (NPK)、半量有机肥氮替代化肥氮处理 (HONS)、全量有机肥氮替代化肥氮处理 (FONS)。   【结果】   有机替代可以提高玉米产量,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的玉米产量分别提高20.7%和30.9%。不同施氮处理的氮素偏生产力在35.6～46.7 kg/kg,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的氮素偏生产力分别提高20.8%和30.9%。年际间和各处理间的氨挥发规律基本一致,都是在施肥后的第2～4天出现排放峰值,之后氨挥发速率逐渐降低,并在9天内基本趋于稳定。施肥后前9天是农田氨挥发的主要排放时期,氨挥发量占基肥期氨挥发总量的70.1%;占追肥期的63.7%。华北平原春玉米农田氨挥发损失量较低 (10.6 kg/hm2),有机替代能够进一步显著降低农田氨挥发损失。与NPK处理相比,HONS和FONS处理对氨挥发损失的减排率平均分别可达33.5%和58.7%。有机替代处理农田氨挥发的年际间变化显著高于单施化肥处理。相比氨挥发损失较低的2019年,2018年NPK处理的氨挥发损失增加了12.3%,而HONS处理和FONS处理分别增加了91.2%和105.0%,相应的HONS处理和FONS处理的减排率,从2019年的54.3%和71.1%,降低到22.1%和47.2%。主成分分析表明,年际间大气温度变化和土壤湿度变化是导致年际间氨挥发损失量差异的主要原因。   【结论】   相比单施化肥,有机肥替代化肥能够提高作物产量;相比半量有机替代,长期全量有机肥替代化肥对作物产量的提升能力更强。华北平原旱地农田有机替代能有效降低氨挥发损失,但在氨挥发损失较高年份有机替代的减排潜力会减弱,因此,有机替代氨挥发减排潜力的估算需要考虑年际间的变化。     

氨基酸增值尿素对水稻苗期生长及根际微生物菌群的影响

  【目的】   研究氨基酸增值尿素 (AU) 对不同稻作水稻生长、根际养分与微生物群落的影响机制，以期为水稻早期水氮合理调控及氨基酸增值尿素合理施用提供依据。   【方法】   以‘两优华6’水稻和氨基酸增值尿素 (AU) 为试材，开展了水作/旱作盆栽试验。试验共设旱作不施尿素 (GCK)、旱作施普通尿素 (GU)、旱作施氨基酸增值尿素 (GAU)、水作不施尿素 (SCK)、水作施普通尿素 (SU)、水作施氨基酸增值尿素 (SAU) 6个处理，除对照外，其余处理氮磷钾施用量相同。水稻生长30天后，采集水稻植株和根际土壤样品，分析水稻根系生物学性状和根系形态学特征，测定根际土壤养分状况和微生物菌群结构。   【结果】   氨基酸增值尿素 (AU) 较普通尿素 (U) 促进了根系生长，旱作和水作根系鲜重分别增加9.65%和7.56%；旱作模式下，GAU较GU水稻根长、根直径、根表面积和根尖数分别提高45.06%、25.93%、6.17%和90.52%，水作模式下，SAU较SU处理上述各指标同样有所提高，但增幅有所降低；施氮量相同条件下，旱作水稻根长、根直径、根表面积和根尖数均明显低于水作，其中GU较SU处理的根长、根直径、根表面积和根尖数分别降低了26.20%、15.63%、2.52%和13.95%，GAU较SAU处理的根长、根直径、根表面积和根尖数分别降低6.00%、6.42%、5.49%和13.28%，降幅明显减小。旱作GAU较GU处理根际有机碳、全氮和微生物氮含量分别增加了17.04%、18.18%和30.00%，水作SAU较SU处理根际铵态氮和微生物氮分别增加了39.70%、38.01%，而硝态氮下降幅度达 33.70%。旱作和水作条件下，氨基酸增值尿素、普通尿素处理的细菌总数分别为1.88 × 107、1.59 × 107 cfu/g和1.93 × 107、1.57 × 107 cfu/g，分别增加18.23%和22.93% (P < 0.05)，氨化细菌数量分别为1.62 × 107、8.14 × 106 cfu/g和2.26 × 107、8.46 × 106 cfu/g，硝化细菌数量分别为1.96 × 103、1.13 × 103 cfu/g和1.64 × 103、1.08 × 103 cfu/g，增加幅度在0.52～1.67倍。旱作优势种群为鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas)，相对丰度为18.78%～22.59%；水作则以气单胞菌属 (Aeromonas) 和黄杆菌属 (Flavobacterium) 为优势种群，相对丰度分别为43.09%～52.72%和14.86%～18.87%。与普通尿素处理相比，SAU处理根际土壤Aeromonas和旱作根际土壤Sphingomonas显著降低，而GAU处理uncultured_bacterium_c_Subgroup_6显著增加；土壤全氮、铵态氮和有机碳含量与微生物群落结构显著相关。   【结论】   与普通尿素相比，氨基酸增值尿素可显著促进水稻生育早期根系生长和根系形态建成，增加根际生物量碳、氮，降低水作根际硝态氮含量，增加铵态氮含量，增加根际细菌总量，提升根际细菌群落多样性，有利于水稻氮素吸收。在旱作条件下，氨基酸增值尿素促进水稻根系生长发育和土壤细菌数量的效果优于水作条件下。     

金属有机框架 (MOF) 类新型肥料在水稻上的应用初探

【目的】金属有机框架 (metal-organic framework,MOF) 是基于分子设计的一种新型团簇功能化合物,为实现多元化养分设计,生产环境友好的新型肥料提供了新的手段。本研究在水热条件下合成了两种MOF肥料,评估了这两种MOF材料作为新型肥料的潜力和可行性。【方法】以氯化铁 (FeCl₃·6H₂O)、硫酸锌 (ZnSO₄·7H₂O)、磷酸 (H₃PO₄)、草酸 (H₂C₂O₄·2H₂O) 和尿素 (CO(NH₂)₂) 为基础原料,在高压反应釜内100℃下合成MOF1和MOF2。MOF1和MOF2分别含Fe 18.6%、15.6%,P 15.7%、16.5%,N 5.16%、4.57%,C 4.61%、5.21%,MOF2还含Zn 2.89%。试验共设4个处理:不施肥 (CK)、常规施肥 (CF)、MOF1和MOF2。3个施肥处理为等氮磷钾设计,施肥水平为N 150 kg/hm2、P₂O₅ 200 kg/hm2和K₂O 150 kg/hm2。在水稻分蘖、拔节、孕穗及成熟期,采集土样,测定铵态氮、硝态氮、有效磷、有效铁、有效锌含量及pH。水稻成熟后,测定产量、千粒重、穗粒数、有效穗数和结实率。【结果】与CF相比,MOF1和MOF2处理的水稻产量分别增加了7.7%和6.3%,相关农艺性状也均有改善。MOF1和MOF2处理的水稻营养器官总干物质量和氮累积量均显著高于CF处理;CF处理的氮素利用率为32.8%,而MOF1和MOF2处理分别达到46.4%和43.0%,与CF差异显著。在成熟期,MOF1和MOF2处理的土壤铵态氮、硝态氮及有效铁含量较CF均显著增加。【结论】两个以磷和铁为主要养分的新型金属框架结构肥料不仅能提高水稻产量和氮素利用率,而且也可改善水稻相关农艺性状以及提高土壤养分含量,其作为新型肥料,具有广阔的应用潜力。     

稻壳炭对紧实土壤中苹果根系硫同化酶活性、H2S含量及根系构型的影响

  【目的】   苹果种植后土壤很少翻动,根系常受土壤紧实胁迫。研究在土壤中掺混稻壳炭提高苹果根系硫同化代谢以及根系构型的效果,为果园土壤管理提供技术参考。   【方法】   以砧木分别为平邑甜茶和八棱海棠的两年生‘红富士’苹果 (Malusdomestica ‘Red Fuji’) 幼树为试材进行盆栽试验。对掺入和没掺入稻壳炭的土壤分别进行镇压 (土壤紧实度值分别为1558和1572 KPa) 和不镇压 (土壤紧实度值分别为923和939 KPa),共4个处理。苹果幼树移栽成活后60天,测定土壤孔隙度、氧气浓度和水溶性硫含量,分析苹果根系硫酸根和硫化氢 (H₂S) 含量及ATP硫酸化酶 (ATPS)、O-乙酰丝氨酸裂解酶 (OASTL) 和L-半胱氨酸脱巯基酶（L-CD）、D-半胱氨酸脱巯基酶 (D-CD) 活性,以及根系活力和形态构型等。   【结果】   镇压处理显著降低了土壤中水溶性硫含量,降低了八棱海棠和平邑甜茶为砧木的苹果幼树根系硫酸根含量,降低了根系ATPS、OASTL和L-CD、D-CD活性以及内源H₂S含量,并显著降低根系活力、根长密度、根系长度、根系体积和根系分形维数,在平邑甜茶为砧木的幼树根系中的降低幅度大于八棱海棠砧木。无论是否镇压土壤,掺入稻壳炭均提高了土壤孔隙度、土壤氧气浓度以及不同形态硫含量,提高了苹果根系硫酸根和内源H₂S含量,根系ATPS、OASTL和L-CD、D-CD活性,根系活力,根系长度,根长密度和根系分形维数,且在紧实土壤中八棱海棠砧木的提升幅度大于在平邑甜茶砧木中,两种砧木的苹果幼树在紧实土壤中的提升幅度均大于在正常土壤中。   【结论】   土壤紧实显著降低土壤水溶性硫含量,抑制苹果根系硫代谢和根系生长,在土壤中掺入稻壳炭可以显著提高紧实土壤中苹果根系硫代谢、根系生长和根系分枝。因此,在苹果移栽时,在土壤中掺入一定比例的稻壳炭可以有效缓解土壤紧实对苹果根系生长和硫代谢的不利影响。     

长期不同施肥对红壤性水稻土磷素及水稻磷营养的影响

【目的】合理的土壤磷素管理对作物生产和环境保护具有重要意义。南方双季稻田土壤磷素特征及磷素吸收信息相对缺乏,本文利用江西省稻田土壤质量演变定位监测试验为平台,系统分析长期不同施肥措施下土壤全磷、磷活化系数及水稻磷素吸收量的变化特征和全磷与磷盈亏的响应关系等,为指导磷肥合理施用提供重要科学依据。【方法】从1984年开始在江西省南昌市进行长期定位试验,设置8个处理,分别为不施肥对照(CK),PK、NP、NK、NPK、70%化肥氮+30%有机肥氮(70F+30M)、50%化肥氮+50%有机肥氮(50F+50M)、30%化肥氮+70%有机肥氮(30F+70M)。早稻施用纯N、P2O5和K2O量分别为150、60和150 kg/hm^2,晚稻分别为180、60和150 kg/hm^2。早、晚稻施用的氮、磷、钾化肥均分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾,有机肥分别为紫云英(N、P2O5、K2O含量分别为0.30%、0.08%、0.23%)和腐熟猪粪(N、P2O5、K2O含量分别为0.45%、0.19%、0.60%)。除30F+70M处理,其余处理均为等氮磷钾设计。于1984-2012年每年早、晚稻收获期采集秸秆和稻谷计产,并于晚稻收获后,测定土壤全磷和有效磷含量。分析土壤全磷、磷活化系数(PAC)及早、晚稻磷素吸收量随种植年限的变化规律,研究土壤全磷含量与磷累积盈亏的响应关系。【结果】经29年连续试验,NK处理土壤全磷含量以每年4.6 mg/kg的速度下降,而含磷化肥处理土壤全磷含量升高速率为3.3~19.4 mg/(kg·a)。有机无机配施处理(70F+30M、50F+50M和30F+70M)升高速率平均为16.1 mg/(kg·a),是施NPK肥处理的4.89倍。施磷土壤全磷含量平均增至1.07 g/kg (2010-2012平均值),较初始值提高了1.18倍。不施磷肥处理土壤磷活化系数(PCA)由试验初始的4.24%下降至2.5%左右,施磷肥处理则均显著升高,其中有机无机配施处理平均升高至8.51%,平均年升高速率是施NPK处理的2.89倍。早、晚稻磷素吸收量,施磷肥(PK、NP和NPK)和化肥配施有机肥处理(70F+30M、50F+50M和30F+70M)均显著高于CK,提高幅度分别为29.9%~124%和28.6%~103%,均衡施肥(NPK、70F+30M、50F+50M和30F+70M)磷素吸收量显著高于不均衡施肥(PK和NP)处理,前者平均分别较后两者提高了38.7%和32.9%。早、晚稻产量与磷素吸收量呈极显著线性正相关关系,每吸收磷(P) 1 kg,早稻和晚稻产量分别可提高115和106 kg/hm^2。不施肥(CK)条件下,土壤全磷变化与累积磷盈亏间无显著相关关系,施NK肥处理土壤中每亏缺磷100 kg/hm^2,土壤全磷含量降低6.0 mg/kg,施化学磷肥的3个处理,土壤中每盈余磷100 kg/hm^2,平均提高9.3 mg/kg,而3个有机–无机配施处理,土壤中每盈余磷100 kg/hm^2,平均增加63.3 mg/kg,是无机磷肥的6.78倍。【结论】无论是单施化学磷肥,还是有机无机配施均有效提高土壤全磷含量及磷活化系数,且在等磷量投入条件下,有机无机配施较单施化肥的效果更优。建议减少中国南部红壤性稻田土壤的总磷输入量和提高有机肥施用比例,以改善粮食生产和保护环境。     

不同有机肥对植烟红壤真菌群落结构及功能的影响

  【目的】  研究植烟土壤中与养分循环相关的真菌群落结构和功能类群对不同有机肥施用的响应，为指导烤烟合理施肥、减缓连作障碍和土传病害提供科学依据。  【方法】  选择烤烟品种‘云烟87’为供试作物，以当地农业废弃物为原料堆制有机肥，设置6个处理:单施化肥 (CK)、鸡粪有机肥 (T1)、芝麻饼肥 (T2)、菜籽饼肥 (T3)、牛粪 (T4)、稻草 (T5)，所有处理氮磷钾总量和比例用化肥调整为一致。随机区组田间试验，每个处理3次重复。采用高通量测序结合FUNGuild分析方法，测定分析烟草不同生长阶段各处理的土壤真菌群落结构、多样性、组成及群落功能。  【结果】  结合UPGMA聚类分析和主坐标分析 (PCoA) 发现，相比T2和T3处理，T5、T4和T1处理在烟草旺长期对土壤真菌群落结构的影响较大；成熟期T2与T3处理对土壤真菌群落结构的影响逐渐增大，且超过T4和T5处理。相比CK，T2、T3及T5处理中腐生营养型真菌比例分别显著提高了262.0%、64.0%和198.0%。其中T5处理土壤中腐生营养型真菌所占比例超过病理营养型真菌，成为其主要优势菌群；T1、T2及T4处理的土壤共生营养型真菌分别显著增加了80.0%、320.0%和85.71%。T1、T2和T4处理分别提高了土壤中植物病原菌Monographella (408.98%)、Microidium (93.63%)、Gibberella (559.22%) 的相对丰度。  【结论】  相比单施化肥处理，有机肥会导致土壤真菌群落结构发生变化，且不同有机肥的影响程度和时期均不同，其主要是增加了土壤腐生营养型真菌的比例，更有利于土壤生态系统的稳定和健康。5种供试有机肥处理中，稻草配施化肥最有利于降低长期烟稻轮作的土传病害风险，提高土壤肥力，鸡粪和菜籽饼次之；芝麻饼和牛粪在提高腐生营养型和共生营养型真菌比例的同时，也会增加烟稻轮作体系中水稻赤霉病及烟草根腐病风险。     

有机无机复混肥施用量对热带水稻土微生物群落和酶活性的影响

  【目的】  研究一次性施用不同量的有机无机复混肥对热带地区水稻产量及土壤微生物群落与酶活性的影响,为该区域水稻高效肥料管理提供科学依据。  【方法】  水稻田间试验连续进行了3季 (2018年早稻–晚稻,2019年早稻)。施肥设5个处理:不施肥对照 (CK),常规化肥分3次施用 (CF),采用一次性基施的等量、减10%和减20%氮磷钾养分投入量的有机无机复混肥处理 (OF、–10%OF和–20%OF)。2019年早稻收获后测产,同时取0—20 cm土壤样品,分析土壤理化性质和酶活性,采用Illumina高通量测序技术测定土壤细菌和真菌群落组成、多样性和结构。  【结果】  OF、–10%OF和 –20%OF处理的水稻产量没有显著差异,均与化肥处理 (CF) 相当。与CF相比,3个有机无机复合肥处理显著提高了土壤pH,对土壤全量氮磷钾没有显著影响;OF处理显著提高了土壤有机质含量;–20%OF处理显著提高了土壤碱解氮 (15.40%)、速效钾含量 (39.75%);OF和–10%OF处理显著提高了土壤有效磷 (49.82%、46.02%) 和速效钾含量 (91.40%和30.44%);有机无机复混肥处理对土壤酶活性没有显著影响。施用有机无机复混肥影响了真菌和细菌的多样性。其中–20%OF处理显著提高了细菌、真菌的Chao1指数和真菌的物种丰富度指数。在群落结构方面,–20%OF处理的土壤变形菌门和酸杆菌门的丰度显著高于CF处理,分别提高6.64%和8.37%,厚壁菌门丰度较CK显著降低了72.67%;–20%OF处理较CF处理显著增加土壤接合菌门丰度 (77.40%),而–10%OF土壤真菌球囊菌门较CK处理降低了117.38%。相关性分析表明,土壤细菌多样性与土壤速效磷呈正相关,真菌多样性与土壤碱解氮呈正相关。冗余分析表明,细菌群落的主要驱动因子为酸性磷酸酶、速效钾、有效磷和碱解氮,而碱解氮、全钾、有效磷和脲酶是土壤真菌群落的主要限制因子。  【结论】  施用有机无机复混肥能显著改善南方红壤水稻土速效养分含量和pH,减少10%～20%的常规养分投入量,对水稻产量没有明显影响,但是比施用化肥明显提高了土壤中有效磷、钾含量,同时提高了土壤细菌和真菌群落的数量和多样性。     

养分专家系统推荐施肥提高梨果产量及品质

  【目的】   养分专家系统推荐施肥方法是基于产量反应和农学效率的推荐施肥方法,简便易行。我们应用该方法进行了梨树的优化推荐施肥,并通过田间试验验证了该方法的可行性。   【方法】   在河北省保定市伍仁桥镇开展了3年 (2017—2019年) 田间实验,供试黄冠梨 (Pyrus bretschneideri Rehd. var. Huangguan) 采用养分专家推荐施肥 (Nutrient Expert,NE)、农户习惯施肥 (farmers’ practice,FP) 和当地农技部门测土配方推荐施肥 (soil test,ST) 3种施肥技术,研究黄冠梨叶片和果实氮磷钾养分含量、果实产量、主要品质指标、肥料农学效率、偏生产力及经济收益的变化。   【结果】   供试黄冠梨3年平均氮、磷和钾施肥量NE施肥处理与FP施肥处理相比分别降低35.96%、28.8%和57.92%。与FP施肥处理相比,NE施肥处理下叶片中的氮、磷含量3年平均分别增加了8%、26%,果实中的氮、磷、钾含量3年平均分别增加了26%、68%和18%。NE施肥处理梨果3年平均最高产量和产值分别为45.80 t/hm2和18.61万元/hm2,NE施肥处理的果实产量3年比FP与ST施肥处理分别增加了15.56%～26.91%和10.24%～15.23%;NE施肥处理3年经济效益比FP与ST施肥处理分别增加了17%～29%和11%～16%。与FP施肥处理相比,NE施肥处理3年果实中的平均可溶性糖含量和固酸比分别显著提高了27%和10%;与ST施肥处理相比,NE施肥处理下可溶性糖含量显著提高了21%。而其它果实品质如可滴定酸、可溶性固形物在3个施肥处理之间没有显著差异。同时,与FP施肥处理相比,虽然NE处理施肥量有所降低,而氮、磷、钾肥的3年平均农学效率和偏生产力分别提高了13.76、19.95、24.07 kg/kg和36.52、42.21、76.81 kg/kg。   【结论】   基于产量反应和农学效率的养分专家推荐施肥能够显著提高梨果产量、品质、肥料利用率及经济效益,证明该优化施肥方案适用于河北省梨树生产。但是在推荐方案中能否以部分有机肥替代无机肥,以及是否能长期维持土壤养分平衡等问题还需要进一步探究。     

长期氮肥减量深施对双季稻产量和土壤肥力的影响

  【目的】  合理减少氮肥用量是解决我国当前稻田生态系统氮素损失量大、氮肥利用率低等问题的重要途径。然而，长期减少氮肥投入能否维持水稻产量和稻田土壤肥力还不清楚。以我国南方典型红壤双季稻田为研究对象，系统分析连续7年化肥深施结合不同氮肥用量措施下双季稻产量、氮肥偏生产力、根际土壤速效养分含量和土壤肥力的差异特征，探讨长期氮肥减量的可行性，为制定适宜的双季稻田氮肥管理措施提供科学依据。  【方法】  于2012年，在中国科学院桃源农业生态试验站开始设置氮肥减量深施长期定位试验，以常规施氮 (CF，早、晚稻施氮量均为N 150 kg/hm2，基追肥均为表层撒施) 为对照，基于化肥深施，设置3个氮肥水平 (N1，减氮30%；N2，减氮23%；N3，减氮16%)。每年早、晚稻收获计产，并于2018年早、晚稻分蘖期、拔节期和成熟期采集水稻根际土壤，测定土壤无机氮、有效磷和速效钾含量，同时测定晚稻成熟期根际土壤pH、有机碳和全量养分含量，研究长期氮肥减量深施对双季稻产量和稻田土壤肥力的影响。  【结果】  与CF处理相比，深施条件下，减氮16%～30%处理早、晚稻分蘖期根际土壤无机氮和速效钾含量无显著变化，但减氮23%和30%处理早稻分蘖期根际土壤有效磷含量显著降低；拔节期和成熟期根际土壤NH₄+-N和NO₃–-N含量分别提高了4.26%～109.00%和2.56%～65.50%，有效磷和速效钾含量分别提高了3.10%～32.60%和5.94%～42.40%，保证了双季稻生育中后期氮磷钾养分的稳定供应。在化肥深施基础上，连续7年减少16%～30%氮肥用量提高了氮肥偏生产力，早晚稻增产4.37%～32.70%，并维持土壤有机质和全量养分含量的稳定。  【结论】  结合化肥深施，在常规氮肥用量(150 kg/hm2)基础上减少30%氮肥投入，双季稻根际土壤速效养分含量不会降低，甚至高于撒施。因此，长期减施氮肥结合深施可以维持双季稻的产量和稻田土壤肥力的稳定，显著提高氮肥偏生产力。