连续施用生物炭对花生不同生育时期叶绿素荧光特性的影响

【目的】通过测定花生不同生育时期功能叶片的叶绿素荧光特性,探讨连续9年施用不同用量生物炭对花生叶片光系统Ⅱ的电子传递、光能吸收和氧化还原性能影响规律,同时观测叶片放氧复合体（OEC）受损程度变化趋势,为指导花生施肥提供理论支撑。【方法】于2011年建立的田间定位试验,设3个处理：CK（不施肥）;C15（生物炭225 kg·hm^-2）;C50（生物炭750 kg·hm^-2）。2019年分别采集不同生育时期花生功能叶,利用M-PEA-2仪器测定暗处理后的叶片光合指标。 【结果】通过分析不同生育时期花生功能叶叶绿素荧光参数发现,连续施用不同用量生物炭对快速叶绿素荧光动力学曲线（OJIP曲线）有显著影响。C15处理的K点的相对可变荧光强度差（ΔV_T）在花生苗期和开花下针期分别为-0.002和-0.020,在结荚期和成熟期分别为-0.024和-0.053,与CK处理相比花生各生育时期功能叶K点的相对可变荧光强度显著降低;随着生物炭用量的增加,开花下针期与成熟期K点降低幅度有不同程度增大。花生功能叶叶绿素荧光参数在开花下针期和成熟期对生物炭的连续施用有积极响应,其具体表现为：在开花下针期,与CK处理相比C15处理的J点相对可变荧光强度（V_J）降低23.9%,初级醌受体（Q_A）被还原速率（M_O）降低32.1%,捕获的激电子将电子传递到电子传递链中Q_A下游的其他电子受体的速率（Ψ_O）增加25.0%,以吸收光能为基础的光化学性能指数（PI_ABS）增加154.6%。缓解了花生功能叶片的放氧复合体（OEC）受损程度,提高电子由初级醌受体（Q_A）向电子传递链下游的其他电子受体传递的能力,随着生物炭用量的增加,效果越明显。在成熟期,施用不同量生物炭对花生叶片叶绿素荧光特性指标的影响与开花下针期基本一致,具体表现为：C15处理较CK处理J点相对可变荧光强度（V_J）和初级醌受体（Q_A）被还原速率（M_O）显著降低,分别减少12.5%和16.0%,捕获的激电子将电子传递到电子传递链中Q_A下游的其他电子受体的速率（Ψ_O）增加7.8%,以吸收光能为基础的光化学性能指数（PI_ABS）增加73.7%;C50处理与CK处理相比J点相对可变荧光强度（V_J）减少13.2%,初级醌受体（Q_A）被还原速率（M_O）减少19.4%,捕获的激电子将电子传递到电子传递链中Q_A游的其他电子受体的速率（Ψ_O）增加8.2%,以吸收光能为基础的光化学性能指数（PI_ABS）增加79.7%。【结论】连续施用生物炭能显著提高花生功能叶片在开花下针期和成熟期光系统Ⅱ电子传递效率,缓解OEC损伤程度,从而提高花生功能叶的光合性能。     

30年轮作施肥对棕壤磷库时间变异特征的影响

采用Hedley修正体系分级法对轮作30年的长期定位土壤进行测定,结果表明,不同施肥条件下各形态磷的基本表现为:有机肥区>化肥区>CK,而有机肥和化肥配施能明显增加土壤中各形态磷的含量,从而有效的扩大了土壤磷库。从30年轮作的动态变化来看,CK和单施氮肥处理的NaHCO3-P和NaOH-P含量的变化幅度不大;施磷化肥区NaHCO3-P和NaOH-P的含量随着种植年限的增加而缓慢的上升;有机肥区的NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量不断增加,而NaHCO3-Po和NaOH-Po的含量呈先升高再降低再显著升高的动态变化趋势。棕壤中无机磷主要以NaOH-Pi和HCl-Pi的形态存在,有机磷主要以NaOH-Po的形态存在;不同施肥对NaHCO3-Pi和Res-P所占总浸提磷比例影响较大,施入磷肥和有机肥能提高土壤中NaH-CO3-P的比例;有机肥能促进Res-P的转化并减少Res-P的固定,从而降低了Res-P在土壤中的比例。     

氮肥水平对玉米灌浆期穗位叶光合功能的影响

本文在棕壤长期定位实验的基础上,测定了不同水平氮肥处理下灌浆期玉米（郑单958）穗位叶气体交换和叶绿素荧光等光合参数以及SPAD值。结果表明, 施用氮肥可以引起荧光诱导曲线（OJIP曲线）显著变化,其中K、 J 和 I 点的荧光强度值明显降低;施用氮肥显著提高捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA下游的其他电子受体的概率（o）和以吸收光能为基础的性能指数（PIABS）,显著降低K点的可变荧光Fk占振幅Fo-Fj 的比例（Wk）和J点的可变荧光Fj占振幅Fo-Fp 的比例（Vj）,说明PSⅡ反应中心电子传递链综合性能以及供体侧和受体侧的电子传递能力均明显提高,并且可以看出受体侧性能的改善大于供体侧;随着施氮量的增加,PSⅠ的最大氧化还原活性I/Io呈先升后降的趋势变化,说明适量施氮可以增强P700的最大氧化还原能力,并可以显著提高叶片PSⅠ与PSⅡ两个光系统之间的协调性Ф（PSⅠ/PSⅡ）。     

长期不同培肥措施下玉米产量稳定性及棕壤氮素累积分布特征

  【目的】  研究长期不同培肥措施下玉米产量的稳定性、可持续性和土壤矿质氮累积分布、微生物量氮含量特征,为制定合理的施肥措施和保证东北棕壤地区农业的可持续绿色发展提供理论依据。  【方法】  棕壤肥料长期定位试验始于1979年。选取其中的12个处理:不施肥对照(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量有机肥(M1)及其与化肥配施(M1N、M1NP和M1NPK)、高量有机肥(M2)及其与化肥配施(M2N、M2NP和M2NPK),分析长期施肥下玉米产量的变化,并于2018年在玉米收获期采集植株和土壤样品,阐明玉米地上部吸氮量变化,0—100 cm土层土壤矿质氮分布、累积及微生物量氮含量的差异。  【结果】  长期不同施肥下玉米产量呈波动变化,且在1979—1998年内玉米产量变化趋势较平稳,1999—2018年内变幅较大。M1NPK、M2NPK处理玉米平均产量最高,在试验前20年较NPK处理分别提高了10.3%、11.7%,后20年分别提高了17.1%、19.4%。随着试验年限增加,玉米产量的稳定性和可持续性增加,有机肥配施化肥各处理高于单施化肥处理,在试验前20年和后20年玉米产量的可持续性指数(SYI)介于0.43～0.58和0.50～0.67,低量有机肥配施处理高于高量有机肥配施处理。配施有机肥各处理肥料贡献率高于单施化肥处理,且试验后20年M1NPK处理肥料贡献率最高,达54%。施肥40年后(2018年)玉米地上部吸氮量以M1NPK处理最高(302 kg/hm2),与M2NPK处理差异不显著。配施低量有机肥玉米收获期80—100 cm土层土壤矿质氮含量较低,M1NPK处理 0—100 cm土层土壤矿质氮贮量为127 kg/hm2,显著低于M1N和M1NP处理。而高量有机肥配施各处理0—100 cm土层土壤矿质氮贮量较化肥试区和低量有机肥试区分别增加了324.5%和172.9%,增加了氮素损失风险。此外,长期配施有机肥处理0—40 cm土层土壤微生物量氮含量增加,但低量和高量有机肥试区各处理间差异不显著。  【结论】  长期不同培肥措施会影响玉米产量的稳定性和可持续性,改变土壤氮素分布和累积,进而影响玉米氮素吸收。低量有机肥(13.5 t/hm2)配施氮磷钾化肥可促进玉米生长和氮素吸收,降低0—100 cm土层土壤矿质氮贮量,降低氮素损失风险,增加微生物量氮含量,较高的微生物量氮又可作为有机氮库来增加土壤供氮并固持易损失的矿质氮和肥料氮,以保证玉米的高产稳产和环境友好。     

长期定位施肥对土壤铁、锰形态及剖面分布的影响

本文采用改进的BCR连续提取法,对沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验地31年不同施肥处理土壤铁和锰含量变化及其剖面变异规律进行研究。结果表明:与试验前相比,耕层土壤两种元素水溶态和弱酸溶态含量都有所增加,而可还原态和残渣态含量则有不同程度的减少;铁和锰都以残渣态和可还原态为主。在空间分布上,两种元素弱酸溶态和可氧化态含量随土层的加深而减少,残渣态则相反。研究表明,有机肥能在一定程度上改变铁和锰在各形态间的分配,并且有机肥能活化残渣态铁和锰。     

长期施肥对棕壤矿物吸附点位钾有效性及其剖面分布的影响

运用连续提取法结合常规方法,研究玉米玉米大豆轮作条件下,经过31年不同施肥后棕壤矿物吸附的p位钾、 e位钾和i位钾的有效性及其剖面分布情况。结果表明: 耕层土壤各位点钾含量及占全钾比例均表现为i位＞e位＞p位; 长期单施化学钾肥或不施钾各位点钾含量降低,有机肥配施化肥可以维持土壤中各位点钾含量。相关分析表明,交换性钾与p位和e位钾相关性显著,相关系数分别为0.926*和0.886*; 植株地上部吸钾量与p和e位钾呈显著正相关关系,与i位钾呈极显著正相关关系（r=0.963**）; 不同位点间钾含量呈极显著正相关关系。在剖面分布中,p、 e和i位钾含量均表现为020 cm＞2040 cm。     

应用“3414”肥料试验模型求解春玉米施肥参数的研究

利用现代肥料二次回归"3414"设计,对春玉米施肥参数进行了研究。结果表明:通过三元二次肥料效应函数获得的最高产量在各类型函数中最低,投入的肥料价值也最低,获得的产投比较高;通过一元二次肥料效应函数获得的最高产量最高,其中K处理一元二次肥料效应方程获得的最高产量和产投比最高。各类型函数所获得的最佳经济产量表现为:一元函数>二元函数>三元函数,但三元二次肥料效应函数所获得的产投比远远高于其他函数,可用于推荐施肥。通过三元二次肥料效应函数获得的春玉米推荐施肥指标为:N162.8kg/hm2,P2O5112.7kg/hm2,K2O149.7kg/hm2,需要投入的肥料成本为1776元/hm2,可获得最佳经济产量13241kg/hm2,产投比高达7.45。     

施用炭基肥及生物炭对棕壤有机碳组分的影响

【目的】作为土壤肥力的重要指标,土壤有机碳及其组分在耕地生产力和作物产量方面发挥着重要作用。论文以4年定位施肥试验为依托,分析连续施用炭基肥及生物炭对土壤有机碳含量及其组分的影响,为调控农田土壤肥力及棕壤有机碳库的管理提供科学依据。【方法】田间试验始于2011年,设置5个处理：不施肥（CK）、低量生物炭（C15）、高量生物炭（C50）、氮磷钾配施（NPK）、炭基肥（BBF）。其中C15与BBF是等碳量处理,NPK与BBF是等氮磷钾养分处理。于第4年花生收获后（2014年秋季）采集各处理耕层（0-20 cm）土壤样本,测定土壤有机碳总量、各组分含量及花生产量。【结果】施用炭基肥和生物炭均可以显著增加耕层土壤总有机碳含量,比试验起始年土壤（简称起始土）分别提高10%、8%;而在相同碳素（C15和BBF）或氮磷钾养分投入（NPK和BBF）条件下,施用炭基肥提升土壤总有机碳含量的效果最好,提升幅度为2%-15%。施入炭基肥及生物炭显著提高了游离态颗粒有机碳和闭蓄态颗粒有机碳含量;在等碳量投入条件下,炭基肥处理的提升幅度分别为43%、17%;等氮磷钾养分投入条件下,炭基肥处理的提升幅度更大,分别为40%、43%。无论施入炭基肥或生物炭,对于矿物结合态有机碳含量影响均不大,但都比起始土略高。土壤可溶性有机碳含量变化规律与总有机碳相似,即施入炭基肥或生物炭均提高了其含量,但等碳量投入条件下无显著差异。各施肥处理花生产量在199.4-232.9 kg/667m²,均显著高于不施肥处理,其中施用炭基肥产量最大,比等碳量处理（C15）高17%,比等养分处理（NPK）高10%,且差异显著。【结论】连续多年施用炭基肥或生物炭均能明显提高土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳含量;提升效果显著优于投入等量碳素或等量氮磷钾养分。连续多年施肥可以提高土壤中水溶性有机碳含量,但炭基肥与生物炭、氮磷钾配施处理间无明显差异。无论施用炭基肥还是生物炭对土壤矿物结合态有机碳含量影响不大。连续施用炭基肥对花生产量的提升效果最好,显著高于等氮磷钾养分和等碳量处理。     

长期施肥对棕壤铁形态及其有效性的影响

【目的】利用沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对耕层土壤酸碱度（pH）、氧化还原电位（Eh）和有机质的影响,探讨不同施肥条件下土壤游离态氧化铁、无定形氧化铁、亚铁总量和有效铁含量的变化以及与pH、Eh和有机质的关系。 【方法】本文选取试验处理为CK（不施肥）、N（氮肥）、NP（氮磷肥配施）、NPK（氮磷钾肥配施）、M（有机肥）、MN（有机肥与氮肥配施）、MNP（有机肥与氮磷肥配施）、MNPK（有机肥与氮磷钾肥配施）。在2014年大豆收获期,采集了不同施肥处理0-20 cm耕层土壤样品,分析了土壤pH、Eh、有机质含量以及游离态氧化铁、无定形氧化铁、亚铁和有效铁含量。 【结果】与1979年原始土壤相比,所有处理土壤pH显著降低了0.6~1.4个单位。不施肥处理土壤有机质下降了11.5%,化肥处理有机质略有下降,而有机肥处理有机质含量显著增加。所有处理有效铁含量显著增加,化肥有机肥配施增加幅度更大;与2014年不施肥处理相比,施用氮肥处理土壤pH最低,而氮肥配施磷、钾和有机肥中的一种或几种pH又有所上升,其中配施有机肥效果最明显;施用化肥处理土壤Eh增加,而施用有机肥处理Eh则下降。施用化肥土壤游离态氧化铁和有效铁含量增加,亚铁含量下降,而施用有机肥土壤游离态氧化铁降低,亚铁总量及有效铁含量增加。 【结论】经过长期耕作和施肥,土壤pH显著下降,有效铁含量显著增加。长期不施肥土壤有机质显著下降。施用氮肥土壤酸化趋势明显,磷、钾和有机肥配施能够缓解氮肥引起的酸化现象。施用有机肥显著降低土壤氧化还原电位,有利于氧化态铁向还原态铁转化,更有利于增加土壤有效性铁的含量。     

施用炭基缓释肥对花生光合功能的影响

【目的】 本研究旨在通过田间定位试验,开展不同用量生物炭及炭基缓释肥对花生关键生育时期功能叶荧光动力学影响研究,探明不同条件下叶片光系统变化规律,以期为新型肥料增产机理及研制开发提供理论依据。 【方法】 定位试验始于 2011 年,试验设 5 个处理:不施肥 (CK)、单施生物炭 (C15 和 C50)、氮磷钾配施 (NPK)、炭基缓释肥 (TJHS)。C15 和 TJHS 为等碳量,NPK 和 TJHS 为等氮磷钾养分。于 2013 年花生开花下针期采集功能叶片,利用 MPEA-2 型植物效率仪进行荧光动力学曲线、光系统Ⅰ和光系统Ⅱ性能测定。 【结果】 施用炭基缓释肥引起花生叶片 OJIP 曲线中K、J 和 I 点的荧光强度降低,其中 J 点降幅最大。炭基缓释肥对提高花生功能叶电子由 Q_A 传递到 Q_B 概率的效果要好于等碳量处理,ψ_o 值增加了 6.56%;与等养分处理效果相当。炭基缓释肥对提高花生功能叶以吸收光能为基础的性能指数的效果好于等碳量或等养分处理,PI_ABS 值分别提高了 12.27%、17.62%。炭基缓释肥对降低功能叶叶绿素可变荧光 F_j 占 F_o-F_p 振幅比例 (Vj) 效果要好于等碳量或等养分处理,Vj 值分别降低了 10.26%、5.41%。炭基缓释肥对降低功能叶叶绿素可变荧光 F_k 占 F_o-F_p 振幅比例 (W_k) 效果与等碳量投入或等养分投入条件下无明显差异。施用炭基缓释肥对花生叶片光合系统Ⅰ(PSⅠ) 指标也具有明显影响,花生功能叶片 820 nm 相对吸收值 (I_t) 呈“V”型变化,且 ΔI_t 值变化较为平稳,处于逐步上升趋势;炭基缓释肥对花生功能叶的最大氧化还原活性作用要好于氮磷钾配施,ΔI/I_o 提升了 4.30%。 【结论】 施用炭基缓释肥可以引起花生营养生长阶段叶片荧光诱导曲线显著变化,具有提高叶片光合性能作用,尤其在电子传递和光能吸收方面优于生物炭或氮、磷、钾配施。