土壤氮激发效应及其微生物机理研究进展

土壤氮激发效应是土壤养分释放、植物养分吸收过程中的关键机制。对土壤氮素激发的深入了解,不仅有助于农业生产上更加合理制定氮肥运筹,从而提高氮肥的利用率,也有利于评估和控制环境污染并提供有效的治污方法。本文在介绍土壤氮素激发效应概念和机制的基础上,评估目前土壤氮素激发效应的主流测定方法及其在实际应用中的优劣,重点阐述了外源添加物(无机氮肥、有机物料和根系分泌物)对土壤氮素激发效应的作用效果及其微生物机理。土壤氮激发模式中,外源添加物对土壤C/N比的影响可能是土壤氮激发效应作用的关键。当系统中有效C冗余时,施用无机氮肥,促进土壤有机氮的分解,从而表现正的激发效应;反之,有效C不足但有效N富集时,则表现为固氮微生物活性相对增强,从而出现负的激发效应。微生物是激发效应的推动者。本文通过共代谢理论、微生物热区理论和微生物能量与物质转化理论三个理论假说解析了微生物在土壤氮激发过程中可能的作用机制,从而深化对激发效应的认识,为进一步明确土壤激发效应的微生物机制、因素之间的互作效应及通过激发效应为提高氮肥利用效率提供有效途径。     

晚播条件下施氮量对稻茬小麦氮素吸收及产量的影响

为给安徽省江淮稻麦轮作区域晚播稻茬小麦高产栽培的氮肥合理施用提供依据,选用当地主栽品种扬麦18和皖垦麦076为试验材料,设置5个施氮水平(0、90、180、270和360 kg·hm~(-2)),分析施氮量对晚播小麦氮素积累与分配、糖氮比、氮素同化酶活性及产量的影响。结果表明,增施氮肥能显著提高小麦各器官的氮积累量以及营养器官花前贮存氮素转运量、转运效率和转运氮素对籽粒氮素的贡献率,氮素收获指数随着施氮量的增加而降低。随施氮量的增加,小麦各生育时期不同器官的糖氮比值显著降低。小麦的氮素分配比例在生育前期以叶片最高,成熟期籽粒中氮素分配比例显著高于其余部位,而小麦的可溶性糖分配比例在生育前期以茎鞘最高,成熟期籽粒较高。在0～270 kg·hm~(-2)施氮量范围内,增施氮肥后,两个小麦品种的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性均显著提高,穗数、穗粒数和籽粒产量均明显增加。继续增加施氮量至360kg·hm~(-2)时,氮素同化酶活性和产量无显著变化,说明施氮过多对小麦氮素同化和产量无益。土壤氮贡献率、氮肥农学利用效率和氮素偏生产力均随施氮量增加而降低。推荐江淮区域稻茬小麦晚播条件下适宜施氮量为180～270kg·hm~(-2)偏下限,可兼顾高产及氮素高效吸收和利用。     

玉米免耕留膜可减少后茬轮作春小麦水氮用量

【目的】河西绿洲灌区玉米普遍采用地膜覆盖措施,其收获后地膜的完整率仍高达70%。研究后茬小麦继续利用该地膜条件下相适应的水氮耦合管理,以期最大化发挥农资的效益,提高小麦产量和氮肥利用率。【方法】2016—2017年度,在甘肃河西绿洲灌区玉米–小麦轮作田进行三因素裂区田间试验。选择头茬玉米进行免耕 (NT) 和传统耕作 (CT) 的田块,在后茬小麦播种时,保留免耕玉米的覆盖地膜,免耕进行小麦播种,而在传统耕作玉米地块,清理残膜,粉碎后翻入土壤中。在两种耕作处理方式下,设传统灌水减量20% (1920 m3/hm2,I1) 和传统灌水量2400 m3/hm2 (I2) 两个灌溉处理,传统施氮减量40% (135 kg/hm2,N1)、传统施氮减量20% (180 kg/hm2,N2) 与传统施氮225 kg/hm2 (N3) 三个施氮水平,组成12个处理。从春小麦出苗20 d后,每15 d采集植株样,测定各器官含氮量,计算营养器官的氮素转运量、转运率、营养器官氮素转运对籽粒贡献率及氮素收获指数。【结果】与传统耕作相比,免耕留膜各处理显著提高了春小麦地上部氮素累积量,两年提高10.9%～14.2%。灌水减量20%+施氮减量20%处理提高了春小麦地上部氮素累积量,较传统耕作、灌水与施氮处理提高4.3%～6.1%。免耕较传统耕作提高了春小麦叶、茎营养器官氮素向穗部的转运量、转运率及对籽粒的贡献率,以免耕同步集成减量20%灌水+减量20%施氮 (NTI1N2) 处理提高幅度较大,较灌水减量20%+施氮减量40% (CTI1N3) 处理叶、茎氮素向穗部的转运量分别提高31.9%～45.7%与54.5%～61.5%,转运率分别提高15.5%～16.3%与20.8%～23.1%,对籽粒的贡献率分别提高13.3%～29.0%与26.4%～36.7%。NTI1N2处理可获得较高籽粒产量与氮素收获指数,较CTI2N3处理分别提高15.2%～22.0%与7.6%～10.0%。【结论】在玉米–小麦轮作体系下,前茬免耕玉米覆盖的地膜对后茬小麦生长依然有显著效果。而且,此时减少20%的常规灌水量和常规施氮量,可以获得更高的产量和氮肥利用率。因此,在河西绿洲灌区小麦–玉米轮作体系中,应推广玉米收获后采用免耕,并在后茬小麦继续使用覆盖的地膜,同时减少20%的灌水量和氮肥施用量。     

减施磷肥提高设施番茄氮磷钾生理效率并减少土壤速效磷累积

【目的】设施蔬菜生产中过量施肥现象普遍存在,本研究针对设施番茄磷肥过量施用问题,定位研究减施磷肥对番茄产量、干物质量、养分吸收、分配及土壤速效磷状况的影响,旨在为设施栽培磷肥减量提供科学依据。【方法】以习惯施肥为对照 (CK),2015年设磷肥减量50% (P1)、磷肥减量70% (P2) 2个减磷处理,2016年增设不施磷 (P0) 处理,共3个减磷处理。2016年在膨果期、盛果期采集植株样品,测定根、茎、叶、果干重,及各器官氮、磷、钾养分含量;在定植前、盛果期和拉秧期采集0—60 cm土层土壤样品,测定土壤速效磷含量。【结果】在基础速效磷含量较高 (约220 mg/kg) 的土壤,连续两年减磷70%或一年不施磷肥不影响番茄产量,2015年和2016年番茄产量分别为53.9～55.1 t/hm2和50.2～52.7 t/hm2。各减磷施肥处理与CK相比,均显著提高盛果期果实干物质量和N、P、K养分分配率,降低叶片干物质量、干物质分配率和N、P、K养分分配率。膨果期番茄植株62.8%～65.7%干物质分配于叶片,植株氮、磷、钾携出量分别为83.2～89.9 kg/hm2、10.3～11.1 kg/hm2、75.0～85.9 kg/hm2,此时番茄叶片和茎杆是养分的主要累积部位,茎叶氮、磷、钾分配率之和分别为84.4%～86.4%、79.4%～83.4%、76.9%～82.3%,番茄氮、磷、钾吸收比例为1∶0.12∶0.84～0.96。盛果期43.0%～44.6%和37.0%～44.6%的干物质分配于果实和叶片,此时番茄果实和叶片为养分主要累积部位,果实和叶片氮、磷、钾分配率之和分别为84.6%～86.7%、78.5%～82.7%、81.4%～83.9%,植株氮、磷、钾携出量分别为197～226 kg/hm2、33～37 kg/hm2、200～247 kg/hm2。CK处理番茄叶片、果实全钾含量及钾吸收量显著高于减磷处理,可见减施磷肥可降低番茄对钾素的奢侈吸收。经过两年的减磷处理,表层土壤速效磷累积量显著降低,但各处理土壤剖面出现磷素向下迁移,膨果期0—20 cm土层土壤速效磷含量较种植前减少27.0～60.9 mg/kg,20—60 cm土壤速效磷增量在11.8～50.1 mg/kg,减磷处理显著降低20—60 cm土壤速效磷增加量。【结论】在基础磷素含量较高的土壤上,较农民习惯施磷连续两年减少70%的磷肥用量没有影响番茄产量,降低番茄对钾素的奢侈吸收,减缓土壤速效磷累积。两年连续减施磷肥的土壤速效磷含量仍处于较高水平,可见该研究区域设施蔬菜生产减磷潜力仍较大。     

滇中亚高山典型森林林下植被碳氮储量及其分配格局

通过标准地调查和生物量实测相结合的方法,对滇中亚高山5种典型森林华山松(HSS)、云南松(YNS)、滇油杉(DYS)、高山栎(GSL)和常绿阔叶林(CL)林下植被(灌木层、草本层和凋落物层)各组分生物量、碳氮储量及其分配格局进行了研究。结果表明:(1)在5种森林群落中,林下灌木、草本和凋落物生物量变幅为1.47～11.19t/hm2,0.01～0.63t/hm2,7.85～46.73t/hm2。(2)灌木层的碳氮储量变幅在0.77～5.94tC/hm2,10.97～92.84kgN/hm2,碳氮储量的主要营养器官分别为茎和叶;草本层为0.01～0.29tC/hm2,0.07～5.35kgN/hm2,均呈现出地上部分>地下部分;凋落物为2.15～13.03tC/hm2,42.07～320.58kgN/hm2,碳氮储量随分解程度加深各有不同。(3)5种林分林下灌草及凋落物碳储量大小顺序为:CL>YNS>DYS>HSS>GSL;氮储量为:CL>YNS>DYS>GSL>HSS。综上,常绿阔叶林和云南松林下灌草和凋落物具有较高的碳氮贮能力,滇油杉的碳氮贮潜力较大,应提高林分质量增加林分密度,加大保护管理力度,制定科学可行的森林管理措施,为林下植被与上层林木的协同发展以及今后研究林下植被对于全球气候变化的响应提供理论支撑。     

马尾松幼苗光合产物的运输与分配特征

【目的】解析光合产物在马尾松幼苗植株中的运输和分配规律,揭示马尾松生产力形成过程,为探讨不同环境干扰下马尾松光合产物分配过程的变化提供参考依据。【方法】采用 13 C同位素脉冲标记法,对1.5年生马尾松幼苗进行标记,标记结束后第0、2、5、17、24、72、120、168、216和 360 h ,按不同部位对马尾松幼苗进行全收获取样,测定 13 C含量,以监测近期合成的光合产物在马尾松幼苗中的运输和分配规律,同时测定光合产物全碳、非结构性碳水化合物(NSC)在各个器官的积累量。【结果】1)标记的光合产物在针叶中合成后,向各库器官的运输量随着时间延长由多逐渐减少,具体表现为标记结束后0~24 h内最多,24~216 h逐渐减少,216 h之后运输完成,且59%以上标记的光合产物在0~24 h内运输到各库器官。2)光合产物运输趋于稳定后,在各器官的分配大小依次为1年生叶>当年生叶>根>茎干>1年生枝>当年生枝,与生物量的分配大小一致,但与库活力大小不同,其库活力依次为当年生叶>当年生枝>1年生叶>根>1年生枝>茎干。3)各器官全碳和NSC积累量的分配与近期合成光合产物的分配大小一致,依次为1年生叶>当年生叶>根>茎干>1年生枝>当年生枝。【结论】马尾松幼苗光合产物运输速率大于0.1 m ·h -1 ,59%以上标记的光合产物在合成后的0~ 24 h 内完成向各个库器官输出。新合成的光合产物在各器官中的积累量表现为功能器官(叶和根)居多,这一分配规律有利于马尾松幼苗阶段的生长。     

模拟粉尘覆盖对瓜叶菊叶片光合特性的影响

【目的】探究瓜叶菊(Pericallis hybrid)叶片对模拟粉尘覆盖的光合响应特征及瓜叶菊对粉尘的耐受机制。【方法】以观赏植物瓜叶菊为研究对象,以不同浓度可溶性淀粉溶液喷洒模拟粉尘沉降,测定瓜叶菊叶片光合生理参数及光合氮分配等指标。【结果】①随着模拟粉尘浓度的增加,瓜叶菊叶片最大净光合速率(P_(max))、光合色素含量、最大电子传递速率(J_(max))呈现下降趋势,但差异不显著(P0.05),表明瓜叶菊具有一定的抗粉尘覆盖能力;②粉尘覆盖使瓜叶菊叶片的比叶面积(SLA)升高,单位面积氮含量(N_A)显著降低(P0.05),单位质量氮含量(N_M)降低;③随着模拟粉尘浓度增加,瓜叶菊叶氮在光合机制的分配系数(P_T)、捕光成分中的分配系数(P_L)、生物力能学的分配系数(P_B)、羧化系统的分配系数(P_C)显著上升(P0.05)。【结论】瓜叶菊通过改变光合氮分配格局维持光合作用,是其适应粉尘覆盖的重要机制。     

等高反坡阶对滇中云南松林乔木层碳储量及碳增量分配格局的影响

通过标准地调查和生物量实测相结合的方法,对布设等高反坡阶后滇中云南松林乔木层碳含量、生物量、碳储量及分配特征进行了估算,并分析了8年后各器官碳增量及分配格局特征。结果表明:布设等高反坡阶后云南松各器官碳含量变幅为41.01%～47.35%,平均碳含量高低排列依次为干叶枝皮粗根中根细根。10～15龄的云南松林在布设等高反坡阶后地上部分总生物量比对照高32.75%,等高反坡阶显著提高了10～15龄和15～30龄地下部分生物量(30.73%和35.71%),总生物量随着龄组的增加而显著增加。等高反坡阶显著提高了10～15龄云南松林地上部分碳储量(32.79%)和15～30龄地下部分碳储量(35.60%);布设等高反坡阶8年后显著增加了10～15龄、15～30龄地上部分碳增量(53.33%和20.45%)和地下部分碳增量(53.70%和73.43%)。综上,人工造林时应对等高反坡阶予以高度关注,适度发展等高反坡阶措施,在等高反坡阶基础上因地制宜地进行人工造林,增加山地造林面积和植被碳储量,从而保护当地生态环境。     

绥宁县生态示范区农业生态系统能值分析

本文应用能值理论与方法,分析了2004年绥宁县生态示范区农业生态系统环境基础和经济特征.结果表明:绥宁县农业生态系统不可更新资源能值投入和化肥农药的投入能值分别占总能值投入的99.974%、99.816%,能值产出中,畜牧养殖业的能值产出占总能值产出的88.22%,该县的农业生态系统是以养殖业为主.绥宁县农业生态系统2004年总能值投入为8.339×1023 sej·a-1,总能值产出为1.989×1021 sej·a-1,能值可持续指标值为0.108,属高消费驱动型的生态系统.绥宁县农业生态系统应采取措施减少农业生态环境的压力,优化资源利用结构,增加农业生态经济系统的产出能力,提高农业生态系统生产力,以推动该县生态示范区实现可持续发展.     

不同筋型小麦干物质和氮素积累对追施氮量的响应

[目的]研究不同筋型小麦干物质和氮素积累对追施氮量的响应,揭示其干物质积累特征,为资源高效利用提供科学参考.[方法]田间试验于2016—2017年在中国农业科学院作物科学研究所北京试验基地进行,供试品种为强筋小麦'藁优2018'和'师栾02-1',中筋小麦'中麦8号'和'中麦175',弱筋小麦'扬麦22'和'扬麦15'...