水氮耦合对大豆生长发育的影响Ⅰ.水氮耦合对大豆产量和品质的影响

连续两年在盆栽试验条件下,分别在大豆不同生育时期进行水氮处理,试验结果表明:在四个生育期产量均为充足水分 高氮产量最高,与对照相比增产分别为14.3%,24.3%,33.4%,12.5%.特旱 低氮产量最低,分别减产14.1%,39.3%,41.2%,33.1%.干旱和高氮有利于蛋白质的合成,不利于脂肪的合成.与对照相比,不同水氮处理对大豆蛋白质含量影响的范围为从减少1.5个百分点到增加2.0个百分点;对脂肪含量影响的范围是从减少0.8个百分点到增加1.1个百分点.     

有机物料配合深耕混合还田快速提升砂质棕壤农业生产力的效果和机理

  【目的】  提高土壤肥力是增加作物产量的有效方式,我们尝试了不同耕作和有机肥还田方式对砂粒含量较高且贫瘠的土壤的培肥效果。  【方法】  田间试验于2018年开始,在辽宁南部砂质棕壤进行,供试作物为玉米。以常规浅翻15 cm (T15)为对照,设置了秸秆浅混还田(0—15 cm,T15+S)、深翻35 cm (T35)、秸秆深混还田(0—35 cm,T35+S)、有机肥深混还田(0—35 cm,T35+M)、秸秆有机肥深混还田(0—35 cm,T35+S+M)、免耕(NT)、免耕秸秆覆盖(NT+S)和免耕秸秆条覆盖(HT+HS)处理,共9个处理 。2020年玉米收获后,测产,同时取0—15 cm和15—30 cm土层样品,测定土壤pH、有机质和养分含量以及有机碳储量。  【结果】  试验进行3年后,在0—15 cm土层,T35+M和T35+S+M处理土壤有机质含量增幅较T15分别增加了19.2%和20.4%,而NT和T35处理则显著降低;在15—35 cm土层,T35、T35+S、T35+M和T35+S+M处理土壤有机质含量较T15分别增加了12.5%、24.5%、29.9%和35.7%。深翻和有机物料还田(T35+S、T35+M和T35+S+M)显著增加了玉米产量,与T15处理相比,3年T35+S、T35+M和T35+S+M处理玉米产量平均增加了10%、12.3%和16.4%,而浅翻处理(T15+S、NT、NT+S和HT+HS)不同程度地降低了玉米产量。T15+S、HT+HS和NT+S处理间有机质转化率无显著差异,但与T35+S处理相比平均降低了57.9%,与T35+M处理相比平均降低了78.4%。0—15 cm土壤有机质和pH对玉米产量影响显著,而在15—35 cm土层,除pH外,有机质和养分含量以及有机碳储量均对玉米产量有显著影响。  【结论】  腐熟猪粪、猪粪和玉米秸秆配合深翻混合还田可以快速提升0—35 cm土层中的土壤有机碳储量,提高有机质的转化率,是较为理想的棕壤快速培肥途径。通过提高深层土壤有机质和养分含量,提高了辽宁南部棕壤的农业生产能力。     

不同基因型大豆生长和结瘤对羟基磷灰石的吸收利用

以来源于东北、西北和南方的15个不同基因型大豆品种作为供试材料,利用砂培培养方法,研究不同基因型大豆利用钙磷的差异。结果表明,钙磷对西北大豆生物量的促进作用最大,其次是南方品种,最后是东北品种。与东北品种比较,西北品种和南方品种生物量分别较东北品种增加32.9%和26.9%。垦农18、垦98-602和黑豆分别与相同来源的其它4个基因型大豆生物量达到5%的差异显著水平。通过比较和方差分析认为,钙磷对促进大豆根生物量增加比对地上部生物量增加的作用大。钙磷对南方和西北大豆根瘤形成的影响比东北的大。钙磷对南方大豆根瘤干重的促进作用最大,其次是东北大豆,最后是西北大豆。然而,方差分析表明,垦农18根瘤干重与东北的其它4个品种差异达到5%显著水平;西北的5个品种根瘤干重未达到差异显著水平;安选普定皂角豆的根瘤干重与其它4个南方品种差异达到5%的显著水平。相同来源的大豆地上部含磷量的平均值进行比较,东北品种地上部含磷量最高,达到2.23gkg-1,西北品种为2.14gkg-1,南方品种仅含有1.69gkg-1;根系含磷量是南方品种最高,达到2.03g kg-1,西北品种为1.66g kg-1,东北品种仅含有1.57g kg-1;根瘤含磷是西北品种最高,达到4.62g kg-1,东北品种为3.80g kg-1,南方品种为3.89g kg-1。不同来源大豆基因型根际pH差异较大,5个品种根际pH的平均值相比较,东北大豆根际pH最高,为6.17,其次是南方大豆为6.01,最低的是西北大豆,pH为5.81。方差分析表明,无论哪种来源的大豆,各品种根际pH都未达到差异显著水平。钙磷利用效率由高到低的顺序是南方、西北和东北品种,分析认为磷素利用效率并不能完全代表作物对钙磷的利用差异,综合作物对磷的吸收累积量将更有代表性。     

长期施肥对黑土氮素矿化与硝化作用特征的影响

采用培养试验研究了长期施肥对黑土矿化与硝化作用特征的影响。结果表明,黑土的矿化作用和硝化作用都较强,长期施肥对黑土矿质态氮量有显著影响,施用化肥能够增加矿质态氮量,在施用NPK肥基础上增施有机肥,矿质态氮量进一步增加,表明在土壤管理上如果增加有机肥的施用,可以提高土壤的供氮能力。长期施肥黑土的硝化率与施N肥相关性较好,其次是施用PK肥。有机肥与无机肥配施可使土壤硝化率显著提高;硝化率高低取决于黑土可矿化态氮素含量和土壤pH。     

东北黑土区长期不同磷肥施用量对大豆生长及产量的影响

以中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验为基础,分析了不同磷肥施用量包括对照(CK)、低磷处理(25.58 P2O5kg·hm~(-2),N1P1K)、中磷处理(51.75 P_2O_5kg·hm~(-2),N1P2K)和高磷处理(77.65 P_2O_5kg·hm~(-2),N1P3K)对大豆生长、结瘤及产量的影响。结果表明:不同处理对大豆株高和生物量的影响表现为N1P3KN1P2KN1P1KCK(鼓粒期株高除外),说明当前黑土磷素水平下,磷肥的施用能够显著促进大豆植株的生长;与CK,N1P1K和N1P2K相比,N1P3K苗期的根瘤数量和根瘤干重分别增加了56.7%～152.8%和87.4%～463.1%;与CK相比,N1P3K和N1P2K处理固氮酶活性分别增加了74.0%和94.0%;大豆的单株荚数和单株粒数均表现为随着磷肥施用量的增加而增加,虽然百粒重和产量表现出了相似的趋势,但是N1P3K和N1P2K处理之间没有显著差异(P0.05),说明过多磷肥的施用在东北黑土区对大豆增产效果不明显。因此,在东北黑土区在考虑生产成本、大豆产量等因素的情况下,建议适宜的磷肥施用量为N1P2K,即磷肥的施用量为51.25 P2O5kg·hm~(-2)。     

盆栽条件下土壤无机氮浓度对大豆结瘤、固氮和产量的影响

【目的】大豆结瘤固氮和产量对氮肥的反应不同,实际上是由于大豆共生固氮系统及其根系系统对土壤无机氮浓度的感知不同造成的。通过对不同土壤无机氮浓度下大豆结瘤、固氮及产量影响的研究,探索能提高大豆产量、结瘤和固氮的土壤无机氮浓度,即掌握土壤无机氮浓度与大豆共生固氮和产量的数量关系,为调控氮肥施用量及施用时期、预测氮肥对大豆共生固氮能力和产量的影响提供理论依据。【方法】采用盆栽土培试验方法,分别在第一片复叶充分生长（V2期）、始花期（R1期）、始荚期（R3期）和始粒粒（R5期）一次性施用不同量的氮肥,从而形成不同无机氮浓度的土壤。利用获得的不同无机氮浓度土壤为供试土壤,对各生育时期根瘤数量、干重和固氮酶活性及成熟期产量及其构成因子进行调查,明确大豆根瘤固氮和产量对土壤无机氮浓度的响应,掌握土壤无机氮浓度与氮肥及与大豆固氮和产量的数量关系。【结果】不同时期土壤无机氮浓度处理下的根瘤干重、数量和固氮酶活性均随着大豆生育时期的推进在R4期时达到最大值。R6期时大豆平均根瘤干重、数量和固氮酶活性均表现为：V2期＞R5期＞R3期＞R1期,较CK处理根瘤平均干重分别下降15%、18%、17%和32%;根瘤数量下降13%、18%、19%和20%;固氮酶活性下降19%、22%、23%和32%。不同生育时期土壤无机氮浓度与R6期大豆根瘤干重、数量和固氮酶活性间均具有显著的线性负相关关系,即土壤无机氮浓度越大对根瘤干重、数量和固氮酶活性的抑制作用越大。大豆干物质积累量和产量的变化趋势均表现为：R1期＞R3期＞V2期＞R5期。除R5期不同土壤无机氮浓度处理与CK处理间的生物量和产量差异不显著外,V2、R1和R3期不同土壤无机氮浓度处理,均显著地促进大豆生物量和产量的增加。不同生育时期处理均以N3和N4处理的生物量、株高、株荚数、株荚重、株粒重显著高于其它处理。V2期土壤无机氮浓度对大豆固氮能力和产量的影响最大,而R1期土壤无机氮浓度对大豆生长和产量的影响最大。不同生育时期不抑制大豆固氮同时还提高大豆产量的土壤无机氮浓度不同：V2期土壤无机氮浓度达到135.8 mg•kg -1;R1期土壤无机氮浓度为58-91 mg•kg-1;R3期土壤无机氮浓度为29.4-62.8 mg•kg -1;在R5期土壤无机氮浓度达到102.3 mg•kg -1。【结论】大豆对氮肥的反应主要取决于土壤无机氮浓度的大小,而土壤无机氮浓度大小的调节,除了与氮肥施用量有关外还与大豆的生育时期有关系,可以根据农业生产和科学试验的需要进行调节。其中V2期土壤无机氮浓度对大豆根瘤数量、干重和固氮酶活性的影响大于其它生育时期土壤无机氮浓度处理;而R1期土壤无机氮浓度对大豆生物量和产量的影响大于其它生育时期土壤无机氮浓度处理。     

外加可溶性碳氮对不同热量带土壤N2O排放的影响

在室内条件下研究了外加可溶性碳、氮对不同热量带经长期施肥的3种农田土壤：黑土、潮褐土和红壤N2O排放的影响。结果表明,在单施氮肥和可溶性碳配施氮条件下,不同热量带土壤N2O排放量从高到低分别为潮褐土（0．868、3．07μg·g^-1）,红壤（0．511、0．731μg·g^-1）,黑土（0．221、0．294μg·g^-1）,且添加可溶性碳显著促进了土壤N2O排放量。在黑土、潮褐土和红壤长期不同施肥土壤中,单施氮肥和可溶性碳配施氮后N2O排放量均表现为化肥＋有机肥土壤〉化肥土壤〉无肥土壤,且与无肥土壤相比,红壤的化肥土壤N2O排放量增加254％,潮褐土化肥土壤增加49．5％,黑土化肥土壤增加1．74％,说明在有效积温越高的土壤上长期施肥对土壤N2O损失的贡献越大。研究结果还表明,外加可溶性碳、氮后,潮褐土铵态氮含量的减少幅度和硝态氮含量的增加幅度均显著高于黑土和红壤,说明潮褐土中氮素损失潜能大。     

黑土区土壤剖面水分动态变化研究

通过对2007年5-9月作物生长季内农Ikt黑土土壤剖面水分含量的监测,分析了黑土区土壤剖面水分分布特征,季节性动态变化和变异系数.结果表明,在观测期内农田黑土水分在剖面上随土层深度的增加呈现出先增加,再减少,后增加的趋势;土壤剖面各土层土壤水分含量随时间的变化表现为先减小,后增加,再减小的波浪式,这与降雨量的季节性分布和作物生长发育密切相关;在观测期内没有发现激变层,土壤水分变异系数的最大值出现于0-10 cm,随着土层深度的增加变异系数呈减小的趋势.     

长期定量施肥对玉米光合碳分配的影响

基于中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验,采用13CO2脉冲式标记方法,研究了长期施肥对玉米光合碳分配机制的影响.结果表明,光合碳分配到玉米不同组织的δ13C值差异较大,地上部>根部>土壤>土体.施肥对玉米地上部δ13C影响较大,缺索处理CK、NK、PK的δ13C值较大,可以达到333.5‰～339.5‰,而养分均衡的NP、NPK和NPKM处理地上部占δ13C值较小,为168.8‰～196.0‰.NK处理在标记当天(0 d)地上部13C分配比例最大,为76.12%,标记第7天(7 d)后变为53.26%.NPKM处理土壤13C分配比例增幅较大,可由标记0 d的0.98%到增加到标记7 d后的3.50%,增加了2.52个百分点.标记0 d,根际呼吸将消耗转移到地下的光合13C的52.89%～94.38%,NPKM和NPK处理消耗最大,达94.38%和93.59%,在标记7 d后,13C光合产物分配达到平衡状态.     

长期不同施肥条件下黑土水稳性团聚体中磷的分布及其有效性

利用中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,研究了长期不同施肥条件下[对照(CK)、施用化学氮磷肥(NP)、化学氮磷肥配施有机肥(NP+OM)]农田黑土不同粒径水稳性团聚体中磷的分布及其有效性。结果表明,施肥增加了黑土各粒级水稳性团聚体中全磷含量,其中,NP处理比对照(CK)全磷含量增加28.9%~37.8%,NP+OM处理比NP处理增加44.0%~63.9%。施肥增加了黑土各粒级水稳性团聚体中有效磷含量,NP处理比CK处理有效磷含量增加146%~183%,NP+OM处理有效磷含量是NP处理的3.4~5.3倍。各处理水稳性团聚体全磷和有效磷均表现为较均匀地分布在0.053mm的各粒级水稳性团聚体中,而0.053mm粒级水稳性团聚体内全磷和有效磷均显著降低。施磷可显著增加土壤磷的有效率,且以化肥配施有机肥处理表现更为明显。NP处理不同粒径水稳性团聚体中磷的有效率是CK处理的1.94~2.32倍,NP+OM处理是NP处理的2.13~2.83倍。