东北棕壤长期不同施肥处理轮作大豆氮素吸收和土壤硝态氮特征

【目的】在玉米–玉米–大豆轮作体系下,基于棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对东北地区大豆生物量、产量、各部位吸氮量及收获期土壤0―100 cm硝态氮累积的影响,为该地区合理施肥提供理论依据和科学指导。【方法】棕壤肥料长期定位田间试验始于1979年,包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量厩肥(M1)及其与化肥配施(M1N和M1NPK)、高量厩肥(M2)及其与化肥配施(M2N和M2NPK)9个处理。厩肥为猪厩肥,1992年后大豆季不施猪厩肥,仅在玉米季相关处理中施用。39年后,调查分析了大豆生物量、产量、氮素吸收利用及大豆收获期0―100 cm土壤硝态氮累积特征。【结果】高量、低量厩肥配施化肥处理大豆生物量、产量、总吸氮量及各部位吸氮量均显著高于单施氮肥和不施肥处理,其中,M1NPK处理大豆生物量、产量和总吸氮量最高,分别为9107、2979和314.2 k g/h m^2,较其他处理分别提高了6.1%~133.6%、23.9%~232.5%和11.7%~359.4%。施肥提高了大豆氮收获指数,但氮素生理效率降低。NPK和M1NPK处理的氮素收获指数最高,均为63.5%,而氮素生理效率较CK分别降低了30.6%和28.1%。大豆收获期各处理土壤硝态氮累积量随土层深度的增加而降低。与播前相比,大豆收获期单施氮肥处理的0―100 cm土层硝态氮积累量显著增加,NPK处理变化不显著,M1、M1N和M1NPK处理显著降低。低量厩肥配施化肥处理收获期0―100 cm土壤硝态氮积累量远低于高量厩肥配施化肥处理,较播前平均降低了79.2%。所有处理中,土壤硝态氮积累量以M1NPK处理最低,比其他处理平均降低了58.2%。【结论】在东北棕壤地区玉米–玉米–大豆轮作体系下,玉米季低量厩肥(13.5 t/hm^2)与氮磷钾化肥配合施用时,大豆季仅施氮磷钾化肥既可提高大豆生物量、产量,促进氮素吸收,同时还可降低大豆收获期土壤硝态氮累积量,降低环境风险,是该轮作体系较为合理的施肥方式。     

不同生物刺激剂对鲜食玉米产量和品质的影响

为研究生物刺激剂对玉米的增产提质效果,试验探讨不同生物刺激剂对玉米的产量和品质方面的影响,为鲜食玉米的优质高产栽培提供技术支撑。以鲜食玉米‘钱江糯3号’为试验品种,以3种生物刺激剂（阿美滋、美基、保康灵1号）为供试药剂,设置6个处理（阿美滋1000倍液、阿美滋1500倍液、阿美滋2000倍液、美基3000倍液、保康灵1号300倍液、清水对照）,研究大田常规施肥水平下药剂对‘钱江糯3号’的经济性状、产量及品质的影响。在阿美滋1500倍液喷施下,玉米的行粒数、单穗鲜重和单穗净重、产量均最高,蛋白质含量、粗纤维含量、还原糖含量、淀粉含量均居第3位;在保康灵1号300倍液喷施下,玉米的穗粗最高,单穗鲜重、单穗净重、产量均居第2位,蛋白质含量最高,脂肪含量最低,还原糖含量居第2位。阿美滋1500倍液在增加玉米产量上是最佳选择,保康灵1号300倍液则对提升玉米品质最有效果。建议生产上将阿美滋1500倍液与保康灵1号300倍液配合施用,这对鲜食玉米的增产提质效果最好。     

夏休闲期复种饲料油菜提升后作冬小麦产量品质、土壤肥力及周年经济效益研究

为明确晋中麦区夏休闲期复种饲料油菜的可行性,试验于2015-2016年采用大田试验法,研究了夏休闲期复种饲料油菜对后作冬小麦生长、麦田土壤养分及周年经济效益的影响。前茬小麦收获后复种油菜,供试油菜和小麦品种分别为华油杂62和CA0547,设置3个处理:以不种油菜的休闲田作为对照(CK₀),油菜地上部被收获为CK₁,油菜被全量还田为T。结果表明,与CK₀和CK₁相比,T有利于增加后作冬小麦抽穗前单株绿叶数,提高生育中后期植株干物质及N、P积累,保持灌浆期旗叶面积,进而增加穗粒数,提高籽粒产量,提高籽粒蛋白质及醇溶蛋白和谷蛋白含量;同时T有利于提高后作冬小麦020 cm土层土壤有机质含量、040 cm土层土壤脲酶和蔗糖酶活性。此外,从油菜-小麦周年经济效益来看,CK₁较CK₀和T分别高出128.9%和260.0%。综合分析可知,夏休闲期复种饲料油菜并且全量还田可以提高小麦产量,提升籽粒品质,改良土壤有机质含量和土壤酶活性;夏休期复种饲料油菜并收获可以获得更高的周年经济效益。本研究结果为合理利用夏休闲期以提升小麦产量与品质、改良土壤、提高年经济效益提供了理论依据。     

考虑植株氮垂直分布的夏玉米营养诊断敏感位点筛选

探明夏玉米氮素营养生化指标(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶片氮含量和叶片氮积累量)与叶片SPAD值垂直分布特征及两者间定量回归关系,确立基于叶绿素仪的夏玉米氮营养无损诊断敏感叶位和叶片部位,以实现氮营养时空变化的快捷和精准监测。利用2018-2019年连续2季不同氮营养水平下夏玉米关键生育期主茎各叶位(顶1叶~顶12叶,TL1~TL12)和叶片部位(每张叶片从叶片基部开始根据叶片长度每20%分为1个测试区间) SPAD值及氮营养指标数据,研究基于偏最小二乘(partial least square, PLS)回归模型的夏玉米不同位点SPAD值与氮营养指标间关系,确定可稳定指示夏玉米氮营养空间异质性变化的敏感叶位及叶片部位。结果表明,不同叶位间夏玉米叶片SPAD值和氮营养指标于植株间分布均呈典型的"钟型"特征,至TL5或TL6时达至峰值。同一叶位不同部位间SPAD值由20%至100%位点时则逐步升高,且80%~100%位点间无显著差异(P>0.05)。PLS分析结果显示,夏玉米不同叶位SPAD值与氮营养指标间模型精度决定系数(coefficient of determination, R2)和相对分析误差(relative percent deviation,RPD)范围分别为0.693~0.821和1.425~2.744。不同测试位点R2和RPD值范围则分别为0.660~0.847和1.607~2.451,满足模型精确诊断需求。此后,基于PLS模型中各叶位和叶片部位无量纲评价指标变量重要性投影值(variable importance for projection,VIP),确定顶4叶(TL4)完展叶60%~80%区间为夏玉米氮营养诊断的敏感区域,VIP值均高于临界值1.40,预测效果较为理想。研究可为实现氮营养的高效、快捷诊断和精准施氮提供参考。     

基于氧同位素的玉米农田蒸散发估算和区分

农田蒸散发(evapotranspiration,ET)的估算和区分是土壤-植物-大气连续体中的重要研究内容,是农业水资源高效利用的重要基础。该研究分析了土壤水、蒸发水汽、蒸腾水汽和大气背景混合水汽氧同位素组成分布特征,并采用2种同位素的方法对玉米农田蒸散发进行估算和区分:1)结合Keeling plot和Craig-Gordon模型的同位素方法(Iso-CG);2)基于土壤水同位素守恒和水量平衡的方法(Iso-WB)。结果表明,在玉米生育期内Iso-WB方法与Iso-CG方法所计算的玉米蒸腾比例分别为0.64~0.91和0.52~0.91,平均值分别为0.80和0.78。玉米蒸散发总量在前期、中期和后期均值分别为3.95、5.30和4.98 mm/d。通过比较参数并与前人研究结果对比分析,表明采用Iso-CG方法估算区分ET相对精确,采用Iso-WB方法计算蒸散发要求的测量精度相对较高,计算误差较大。该研究成果不仅为玉米农田制定灌溉制度及提高用水效率提供了理论依据,而且对深入探索氧同位素水文学领域具有重要意义。     

玉米主要株型性状与产量的全基因组关联分析

为了深入剖析玉米的株型性状和产量性状的遗传基础及其相关关系,本研究以204份玉米自交系作为关联群体,利用分布于玉米全基因组上的558 529个单核苷酸多态性标记(SNPs)对5个相关性状进行全基因组关联分析。结果表明,供试自交系各性状基本呈正态分布,且各性状间存在丰富的变异,变异系数在9.00%~50.00%之间;通过相关性分析和热图层次聚类分析株型和产量相关性状间彼此紧密关联;且由主成分分析筛选出总体方差累计贡献率达到71.667%的主成分2个;以P≤1×10^-5为显著阙值,利用Q+K模型对供试材料的5个相关性状进行全基因组关联分析,在株高、穗位高和单穗重间共检测到13个显著的SNP位点,分别分布于玉米的第3、第5、第6、第7号染色体上,而在总叶片数和穗上叶数间未检测到显著的SNP位点;在显著SNP上下游各50 kb范围共搜索到39个相关候选基因,其中有注释的基因12个,并对株高与穗位高最佳候选基因进行了预测。本研究通过对玉米株型及产量相关性状进行全基因组关联分析,为后期基因功能的验证与新功能的开发奠定了良好的基础。     

基于FCN的无人机玉米遥感图像垄中心线提取

为解决农业机器人在玉米田行间行走的全局路径规划问题,该研究提出一种基于全卷积神经网络(Fully ConvolutionalNetworks,FCN)的无人机玉米遥感图像垄中心线提取方法。基于无人机获取的高精度可见光遥感图像,设计了针对农田垄中心线提取的数据集标注方法,采用滑动窗口法进行图像分块,利用深度学习语义分割网络FCN对垄中心线附近7～17像素宽度范围的垄线区域进行提取,模型在测试田块上精确率达66.1%～83.4%,召回率达51.1%～73.9%,调和平均值为57.6%～78.4%;对拼接后的图像使用影像分割投影法提取中心线,探究了垄线区域宽度对垄中心线提取精度的影响,训练采用9像素的垄区域宽度,可得到垄中心线在77 mm左右偏差范围准确率为91.2%,在31.5 mm左右偏差范围内为61.5%。结果表明,基于FCN对无人机玉米遥感图像进行处理,可得到整片田地的垄中心线栅格地图,方便农业机器人进行全局路径规划。     

14种悬浮种衣剂防治玉米地下害虫、蚜虫和茎基腐病的防效评价

摘 要：为有效控制玉米地下害虫、蚜虫和茎基腐病的常年危害，筛选具有较好控制作用的种衣剂，笔者开展了14种悬浮种衣剂田间药效试验。试验表明：14种种衣剂对供试玉米品种出苗安全；氟虫腈?噻虫嗪（30%悬浮种衣剂）(1:1000)处理的出苗率96.7%为最高值。氟虫腈?噻虫嗪（30%悬浮种衣剂）(1:1000)对玉米地下害虫、玉米蚜虫的防治效果分别达84.8%、80.0%。精甲?咯?嘧菌（11%悬浮种衣剂）(1:2000)对玉米茎基腐病的防治效果达73.7%。说明以噻虫嗪、氟虫腈和甲霜灵为主的复配防治玉米地下害虫、蚜虫、茎基腐病，能够取得较好的防治效果。建议针对不同的生态类型区域，结合品种、施肥、管理等措施选用不同的配方，以取得最佳的防治效果。     

转基因玉米的科学知识图谱研究——基于Citespace的计量分析

为了分析全球转基因玉米研究的热点与趋势,基于文献计量法,以Web of Science数据库核心期刊收录的2005—2015年间转基因玉米研究的文献为样本,利用Citespace软件对转基因玉米研究的科学知识图谱进行可视化分析。通过检索式检索,符合要求的文献共2851篇,经过排重筛选后为2701篇,文献量整体趋势呈平稳状态且有上升趋势。通过Citespace软件绘制关于学者合作网络、机构合作网络、文献共被引分析、作者共被引分析及关键词共现网络的科学知识图谱。通过聚类分析发现中国科研学者与机构在转基因玉米研究中占据数量优势,但是在引文被引方面,外国学者及其文章的重要性高于中国的学者及其文章。另外,全球转基因玉米研究热点主要围绕菌群、基因、蛋白质、稳定性等方面。     

施肥对复垦土壤微生物代谢功能与苗期玉米生长的影响

利用Biolog-ECO技术、WinRHIZO扫描仪及其图像分析技术，研究了对照CK（施肥量为0）、施复合肥F（施肥量为600 kg·hm^-2）、施有机肥O（施肥量为7 500 kg·hm^-2）、有机无机肥配施OF（施肥量为复合肥300 kg·hm^-2+有机肥3 750 kg·hm^-2）处理下煤矸石复垦区土壤微生物群落代谢功能及苗期玉米根系形态等特征，结果表明：不同施肥处理下煤矸石复垦区土壤微生物群落功能多样性差异显著，OF处理下土壤微生物多样性Shannon-wiener指数与Simpson指数最高，分别为3.22和0.96， Eveness指数最低，为0.21，而CK处理与之相反，Shannon-wiener指数与Simpson指数最低，分别为3.07和0.95，Eveness指数最高，为0.23；影响该区域土壤微生物群落代谢功能多样性的关键碳源包括6种氨基酸（L-精氨酸、L-天冬酰胺酸、L-苯基丙氨酸、L-丝氨酸、L-苏氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸)、4种酯（D-半乳糖酸γ内酯、丙酮酸甲酯、吐温40、吐温80）、1种胺（腐胺）、5种酸（D-半乳糖醛酸、2-羟苯甲酸、4-羟基苯甲酸、r-羟基丁酸、D-苹果酸）、3种糖（-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸盐、a-环状糊精）、3种醇（I-赤藻糖醇、D,L-a-甘油、D-甘露醇）；OF处理下玉米根系形态参数如根长、根体积、根系分形维数及玉米生物性状如生物量、茎粗、株高等与CK处理差异最为显著，说明OF处理有利于煤矸石复垦土壤质量的恢复与提高，利于煤矸石复垦区玉米生长。