铵硝比(NH4+/NO3-)对不同氮素利用效率水稻的生理效应

采用控制条件下的水培试验方法,研究了不同铵硝配比(NH4 /NO3-分别为100/0、75/25、50/50和25/75)营养条件对8种不同氮素利用效率水稻苗期生长的影响.结果表明:在增硝营养条件下,不同水稻品种对硝态氮(NO3-)的反应不同.与纯铵营养条件相比,铵硝混合的营养条件对大多数氮高效水稻品种的生长都有显著促进作用,而对氮低效品种的生长没有显著影响.试验重点研究了增硝营养对氮高效水稻品种南光、云粳38和氮低效水稻品种ELIO生长的影响.结果发现,对于南光和云粳38,增硝营养可以使水稻的分蘖数和光合速率分别增加35%和24%,从而促进水稻生长和氮吸收,提高氮素利用率;而增硝营养对ELIO的生长并无显著影响.不同基因型水稻在增硝营养下氮积累量增幅不同主要是由于其生物量增幅不同造成的,而整株氮素含量增幅差异不大;NO3-的存在可增加干物质在水稻根系的积累,增加根系体积,促进水稻根系的生长.     

我国南方秸秆还田的培肥增产效应

分别在安徽、湖南、湖北、广西和江苏布置定位试验2年,研究秸秆还田对水稻土的培肥增产效应。结果表明,相比对照(常规施肥,无秸秆还田),秸秆还田(常规施肥+秸秆腐熟剂+秸秆还田)2年来,各试验区域土壤结构疏松,肥力提高,产量增加。总体表现为:土壤容重平均下降2.69%;有机质、全氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾和缓效钾分别平均增加6.20%、4.45%、3.68%、6.21%、3.48%、8.42%和4.20%;pH值变化不明显;作物平均增产7.5%(2.2%～18.5%),增幅为水稻(7.2%)<油菜(8.1%)<小麦(11.9%),增产效应均为第1年最明显,且随秸秆还田年限的延续而减缓。在我国应更大面积推广秸秆还田。     

铵硝比（SH^＋4／N03^-3）对不同氮素利用效率水稻的生理效应

采用控制条件下的水培试验方法，研究了不同铵硝配比（SH^＋4／N03^-3分别为100／0、75／25、50／50和25／75）营养条件对8种不同氮素利用效率水稻苗期生长的影响。结果表明：在增硝营养条件下，不同水稻品种对硝态氮（N03^-3）的反应不同。与纯铵营养条件相比，铵硝混合的营养条件对大多数氮高效水稻品种的生长都有显著促进作用，而对氮低效品种的生长没有显著影响。试验重点研究了增硝营养对氮高效水稻品种南光、云粳38和氮低效水稻品种ELIO生长能影响。结果发现，对于南光和云粳38，增硝营养可以使水稻的分蘖数和光合速率分别增加35％和24％，从而促进水稚生长和氮吸收，提高氮素利用率；而增硝营养对ELIO的生长并无显著影响。不同基因型水稻在增硝营养下氮积累量增幅不同主要是由于其生物量增幅不同造成的，而整株氮素含量增幅差异不大；N03^-3的存在可增加干物质在水稻根系能积累，增加根系体积，促进水稻根系的生长。     

土壤微生物量氮对小麦各生育期氮素形态的调控

  【目的】  土壤中氮素的有效性很大程度上影响着作物对氮的吸收。明确各形态氮素对作物吸氮量的贡献,研究调控土壤氮素形态的因素,为培育氮素高效和作物高产的土壤提供理论依据。  【方法】  试验基于河南新乡的“国家潮土土壤肥力与肥料效益监测基地”长期定位试验,以不施肥 (CK)、施NPK化肥 (NPK) 和1.5倍NPK化肥并配施有机肥 (1.5MNPK) 3个处理的土壤作为低肥力 (F1)、中肥力 (F2) 和高肥力 (F3) 土壤进行小麦盆栽试验。3个肥力土壤处理施肥方法相同,盆钵埋于土壤内,盆钵顶部露出地面5 cm。分别在小麦拔节期、孕穗期和成熟期采集土壤和植株样品,测定小麦产量、各生育期吸氮量,分析土壤有机氮、矿质氮 (铵态氮和硝态氮)、固持氮库 (微生物量氮和固定态铵) 含量差异,并通过结构方程模型 (SEM) 建立各形态氮素与小麦吸氮量的相关关系。  【结果】  3个肥力水平土壤矿质氮含量在小麦生长期内总体呈下降趋势,收获期土壤矿质氮含量在F1、F2、F3中分别比播种前显著下降了2.9、1.8和6.8 mg/kg。从拔节期到收获期,土壤微生物量氮在F1先增加后降低,在F3中持续增加,在F2中先降低后增加。土壤固定态铵含量在拔节期前和孕穗期后均无显著变化,但从拔节期到孕穗期,3个肥力土壤中固定态铵含量均显著提高。而固持氮库在不同肥力土壤间差异明显,其从播种前到拔节期在F1中增加了10.6 mg/kg,而在F2和F3中分别降低了14.3和32.2 mg/kg;从拔节期到孕穗期都显著增加;从孕穗期到收获期在F1中降低了2.4 mg/kg,而在F2和F3中分别增加8.2和8.7 mg/kg。小麦的产量和吸氮量均在F3中最高,F1中最低;氮素表观平衡在F1中最高,F3中最低。SEM分析结果表明,固持氮库可直接正向调控小麦吸氮量,有机氮库通过固持氮库和矿质氮库之间的变化而间接调控小麦吸氮量。  【结论】  包含微生物量氮和固定态铵的固持氮库可直接正向调控小麦吸氮量,有机氮库通过影响固持氮库和矿质氮库间接调控小麦吸氮量。由于固定态铵在拔节前和孕穗期后含量较为稳定,在高肥力土壤上微生物量氮随着小麦生育期的推进显著增加,可促进小麦的生长和氮素吸收,减少肥料氮的残留量,较高的微生物量氮又可作为氮库来固存易损失的矿质氮和肥料氮。     

红壤有机碳组分中微生物群落构成及均匀度决定其矿化特征

  【目的】  有机碳矿化是陆地碳循环的关键环节,探究长期不同施肥下有机碳组分的矿化特征及其微生物学响应,以明确有机碳在土壤中的固存过程和损失机制。  【方法】  选取中国农业科学院祁阳红壤肥力长期试验的撂荒(CK₀)、不施肥对照(CK)、氮磷钾化肥配施(NPK)和化肥配施有机肥(NPKM) 4个处理,通过物理分组方法获得粗颗粒有机碳(cPOC)、细颗粒有机碳(fPOC)、团聚体内颗粒有机碳(iPOC)和矿物结合态有机碳(MOC)。以该4个处理的有机碳组分进行室内培养试验,研究有机质的矿化动态。采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法测定各组分中的微生物量及组成,再利用冗余分析明确微生物群落特征对有机碳矿化的贡献。  【结果】  长期施肥显著提升了红壤总有机碳水平,显著提高了活性有机碳组分(cPOC、fPOC、iPOC)的占比。有机碳组分的矿化速率表现出明显的阶段性特征:前期(矿化1～35天)矿化迅速,后期逐渐变缓并趋于平稳。各组分平均最大矿化速率和累积矿化量均表现为fPOC>cPOC>iPOC>MOC,表明fPOC组分的活性最高,可矿化性最强。与CK相比,CK₀处理的cPOC、fPOC、iPOC和MOC组分最大矿化速率分别提高了158.0%、36.4%、67.3%和146.0%;NPK处理的4个组分有机碳的矿化速率与CK无显著差异;NPKM处理分别提高了246.0%、62.9%、21.4%和183.0%。土壤有机碳组分快速矿化阶段(矿化15天)的总PLFA生物量表现为fPOC最高,平均为94.5 nmol/g,约为其他组分(平均26.1～35.0 nmol/g)的3倍。各组分中革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G+/G–)比例表现为MOC (6.06)>cPOC (5.18)>fPOC (1.26)>iPOC (1.03),平均真菌/细菌(F/B)为iPOC (0.11)>fPOC (0.10)>MOC (0.06)>cPOC (0.03),fPOC和iPOC组分F/B值较高而G+/G–值较低,且二者的微生物群落多样性指数都高于其他组分,表明二者群落结构更稳定,所受养分胁迫较少,群落多样性高。冗余分析表明,微生物群落特征对组分矿化的总解释率达96.4%,其中总PLFA含量、真菌、革兰氏阴性菌是对有机碳组分矿化影响最大的3个因素。  【结论】  土壤有机碳的可矿化程度与微生物群落结构及群落的物种均匀度密切相关。长期施肥尤其是有机无机肥配施,提高了活性组分中的微生物量,因此提高了土壤中可矿化碳的比例,加之有机肥直接为土壤养分循环提供了额外的能量来源,促进了有机碳的矿化,这可能是施用有机肥提高土壤肥力的原因之一。     

不同肥力潮土的酶活计量比特征及其与微生物量的关系

【目的】研究不同肥力土壤上胞外酶活性,阐明胞外酶活性计量比特征及其影响因素,为阐明土壤生物肥力差异的机制与土壤培肥提供理论依据。【方法】选取了高、中、低肥力的潮土,分析其微生物量碳、氮（SMBC、SMBN）含量以及β-1, 4-葡萄糖苷酶（β-1, 4-glucosidase,BG）、纤维二糖水解酶（Cellobiohydrolase,CBH）、β-1, 4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶（β-1, 4-N-acetylglucosaminidase,NAG）、亮氨酸氨基肽酶（leucine aminopeptidase,LAP）和碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,AP）活性。采用生态化学计量学方法分析该5种酶活性在不同肥力土壤间的差异,以及酶活与土壤微生物量间的定量关系。【结果】高肥力土壤SMBC是中肥力土壤的2.6倍,低肥力土壤的5.8倍;高肥力土壤SMBN为中肥力土壤的3.1倍,低肥力土壤的5.5倍。SMBC/SMBN在不同肥力土壤间无显著差异。土壤碳氮磷转化酶活性和综合酶指数均表现为高肥力土壤>中肥力土壤>低肥力土壤,且土壤胞外酶活性与微生物量碳氮表现为直线正相关关系。SMBC和SMBN每增加1 mg·kg^-1,（BG+CBH）和（NAG+LAP）活性分别可提高0.134和10.53 nmol·g^-1·h^-1。ln (BG+CBH):ln (NAG+LAP)和ln (BG+CBH):ln AP均小于1,表明碳源是潮土养分转化的首要限制因素。高肥力土壤上碳、氮、磷酶活比例较低肥力土壤更接近适宜值。【结论】潮土上应配施有机肥或进行秸秆还田,保证充足的碳源以解决养分有效性限制的问题,促进氮磷的养分循环转化。适宜的活性碳氮磷比例是高肥力土壤高产高效的重要机制之一。     

含硫复合肥(SEF肥)对马铃薯产量及其品质的影响

采用田间试验研究含硫复合肥(SEF肥)对马铃薯产量及其品质的影响。结果表明,在本试验条件下进行马铃薯平衡施肥,N、P2O5、K2O和S的养分用量分别为225kg/hm2、150kg/hm2、100kg/hm2、43kg/hm2时马铃薯产量最高,可达到26574kg/hm2;在相同氮、钾肥水平下,磷、硫肥配施可增加马铃薯产量2.2%～20.3%,等养分(706)处理马铃薯增产幅度最大,马铃薯粗淀粉、全氮、粗蛋白、全磷含量增加趋势明显;在相同氮、磷、钾肥水平下,增施硫肥可增加马铃薯产量4.4%～6.0%,有利于促进马铃薯N素积累和组成蛋白质的含硫氨基酸合成,增加马铃薯粗蛋白含量。     

长期不同施肥下肥料氮在黑土不同团聚体有机物中的固持差异

【目的】 不同粒级团聚体中有机氮库的稳定性不同,通过分析长期施肥后有机氮库在不同团聚体中的分布特征,可阐明土壤氮素固持对不同施肥的响应机制。 【方法】 采集黑土长期定位试验中的4个处理土壤,包括不施肥(CK) 和施用氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS) 、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) ,模拟田间施肥量加入15N标记的尿素培养40天,采用Six湿筛法将团聚体分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (53～250 μm)、矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm) 三大类,其中微团聚体有机物进一步分为细游离颗粒有机物 (ffPOM) 和物理保护有机物 (iPOM),矿物结合有机物分为团聚体内矿物结合有机物 (MOM团内) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOM团外),研究了团聚体分布特征、平均重量直径 (MWD) 和各团聚体中氮的固持量及固持效率。 【结果】 NPKM和NPKS处理的粗游离颗粒含量较CK和NPK处理显著提高约10%,而矿物结合有机物含量显著降低约6%～10%,NPKM和NPKS处理下平均重量直径为0.34 mm,显著大于NPK和CK的值 (0.23～0.25 mm)。NPKM处理的土壤肥料氮固持量较CK和NPK处理显著提高了6.0%和10.5%;粗游离颗粒氮固持量为18～36 mg/kg,矿物结合有机氮固持量为18～30 mg/kg。 【结论】 长期有机无机肥配施或无机肥结合秸秆还田可促进肥料氮在粗游离颗粒中的积累,降低在矿物结合有机物中的积累,这可能是有机无机肥配施增强土壤氮的有效性、促进作物氮吸收的原因之一。      

长期施肥下我国灌淤土粮食产量和土壤养分的变化

【目的】 灌淤土是我国西北地区重要的粮食和经济作物土壤。了解灌淤土上作物产量的变化,及其对长期施肥的响应,以及灌淤土生产力的变化与其氮磷钾含量的关系,为西北地区作物增产和灌淤土培肥与可持续利用提供理论依据。 【方法】 1988到2004年间,在宁夏银川市、吴忠市、石嘴山市和新疆和田市典型灌淤土区域陆续建立了7个国家耕地质量监测点。2016年,利用时间趋势分析法,探讨了作物产量随时间的变化趋势,分析了长期不施肥和常规施肥条件下,玉米、小麦和水稻产量、产量变异系数、可持续性指数、增产率及地力贡献指数的变化特征,并进一步探讨了增产率与土壤养分的关系。 【结果】 灌淤土上小麦产量随时间呈现递增的趋势,在2004年达到最高 (7.58 t/hm2),之后保持稳定,2016年约为初始年产量的3倍;玉米产量随时间一直呈递增趋势,2016年平均产量为9.8 t/hm2,约为初始年的两倍;水稻产量近年来变化不大。与不施肥相比,常规施肥下小麦、玉米 (28年间) 和水稻 (8年间) 分别平均增产3.43倍、3.20倍和1.21倍,产量可持续性指数分别提高了18.8%、148%和13.9%。监测以来,小麦和玉米农田的地力贡献指数略有下降,但变化不显著。水田的地力贡献指数以每年0.0125的速率增加。28年间,常规施肥使土壤全氮含量从0.4 g/kg提高到1.1 g/kg,有效磷和速效钾含量变化不大。小麦与玉米的增产率与土壤全氮含量呈显著直线正相关关系,小麦、玉米和水稻的平均氮肥农学效率分别为9.8、16.8和27.4 kg/kg。 【结论】 灌淤土上常规施肥 (主要是氮肥)有效提高了玉米、小麦和水稻的产量。土壤全氮含量呈增加趋势,有效磷和有效钾含量基本平稳。土壤肥力对玉米和小麦产量的贡献呈下降趋势,对水稻产量的贡献高且平稳。因此,灌淤土应在合理施用氮肥的同时,注重采取提升地力,实现作物的高产和高效。      

长期施肥下我国农田土壤微生物及氨氧化菌研究进展

长期施用化肥和有机肥显著改变了我国土壤肥力和农田生态系统的稳定性。微生物在土壤养分循环和肥力形成过程中扮演了重要角色,其数量、多样性及群落结构是评价土壤肥力和农田生态系统稳定性的重要指标。随着研究土壤微生物的方法和技术的成熟,当前关于如何选择微生物学参数以有效评价土壤肥力及健康状况、土壤微生物对不同施肥管理措施的响应机制及功能微生物如何调控土壤养分循环等问题已成为土壤生态学中的研究热点。本文梳理了基于我国长期定位施肥农田的土壤微生物学研究进展,综合分析了土壤微生物生物量和酶活性、细菌群落及近些年倍受关注的氨氧化菌群落三方面的研究进展及发展方向,其中综合分析了构成细菌群落的八大门类菌群对施肥的响应及其驱动因素,最后从不同角度提出了微生物在土壤学及农业生产中的研究和应用方向。