Fast measurement of starch content in cold-treated seedlings by infrared spectra

Despite the importance of starch for tree growth, methodological challenges in starch analysis slow down the research on its ecological importance. In this study, a rapid monitoring method was developed for measuring starch content in Pinus taeda L. seedlings after cold treatments. A linear mixed-effects model was used to analyze the effects of cold treatments, seedling tissue types and their interaction on starch content. Mid-infrared (MIR) and near-infrared (NIR) spectra were surveyed, and the results were analyzed using partial least squares regression to determine the starch content. The determination coefficient for calibration and residual predictive deviation were compared between MIR and NIR models to assess the variability of the established models. The results showed that the effects of cold treatments, seedling tissue types and their interaction on starch content were significant. Compared to MIR spectra, NIR spectra is more suitable to estimate starch content in the seedlings. Using NIR spectra, roots provided the most accurate estimates of starch content. The presented guidelines regarding data accuracy as a function of MIR/NIR spectra of samples represent an important methodological reference for starch quantification, which will improve the understanding of the fundamental role of starch in seedlings against environmental forces.     

育秧播种密度与取秧面积耦合对杂交稻机插质量和产量的影响

为探索杂交稻机械化种植方法,根据杂交稻少本稀植的农艺要求,该文对不同育秧播种密度与插秧机取秧面积耦合栽插的质量和产量进行研究,于2017年和2018年在广东省江门市、肇庆市和汕头市进行不同育秧播种密度(30～90 g/盘)和取秧面积耦合栽插对比试验,分析了耦合栽插对栽插质量、根系损伤率和发根力的影响;以钵体苗人工手插为对照,开展不同育秧播种密度与取秧面积耦合栽插的大田生产试验,分析了杂交稻毯状苗不同育秧播种密度耦合栽插方式的产量表现及其特征。结果表明:1)现有技术条件下,基于育秧播种密度与取秧面积耦合栽插方法可实现不同育秧播种密度下较高质量的栽插,1～3株/穴的比例介于80.67%～95.33%之间,1～4株/穴的比例超过90.67%;育秧床土对栽插质量有较大影响,采用基质育秧或"基质+旱地土"育秧,当育秧播种密度超过50 g/盘时,漏插率为3.50%～6.38%,平均为5.11%,基本满足杂交稻机插农艺要求。2)不同育秧播种密度耦合栽插方式的根系损伤率为15.37%～31.16%;当育秧播种密度大于40 g/盘时,根系损伤率随育秧播种密度的增加而增大;发根力与根系损伤率之间呈负相关关系,相关系数为-0.949 3;当育秧播种密度差异不超过10 g/盘时,发根力没有显著差异,当育秧播种密度差异超过20 g/盘,发根力的差异达到显著水平。3)不同耦合栽插方式中,50 g/盘机插的单产最高;从产量角度看,不同耦合栽插方式及对照的产量规律为:50 g/盘机插钵苗手插60 g/盘机插70 g/盘机插或90 g/盘机插;与各品种的区试产量表现比较发现,不同耦合栽插方式的实际产量都未达到区试产量,其原因是单位面积有效穗数和结实率都不及区试中的表现,但穗长达到或略超过区试中的表现。研究结果对攻克杂交稻机械化种植难题具有参考价值。     

豆麦轮作区麦秸长期还田对作物产量及土壤化学性质的影响

麦秆还田对作物产量影响以及秸秆还田如何施肥是农业生产者极为关注的问题,为了明确豆麦轮作麦秆长期还田对作物产量及对土壤化学性质的影响,该文依托黑河市长期定位实验站,采用裂区试验方法,主处理为秸秆还田与不还田处理,副处理为低、中、高不同施肥水平,试验于1980年开始,轮作模式先后为麦-豆-麦和麦-豆轮作模式,通过连续38 a(1980—2018年)调查,探明麦豆轮作条件下麦秸还田及不同施肥水平对作物产量影响。结果得出:麦秸还田后种植大豆、小麦,多年产量与不还田比差异不显著(P0.05);连续施肥效果,大豆中肥区比低肥区增产7.42%～10.81%,达到差异显著水平,小麦高肥区比低肥区增产14.52%～19.33%,差异极显著(P 0.01);麦秸还田大豆增产效果,还田前期(1～6季)大豆平均产量比不还田增产5.91%,后期(7～16季)平均增产7.52%,麦秸还田小麦增产效果,还田前期(1～5季)和后期(6～16季)平均增产0.31%、0.22%,后期增产频率高;麦秆隔年还田显著增加速效钾含量,施肥可以有效增加土壤碳、氮、磷含量,但长期高肥易导致土壤酸化。     

根区孔下滴灌施肥对新疆红枣产量品质和氮磷钾利用影响

选择合理的滴灌施肥方式是实现果园节水减肥的技术关键。该研究分析比较了地表滴灌和根区孔下滴灌施肥对新疆南疆地区红枣生长和氮磷钾吸收的影响,以期为提高果园水肥利用效率提供理论依据。试验设置常规地表滴灌和根区孔下滴灌施肥2种灌溉方式,比较其对红枣营养状况、根系生长、产量及品质的影响。结果表明,与常规地表滴灌施肥相比,在相同水肥供给条件下,根区孔下滴灌施肥处理红枣2 a平均产量比地表滴灌施肥处理显著提高(P0.05),增产幅度为6.9%,单果干质量达5.04 g。2 a红枣果实品质结果显示,根区孔下滴肥处理总糖、还原糖和粗脂肪含量显著高于地表滴灌处理(P0.05)。该根区孔下滴灌施肥方式显著增加红枣树体各器官对养分的吸收(P0.05),其中2011年根区孔下滴灌施肥处理红枣叶片中N、P和K含量分别比地表滴灌施肥处理增加6.7%、33.6%和7.3%,2012年红枣叶片中N和P含量差异显著(P0.05),比地表滴灌分别高3.4%和26.8%。根区孔下滴灌施肥处理红枣果实中P、K含量显著高于地表滴灌施肥处理(P0.05),2011年和2012年分别比地表滴灌高41.0%、13.6%和46.2%、12.9%;2012年根区孔下滴灌施肥处理叶片、新梢、细根和果实中P累积量显著高于地表滴灌相应器官P累积量(P0.05),相比于地表滴灌分别提高38.2%、70.7%、159.8%和55.3%,根区孔下滴肥处理的吸收根干物质质量比地表滴灌增加46.7%。根区孔下滴肥的水肥管理方式可以显著增加根系生物量、提高枣树器官养分含量、增加红枣产量和提高肥料的利用效率,研究结果可为今后果园的节水减肥田间管理提供参考。     

人字形花纹轮胎压实土壤垂直应力分布规律研究

为了完善人字形花纹轮胎在影响因素下压实土壤形成的垂直应力分布规律,并且明确这些因素对于垂直应力的影响,该文使用应力传感器在自主设计并搭建的单轮土槽试验台架上,进行人字形花纹轮胎压实土壤表层垂直应力分布规律的研究,并利用多元线性回归法建立垂直应力和影响因素之间的预测方程,主要结果:1)当胎压为69kPa时,土壤-轮胎表层垂直应力分布曲线相对平坦并且垂直应力峰值渐渐发生在距离轮胎边缘1/4处,而当胎压为138和207kPa时,垂直应力峰值发生在轮胎中心处;2)载荷对于垂直应力的影响最大,然后依次是胎压、行驶速度、纵向距离和横向距离;3)垂直应力与胎压和行驶速度成线性关系,与载荷、横向距离和纵向距离成抛物线关系;4)轮刺产生的垂直应力是胎面产生的垂直应力的1.2～2.3倍,而且越靠近轮胎宽度方向的边缘,轮刺的影响越大。研究结果能够对拖拉机的通过性分析提供有力的理论分析依据,基于建立的预测方程,在实际应用中通过改变这些影响因素值的大小,减小垂直应力,从而减小土壤压实。该研究可为拖拉机的通过性分析提供理论依据。     

气候变化对我国主要粮食作物产量的影响及适应措施

过去几十年气候变化对我国主要粮食作物产量产生了重要影响,为了研究作物产量对气候变化的响应和适应,保障粮食安全,基于国内相关研究文献,分析归纳了研究方法,综述了国内小麦、玉米和水稻等主要粮食作物产量对气候变化的响应和适应,得出如下结论:（1）作物产量对气候变化响应的研究方法主要包括田间试验观测、统计分析和作物模型模拟等方法,其中田间观测法最直观,统计分析法可操作性强、应用最为普遍,作物模型模拟机理性强,可以定量描述气候因子对作物产量的影响,外推效果好;（2）近几十年来,小麦生育期内气温升高和辐射变化使我国北方小麦增产0.9%~12.9%,南方小麦减产1.2%~10.2%;气候变暖对玉米产量贡献率为-41.4%~0.4%;水稻生育期内气温升高和辐射增强有利于东北地区水稻产量增加,增产贡献率为1.01%~3.29%,而辐射减弱对长江流域等南方主要水稻种植区的水稻产量（长江流域晚熟稻除外）产生不利影响;（3）未来气候变化情境下小麦应从延长生殖生长期、增加籽粒数量和提高收获指数等方面培育新品种应对气候变暖对作物产量的不利影响;耐高温和长生殖生长期的玉米品种可以用来应对气温、降水等气候因子的变化;水稻则应选育耐高温品种应对气温和辐射等因子的变化所带来的作物生产上的风险。     

施氮对不同肥力土壤小麦氮营养和产量的影响

【目的】农田养分供应是由土壤基础肥力和肥料投入共同决定的,不同土壤肥力下土壤养分供应能力和特征也不同。本文研究了河南省高、低肥力田块下,不同施氮量对小麦主要生育时期植株氮素营养和土壤硝态氮及产量的影响,以期为河南省同类生产条件下氮肥的合理施用和产量的提升提供参考和依据。【方法】2015—2016年,以小麦品种矮抗58为供试材料进行大田试验,分别设置0、120、225、330 kg/hm^2 4个施氮处理(表示为N0、N1、N2、N3),在开花期到成熟期调查施氮量对土壤硝态氮及产量的影响;在开花期、花后10天和花后20天,测定施氮量对小麦旗叶到倒4叶的叶片氮含量、SPAD值和氮素积累量,以及对植株和所有叶片氮含量的影响。【结果】从开花期到成熟期土壤中硝态氮含量随着施氮量的增加而增加,高肥力田块的土壤硝态氮含量显著高于低肥力田块的土壤硝态氮含量。施氮能显著增加低肥力田块产量,但是高肥力田块的产量均高于低肥力田块,与不施氮相比,低肥力田块的产量最大增幅是高肥力田块产量最大增幅的2.63倍。N1和N2处理下,在开花期和花后10天倒2叶的SPAD值高肥力田块显著高于低肥力田块,但在花后20天低肥力田块显著高于高肥力田块。在N1、N2和N3处理下,旗叶的氮含量在花后10天高肥力田块显著高于低肥力田块,但在花后20天则显著相反。开花期到花后20天,对于低肥力田块旗叶的氮素积累量对上4叶的贡献率最大(N0除外),最高达52.6%;高肥力田块,旗叶和倒2叶对上4叶的氮素积累量贡献率处在同等重要的位置,最高分别达39.9%和39.7%。花后10天到花后20天,高肥力田块不同叶位的氮素转运量和转运率均高于低肥力田块(N0除外)。【结论】增施氮肥可以通过提高土壤硝态氮含量来提高土壤供氮能力,高肥力田块的叶片转运量和转运率比低肥力田块高,低肥力田块通过提高施氮量增加的产量低于高肥力田块下的产量,因此,需改善农田基础肥力来提高产量。通过对高、低肥力条件下产量的分析发现,达到最高产量时的施氮量分别为213kg/hm^2和287 kg/hm^2。     

饱和D-最优设计在高蛋白大豆施肥优化中的应用

【目的】高蛋白大豆生产是我国农业供给侧改革发展的一个重点产业,合理施肥是实现高蛋白大豆生产的一个必要环节。利用饱和D-最优设计对黄淮海地区高蛋白大豆氮、磷、钾肥施用量进行研究,旨在为高蛋白大豆生产中的肥料配施提供理论依据和参考。【方法】以高蛋白大豆冀豆21为试验材料,采用氮、磷、钾三因素二次饱和D-最优设计,每个因素分别设10个处理,每个处理3次重复,共计30个小区,随机区组排列。各处理肥料均在大豆开花期分批次施用,成熟后测定大豆产量及籽粒蛋白质含量。【结果】建立了以氮、磷、钾施用量编码值为变量因子,高蛋白大豆产量和蛋白质含量为目标函数的三元二次多项式数学模式。通过对模型解析寻优表明,氮、磷、钾肥对高蛋白大豆和蛋白质含量均有显著影响,且氮肥>钾肥>磷肥;当氮、磷、钾肥用量分别为95.46、183.8和128.7 kg/hm^2时,边际产量效应值为0,当氮、磷、钾肥分别为120.8、178.4和141.3 kg/hm^2时,边际蛋白质含量效应值为0。氮磷、氮钾、磷钾对高蛋白大豆产量和蛋白质含量存在明显的交互作用。本试验条件下,大豆产量超过3104 kg/hm^2,籽粒蛋白质含量46.04%以上的施肥方案为施氮量76.13～101.1 kg/hm^2,施磷量131.1～168.5 kg/hm^2,施钾量104.9～134.8 kg/hm^2。【结论】利用饱和D建立的肥料函数模型可以很好的说明氮、磷、钾施肥与大豆产量、蛋白质含量的连续变化关系和氮、磷、钾间的互作效应,适量的氮肥、磷肥、钾肥可有效提高高蛋白大豆产量和蛋白质含量。供试条件下,最佳肥料配比是N76.1～101.1 kg/hm^2、P 131.1～168.5 kg/hm^2、K 104.9～134.8 kg/hm^2。     

设施土壤有机氮组分及番茄产量对水氮调控的响应

【目的】酸解铵态氮和酸解氨基酸氮是土壤有机氮的主要组分,可表征土壤的供氮能力,并在氮素矿化、固定、迁移以及为植物生长供氮过程中起到至关重要的作用。研究水、氮调控下设施土壤有机氮组分和番茄产量的相互关系,为评价设施土壤肥力变化和制定科学合理的水、氮管理措施提供科学依据。【方法】田间定位试验在沈阳农业大学的温室内进行了5年,供试作物为番茄,栽培垄上覆盖薄膜,打孔移栽番茄幼苗,膜下滴灌。定位试验三个氮肥处理为施N75、300、525kg/hm^2,记为N1、N2和N3;三个灌水量为25、35和45kPa灌水下限(灌水始点土壤水吸力),记为W1、W2和W3,共9个肥水处理组合。在试验第五年番茄生长期(2016年4—8月)调查了番茄产量及其构成,在休闲期(2016年9月)测定0—10、10—20和20—30cm土层土壤有机氮组分、有机碳和全氮含量。【结果】9个处理中,土壤全氮、有机碳和除酸解氨基糖氮外的有机氮组分含量均随土层深度的增加而降低,且0—10、10—20和20—30cm土层间含量差异显著(P<0.05)。三个土层中酸解总氮占土壤全氮的66.0%、64.6%和55.2%,是土壤有机氮的主要存在形态。土壤酸解总氮中各组分含量及其所占比例的大小顺序为酸解氨基酸氮、酸解铵态氮>酸解未知态氮>酸解氨基糖氮。灌水下限和施氮量对番茄产量及单果重的影响均达极显著水平(P<0.01),水氮交互效应也达显著水平(P<0.05)。休闲期土壤酸解铵态氮与番茄产量间显著负相关(P<0.05)。番茄产量W1N2(25kPa+N300kg/hm^2)、W2N1(35kPa+N75kg/hm^2)和W1N1(25kPa+75kg/hm^2)处理间差异不显著。【结论】灌水和施氮量及其交互效应对各土层土壤全氮、酸解总氮、酸解铵态氮和酸解氨基酸氮的影响均达到极显著水平(P<0.01),而对土壤有机碳的影响不显著(P>0.05)。相同施氮量下,0—30cm土层酸解铵态氮和0—20cm土层酸解氨基酸氮含量均在土壤水吸力维持在35~6kPa范围内达最高值,此土壤水分含量下的0—20cm土层酸解氨基酸氮含量在施N75kg/hm^2时达到最大值。从节水减氮和番茄产量的角度考虑,控制土壤水吸力不低于35kPa、每季随水施N75kg/hm^2为供试番茄生产条件下最佳的水、氮组合量。     

不同氮水平下功能叶片数量和位置对水稻产量性状的影响

【目的】功能叶片对水稻拔节期后的养分运转和积累起着举足轻重的作用。本文探讨了不同氮水平下,不同数量和位置的功能叶片对水稻产量构成的影响,为水稻生产提供更加科学、合理的指导。【方法】以在江苏省沿江及苏南地区适宜种植的早熟晚粳稻‘镇稻11号’为供试材料。田间试验主处理设置N0、90、180、270、360kg/hm^2 5个水平(即N0、N90、N180、N270、N360处理),副处理设置高栽培密度(32.5×10^4hill/hm^2,HD)和低密度(25.5×10^4hill/hm^2,LD)两个水平。于水稻开花齐穗期,每小区选择大小基本一致的单茎穗,挂上标签,分别修剪倒1叶(.T1)、倒2叶(.T2)、倒3叶(.T3)、倒1+2叶(.T1+2)、倒1+3叶(.T1+3)、倒2+3叶(.T2+3)、倒1+2+3叶(.T1+2+3)和不剪除(.T0,对照),组成8个叶位修剪处理。水稻成熟期选取具代表性的植株用于测定产量组成;同时记录各叶位修剪处理穗子的结实率及其强、弱势粒的千粒重。【结果】与N0相比,施氮能显著增加稻穗长度和穗梗数,各氮水平处理间穗长、穗梗数及单个稻穗重量无显著差异。低(N90)、中(N180)、高(N270)三个氮水平下从穗顶端至穗基部随梗位的增加,每梗粒数均呈先增加后下降的趋势,而氮水平对梗粒数没有显著影响。氮水平相同时,两栽培密度下叶片修剪的试验结果一致,均表现为:单独减去倒1、倒2、倒3叶时对单穗重无显著影响;同时减去上3叶中任意2片叶时,单穗重下降5.5%~10.3%;将上3片叶同时减去时单穗重下降24.6%;相同修剪处理下,单穗重的下降比例随氮水平的增加而增加,这表明了氮水平对穗部性状影响的稳定性。通过广义线性模型的分析表明,不同位叶剪处理下,解释单穗重下降比例的模型性能依次为结实率(SP)>SP和强势粒千粒重(S)组合模型>SP和弱势粒千粒重(I)组合模型>SP、S、I三者组合模型>I、S组合模型。【结论】氮水平通过影响稻穗长度、穗梗数、穗梗粒数、结实率和千粒重,进而影响单个穗重。花后稻穗功能叶片越少,单穗重下降越大;施氮水平越高,下降越严重。当功能叶片数量一定时,叶片位置不影响单穗重。花后功能叶依次通过影响结实率、结实率和强势粒千粒重、结实率和弱势粒千粒重、强势粒千粒重和弱势粒千粒重来影响稻穗的重量。