长江中下游冬油菜产区有机无机肥配施下减氮增效潜力分析

【目的】评估长江中下游冬油菜主产区化肥减施增效的潜力与区域适宜性,为该区域油菜产业减肥增效提供科学依据。【方法】于2018年在江苏（高淳）、湖南（安仁）、湖北（沙洋）、安徽（休宁和当涂）四省（共5个地点）布置以有机肥（M）用量（0、2 250 kg·hm^-2）和施氮（N）水平（0、90、135、180、225、270 kg·hm^-2）为控制因素的冬油菜田间试验,分析有机无机肥配施对油菜产量、化学氮肥利用率和经济效益的影响,并评估不同区域冬油菜最佳产量和施肥效益下适宜的有机无机配施技术模式及其减肥潜力。【结果】相比于单施化肥,增施有机肥显著提升油菜产量,增产幅度达7.7%—43.3%。以最高产量为目标,各试验点在增施有机肥的基础上推荐化肥氮施用量分别为：高淳195 kg·hm^-2,安仁199 kg·hm^-2,沙洋195 kg·hm^-2,休宁179 kg·hm^-2,当涂185 kg·hm^-2。通过模型拟合发现各试验点达到单施化肥最高产量时,有机肥施用可替代26.7%—45.9%的化肥氮投入,且随着土壤基础肥力提高,化肥氮减施潜力增加。不同有机肥用量下,油菜化学氮肥利用率均随施氮量的增加呈下降趋势,但有机无机配施能够有效提高各氮肥梯度下油菜的化学氮肥偏生产力和农学效率,各试验点化学氮肥偏生产力增幅为24.4%—53.0%,化学氮肥农学利用效率增幅为26.3%—89.9%。与不施氮处理（N₀）相比,安仁、休宁和当涂试验点在施用180 kg N·hm^-2并配施有机肥处理下增收效益最大,依次为8 915、10 358和6 569元/hm²;而高淳和沙洋试验点在单施化肥（225 kg N·hm^-2）处理下增收效益最大,分别为11 252、8 500元/hm²。【结论】长江中下游部分冬油菜产区采用有机无机肥配施技术可实现减化肥氮26.7%—45.9%的同时提高籽粒产量、化学氮肥利用率及氮肥或有机肥增收效益,实现减氮增效。     

氮锌配施对水稻锌的吸收、累积与分配的影响

[目的]研究不同施氮量和供锌水平对水稻锌的吸收、累积与分配的影响,为氮锌肥料配施提高水稻的锌营养提供理论依据。[方法]采用田间试验的方法,研究了2个施氮量(200和300kg·hm-2)和3个供锌水平(0、25和50kg·hm-2)处理对水稻(镇稻11号)锌营养的影响。[结果]水稻地上部锌含量和锌累积量均随供锌水平的提高而提高,不同的施氮量对水稻不同生育时期(分蘖期、开花期和成熟期)不同部位(叶、茎鞘、籽粒)锌含量和累积量的变化趋势存在差别。水稻各生育期各器官的锌含量变幅为20.1~50.6mg·kg-1,除开花期和成熟期茎鞘外,低施氮量下Zn25和Zn50处理的不同生育期各器官的锌含量分别与高施氮量下Zn0和Zn25处理相近;同时,同一器官不同生育期锌含量也存在明显的变化,锌含量最高的器官为茎鞘,且不随生长中心的转移而更替。生育前期(分蘖期和开花期)茎鞘中锌的累积量最高,茎鞘中锌的分配率占全株总累积量的60%以上,生育后期(成熟期)茎鞘和籽粒中锌的积累量最高,均占40%左右。高、低施氮量下,不同供锌水平水稻成熟期锌的总累积量分别平均为504.6和496.7g·hm-2,生产100kg籽粒吸锌量分别平均为2.30和2.20g,籽粒由再分配获得的锌占籽粒总锌量分别平均为43.2%和46.7%。各器官对锌的净吸收累积量、转移量、对籽粒锌的贡献及锌收获指数均为高氮处理高于低氮处理,且茎鞘大于叶片。[结论]提高氮肥用量有利于促进水稻植株的生长发育,促进水稻植株对锌的吸收、累积与分配,生产上应重视氮肥与锌肥之间的配合施用。     

施用不同生物有机肥对连作黄瓜枯萎病防治效果及其机理初探

采用营养钵育苗和盆钵试验的方法,研究了以枯草芽孢杆菌SQR9和哈茨木霉T37这两株拮抗菌制成的三种生物有机肥（BIOⅠ、 BIOⅡ和BIOⅢ）对黄瓜生长、 土传枯萎病防治效果及其生防菌株在黄瓜根系中的定殖情况的影响。结果表明, 1）未施用生物有机肥的对照处理（CK）完全发病,有机肥处理（OF）发病率高达88.2%。施用BIO处理都不同程度地降低了黄瓜土传枯萎病的发病率,施用生物有机肥BIOⅠ、 BIOⅡ和BIOⅢ后发病率分别降至51.0%、 19.6%、 13.7%。2）与对照相比,BIOⅠ、 BIO Ⅱ和BIO Ⅲ处理能够显著提高黄瓜生物量,分别是对照的 2.55、 2.46 和 2.58 倍。3）菌株SQR9和T37通过有效的根际定殖降低了病原真菌对根系的侵染,荧光定量PCR（real-time PCR）测定黄瓜根际尖孢镰刀菌数量的结果表明,施用BIOⅡ和BIOⅢ能够将病原菌数量控制在103 copies/g, 土,而对照土壤高达 107 copies/g, 土。     

葫芦与西瓜砧穗在不同土壤上根际碳代谢指纹特征与差异

土传病害的发生与微生物关系密切,但砧穗互作下根际微生物活性变化尚不明确。为阐明在不同土壤类型下,砧穗互作对根际微生物活性的影响,采集黑土(吉林)、砖红壤(海南)、黄棕壤(江苏)和灰漠土(新疆)四种类型土壤,并在每种土壤上均种植自根葫芦、自根西瓜、嫁接西瓜(葫芦砧木)以及嫁接葫芦(西瓜砧木),利用Biolog培养技术探究不同处理下根际微生物碳源代谢活性的差异。结果表明,不同土壤类型下微生物代谢活性差异显著(R~2=0.534,p0.001),不同嫁接植物之间根际微生物碳源利用同样存在显著差异(R~2=0.075,p0.001)。不同嫁接处理根际微生物对碳源的综合代谢水平自根西瓜嫁接葫芦(西瓜砧木)嫁接西瓜(葫芦砧木)自根葫芦。聚类推进树(Aggregated boosted tree,ABT)分析显示土壤有效磷、速效钾是影响微生物碳源利用的主要因子。评估不同土壤类型下根际微生物碳代谢活性对砧穗互作的响应,可为防控土传病害提供依据。     

根际沉积碳与秸秆碳共存下作物与微生物氮素竞争机制及其调控

根际沉积碳与秸秆碳输入是植物-土壤-微生物交互作用的纽带,对土壤微生物群落结构和功能具有巨大的影响。然而,这些碳的输入会使氮素发生强烈的生物固持作用,造成土壤微生物与植物之间的氮素竞争。这不仅会对作物生长产生负面影响,而且会改变土壤有机碳氮的稳定性。国内、外前期的研究工作虽对秸秆还田后土壤有机质的周转情况有一定认知,但受传统研究方法局限,并未全面阐述植物源有机碳在作物与微生物氮素竞争以及在土壤微生物群落结构与功能演替过程中的驱动作用。在当前我国大力推荐秸秆全量还田的大背景下,理解全量秸秆还田下作物与微生物氮素竞争机制及其调控途径对建立合理的秸秆还田管理措施、改善土壤有机质稳定性并提高氮素利用率具有重大意义。本文综述了秸秆还田下作物与微生物间的氮素竞争规律,以及根际沉积碳与秸秆碳共存下根际激发效应的发生机制及其生态重要性,同时介绍了根际沉积碳与秸秆碳共存下植物和微生物间氮素竞争的关键微生物菌群研究的主流观点和方法,并提出根际沉积碳与秸秆碳共存下作物与微生物氮素竞争机制及其调控途径,以期为提升作物对氮素的吸收以及土壤中氮素的利用效率,减少传统化学肥料的施用,增加土壤有机质的稳定性提供理论基础。     

不同施肥模式下轮作制度引起的土壤磷素有效性变化及其影响因素

【目的】探究不同轮作体系对土壤磷素有效性的影响,评估不同轮作体系土壤磷素活化潜力,为农田磷素高效利用提供科学依据。【方法】试验于2018—2020年在江苏省如皋市农业科学研究所开展,设置水稻-小麦（R-W）、水稻-油菜（R-O）、水稻-包菜（R-C）、水稻-闲田（R-F）4个轮作模式,每种轮作模式下设置3种施肥处理,分别为不施肥处理（CK）、不施磷处理（NK）、氮磷钾肥处理（NPK）。通过分析旱季和稻季成熟期不同施肥条件下地上部作物吸磷量、土壤磷组分含量、土壤微生物量及碱性磷酸酶活性等,明确不同水旱轮作体系下土壤磷素平衡及有效性变化规律,并探究其主要影响因素。【结果】NK处理下土壤磷素的严重失衡导致不同轮作体系土壤有效磷的补充存在差异。在NK处理下,R-O轮作可以保持较高的磷素输出以及促进土壤有效磷的补充。具体表现为NK处理下旱季R-O轮作体系下土壤活性磷相对含量较其他轮作体系低5.7%—7.3%,土壤中等活性磷和稳定性磷相对含量分别较其他轮作体系高4.2%—6.4%和0.9%—1.9%。相比之下,NK处理下稻季土壤中等活性磷相对含量较其他轮作体系高0.5%—3.0%,活性磷和稳定性磷相对含量则分别较其他轮作体系低0—1.5%和0.2%—2.3%。NK处理下,R-O轮作土壤微生物量碳磷比在旱季和稻季均相对较小,且在稻季时显著低于R-W轮作。土壤微生物量氮磷比也具有类似的规律。R-O轮作土壤碱性磷酸酶在旱季和稻季均保持较高活性。路径分析模型表明,磷素携出量（-0.53）和碱性磷酸酶（-0.51）分别对旱季和稻季土壤有效磷含量的贡献最高。【结论】在土壤磷素相对亏缺时,水稻-油菜轮作可以通过在旱季释放更多的碱性磷酸酶和调节稻季的土壤微生物量碳磷比,进而促进微生物活化非活性态磷库以补充活性态磷库,以保证在不影响磷素输出的情况下维持土壤有效磷含量的相对稳定。     

香蕉枯萎病拮抗菌的筛选鉴定及其生防效果

以海南发病香蕉园中的健康香蕉根际土壤为样品,以香蕉枯萎病病原菌Fusarium oxysporm f.sp.cubense(FOC)为指示菌进行香蕉枯萎病拮抗菌的分离筛选和鉴定,初筛得到16株拮抗菌,通过复筛得到1株有较强抑菌活性的拮抗菌株YL-19,其发酵液抑菌圈直径为26.26 mm。通过形态特征观察、生理生化鉴定及16S rDNA序列分析将其初步鉴定为芽孢杆菌属(Bacillus sp.)。该菌最适生长温度为37～42℃,最适初始pH值为6～8。对发酵液的抑菌物质稳定性初步研究显示:抑菌物质对胰蛋白酶及紫外线照射不敏感,对强酸、强碱和温度比较敏感。盆栽试验结果表明:用YL-19二次发酵的生物有机肥对香蕉枯萎病的防治效果达到74%,且对香蕉苗有明显的促生效果。     

基因宏阵列和荧光定量PCR方法对西瓜枯萎病害土壤中尖孢镰刀菌的快速检测和定量

采用基因宏阵列(Macroarray)和荧光定量PCR(Real-time PCR)的方法,对引起西瓜枯萎病害的病原菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)进行了快速监测和快速绝对定量,并且对实验条件进行了优化和摸索。结果显示,在西瓜枯萎病害发病较为严重的处理N-+P-和N-+P+的根际土壤中,Macroarray检测到强烈的阳性信号,表明尖孢镰刀菌的大量存在,同时荧光定量PCR的结果也表明在这两个处理的根际土壤中尖孢镰刀菌数量最多,分别为每g土壤8.89×105和2.24×105个拷贝数;而在未发生枯萎病害的处理N++P-和N++P+中,Macroarray未检测到阳性信号,根际土壤中尖孢镰刀菌数量分别为每g土壤6.23×103和3.28×103个拷贝数;而四个处理的土体土壤中尖孢镰刀菌的数量均维持在每g土壤102～103个拷贝数,Macroarray未检测到阳性信号。与传统检测方法如病原菌的分离培养、平板稀释计数等相比,上述分子生物学方法对病原真菌的检测和定量更为准确快速、省时省力。     

养分管理对直播稻产量和氮肥利用率的影响

为探明不同养分管理模式在实地农户种植条件下对直播水稻产量和氮肥利用率的影响。本试验于2011年6月至2013年11月在江苏省兴化市茅山镇基本农田保护区的田间稻麦轮作条件下,分别选取茅山东村、茅山西村和冯顾村各8个农户,开展3个不同养分管理模式试验,设置了不施肥对照(CK)、农民习惯施肥(FFP)和优化施肥(OPT1和OPT2)4个处理,主要研究了水稻产量及构成因子、氮累积分配和氮肥利用率等对不同养分管理模式的响应。结果表明：(1)施肥较不施肥显著提高水稻产量,优化施肥(226 kg N hm^-2)在较习惯施肥(333 kg N hm^-2)平均减氮32.1%的基础上显著提高水稻产量5.5%,增产原因是提高了穗粒数、结实率和千粒重;OPT2较OPT1平均增产3.1%,其原因是在孕穗期增施了钾肥(18 kg hm^-2 K₂O)。(2)优化施肥水稻植株各部位氮浓度、百千克籽粒需氮量和秸秆氮累积均显著低于习惯施肥,且降低营养器官的氮素分配比例。(3)优化施肥较习惯施肥显著提高水稻氮肥利用率,其氮肥偏生产力(PFP_N)、氮肥农学效率(AE_N)、氮肥回收效率(RE_N)和氮肥生理效率(PE_N)分别平均增加55.5%、79.1%、18.7%和48.7%。(4)水稻植株氮累积与产量呈显著正相关,且优化施肥单位氮累积的增产效果高于习惯施肥。因此,基于氮肥总量控制、分期调控和增施钾肥的养分优化管理措施可在实地农户直播稻种植上协同实现水稻高产和氮肥高效。     

镰刀菌酸毒素对西瓜幼苗根细胞跨膜电位及叶细胞有关抗逆酶的抑制

 【目的】了解引起连作西瓜严重枯萎病的尖孢镰刀菌毒素对西瓜幼苗根和叶细胞有关生理功能的影响。【方法】用从尖孢镰刀菌西瓜专化型菌株提取的真菌毒素镰刀菌酸处理西瓜幼苗,考察其对细胞根系跨膜电位和叶片中相关抗逆酶的影响。【结果】高浓度镰刀菌酸处理西瓜幼苗12 h后,根部细胞跨膜电位比对照下降61.9%～81.8%。不同浓度的毒素处理24 h后,根系脱氢酶活性减少35.9%～90.9%。镰刀菌酸明显加速了叶片细胞膜脂质过氧化,24 h后叶片丙二醛含量是对照的5.2～11.0倍。叶片中的苯丙氨酸解氨酶活性先增加,然后减少,6～12 h活性最高,为对照的7.2～10.5倍。过氧化氢酶、超氧化物岐化酶、过氧化物酶也是先上升然后下降。过氧化氢酶活性在毒素处理3 h后达到高峰,但再过3 h后下降18.6%～52.5%。超氧化物岐化酶和过氧化物酶在毒素处理12 h后达到最大,然后下降。叶片中的β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶在毒素处理后先快速上升,然后下降,最大活性分别出现在处理后12 h 和 3 h,分别是对照的10和15～30倍。【结论】镰刀菌酸强烈抑制了西瓜幼苗的根和叶细胞正常生理功能。破坏了叶片细胞的正常防卫系统和根细胞吸水和运输功能,引起细胞膜脂质过氧化生成大量的丙二醛,细胞结构遭受严重破坏,导致发病甚至细胞死亡。