茴香轮作调控土壤细菌群落缓解三七连作障碍的效应及机制

三七是我国特有的中药材，但连作障碍严重制约了其产业发展，轮作是生产上最常用且有效的缓解措施。本研究在三七收获后的土壤上轮作茴香，通过测定轮作土壤水浸液对三七存苗的影响来评价轮作对三七连作障碍的缓解效果，并从轮作对土壤细菌群落的影响方面深入阐释轮作缓解连作障碍的机制。结果表明，茴香轮作后的土壤水浸液可以显著提高三七的存苗率。土壤细菌分析表明，茴香轮作后土壤细菌群落发生了明显改变。细菌的丰富度增加，相对丰度>1%的优势菌门变形菌门Proteobacteria和放线菌门Actinobacteria的相对丰度呈增加趋势。属水平上，轮作茴香使66个属的相对丰度显著增加，其中相对丰度>0.2%的优势菌属有14个；30个属的相对丰度显著降低，其中优势菌属有8个，总体上看相对丰度显著增加的属多于显著降低的属。在相对丰度显著增加的优势菌属中包含常见的拮抗菌属假单胞菌属Pseudomonas和芽孢杆菌属Bacillus细菌。本研究也分离到2株假单胞菌和1株芽孢杆菌对三七根腐病菌腐皮镰刀菌Fusarium solani和Monographella cucumerina具有明显的拮抗活性。因此，轮作茴香可以改善三七连作土壤细菌群落结构，增加土壤中拮抗细菌的丰度，提高三七的存苗率。生产上利用茴香与三七轮作对缓解连作障碍具有一定潜力。     

考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。利用遗传算法对上述问题进行了优化求解,并给出了编码方案。【结果】在分水口等间隔布置时,轮灌分组按轮灌分组数等间隔安排所需功率最小,优化后的水头损失系数可以减小到没有优化前的0.772倍。【结论】本研究模型不仅适用于恒定流量的组合优化,也可应用于不同分水口的所需水量不同的随机灌溉以及恒压供水的优化中。     

Weed seedling emergence in contrasting fodder crop systems following 30 years of cultivation in the lowlands of Northern Italy

Five fodder crop systems of different intensity (ranging from a double annual crop of Italian ryegrass + silage maize to a permanent meadow) were adopted for 30 years in the lowlands of Northern Italy under two input levels, differing mainly in their provision of organic fertiliser (manure). Herbicides were used in the maize crops included in all systems, except the meadow. After 30 years, the weed seedbank of all systems and input levels were assessed by the seedling emergence technique on soil samples from each plot. The cropping systems determined the abundance and composition of the weed assembly. Relatively few, frequent species made up the majority of the emerged seedlings in all systems, and there was no relationship between the total number of emerged seedlings and the mean number of species recorded in the different systems. Arabidopsis thaliana and Oxalis corniculata were abundant in the annual double crop and in the 3- and 6-year rotations that also comprised the annual double crop. These weeds, however, were unlikely to represent a major threat to the crops, due to their vigour and growth period. The permanent meadow tended to greater weed biodiversity than the other systems. The application of manure favoured the seedbank of species such as Lolium multiflorum, Digitaria sanguinalis and A. thaliana. Weed communities in the different systems were mainly determined by herbicide application, (through the ability of weeds to avoid its effects, determined by the weed life history and emergence period) and manure application (with its possible dual effect of spreading weed seeds and favouring nitrogen-responsive weeds).     

连续翻耕秸秆粉碎还田土壤物理性状及水稻产量

通过连续5年田间定位试验,研究了翻耕秸秆粉碎还田对稻麦两熟农田土壤物理性状、水稻产量及其构成因素的影响。结果表明,水稻收获时,翻耕秸秆粉碎还田处理能够有效降低耕层土壤容重、紧实度和土壤中固相部分所占比例,增加耕层土壤毛管孔隙度和土壤中气相部分所占比例。就水稻产量而言,翻耕秸秆粉碎还田处理较秸秆不还田处理有不同程度的提高,5年平均增产428 kg/hm~2,增幅为4.50%,主要是通过增加有效穗数和穗粒数来提高水稻产量。总之,本试验条件下,翻耕秸秆粉碎还田措施有利于改善耕层土壤物理结构,提高水稻产量。     

异速对辊式玉米秸秆粉碎还田装置设计与试验

针对玉米秸秆量大、韧性强,导致还田后秸秆粉碎不均匀影响后续整地和播种等问题,该研究提出了一种异速对辊及动态双支撑形式的玉米秸秆粉碎还田方式,并研制了相应的玉米秸秆还田装置,主要由捡拾粉碎单元、对辊滑切支撑单元、支撑板和机壳等组成。在异速动态双支撑条件下,通过对作业过程中玉米秸秆动力学分析和秸秆漏捡面积分析,对捡拾粉碎刀和对辊滑切支撑刀进行设计,建立了影响秸秆粉碎合格率的数学模型。以捡拾粉碎刀转速、L型甩刀折弯角、L型甩刀刃口长度和滑切支撑刀滑切角为因素,秸秆粉碎合格率为试验指标进行Box-Behnken试验。田间试验结果表明:当滑切支撑刀滑切角45°、捡拾粉碎刀转速1 700 r/min、L型甩刀刃口长度45 mm和L型甩刀折弯角40°时,玉米秸秆粉碎合格率为92.58%,与预测值误差5%,满足国家标准要求。该研究提出的秸秆粉碎还田方式和研制的秸秆粉碎装置为玉米秸秆粉碎还田机设计和优化提供新的方案和技术支撑。     

雨养烟叶种植田无机氮淋溶特征

为了解烤烟种植下土壤氮淋溶与大田作物差异,评价烟田常规养分管理,探寻烟田无机氮淋溶的阻控策略。以贵州龙岗长期定位试验为平台,于2015—2017年开展常规管理下烟田氮素淋失及其影响因素研究。试验设5个处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥+厩肥(NPK+M)、化肥+连作(NPK+L)、化肥+生物有机肥(NPK+BM)。结果表明,烟田全年无机氮淋溶量为3.62~6.08 kg/hm^2,氮肥净淋溶率为0.09%~3.29%。无机氮的淋溶损失主要发生在烤烟生长季,尤其是5—6月,其占总淋溶量的40.33%~65.86%。烟田淋溶液中氮素形态主要是有机态,无机氮的比例平均仅为29.83%,缓苗期和旺长期(5—6月)淋溶液中无机氮比例高于烤烟成熟期(7—8月),前者无机氮比例平均33.00%,后者其平均为26.67%。降雨是影响烟田淋溶损失的主要因素,无机氮淋溶量与月降雨量呈非线性相关。施用化肥导致无机氮淋溶显著升高,有机肥配施化肥降低了土壤溶液淋溶,降低了氮肥淋溶损失。与烤烟玉米轮作处理相比,烤烟连作处理显著降低了土壤水淋溶,使氮肥净淋溶率降低59.57%。综上,目前烤烟常规管理下,雨养农业区烟田无机氮淋溶强度不高,受降雨影响大,应注重有机无机配施降低无机氮淋溶,在养分管理中考虑如何降低有机氮淋溶,以提高氮素养分供应量。     

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。     

小麦-玉米轮作体系不同旋耕和深耕管理对潮土微生物量碳氮与酶活性的影响

【目的】通过研究黄淮平原潮土区两年不同轮耕模式下土壤微生物量碳氮、酶活性的差异和变化特征,为该地区选择适宜的耕作制度提供理论依据。【方法】2016-2018年采用裂区设计进行田间小麦–玉米轮作系统下的轮耕试验。主处理为小麦季旋耕(RT)和深耕(DT),3个副处理为玉米季免耕(NT)、行间深松(SBR)、行内深松(SIR),共6个处理。2017、2018年玉米收获后,每10 cm一个层次,测定了0-50 cm土层土壤有机质、全氮、速效养分、微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性。【结果】各处理土壤有机质、全氮、速效养分、SMBC、SMBN及酶活性均随土层深度的增加而降低,40-50cm土层不受耕作方式的影响。小麦季深耕和玉米季深松对表层土壤有机质和全氮影响不明显,但显著提高了深层土壤有机质和全氮含量。小麦季旋耕显著增加了玉米季0-10 cm土层中速效养分含量,而小麦季深耕条件下的DT-SBR和DT-SIR处理则显著增加了20-40 cm土层中的速效养分含量。在0-20 cm土层,小麦季旋耕条件下的RT-NT、RT-SBR和RT-SIR处理的SMBC明显高于小麦季深耕条件下的DT-NT、DT-SBR和DT-SIR处理,但在20-40 cm土层,SMBC和SMBN均表现为小麦季深耕处理显著高于旋耕处理,且以DT-SIR处理SMBC (67.99 mg/kg)和SMBN (45.96 mg/kg)最高。小麦季深耕处理提高了深层(30-40 cm)土壤微生物量氮/全氮值,但降低了表层(0-20 cm)土壤中的微生物熵。玉米季深松处理(RT-SBR、RT-SIR、DT-SBR和DT-SIR)较免耕处理(RT-NT和DT-NT)均提高了土壤酶活性,其中,在0-20 cm土层,RT-SBR和RT-SIR处理土壤脲酶活、蔗糖酶和中性磷酸酶活性较高;而DT-SBR和DT-SIR处理则提高了深层(20-40 cm)土壤中这三种酶的活性。【结论】在本试验期内,小麦季旋耕–玉米季深松处理(RT-SBR和RT-SIR)能明显提高0-10 cm土壤速效养分含量、0-20 cm土壤微生物量碳含量,而小麦季深耕–玉米季深松处理(DT-SBR和DT-SIR)则提升了20-40 cm土层土壤有机质、全氮、速效养分、微生物量碳和氮含量;小麦季深耕处理提高了深层(30-40 cm)微生物量氮/全氮比,但降低了表层(0-20 cm)土壤微生物熵。     

耕作方式和施氮量对稻茬小麦产量构成和群体质量的影响

以苏麦188为材料,在水稻秸秆全量还田条件下研究板茬、旋耕、耕翻等耕作方式和施氮量210kg/hm2、240 kg/hm2、270 kg/hm2对小麦群体质量和产量及其结构的影响,为稻茬小麦大面积机械化栽培提供参考。结果表明：板茬方式产量显著高于旋耕和耕翻；随施氮量增加,产量逐渐提高。产量在不同耕作方式与施氮量间存在显著的互作效应。相比其他耕作方式,板茬方式每穗粒数和千粒重较高；群体茎蘖数多,但分蘖成穗率不高、源库协调水平偏低,花后具有较高的光合生产能力。随施氮量增加,穗数和每穗粒数、群体茎蘖数和分蘖成穗率、花后光合生产能力以及源库协调性均呈提高趋势。说明,通过合理增施氮肥可以进一步改善板茬方式下小麦群体质量,协同提升产量构成因素,实现增产。本试验条件下采用板茬方式配以施氮量270 kg/hm2或240 kg/hm2处理产量最高。     

大豆玉米持续轮作免耕对土壤养分及作物产量的影响

为了解决免耕减产、秸秆焚烧污染环境、种植结构不合理等问题,试验通过设置免耕和传统垄作田间对比试验,研究了2013年到2016年连续4年大豆玉米轮作免耕对土壤养分及作物产量的影响,研究结果可为免耕技术推广及黑龙江省农业持续发展提供理论参考和技术保障。试验结果表明,大豆玉米持续轮作免耕条件下0-7.5 cm、7.5-15 cm、15-22.5 cm、22.5-30 cm土壤养分指标全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量均高于垄作处理,且耕作对全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量影响显著；耕作对土壤容重影响显著,免耕处理各层土壤容重高于垄作处理,免耕处理15-22.5 cm与22.5-30 cm土层之间容重差异不显著,而垄作处理各层土壤容重差异显著；与垄作相比,2013年和2015年免耕大豆增产率分别为16.37%和25.33%,2014年和2016年免耕玉米产量增产率分别为0.88%和9.50%。大豆玉米轮作免耕较垄作平均节约成本640元/hm2,平均增收2220元/hm2。