施氮量对农田土壤有机氮组分及酶活性的影响

【目的】探讨不同施氮量条件下土壤氮素转化酶活性和有机氮组分含量的变化规律,并分析氮素转化酶活性与各有机氮组分之间的关系,为陇中黄土高原旱作农业区合理制定施肥量和施肥方案提供参考依据。【方法】基于设置在陇中黄土高原定西市李家堡镇麻子川村的不同施氮量（0（CK）、52.5（N1）、105（N2）、157.5（N3）、210（N4）kg N·hm^-2）春小麦长期定位试验,收获后使用Bremner法测定0—40 cm土层中有机氮组分含量,以及4种氮素转化相关酶的活性。【结果】土壤有机氮组分分配比例顺序为氨基酸态氮>酸解铵态氮>酸解未知态氮>氨基糖态氮,同一土层随着施氮量的增加土壤有机碳、全氮、酸解总氮、氨基酸态氮、酸解铵态氮和脲酶活性、蛋白酶活性均呈先增大后降低的趋势,除全氮外其余都在N2处理时最大,全氮含量在N3处理时达到最大;同一处理不同土层间均随土层加深而降低。冗余分析结果表明,全氮含量和蛋白酶活性是影响陇中黄土高原农田有机氮组分分布与转化的关键因子;碳氮比与所有有机氮组分均呈负相关,蛋白酶、有机碳和脲酶与氨基酸态氮呈极显著正相关。【结论】综合而言,N2处理土壤供氮潜力最高,全氮和蛋白酶是影响该区春小麦土壤有机氮组分转化的关键因子。氮肥合理施用能明显提高土壤有机氮含量,不同施氮量条件下土壤有机氮组分变化差异明显,改变了氮素相关转化酶的活性。     

不同原料好氧堆肥过程中碳转化特征及腐殖质组分的变化

为探讨不同畜禽粪便（牛粪和羊粪）为主料，添加不同作物秸秆（玉米秸秆和小麦秸秆）为辅料在堆肥过程中的碳转化特征及腐殖质组分的变化规律，采用条垛式好氧堆肥研究了不同原料组合（T1：牛粪+玉米秸秆；T2：牛粪+小麦秸秆；T3：羊粪+玉米秸秆；T4：羊粪+小麦秸秆）在堆肥过程中总有机碳（TOC）、可溶性有机碳（DOC）和腐殖酸含量的碳转化特征以及胡敏酸（HA）和富里酸（FA）的含量变化规律。结果表明：所有处理的TOC含量随堆肥过程的推进而下降，至堆肥结束时T1~T4处理的TOC含量分别下降了22.1%、21.5%、23.6、23.7%；DOC含量也随堆肥过程的推进而降低，至堆肥第15天时降低至最低，T1~T4处理分别降低至6.57、5.47、4.73 g·kg^-1和4.93 g·kg^-1，但不同处理的变化规律明显不同：以牛粪为主料的T1和T2处理在第10天以前几乎无变化，而以羊粪为主料的T3和T4处理从一开始就迅速下降至最低值，至堆肥第15天时T1~T4处理的降幅分别为32.4%、36.5%、51.8%和39.3%；总腐殖酸(THA)含量的增加始于堆肥的第10天，第15天时达到最高值，最高值分别为25.5%、22.5%、29.8%和30.0%，整个堆肥过程中T3和T4处理显著高于T1和T2处理（P＜0.05）。随堆肥过程的推进，游离腐殖酸(FHA)含量逐渐降低，堆肥结束时降幅为7.6%~18.0%； HA含量逐渐增加，至堆肥结束时增幅为65.4%~197.8%，堆肥过程提高了胡敏酸态碳。T3和T4处理的FHA和HA含量在整个堆肥过程中始终高于牛粪组合T1和T2处理。FA含量随堆肥进程推进逐渐下降，至堆肥结束时降幅为44.9%~54.9%。羊粪中较高含量的纤维素、半纤维素和HA可能是堆肥产品中THA和HA含量较高的主要原因，在以牛粪为主料的堆肥配料中适当加入羊粪可以提高堆肥产品的腐殖酸含量和胡敏酸态碳。     

马铃薯黑痣病生防菌的筛选和鉴定及其生长条件的研究

从甘肃省景泰县条山农场不同连作年限的马铃薯地块中取根际土样品,分离筛选马铃薯黑痣病病原菌-立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)的拮抗菌。采用土壤平板稀释、对峙法筛选拮抗菌;结合形态特征、生理生化及16Sr DNA分子鉴定;采用单因素试验设计对G1菌株的生长条件进行初步试验。通过初筛和复筛,从108株细菌中获得1株对立枯丝核菌拮抗效果稳定、拮抗能力较强的细菌G1。采用平板对峙法测定其拮抗作用,抑菌带宽度达6mm,抑菌圈直径2.5 cm,抑菌率为66.7%。结合形态特征、生理生化及16Sr DNA分子鉴定,G1为类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.);采用单因素试验设计对G1菌株的生长条件进行初步试验。结果表明,菌株G1在4℃~45℃,p H 5~10,盐浓度0~50 g·L-1都能生长,碳源、氮源利用广泛,最适条件为:温度37℃,p H 7,蔗糖为碳源,蛋白胨为氮源,盐浓度为10 g·L-1。拮抗菌G1被鉴定为类芽孢杆菌,该菌株抑菌带较宽、抑菌效果稳定,生长条件与马铃薯生长的大田环境基本相符,具有作为一株优良生防菌的必要条件。     

黄土高原半干旱区不同覆膜连作玉米产量的水分承载时限研究

【目的】以黄土高原半干旱区有限降水持续高效利用为目标,研究不同覆膜方式下连作玉米（Zea May L.）的产量表现和水分利用特征,揭示其增产机理,明确不同覆膜方式下有利于土壤水分持续高效利用的连作年限,为试区高产、水分高效持续利用型玉米连作技术提供理论依据。【方法】以田间定位试验为基础,量化连作玉米农田土壤水分的年际平衡关系、产量稳定性;以持续高产和收获期不发生土壤干燥化为依据,确定适用于不同覆膜方式的玉米连作年限。【结果】3年试验结果表明,全膜双垄沟播具有良好的保墒、提高土壤水分有效性,利于协调关键生育时期土壤-作物的水分供需关系,提高产量和水分利用效率的作用。与半膜平作处理相比,全膜双垄沟播玉米的籽粒产量、水分利用效率分别提高了41.8%和33.4%,生物产量、单位耗水的干物质累积量、总产值、净产值、毫米水产值和产投比分别提高了21.8%、12.3%、31.2%、27.8%、21.1%和-3.2%;与露地栽培处理相比生物产量、单位耗水的干物质累积量、总产值、净产值、毫米水产值和产投比分别提高了24.9%、39.1%、225.5%、1 423.9%、212.4%和93.5%。地膜覆盖增大了玉米全生育时期的耗水量,全膜双垄沟播、全膜平作和半膜平作耗水量较露地栽培增幅分别为15.5%-29.2%、10.0%-20.8%和4.2%-12.6%。单季较高的耗水量导致3种覆盖处理在连作第二年收获期土壤贮水量较连作开始期分别降低了37.3%、33.5%和30.9%,第三年降低了29.6%、27.5%和23.9%,造成土壤水分亏缺;随着连作年限的延长,土壤水分亏缺累计,出现土壤干化现象,引起产量波动,不利于土壤水分的持续利用。【结论】黄土高原半干旱区,在同等降雨条件下,全膜双垄沟播具有明显的增产增效和提高水分利用效率的作用,是理想的玉米种植模式;当年降雨量在320 mm左右时,全膜双垄沟播玉米连作不宜超过2年,全膜平作、半膜平作玉米的连作时间不宜超过3年。     

不同施肥方式对马铃薯农田土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响

针对马铃薯生产实践中长期单施化肥或化肥过量施用等不合理施肥措施导致土壤碳库活性变差和土壤生物活性降低等问题。通过田间定位试验,分析不同施肥方式:不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、单施有机肥（M）、有机无机肥配施（NPKM）对旱作马铃薯农田土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响。结果显示,连续施肥5年后添加有机肥的M、NPKM处理较CK和NPK处理显著提高了土壤闭蓄态颗粒有机碳（OPOC）和土壤颗粒态有机碳（POC）含量,降低了土壤矿质结合态有机碳（MOC）含量。与CK和NPK处理相比,M、NPKM处理闭蓄态颗粒有机碳（OPOC）含量分别提高了32.52%、30.39%和27.09%、24.78%;土壤颗粒态有机碳（POC）含量分别提高了31.52%、29.65%和25.18%、23.15%。添加有机肥的M和NPKM处理显著提高了颗粒态有机碳（POC）的比例,降低了MOC的比例,与CK和NPK相比,M、MNPK处理中POC的比例分别增加了27.72%、25.23%和10.61%、7.54%,MOC的比例分别降低39.42%、33.16%和14.97%、9.81%。添加有机肥显著提高了土壤总有机碳（TOC）、微生物量碳（MBC）、易氧化有机碳（ROC）的含量,与CK处理相比,M和NPKM处理的TOC分别增加了15.28%和13.64%,MBC增加了21.82%和19.17%,ROC的含量分别增加了32.45%和31.35%;施用有机肥和有机无机配施均显著提高碳库管理指数（CPMI）较单施化肥分别提高28.8%和35.65%。综上所述,施用有机肥处理（M处理和MNPK处理）显著地提高了马铃薯农田土壤闭蓄态颗粒有机碳（OPOC）、颗粒态有机碳（POC）和总有机碳（TOC）及微生物量碳（MBC）、易氧化有机碳（ROC）含量,提高了土壤碳库管理指数;即马铃薯栽培施用有机肥有利于土壤活性有机碳的积累、能够改变土壤有机碳组分分布特征。     

马铃薯疮痂病高效生防芽孢杆菌的筛选及发酵条件优化

利用已鉴定的5株拮抗马铃薯黑痣病病原菌的生防芽孢杆菌（Bacillus），筛选其对马铃薯疮痂病病原菌的抑制作用，通过检测生防菌脂肽类抗生素合成相关基因研究其生防机制。对峙试验结果表明，5株生防菌中以QHZ-3对马铃薯疮痂病病原菌的抑制效果最佳，抑菌率为44%；抗生素合成基因检测结果显示，QHZ-1和QHZ-2具有丰原素（Fengycin）和伊枯草菌素（Iturin）合成酶基因；QHZ-4仅具有Fengycin合成酶基因；而QHZ-3与QHZ-5菌株同时具有表面活性素（surfactin）、伊枯草菌素（Iturin）和丰原素（fengycin）3种脂肽类抗生素合成酶基因。选择最具生防潜力的QHZ-3进行进一步试验，发现该菌株发酵滤液对疮痂链霉菌的抑菌圈直径达到30.4 mm，且在高温、紫外照射以及强酸强碱的条件下抑菌圈直径仍然可保持在27 mm以上。单因素试验结果表明，每瓶（250 mL）装液量60 mL，接种量6%，摇床转速180 r·min^-1，发酵时间60 h的条件下，菌株QHZ-3的生长量最高。正交试验结果显示，装液量每瓶40 mL、摇床转速170 r·min^-1、接种量6%、发酵时间48 h的组合下，QHZ-3生长状态最佳，活菌数可达到1.31×10¹⁰ cfu·mL^-1。二次固态发酵条件优化结果显示，以腐熟的牛粪有机肥为载体，在接种量为15%时，活菌数最高，达到1.14×10⁹ cfu·mL^-1。     

连续施用不同氮量对半干旱地区马铃薯根际真菌群落结构的影响

针对马铃薯生产中因氮肥过量施用导致的土壤微生物群落结构失衡和多样性下降等问题,在始于2013年的不同氮肥用量(N0:不施氮,对照;N75:施氮量75 kg·hm~(-2);N150:施氮量150 kg·hm~(-2);N225:施氮量225 kg·hm~(-2);N300:施氮量300 kg·hm~(-2);N375:施氮量375 kg·hm~(-2))田间定位试验中,于2017年马铃薯成熟期采集根际土壤,应用Illumina PE250测序等分子生物学手段,研究连续5 a施用不同氮量对半干旱地区马铃薯根际真菌群落结构的影响。结果表明:不同施氮量对马铃薯根际真菌群落物种组成造成了显著影响,子囊菌门、Mucoromycota和担子菌门是3个优势门类真菌(相对丰度1.0%),以子囊菌门的相对丰度最大,占总序列的75.48%～83.95%,其优势属是Plectosphaerella(29.92%)和镰刀菌属(13.54%);马铃薯干腐病和枯萎病的病原菌——镰刀菌属的相对丰度随施氮量增加呈增大的趋势。马铃薯根际真菌Alpha多样性随施氮量的增加而降低。连续5 a超量施氮导致了0～20 cm表层土壤中NO~-_3-N含量显著增加,N375处理的NO~-_3-N含量是N0处理的3.76倍。连续5 a超量施氮也显著降低了根际pH值和速效磷含量,N375处理比N0处理pH值和速效磷含量分别降低了0.17个单位和32.10%。RDA及相关性分析结果表明,土壤硝态氮含量是影响马铃薯根际真菌群落结构变化的主要因素(F=1.571,P=0.043~*)。连续大量施用氮肥显著降低了马铃薯块茎产量,连续施氮5 a后,由于土壤剖面中NO~-_3-N的积累,最高产量施肥量由2013—2014年的N225减低为N75,其它施氮处理较N75分别减产了3.46%、22.81%、26.05%和25.32%。长期过量施用氮肥使马铃薯根际硝态氮大量累积,导致pH值降低,进而使根际真菌多样性降低;同时过量氮肥施用会使根际中土壤真菌病原菌相对丰度增加,不利于土壤的健康和马铃薯的高产。     

不同带型及施氮条件下玉米间作豌豆的产量表现和氮肥利用率

通过大田试验,研究了施氮水平和带型配置对玉米间作豌豆产量及氮肥利用率的影响。结果表明:玉米间作豌豆具有显著的间作优势,3:4间作模式的产量显著高于2:4间作,施氮能够显著提高作物的产量,而中、高施氮处理差异不显著;间作显著提高作物吸氮量,3:4间作模式在中施氮处理的吸氮量显著高于2:4间作模式;间作显著提高了氮肥利用率,3:4间作模式的氮肥利用率显著高于2:4间作模式,而中、高施氮处理差异不显著,2:4间作模式中玉米对复合群体的贡献大,3:4间作模式中豌豆对复合群体的贡献大。     

基于文献计量学的农业生态荟萃分析的研究进展

为了解荟萃分析在农业生态学科研中的发展和应用,提供相关研究参考,以“meta”作为关键词获取有效文献718篇,利用CiteSpace可视化软件和Web of Science(WOS)文献分析工具进行量化。结果表明,农业生态荟萃分析的国际发文总量呈显著增长;美国加州大学戴维斯分校、中国农业大学、中国科学院、中国农业科学院、荷兰瓦赫宁根大学在农业生态荟萃分析领域有较高的国际影响力。荟萃分析在农业生态的研究主题多样化,农田管理措施、土地利用方式变化、气候因子变化对生物多样性、温室气体等的生态环境效应评估和碳氮养分循环的动力学分析,以及不同生态系统之间的变化、互作差异比较等是现阶段的主要应用领域。荟萃分析作为农业生态学研究的重要工具,为大尺度综合性研究提供了验证假说和发展新理论的新途径,但目前简单荟萃研究仍难以完全满足实际工作需求,基于大数据融合、机器学习模型算法和专家知识评估等的综合荟萃分析将是未来研究的重点。     

西部黄土高原苜蓿终止时间对苜蓿-小麦轮作系统生产力及土壤水分的影响

旱作春小麦 (Triticum aestivum L.)是西部黄土高原最重要的禾谷类作物,该区苜蓿(Medicago sativa L.)分布也非常广泛。持续的作物连作和多年苜蓿种植系统都存在很多问题。雨养农业系统发展的关键是最佳水分利用策略的应用。发展合理的苜蓿-小麦轮作系统对该区农业的发展有十分重要的意义。由于苜蓿终止时间严重影响土壤水分,所以在适宜的时间终止苜蓿就显得十分重要。然而,关于苜蓿-小麦轮作中老苜蓿在一年中适宜终止时间的研究鲜见报道。本研究利用黄土高原西部典型的半干旱雨养农业区30年老苜蓿布设田间试验,旨在探索老苜蓿地土壤水分状况、苜蓿终止时间和少量氮肥施用对系统生产力及土壤水分的影响。结果表明,长期种植苜蓿后0~3 m土壤水分很少,即便遇到丰水年(2003年),3年的时间都不足以恢复土壤水分。30年苜蓿在一年中春季还是秋季终止对土壤水分状况无显著影响。种植苜蓿30年后杂草竞争力增强,苜蓿干物质和产量水平都相当低,且对1 kg hm^-2的氮肥使用无明显响应。由于土壤水分含量太低,后茬春小麦对1 kg hm^-2的氮肥使用和苜蓿终止时间也无明显响应。因此,苜蓿持续种植时间太长会耗竭土壤水分,使后茬春小麦对苜蓿在一年中的终止时间及少量的氮肥使用无响应,需要3年以上时间才有可能恢复土壤含水量。