施用生物炭对华北平原冬小麦土壤水分和籽粒产量的影响

为探究施用生物炭对华北平原农田土壤水分和冬小麦籽粒产量的影响,于2014—2017年在中国农业大学吴桥实验站设置施用生物炭7 200(BH)、3 600(BM)、1 800(BL)和0kg/hm~2(CK)4个处理。结果表明:与CK处理相比,BH、BM和BL处理3年平均增产分别为1.84%、7.28%和5.03%,并且降低了耗水量,水分利用效率分别提高5.96%～14.86%、9.42%～19.18%和5.96%～13.50%。同时施用生物炭增加了土壤含水量,与CK处理相比,土壤上层0～60cm BM处理增幅最大;中层60～120cm和下层120～200cm均为BL处理增幅最大(P0.05)。综上所述,施用生物炭可以增加土壤含水量和籽粒产量。统计分析表明,当施炭量分别为3 389～3 882和3 500～4 357kg/hm~2,0～60cm土层土壤含水量和籽粒产量均最高,且0～60cm土层土壤含水量与籽粒产量间存在显著的正相关关系(P0.05)。因此,施用生物炭可以增加土壤含水量,降低水分消耗,提高冬小麦籽粒产量和水分利用效率,在本试验条件下以施用3 000～4 500kg/hm~2为宜。     

苗期甜高粱和玉米对土壤Pb胁迫的响应及抗性评价

为研究甜高粱和玉米受土壤Pb胁迫后植株生长状况和生理指标变化的规律,采用盆栽毒理试验方法,并运用隶属函数值法对其抗性进行了综合评定。结果表明:土壤Pb胁迫下,甜高粱和玉米的株高、生物量和叶绿素含量下降,而叶绿素a/b的值升高,MDA和脯氨酸的含量增多,细胞膜透性增加,各指标变化幅度不同,单一指标难以评判作物的抗性。而利用隶属函数值法综合评价,晋甜杂1号、晋甜杂2号、晋甜杂3号和大丰30的隶属函数综合评价值依次为0.327 2、0.287 0、0.885 8和0.274 8,则对铅的抗性能力综合评定结果为:晋甜杂3号晋甜杂1号晋甜杂2号大丰30。因此,甜高粱晋甜杂3号抗性最强,更适宜在Pb污染土壤上种植。     

能源作物甜高粱和玉米对土壤重金属的富集比较

采用盆栽实验研究不同浓度重金属胁迫下(Cd、Pb、Cr)能源作物甜高粱和玉米不同器官Cd、Pb、Cr含量、富集系数以及冠部累积量。结果表明,Cd胁迫下,甜高粱不同器官Cd含量、富集系数以及冠部累积量(6.28~59.71μg)均高于玉米;Pb胁迫下,玉米不同器官Pb含量、富集系数以及冠部累积量(223.71~652.44μg)均高于甜高粱;随Cr浓度增加,甜高粱和玉米不同器官Cr含量、富集系数以及冠部累积量均呈上升趋势,在Cr胁迫下甜高粱和玉米的生物量较小,冠部Cr累积量小。相比之下,甜高粱适合修复Cd污染土壤,玉米适合修复Pb污染土壤,两种作物均不适合修复Cr污染土壤。     

施用生物炭对冬小麦光合潜力和籽粒产量的影响

为探究生物炭对冬小麦光合潜力和籽粒产量的影响,在中国农业大学吴桥实验站设置了施用生物炭7200kg·hm^-2(BH)、3600kg·hm^-2(BM)、1800kg·hm^-2(BL)和不施生物炭(BO)4个处理,测定分析了冬小麦开花期和灌浆期旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化、光响应曲线及籽粒产量。结果表明,不同施炭水平下冬小麦开花期和灌浆期旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化均呈双峰曲线趋势,有明显的光合“午休”现象,而施用生物炭可以减弱光合“午休”。冬小麦叶片胞间CO2浓度的日变化呈现先降后升的趋势,呈广口“V”型。随着光照强度的增加,在开花期,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率光响应曲线呈现逐渐上升趋势,而灌浆期的响应曲线在光照强度1600~2000μmol·m^-2·s^-1时呈现逐渐下降趋势,就不同处理而言,开花期和灌浆期各指标均表现为BH和BM处理大于BL和BO处理;模拟得到的灌浆期最大净光合速率以BM处理最大,分别比BH、BL和BO处理高2.50%、6.20%和8.88%。与BO处理相比,BH、BM和BL处理的籽粒产量分别增加了4.14%、5.97%和1.49%,其中BH和BM处理增产显著(P<0.05)。综上所述,施用生物炭可以减弱冬小麦开花期和灌浆期的光合“午休”,增强光合性能和潜力,提高籽粒产量。在本试验条件下生物炭以年施用量3600kg·hm^-2效果最好。     

长期保护性耕作对稻田土壤团聚体稳定性和碳氮含量的影响

为研究双季稻(Oryza sativa L.)土壤团聚体稳定性及C、N含量对耕作方式的响应,该研究利用已进行12 a的包括翻耕+秸秆不还田(CT),翻耕+秸秆还田(CTS),旋耕+秸秆还田(RTS)和免耕+秸秆还田(NTS)的保护性耕作稻田定位试验,运用湿筛等方法测算了团聚体的构成与稳定性,C、N含量及其对土壤总C、N的贡献。结果表明:长期秸秆还田显著增加0～10 cm土层大团聚体比重,弱化翻耕、旋耕和免耕等不同耕法对表层大团聚体的差异化影响(P0.05),但5～30 cm土层大团聚体随耕作强度的减弱有所提高。总体来看,稻田土壤团聚体以2 mm粒径为主(占35.02%～64.44%),其C、N贡献率分别达52.12%和52.16%;秸秆还田有利于微团聚体向大团聚体的转化,外源C、N更多被大团聚体固持和保护。NTS在0～20 cm的2 mm团聚体对土壤C、N的贡献率显著大于其他处理;土壤C、N含量与团聚体稳定性呈显著正相关关系(P0.05)。相比于CTS与RTS,长期采取NTS显著改善土壤C、N含量,促进大团聚体的形成和稳定,对改善稻田耕层(尤其0～20 cm)土壤团聚体稳定性具有显著的效果(P0.05)。因此,采取保护性耕作措施对南方双季稻田土壤质量及农业生态持续性具有积极的作用。     

不同基因型香稻品种在广州从化的适应性研究

为筛选适宜在广州从化区种植的香稻品种,以6个香稻品种为材料,调查各香稻品种的产量和籽粒香气(2-AP)含量。结果表明,软华优金丝产量最高,为548 kg/hm²,但象牙香占、青香优19香、美香占2号的产量与软华优金丝无显著差异。象牙香占籽粒2-AP含量最高,与青香优19香差异不显著,但显著高于其他品种。各品种2-AP含量高的原因在于叶片和籽粒中前体物质如脯氨酸、1-吡咯啉和1-吡咯啉-5羧酸含量保持较高水平。象牙香占、青香优19香和软华优金丝在从化种植可以同时保持较高的产量和籽粒2-AP含量,可为从化香米产业的发展提供良好的品种支持。     

不同耕作方式下雨养冬小麦产量和水分利用

在华北地下水严重超采区发展旱作雨养农业对缓解该地区农业用水压力有重大意义。为筛选适宜在华北地区种植的旱作冬小麦品种,探索配套的耕作技术,在中国农业大学吴桥实验站开展一项为期2a的试验。田间试验采用裂区试验设计,主区为耕作处理,包括旋耕秸秆还田(RTS)和免耕秸秆还田(NTS),副区为8个冬小麦品种。结果表明:不同耕作措施对冬小麦产量有明显影响,RTS处理较NTS提高冬小麦生物产量和经济产量,同时提高拔节期、孕穗期等关键生育时期的叶面积指数。NTS有利于收获指数提高,其中‘烟农19’在NTS下分别达到0.36和0.39;NTS明显降低冬小麦的耗水量,最低值可达到378.21mm。不同冬小麦品种水分利用效率对2种耕作方式响应并不一致,‘农大399’‘烟农19’和‘鲁原502’在RTS下表现较好,而‘鲁麦21’和‘青麦6’则在NTS下表现较好;冬小麦品种间产量差异显著,其中‘农大399’‘烟农19’和‘鲁原502’产量表现相对突出,在不同耕作方式和不同降水年份间表现较为一致,其经济产量分别达到6 036.35、6 369.68和5 902.95kg·hm-2。综上,NTS有利于耗水量的减少,不同品种在不同耕作方式下的水分利用效率表现不一致。因此,在华北半干旱地区,NTS下‘鲁麦21’‘山农29’‘农大399’等品种和RTS下‘济麦22’‘汶农14’和‘青麦6’品种具有较好的水分适应性。     

耕作方式及秸秆还田对华北平原土壤全氮及其组分的影响

为明确耕作方式对农田土壤全氮及其组分的影响,该文于中国农业大学吴桥实验站展开研究。田间试验布置于2008年,设置翻耕秸秆不还田(PT),翻耕秸秆还田(PTS),免耕秸秆还田(NTS)和旋耕秸秆还田(RTS)4个处理。于2015年冬小麦收获后取样,测定分析了土壤全氮、颗粒氮、矿物结合态氮含量以及土壤全氮储量。研究结果表明,0~5和5~10 cm土层的土壤全氮含量NTS和RTS显著高于PTS,但10~20和20~30 cm土层显著降低(P0.05)。0~50 cm土层的土壤全氮储量秸秆还田各处理间差异不显著,但NTS和PTS较PT分别提高了7.78%和11.09%(P0.05)。在土壤全氮及其组分中,土壤颗粒氮对耕作方式表现出最高的敏感性。0~5 cm土层的土壤颗粒氮含量及其在土壤全氮中的占比NTS和RTS均高于PTS,但在20~30 cm土层均低于PTS(P0.05)。与PT相比,PTS仅提高了0~20 cm土层的土壤全氮和颗粒氮含量,而土壤矿物结合态氮含量没有显著差异,NTS和RTS则同步提高了0~10 cm土层的土壤全氮、颗粒氮及矿物结合态氮含量(P0.05)。综上所述,免耕和旋耕提高了土壤全氮及其组分在表层土壤中的分布,翻耕则在较深土层更具优势,但翻耕阻碍了耕层土壤矿物结合态氮的积累,增加了氮素损失风险。     

施用生物炭对华北平原土壤水分和夏玉米生长发育的影响

2014～2017年在中国农业大学吴桥实验站设每年施用生物炭7 200 kg/hm~2(T1)、3 600 kg/hm~2(T2)、1 800 kg/hm~2(T3)和不施生物炭(CK)4个处理,探究施用生物炭对土壤水分和夏玉米生长发育的影响。结果表明,与CK处理相比,T1和T2处理的子粒产量分别降低10.59%～10.80%和6.30%～7.76%(P0.05)。施用生物炭显著降低全生育期的耗水量,提高水分利用效率。与T3和CK处理相比,T1和T2处理显著降低主要生育时期的SPAD值、光合速率、气孔导度和蒸腾速率,花后的叶面积指数也较低,从而降低花后的干物质积累。施用生物炭可以增加土壤含水量,减少夏玉米耗水量,进而提高水分利用效率;中高量的施用降低夏玉米和周年的子粒产量。因此,在华北平原生物炭施用量建议以低量为宜。     

苗期喷施茉莉酸甲酯对香稻品种象牙香占香气的影响

茉莉酸甲酯能够提高植物的抗逆境胁迫能力,但在对香稻香气物质2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）的影响研究还鲜有报道。以香稻品种象牙香占为试验材料,设置茉莉酸甲酯3种喷施浓度（0.25、0.50和1.00 mmol/L）,研究苗期喷施对香稻幼苗2-AP合成与累积、香气前体物质含量、香气相关酶活性、香气相关基因表达量调控、抗性酶活性变化和秧苗素质的影响。结果表明,与对照（CK）相比,喷施适当的茉莉酸甲酯浓度（0.50～1.00 mmol/L）,香稻幼苗2-AP含量增加,香气合成前体物质1-吡咯啉、丙酮醛和1-吡咯啉-5-羧酸（P5C）含量提高,二胺氧化酶2基因（DAO4）、鸟氨酸转氨酶基因（OAT）和脯氨酸脱氢酶基因（ProDH）表达量提升。茉莉酸甲酯处理还提高了香稻秧苗素质,增加了抗性酶活性,提高了抗氧化能力。适度的茉莉酸甲酯能提高香稻2-AP含量和秧苗素质,归因于相关酶活性和基因表达量的提高。