秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响

  【目的】  通过研究秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同生育期土壤酶活性和细菌群落结构的影响，揭示土壤细菌群落对不同施肥措施的响应规律，为调节土壤养分，提高作物产量，改善土壤生物功能提供科学依据。  【方法】  基于河南农业科学院原阳试验基地5年连续定位试验，选取不施肥 (CK)、单施化肥 (氮肥基追比1∶1，N)和秸秆全量还田下氮肥基追比1∶1 (SN1)、1∶1.5 (SN2) 和1∶2 (SN3) 共5个处理，于2016年夏玉米抽丝期和收获期采集0—20 cm土壤样品，采用常规方法测定土壤基础理化性质，采用荧光微型板酶检测技术测定土壤酶活性，采用Illumina Miseq高通量测序方法测定土壤细菌群落结构。  【结果】  秸秆还田下氮肥基追比对玉米产量及氮肥利用率产生明显影响，相比于N处理，SN1处理显著增产9.98%；SN1和SN2处理氮肥利用率分别提高9.83、5.10个百分点。在夏玉米抽丝期和收获期，相比于N处理，秸秆还田下各氮肥运筹处理不同程度地提高了土壤pH、有机碳、全氮和速效钾含量，其中均以SN1处理增幅最为明显。在玉米抽丝期，除土壤磷酸酶外，SN1处理土壤酶活性均为最高；SN1处理对收获期土壤β-葡萄糖苷酶、纤维二糖甘酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的促进最明显。细菌群落除抽丝期SN1与CK处理Shanno指数显著高于N处理而Simpson指数显著低于N处理外，其余处理间差异不显著。各施肥处理下门水平和纲水平的主要优势种群均为变形菌门、放线菌门和α-变形菌纲和放线菌纲。线性判别效应分析 (LEfSe) 显示，不同生育期比较，抽丝期最大LDA（linear discriminant analysis) 值为酸杆菌纲，收获期为芽单胞菌纲；而同一生育期各处理间比较，抽丝期各处理最大LDA值均为变形菌门的α-变形菌纲，收获期均为γ-变形菌纲。典范对应分析表明，抽丝期土壤pH (P = 0.002)、有机质含量 (P = 0.004) 和收获期土壤pH (P = 0.03)、硝态氮 (P = 0.036)、速效钾 (P = 0.044) 含量对细菌群落结构产生显著影响。  【结论】  土壤pH、有机碳、硝态氮和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要因素。秸秆还田条件下，氮肥运筹显著影响土壤酶活性和细菌群落结构，氮肥基追比为1∶1时可显著提升土壤养分含量和酶活性，提高δ-变形菌纲、绿弯菌纲和TK10 (未分类) 相对丰度，从而更有效地促进秸秆分解和转化，发挥有机质调节土壤养分释放、减少养分损失的作用，最终提高玉米产量和氮肥利用率。     

长期定位施肥对潮土磷素下移及有效磷生态阈值的研究

研究长期施肥条件下磷素下移情况及其与0～20 cm土层有效磷含量的关系,明确有效磷生态阈值对作物产量和农业生态安全有重要的意义。试验基于"国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站" 30年定位试验,选取5个处理,即不施磷肥(NK)、施用氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾化肥和有机肥配施(MNPK)、MNPK处理施肥量的1.5倍(1.5NPKM)、氮磷钾化肥与玉米秸秆还田配施(SNPK),采集0～20、 20～40、40～60、60～80、80～100 cm土壤样品,分析有效磷含量,研究土壤有效磷垂直变化,并分析0～20 cm土层有效磷含量与磷素下移关系。结果表明,长期施用磷肥可提高有效磷含量,施磷量越高,有效磷含量增加越快;0～20 cm土层有效磷含量15.7～24.7 mg/kg,磷素下移慢,可下移到40～60 cm土层;而有效磷含量大于55.6 mg/kg时,磷素下移速度显著增加,下移到60～80 cm土层,并且下移量更大。综上,磷素下移的深度受耕层有效磷含量的影响,潮土区土壤有效磷生态阈值为25 mg/kg,既满足作物高产对养分的需要,又不对生态环境造成危害。0～20 cm土层有效磷含量为15～25 mg/kg时,控制磷的投入量;当0～20 cm土层有效磷含量超出25 mg/kg,减少磷的投入。     

长期施用有机和无机肥对潮土氮素平衡与去向的影响

通过13年26季不同施肥方式对潮土土壤氮素平衡及去向进行定位监测的结果表明,不施氮肥土壤平均每年接受外源氮为N.23～24.kg/hm2,小麦和玉米带走N.82～88.kg/hm2,亏缺N.58.6～63.7.kg/hm2;各施氮肥处理平均每年实际盈余N.238.6～418.kg/hm2,其盈余多少顺序为1.5MNPKNNKMNPK(2)MNPKNPKNPSNPK。N、NK处理土壤接受外源氮N为4881和4876.kg/hm2,其中14.1%～20.7%被作物吸收利用,17.2%和5.2%残留在土壤,64%和72%损失;NP、NPK处理氮素去向基本一致,48%被作物利用,9.7%的残留在土壤中,55%损失;有机肥处理(MNPK)的氮素利用率、残留率和损失率分别为44.3%、23%和42%;有机肥用量增加,氮素利用率降低,损失率增加;秸秆还田(SNPK)氮素利用率最高,为51%;NK处理氮素损失最大。     

砂姜黑土区小麦施用磁性复合肥增产效应研究

研究结果表明 ,砂姜黑土区小麦施用磁性复合肥增产效果显著。其主要表现是促进小麦生长发育 ,增加有效分蘖 ,提高亩成穗数 ,增加穗粒数 ,提高千粒重。最高产量施肥量为2 50 2 kg/ hm2 ,经济最佳施肥量为 934 .5kg/ hm2 。磁性复合肥处理产量为最高。比对照增产72 .0 % ,增产 2 4 10 .5kg/ hm2。比处理等量氮磷钾化肥增产 11.4 % ,增产 589.5kg/ hm2。比未磁化肥处理增产 10 .6% ,增产 550 .5kg/ hm2 。     

土壤中硝态氮含量的影响因素研究

采用田间试验及人工渗滤池试验方法，研究了土壤中硝态氮含量的影响因素。结果表明，影响大田土壤中硝态氮因素很多，程度不一，其中土壤类型决定着硝态氮基础含量，是内因，而施肥及施氮量是影响硝态氮含量最大的外界因素，其次是土壤湿度和氮肥品种，土壤温度对其影响不明显。     

保护性耕作对小麦-土壤系统综合效应研究

采用长期定位试验与短期田间试验相结合的方法,通过室内化验分析和数理统计,研究了河南省不同土壤类型区保护性耕作对土壤理化性质、土壤微生物生物量碳氮及小麦(Triticum aestivum L.)籽粒产量和产量构成因素的影响。结果表明,与传统耕作相比,保护性耕作显著提高土壤有机质、碱解氮、有效磷及交换性钾含量,分别提高24.8%、14.3%、7.8%和24.8%;而对小麦增产效果并不显著。4种不同保护性耕作方式下,免耕、浅耕相比旋耕、深耕,提高小麦穗数15.0%～32.2%,提高穗粒数2.6%～12.6%,但4种处理间小麦千粒重及籽粒产量效果无显著差异;免耕、浅耕较旋耕、深耕可以一定程度上提高苗期和灌浆期土壤含水率、以及土壤碱解氮和有效磷,并显著提高小麦不同生育时期的土壤微生物生物量碳氮。免耕与浅耕是较为适宜河南省小麦生产及土壤可持续利用的保护性耕作方式。     

不同菌渣肥施用量对小麦产量及其构成因素的影响

为筛选适宜的菌渣肥配方,减轻农业副产物对环境的危害,提高农业生产的可持续性,以不施菌渣肥为对照(CK-JZ0),探讨了菌渣、牛粪不同体积配比的菌渣肥(JZA(纯菌渣)、JZB(菌渣/牛粪=0.5)、JZC(菌渣/牛粪=1)、JZD(菌渣/牛粪=2)在3 000(JZ1)、6 000(JZ2)、9 000(JZ3)kg/hm23个施用量水平上对小麦产量及其构成因素的影响。结果表明,采用菌渣和牛粪配合施用时,在施用量较低(3 000 kg/hm2)或两者配比不适宜(JZD)时对产量有抑制作用,在适宜的施用量(6 000 kg/hm2、9 000 kg/hm2)和适宜的配比(JZA、JZB、JZC)下才表现出较为明显的增产效果。与CK-JZ0相比,当菌渣和牛粪配合施用量为6 000 kg/hm2时,JZB处理对小麦株高、总干物质量、穗粒数以及JZA处理对小麦的穗粒数有连续稳定的促进作用,JZA处理平均较CK-JZ0增产4.7%;当菌渣和牛粪配合施用量为9 000 kg/hm2时,JZA、JZB、JZC处理对株高、穗长、穗粒数以及JZD处理对穗粒数有持续稳定的促进作用,其中JZB、JZC处理表现出稳定的增产效果,平均分别较CKJZ0增产6.7%、15.9%。     

粉垄耕作对潮土冬小麦生长及产量的影响初探

为探讨耕作方式对小麦产量的影响,研究了新型耕作方式——粉垄耕作对旱地潮土冬小麦生长和产量的影响,以期从农作制度的改进上破解粮食增产问题,保障国家粮食安全。设旋耕(12~16cm,CK)和粉垄耕作(FL1:20~30 cm,FL2:30~40 cm)3个处理。结果表明,粉垄耕作能够增加小麦的穗粒数和产量。FL1、FL2处理的群体数分别为730.6万茎/hm2、761.4万茎/hm2,分别比CK(683.9万茎/hm2)显著增加46.7万茎/hm2、77.5万茎/hm2。FL1、FL2处理的小麦穗粒数均为31.2粒,比CK(26.8粒)极显著增加4.4粒。FL1、FL2处理能增强旗叶的光合性能,小麦旗叶的SPAD值分别为51.3、46.7,均极显著高于CK(20.2)。FL1(8 137.6 kg/hm2)、FL2(8 481.2 kg/hm2)处理的小麦产量均显著高于CK(6 518.5 kg/hm2),分别比CK增产24.8%、30.1%。     

冬小麦地上部器官氮磷钾的积累分配和运转的研究

对潮土肥力定位试验地有关施肥处理采样测定 ,结果表明 ,有机、无机肥配合可提高冬小麦吸收N、P、K数量和延续吸收时间到灌浆期 (乳熟中期 ) .扬花期是吸收P、K高峰期 ,之后茎秆叶鞘中K开始向其他器官转移或被再利用 ,灌浆期至成熟期有、无机肥配施及N、P、K处理茎秆叶中K显著减少 1 / 3到1 / 2 .生产实践中重施底肥 ,提倡拔节追施N肥和后期根外追肥是行之有效的措施     

优质小麦品种郑麦9023品质特性的研究

郑麦9023是河南省优质小麦生产的主导品种。为了建立郑麦9023的优质高效生产技术体系，对该品种品质特性在河南省的地域性变化以及土壤养分、氮磷钾肥料、杀菌剂对该品种品质特性的影响进行了研究。结果表明：(1)郑麦9023的品质特性在河南省的北部地区可稳定达到优质强筋小麦国家1级标准，在中部地区总体上接近优质强筋小麦国家1级标准，在南部地区可以达到优质强筋小麦国家2级标准；(2)抽穗期土壤速效N的含量是决定郑麦9023品质水平的关键栽培因素，此时土壤速效N含量60mg／kg、80mg／kg和160mg／kg分别为郑麦9023品质达到亚强筋、强筋、超强筋的土壤N素临界值；(3)K肥对强筋品质特性具有正效应，而P肥对强筋品质特性具有负效应；(4)杀菌剂粉锈宁对强筋特性具有劣化作用，而多菌灵无此负作用。