我国大豆最佳施肥量和种植密度评价

施肥量和种植密度是影响大豆高产的重要因素。在收集了大量的大豆试验数据(1998～ 2017年)基础上，通过拟合氮、磷、钾肥用量和种植密度与产量之间的二次函数，得出最佳的施肥量和种植密度，通过逐步回归分析了施肥量和种植密度对大豆产量的影响。结果表明，我国春大豆和夏大豆的产量逐年增加，平均产量分别为 2 610和 2 724 kg/hm²。夏大豆最高产量下的氮、磷、钾肥用量分别为 N 96 kg/hm²、P2O5 80 kg/hm²和K2O 126 kg/hm²；春大豆最高产量下的氮、磷、钾肥用量分别为 N 71 kg/hm²、P2O5 108 kg/hm²和K2O 74 kg/hm²；实现夏、春大豆高产的最佳密度分别为 27万和 34万株/hm²。逐步回归分析显示，磷用量对春大豆产量影响最大，其次为钾肥和密度；在夏大豆产区，密度对产量影响最大，其次为磷肥用量。种植密度是大豆高产的关键因素，春、夏大豆需要提高种植密度获得高产，同时均应注重磷肥施用。     

优化施肥下长江流域冬小麦产量及肥料增产效应

【目的】针对长江流域冬小麦不合理施肥带来的肥料利用率低的现状,探讨冬小麦产量分布特征及施用氮、磷和钾肥料的增产效应,为长江流域冬小麦肥料减施增效和优化养分管理措施提供依据。【方法】本文数据来源于国际植物营养研究所（IPNI）于2000—2018年在我国长江流域开展的田间试验,以及在中国知网（CNKI）数据库通过检索字段或字段组合（冬小麦、冬小麦+产量及冬小麦产量+肥料利用率等）得到的此期间关于长江流域冬小麦田间试验的论文,共1 732个田间试验。试验处理包括：优化施肥处理,农民习惯施肥,以及在优化施肥和农民习惯施肥基础上的不施氮肥、不施磷肥和不施钾肥处理,以探究长江流域各省（市）（四川、云南、贵州、重庆、湖北、安徽、江苏、浙江和上海）冬小麦在优化施肥下的可获得产量、产量反应、相对产量、农学效率和偏生产力特征。【结果】我国长江流域冬小麦优化施肥处理下的平均产量为6.6 t·hm^-2,其中安徽省平均产量水平最高,为7.3 t·hm^-2,重庆市最低,为3.6 t·hm^-2。施用氮、磷和钾肥的平均产量反应分别为2.3、0.9和0.6 t·hm^-2,但变异范围较大。氮、磷和钾肥平均相对产量分别为0.6、0.8和0.9,氮是小麦产量的主要限制因子。优化施肥处理的氮、磷和钾肥的平均农学效率分别为12.6、11.6和7.7 kg·kg^-1,平均偏生产力分别为34.0、78.9和73.4 kg·kg^-1。与农民习惯施肥措施相比,优化施肥处理平均增产0.5 t·hm^-2,增幅为8.8%;氮、磷、钾肥的农学效率分别提高了41.1%、121.1%和84.6%;偏生产力分别提高了42.4%、23.5%和25.4%。【结论】优化施肥有效提高了长江流域冬小麦的产量和养分利用率,但各省（市）间存在一定差异且省（市）内变异较大。四川、云南、湖北和江苏省的部分地区具有较低的产量反应,说明具有较高的土壤养分供应,应因地制宜地制定养分优化管理方案。分析长江流域优化养分管理措施下的小麦产量反应和肥料利用率等参数,可以确定氮为小麦产量的第一限制因子。     

用宏基因组学方法研究绿肥对水稻根际微生物磷循环功能基因的影响

  【目的】  绿肥对土壤微生物磷循环的影响受到研究者们的广泛关注，但绿肥影响土壤磷循环的微生物机理尚不明确。利用宏基因组学方法剖析长期绿肥还田对土壤磷循环功能微生物的影响，旨在阐明绿肥对土壤磷循环影响的微生物机理，为绿肥的科学利用提供依据。  【方法】  以中国湖南祁阳绿肥及稻草还田定位试验的水稻根际土为材料，利用宏基因组学方法，对土壤微生物DNA进行PE150 (双端读长150 bp) 宏基因组测序，使用MetaWRAP软件中的read_qc模块进行质控，用assembly模块megahit方法进行组装；基于组装的较长序列 (> 1000 bp) 使用Diamond软件的BLASTX和UniProtKB/SWISS-PROT数据库进行序列比对，根据磷活化 (磷酸酯矿化、膦酸酯矿化、无机磷溶解)、磷吸收 (膦酸酯运输、磷酸酯运输和无机磷酸盐运输) 和缺磷诱导响应调控三大类主要磷循环功能相关基因 (重点关注的64个磷循环功能基因) 进行筛选；再利用R语言进一步分析水稻根际土壤中磷循环功能基因相对丰度及其与土壤理化指标之间的关系，阐述绿肥对土壤磷循环功能微生物的影响。  【结果】  土壤pH等9个常规指标在有、无绿肥处理之间均无显著差异。无稻草还田时，绿肥处理对64个磷循环功能基因中的11个相对丰度影响显著，这11个基因广泛分布在除磷酸酯运输及无机磷溶解外的5个功能组中，其中phnA、phnN、phnV等3个基因相对丰度上升，phnI、phnL、glpB、glpO、pitA、phoA、phoP、phoU等8个基因相对丰度下降。而在稻草还田时，绿肥处理仅phnPP基因相对丰度显著降低。相关性分析显示，土壤pH与磷酸酶活性、无机磷溶解基因pqqB、pqqC 、pqqCD、pqq E、pqqF相对丰度呈显著负相关 (P < 0.05)；无机磷溶解pqqB、pqqC 、pqqCD、pqq E等4个基因相对丰度分别与有效磷含量、磷酸酶活性以及有机氮含量呈显著正相关 (P < 0.05)。冗余分析 (RDA) 结果表明，绿肥处理通过pH、AP以及磷酸酶活性影响磷循环功能基因。  【结论】  绿肥翻压下水稻根际微生物磷功能基因相对丰度深受稻草还田的影响。与单绿肥或单稻草还田相比，绿肥翻压基础上增加稻草还田对磷循环功能基因影响效果不明显，秸秆甚至减弱了绿肥对磷循环功能基因的影响，其原因可能是绿肥和稻草还田下不同微生物及不同磷循环功能基因之间存在激烈竞争。     

基于产量反应的东北一季稻推荐施肥方法的可行性

  【目的】  推荐施肥是提高作物产量和肥料利用率的有效措施。基于产量反应的养分专家系统 (Nutrient Expert for Rice，NE) 易于操作，便于推广。通过大量田间试验，验证了其在东北一季稻上的应用效果。  【方法】  于2013—2018年在东北水稻主产区黑龙江省和吉林省共开展了115个田间试验，每个试验包括6个处理:1) 基于水稻养分专家系统推荐施肥处理 (NE)；2) 农民习惯施肥措施处理 (FP)；3) 基于测土配方施肥或当地农技部门推荐施肥的处理 (ST)；4)～6) 分别为基于NE的不施氮 (N)、不施磷 (P) 和不施钾 (K) 处理，用于计算养分利用率。水稻收获期调查产量，依据肥料成本，计算净效益和肥料利用率。  【结果】  NE、FP和ST处理间的水稻产量无显著差异 (P = 0.185)，但以NE处理的产量较高，平均为9068 kg/hm2，与FP和ST处理相比，分别增加了344和196 kg/hm2，其产量差随着NE系统不断优化趋于稳定。虽然NE处理的肥料成本 (TFC) 最高，但其净效益 (GRF) 比FP和ST处理分别高1043和537元/hm2，这部分效益都来自于产量的增量。养分回收率 (RE) 均以NE处理最高，与FP和ST处理相比，氮素回收率分别提高了3.3和2.3个百分点，磷素回收率分别提高了3.5和3.6个百分点，钾素回收率分别提高了7.3和4.6个百分点。与FP处理相比，NE处理的氮和磷的农学效率 (AE) 分别显著提高2.7 kg/kg (P = 0.022) 和4.1 kg/kg(P = 0.030)，3个处理的钾素农学效率无显著差异。肥料偏生产力 (PFP) 的大小与施肥量呈显著负相关，NE和ST处理N的偏生产力显著高于FP处理 (P = 0.004)，ST处理磷素偏生产力显著高于NE和FP处理 (P = 0.001)，但FP处理钾素偏生产力高于NE和ST处理，并与NE处理差异达到了显著水平 (P = 0.028)。  【结论】  与以常规测土施肥为基础的推荐施肥相比，基于产量反应的养分专家系统 (NE系统) 的推荐施肥量和比例更符合作物对养分的需求，在吉林和黑龙江两个省份的大田试验中均获得了相同或更高的水稻产量。由于NE系统无论是否进行土壤测试都可用来进行推荐施肥，因而是更加方便和可行的一季稻施肥推荐方法。     

冬小麦养分专家推荐施肥系统在长江流域的可行性研究

  【目的】  采用基于产量反应和农学效率的冬小麦养分专家系统的推荐施肥方法 (Nutrient Expert for wheat, NE)，在长江流域开展田间试验，并通过与该地农民习惯施肥方法的比较，确定该系统在长江流域冬小麦应用的可行性。  【方法】  2019年于长江流域的四川、云南、安徽、湖北、江苏和浙江6省共布置了50个冬小麦田间试验，每个试验包括5个处理:小麦养分专家系统推荐施肥处理 (NE)、农民习惯施肥处理 (FP)，以及基于NE处理的不施氮、不施磷和不施钾肥处理，从产量、经济效益、肥料利用率、氮损失和温室气体排放5个方面，比较了NE与FP的差异。  【结果】  与FP处理相比，NE处理显著降低了N、P₂O₅和K₂O施用量57、10和8 kg/hm2 (P < 0.001)，降幅分别达到了26.6%、13.3%和12.9%；小麦产量明显提高 (P < 0.001)，平均增产365 kg/hm2，增幅为7.9%；显著降低了肥料成本 (P < 0.001)，平均减少了429 元/hm2，降幅为20.9%；显著提高了经济效益，平均增加了1446 元/hm2，增幅为17.7%，且所有增加经济效益中有55.5%来自于产量的增加 (P < 0.001)。NE处理显著提高了长江流域冬小麦的肥料利用效率 (P < 0.001)，与FP处理相比，氮、磷和钾农学效率分别提高了6.5、8.3和8.6 kg/kg，增幅分别为67.7%、143.1%和159.3%；氮、磷和钾偏生产力分别增加了10.9、17.9和24.8 kg/kg，增幅分别为49.1%、28.8%和34.4%；氮、磷和钾回收率分别增加了15.3、11.9和27.2个百分点，增幅分别为52.9%、132.2%和87.7%。NE处理较FP处理显著增加了地上部氮素吸收量 (P < 0.001) ，且显著减少了氮素损失 (P < 0.001)，地上部氮素吸收量平均增加了3.0 kg/hm2，增幅为2.5%；活性氮损失强度平均减少N 4.0 kg/t，降幅为37.7%；N₂O总排放量平均减少了0.7 kg/hm2，降幅为28.0%；温室气体排放强度平均减少CO₂ eq 308.4 kg/t，降幅为36.5%。  【结论】  在长江流域冬小麦生产中，采用基于小麦产量反应和农学效率的NE推荐施肥方法，可较农民习惯施肥 (FP) 平均分别降低26.6%、13.3%和12.9%的氮磷钾肥施用量，同时提高冬小麦产量7.9%，显著提高经济效益和肥料利用率，并有效地降低活性氮损失强度和温室气体排放量，适用于我国长江流域冬小麦的推荐施肥。     

相对SPAD值用于不同品种夏玉米氮肥管理的研究

采用田间试验研究了不同氮肥处理、不同玉米品种及关键生育期间的SPAD值差异和基于相对SPAD阈值的氮肥管理对氮肥用量、子粒产量、氮肥利用率和土壤氮素变化的影响。结果表明,两品种玉米各关键生育期的SPAD值开始随施氮量的增加而显著增加,施氮量超过N 210 kg /hm2后不再显著增加;郑单958和冀农一号大喇叭口期的相对SPAD值与产量的关系符合线性加平台模型,其平台相对SPAD值分别为0.976和0.981;两玉米品种和不同生育期间的绝对SPAD值差异显著,利用相对SPAD值可消除品种和生育期间的SPAD值差异。玉米关键生育期追肥量和总施氮量均随预设相对SPAD阈值的增加而增加,基于相对SPAD阈值的氮肥管理能在保持高产的同时较农民习惯施肥显著降低氮肥用量、田间氮素表观损失和收获后土壤无机氮残留、提高氮肥利用率;本试验条件下,保持玉米高产高效的适宜相对SPAD阈值为0.95～0.98,此阈值管理下,郑单958和冀农一号的产量较农民习惯施肥没有降低,而氮肥用量降低了42%,氮肥回收利用率和农学效率分别增加了18.6、20.0个百分点和6.0、6.5 kg/kg。     

实时实地氮素管理对水稻产量和氮素吸收利用的影响

以扬两优6号和培两优3076水稻为材料,通过田间试验比较研究了基于SPAD值的氮素管理对水稻氮素吸收、产量和氮肥利用率的影响。结果表明,随着SPAD预设阈值的增加,氮肥用量增加,籽粒产量和氮素吸收也随之增加。实时氮素管理条件下,水稻扬两优6号和培两优3076均以SPAD值为41处理获得较高的籽粒产量和氮素利用率,该处理在籽粒产量不降低的同时节约了氮肥用量12. 8% ～33.3%;而实地氮素管理条件下,水稻扬两优6号和培两优3076均以SPAD值为39～41处理获得较高的籽粒产量和氮素利用率,该处理在籽粒产量不降低的同时节约了23.1%的氮肥用量。鉴于实地氮素管理在田间易于操作,因此建议采用39～41作为水稻关键生育期指导氮肥施用的SPAD阈值。     

我国北方玉米施肥产量效应和经济效益分析

【目的】因土壤类型、养分管理措施不同导致施肥后作物的增产效应不同,由此影响经济效益。通过研究当前我国北方玉米产区氮、磷、钾施用对玉米的增产效应和经济效益,分析给定施肥效应、肥料和玉米价格情况下玉米的经济效益变化,为我国北方玉米科学施肥和经济施肥提供一定的借鉴意义。【方法】2010 2012年在我国北方七省玉米种植区开展373个田间试验。试验设置基于产量反应和农学效率的推荐施肥(Nutrient Expert,简称NE),在此基础上设置减素处理包括不施氮、不施磷和不施钾处理,以农民习惯施肥为对照。依据产量和试验期间玉米和肥料价格计算了肥料氮、磷、钾施用的产投比。【结果】玉米各试验点产量效应变异很大,黑龙江、吉林、辽宁、河北、河南、山东和山西各点的施氮产量效应分别为3040、2314、2324、981、2139、1184和1244 kg/hm2,施磷产量效应分别为1463、1216、1425、635、944、376和620 kg/hm2,施钾产量效应分别为1454、1063、1532、877、910、383和592 kg/hm2。氮、磷、钾素产量效应变化范围分别为341 7900 kg/hm2,11 5381 kg/hm2以及94097 kg/hm2,依次平均为1889、954和973 kg/hm2,表明不施氮对产量影响最大、其次为钾,不施磷对产量影响最小。经济效益分析结果表明,施用氮、磷和钾平均产投比(VCR)分别为2.8、7.8和4.6,即投入单位金额的氮、磷和钾养分可分别获得2.8、7.8和4.6倍的收益。预测不同肥料价格和玉米价格下的VCR表明,随着施肥增产效应的增加,即使施肥量增加,VCR也增加。收益多少随增产效应、施肥量、肥料和玉米价格而变化。采用专家系统推荐的N-P2O5-K2O用量(157-56-67 kg/hm2)获得的籽粒产量为10255 kg/hm2、经济效益为18903 yuan/hm2,同样地点农民习惯施肥N-P2O5-K2O(225-61-47 kg/hm2)获得的产量和经济效益分别为9996 kg/hm2和18154元/hm2。专家系统推荐施肥多获益748 yuan/hm2,其中1/3来自节约的肥料,2/3来自增产带来的效益。【结论】我国北方玉米产区玉米的增产效应以氮最高,其次是钾,磷最小。依据肥料价格因素,单位氮磷钾养分收益磷最高,其次是钾,最低是氮。依据玉米价格和肥料价格综合考虑,基于NE专家系统的推荐N-P2O5-K2O用量(157-56-67 kg/hm2)是北方各地获得高产和高收益的施肥用量。     

镉对玉米苗中钙调蛋白含量和Ca2+-ATPase 活性的影响

试验采用营养液培养的方法,以玉米为试材,研究了不同供镉浓度（0、5、20和100μmol／L）和处理时间（12、2,4、48、96、168h）对植株体内钙调蛋白（CaM）含量及生物膜上的Ca^2＋＋ATPase活性的影响。结果表明,植株可溶性Ca^2＋含量在镉胁迫后较不加镉处理增加,镉处理在叶和根中分别在48和24h后达最高,然后随镉处理浓度和处理时间的增加逐步下降;同时镉诱导了植株CaM的合成,其含量随镉处理浓度和处理时间增加逐步增加,但20μmol／L和100μmol／L镉处理在168h后有所下降;与不加镉处理相比,镉胁迫导致植株生物膜上的Ca^2＋-ATPase活性迅速升高,但随镉处理浓度提高和时间延长,镉胁迫植株的Ca^2＋-ATPase活性在48h（质膜、液泡膜和内质网膜）和24h（线粒体膜）后逐步降低。各膜上的Ca^2＋-ATPase活性依次为质膜〉液泡膜〉内质网膜〉线粒体膜,且同一微囊膜,根中的活性大于叶中。     

养分专家系统结合微生物菌剂在大豆上的应用效果

为优化大豆养分管理措施,在河南省周口市和黑龙江省哈尔滨市开展田间试验,研究养分专家系统结合微生物菌剂在大豆减肥增效中的应用效果。试验包括基于大豆养分专家系统推荐施肥量(NE)、70% NE(NE基础上减N 30%,NR)、70% NE+促生菌剂(RP)、70% NE+根瘤菌(RR)、70% NE+促生菌剂+根瘤菌(RPR)5个处理。结果表明,与NE处理相比,单纯减氮30%(NR)的大豆产量降低了14.4%～23.3%,植株氮、磷吸收量在两个试验地分别减少了15.0%～16.8%、16.7%～26.9%。NE推荐施肥量减氮30%配施促生菌和根瘤菌处理(RPR)产量最高,在哈尔滨试验田与NE处理产量相似,在周口试验田较NE处理增产40.9%。相对于NR处理,周口试验田RP和RR处理产量分别提高了7.2%和32.4%,哈尔滨RP和RR处理分别提高了12.9%和6.2%。不同处理对土壤铵态氮无显著影响,RR处理土壤硝态氮较NE处理降低了24.1%～34.4%,周口试验田RPR处理的土壤有效磷和哈尔滨RPR处理的速效钾分别较NE处理提高了89.8%和37.5%。总之,养分专家系统结合微生物菌剂可以增加土壤有效磷钾养分,促进大豆的养分吸收和产量,在保障大豆高产条件下进一步实现减肥增效。