连续施用化肥及秸秆还田对潮土酶活性、细菌群落和分子生态网络的影响

  【目的】  采用高通量测序和分子生态网络分析技术,研究连续施用化肥及秸秆还田对细菌群落结构和种间互作关系的影响,为黄淮海潮土区秸秆资源化利用与土壤肥力提升提供理论依据。  【方法】  长期定位试验位于山东德州,始于2010年,土壤为典型潮土,为冬小麦–夏玉米轮作。2021年从不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPKS) 3个处理小区采集土壤样品,分析土壤养分、酶活性、细菌群落等指标。  【结果】  与CK处理相比,NPK和NPKS处理pH均降低了0.06个单位,土壤有机质分别提升了23.19%和34.82%,细菌多样性分别降低了0.90%和0.91%,均匀度均显著降低了1.11%。与CK相比,NPK处理土壤中β-葡糖苷酶(β-GC)和碱性磷酸酶(ALP)分别显著升高47.91%和50.35%,NPKS处理β-GC、ALP和脱氢酶(DHA)活性分别升高78.31%、46.53%和50.91%。CK处理的优势菌群为寡营养型细菌(酸杆菌门和浮霉菌门)和固氮菌(生丝微菌科和伯克氏菌科),NPK处理的优势菌群为可降解顽固有机质的变形菌门(草酸杆菌科、红丹杆菌科和黄单胞菌科)、放线菌门和拟杆菌门;NPKS处理的优势菌群为具有纤维素降解能力的厚壁菌门(芽胞杆菌科)。网络分析发现,不同施肥处理优势菌群分属于不同网络模块,与土壤养分含量和酶活性呈显著相关关系,其中NPKS处理中富集的芽胞杆菌通过强烈的共生关系形成特定物种集群,并且与β-GC、ALP和DHA呈显著正相关关系。  【结论】  秸秆还田配施化肥有利于黄淮海潮土区土壤肥力的提升,并可通过调节细菌种间互作关系,优化细菌群落组成,提高土壤酶活性。     

一次性施肥在我国主要粮食作物中的应用与环境效应

当前我国粮食生产面临过量施肥、氮肥利用率低和农业劳动力短缺等问题,探讨主要粮食作物一次性施肥技术及其对作物产量、肥料利用效率以及环境效应的影响,为我国粮食生产的简化施肥提供技术支撑。本论文系统分析了一次性施肥技术的发展现状及其在三大粮食作物上的应用效果,针对一次性施肥技术存在的不足,提出其在我国三大粮食作物主产区的推广应用前景和发展方向。一次性施肥是一种生产轻便、节本增效和保护环境的技术模式。当前农业生产中,通过一次性基施缓控释肥、氮肥减量施用技术以及化学调控技术均可以实现三大粮食作物的一次性施肥。与农民传统施肥方式相比,一次性基施缓控释肥可以显著提高玉米、小麦和水稻三大粮食作物的产量和氮肥利用率,产量、氮肥利用率分别提高3.1%—31.7%、6.2%—86.6%;显著减少农田氨挥发、氧化亚氮排放、氮素淋溶和径流损失,分别减少18.1%—81.3%、22.4%—73.4%、0—53.0%和0—43.2%。氮肥减量施用技术可在减少20%—37%氮肥施用量的条件下,维持玉米、小麦和水稻的产量不降低,提高三大粮食作物氮肥利用率2.3%—20.4%,以及降低氮素的损失。添加硝化抑制剂可使三大粮食作物产量、氮肥利用率分别提高6.5%—20.1%、5.0%—78.3%,使氧化亚氮排放显著降低22.1%—51.0%;添加脲酶抑制剂显著提高三大粮食作物产量5.8%—22.8%,显著提高玉米、小麦氮肥利用率25.4%—40.7%,同时显著降低三大作物氨挥发、氧化亚氮排放46.1%—51.2%、11.9%—45.2%。在全国主要粮食主产区的应用结果表明,一次性施肥技术既实现了作物稳产高产、氮肥高效和氮损失减少,又节省了农业劳动力和降低了农业生产成本。因而,一次性施肥技术协同实现了作物高产、养分高效和环境友好的农业可持续发展道路,同时解决了我国当前农业生产劳动力不足的难题,是适宜在全国粮食主产区全面推广和应用的新技术。     

冬小麦一次性施肥氮肥产品筛选与产量效应

【目的】针对不同的土壤类型,筛选适宜的控释氮肥类型,为控释氮肥的高效施用以及冬小麦一次性施肥提供科学依据与技术支撑。【方法】基于2013—2016年多点的大田试验,设置对照(CON)、优化施肥处理(OPT)和6种不同类型的控释氮肥(A1、A2、B、C、D和E)处理,研究控释氮肥在不同地区(泰安、驻马店、德州、菏泽和石家庄)的应用效果,从作物养分吸收与土壤养分供应两方面研究和分析不同控释氮肥对小麦的增产效应。【结果】泰安砂姜黑土试验点A2、C、E的氮素释放规律与小麦生长需求较为吻合,且与OPT处理相比,3年平均冬前分蘖、最大分蘖和有效分蘖分别增加5.7%—14.7%、10.9%—22.2%和4.5%—6.0%,产量增加2.6%—4.6%。驻马店砂姜黑土3年平均结果表明,A2、C和E较OPT处理提高了氮肥表观回收率和氮素吸收,分别提高7.7%—11%和4.3%—5.3%。石家庄褐土上的结果发现,控释氮肥A2、D可以实现养分释放与小麦生长需求相同步,相比OPT处理,3年平均氮肥表观回收率、氮素吸收分别提高6.4%—26%、2.8%—12%,产量增加1.7%—5.6%。潮土(德州、菏泽)上的结果表明,与OPT处理相比,A2连续3年均能维持小麦高产;其他控释氮肥处理的应用效果年际间差异较大,随着试验的进行逐年稳定,2015—2016年,A2、C处理使德州和菏泽的小麦分别增产1.4%—8.3%和1.5%—4.8%;综合3年的结果,与OPT处理相比,A2、C具有比较稳定的增产趋势。【结论】控释氮肥的应用效果因土壤类型不同而不同,控释氮肥田间氮素释放与小麦氮素需求相匹配是促进小麦产量增加的关键。     

铜、镉毒害对番茄生长和膜功能蛋白酶活性的影响及外源NO的缓解效应

为探讨外源NO（SNP为供体）对50 mol/L铜、镉毒害的缓解效应,采用营养液培养方法,研究了不同程度的铜、镉毒害（5 mol/L和50 mol/L）对番茄幼苗生物量、根系活力、硝酸还原酶、光合特性及生物膜ATPase、H+-PPase等功能蛋白酶活性的影响。结果表明,铜、镉胁迫显著抑制番茄生长。随处理浓度增加,番茄根系活力、硝酸还原酶活性显著降低,番茄长势越差; 铜、镉胁迫对根系离子吸收的影响远远大于叶片,尤其是铜胁迫,50 mol/L铜胁迫使番茄根系铜含量增加了12倍。铜浓度的增加对镉含量无影响,镉浓度的增加降低了铜的吸收。铜、镉胁迫使番茄净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）显著降低,胞间CO2浓度（Ci）显著增加,表现为非气孔限制。50 mol/L 铜、镉处理显著降低叶片、根系质膜H+-ATPase、Ca2+-ATPase和根系液泡膜H+-ATPase、Ca2+-ATPase和H+-PPase活性; 提高了5和50 mol/L部分处理叶片液泡膜H+-ATPase、Ca2+-ATPase和H+-PPase的活性。表明生物膜功能蛋白对不同程度铜、镉胁迫的响应时间和部位存在差异。铜毒害对细胞质膜ATPase的影响较大,而镉毒害对液泡膜伤害的程度较大。100 mol/L SNP可以显著缓解铜、镉胁迫导致的番茄生长受抑,铜、镉总吸收量显著高于胁迫处理。     

普通白菜高Zn胁迫耐性及Zn积累特性研究

采用温室砂培盆栽的方法,选用苏州青、黄心乌、瓢儿菜、抗热605、南农矮脚黄5种不同基因型的普通白菜,研究不同供Zn水平(0.43、100、200、400、800mg·L-1)对其高Zn胁迫耐性和Zn积累特性的影响。结果表明:不同供Zn水平处理均提高了5个普通白菜品种的地上部生物量,除800mg·L-1Zn处理显著抑制抗热605根系生长外,对其他品种根系生长影响不显著。5个普通白菜品种的根系耐性指数在0.82～1.90之间,抗热605相对较低,可见普通白菜对Zn胁迫具有较强的耐性,抗热605相对较弱。不同器官的Zn含量和积累量均随供Zn水平的提高而大幅增加,根系Zn含量最高,积累量最低。根系吸收的Zn60%以上被转移到地上部,苏州青、黄心乌、抗热605、南农矮脚黄富集的Zn主要贮存在叶柄中,瓢儿菜富集的Zn更多贮存在叶片中。相对而言,苏州青根系富集Zn的能力最强;南农矮脚黄根系富集Zn能力最弱,但转运能力最强。     

外源NO对铜胁迫下番茄光合、生物发光特性及矿质元素吸收的影响

采用营养液培养,研究了外源一氧化氮（NO）供体硝普钠(Sodium nitroprusside, SNP)对50 μmol/L铜（Cu）胁迫下番茄叶片叶绿素含量、光合特性、生物发光强度和矿质营养元素的影响。结果表明,在Cu胁迫下,外施100 μmol/L SNP显著提高番茄叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量、叶绿素a/b比值、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和叶片中Cu、Ca、Fe、Zn、Mn以及根系中Cu、K、Fe、Zn的含量; 显著降低叶片超微弱发光强度、荧光强度、磷光强度、胞间CO2浓度(Ci)和根系中Ca的含量。然而,SNP对Cu胁迫下的缓解效应可被NO的清除剂血红蛋白所抑制。在Cu处理液中加入100 μmol/L NO-x（NO的分解产物）或100 μmol/L亚铁氰化钠（SNP的相似物或分解产物）,与Cu胁迫处理差异不显著。表明外源NO可以通过改善Cu胁迫下番茄叶片光合特性,降低超微弱发光、荧光、磷光强度,维持矿质营养元素平衡,缓解Cu胁迫对番茄的抑制作用。     

分层施肥对玉米产量及氮肥利用率的影响

采用大田试验法,设置CK(对照:不施氮)、OPT(两次施肥:基、追肥均沟施尿素)、OPT1(分层施肥:上、下层均施尿素,全部一次性基施)和OPT2(分层施肥:上层尿素,下层腐植酸复合肥,全部一次性基施)4个处理,研究不同优化施氮处理对玉米氮养分吸收与利用、植株生长和产量及土壤氮素累积的影响。结果表明:与CK相比,OPT、OPT1和OPT2处理的氮素吸收、生物量干重及产量均显著提高,各优化施肥处理的氮肥表观回收率、农学利用率和偏生产力分别达到37.4%～39.4%、8.3～8.5 kg/kg和39.0～39.1 kg/kg,收获期玉米的氮吸收、生物量干重和产量分别提高68.6%～72.4%、43.4%～51.3%和27.2%～27.7%;与OPT处理相比,OPT1、OPT2处理能够使生长季0～30、30～60 cm土层的氮维持较高浓度,从而保证玉米氮素吸收和产量不降低,同时节省了玉米生育期追肥用工。分层施肥兼顾氮肥利用效率及作物产量、收益,同时节约了劳动力,在不使用缓控释肥条件下也可实现一次性施肥。     

水生植物耐盐研究进展

土壤盐渍化是世界性的生态问题。种植耐盐植物是盐碱地利用和生物改良的重要途径。进行水生植物耐盐研究对盐碱湿地的合理开发和科学利用有重要作用。本文从水生植物耐盐评价方法、耐盐水生植物的筛选以及水生植物耐盐生理机制三方面对相关研究进行综述,并提出了下一步的研究重点,为开展相关研究提供参考。     

莲藕干物质积累与氮磷钾吸收分配特征

以山东莲藕地方品种"齐头"为试材,采用田间池栽试验,在莲藕不同生育期动态取样,测定各器官的干物质量和氮、磷、钾养分含量,计算各生育时期养分积累量,明确莲藕干物质积累及氮、磷、钾的吸收规律,以期为黄河中下游地区莲藕合理施肥提供参考依据。结果表明:莲藕干物质积累呈"慢-快-慢"的变化趋势。膨大茎形成期是莲藕干物质积累最快的时期,积累速率为每株29.27 g·d^-1。根状茎膨大之前,干物质主要集中在叶片和叶柄中,膨大之后,叶片和叶柄中的营养物质逐渐向膨大茎中转移,膨大茎中干物质最终积累量占全株的66.68%。不同时期莲藕氮、磷、钾的吸收积累量不同。膨大茎形成期莲藕对氮、磷、钾的积累速率最大,分别为每株0.46、0.18、0.56 g·d^-1,积累量分别占全生育期的49.50%、31.49%、39.56%。整个生育期莲藕氮、磷、钾吸收积累量的比例为1∶0.62∶1.53。根状茎膨大之前,莲藕氮和磷主要集中在叶片中,钾主要集中在叶柄中,之后随着地下根状茎的膨大,叶片和叶柄中的养分逐渐向地下部分转移,成熟期地下膨大茎中氮、磷和钾积累量分别占全株积累总量的71.97%、69.54%和87.89%。综上所述,莲藕前期以营养生长为主,根状茎膨大之后,以贮藏生长为主,膨大茎形成期为莲藕生长的关键时期。