减量化肥配施不同量紫云英对土壤磷素形态及水稻产量的影响

通过8年长期定位试验,以不施肥(CK)为对照,研究减量20%化肥配施22.5、30、37.5、45 t·hm~(-2)紫云英(CF_(0.8)G_(22.5)、CF_(0.8)G_(30)、CF_(0.8)G_(37.5)、CF_(0.8)G_(45))及单施化肥(CF)对豫南稻区土壤无机磷形态及水稻产量影响。结果表明:与不施肥相比,减量20%化肥配施22.5～45 t·hm~(-2)紫云英及单施化肥均显著增加土壤Al-P、Fe-P、Ca-P、O-P、有效磷、碱解氮、速效钾含量及水稻产量。减量20%化肥配施不同量紫云英(CF0.8G)较单施化肥提高土壤Fe-P、Al-P、Ca-P含量及组成比例,降低土壤O-P含量及组成比例。相关性分析、通径分析及逐步回归分析结果显示,土壤Fe-P为最有效磷源,土壤Al-P、Ca-P为缓效磷源,土壤O-P为非有效磷源。土壤Al-P、Fe-P、Ca-P与水稻产量及土壤无机磷、碱解氮呈显著或极显著相关性。减量20%化肥配施紫云英较不施肥处理水稻产量提高24.26%～26.01%,较单施化肥处理水稻产量提高3.75%～5.38%,以配施30 t·hm~(-2)紫云英处理水稻产量最高。综合考虑土壤磷素有效性、水稻产量及土壤养分,以减量20%化肥配施22.5～30 t·hm~(-2)紫云英效果较好。     

化肥减施下紫云英不同翻压量对双季稻产量及养分利用效率的影响

为了探索紫云英替代化肥的可行性和适宜翻压量,利用连续11 a田间定位试验,共设置7个处理,分别为CK(不施紫云英和化肥)、GM_(22.5)(单施紫云英22.5 t/hm~2)、100%CF(常规施肥)及60%化肥施用量条件下将紫云英翻压量设15.0(GM_(15.0)),22.5(GM_(22.5)),30.0(GM_(30.0)),37.5(GM_(37.5)) t/hm~2 4个水平,研究化肥减施下不同紫云英翻压量对双季稻产量、氮磷钾积累量、氮磷钾利用率及土壤肥力的影响。结果表明:与CK相比,施肥处理均能显著增加早晚稻及全年两季籽粒产量(P0.05),增幅分别为79.1%～91.1%,44.8%～50.7%,56.8%～64.7%。单施紫云英可显著增加水稻产量(P0.05),与CK相比,早晚稻及全年两季籽粒产量增幅分别为23.9%,12.4%,16.4%。60%化肥与不同量紫云英配施处理早晚稻及全年两季籽粒产量与常规施肥相比差异不显著,紫云英翻压量为15.0～30.0 t/hm~2时,早晚稻及全年两季籽粒产量均随紫云英翻压量的增多而提高,当紫云英翻压量多于30.0 t/hm~2时,则呈下降趋势。在所有的化肥配施紫云英处理中,早晚稻籽粒氮、磷、钾养分积累量均以翻压紫云英30.0 t/hm~2时最高。与常规化肥相比,紫云英与化肥配施可提高氮、钾肥回收利用率、农学效率和偏生产力。与CK相比,各施肥处理均不同程度地提高土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量。紫云英翻压量为22.5～30.0 t/hm~2时,土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量均显著高于常规化肥处理(P0.05)。因此,在本试验施用60%化肥条件下长期翻压紫云英有利于促进水稻增产及水稻氮、磷、钾素的吸收,提高双季稻氮、磷、钾养分利用效率及土壤肥力。     

紫云英施用量对土壤活性有机碳和碳转化酶活性的影响

利用紫云英还田的定位试验研究不同紫云英施用量下土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性的变化。试验包括对照、施用化肥和4个紫云英施用量(30、60、90和120 t·hm~(-2))处理。结果表明:与对照相比,施用化肥和紫云英均能够显著增加土壤活性有机碳(可溶性有机碳、热水提取态有机碳、微生物生物量碳和颗粒有机碳)含量,并且随着紫云英施用量的增加土壤活性有机碳含量显著增加。土壤碳转化酶活性的变化规律与土壤活性有机碳相同,其中施用化肥和紫云英较对照处理分别提高14%和24%~55%的纤维素酶活性、27%和45%~187%的蔗糖酶活性、42%和51%~165%的β-葡萄糖苷酶活性、11%和11%~24%的酚氧化酶活性以及16%和16%~27%的过氧化物酶活性。与对照相比,施用化肥对相对酶活性(酶活性与微生物生物量碳的比值)无显著影响;增加紫云英施用量能够显著增加相对蔗糖酶和相对β-葡萄糖苷酶活性,降低相对酚氧化酶活性和相对过氧化物酶活性。逐步回归分析表明土壤活性有机碳组分含量主要受纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的影响。     

利用根管法对油菜和冬小麦苗期根系形态的研究

快速、准确的根系原位观测方法是根系研究中的重要技术,本研究介绍了一种根管盆栽方法,该方法在透明PVC管内种植作物,通过遮光膜保持管内黑暗环境,以实现在作物生长过程中对其根系生长的原位动态观测,且根系生长环境更接近田间实际情况,并可通过改变根管长度、半径等将其应用于田间深根作物的研究中。利用此方法、结合根系扫描技术分析了油菜和冬小麦从发芽到出苗后16 d时的根系生长情况。结果表明,出苗后7和16 d冬小麦根系和地上部干物重均大于油菜,出苗后16 d冬小麦和油菜根冠比分别为0.513和0.372。大部分根系分布在0~16 cm表层土壤中,出苗后16 d冬小麦和油菜表层土壤中的根长在总根长中的比例分别为62.60%和67.76%,根系总表面积、总体积和一级侧根数均为表层土壤中占比最多,在出苗后7 d,总根长、总表面积、总体积和一级侧根数均为冬小麦显著高于油菜,而在出苗后16 d,两种作物的总根长和总表面积差别不大,说明油菜根系生长呈先缓后快趋势。表层土壤中根系平均直径小于底层土壤,油菜根系平均直径小于冬小麦,油菜和冬小麦的根系直径均大部分在0~0.50 mm之间,随着根系生长,较细的侧根逐渐增多,根系平均直径变小。出苗后16 d内的冬小麦根系伸长速率为1.83 cm/d,大于油菜的1.51 cm/d。因此,冬小麦苗期根系生长快于油菜,油菜根系呈先缓后快的生长特性。本研究介绍的根管法是一种原位研究根系的有效方法。     

长期绿肥与氮肥减量配施对水稻产量和土壤养分含量的影响

为探明湘南双季稻区绿肥还田下的氮肥适宜施用量,设计了始于2008年冬季开展的长期田间定位试验(2009-2017),研究绿肥与氮肥减量配施对双季稻的产量、氮肥农学效率、氮肥偏生产力以及2017年稻田耕层土壤养分含量的影响。共设计6个施肥处理:不施氮肥空白对照、仅紫云英、习惯施肥、紫云英与100%无机氮配施、紫云英与80%无机氮配施、紫云英与60%无机氮配施。结果表明:与习惯施氮量相比,绿肥结合习惯施肥以及绿肥与化肥氮减量20%~40%配施均能保持甚至提高2009-2017年稻谷周年产量,显著提高早、晚稻氮肥偏生产力和氮肥农学效率。绿肥与化肥氮减40%时,产量变异系数最低和产量可持续指数最高。试验9 a后,与2008年相比,稻田土壤有机质和全氮含量呈上升趋势。与习惯施肥相比,绿肥与化肥氮减量20%~40%能维持土壤磷素与钾素的供给。综合考虑,紫云英还田下,化肥氮减施40%仍能获得高产稳产,且氮肥利用率最高,产量稳定性最好,并可缓慢提高土壤肥力,是湘南双季稻种植区较好的施肥模式。     

种植绿肥与稻秸协同还田对单季稻田土壤有机碳库和酶活性的影响

种植绿肥和秸秆还田是稻田土壤培肥的重要措施。研究江汉平原单季稻田冬闲期种植绿肥及稻秸不同利用模式对土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为合理利用秸秆和土地资源提供科学依据。该研究基于3 a田间定位试验,以稻秸不还田不种绿肥(CK1)和不施肥空白(CK0)为对照,分析了冬闲期稻秸全量覆盖单独还田(RSM)、稻秸原位焚烧还田(RSB)、单种绿肥(GM)以及稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用(RSM+GM)等处理模式下土壤有机碳各组分含量、碳库管理指数、酶活性的变化及其与水稻产量的关系。结果表明:与CK1和CK0相比,RSB处理3 a后显著降低了土壤稳态有机碳含量,对土壤总有机碳、活性有机碳含量以及碳库管理指数均无显著影响;而GM、RSM及RSM+GM处理3a后显著提高了土壤活性有机碳含量、碳库指数、碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数,尤其是RSM和RSM+GM处理还可显著提高土壤总有机碳含量,且多数指标均以RSM+GM处理增幅为最大,其次是RSM处理。与CK1相比,RSB处理3a后显著提高了过氧化氢酶和蔗糖酶活性,但对土壤脲酶活性无显著影响;而RSM、GM及RSM+GM处理模式3 a后均可显著增加土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,其中RSM+GM处理模式在1 a后即可显著提高土壤脲酶活性,2 a后显著提高土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性,3 a后土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性增幅均是最大。相比于CK1,RSM和RSB处理模式3 a的稻谷增产效果均不显著,而GM和RSM+GM处理模式连续3 a显著提高了稻谷产量,增幅分别为6.88%～11.67%和6.00%～13.40%。相关性分析表明,土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数、土壤酶活性与水稻产量之间均呈极显著正相关关系。综上,在江汉平原单季稻作条件下,冬闲期稻秸全量覆盖还田或种植绿肥均可改善土壤肥力,增加作物产量,但前者更有助于土壤有机碳积累,后者更利于作物产量提升。为了兼顾秸秆资源利用、土壤质量改善和作物增产稳产,稻田冬闲期稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用模式是一种较好的选择。     

南方稻田紫云英作冬绿肥的增产节肥效应与机制

本文对我国南方稻田紫云英作冬绿肥以及紫云英与稻草共同利用的增产和节肥效应及其植物营养学、土壤微生物学等相关作用机制进行综述。2008—2019年间开展的11个联合定位试验结果 (n = 930) 表明，冬种紫云英在不减肥或者减肥20%条件下增产效果显著，水稻产量增加幅度分别为6.53%和4.15%；在减施40%化肥时可保障水稻与常规施肥相比不减产。紫云英的增产和节肥效应随种植年限的增加而增强，5个联合定位试验连续7年的监测结果表明，冬种紫云英减施40%化肥条件下，紫云英种植第一年相对常规施肥增产0.87%，至种植第7年增幅为3.98%。紫云英与稻草联合利用是近些年稻区推行的重要技术模式，2016—2019年间开展的7个联合定位试验结果 (n = 342) 表明，紫云英–稻草联合还田相对于单独稻草还田，水稻产量增加了11.71%。本文分别从优化水稻产量构成、促进水稻养分吸收、提升土壤肥力3方面阐释了紫云英作冬绿肥的增产、节肥机制。稻田冬种紫云英可增加水稻有效穗数和每穗实粒数，优化了产量构成。与常规施肥相比，紫云英配施减量化肥的水稻吸氮量增加了6.4%～6.9%，氮肥利用率提高了6.6%～31.1%。稻田种植紫云英使土壤碳、氮库得到培育，土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性提高，土壤速效养分、土壤物理性状明显改善。以有机质和全氮为例，相比常规施肥处理，种植翻压紫云英后减施20%和40%化肥处理的土壤有机质含量分别增加3.95%和4.15%，土壤全氮含量分别增加1.22%和1.74%。在紫云英调控土壤微生物及氮转化机制方面，冬种绿肥有利于土壤微生物的生长繁殖，增强与微生物活性密切相关的土壤酶活性，并通过改变土壤微生物的群落结构及功能微生物影响土壤养分循环。紫云英配施减量化肥可提高土壤固氮菌丰度，通过合理的调控措施可优化紫云英的生物固氮作用。硝化作用对冬绿肥的响应在不同类型土壤中有较大差异，碱性水稻土中冬种绿肥可通过抑制硝化作用降低氮素淋失风险，氨氧化微生物群落结构的变化是冬绿肥影响硝化作用的重要机制。通过近十多年来的研究，逐渐明晰了我国南方稻田冬种紫云英的增产、节肥效应及其机制，为今后稻田绿肥的效应与机制研究提供了重要借鉴和参考。     

基于ISSR分子标记的紫云英种质资源遗传多样性及结构分析

紫云英(Astragalus sinicus L.)是我国重要的稻田绿肥作物,为揭示不同地区种质资源遗传特征,本研究利用ISSR分子标记对77份紫云英种质资源进行了遗传多样性及结构分析。研究发现,77份供试紫云英种质资源遗传相似性系数为0.567 7～0.868 6,可划分为6个聚类。不同地区群体间分化系数为0.136 3,达到极显著水平(P<0.001),其中种群间变异占比13.9%,种群内变异占比86.1%。不同ISSR引物扩增信息鉴别紫云英资源的能力存在差异,构建了以P809第3,8,9,10,12,15扩增位点以及P886第1,3,5,9,10,11扩增位点为特征的指纹图谱,能有效区分77份供试紫云英资源。以资源所在省份为单元进行群体分析,供试紫云英资源遗传结构呈现分化特征,河南-安徽-江苏-上海资源遗传结构相似,构成北方亚群;四川-广西-湖南-江西资源相似,构成西南方亚群;福建种质资源则呈现混合型特征。本研究结果可为我国紫云英种质资源的科学利用及新品种选育提供依据。     

播期和播量对橘园间作下山黧豆产量及农艺性状的影响

在橘园间作条件下,采用裂区试验设计,经连续两年试验,研究了不同播种期、播种量对豆科绿肥山黧豆(Lath yrus sativus)鲜草产量、种子产量及农艺性状的影响.结果表明,1)播期、播量对山黧豆鲜草和种子产量均有显著影响(P＜0.05),播量影响大于播期;2)山黧豆的鲜草和种子产量随播期推迟显著降低(P＜0.05),9月20日播种的鲜草产量最高,达29 406.0 kg·hm-2,种子产量则以9月30日播种的最高,为1 616.1 kg·hm-2.早播(9月播种)时,株高、单株分枝数、单株根瘤数、结实率和千粒重等农艺性状均优于晚播(10月播种);3)播量为45.0 kg·hm-2时,其鲜草和种子产量均最高,拯种量过大对产量和农艺性状均有负向作用.综上,山黧豆在四川西充与橘园间作下的适宜播种期在9月,最佳播种量为45.0 kg·hm-2.     

甘肃箭筈豌豆种质资源评价

通过对甘肃42份箭筈豌豆(Vicia sativa)种质资源进行研究评价,以期为甘肃绿肥种植筛选优良的箭筈豌豆品种。结果表明,42份箭筈豌豆种质资源各性状指标存在明显差异,其中单株荚数和单株粒数是构成箭筈豌豆产量的主要要素。籽粒产量、鲜草产量、单株粒数和单株荚数4个指标可以反映箭筈豌豆性状的优劣。通过籽粒产量、鲜草产量、单株粒数和单株荚数4项指标进行聚类,可以分为4类,Ⅰ、Ⅱ类相对较好,共有7份材料,籽粒和鲜草产量分别在2 623.26~2 990.25和32 357.70~35 967.38 kg·hm-2,其中苏箭3号、陇箭1号和333/A属于早熟品种,麦类作物收获后的套复种、玉米(Zea mays)前期间作、马铃薯(Solanum tuberosum)绿肥间作、果树绿肥间作和单种绿肥5种利用模式均适宜;山西春箭碗和MB5/794属于中熟品种,则适宜与马铃薯间作、果树间作和单作;西牧820和波兰箭碗属于晚熟品种,则只适宜与果树间作和单作两种利用方式。