河西荒漠灌区紫花苜蓿施肥效应及其基于数据包络分析法的经济效益研究

为科学准确地评判河西走廊苜蓿主产区紫花苜蓿饲草生产中施肥措施对其产品质量及生产收益的影响,本研究以“甘农3号”紫花苜蓿为材料,通过2016、2017年2年田间试验,以该区域紫花苜蓿饲草生产的平衡施肥推荐方案(N 103.5 kg·hm^-2、P₂O₅ 105 kg·hm^-2、K₂O 90 kg·hm^-2)为对照,探讨了不施肥及3种不完全施肥(缺氮偏施、缺磷偏施、缺钾偏施)处理下紫花苜蓿的生产性能,并采用数据包络分析法(DEA)对其经济效益进行分析。结果表明:与不施肥相比,施肥措施各处理均显著提高紫花苜蓿产量、蛋白总量,降低其酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维,提高了相对饲用价值,从而改善了紫花苜蓿品质,并有效增加了经济效益;与氮、磷、钾平衡施肥相比,各偏肥处理的紫花苜蓿产量和品质均显著低于平衡施肥,尤以缺磷偏施的降幅最大,2016、2017年2年的产量和蛋白总量降幅分别达到25.9%、25.7%和33.4%、33.1%。因此,磷是河西荒漠灌区紫花苜蓿饲草生产的养分限制因子,氮、磷、钾对该地区紫花苜蓿生产性能影响顺序为:磷>氮>钾。运用数据包络分析法(DEA)分析出河西荒漠灌区紫花苜蓿的施肥效应为氮、磷、钾平衡施肥的经济效益最优,为DEA有效;不完全施肥的3个评价单元及不施肥评价单元为DEA无效,其中,不施肥经济效益最低,3个不完全施肥评价单元中的缺磷偏肥的紫花苜蓿经济效益比缺氮偏肥和缺钾偏肥更低;另外还以DEA模型推算出不同施肥措施下紫花苜蓿饲草生产经济效益改进的具体方案,其中,不施肥的紫花苜蓿饲草生产需调整的幅度最大,调整额度达10678.88 CNY·hm^-2,各施肥措施需调整的幅度排序为:不施肥>缺磷偏施>缺氮偏施>缺钾偏施。     

不同氮效率紫花苜蓿叶特征及其产量效应研究

为探讨不同氮效率紫花苜蓿（Medicago sativa）叶特征差异及其对产量的影响,本研究采用田间小区试验,设4个不同氮效率紫花苜蓿品种（‘LW6010’、‘甘农3号’、‘甘农7号’和‘陇东苜蓿’）和2个施氮处理（0,103.5 kg·hm^-2）,对比研究不同氮效率紫花苜蓿的叶特征及其生产性能,并采用通径分析法探讨叶特征各因子对产量的影响。结果表明,在不施氮和供氮103.5 kg·hm^-2时,‘LW6010’的叶面积、比叶重、叶片数、叶蛋白含量、维管束、韧皮部、木质部面积、导管数量和总产量显著大于‘陇东苜蓿’。通径分析表明,‘LW6010’叶特征各因子对产量的影响依次为：叶面积>叶重>叶片数>叶增量>比叶重>叶茎比。综上,紫花苜蓿的叶特征在不同氮效率品种间存在差异,无论氮水平高低,氮高效紫花苜蓿品种‘LW6010’叶特征综合表现总是优于‘陇东苜蓿’。利用通径分析发现,紫花苜蓿叶特征各因子中叶面积和叶重的产量效应最突出。     

紫花苜蓿/玉米间作对紫花苜蓿结瘤固氮特性的影响

试验采用根系分隔法将根系按不同方式进行分隔,并在不同氮素水平和生育时期下采用营养液沙培法对紫花苜蓿结瘤固氮、紫花苜蓿和玉米地上生物量以及氮积累量进行测定,以研究紫花苜蓿/玉米间作下根系互作对结瘤固氮特性的影响。结果表明紫花苜蓿结瘤固氮各指标、玉米及单位面积地上干物质重和氮积累量在各生育期和氮素水平下均表现为不分隔>尼龙网分隔>塑料分隔。其中,总根瘤数、单株根瘤重及单株固氮潜力在各生育期以及有效根瘤数、有效/总根瘤数及固氮酶活性在现蕾期和盛花期均表现为不分隔显著高于尼龙网分隔显著高于塑料分隔和紫花苜蓿单作(P<0.05)。总根瘤数在各生育期均表现为N₂₁>N₂₁₀,且在不同根系互作间的差距于盛花期最大;其他结瘤固氮指标在分枝期时表现为N₂₁210,现蕾期和盛花期为N₂₁>N₂₁₀,并且N₂₁₀下单株根瘤重及单株固氮潜力在不同根系互作间的差距于盛花期最大,而N₂₁时各指标均在盛花期前最大。同时,结瘤固氮及氮代谢产物相关指标均呈极显著正相关关系,其中单株根瘤重与单株固氮潜力相关系数最大(0.993)。由此可见,紫花苜蓿与玉米的根系互作越紧密越有利于紫花苜蓿结瘤固氮;紫花苜蓿根瘤的形成随氮素浓度的降低而增大,而根瘤生长发育在分枝期时适当的氮素对其有促进作用;促进根瘤形成的氮素阈值也较根瘤生长发育的低;根系互作是结瘤固氮的主要影响因素。     

内源异黄酮对紫花苜蓿结瘤固氮及氮效率的调控研究北大核心CSCD

为探究紫花苜蓿体内异黄酮与结瘤固氮及氮效率的关系,以紫花苜蓿品种中氮高效的"LW6010"和氮低效的陇东苜蓿为材料,采用室内营养液砂培,设5个氮素水平,研究了不同氮效率紫花苜蓿的异黄酮含量和固氮特性以及异黄酮合酶(IFS)和结瘤信号传递通路基因(nod)的表达。结果表明:紫花苜蓿的异黄酮含量与根瘤数、单株总根瘤重以及单株固氮潜力的相关性显著,并且在低氮胁迫时紫花苜蓿的异黄酮含量以及根瘤数、单株总根瘤重和单株固氮潜力均显著上升。另外,还发现:氮高效的"LW6010"紫花苜蓿在氮胁迫时,茎叶和根系中上调的IFS基因数量和上调幅度均大于氮低效的陇东苜蓿,因此促进了nod基因的高表达,最终提高了氮效率。综上所述,1)紫花苜蓿的结瘤固氮与异黄酮含量显著正相关,在外源氮素浓度改变时,紫花苜蓿能通过茎叶和根系中不同IFS基因的表达提高体内异黄酮含量,从而刺激nod基因表达来促进结瘤和提高单株固氮潜力;2)紫花苜蓿体内异黄酮含量的差异是决定其氮效率高低的重要原因,氮高效紫花苜蓿在氮胁迫时通过多个IFS基因的高表达促进异黄酮合成,进而刺激结瘤固氮,从而表现出氮高效。     

不同紫花苜蓿品种的氮效率比较及差异机制研究

为探讨紫花苜蓿氮效率差异及其差异机制,以8个紫花苜蓿品种('LW6010'、'甘农5号'、'甘农3号'、'新牧1号'、'甘农7号'和'龙牧801'、'陇东'苜蓿和'金皇后')为试验材料,采用营养液砂培法,设3个氮水平(21 mg·L-1,210 mg·L-1,420 mg·L-1),测定其生长特性和氮素固定、吸收及转化...     

4种间作模式下牧草根系特性及其碳、氮代谢特征研究

为探究间作对牧草根系生长特性和碳、氮代谢特征的影响,通过田间试验,以紫花苜蓿、小黑麦、燕麦、玉米、甜高粱5种单作模式为参照,对紫花苜蓿/小黑麦、紫花苜蓿/燕麦、紫花苜蓿/玉米和紫花苜蓿/甜高粱4种间作模式进行了研究,采用目前先进的微根管观测系统并结合计算机成像技术对紫花苜蓿和4种禾本科牧草单作及间作下根系的生长状况进行了原位观测,并且对4种间作模式下碳、氮代谢关键酶及产物进行了研究。结果表明,无论单作还是间作,根系参数与碳、氮代谢各指标均呈正相关关系,其中根长、根表面积均与核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)和硝酸还原酶(NR)活性呈极显著正相关(P<0.01),与蔗糖磷酸合成酶(SPS)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性呈显著正相关(P<0.05),表明根系特性与碳、氮代谢具有一致性;4种间作模式下禾本科牧草的根长、根表面积等根系参数明显优化,而紫花苜蓿根系特性与单作相比表现不一,与玉米和甜高粱间作的紫花苜蓿其根系特性受到了明显地抑制(显著低于单作),表现为竞争弱势,而与小黑麦和燕麦间作的紫花苜蓿则未受影响;4种间作模式下禾本科牧草功能叶RuBPCase和NR活性与单作比均显著性增加,而紫花苜蓿功能叶RuBPCase和NR活性与单作相比趋势不尽相同,与玉米和甜高粱间作的紫花苜蓿其RuBPCase和NR活性显著低于单作,而与小黑麦和燕麦间作的紫花苜蓿则差异不显著。由此可见,供试牧草根系特性和碳、氮代谢特征表现趋势一致;在4种间作模式下根系特性和碳、氮代谢特征均表现为禾本科牧草优于豆科牧草;紫花苜蓿/小黑麦和紫花苜蓿/燕麦这2种间作模式下综合表现最佳。     

紫花苜蓿氮效率及其类型特征研究

为挖掘和利用紫花苜蓿自身潜力，实现优质高效生产，本研究拟建立紫花苜蓿苗期氮效率评价体系，筛选氮高效种质。以28个来源广泛的紫花苜蓿品种为材料，通过室内营养液砂培法，设低氮（2.1 mg·L^-1，表示为：N_2.1）和适宜氮（210 mg·L^-1，表示为：N₂₁₀）2个水平，对苗期各品种紫花苜蓿的形态指标和氮相关指标进行综合分析，通过变异系数、相关分析和隶属函数筛选出苗期氮效率评价指标，并进行氮效率类型分类。氮效率为作物对氮素的综合响应。结果表明，LW6010在N_2.1和N₂₁₀水平下，其株高、地上干物质重、地下干物质重、全株干物质重、地上氮积累量、地下氮积累量和全株氮积累量均表现为显著高于其他品种。公农3号在N_2.1和N₂₁₀下均表现为地上干物质重显著小于其他品种。巨能601在N_2.1和N₂₁₀下，其地上和全株氮含量均显著大于其他品种（除LW6010）。N_2.1下，甘农9号的根长最长，陇东苜蓿根长最短；N₂₁₀下，皇冠根长最长，公农3号最短。N_2.1下，新疆大叶根体积最大，陇东苜蓿根体积最小；N₂₁₀下，甘农7号根体积最大。地上干物质重、全株干物质重、根长、根体积、地上氮积累量和全株氮积累量的变异系数和相关系数均较大。同时，LW6010等品种在N_2.1和N₂₁₀下综合值均大于0.5；甘农3号在N_2.1下综合值小于0.5，在N₂₁₀下大于0.5；甘农7号在N_2.1下综合值大于0.5，在N₂₁₀下小于0.5；陇东苜蓿在N_2.1和N₂₁₀下综合值均小于0.5。综上，地上干物质重、全株干物质重、根长、根体积、地上氮积累量和全株氮积累量可作为紫花苜蓿苗期氮效率筛选的评价参数；通过对综合值的量化，可将紫花苜蓿分为氮高效型、氮常效型、氮反效型和氮低效型4个类型。     

紫花苜蓿‖玉米间作对玉米氮代谢相关酶活性的影响

通过营养液砂培模拟试验,对紫花苜蓿‖玉米间作在不同氮素水平、不同种植方式下玉米氮代谢相关酶活性和氮代谢产物进行研究。结果表明:玉米在不同氮素水平下地上部和地下部的NR、NiR、GS和GOGAT活性、干物质重和氮积累量均随生育时期的推进而不断增加。玉米氮代谢酶活性和氮代谢产物的各指标在N210下均高于N21,并且不同种植方式下其均表现为不分隔>尼龙网分隔>塑料分隔>玉米单作。NR、NiR、GS和GOGAT活性以及氮含量在各生育期均表现为不分隔时显著大于塑料分隔与玉米单作(P<0.05)。干物质重及氮积累量在拔节期和孕穗期表现为不分隔显著大于塑料分隔和玉米单作(P<0.05)。紫花苜蓿‖玉米间作可以提高玉米氮代谢相关酶活性以及氮代谢产物的积累。紫花苜蓿‖玉米中根系互作越紧密、氮素浓度越高,越有利于玉米的氮代谢相关酶活性的提高以及氮代谢产物的积累;氮代谢相关酶活性可以直接反应其氮代谢的能力。     

基于平衡施肥的紫花苜蓿光合特性及光合因子的产量效应研究

为探明平衡施肥对紫花苜蓿光合特性及产量的影响,并明确光合特性各因子对紫花苜蓿产量形成的贡献,以“甘农3号”紫花苜蓿为材料,采用“3414”试验设计,通过田间试验研究,探讨了平衡施肥对紫花苜蓿产量形成的关键因子—光合特性的影响及其产量效应。结果表明:1)平衡施肥可通过提高紫花苜蓿的叶绿素含量、RuBP羧化酶活性、光合速率、碳水化合物含量、群体叶面积指数以增强光合特性,并且N 103.5 kg·hm^-2、P₂O₅ 105 kg·hm^-2、K₂O 90 kg·hm^-2配施最有利于提高紫花苜蓿的光合特性;2)平衡施肥可显著提高紫花苜蓿干草产量,以N 103.5 kg·hm^-2、P₂O₅ 105 kg·hm^-2、K₂O 90 kg·hm^-2配施对产量的提高最显著,年总干草产量达到25636.26 kg·hm^-2,相比肥料偏施,平衡施肥才能保障紫花苜蓿高效生产;3)通过主成分归一化分析可知,群体叶面积指数、RuBP羧化酶活性、叶绿素是对紫花苜蓿产量形成贡献率最大的光合因子,其产量贡献率依次为22.8%、21.3%、15.9%。综上,平衡施肥是紫花苜蓿获得高产的重要栽培措施之一;通过调控紫花苜蓿群体叶面积指数、RuBP羧化酶活性和叶绿素含量等主要光合因子,可有效提高紫花苜蓿生产性能。