Application of urease inhibitor improves protein composition and bread‐baking quality of urea fertilized winter wheat

Background: Nitrogen losses is an economic problem for wheat production and a high risk to the environment. Therefore, improved N fertilizer management is a key to increasing the N efficiency and minimizing N losses. To increase N efficiency, enhanced fertilizers such as urea combined with urease inhibitor can be used. Aims: The aim of present study was to evaluate the effects of different N forms on grain storage protein subunits in winter wheat and to examine whether the observed changes correlate with parameters of baking quality. Methods: The investigation was performed over two consecutive years at two locations in Germany. Protein subunits were analyzed by SDS‐PAGE. Results: Protein concentrations were similarly increased after fertilization with ammonium nitrate and urea + urease inhibitor. Analysis of the individual storage protein fractions indicated that both fertilizers specifically enhanced ω‐gliadins and HMW glutenins, but the effect was more pronounced in the ammonium nitrate treatment. Application of urea + urease inhibitor had greater influence on the protein composition and resulted in higher specific baking volume as well as the best fresh keeping ability, in comparison with urea treatment. Conclusion: Considering that the urea + urease inhibitor treatment resulted in almost comparable improvements of NUE and baking quality, with the additional benefit of reduced N losses in combination with easy handling, urea + urease inhibitor can be recommended as a viable alternative to both urea alone and ammonium nitrate treatments. This opens up an opportunity for the reduction of N loss in wheat production when use of urea is preferred.     

改性尿素硝酸铵溶液调控氮素挥发和淋溶的研究

为了提高肥料的利用率,以尿素硝酸铵溶液为原料、聚氨酸为保护剂,复合抑制剂NBPT(N-丁基硫代磷酰三胺)和DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐)为材料,开发出改性尿素硝酸铵溶液(YUL1和YUL2),研究其对华北平原夏玉米追肥过程中的氨挥发和淋溶损失的调控效果。田间试验设置6个处理:不施氮肥(CK)、农民习惯追施尿素(CN)、优化追施尿素(CNU)、优化追施尿素硝酸铵溶液(UAN)、优化追施改性尿素硝酸铵溶液(YUL1)和优化追施改性尿素硝酸铵溶液(YUL2)。采用扫描电镜和能谱仪分析相关指标变化,在夏玉米喇叭口期追施氮肥后15d内进行田间原位连续动态观测氨挥发和土壤铵态氮和硝态氮变化,并在玉米成熟期测定产量,计算经济效益。结果表明,改性尿素硝酸铵溶液清澈无杂质,流延后成膜表面光滑、致密,抑制剂在膜表面分布均匀;能谱测试膜层表面磷硫含量增高,证明复合抑制剂与尿素硝酸铵溶液达到有效融合。在同等优化施氮量下:与CNU相比, YUL1氨挥发总量显著降低19.3%, YUL2增加9.6%;与UAN相比, YUL1、YUL2分别显著降低57.3%和42.0%。与其他施氮处理相比, YUL1和YUL2夏玉米季生长中后期0～20 cm土层依然保持相对较高的氮素含量水平,夏玉米收获后土壤硝态氮含量分别比CNU高46.0%和43.4%,比UAN高45.6%和44.7%;180～200cm土层硝态氮含量显著低于其他处理。在保证产量和净收益的同时,改性尿素硝酸铵肥料显著降低了氮素的氨挥发和淋溶损失浓度,尿酶抑制剂含量相对较高的YUL1抑制氨挥发的效果更好,硝化抑制剂含量相对高的YUL2硝态氮向下淋失的风险更小。     

东北棕壤长期不同施肥处理轮作大豆氮素吸收和土壤硝态氮特征

【目的】在玉米–玉米–大豆轮作体系下,基于棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对东北地区大豆生物量、产量、各部位吸氮量及收获期土壤0―100 cm硝态氮累积的影响,为该地区合理施肥提供理论依据和科学指导。【方法】棕壤肥料长期定位田间试验始于1979年,包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量厩肥(M1)及其与化肥配施(M1N和M1NPK)、高量厩肥(M2)及其与化肥配施(M2N和M2NPK)9个处理。厩肥为猪厩肥,1992年后大豆季不施猪厩肥,仅在玉米季相关处理中施用。39年后,调查分析了大豆生物量、产量、氮素吸收利用及大豆收获期0―100 cm土壤硝态氮累积特征。【结果】高量、低量厩肥配施化肥处理大豆生物量、产量、总吸氮量及各部位吸氮量均显著高于单施氮肥和不施肥处理,其中,M1NPK处理大豆生物量、产量和总吸氮量最高,分别为9107、2979和314.2 k g/h m^2,较其他处理分别提高了6.1%~133.6%、23.9%~232.5%和11.7%~359.4%。施肥提高了大豆氮收获指数,但氮素生理效率降低。NPK和M1NPK处理的氮素收获指数最高,均为63.5%,而氮素生理效率较CK分别降低了30.6%和28.1%。大豆收获期各处理土壤硝态氮累积量随土层深度的增加而降低。与播前相比,大豆收获期单施氮肥处理的0―100 cm土层硝态氮积累量显著增加,NPK处理变化不显著,M1、M1N和M1NPK处理显著降低。低量厩肥配施化肥处理收获期0―100 cm土壤硝态氮积累量远低于高量厩肥配施化肥处理,较播前平均降低了79.2%。所有处理中,土壤硝态氮积累量以M1NPK处理最低,比其他处理平均降低了58.2%。【结论】在东北棕壤地区玉米–玉米–大豆轮作体系下,玉米季低量厩肥(13.5 t/hm^2)与氮磷钾化肥配合施用时,大豆季仅施氮磷钾化肥既可提高大豆生物量、产量,促进氮素吸收,同时还可降低大豆收获期土壤硝态氮累积量,降低环境风险,是该轮作体系较为合理的施肥方式。     

盐碱地玉米产量及土壤硝态氮对深松耕作和秸秆还田的响应

【目的】盐碱地是我国重要的土地资源,研究合理可行的耕作技术和培肥措施,为提高产量和实现盐碱地农业可持续发展提供理论依据。【方法】2014-2017年,在山东省滨州市无棣县的盐碱土上,以玉米为供试作物,连续进行了4年田间试验。试验采用裂区设计,以耕作方式为主区,分别设夏季旋耕15 cm (R)和旋耕后再深松35 cm处理(S);副区为冬季秸秆还田量,设秸秆半量还田(3350 kg/hm^2,B)和秸秆全量还田(6700kg/hm^2,Q)两个用量,以无秸秆还田为对照。所有处理的养分总量保持一致。开花后每隔10天取样1次,直到收获期,测定植株干物质和穗位叶硝酸还原酶活性。在玉米小口期、开花期及收获期,取0-100 cm土层样品,每10 cm为一层,测定了土壤硝态氮含量及累积量。【结果】各生育期玉米干物质积累量和产量在两个耕作方式间的差异不显著,与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理开花期前干物质量较少,但在开花期时,已经开始赶超秸秆半量还田的处理。在收获期,秸秆全量还田处理的干物质量显著高于秸秆半量还田处理的干物质量,4年中的提高幅度为8.6%~9.7%,秸秆全量还田处理的籽粒产量显著优于秸秆半量还田处理(P <0.05)。4年干物质积累量,SQ处理平均比SB、RQ和RB分别提高2.5%~7.3%、1.6%~4.2%和7.6%~20.3%。深松与秸秆全量还田有明显的正耦合作用,秸秆全量还田与深松耕作相结合有利于籽粒产量的提高,与其他处理差异显著(P <0.05)。相同耕作方式下,4年中秸秆全量还田处理的平均硝态氮含量在小口期低于秸秆半量还田,在开花期显著高于秸秆半量还田,但在收获期又显著低于秸秆半量还田的处理,硝态氮累积量平均降低17.9%(P <0.05)。在4年中深松耕作处理的0-100 cm平均硝态氮累积量比旋耕处理的显著降低8.9%。【结论】在供试盐碱地土壤条件下,秸秆全量还田结合浅旋耕后再深松的效果最好,可提高玉米产量,减少土壤中硝态氮的累积。     

有机肥施用对红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响

【目的】明确有机肥施用对河北葡萄主产区高产优质红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响,为葡萄种植合理施用有机肥提供理论依据。【方法】以河北张家口市怀来县葡萄试验示范基地13年生红地球葡萄为试验材料,进行为期4年的田间试验。设置6个处理,分别为农民传统施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥9 t/hm^2 (M)、有机肥7.5 t/hm^2+化肥(M1NPK)、有机肥15 t/hm^2+化肥(M2NPK)、有机肥45 t/hm^2+化肥(M3NPK),采用常规方法测定葡萄产量、品质、重金属含量及果园土壤中硝态氮、微生物量碳和氮、重金属含量,并对葡萄园土壤重金属累积达到限量所需年限进行推算。【结果】施用有机肥处理葡萄产量均显著高于单施化肥(NPK),其中以中量有机肥+化肥处理(M2NPK)的产量最高,4年(2010-2013)平均产量为21503kg/hm^2,较农民传统施肥(CK)提高了14%;施用有机肥处理葡萄Vc含量比对照显著增加。各处理间葡萄百粒重、pH、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比差异不显著。收获后M2NPK处理0-20 cm和20-40 cm土壤硝态氮累积量下降,土壤微生物生物量碳、氮含量显著高于CK。连续4年施用有机肥后,葡萄果实及果园土壤的重金属含量(Cr、Cd、As、Pb、Hg、Cu、Zn)均未超标,但随着有机肥施用量的增加,葡萄及土壤中的重金属分别呈现线性和二次函数累积趋势。M3NPK处理土壤重金属含量较其他施用有机肥处理提前累积到限量水平。【结论】中量有机肥+化肥(M2NPK)处理葡萄的产量最高,品质最佳,而且降低了土壤硝态氮在各土层的累积,增加了土壤微生物生物量碳、氮含量,且葡萄果实和果园土壤重金属含量未超标。高量有机肥处理不会进一步提高红地球葡萄的产量和品质,但快速增加果园土壤重金属累积。     

硝酸钠和乙酸铵配施对黄果柑幼苗光合特性的影响

利用Li–6400便携式光合测定系统，测定了硝酸钠与乙酸铵11个不同配比处理的黄果柑幼苗在不同季节的光合能力。结果表明：1) 硝酸钠与乙酸铵配比处理黄果柑幼苗的光合能力均表现为夏季最强，冬季最弱，秋季强于春季；叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均表现为夏季最高，冬季最低，秋季高于春季。2) 硝酸钠和乙酸铵配比(质量比)为8∶2时，黄果柑幼苗叶片的净光合速率、蒸腾速率、水分利用率和气孔导度以及叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均高于其他处理，单施硝酸钠或乙酸铵处理都低。综合比较分析，硝酸钠和乙酸铵配比为8∶2时，黄果柑幼苗的光合能力最强。     

尿素类型与灌溉管理对玉米节水保肥的影响

水分和氮素管理对提高作物产量具有重要作用。笔者研究尿素类型与灌溉管理对玉米节水保肥的影响以达到玉米高氮肥利用效率和高产田的生产目标。本研究在2016—2017年开展2年完全随机区组设计试验,讨论了尿素类型（普通尿素和控释尿素）及灌溉对玉米土壤和氮素利用的影响。每种尿素类型设置2种氮素水平,分别为75、150 kg N/hm ²,以不施氮肥为对照。水分设置2种灌溉水平,分别为全生育期不灌水和灌浆阶段灌水85 mm。结果表明：在灌溉与施氮水平相同下,0~40 cm土层应用控释尿素处理氮含量较高,但在更深的土壤层低于普通尿素处理;相对于不灌溉,灌溉增加了硝态氮的损失,但施用控释尿素的处理硝态氮损失低于施用普通尿素处理;灌溉条件下施用控释尿素可以提高玉米氮素吸收,并使更多的氮向籽粒中转移;与普通尿素相比,控释尿素提高了氮肥利用率,降低土壤对氮需求的依赖。控释尿素低氮的释放可以减少硝态氮在土壤中的存留时间而迅速被玉米吸收,从而降低硝态氮的损失风险,提高了土壤氮肥利用效率。综上,控释尿素与少量灌溉相结合适用于华北半湿润地区达到玉米高氮肥利用效率和高产田的生产目标。     

不同氮肥施用量对胶东卫矛氮代谢生理影响的研究

分析氮对胶东卫矛氮代谢生理的影响规律,明确氮肥施用后的相关酶活性变化机理,为其育苗中科学施用氮肥提供理论依据。试验在田间条件下,设置氮肥施用量分别为0 g/株(J1,CK)、9 g/株(J2)、18 g/株(J3)、27 g/株(J4)4个处理,3次重复。结果表明：5—9月J3谷草转氨酶活性分别比J1提高了64.84%、70.77%、58.52%、47.33%、57.20%,J4与J3之间无显著差异;6—9月J3谷丙转氨酶活性分别比J2提高了18.00%、30.79%、16.47%、16.83%,差异显著;谷胺酰胺合成酶活性7、9月J3显著高于J2,5—6月J2、J3、J4之间无显著差异,J2显著高于对照;5—9月J3硝酸还原酶活性分别比J2提高了20.47%、31.66%、27.32%、23.50%、34.90%,差异显著,J3与J4之间无显著差异;5—7月J3硝态氮含量分别比对照提高了73.76%、53.90%、85.95%,差异显著,8—9月J2、J3、J4之间无显著差异;6—8月,J3可溶性蛋白含量分别比J2提高了15.90%、20.09%、9.04%,差异显著。综合分析认为,J3处理可以显著提高胶东卫矛氮代谢相关酶活性,提高植株叶片内硝态氮含量和可溶性蛋白含量,效果优于J2、J4处理。     

植物液泡膜H+-ATPase和H+-PPase研究进展

植物液泡膜 ATP 酶（H+-ATPase）和液泡膜焦磷酸酶（H+-PPase）是液泡膜上两个含量丰富的蛋白，其功能的正常发挥在植物生长发育过程中扮演着重要角色。液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 水解底物释放能量，同时产生大量 H+由胞质泵入液泡内，形成细胞质与液泡间的 H+ 电化学势梯度，为多种溶质分子的跨膜主动运输提供驱动力，维持细胞内的离子稳态和渗透平衡，为细胞内各种生理生化反应的正常运行提供保障。此外，液泡作为植物细胞离子养分的储存库，其膜上 H+-ATPase 和 H+-PPase 能够通过改变其活性来调控硝酸盐在胞质和液泡间的分配比例，进而影响植物的氮素利用效率。在逆境胁迫条件下，提高液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的活性有利于提高植株对逆境的适应能力，从而减少逆境胁迫对植株生长发育造成的不利影响。介绍了植物液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的结构特征及其在植物生长发育过程中的生理功能，并对其在植物抵御非生物逆境胁迫过程中发挥的重要作用进行阐述，为进一步提高作物的氮素利用率及逆境适应能力提供方向。     

The efficiency of nitrogen in cattle manures when applied to a double‐annual forage cropping system

The use of cattle manure (CM) for fertilization presents challenges for optimizing nitrogen (N) use. Our work aimed to assess N efficiencies, in a 6‐year experiment with three biennial rotations of four crops: oat–sorghum (first year) and ryegrass–maize (second year) in a rainfed humid Mediterranean area of Spain. Fertilization treatments included the following: control (no N), 250 kg mineral N ha^?1 year^?1 (250MN), three CM rates (supplying 170, 250 and 500 kg N ha^?1 year^?1) and four treatments where the two lowest CM rates were complemented with either 80 or 160 kg mineral N ha^?1 year^?1. Treatments were distributed randomly in each of three blocks. Maximum dry‐matter yield (~44–49 t ha^?1 rotation^?1) was achieved in the third rotation, and only the control and the 170CM yielded significantly less. Within the limitations of the EU Nitrate Directive, the N steady state supply of 170CM always requires a complement of mineral N (80 kg N ha^?1) to maximize N agronomic efficiency. The maximum N‐fertilizer replacement value (250CM vs. 250MN) was 0·67, without significant differences between the two treatments in other N‐related efficiency indexes, which indicates that plants took advantage of residual‐N effects. Nitrogen losses by leaching in the 250CM treatment were around 5–7% of the N applied. This reinforces the sustainability of manure recycling in long cropping seasons.