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1.
DING Wenli 《干旱区科学》2021,13(7):730-743
Switchgrass is an introduced C4 grass in the semi-arid Loess Plateau of China, but there is a lack of information to assess its ecological invasive risk. In this study, Old World bluestems (native C4 grass) and switchgrass were sowed at five mixture ratios (8:0, 6:2, 4:4, 2:6 and 0:8) under two soil water levels (80% field capacity (FC) and 40% FC) and two nitrogen (N) treatments (0 and 100 mg N/kg dry soil, termed N0-unfertilized and N1-fertilized treatments, respectively) in a pot experiment in 2012. Biomass, root morphological traits and relative competitive abilities of these two species were analyzed. Results showed that biomass of both species was significantly greater under 80% FC or N fertilization, and switchgrass had a relatively larger root:shoot ratio (RSR). Total root length (TRL) and root surface area (RSA) of switchgrass were significantly higher under 80% FC irrespective of N treatment, while those of Old World bluestems were only significantly higher under N fertilization. N had no significant effect on TRL and RSA of switchgrass, while RSA of Old World bluestems significantly increased under 80% FC and N fertilization. Under 40% FC and N0-unfertilized treatment, the aggressivity of Old World bluestems was larger than zero at 2:6 and 4:4 mixture ratios of two species, whereas it was close to zero at 6:2 mixture ratio. Root competitive ability of switchgrass significantly increased under 80% FC or N fertilization. The aggressivity of Old World bluestems was negative at 6:2 mixture ratio under 80% FC and N fertilization, while it was positive at 2:6 mixture ratio. Switchgrass may become more aggressive when N deposition or rainfall increases, while a proper mixture ratio with appropriate water and N management could help with grassland management in the semi-arid Loess Plateau.  相似文献   
2.
  【目的】   本研究调查了养分专家系统 (Nutrient Expert, NE) 推荐施肥在西北旱地冬小麦生产上的应用效果,以明确该方法在西北旱地小麦推荐施肥中的可行性。   【方法】   在陕西渭北旱塬两年共布置15个田间试验,所有试验均设置两个处理:养分专家系统推荐施肥 (NE) 和农户习惯施肥 (FP)。在小麦成熟期采集小麦样品和0—100 cm土层土壤样品,测定植株氮磷钾养分含量和土壤硝态氮含量,调查分析小麦产量及其构成要素、经济效益和肥料偏生产力。   【结果】   NE推荐的N施用量平均为158 kg/hm2,较FP处理 (N 192 kg/hm2) 减少了18%;P2O5施用量平均为62 kg/hm2,较FP处理 (134 kg/hm2) 减少了54%;而K2O用量为40 kg/hm2,较FP处理 (28 kg/hm2) 增加了43%。NE处理的冬小麦平均籽粒产量为5171 kg/hm2,与FP处理 (5111 kg/hm2) 籽粒产量接近,经济效益提高了7.8%,氮肥偏生产力提高25.1%,磷肥偏生产力提高了139.8%。与FP相比,NE处理的土壤0—100 cm土层硝态氮残留量无显著差异。   【结论】   相比农户习惯施肥,基于养分专家系统推荐的施肥方案减少了18%的氮肥和54%的磷肥用量,增加了43%的钾肥用量,冬小麦产量保持稳定,氮肥和磷肥的偏生产力和经济效益均显著提升,具有较好的化肥减施和增收效果,可在旱地冬小麦生产中推广应用。  相似文献   
3.
基于河南省2011—2017年长期定位耕作试验数据对RZWQM2模型进行了率定和验证,利用RZWQM2模型分析了不同降水年型免耕对0~100cm土层贮水量、冬小麦地上部氮素积累量和根部氮素积累量、冬小麦产量及氮素利用率的影响。模拟结果表明,不同降水年型冬小麦地上部氮素积累量和根部氮素积累量、冬小麦产量由大到小均表现为丰水年、平水年、枯水年。与传统耕作相比,免耕使枯水年、平水年和丰水年冬小麦不同生育期0~100cm土层平均贮水量分别提高11.3%、12.9%和16.9%。与传统耕作相比,免耕使枯水年冬小麦地上部氮素积累量和平水年抽雄期-收获期根部氮素积累量分别提高2.5%和3.1%,分别提高枯水年、平水年和丰水年氮素利用率26.7%、8.7%和6.0%,免耕较传统耕作氮肥利用效率在枯水年提高11.7%,而在丰水年降低1.7%。  相似文献   
4.
在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO2浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO2和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO2浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO2浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO2浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在:高温和高CO2浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO2浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO2浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO2浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO2升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO2浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。  相似文献   
5.
Yield performance in cereal and legume intercropping is related to nutrient management, however, the yield response of companion crops to nitrogen (N) input is inconclusive and only limited efforts have focused on rationed phosphorous (P) fertilization. In this study, two multi-year field experiments were implemented from 2014–2019 under identical conditions. Two factors in a randomized complete block design were adopted in both experiments. In field experiment 1, the two factors included three planting patterns (mono-cropped wheat (MW), mono-cropped faba bean (MF), and wheat and faba bean intercropping (W//F)) and four N application rates (N0, 0 kg N ha–1; N1, 90 and 45 kg N ha–1 for wheat and faba beans, respectively; N2, 180 and 90 kg N ha–1 for wheat and faba beans, respectively; and N3, 270 and 135 kg N ha–1 for wheat and faba beans, respectively). In field experiment 2, the two factors included three P application rates (P0, 0 kg P2O5 ha–1; P1, 45 kg P2O5 ha–1; and P2, 90 kg P2O5 ha–1) and the same three planting patterns (MW, MF, and W//F). The yield performances of inter- and mono-cropped wheat and faba beans under different N and P application rates were analyzed and the optimal N and P rates for intercropped wheat (IW) and MW were estimated. The results revealed that intercropping favored wheat yield and was adverse to faba bean yield. Wheat yield increased by 18–26%, but faba bean yield decreased by 5–21% in W//F compared to MW and MF, respectively. The stimulated IW yield drove the yield advantage in W//F with an average land equivalent ratio (LER) of 1.12. N and P fertilization benefited IW yield, but reduced intercropped faba bean (IF) yield. Nevertheless, the partial LER of wheat (pLERwheat) decreased with increasing N application rates, and the partial LER of faba bean (pLERfaba bean) decreased with increasing P application rates. Thus, LER decreased as N input increased and tended to decline as P rates increased. IW maintained a similar yield as MW, even under reduced 40–50% N fertilizer and 30–40% P fertilizer conditions. The estimated optimum N application rates for IW and MW were 150 and 168 kg ha–1, respectively, and 63 and 62 kg ha–1 for P2O5, respectively. In conclusion, W//F exhibited yield advantages due to stimulated IW yield, but the intercropping yield benefit decreased as N and P inputs increased. Thus, it was concluded that modulated N and P rates could maximize the economic and ecological functions of intercropping. Based on the results, rates of 150 kg Nha–1 and 60 kg P2O5 ha–1 are recommended for IW production in southwestern China and places with similar conditions.  相似文献   
6.
地膜覆盖与施肥对秸秆碳氮在土壤中固存的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
【目的】作物秸秆不仅含有较高的有机碳,而且含有丰富的矿质营养元素。秸秆还田是东北黑土地区培肥土壤和农业可持续发展的重要技术措施。然而不同地膜覆盖(简称“覆膜”)及施肥方式下秸秆碳(C)和氮(N)在土壤中的固持特征还不是很明确。本研究通过定量分析秸秆碳对土壤有机碳(SOC)和秸秆氮对土壤全氮(TN)的贡献,探讨不同覆膜和施肥条件下秸秆碳和氮在土壤中固定的差异,以期为土壤肥力提升和东北黑土地保护提供依据。【方法】基于覆膜与施肥的长期定位试验,选择覆膜和不覆膜(裸地)栽培条件下不施肥(CK)、单施氮肥(N4)和有机肥配施氮肥(M2N2)处理,在表层(0—20 cm)土壤添加13C15N双标记秸秆后在田间原位培养150 d,测定SOC含量及其δ13C值、TN含量及其δ15N值,分析SOC中秸秆来源C(13C-SOC)、TN中秸秆来源N(15N-TN)和土壤碳氮比随时间的动态变化特征。【结果】施肥、覆膜及其它们的交互作用显著影响(P<0.05)13C-SOC和15N-TN含量。整个培养期间,M2N2处理秸秆碳对SOC的贡献率(13C-SOC/SOC)和秸秆氮对TN贡献率(15N-TN/TN)平均分别为10.48%和3.18%;施肥(N4和M2N2)处理13C-SOC/SOC和秸秆碳残留率在覆膜方式下平均分别为12.65%和37.14%,不覆膜方式下分别为12.08%和34.50%。同一栽培方式培养第150天,N4处理13C-SOC/SOC和秸秆碳残留率平均分别为14.33%和39.40%,其他施肥处理平均分别为11.77%和33.21%;CK处理15N-TN/TN平均为4.56%,分别比N4和M2N2处理高26.00%和44.53%。培养第150天,秸秆氮残留率在覆膜和不覆膜条件下CK处理最高,平均为10.03%;不覆膜N4处理最低,为7.87%。无论覆膜与否,N4处理13C-SOC与15N-TN比值为32—39,其他施肥处理均<30。【结论】秸秆碳氮在土壤中的固存对覆膜与施肥的响应敏感。单施氮肥有利于秸秆碳在土壤中的积累和有机碳的更新,不施肥处理秸秆氮对土壤氮库的固定起正反馈效应,而有机肥配施氮肥土壤碳氮的更新相对滞后。  相似文献   
7.
低氮胁迫下不同氮效率玉米品种的氮代谢与物质生产差异   总被引:2,自引:0,他引:2  
以氮高效品种‘正红311’和氮低效品种‘先玉508’为试验材料,通过室内水培研究低氮胁迫下不同氮效率玉米品种的氮代谢与物质生产差异。结果表明,低氮胁迫下玉米幼苗根系与叶片的硝酸还原酶(NR)、谷氨酸合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性,可溶性蛋白含量,地上部、根系和单株干物质与氮积累量及根系氮吸收效率均显著下降,但‘正红311’的各指标降幅均低于‘先玉508’;根冠比、根冠氮分配比和根系氮物质生产力均显著升高,但‘正红311’根冠比、根冠氮分配比的增幅均低于‘先玉508’,而根系氮物质生产力的增幅较‘先玉508’更高。氮高效品种‘正红311’的NR、GS、GDH活性及可溶性蛋白含量均高于氮低效品种‘先玉508’,且对低氮胁迫响应更高效,使得其根系氮吸收效率和物质生产能力显著高于‘先玉508’,而根冠比和根冠氮分配比显著低于‘先玉508’,有效地维持地上部与根系的干物质与氮的协调分配,保证其物质生产与氮积累,提高其对低氮环境的适应能力。因此,氮高效品种在肥沃地区种植可减少氮肥施用,发挥其氮高效特性,而在丘陵地区推广则有利于保证玉米的高产稳产。  相似文献   
8.
为了给内蒙古高原紫花苜蓿(Medicago sativa L.)测土施氮奠定科学基础,本研究采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡-地力差减法”新应用公式,开展了该自然区域紫花苜蓿土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量研究。结果表明:内蒙古高原生长第1年紫花苜蓿土壤碱解氮第1~6级丰缺指标为≥48,20~48,8~20,4~8,2~4和<2 mg·kg-1,土壤全氮第1~5级丰缺指标为≥1.4,0.8~1.4,0.4~0.8,0.2~0.4和<0.2 g·kg-1,土壤有机质第1~6级丰缺指标为≥17,10~17,6~10,3~6,2~3和<2 g·kg-1。当紫花苜蓿目标产量9~18 t·hm-2、氮肥利用率40%时,内蒙古高原紫花苜蓿第1~6级土壤推荐施氮量分别为0,68~135,135~270,203~405,270~540和338~675 kg·hm-2。  相似文献   
9.
以水稻品种"特优458"为试验材料,采用大田随机区组试验,设置不同氮肥水平处理,研究不同氮肥水平对水稻生物性状、产量及肥料利用率的影响。结果表明:氮肥对水稻的生长发育有很大的影响,在低氮条件下,施用氮肥能显著提高水稻株高、千粒重、结实率、产量等生物性状;但当氮肥用量达到一定程度时,株高、千粒重、结实率、产量等指标随着氮肥用量的增加反而会逐渐变小。当氮肥用量为300kg/hm2时,经济效益达到最高,与对照区相比,经济效益增收率为72.2%。综合考虑生物性状、经济效益、肥料利用率和贡献率等因素,该地区最适合的氮肥用量为300kg/hm2。  相似文献   
10.
不同施氮量对棉花产量、养分吸收及氮素利用的影响   总被引:2,自引:0,他引:2  
【目的】覆膜滴灌条件下,研究不同施氮量对棉花产量、养分吸收和氮素利用的影响,为棉花生产合理施氮提供科学依据。【方法】试验于2017~2019年设在新疆阿瓦提县,共5个施氮水平(0、110、220、330、440 kg/hm2),于棉花吐絮期采集植株样品,测定棉花产量、生物量、养分吸收和氮素利用。【结果】当施氮量在0~220 kg/hm2时,棉花产量、生物量和产值随着施氮量的增加显著增加,棉花对氮、磷、钾的吸收也显著增加,当施氮量大于220 kg/hm2时影响不显著。棉花氮素偏生产力和农学效率随施氮量增加显著降低。当施氮量大于220 kg/hm2时,氮素表观利用率显著降低,氮素贡献率差异不显著。【结论】当施氮量在0~220 kg/hm2时,随着施氮量的增加,棉花产量、生物量、产值和氮、磷、钾养分的吸收显著增加,当施氮量大于220 kg/hm2时,氮素表观利用率显著降低。综合棉花产量、经济效益、养分吸收和氮素利用,供试棉田推荐施氮量为220 kg/hm2。当施氮量为220 kg/hm2时,形成100 kg籽棉,需吸收N 4.25 kg、P2O5 1.14 kg、K2O 3.61kg。  相似文献   
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