小麦光合特性及产量构成对长期不同土壤培肥模式的响应

为筛选出适宜于砂姜黑土的最佳土壤培肥模式,基于小麦光合、产量和收获指数,研究了不施肥(CK）、单施化肥(NPK,施氮量525 kg·hm^-2）、单施有机肥(M,折合的施氮量也为525 kg·hm^-2）、等氮有机无机肥配施(MNPK,有机肥和化肥中施氮量相同,总氮量为525 kg·hm^-2）和高氮有机无机肥配施(HMNPK,有机肥和化肥中施氮量相同,总氮量为840 kg·hm^-2）五种方式长期培肥后不施肥条件下土壤的养分后续供应能力差异。结果表明,不施肥条件下MNPK和HMNPK处理间小麦旗叶面积和叶绿素含量差异不显著,但二者均显著高于M和NPK处理,M处理的旗叶面积和叶绿素含量略高于NPK处理,CK的旗叶面积和叶绿素含量显著低于其他处理。MNPK和HMNPK处理的光合速率、气孔导度、蒸腾速率和叶绿素荧光参数F_m、Φ_PSⅡ、F_v/F_m、ETR、q_P优于M和NPK处理,M处理的光合速率和叶绿素荧光各参数总体表现优于NPK处理。M处理的穗粒数、经济产量和生物产量比NPK处理分别显著增加了10.0%、10.6%和7.6%,MNPK和HMNPK处理间经济产量和生物产量差异不显著,但皆高于NPK和M处理,其中MNPK和HMNPK处理的经济产量和生物产量分别比NPK处理显著增加26.3%、15.9%和20.6%、14.0%,CK的穗数、穗粒数、经济产量和生物产量显著低于其他处理。HMNPK和MNPK处理间收获指数差异不显著,但二者高于NPK和M处理,M处理收获指数比NPK处理增加了3.0%。小麦旗叶面积、叶绿素含量、光合速率和实际光化学效率与每盆经济产量和生物产量皆呈极显著直线正相关。由此得出,在培肥土壤基础肥力和养分后续供应能力方面,有机肥与化肥配施优于单施有机肥和单施化肥,单施有机肥优于单施化肥,且有机肥与化肥配施下增加施氮量的效果不明显。     

长期定位施肥对玉米生育期内土壤酶活性的影响

以吉林省公主岭市的国家黑土肥力和肥料效益长期定位试验为平台,对2014年土样进行酶活性测定和分析,探讨长期定位施肥条件下玉米生育期内土壤酶活性的动态变化。结果表明,不同定位施肥处理过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性在玉米生育期内呈大致相同的变化规律,从苗期至拔节期上升,在拔节期出现峰值;随后下降,至灌浆期酶活性最低,收获后酶活性出现回升。蔗糖酶活性的动态变化与以上3种酶活略有不同,从苗期至开花期升高,开花期至收获后期呈下降趋势。在玉米相同生育期内不同施肥处理间比较,土壤中脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性变化规律为有机肥+化肥(NPK+1.5M1)有机肥+化肥(NPK+M2)有机肥+化肥(NPK+M1)有机肥+化肥+轮作(NPK+M1+R)化肥+秸秆还田(NPK+S)单施化肥(NPK)CK。长期有机肥配施化肥和秸秆配施化肥处理对酶活性的促进效果比氮磷钾处理明显。     

长期有机肥无机肥配施对水稻氮素吸收、转运及产量的影响

基于25年定位试验,设置6个大田试验处理（CK,不施肥;NPK,常规施用化肥;1/4M+3/4NPK,25%有机肥替代化肥;1/2M+1/2NPK, 50%有机肥替代化肥;M,100%有机肥替代化肥;MNPK, 100%化肥+100%有机肥）,研究了长期有机肥无机肥配施对水稻氮素吸收和利用的影响。结果表明,水稻地上部N素总积累量与产量大小均表现为MNPK>1/4M+3/4NPK> NPK>1/2M+1/2NPK>M>CK,与NPK处理相比,MNPK和1/4M+3/4NPK处理的地上部氮素总积累量增加20.11%~27.86%、产量增加2.04%~12.42%。各处理花前N素转运量对籽粒贡献率（69.54%~84.60%）显著高于花后积累量对籽粒贡献率（15.40%~30.46%）,花前N素积累是水稻植株N素的主要来源。1/4M+3/4NPK处理的氮肥偏生产力及氮收获指数均高于NPK处理,分别提高16.42%、10.29%。有机无机肥配施比单施化肥处理显著改善了稻米品质,提高了籽粒氨基酸含量,其中,非必需氨基酸含量是必需氨基酸含量的2倍左右。长期施肥条件下,25%有机肥替代化肥处理在化肥减施基础上,可以提高肥料利用率、促进水稻养分吸收,是黄壤性水稻土地区实现水稻增产、品质提升的最佳施肥措施。     

长期施肥对大豆生长状况及产量的影响

以海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站长期定位试验为平台,选择了5个不同施肥处理,包括无肥(CK),单施氮肥(N),氮肥+有机肥(N+OM),氮、磷、钾配合施用(NPK),氮、磷、钾+有机肥(NPK+OM),研究了连续27年不同施肥处理对大豆生长和产量的影响。结果表明:长期施用有机肥能够明显增加大豆株高和荚数,并且能增加植株的生长速度,氮磷钾肥配合施用能增加大豆根瘤干重和根瘤数,而有机肥对根瘤的作用不显著。与单施化肥和无肥相比,施用有机肥处理大豆的根冠比较小,说明有机肥能够促进地上部干物质的积累。长期施肥对大豆产量构成因子的影响表现为:NPK+OM>NPK>N+OM>N>CK,大豆产量也表现出相似趋势,说明有机肥的施用能够改善大豆的产量性状,同时氮肥配施有机肥的大豆产量低于氮、磷、钾平衡施肥的处理,说明在东北黑土区有机肥不能代替磷钾肥施用。     

长期施肥对黑土养分供应能力和土壤生产力的影响

利用多年国家黑土肥力与肥料效益监测基地资料,探讨长期定位施肥对黑土耕层养分供应和土壤生产力的影响。试验表明,化肥与有机肥配施对土壤生产力的贡献优于相应化肥单施。单施氮肥土壤平均生产力贡献率为68.9%,随着试验年份的延长,单施氮肥对土壤生产力贡献率呈明显下降趋势。氮肥与有机肥配施(M2N)土壤平均生产力贡献率达94%,单施化肥(NPK)处理土壤生产力贡献率较平缓,单施有机肥对土壤生产力贡献率优于单施化肥。多年不合理施肥,N、P、K养分的供应能力逐年降低,尤其以N素最为明显。化肥配施有机肥比单施化肥能更好地提高土壤养分可持续指数。     

不同有机物料还田对黑土活性有机碳组分含量的影响

采用小区试验,研究大豆-玉米轮作模式下不同有机物料还田处理对黑土土壤活性有机碳及其组分变化特征的影响。结果表明:不同有机物料还田处理显著提高土壤总有机碳含量,与单施化肥(NPK)相比,配施有机肥(MNPK)、化肥配施生物炭(BNPK)、秸秆全量还田(SNPK)分别增加3.04%、2.44%、1.66%;不同有机物料还田措施下土壤水溶性有机碳含量分别增加46.28%、7.57%、14.18%;配施有机肥(MNPK)对土壤易氧化有机碳含量起显著的促进作用,秸秆还田(SNPK)和配施生物炭(BNPK)分别增加土壤微生物量碳17.20%和14.23%。配施有机肥能提高水溶性有机碳比例和土壤微生物量碳比例。土壤活性有机碳各组分之间存在显著相关性。有机肥与化肥的配施(MNPK)对于增加土壤活性有机碳含量和有效调控其关键组分具有重要作用。     

不同施肥对百香果产量和营养成分的影响

为了筛选百香果最佳施肥模式,本研究设置5种不同施肥处理：不施肥（CK）、氮磷钾肥（NPK）、有机肥（M）、氮磷钾与有机肥配施（MNPK）、高量氮磷钾与高量有机肥配施（2MNPK）,通过分析比较百香果的生长状况、产量、营养成分差异,进一步采用多元统计分析方法进行主成分分析及综合评价。结果发现：与CK处理相比,NPK、MNPK、2MNPK处理百香果生长最快,尤其在定植66 d后效果最明显。NPK、M、MNPK和2MNPK处理均提高了百香果产量及品质,MNPK、2MNPK处理效果最明显。与CK处理相比,NPK、M、MNPK和2MNPK处理百香果产量分别增产112.86%、74.40%、191.00%、244.30%,维生素、矿质元素、糖类物质、氨基酸含量均有上升趋势,总酸呈下降趋势,2MNPK处理总氨基酸、必需氨基酸、风味氨基酸含量分别增加了82.40%、76.11%、76.89%,总酸含量降低了22.61%。对36种指标进行多元统计分析,从中提取了3个主成分因子,其累计方差贡献率为97.925%。建立综合评价模型计算综合总得分排序为2MNPK（123.04）>MNPK（39.06）>M（-12.01）>NPK（-45.36）>CK（-104.73）。说明在这5种施肥处理中,2MNPK处理是百香果种植过程中最佳施肥模式。该研究可以为百香果大面积推广应用奠定理论基础。     

不同施肥方式下玉米田土壤中小型节肢动物的群落特征及稳定性

设置对照不施肥、单施有机肥、化肥减量50%配施有机肥、常规化肥配施有机肥、化肥增量50%配施有机肥、单施化肥6个长期定位试验处理,研究华北潮土区玉米田长期施肥处理下土壤中小型节肢动物的变化。结果表明,调查共获得3 140个中小型土壤动物,隶属于5纲9目35科。施肥增加了土壤中小型节肢动物数量和物种数,增加了表层土壤中小型节肢动物的多样性,对节肢动物有明显的促进作用,有利于小型节肢动物群落结构的稳定。大量配施化肥对某些土壤动物有抑制作用,降低了土壤动物的种类,显著减少了土壤中小型节肢动物的均匀性。变异主成分分析结果表明,弹尾目、真螨目对施肥处理有明显的相关性。有机肥与适量化肥配施对中小型土壤节肢动物群落有促进作用,过量配施化肥对土壤动物数量及种类有明显抑制作用,不利于土壤动物群落结构稳定。     

长期施肥对黄土高原黄绵土区小麦产量及土壤养分的影响

为探明在小麦长期连作条件下,黄土高原黄绵土区长期施肥对小麦产量及土壤养分的影响,以长达29年(1981-2010)的长期定位试验为基础,比较分析了不同长期施肥处理下小麦产量及土壤养分的差异。结果表明,施用有机肥和化肥的小麦籽粒产量较不施肥对照(CK)都明显增加,25年N、NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK处理的小麦平均产量分别较CK增产32.9%、74.1%、78.5%、42.2%、73.3%、89.5%和90.3%,而7个施肥处理的肥料平均产量贡献率分别为24.8%、42.6%、44.0%、29.7%、42.3%、47.2%和47.4%。氮、磷、钾肥的平均增产效应分别为5.8、22.9和1.6g·kg-1。连续29年施用有机肥(M)显著提高了土壤有机碳含量,而且化肥无论是单施(N),还是平衡施用(NP和NPK),土壤有机碳含量较CK也可显著提高,平衡施用的效果更佳。施用氮肥及有机肥也显著提高了土壤全氮和速效氮含量。施用磷肥和有机肥显著提高土壤全磷和速效磷含量,而长期施用钾肥和有机肥对土壤全钾含量无明显影响,但显著提高了土壤速效钾含量。     

化肥减量配施有机肥对小麦生长、光合和产量的影响

为研究化肥减量配施有机肥对小麦生长和产量及经济效益的影响,以小麦品种新冬42号为材料,进行了常规化肥减量25%配施有机肥(CF+M25)、常规化肥减量50%配施有机肥(CF+M50)、常规化肥减量75%配施有机肥(CF+M75)、常规化肥(CF)、空白对照(CK)5个处理的田间试验,分析了不同化肥配施有机肥处理下小麦生长、光合相关指标和经济效益的差异。结果表明,与CF处理相比,CF配施有机肥处理的冬小麦株高、叶面积指数无显著变化,CF+M25处理小麦叶片的比叶重显著增加,增加幅度3.7%,CF+M50处理使小麦叶片单株分蘖数增加了7.89%;有机肥配施处理对冬小麦SPAD和光合参数有一定影响,但与CF处理比较规律性不明显;CF+M50处理显著增加冬小麦穗部干物质积累量,并且有较高的地上部生物量。常规化肥减量25%和减量50%配施有机肥能促进小麦增产且有效降低化肥施用量,可作为新疆伊犁地区有机肥与化肥配施的推荐用量。     

化肥减量对麦田土壤微生物量及微生物区系的影响

为了解化肥减量和有机培肥配施对冬小麦田土壤微生物的影响,以单施常量化肥(表示为NPK,分别施尿素、磷酸二铵和硫酸钾251.8、255.7和375.2kg.km-2)为对照,设置不同化肥(不减量、减量30%、减量50%和减量70%)和有机肥(18 000、25 500和34 500kg.km-2,分别用LM、MM和HM表示)配施处理,采用系列稀释平板法和氯仿熏蒸培养法分别测定了不同处理下土壤微生物量碳、氮以及微生物区系分布的差异。结果表明,有机无机肥配施显著增加了麦田土壤微生物量碳、氮以及细菌、固氮菌、放线菌等微生物数量,但不影响土壤真菌数量。施肥效果在化肥不减量时随有机肥施用量增加呈上升趋势,在化肥减量时以50%NPK+MM处理最佳。说明化肥适度减量和配施有机肥能够改善土壤微生物量,有利于提高土壤肥力。     

等氮量投入下有机无机肥配施对玉米产量及氮素利用的影响

以1989年建立的国家黑土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料定位试验为研究平台,研究等氮条件下有机无机肥长期配施对玉米产量及氮肥利用率的影响。研究结果表明,长期氮磷钾肥配施(NPK)及氮磷钾肥与有机肥配施(牛粪+NPK、秸秆+NPK)有利于玉米产量的提高,与不施肥(CK)相比,分别提高192.0%、218.3%和192.6%。NPK、牛粪+NPK及秸秆+NPK处理氮肥农学利用率、氮肥偏生产力均显著高于单施氮肥处理。经18年长期定位试验,与试验初期相比均能提高土壤有机质含量、全氮含量及碱解氮含量,以牛粪+NPK处理效果最好,分别增加46.6%、28.6%和36.8%。施用牛粪及秸秆后土壤pH值年纪间变化不大,长期施用化肥土壤pH值降低。     

基于宏基因组学方法分析化肥减施对热带地区菜地土壤微生物群落的影响

为了探究化肥减量配施有机肥对热带地区蔬菜轮作土壤细菌、真菌和古菌群落组成和结构的影响,在海南省文昌市开展田间定位试验,采用宏基因组测序技术分析不同施肥方式下土壤细菌、真菌和古菌群落结构和组成的变化特征,并结合土壤理化性质,探究不同施肥处理下驱动细菌、真菌和古菌群落变化的关键土壤环境因子。结果表明：与全量化肥配施有机肥（M100NPK）相比,化肥减量75%配施有机肥（M75NPK）提高了土壤SOM、TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N的含量,化肥减量50%配施有机肥（M50NPK）处理提高了土壤TK和AK的含量。3种施肥处理（M50NPK、M75NPK和M100NPK）显著增加了土壤细菌、真菌和古菌群落的丰度。与M100NPK处理相比,M50NPK和M75NPK增加了细菌群落主要优势菌门中变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度,而降低了放线菌门（Actinobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度,同时也增加了真菌群落主要优势菌门中担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度,降低了子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度;古菌群落主要优势菌门中奇古菌门（Thaumarchaeota）的相对丰度在M75NPK处理呈现增加趋势,在M50NPK处理呈现降低趋势。与不施肥（CK）处理相比,M50NPK、M75NPK和M100NPK增加了土壤细菌和真菌的Shannon指数和Ace指数,而降低了土壤细菌和真菌的Simpson指数,同时也增加了土壤古菌的Simpson指数,但降低了土壤古菌的Shannon指数和Ace指数。可是施肥处理之间Alpha多样性均无显著性差异。土壤细菌、真菌和古菌群落结构组成对不同化肥减量配施有机肥的响应无显著性差异。土壤pH、TP、TN、SOM和AK是导致细菌、真菌和古菌群落结构变化的主要驱动因子。研究结果表明,与M75NPK和M100NPK相比,M50NPK不会改变土壤性质、微生物群落多样性和结构,但可降低过量化肥施用可能带来的环境风险。因此,M50NPK是热带地区蔬菜种植的优化施肥方式。     

氮磷钾运筹对不同小麦品种产量和品质的调节效应

为给小麦优质高产栽培提供理论依据,以强筋小麦品种济麦20和中筋小麦品种中麦175为试验材料,采用二因素随机区组设计,研究了氮磷钾运筹对小麦植株和产量性状、蛋白质和面筋含量、面团品质和烘焙品质的影响。结果表明,单施氮或氮磷、氮钾、氮磷钾配合施用,比单施磷、单施钾、磷钾配施以及不施肥处理显著增产,并改善了植株性状。施肥处理对籽粒蛋白质含量、面团品质和烘焙品质影响显著。籽粒产量性状和不同品质指标对施肥处理的反应有别,如施肥处理对产量、面团形成时间、稳定时间、拉伸面积影响较大,对容重、吸水率影响较小。不同品种的产量及品质指标对施肥处理的反应亦有差别,如中麦175的籽粒产量、面团拉伸阻力、拉伸比值、最大拉伸阻力、最大拉伸比值、面包体积和面包评分对施肥处理的反应敏感,其变异系数大于济麦20,而济麦20的面团形成时间、稳定时间对施肥处理的反应敏感,其变异系数大于中麦175。施氮对改善籽粒产量及主要品质性状的效果优于单施磷或单施钾处理。     

控释氮肥施用策略对稻茬小麦产量和氮肥吸收利用的影响

为探究控释氮肥施用策略对稻茬小麦产量和氮肥吸收利用的影响,在大田条件下,以小麦品种扬麦16和扬麦20为材料,设置不施氮（T1）、常规速效氮肥分次施用（T2,对照）、常规控释氮肥一次性基施（T3）、速效氮肥减量分次施用（T4）、控释氮肥减量一次性基施（T5）、控释+速效氮肥一次性基施（T6）、控释+速效氮肥配合分次施用（T7）共7种氮肥处理,比较分析了不同处理下稻茬小麦产量、叶面积指数（LAI）、叶绿素相对值（SPAD值）、干物质积累量、氮素积累量、根系吸收面积和根系氧化力等性状的差异。结果表明,两个品种的产量均表现为T6>T7>T3>T5>T2>T4>T1。与T2处理相比,两个品种的平均产量在T3、T6和T7处理下分别增加17.9%、30.3%和25.1%,平均氮肥农学效率（AE）分别增加40.0%、84.8%和72.4%,平均氮肥偏生产力（PFP）分别增加22.2%、52.3%和45.6%。与单一施用速效氮肥（T2、T4）或控释氮肥（T3、T5）处理相比,在控释氮肥与速效氮肥配施（T6、T7）处理下两个品种的地上部农艺性状（干物质积累量、LAI和SPAD值）显著改善,氮素积累量、根干重、根冠比、根系氧化力、根系总吸收表面积和活跃吸收表面积均显著增加。因此,控释氮肥配施速效氮肥策略可以同步促进稻茬小麦地上部与地下部生长,最终实现高产与氮肥高效吸收利用。     

机械化播栽对杂交籼稻根系性状的影响

以杂交籼稻宜香优2115和F优498为材料,手栽为对照,采用二因素裂区设计,使用新设计加工的取样工具,研究机直播和机插对杂交籼稻根系性状的影响。结果表明:1) 创新设计的水稻根系取土器能够便捷而准确地进行根系取样甚至根系的分层取样;2)移栽前及返青后总根长、根体积、根尖数均表现为直播>手栽>机插,返青期间,机插和手栽秧苗的根系生长快速,根冠比呈增大趋势,同期的直播稻地上部的生长快于根系,根冠比减小。3)直播稻根系早期生长迅速,抽穗期根多而细,根尖数大于机插和手栽,根冠比最大;机插根系具有后发优势,分蘖盛期后快速生长,抽穗期总根长、根体积最大;手栽根系少而粗,根冠比最小。4)与手插相比,抽穗期直播和机插根系分布浅,0~10 cm土层直播、机插、手栽根干质量分别占植株根系总干质量的76.9%、76.5%、67.9%,10~20 cm及20 cm以上土层直播和机插根干质量所占比例均低于手栽;横向分布上,直播在植株正下方0~12 cm直径范围内根干质量所占比例较机插和手栽分别高3.5%和3.3%,根系更加集中分布在植株正下方。5)移栽前,根活性表现为直播>机插>手栽,差异极显著;移栽后,机插和手栽根活性快速提高,返青后无显著差异;至抽穗后35 d,直播、机插和手栽方式下,宜香优2115根系伤流强度较抽穗0d分别降低84.7%、75.4%和74.3%,F优498分别降低79.3%、75.9%和74.3%,直播的根系衰老快于机插和手栽。总的来看,机械化播栽对杂交籼稻根系性状有显著影响,抽穗期机插根系分布浅,根粗而多;直播根系分布浅,根直径最小,根尖数最多,抽穗后衰老快;手栽根系分布深,根粗而少。     

不同氮素利用效率小麦苗期的根系形态数量性状分析

为在苗期可通过根系形态数量性状对氮高效小麦品种进行鉴别,利用营养液培养法,在正常氮(5mmol·L~(-1))和高氮(45mmol·L~(-1))处理下,研究了黄淮平原区18个主栽小麦品种苗期氮素利用效率与根系形态数量性状的关系;通过干物重和氮积累量与根系形态指标相结合的方式对供试小麦品种植株氮效率进行了综合评价,并划分不同氮效率类型。结果发现,在两种氮处理下,供试小麦品种的根干重、茎叶干重、单株干重、根氮含量、茎叶氮含量、单株氮含量、单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数的变异系数均大于15%,可作为氮效率评价指标。小麦的单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数与植株氮积累量呈显著正相关,可以作为育种早期筛选高氮效率材料的指标。不同氮效率类型的单株总根长、根总表面积、根总体积、根尖数均表现为氮高效型氮中效型氮低效型。通过逐步回归分析,建立了小麦幼苗植株氮积累量和根系形态数量性状的预测模型,拟合精度在91.91%以上。小麦不同氮效率类型间的单株总根长、根总表面积、单株根尖数的差异均达显著水平,生产上可根据小麦苗期根系的主要形态数量性状判断其氮效率高低。