设施条件接种丛枝菌根真菌对紫色土上玉米/大豆生长及氮素利用的影响

为了阐明紫色土上接种丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungus,AMF）和不同间作方式对提高间作玉米（Zea mays L.）、大豆（Glycine max L.）的氮素利用和减少土壤氮残留的贡献。本试验在设施盆栽条件下,采用根系分隔模拟装置研究玉米/大豆间作体系中根系不分隔、尼龙网分隔、塑料膜分隔3种方式和不同AMF处理[不接种AMF（NM）、接种Glomus mosseae（GM）]对玉米、大豆植株生长、氮素累积与利用的影响。研究结果表明：接种GM不同程度提高了间作玉米和大豆根系菌根侵染率、株高、植株生物量及氮含量,而显著降低了玉米和大豆种植土壤的碱解氮含量。其中,GM-根系不分隔处理玉米、大豆的菌根侵染率最高。无论是否接种AMF,大豆生物量和植株氮含量均以根系分隔处理显著高于不分隔处理,而玉米生物量和植株氮含量却刚好相反。此外,GM处理条件下,玉米、大豆根际土壤碱解氮含量均以尼龙网分隔和不分隔处理显著低于塑料膜分隔处理。在所有复合处理中,以GM-根系不分隔处理对玉米生长及氮素累积的促进作用最好;GM-尼龙网分隔处理对大豆生长及氮素累积的促进效果最佳,并更能显著降低玉米、大豆根际土壤的碱解氮残留,可望减轻土壤氮流失而降低氮素流失对地表水体的污染风险。     

氮肥形态对槟榔幼苗全氮含量、土壤有效氮和酶活性的影响

为提高槟榔树氮肥的利用效率,筛选槟榔树生长过程中偏好的氮肥形态。本试验采用盆栽土培方法,以两叶一心槟榔幼苗为材料,分别用酰胺态氮肥(尿素)、硝态氮肥(硝酸钠)和铵态氮肥(氯化铵) 3种形态氮肥对槟榔幼苗进行处理,以不施氮肥为对照,研究氮肥形态对槟榔幼苗氮素吸收、土壤氮素有效性和酶活性的影响。结果表明:槟榔植株及各器官全氮含量在不同形态氮肥处理60 d后,铵态氮肥酰胺态氮肥硝态氮肥对照,各器官氮素含量为:叶片茎杆根系;与对照相比,不同形态氮肥处理均显著提高了土壤硝态氮含量;酰胺态氮肥和铵态氮肥处理下土壤铵态氮含量明显提高;各氮肥形态处理下槟榔幼苗根际土壤酶活性几乎全部高于非根际土壤。以上结果说明,施用氮肥能显著提高槟榔幼苗植株氮素吸收,有利于根际和非根际土壤有效氮含量和酶活性的提高,但槟榔幼苗更偏好吸收氨态氮肥。本研究结果不仅可以为槟榔合理施用氮肥提供依据,同时也为氮肥减量控释研究提供了理论基础。     

丛枝菌根真菌对植物氮素吸收作用的研究进展

氮素是植物生长发育的必需元素,同时也是植物体内众多化合物的重要组成元素,对植物生长发育有着重要的意义。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizas fungi, AMF)可以与80%的陆生维管植物形成互利的丛枝菌根共生结构,丛枝菌根真菌一方面通过寄主植物获得碳源,另一方面根外菌丝的存在增加了氮素的吸收范围,有效增强了土壤—丛枝菌根—植物三者之间氮素的交流,提高了植物对外界胁迫的适应能力,并且促进了生态系统中的氮循环。因此,以丛枝菌根共生体作为传输媒介,探索其在整个共生系统间氮素的吸收、转运及代谢机制成为生态学以及农业生产中的热点。本文从菌丝氮代谢、氮素的吸收形态以及共生体对氮素转运、交换三个方面,对丛枝菌根共生体氮素吸收循环机制的研究进展进行了一个系统的阐述,揭示了丛枝菌根氮素的利用特点及其在氮素循环中的重要作用,并提出了关于丛枝菌根共生体氮循环中的一些需要深入研究的科学问题。     

第二讲：库尔勒香梨的土、肥、水管理

1　土壤管理 　　香梨树对土壤水分要求排水良好，保水力强，对养分要求全面（氮、磷、钾）持久，长期供给，而成龄果树树体基本郁闭，根系交错，要求土壤疏松、通气，为果树根系提供足够的水、肥、气、热，加速根系的生长和新陈代谢，增强 吸收各种营养元素的能力，保证树体健壮。因此土壤管理是果树生长的基础。 它的目的和作用：（1）扩大根域土壤范围，为果树创造适宜的土壤环境。     

酸化土壤对晚稻根系生理特性与氮素利用效率的影响

为研究酸化土壤对晚稻根系活力、吸收面积、POD与SOD活性等根系生理特性指标以及植株氮素利用效率指标的影响,探讨酸化土壤影响晚稻氮素利用效率的途径,以前期试验筛选出的7个具有不同氮素敏感性的酸性敏感型晚稻品种为材料,在湖南长沙县不同酸度大田开展了试验。结果表明:酸化土壤使各品种根系活力、总吸收面积、活跃吸收面积与POD活性降低,但下降的程度与品种氮素敏感类型有关,一般氮素敏感型品种极显著下降,氮素中间型品种显著下降,而氮素迟钝型品种下降不显著;酸化土壤使各品种孕穗期和齐穗期根系SOD活性极显著下降,但对灌浆期根系SOD活性影响不明显;各品种在酸化稻田上的氮素积累量、氮素利用效率、氮肥效率和氮生理效率多呈下降趋势,其中,前三者的下降程度与品种氮素敏感性有关,一般氮素敏感型品种下降极显著,氮素中间型品种下降显著,而氮素迟钝型品种下降趋势不显著;而各品种氮生理效率一般均呈极显著下降趋势,与品种氮素敏感性无关。根系生理特性与氮素利用效率指标的相关性分析表明,根系POD活性和根系活力与晚稻品种氮素利用效率指标相关性较明显,因此,初步确定酸化土壤对晚稻氮素利用效率的影响主要是通过影响根系POD活性和根系活力实现的。     

分根处理促进木薯氮的高效利用

氮是农业生产中应用最多的肥料,也是植物生长最主要的限制因子。了解植物如何感知外界氮浓度变化的信号,调整自身代谢及根系形态以吸收氮素,获得较高的氮利用效率,是非常值得研究的课题。本研究采用分根系统对木薯根系两侧进行不同氮处理,并对均质和分根处理的木薯植株以及根际土的氮含量进行了测定。结果表明分根处理下的木薯在施用均质处理一半的硝酸盐条件下,株高、生物量与均质处理差异不大,但是块根发育进程更快,叶片中全氮含量更高,且分根两侧土壤中的有效氮含量更低,说明分根两侧土壤中的氮更多地吸收和转运到了木薯体内。此外,木薯可以感知系统低氮信号并促进氮吸收同化基因在分根的高氮一侧高表达,这有利于木薯在高氮一侧的氮吸收,进而促进木薯的氮高效利用。     

不同氮利用效率水稻基因型的根系形态与生理指标的研究

选用氮素利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种, 研究了225 kg hm-2施氮条件下根系形态和生理指标的差异及其与氮素利用效率的相互关系。结果表明, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期, 氮高效型水稻的根干重、根系体积、总吸收表面积、活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比均显著或极显著大于氮低效型水稻。有效分蘖临界叶龄期和拔节期, 氮高效类型水稻的根冠比显著大于氮低效型, 而抽穗和成熟期则表现相反趋势。成熟期前, 氮高效型水稻的根系α-NA氧化量极显著大于氮低效型, 而成熟期, 氮高效型中杂交水稻的根系α-NA氧化量略低于个别氮低效型水稻品种。相关性分析表明, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期, 水稻的根干重、根系体积、根系的α-NA氧化量、总吸收表面积、活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比与氮素利用效率呈显著或极显著正相关。有效分蘖临界叶龄期和拔节期, 植株的根冠比与氮素利用效率呈显著正相关, 而抽穗和成熟期则呈极显著负相关。氮高效型水稻在其一生中具有良好的根系形态和保持较强的根系活力, 为植株大量吸收和高效利用氮素奠定了良好基础。同时, 在水稻的生长过程中, 地下部与地上部的合理比例及协调生长也是促进植株高效吸收利用氮素的重要因素。     

甘蓝型油菜氮素高效吸收的植株形态与生理特性研究

为阐明甘蓝型油菜氮素高效吸收的形态和生理机制,利用6个氮素效率差异显著的甘蓝型油菜为供试材料,分析低氮条件下甘蓝型油菜抽薹期地上部和根系形态、叶片和根系生理特性的基因型差异及这些指标与高效氮素吸收的关系。结果表明,3个氮高效基因型在表型性状（株高、叶片数、最大叶长×宽、地上部干重、茎基粗、根长、根表面积、根体积、根平均直径和根干重）、生理（叶片可溶性糖含量、游离氨基酸总量、根系吸收总面积、活跃吸收面积、游离氨基酸总量和根系活力）和光合方面（净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率和氮素光合效率）均高于3个氮低效基因型。甘蓝型油菜抽薹期根平均直径、最大叶长×宽、蒸腾速率和根系硝酸还原酶共同决定了氮素吸收效率的92.10%。     

作物氮素利用生理机制研究进展

为了了解作物利用氮素的生理机制,本研究分析了根系吸收氮素主要形态以及植物体内氮素再分配的意义。总结了根系对土壤氮素的吸收中目前利用模式植物所发现的功能基因,提出了目前研究中存在环境条件改变对氮素利用影响的生理机制不明确,所研究的植物类型较少等问题,同时对今后研究重点进行了展望。     

腐植酸和生物炭配施对饲用甜高粱氮素吸收与土壤氮变化影响研究

为了提高设施农田氮素利用,减轻土壤氮素积累,本研究利用饲用甜高粱为供试作物,将腐植酸和生物炭作为供试材料进行盆栽试验,研究腐植酸和生物炭按照不同比例配合施用对饲用甜高粱氮素吸收与土壤氮变化的影响。试验设对照、生物炭、腐植酸、腐植酸+生物炭、腐植酸+1/2生物炭、1/2腐植酸+生物炭等6个处理。结果表明：腐植酸和生物炭不同配比各处理中,1/2腐植酸+生物炭处理地上部吸氮量占植株总吸氮量最大,说明此处理可以使氮素向地上部比例增加,对于饲用甜高粱氮素吸收效果较好;腐植酸+生物炭处理可以降低土壤氮素含量,有利于土壤氮素转化。因此,腐植酸和生物炭按照适宜比例进行配合施用对提高氮素利用率、促进土壤氮素转化、降低土壤氮素积累有积极作用。     

农田土壤磷的环境指标研究进展

为了研究农田土壤磷的环境指标,综述了国内外1984—2014年农田土壤磷的环境指标研究,发现对于农田土壤磷的环境指标研究不断深入,虽然起步晚,但是进展较快。从研究农田土壤磷的流失途径和流失形态着手,发现土壤水溶性磷、颗粒态磷等不同形态的有效磷含量与地表径流中的磷含量呈现显著相关,流失至水体的磷含量与土壤Olsen-P含量具有较高的相关性,把土壤Olsen-P作为农田土壤磷的环境指标具有准确性及可靠性。综述国内外农田土壤磷的环境指标研究表明:目标水体为湖库和河流的土壤Olsen-P环境阈值分别为25 mg/kg和75 mg/kg。超过该临界值时,土壤径流、排水和渗漏液中磷含量将明显增加,加大农田中土壤磷进入水体的风险,造成水体富营养化,对水环境产生破坏。农田土壤磷的环境指标研究还存在不足,今后还需要研究农田土壤磷素在流失过程中的削减系数,以及农田土壤磷素通过地表径流与土壤侵蚀淋溶之间的交互作用机理。     

宁夏中部干旱带土壤肥力综合评价

【目的】同心县作为宁夏中部干旱带的核心区域,由于引水灌溉干旱区耕地利用方式、作物结构调整、施肥管理措施的变化土壤肥力随之发生深刻变化,自第二次土壤普查已经历30年,科学评价土壤肥力变化特征,明确该区域当前土壤肥力状况,以实现耕地资源的有效利用的和农业可持续发展。【方法】通过对2008—2012年宁夏中部干旱带同心县测土配方施肥项目的2000份土壤肥力指标数据采用One-anova统计描述、主成分分析法进行分析,并与第二次普查数据对比分析农田土壤肥力的变化特征,明确同心县农田土壤肥力现状。【结果】目前,宁夏中部干旱带同心县农田土壤的pH 平均为8.77,与土壤全盐、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾极显著的负相关(P＜0.01),全盐含量平均为0.30g/kg,土壤全盐与土壤有效磷呈正相关,但无显著差异,与其他指标呈负相关,有机质含量平均为7.08 g/kg,与土壤全氮、速效氮磷钾养分之间有极显著正相关性(P＜0.01),全氮含量平均为0.57g/kg,与土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量有极显著正相关(P＜0.01),碱解氮含量平均为36.07mg/kg,有效磷含量平均为14.77 mg/kg,速效钾含量平均为170.63mg/kg,速效氮磷钾之间均呈显著极显著正相关。同心县农田土壤有碱化趋势,与第二次土壤普查结果相比,土壤有机质下降12.2%,全氮下降降低10.5%,碱解氮含量基本持平,有效磷提高121.4%、速效钾下降4.8%。【结论】干旱气候条件下,宁夏中部干旱带同心县农田土壤肥力指标变化显著。建议该区域在作物栽培过程中选择酸性土壤调理剂降低土壤碱化程度,重视生理酸性肥料的应用,强化有机肥与化肥配施,加大秸秆还田技术的推广力度,以实现区域农田土壤肥力的提升和养分的平衡供应。     

不同耕作对黑土酶活性变化特征的影响研究

通过对比分析,研究不同耕作条件下黑土酶活性变化特征,为退化黑土的定向培育提供理论依据和技术支持,丰富培肥理论。采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性,采用靛酚蓝比色法测定脲酶活性,采用3,5-二硝基水杨酸法测定蔗糖酶,采用赵兰坡等改进法测定磷酸酶活性。结果表明,碱性磷酸酶活性与4个常量（有机质、全氮、全磷和碱解氮）土壤理化指标之间呈极显著相关性,碱性磷酸酶和酸性磷酸酶同时参与土壤磷素循环过程中起到很大的作用,并且影响着土壤中有效磷和全磷的含量,磷酸酶在土壤碳、氮、磷转化过程发挥着很大的作用,碱性磷酸酶活性的高低可以作为评价黑土肥力的最敏感的指标。蔗糖酶与脲酶、磷酸酶均呈极显著相关。通过土壤酶活性之间的相互关系,说明土壤酶不仅存在专性特性,同时也存在共性关系。酶的专性性质不但能反映土壤有机化合物转化的进程,并且共性关系酶的总体活性在一定程度上对土壤总体肥力水平方面起着很大的影响。     

氮沉降和CO2浓度增加对土壤磷素含量的影响

为了研究不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对三江平原小叶章群落土壤全磷、速效磷含量的影响。利用开顶气室(open-top chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370 μmol/mol)、中等CO2浓度(550 μmol/mol)和高CO2浓度(700 μmol/mol)3个CO2浓度水平和不施氮[N1,0 g N/(m2?年)]、常氮[N2,4 g N/(m2?年)]、高氮[N3,8 g N/(m2?年)]3个施氮水平。结果表明：CO2浓度升高结合氮沉降连续运行2个生长季后,相同处理下,土壤全磷、速效磷的含量没有显著变化。各处理仅对0~10 cm土层土壤磷素含量影响明显,对下面2层土壤磷素含量无显著影响。在相同氮沉降水平下,0~10 cm土层土壤全磷、速效磷的含量随着大气CO2浓度的增加呈现出先增大后减小的变化趋势。氮的加入对土壤的全磷的含量没有显著影响、却减小了0~10 cm土层土壤速效磷的含量。土壤全磷的含量与土层深度密切相关,随着土层深度的增加而降低。     

长期小麦秸秆还田对壤质潮土磷素含量及磷盈亏的影响

明确长期小麦秸秆还田壤质潮土土壤中磷素演变特征,可为潮土区土壤磷素管理和磷肥高效施用提供理论依据。利用壤质潮土长期定位试验（1992-2015年）,比较单施化肥处理（NP、NPK）和小麦秸秆还田配施化肥处理（NPS、NPKS）土壤有效磷、全磷含量变化,量化土壤磷盈亏和累积磷盈亏,并解析土壤有效磷变化量与累积磷盈亏之间的关系。结果表明,长期施用磷肥和小麦秸秆还田显著提高了土壤有效磷和全磷含量,提升了磷活化系数（PAC）,其年增量分别为0.68~0.78mg/kg、0.0031~0.0047g/kg和0.07%~0.09%,且小麦秸秆还田对土壤有效磷含量的增加速率有抑制作用,对全磷含量的增加有促进作用,但效应不显著。小麦秸秆还田增加土壤磷盈余。在土壤磷盈余时,土壤每盈余100kg/hm²磷,有效磷增加9.7~10.0mg/kg,小麦秸秆还田对其影响不大;在土壤磷亏缺时,土壤每亏缺100kg/hm²磷,秸秆不还田土壤有效磷含量降低12.6mg/kg,小麦秸秆还田土壤降低1.95mg/kg,小麦秸秆还田对土壤有效磷含量的维持有缓冲作用。小麦秸秆配施磷肥是提高和维持壤质潮土土壤磷素水平、增强土壤供磷潜力的重要措施。     

从长期定位试验论红壤施磷的残效

红壤缺磷及施用磷肥的增产效果国内外有大量的报道,但采用长期定位试验的方法来观测红壤施磷的残效较少。作者进行了20年的磷肥残效观测研究。得出结论如下：不同磷肥用量停施20年均有残效;有的年份其残效还高于当季施磷的肥效;磷肥的残效与施磷量成正相关;单位磷肥的残效与施磷量呈递减趋势;不同处理磷肥的残效随时间的延长而下降。玉米在缺磷的土壤上种植对吸收氮素影响较小,对吸收钾素有一定影响;红壤旱地上施用农肥可促进土壤中难溶性磷的分解,提高土壤中有效磷的含量;红壤旱地上连续6年120 P2O5kg/hm2 ,施磷5~6年后,可停施4～5年,利用磷肥的后效来获得增产。本文为红壤旱地科学地施用磷肥提供了科学依据。     

设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷形态及吸附与释放特性的影响

针对设施土壤中长期大量施用有机肥可能造成的土壤磷素过度积累及易流失等问题,本研究拟通过施用生物炭增加土壤中磷的吸附,从而减少磷流失。此外,目前关于在设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷素形态和有效性的影响作用尚不清楚。为此,在辣椒大棚中通过长期定位试验,研究连续4茬施用生物炭对土壤有效磷、不同形态磷、磷吸附及释放的影响。结果表明：在每公顷施用15 t猪粪稻草有机肥基础上施用生物炭可显著增加土壤有机碳含量和土壤pH,并显著改变了土壤磷各组分含量,显著增加了NaHCO₃ P_i、NaHCO₃ P_o、Fe/Al-P_i和Ca-P_i含量,且显著降低了Ca-P_o含量。此外,连续4茬施用生物炭还增加了土壤对磷的吸附,从而降低土壤磷的释放。本研究结果说明,在设施土壤中长期大量施用有机肥下结合施用生物炭在保持土壤有效磷供应下可提高土壤磷的吸附,从而降低土壤磷素的流失风险。     

玉米根际高效溶磷菌的筛选、鉴定及溶磷特性研究

研究作物根际土壤环境中解磷菌株资源并在实验室条件下进行解磷试验,优选高效解磷菌种,为微生物肥料研发、生产提供优良菌种和实践依据。以玉米根际土壤为供试土壤,从土壤样品中进行解磷菌株的筛选,再利用溶磷圈法优选高效解磷菌株,通过液体培养条件下对Ca3(PO4)2、磷尾矿的分解试验及土壤解磷试验进一步对优选菌株的溶磷特性进行研究,并对优选菌株的16SrDNA序列进行分析、鉴定。分离筛选获得19 株解磷菌株,利用溶磷圈筛选法得到一株高效溶磷细菌PS-1,对菌株PS-1 的溶磷性能研究表明：菌株PS-1 对Ca3(PO4)2、磷尾矿粉有较强的溶解能力,35℃培养条件下在以Ca3(PO4)2为唯一磷源的无机磷液体培养基中培养6 天水溶磷含量可达到429.2 mg/L,是对照组的45.95 倍。菌株PS-1 发酵7 天对贵州磷尾矿粉的溶磷量为61.72 mg/L,溶磷率高达21.2%。在土壤中培养50 天,有效磷含量升高19.28 mg/kg。通过对菌株PS-1 的16SrDNA序列分析、比对,PS-1 菌株鉴定为地衣芽孢杆菌。研究结果表明,解磷菌PS-1具有较强的解磷能力及应用前景,可以继续进行促生效果评价及应用研究。     

三峡库区花岗岩母质石英砂土不同经济林模式土壤养分特征研究

为了解三峡库区花岗岩母质不同经济林模式的土壤养分状况,研究了各模式下土壤pH、有机质、全量养分和速效养分的特征,并利用主成分分析法对不同模式的土壤质量进行了综合评价。结果表明,除土壤pH外,经济林土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾等含量的变异较宽,为中等变异。随土壤层次的增加,各模式下土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量呈递减趋势,而全磷和全钾则存在不规律变化。土壤有机质、全氮和速效钾对经济林土壤质量的高低产生着主要作用,土壤养分综合排名表现为柑橘（精细管理）>柑橘（常规管理）>板栗林>茶园。因此,利用生物措施和精细化管理措施,可有效提高该区域经济林的土壤质量。     

有机肥替代对土壤养分的影响

为探寻肥料的合理施用方法,并对有机替代的可行性提供佐证,运用大田定位试验方法,研究连续3季有机肥部分替代无机肥料对土壤养分全氮、全磷、速效钾、有效磷、有机质含量的影响,及在各养分土壤剖面中的分布和迁移特征。结果表明,连续3季施用不同类型肥料后,各处理土壤全氮、全磷、有机质、有效磷主要积累在0~20 cm土层,随着土层深度的增加而降低。添加20%干猪粪的处理前期效果不显著,后期养分含量显著增加。20%M处理（20%减量施肥+商品有机肥）在0~20、20~40 cm土层各养分含量都高于NPK处理（农民习惯）,全氮、全磷、有效磷、有机质能发生明显迁移,在20~40 cm土层固定累积向下淋溶损失小。结果表明,化肥减量添加商品有机肥能平衡养分分布,提升土壤综合肥力,具有培肥地力的作用。