氮肥减量施生物炭对水稻产量和养分利用的影响

为解决水稻生产过度依赖化肥及其环境和高效利用问题,探讨贵州黄壤稻田科学施用生物炭。在贵州省思南县典型黄壤稻田开展氮肥不减量(T0)和氮肥减10%施2.5 t/hm²(T1),氮肥减20%施5.0 t/hm²(T2),氮肥减30%施7.5 t/hm²(T3),氮肥减40%施10.0 t/hm²生物炭(T4)和不施肥对照(CK)共6个处理3次重复田间小区随机区组试验,研究了氮肥减量施生物炭对水稻产量、产量构成和氮磷钾养分吸收利用的影响。结果表明,氮肥减量施生物炭显著影响贵州黄壤稻田水稻产量、产量构成、地上部氮磷钾积累量和利用效率。水稻产量和氮磷钾积累量随氮肥减量和生物炭用量增加先增大后减小。2019年、2020年和2021年水稻实际产量和理论产量均分别以T2、T3和T2最高,较T0分别显著增产16.04%,17.94%和14.73%以及55.72%,64.08%和118.91%,水稻籽粒N、P₂O₅和K₂O积累量、偏生产力、农学效率、表观利用率和收获指数均较高,是较好的氮肥减量施生物炭处理。产量—施生物炭量回归方程和极值分析表明,2019年、2020年和2021年氮肥分别减量21.76%,24.60%和19.00%(即32.64,36.90,28.50 kg/hm²)施生物炭量5.44,6.15,4.75 t/hm²时水稻产量最高(分别为7.80,8.57,8.03 t/hm²),较T0分别增产22.52%,18.78%和13.74%。氮肥减量施生物炭显著提高氮磷钾化肥利用率,但导致化肥+生物炭磷和钾利用率降低,因此,贵州黄壤稻田施生物炭时应氮磷钾化肥同步减量,降低比例以氮磷钾减量19.00%~24.60%,施生物炭5.00~6.25 t/hm²为宜。研究结果对指导贵州黄壤稻田氮磷钾化肥减量和施生物炭具有重要指导意义。     

氮负载生物炭对干湿交替稻田水土生态环境的调控效应

农田面源污染已成为引起水体富营养化的主要原因之一。为了减少稻田氮素流失、改善稻田局部水体养分负载过重的问题,采用盆栽试验,通过生物炭吸附富营养水中的养分后再利用于盆栽水稻,设置主区为持续淹水灌溉（I_F）与干湿交替灌溉（I_A）,副区为1个对照（常规施氮,N1C0）与4种不同用量的氮肥与氮负载生物炭处理（N3/4C1、N3/4C2、N1/2C1、N1/2C2）,其中N3/4、N1/2表示氮肥施入量为当地传统施氮量（N1）的3/4,1/2倍;C1、C2分别为10 t/hm²和20 t/hm²氮负载生物炭。结果表明：（1）减少氮肥施入配施氮负载生物炭显著提高了常规施氮处理田面水的pH;（2）常规施氮肥处理下,干湿交替灌溉（I_A）田面水NH₄⁺—N平均浓度较持续淹水灌溉（I_F）高8.0%,但是添加20 t/hm²氮负载生物炭后,干湿交替灌溉田面水NH₄⁺—N平均浓度低于持续淹水灌溉处理;（3）水稻生育后期,氮负载生物炭对NH₄⁺—N具有明显的缓释作用,而在干湿交替灌溉中,减施氮肥配合添加氮负载生物炭处理较N1C0处理降低了田面水NO₃^-—N浓度;（4）减施氮肥配合添加氮负载生物炭可提高水稻分蘖率,而添加20 t/hm²氮负载生物炭在氮肥施用量较少时,有利于提高水稻的有效分蘖率。综上,氮负载生物炭不仅可以降低富营养水中30.8%含氮量,还能显著降低施肥初期水稻田面水中NH₄⁺—N浓度,降低流失风险,延长NH₄⁺—N的释放时间而减少1/4的施氮量和保证水稻生育末期的氮素需求,从而有利于水稻生长。     

小麦秸秆生物质炭的结构特征及其对Cr(VI)的吸附性能研究

以小麦秸秆为原料,在300℃和500℃下制备生物质炭（WS300和WS500）,对其性质进行表征,并研究其对Cr （VI）的吸附特性。结果表明随制备温度升高,生物质炭的C含量升高,缩合度增强,极性和亲水性减弱。WS500有更大的比表面积和孔容。Cr （VI）主要以HCrO₄^-和Cr₂O₇^2-的形态吸附在生物质炭表面。WS500有更为丰富的羟基、羧基、酯基等官能团,可与Cr （VI）发生络合、氧化还原等作用。Cr （VI）的吸附等温线更适合用Langmuir模型拟合,说明吸附主要是单分子层吸附。Cr （VI）在WS500上的吸附容量高于WS300。     

生物有机肥配施化肥对设施土壤养分含量及团聚体分布的影响

本研究以番茄–黄瓜轮作下的设施土壤为研究对象，共设4个处理（1/2化肥氮+1/2生物有机肥氮，COF；全部施用生物有机肥氮，OF；全部施用化肥氮，CF；不施肥处理，CK），探讨生物有机肥配施化肥对设施土壤养分含量及团聚体分布和稳定性的影响。研究结果表明，相较于单施化肥处理，施用生物有机肥均提高了土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾养分含量和土壤pH，分别提高了9.61%~54.28%、7.38%~35.45%、31.86%~98.53%、40.88%~96.40%、3.02%~15.99%、0.96%~18.23%和0.73%~7.03%；单施生物有机肥或与化肥配施均可使土壤大团聚体（>0.25 mm）比例上升，微团聚体（<0.25 mm）比例下降，显著提高了土壤团聚体平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和>0.25 mm团聚体含量（R_0.25）（P<0.05），且土壤团聚体稳定性随着施入生物有机肥年限的增加而增加；相关分析表明，MWD、GMD和R_0.25均与>2 mm和0.25~2 mm团聚体质量分数呈显著正相关（P<0.05），与<0.053 mm团聚体组成呈极显著负相关（P<0.01），与0.053~0.25 mm团聚体组成呈显著负相关（P<0.05）。生物有机肥替代化肥更有利于提高土壤养分含量、大团聚体的数量及团聚体的稳定性。     

桐油包膜尿素的制备及其肥料缓释效应研究

以桐油为主要成膜材料对尿素实施了包膜处理，研究了桐油、桐油/改性树脂混合物及其与无机调理剂的混合物的粘度和粘度指数，对包膜尿素的表面形貌、包膜尿素的缓释性及其在黑麦草种植中的肥料效应进行了研究，以确定最佳的包膜工艺条件。实验结果表明：采用桐油和E₁或E₃无机调理剂的混合物，在包膜率9%～15%之间制得的桐油包膜尿素的养分释放期为24～62 d，能为黑麦草生长提供较长时间的养分供给并延长其绿色期。     

不同老化方法对生物炭表面特征及镉吸附能力的影响

为明确不同自然环境过程（氧化还原、降雨、光照）对生物炭的老化作用及其对重金属吸附能力的影响,该研究以不同温度（200、500 °C）和气氛（O₂、N₂）热解的小麦秸秆生物炭为研究对象,采用化学氧化、干湿交替、紫外光照氧化3种人工老化方法模拟生物炭在自然环境中的老化过程,并分析老化作用对生物炭理化性质及镉（Cd）吸附能力的影响。结果表明：与初始生物炭相比,老化作用使生物炭表面破碎,孔隙结构增多,提高了生物炭比表面积。干湿交替老化使低温生物炭的比表面积增大0.85倍,而经过化学氧化后的低温生物炭、高温生物炭比表面积分别增大8.81、0.37倍。老化过程使生物炭的官能团种类减少,且含氧官能团数量发生不同程度的变化,其中化学氧化使羧基、内酯基等含氧官能团增多,而干湿交替及紫外光照老化主要引起含氧官能团数量的减少。此外,热重分析结果表明化学氧化使低温生物炭热稳定性降低,而所有老化后的高温生物炭热稳定性均增强。化学氧化、紫外光照、干湿交替3种老化处理均可提高两种生物炭的吸附能力,Cd²⁺吸附量分别提高498.95%~799.36%、436.10%~768.43%、35.53%~128.10%。因此,生物炭实际应用时需综合考虑其环境过程、特性变化以及目标污染物种类,以促进生物炭环境应用的长远发展。     

SO42-和Cl-对稻田土壤养分及其吸附解吸特性的影响

利用长期定位试验 ,比较了长期施用含SO₄^2-和Cl^- 化肥 22年后稻田土壤的 pH值、养分状况及其吸附解吸特性。结果表明 ,长期施用含SO₄^2-化肥 ,土壤有机质、速效氮和速效钾的含量较高 ,但全量氮磷钾的含量较低 ;长期施用含Cl^- 化肥 ,土壤全量氮磷钾和速效磷的含量较高 ,但pH值相对较低。长期施用含上述二种阴离子的化肥后 ,土壤对H₂PO₄^-的最大吸附量均较大 ,且在Cl^- 处理下土壤对H₂PO₄^-吸附的结合能较大 ,而SO₄^2-处理下土壤在同等吸附量时对H₂PO₄^-的解吸量相应较多。长期施用含SO₄^2-的化肥亦使土壤对钾素的供应强度较大 (ΔK0的绝对值较大 )、缓冲能力增强 (AR0值较高 ) ,而长期施用含Cl^- 的化肥时则与SO₄^2-相反     

不同氮磷钾用量下春玉米生物产量及其组分动态与养分吸收模式研究

采用田间小区试验方法研究了不同氮磷钾用量下春玉米生物产量及组分干重动态与养分吸收动态及模式。结果表明,不同氮磷钾用量下春玉米总生物量及粒重的增长均符合Logistic方程;营养体干重随时间的变化符合回归方程Y＝axe^bx;生物产量依子粒产量和营养体干重变化符合回归方程Y＝exp（a＋b₁x₁b₂x₂）。适宜的氮磷钾配比及施肥技术可促进玉米植株生有前期总生物量的积累以及生育后期干物质从营养体向千粒的转移,从而获得较高的产量。不同肥料用量下春玉米氮磷钾绝对量的积累均符合Logistic方程,肥料用量可明显影响到玉米养分吸收最大速率及其出现日期。用量适宜可获得较高的养分吸收最大速率,且其最大速率出现日期相对较早;每生产100kg玉米子粒,适宜氮（N）、磷（P）、钾（K）的吸收量分别为1．557～1．602,0．419～0．427和0．973～1．025kg。植株养分吸收适宜比例N：P：K为1：0．27：0．62～O．64。     

氯化锌改性樱桃核基生物炭对恩诺沙星的吸附效果

恩诺沙星（enrofloxacin,ENR）是农业生产中广泛使用的一种抗菌药,其药物残留和耐药危害导致了严重的生态风险。因此,降低或消除ENR残留是生态农业的重点研究内容。该研究利用果业废弃物——樱桃核,通过高温氧化法和氯化锌腐蚀造孔技术,将其制备成一种改性生物炭,用于降低和消除水体ENR污染度。通过比表面积分析和电镜扫描比对,与直接氧化制备的生物炭（primitive biochar,PBC）相比,氯化锌改性生物炭（biochar of ZnCl₂ modification,Zn-BC）呈大孔径多片层结构,每层分布大量蜂窝状孔隙,其比表面积多达1 148.79m²/g,对ENR的最大吸附量显著提高。傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectrophotometer, FT-IR）和X射线电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）分析表明,Zn-BC具有更多含氧基团,促进其与ENR形成更多配合物,吸附机制可能与孔隙填充、π-π键相互作用、氢键作用有关;吸附动力学和吸附等温模型拟合发现,PBC和Zn-BC均与准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型吻合较好,证实表征分析结果与吸附机理相呼应;热力学分析进一步表明两种生物炭对ENR吸附为自发、熵增加和放热过程。综上,与PBC相比,Zn-BC吸附面积大、效率高,是消除水体ENR残留污染的良好材料。     

稻草生物炭对干湿交替稻田CH4和N2O排放的影响

为探究稻草生物炭和灌溉方式对稻田CH₄和N₂O排放的影响,揭示生物炭在干湿交替稻田中的应用潜力,该研究采用大田裂区试验,设置常规淹灌（I_CF）和干湿交替灌溉（I_AWD）2种灌溉方式,不施生物炭（B₀）和施20 t/hm²生物炭（B₂₀）2种施炭水平,连续3 a对稻田CH₄、N₂O排放和水稻产量进行了观测研究。结果表明：与I_CF相比,I_AWD在显著降低CH₄排放（63.03%～78.89%）的同时也促进了N₂O排放（100%～122.67%）。生物炭施加首年对CH₄排放无显著影响,但第2年和第3年分别显著减少CH₄排放21.99%和38.21%;而对N₂O排放3 a均起到抑制作用,降幅达28.26%～33.10%。生物炭3 a平均增加土壤有机碳27.03%。施生物炭第1年水稻略有减产,但第2和第3年表现为正效应。主要是由于初期秸秆生物炭碱性较大,表现出了明显的石灰效应;但随着pH值逐步恢复正常后,生物炭固碳减排和缓释增效特性逐渐显现。尤其在2021年,B₂₀较B₀增产11.02%,显著降低37.50%的全球增温潜势（global warming potential,GWP）和42.86%的温室气体排放强度（greenhouse gas intensity,GHGI）;同时,在B₀条件下,I_AWD较I_CF增加137.21%的N₂O排放,但B₂₀条件下降低I_AWD处理32.52%的N₂O排放,有效抑制I_AWD对N₂O排放增加的负面效应。整体来看,与I_CFB₀处理相比,I_AWDB₂₀处理显著降低CH₄排放,降幅为83.78%,同时降低77.98%的GWP和78.95%的GHGI。该研究为揭示生物炭固碳减排的正效应及其在稻田生态系统中的应用潜力,同时全面探究其对稻田增产、CH₄和N₂O排放的年限影响,为缓解实际稻田生产过程中CH₄和N₂O的排放,实现稻田绿色、高效、可持续生产提供理论依据。     

不同供氮水平对油白菜产量和品质的影响

施氮是提高叶菜类蔬菜产量的有效措施，然而过量施氮也会对蔬菜产量和品质产生不良影响。通过田间试验研究不同供氮水平对露地油白菜产量、硝酸盐含量和营养品质的影响，结果表明，施N180～240kg／hm^2对油白菜的生长发育和产量具有显著促进作用；施N120～180kg／hm^2时，能改善其营养品质和卫生品质。氮肥施用量与油白菜产量呈二次曲线关系，与硝酸盐含量呈显著直线正相关关系，基于产量和品质的适宜施N量为180kg／hm^2。     

不同供氮水平对油白菜产量和品质的影响

施氮是提高叶菜类蔬菜产量的有效措施,然而过量施氮也会对蔬菜产量和品质产生不良影响。通过田间试验研究不同供氮水平对露地油白菜产量、硝酸盐含量和营养品质的影响,结果表明,施N180~240kg/hm2对油白菜的生长发育和产量具有显著促进作用;施N120~180kg/hm2时,能改善其营养品质和卫生品质。氮肥施用量与油白菜产量呈二次曲线关系,与硝酸盐含量呈显著直线正相关关系,基于产量和品质的适宜施N量为180kg/hm2。     

高温对小白菜品质的影响及模拟研究

为了研究高温胁迫对小白菜品质指标的影响,以‘华王’为试材,于2015年10月—2016年5月进行分批播种试验,设置昼温/夜温为32℃/22℃、35℃/25℃、38℃/28℃共3个梯度,持续处理时间分别为3 d、6 d、9 d、12 d,以25℃/18℃为对照(CK)。各处理结束2 d后测定小白菜外观形态、SPAD值、单株干鲜重和粗纤维、可溶性糖、可溶性蛋白、维C的含量,建立小白菜卷叶率和单位面积产量与最高气温、最低气温、平均气温及持续时间的回归模型,并用实测数据检验模型的模拟效果。结果表明:小白菜单株干重、鲜重、叶片鲜重、叶片长度、叶片宽度、叶柄宽度、SPAD和单位面积产量均随高温胁迫的加剧和胁迫时间的延长而呈降低趋势。随温度的升高和持续时间的延长,叶片内叶柄长度、卷叶率逐渐增加。高温胁迫使小白菜粗纤维含量升高。短期高温胁迫下可溶性糖、可溶性蛋白、维C含量变化不明显,随胁迫时间的延长、胁迫温度升高逐渐降低。通过多元回归方法,分别构建了小白菜卷叶率和单位面积产量与最高处理气温、最低处理气温、平均处理气温及各处理所对应持续时间的关系模型。对模型的检验结果表明,小白菜卷叶率与最低处理温度和最低温度持续时间构建模型模拟效果最好,回归估计标准误差和相对误差分别为7.59%和0.189 4;单位面积产量与最高处理温度和最高温度持续时间构建模型模拟效果最好,回归估计标准误差和相对误差分别为274.02 g·m-2和0.073%。研究认为随高温胁迫强度加剧、胁迫时间延长,小白菜产量降低,口感变差,营养物质含量减少,说明高温胁迫使小白菜品质变差。     

硒对小白菜生长和养分吸收的影响

以小白菜为材料 ,研究了硒对植株生长和养分吸收的影响。结果表明 ,当营养液中加入低浓度硒 (Se 1.0mg L)时促进了小白菜的生长 ,增加了产量 ;加高浓度硒 (Se 2 .5mg L)时则抑制了小白菜的生长。加硒后增加了小白菜地上部可溶性总糖、还原糖含量 ;降低了蔗糖和淀粉的含量 ;低浓度硒增加了粗纤维含量 ,而高浓度硒则降低了其含量 ;Se 1.0mg L的硒处理降低了植株地上部总蛋白质的含量 ,但随着硒浓度的进一步增加 (Se 1.0mg L)植株体内的总蛋白质含量逐渐升高 ,并大于对照。加硒后增加了小白菜地上部游离氨基酸总量和N、Ca、Mg、Mn、Zn含量 ,降低了P、K、S元素的含量 ;与对照相比 ,加硒后增加了小白菜地下部N、S元素的含量 ,降低了P、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn元素的含量 ,但对K元素的影响不大。无论是小白菜地上部还是地下部 ,体内硒的含量均与营养液中硒的浓度呈显著的正相关。植物地上部硒的含量以有机态硒为主 ,有机硒转化率均在 80 %以上。     

镉对小白菜光合作用及叶绿素荧光参数的影响

镉(Cd)是植物生长的有毒元素,在植物体中过量积累可以对植物造成毒害[1-2].Cd能通过降低叶绿素的含量[3-4]、改变叶绿体的超微结构[5]、抑制与光合作用有关的酶活性[6-7]等途径影响光合作用.有关Cd胁迫条件下,植物净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)下降在小白菜[8]等植物上已有报道.     

海藻叶面肥对菠菜和不结球白菜产量和品质的影响

海藻叶面肥是以海藻为原料,经不同加工工艺制成的一类叶面肥品种。采用塑料大棚和露地种植方式,研究了8种海藻叶面肥对菠菜和不结球白菜产量和品质的影响。结果表明,8种海藻叶面肥对菠菜和不结球白菜都有不同程度的增产效果,大多数叶面肥增产10%以上,其中增产效果最明显的是海带浆型叶面肥,其次是甘露醇型和赤霉素型叶面肥。叶面喷施海藻叶面肥对菠菜和不结球白菜中的可溶性蛋白基本没有影响,可明显提高其可溶性糖和Vc含量,降低其硝酸盐含量。     

氮素供应水平对小白菜生长和硝酸盐积累的影响

蔬菜是一种易富集硝酸盐的作物。研究表明，人体摄入的硝酸盐有72％-94％来自蔬菜。虽然硝酸盐本身对人体无害或毒害性相对较低，但吸收过多的硝酸盐可能会对人体健康构成潜在的威胁协引。为了降低蔬菜可食部分的硝酸盐含量，改善蔬菜的卫生品质，保护人类健康，国内外学者自60年代以来就比较系统地研究了蔬菜硝酸盐的积累与分布规律。小白菜是人们食用的主要蔬菜之一，因此，如何降低小白菜的硝酸盐积累、提高其营养及卫生品质已经成为蔬菜安全研究的一大热点问题。     

采前营养液处理对水培小白菜硝酸盐积累的影响

开展了在采收前减少小白菜营养液中的氮量或在去除硝态氮的基础上加入渗调离子以试图降低小白菜的硝酸盐积累的试验。结果表明,在去除营养液中的硝态氮后,在营养液中加入Cl-、SO42-、苹果酸根离子、山梨酸根离子、乙酸根离子是降低溶液培养小白菜硝酸盐积累的有效措施,但处理后采收的时间不可推迟太久。而只减少营养液中氮肥用量会使产量迅速下降,硝酸盐含量降低却缓慢,加入渗调离子可缓解因去除氮肥引起的小白菜产量的下降。     

Organic farming promotes selective uptake of glycine over nitrate uptake by pakchoi

ABSTRACT

Understanding how plants use of various nitrogen (N) sources is important for improving plant N use efficiency in organic farming systems. This study investigated the effects of farming management practices (organic and conventional) on pakchoi short-term uptake of glycine (Gly), nitrate (NO₃ ^?) and ammonium (NH₄ ⁺) under two N level conditions. Results showed that plant N uptake rates and N contributions from the three N forms in the low N (0.15 μg N g^?1 dry soil) treatment did not significantly differ between the organic and conventional soils, except the significantly greater Gly contribution in organic soil at 24 h after tracer addition. Under high N (15 μg N g^?1 dry soil) conditions, the N uptake rates, uptake efficiencies, and N contributions of Gly and NH₄ ⁺-N were significantly greater in pakchoi cultivated in the organic soil compared to conventional soil, whereas the N uptake rates and N contributions from NO₃ ^–-N decreased in pakchoi cultivated in the organic soil. The greater Gly-N uptake in plants grown in high-N treated organic soil may be related to the greater gross N transformation, Gly turnover rate and the increased expression of an amino acid transporter gene BcLHT1. Intact Gly contributed at most 6% to Gly-derived N at 24 h after tracer additions, which accounting for about 1.24% of the total N uptake in organic soil. Our study suggested that Gly-N and other organic source N might serve as a more important compensatory N source for plants in organic farming.     

外源谷胱甘肽喷施对缺硫胁迫下小白菜谷胱甘肽代谢的影响

  【目的】  硫是植物生长发育过程中所必需的营养元素,缺硫会阻碍植物生长发育,研究外源谷胱甘肽 (GSH) 对缺硫胁迫下小白菜GSH代谢的影响,为利用外源GSH减轻缺硫胁迫对植物造成的伤害提供理论依据。  【方法】  以小白菜为试验材料,采用营养液栽培方法,设正常供硫并喷施蒸馏水对照 (CK)、缺硫喷施蒸馏水(H₂O)、缺硫喷施25 mg/L的还原型谷胱甘肽 (GSH) 和缺硫喷施25 mg/L的氧化型谷胱甘肽 (GSSG) 4个处理。喷施处理在缺硫培养17 天时进行,在喷施处理后0、2、4、8、24 h,取样测定小白菜GSH合成关键基因BcGSH1表达量;在喷施处理0、24、48、72 h后,取样测定γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶 (γ-ECs) 活性、内源GSH和GSSG含量及GSH还原酶 (GR)、GSH过氧化物酶 (GPx) 和GSH硫转移酶 (GST) 活性。  【结果】  与CK相比,缺硫显著降低了小白菜BcGSH1表达量、GSH含量及γ-ECs、GR和GST活性,提高了GPx活性;外源喷施GSH能够显著提高缺硫胁迫下小白菜BcGSH1表达量、GSH含量及γ-ECs、GR、GPx和GST活性;外源喷施GSSG后,缺硫胁迫下小白菜GSH含量、GSSG含量和γ-ECs活性仅短暂上升,GR和GST活性显著增强,GPx活性最终减弱。  【结论】  缺硫胁迫下,小白菜能够吸收外源喷施的GSH和GSSG,并诱导GSH合成酶活性增强,外源喷施GSH还会诱导细胞内GSH代谢3个关键酶GR、GPx和GST活性增强,显著缓解缺硫胁迫对小白菜造成的损伤;而外源喷施GSSG则诱导GR和GST活性增强,GPx活性降低,维持细胞不被继续氧化,一定程度上缓解因缺硫胁迫对机体造成的损伤。