小麦/玉米/大豆套作的产量、氮营养表现及其种间竞争力的评定

采用多年大田试验研究了小麦-大豆(A1)、小麦-甘薯(A2)、玉米(A3)、小麦/玉米/大豆(A4,麦/玉/豆)和小麦/玉米/甘薯(A5,麦/玉/薯)5种种植模式的生物积累和氮素吸收特性,以探讨麦/玉/豆套作体系的种间竞争力变化规律。试验通过土地当量比(LER)、种间相对竞争力(A)、氮营养竞争比率(NCR)等指标来评定不同套作系统内的作物竞争力。结果表明,麦/玉/豆套作表现出明显的套作优势(LER＞1、A_wc<0、A_cs>0、NCR_wc<0、NCR_cs>1),玉米始终占据套作系统的优势生态位,小麦、大豆处于竞争劣势;与A1、A2、A3及A5相比,麦/玉/豆套作提高了各作物在开花期(或吐丝期)与成熟期的籽粒产量与吸氮量和地上部植株的总生物量与总吸氮量;各作物的生物量与吸氮量在处理间的变化规律为套作＞单作、大豆茬口＞甘薯茬口,以A4处理最高。麦/玉/豆套作的全年总经济产出比麦/玉/薯套作平均高28.02%。     

关中地区紫花苜蓿，小麦及玉米根际土壤理化性质研究

为进一步明确关中地区基于牧草种植和传统农作物生产对土壤理化性质的影响，本试验测定了单播紫花苜蓿(A)、玉米(M)、小麦(W)及套种紫花苜蓿和玉米(AM)四年后土壤碳氮含量、稳定性同位素、微生物生物量及酶活性。结果表明：紫花苜蓿根际土壤全氮(TN)、同位素氮(δ¹⁵N)、微生物生物量碳氮(MBC、MBN)及蔗糖酶(SUC)、脲酶(UR)和中性磷酸酶(NP)均显著高于小麦和玉米。此外，AM的根际土壤全碳(TC)，TN和MBC显著高于单播作物。土壤TC和TN分别与δ¹⁵N,MBC和NP等呈极显著正相关(P<0.01)，且冗余分析中土壤C,N及微生物生物量分别解释了酶活性变化的50.86%和69.81%。因此，关中地区基于豆科牧草紫花苜蓿的种植模式能够实现C,N资源的高效利用与土壤的可持续生产。本研究从土壤理化性质的角度为关中地区落实“粮改饲”等政策，实现农业资源的高效利用提供理论依据。     

15N库稀释法和15N示踪法在草地生态系统氮转化过程研究中的应用——方法与进展

氮素(N)是陆地生态系统尤其是草地生态系统第一生产力的重要限制性养分之一.陆地生态系统N素的可利用性由土壤N素的转化速率决定,其中包括氨化和硝化2个重要过程.准确测定N素在各转化过程中的量,对于估算陆地生态系统N转化非常重要.稳定性同位素¹⁵N由于其安全、准确且不干扰自然生态系统等特点,近年来在生态系统N循环研究方面得到广泛应用,常用方法包括¹⁵N自然丰度法、¹⁵N还原法、¹⁵N库稀释法和¹⁵N示踪法.在查阅大量文献的基础上,搜集整理了¹⁵N库稀释法和¹⁵N示踪法的详细操作流程并综述了其在草地生态系统应用的最新进展,分别从不同草地管理方式(增施氮肥、放牧、火烧和刈割等)和全球气候变化(增温、增雨、大气氮沉降和CO₂浓度升高等)对草地生态系统N转化过程的影响进行论述.同位素¹⁵N在草地生态系统应用的方法同样适用于森林、农田以及其他陆地生态系统.     

“麦/玉/豆”模式下氮肥运筹对玉米碳氮代谢的影响

在“麦/玉/豆”套作模式下,以玉米杂交种川单418为材料,采用两因素随机区组设计,通过2年试验研究了不同施氮量0,90,180,270,360 kg纯N/hm²,和不同施氮时期即底肥∶拔节肥∶攻苞肥=5∶0∶5,3∶2∶5和5∶2∶3对玉米碳氮代谢的影响。研究结果表明,施氮量低于270 kg纯N/hm²时,随着施氮量的增加,玉米叶片、茎鞘的氮素和总糖积累以及碳氮代谢关键酶硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性表现出增加趋势,超过270 kg纯N/hm²时会起抑制作用,2年均以施氮量为270 kg纯N/hm²时表现最优,其次是施氮量为180 kg纯N/hm²,施氮量为180和270 kg纯N/hm²时显著或极显著高于对照。各施氮处理叶片C/N从拔节期至乳熟期平均下降速率分别为26%,25%,21%,23%,且当施氮量为270 kg纯N/hm²时茎鞘C/N保持较低水平,叶片乳熟期仍然保持高效合成能力,有利于产量形成。不同氮肥配比对碳氮代谢影响表现为3∶2∶5>5∶0∶5>5∶2∶3,氮肥后移(3∶2∶5)促进叶片和茎鞘糖、氮积累,增强硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性,与氮肥前移(5∶2∶3)相比差异显著。因此“麦/玉/豆”模式结合氮肥运筹能够协调并能明显改善玉米碳氮代谢,进而实现周年作物的可持续生产。综合总糖、氮素的积累以及碳氮代谢关键酶的表现,“麦/玉/豆”模式下以施270 kg纯N/hm²,基追比3∶2∶5为最佳氮肥运筹方式。     

三江源区高寒草甸草场植被和土壤对外源氮素输入的响应

为了探究不同形态氮素在高寒草甸中的分配及利用情况,本研究以玉树州称多县的高寒草甸为研究对象,利用¹⁵N标记技术,设置对照（N0）、铵态氮（N1,（¹⁵NH₄）₂SO₄）、硝态氮（N2,Ca （¹⁵NO₃）₂）、酰胺态氮（N3,CO （¹⁵NH₂）₂）四种处理,测定不同形态氮素添加下植物和土壤中的全氮及氮素回收率的指标。结果表明：不同形态氮素添加对植物地上部分生物量及全氮含量影响显著（P<0.05）,但对土壤全氮含量无显著影响;氮素的当季利用率在6.28%～26.82%之间,土壤残留率在16.06%～58.13%之间,损失率在15.05%～77.66%之间。试验表明高寒草甸中酰胺态是提高植物地上生物量、全氮含量及氮素利用率的最佳氮素形态。     

小麦/玉米/大豆套作和施氮对玉米生长及氮吸收利用的影响

为研究小麦/玉米/大豆套作种植模式和施氮水平对玉米生长、产量及氮吸收利用规律的影响,进行了2个种植模式(玉米单作和小麦/玉米/大豆套作)和2013年3个施氮水平(0,180,360 kg/hm²)及2014年4个施氮水平(0,90,180,270 kg/hm²)的双因素随机区组实验,以期揭示施氮及套作对玉米产量的影响规律,为进一步提高小麦/玉米/大豆套作体系产量提供理论依据。研究结果表明,1)在N₀及N₉₀处理下套作玉米的产量分别比单作低20.5%、7.5%,表现为套作劣势,而在N₁₈₀、N₂₇₀、N₃₆₀处理下,套作玉米与单作玉米产量无显著差异。2)单/套作玉米地上部生物量在各生育时期均表现为随施氮量的增加先增加后略有降低,干物质积累速率均在吐丝期到收获期达到最大。相对单作,各施氮处理下小麦对套作玉米的茎秆生长均产生显著不利影响,在拔节期套作玉米茎秆生长率比单作低12.5%,这种影响随施氮量的增加而减小,在施氮量到达180 kg/hm²后影响不显著。3)在N₀、N₉₀处理下,单作玉米花期氮积累量在生殖生长期更多转运到籽粒,而在N₁₈₀、N₂₇₀、N₃₆₀处理下,套作花期前氮积累量转移到籽粒的比例更高。而两种模式下均以施氮180~270 kg/hm²下氮转运指标最优,这说明在该施氮条件下最有利于提高植株氮素转运机能。综上所述,适量施氮有利于稳定小麦/玉米/大豆套作种植模式中的玉米产量,提高氮的吸收转运效率,减轻小麦对玉米生长和氮吸收利用的影响,本研究条件下,套作玉米施氮量以180 kg/hm²为宜。     

莠去津残留对玉米/苜蓿轮作体系中紫花苜蓿的毒害研究

为研究河南地区玉米田喷施莠去津除草剂对后茬紫花苜蓿生产的影响,选取我国广泛种植的20个紫花苜蓿品种进行受害指数、生产性能和干草品质比较,结果表明：(1)玉米田后茬紫花苜蓿根际土壤莠去津残留量受降雨影响较大,因前茬作物玉米生长期间强降雨的淋溶作用,2021年秋季种植的苜蓿土壤中未检出莠去津残留。(2)在河南地区正常降雨年份,以夏玉米推荐浓度(3.75 l/hm²)喷施莠去津,残留量对后茬紫花苜蓿产生明显毒害作用,但不同苜蓿品种受害程度有所不同。(3)紫花苜蓿遭受莠去津毒害时,植株高度和生物产量明显下降。     

玉米秸秆还田配施氮肥对豫西旱地小麦土壤酶活性和氮肥利用效率的影响

为阐明玉米秸秆还田配施氮肥条件下土壤酶活性、氮肥利用效率及产量的变化规律，本试验选用洛旱22为材料，采用裂区试验设计，主区为玉米秸秆还田处理，分别为秸秆不还田(S₀)、秸秆全量还田(S₁)，副区为施氮量处理，分别为0 (N₀)、120 (N₁)、180 (N₂)、240(N₃)和300 kg·hm^-2(N₄)，测定了小麦各生育期0～20 cm和20～40 cm土层土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶及蛋白酶活性，并分析计算小麦产量、氮肥农学利用率、氮肥表观回收率、氮肥偏生产力和氮素吸收效率。结果表明：1)秸秆还田配施氮肥处理较单施氮肥处理提高了土壤酶活性、氮肥利用效率和小麦产量，小麦产量以秸秆还田配施氮肥240 kg·hm^-2处理最高，较无秸秆还田不施氮处理增产36.92%。2)土壤酶活性均随施氮量的增加呈先上升后下降的趋势，除拔节期脲酶和蔗糖酶以施氮量180 kg·hm^-2时...     

不同施氮对饲草玉米产量品质及养分吸收的影响

在西南乳业生产中心四川省洪雅县,以玉草2号为试材,通过2009年田间试验研究了不同施氮量(0,60,120,180,240 kg N/hm²,分别记为N₀,N₆₀,N₁₂₀,N₁₈₀,N₂₄₀)对饲草玉米产量品质及养分吸收的影响。结果表明,施氮显著增加了分蘖数,从N₀的1.3个增加到N₁₈₀或N₂₄₀的1.7个,增幅为30.8%;喇叭口期及收获期的地上部干物质量随施氮量增加而增加,并在N₁₈₀时达最大,相比N₀分别增加60.9%和23.8%,但在N₂₄₀时又开始一定下降。施氮显著提高了粗蛋白含量,明显降低了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量,从而有效提高了饲草玉米的营养价值和饲用品质。植株氮、磷、钾含量随生育期推进而逐渐降低;施氮显著提高了氮含量和氮、磷吸收量,提高了磷含量,降低了钾含量,但差异不显著,对钾吸收量无明显影响。玉草2号对氮、磷、钾的吸收量顺序是N>K₂O>P₂O₅,N∶P₂O₅∶K₂O在拔节期为8.2∶1∶5.5,在喇叭口期为9.5∶1∶9.7,在收获期为8.0∶1∶5.8。玉草2号种植中要注重氮、钾肥的投入,洪雅当地的推荐施氮量为180 kg N/hm²。     

西北灌区薯/豆连续套作对系统产量及土壤肥力的影响

探求马铃薯/大豆连续套作下复合群体产量优势,为实现持续高产的生产目标提供理论和技术依据。2011-2014年,在西北沿黄灌区会宁县郭城镇,选用马铃薯品种克新4号和大豆品种冀豆17作为试验材料,设置马铃薯连作(PM)、大豆连作(SM)、薯-豆轮作(P-S)、薯/豆套作连作(IC)和薯/豆套作轮作(IR)5种种植方式开展大田定位试验,研究不同种植模式连续种植4年对系统产量及产量构成的影响,分析系统生产力及土壤肥力的变化特点,进而揭示薯/豆套作系统的生产价值。结果表明, 1)薯/豆套作具有明显的产量优势,4年间,IC和IR系统产量与连作相比,分别提高了28.54%~254.07%和39.39%~283.98%,与轮作相比,分别提高了57.51%和70.81%。2011和2012年,IC与IR系统产量间差异不显著,但IC和IR与PM、SM、P-S处理间系统产量差异达到显著水平(P<0.05),2013和2014年IR系统产量均最高,分别达到9912.79和9589.90 kg/hm²,较IC处理分别提高了15.38%和8.45%,且与其他处理间均差异达到显著水平(P<0.05)。2)不同种植模式在年际间变化显著,对于PM,2012年(连作1年)与2011年(正茬)产量差异不显著,而2013年(连作2年)和2014年(连作3年)产量较2011年分别下降了22.07%和42.11%;SM和IC变化趋势与PM表现一致,连作2年后,降幅分别为31.15%~53.60%和13.91%~24.17%;对于P-S和IR而言,年际间系统产量无显著变化。3)不同种植模式对耕层土壤肥力性质指标的影响程度是:有效磷>碱解氮>全氮>全磷>速效钾>有机质>全钾>pH。较PM、SM和P-M,IC和IR连续套作4年,耕层土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾呈下降趋势,尤其是有效磷和速效钾,下降幅度分别达到26.24%~42.87%和18.48%~30.22%。马铃薯和大豆连作2年后产量显著下降,薯/豆连续套作4年(IC或IR),相对于连作或轮作具有明显的生产力优势,尤其是薯/豆套作轮作模式,基于养分吸收量的增加和养分利用效率的提高,连续4年系统产量相对稳定。     

不同高寒草甸土壤碳氮稳定同位素和密度的差异

为了解不同类型高寒草甸土壤碳氮稳定同位素和密度的差异,采用稳定同位素质谱仪Isoprime100对采自黄河源区不同高寒草甸覆被条件下0~30 cm土壤进行了碳氮稳定同位素组成特征和密度分析。结果表明,高寒草甸土壤δ¹³C值介于-25.42‰~-24.20‰之间,δ¹⁵N值介于3.37‰~4.69‰之间,显著高于大气δ¹⁵N值。δ¹³C值和δ¹⁵N值均随土壤深度加深而增大。人工草地土壤δ¹³C值显著低于轻度和重度退化草甸(P<0.05),而δ¹⁵N值显著高于轻度和重度退化草甸(P<0.05)。土壤碳氮比最小值为7.89,最大值为9.97,平均碳氮比为8.71。土壤有机碳含量和全氮含量呈正相关(P<0.01),二者的回归方程为y=0.0963x+0.0336(R²=0.9619)。轻度退化草甸、严重退化草甸和人工草地0~30 cm土壤碳密度依次为7.14、6.67和6.46 kg/m²;全氮密度依次为0.83、0.77和0.75 kg/m²。植物吸收、生长有利于¹²C和¹⁴N的输出,而将较重的¹³C和¹⁵N留在了土壤中。人工草地植物生长势强,形成的地上生物量多,吸收了较多的土壤氮素¹⁴N,导致土壤¹⁵N升高。植被退化或种植人工草地均可导致土壤碳氮密度的显著降低,这种变化主要发生在0~20 cm土层。     

植物氮同位素组成与其影响因子的关系研究进展

植物氮同位素组成(δ¹⁵N)能够综合反映氮循环特征,研究植物δ¹⁵N与其影响因子的关系,有助于理解气候变化对生态系统氮循环的影响。通过概述菌根类型、叶片N含量、氮源、温度、降水、大气CO₂浓度、土壤N有效性等生物和非生物因素对植物氮同位素组成(δ¹⁵N)的影响以及植物δ¹⁵N随海拔的变化趋势,指出目前研究中存在的不足,提出在群落水平上,采用野外调查和控制试验相结合的方法,研究环境因素(尤其是大气CO₂浓度)对植物δ¹⁵N的影响规律及机理将是今后该领域的研究重点。     

种植密度与施氮对玉米/秣食豆间作系统饲草产量、品质和氮肥利用的影响

2019和2020年在河西灌区进行玉米/秣食豆间作田间试验,设置7.5（D₁）、9.0（D₂）、10.5万株·hm^-2（D₃）3个青贮玉米种植密度,每个种植密度下设置0（N₁）、120（N₂）、240（N₃）、360 kg·hm^-2（N₄）4个施氮水平,探究种植密度与施氮对饲草产量、品质和氮肥利用的影响。结果表明,两年D₂和D₃处理的青贮玉米、秣食豆及总体的干草产量、粗蛋白产量显著高于D₁,N₃和N₄处理的青贮玉米及总体的干草产量、粗蛋白产量显著高于N₂和N₁。所有处理中,D₂N₃获得了最高的总干草产量,2019和2020年分别为36.16和30.31 t·hm^-2。两年随着密度的增加,青贮玉米、秣食豆及总体的粗蛋白、粗脂肪含量呈下降趋势,而粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量呈增加趋势。随着施氮量的增加,总体粗蛋白、粗脂肪含量增加,而粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量呈下降趋势。两年D₂处理下总体氮含量、氮吸收量和氮肥利用效率显著高于D₃,且D₂获得较高的氮肥农学效率。N₂、N₃、N₄处理的总体氮含量和氮吸收量显著高于N₁,N₃处理的氮肥农学效率和氮肥利用效率显著高于N₄。所有处理中D₂N₃获得最高的氮肥利用效率,2019和2020年分别为1.41和0.86 kg·kg^-1。因此,该处理是一种河西灌区青贮玉米/秣食豆间作系统适宜的田间管理措施,具有一定推广价值。     

不同剂型联合固氮菌肥对青稞促生效应和固氮能力研究

利用联合固氮菌(Associative nitrogen-fixing bacteria)制作菌肥,设7个处理:CK1(基质对照,泥炭拌种)、CK2(半量¹⁵N尿素)、1N(全量氮肥)、1/2NL(半量¹⁵N尿素₊液态菌肥)、NL(液态菌肥)、1/2NS(半量¹⁵N尿素₊固态菌肥)、NS(固态菌肥),通过温室盆栽实验,利用¹⁵N稳定性同位素稀释法,测定其对青稞(Hordeum vulgarevar.nudum Hook.f.)生长及固氮能力的影响。结果表明,本研究研制的联合固氮菌肥符合《农用微生物菌剂》质量标准(GB20287-2006),且固体菌肥的有效活菌数在检测的各个时期都高于液体菌肥。对于株高、地上生物量、地下生物量、根冠比来说,联合固氮菌肥与半量氮肥(110kg·hm^-2)配合施用,表现出与全量氮肥相近的促生效果,即可节约近一半的氮肥用量(110kg·hm^-2);固体菌肥和液体菌肥的固氮百分率和固氮量分别为17.44%、14.03%和22.87 kg·hm^-2、21.29 kg·hm^-2。并且,固体菌肥对青稞生长的促进作用优于液体菌肥。     

玉米/大豆不同种植模式对土壤有机质和全氮空间分布的影响

土壤中有机质和全氮的空间分布，及其在土壤微生态、养分循环和农业可持续发展等方面有着巨大的现实意义。因此，本试验于2018—2020年，研究了土壤有机质和全氮在带状套作玉米/大豆连作(MS1)、带状套作玉米/大豆轮作(MS2)、传统套作玉米/大豆(MS3)、玉米单作(M)、大豆单作(S)和休闲地(FL)6个模式下的含量及空间分布。结果表明，套作土壤全氮大豆行含量大于玉米，不同种植模式下有机质含量存在显著差异(P<0.05)。土壤有机质(29.19 g·kg^-1)和全氮(10.19 g·kg^-1)以MS2含量最高。FL土壤有机质含量(1.69 g·kg^-1)和全氮含量(0.64 g·kg^-1)最低。本研究认为，MS2是较好的带状套作种植模式，该模式能增加土壤有机质和全氮的空间分布，从而提高土壤肥力和C∶N比。     

小麦施氮后效和种植方式对大豆产量及农艺性状的影响

通过2013-2014年度田间试验,在种植小麦时设置不施氮、低氮、中氮、高氮4个氮肥施用量(0,60,120,180 kg/hm²),同时设置净作大豆(小麦-大豆)和套作大豆(小麦/玉米/大豆)两种种植模式,探究了前作小麦施氮后效及净作、套作两种种植方式对大豆产量和农艺性状的影响。结果表明,1)无论净作或套作,大豆均能利用前作小麦的施氮后效,生物量和籽粒产量均随施氮量增加呈先升高再降低的变化趋势,均在N₁₂₀处理(纯氮120 kg/hm²)时达到最大值,其中套作大豆籽粒产量最高为4133 kg/hm²,达高产水平。2)分枝期时大豆地上部生物量为净作显著高于套作,平均高 62.3%,而收获期时为套作显著高于净作,平均高 57.9%。与净作相比,套作大豆单株粒数、籽粒产量分别高63.9%和55.9%,百粒重二者间相差不大。净作大豆的籽粒重在主茎、分枝上分别占54.2%和45.8%,以在主茎上较多,而套作大豆的籽粒主要分布在分枝上,平均达68.9%。虽然套作大豆的倒伏率比净作大豆高5.2%,但空杆率、瘪荚率却分别低78.0%和25.4%。前作施氮量增加,套作大豆籽粒在分枝上的比例增大。3)大豆主茎长,在分枝期时为套作(平均39.5 cm)比净作(平均33.3 cm)显著高6.2 cm,而收获期时为净作(平均84.8 cm)比套作(平均74.4 cm)高10.4 cm;第一节间长,在分枝期、收获期均为套作(8.3和6.6 cm)大于净作(5.6和4.6 cm);分枝数,在分枝期时为净作(平均1.9个)显著高于套作(平均0.7个)1.2个分枝,而收获期时是套作(平均6.1个)高于净作(平均3.5个)2.6个分枝。同时套作大豆分枝数随前作施氮量增加而增加。说明在小麦-大豆和小麦/玉米/大豆体系中大豆能充分利用前作小麦的施氮后效;套作大豆前期虽受玉米的抑制影响,但玉米收获后能加快生长,可以通过合理的前作氮肥调控促进分枝、结荚和鼓粒,提高产量。