优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第3～7 d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43～4.84 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%～0.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.89～2.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%～0.47%。小麦季和水稻季施氮后0～15 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%～66.72%和87.97%～93.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

水稻根系研究进展

总结了近20年水稻根系研究中形态建成规律、活力功能机理、根系与产量形成关系、环境因子对根系影响及根系性状遗传特性等内容，并依据水稻根系研究现状、结合作自己研究经验，对水稻根系理想形研究、根系与群体光合生产力关系的研究和水稻根系性状遗传育种改良研究。     

苋菜AmPCS基因的克隆及表达载体构建

合成植物络合素(PCs)是高等植物减轻重金属毒害的重要机制。通过对镉超积累苋菜品种天星米植物络合素合成酶基因(PCS)的克隆及表达载体构建,旨在为植物修复镉污染土壤奠定基础。依据同源克隆原理,通过RT-PCR和RACE方法克隆苋菜PCS基因。序列分析表明:苋菜PCS基因cDNA全长1 770 bp,包含完整的阅读框,编码485个氨基酸;苋菜PCs合成酶与拟南芥、遏蓝菜、芥菜及油菜PCs合成酶相似性为91.96%～95.67%,其氨基酸序列N端有1个Pfam:Phytochelatin结构域(功能为催化合成植物络合素)、C端有1个Pfam:Phytochelatin_C结构域(功能为重金属离子感应器)。因此,推断苋菜PCS基因编码蛋白是PCS-like家族的新成员,具有催化合成植物络合素的功能,将它在GenBank注册,序列号为:JN979370,命名为AmPCS。在AmPCS基因的编码区加入BamH I和Sac I酶切位点,双酶切植物表达载体pBI-121和带有酶切位点的PCR产物,成功获得苋菜PCS基因正义表达载体pBI-PCS。     

长期有机培肥提高红壤性水稻土生物学特性及水稻产量的微生物学机制

  【目的】  依托位于江西红壤研究所的有机肥长期定位试验,探究长期施用紫云英、猪粪和秸秆还田对土壤微生物量、酶活性和产量的影响,阐明土壤微生物学特性对土壤肥力的生物指示功能,揭示影响作物产量和微生物学特性的关键环境因子。  【方法】  长期定位试验始于1981年,选取的6个处理分别为:CK (不施肥)、NPK (单施化肥)、M1 (早稻施绿肥)、M2 (早稻加倍施绿肥)、M3 (早稻施绿肥+晚稻施猪粪) 和M4 (早稻施绿肥+晚稻秸秆还田),此外,有机处理 (M1、M2、M3和M4) 在施用有机物料的基础上,每季还补充一定量化肥（N 69 kg/hm2、P₂O₅ 30 kg/hm2、K₂O 67.5 kg/hm2）。于每季收获后测定水稻产量。2018 年早稻收获后,采集耕层 (0—20 cm)土壤,测定土壤化学指标、微生物量碳氮、脲酶及其他参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性。  【结果】  1) 2009—2018年间,长期施肥处理明显提高了水稻产量,其中M3处理的产量最高,其次为M2处理,二者均明显高于NPK处理;2) 土壤微生物量及酶活性均以有机处理 (M1、M2、M3和M4) 较高,其中M3处理土壤微生物量碳含量及各类土壤酶活性最高,M2处理土壤微生物量氮含量最高。有机处理较CK和NPK处理提高了土壤微生物熵。此外,微生物量碳氮和土壤酶活性与有机碳、全氮间存在显著或极显著相关关系;3) 有机碳与土壤微生物量 (0.895)、碳循环相关酶活性 (0.903)、氮循环相关酶活性 (0.854) 及水稻产量 (0.827) 呈显著正影响 (P < 0.05);土壤pH与土壤碳循环相关酶活性 (0.378) 和氮循环相关酶活性 (0.365) 呈显著正影响 (P < 0.05),对水稻产量 (0.211) 也表现为正影响,但不显著 (P > 0.05)。相较于pH,土壤有机碳含量在提高水稻产量、改善土壤微生物学特性上发挥了更为重要的作用。  【结论】  土壤微生物量碳氮和参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性均可作为土壤微生物学指标表征土壤肥力的变化。土壤有机碳含量是提高作物产量、调控土壤微生物量和酶活性的关键因子。在供试条件下,长期实行早稻施绿肥+晚稻施猪粪的有机培肥,是提高土壤微生物量及酶活性并提高水稻产量的最佳选择。     

不同措施改良反酸田及水稻产量效果

【目的】针对反酸田土壤酸性强、有效磷含量极低、活性铝铁毒性重及结构性差等特征,研究不同措施改良反酸田土壤理化性质,提高水稻产量的效果,为施用合理的改良剂消减各种障碍因素、提高土壤肥力、恢复土壤生产力提供理论依据。【方法】通过三年田间定位试验,设置不施肥(CK1)、专用肥(NPK,CK2)、NK+钙镁磷肥、NK+磷矿粉、专用肥+石灰、专用肥+粉煤灰、专用肥+生物有机肥7个处理,研究不同改良措施对华南稻区反酸田水稻产量、土壤酸度、养分状况、团聚体及腐殖质组分的影响。【结果】连续3年添加改良剂钙镁磷肥、磷矿粉、石灰、粉煤灰和生物有机肥的处理早、晚稻平均产量较CK1处理均显著增加,其增幅分别为38.78%~75.00%和38.31%~56.75%;与CK2处理相比,添加改良剂的处理三季早稻和两季晚稻平均产量均有所增加,其增幅分别为9.15%~26.10%和5.71%~13.33%,且添加石灰、粉煤灰和生物有机肥的处理水稻增产率大于钙镁磷肥和磷矿粉处理。添加改良剂的处理土壤p H、有效磷和速效钾含量较CK1和CK2处理均有所增加,而交换性H+、交换性Al3+、有效硫含量则显著降低。与CK1和CK2处理相比,各添加改良剂处理5 mm粒级水稳性团聚体占团聚体比例均显著提高,而2~1 mm、1~0.5 mm以及0.5~0.25 mm粒级团聚体所占比例均有所下降。添加粉煤灰和生物有机肥处理有利于提高0.25 mm水稳性团聚体数量及稳定性,其团聚体破坏率分别降低至14.11%和16.99%。与CK1处理相比,添加石灰处理土壤有机碳含量略有下降,而其他施肥处理均有增加;各施肥处理土壤胡敏酸碳和胡敏素碳含量较CK1处理均有增加,而富里酸碳含量均呈下降趋势。与CK2处理相比,连续3年添加钙镁磷肥和生物有机肥的处理显著提高了土壤总有机碳含量,添加粉煤灰和生物有机肥处理显著提高了土壤水溶性碳和胡敏酸碳含量。施肥处理HA/FA比值较CK1处理均有所提高,其增幅为16.44%~47.69%;与CK2处理相比,添加粉煤灰、生物有机肥处理其值增幅最大,分别提高26.83%和24.53%。【结论】添加粉煤灰或生物有机肥处理对反酸田土壤的改良效果最佳。     

典型潮土N2O排放的DNDC模型田间验证研究

利用典型潮土N2O排放的田间试验数据对脱氮-分解模型（DNDC）及其参数进行验证。结果表明,DNDC模型能较好地模拟田间实测到的冬小麦、夏玉米季土壤湿度和土壤日平均地表温度的动态变化。小麦和玉米季土壤N2O排放通量与土壤水分（WFPS）呈显著正相关,与土壤温度相关性不大。田间实测到的N2O排放高峰主要受降水和施肥的影响,在N2O排放峰的峰值和出现时间上模拟值与实测值较接近,但准确地捕捉N2O季节性的排放通量仍需对模型进行修正。通过比较施肥、土壤和田间管理等输入参数的改变对DNDC模型进行灵敏性分析,氮肥用量、施肥次数、土壤初始无机氮含量和土壤质地的改变对土壤N2O排放量均很敏感,其中氮肥用量和施肥次数的改变最为敏感。基于当地土壤特性和田间管理的校正,DNDC模型为评价农田生态系统N2O的排放提供了强有力的工具。     

植物根际沉积与土壤微生物关系研究进展

【目的】活跃的根际微生物被喻为植物的第二套基因组,在植物的生长发育过程中发挥着关键作用。植物通过根际碳沉积影响根际土壤微生物群落的结构和功能;作为根际微生态系统中的物质流、能量流和信息流,根际碳沉积是连接大气、植物和土壤系统物质循环的重要纽带;因此,理解根际碳沉积在根际微生态中的作用对于提高植物抗逆性,增加作物产量,调控根际养分循环等方面具有重大的理论意义。【主要进展】本文就近年来关于根际微生物领域的研究成果,重点综述了根际微生物多样性和组学研究;根际碳沉积的组成和产生机理;根际微生物群落结构的形成机制;根际微生物在促进作物养分吸收、提高作物抗逆性等方面的生态功能;以及气候变化和长期施肥对植物-微生物互作关系的影响。在此基础上我们提出了未来可能的研究重点和发展方向:1)植物根际沉积物原位收集方法和检测技术的改进和发展;2)稳定同位素探针与分子生态学技术的结合,将植物、土壤和微生物三者有机地联系起来,综合分析根际界面中微生物的活性与功能;3)高通量测序、组学技术和生物信息学等新技术的引入势必使根际微生物学研究发生革命性的变化;4)随着全球气候变化和土壤肥力改变,例如全球变暖、CO2浓度升高和长期施用化肥,根际沉积物在植物-土壤-微生物中的分配与调节机制,以及这种环境选择压力下植物如何诱导根际促生菌发挥更大作用。希望通过平衡作物与微生物之间的相互关系来实现作物的高产高效,促进农田的可持续利用。     

镉对玉米苗中钙调蛋白含量和Ca2+-ATPase活性的影响

试验采用营养液培养的方法,以玉米为试材,研究了不同供镉浓度（0﹑5﹑20和100 µmol/L）和处理时间（12﹑24﹑48﹑96、168 h）对植株体内钙调蛋白（CaM）含量及生物膜上的Ca²⁺-ATPase活性的影响。结果表明,植株可溶性Ca²⁺含量在镉胁迫后较不加镉处理增加,镉处理在叶和根中分别在48和24 h后达最高,然后随镉处理浓度和处理时间的增加逐步下降;同时镉诱导了植株CaM的合成,其含量随镉处理浓度和处理时间增加逐步增加,但20 µmol/L和100 µmol/L镉处理在168 h后有所下降;与不加镉处理相比,镉胁迫导致植株生物膜上的Ca²⁺-ATPase活性迅速升高,但随镉处理浓度提高和时间延长,镉胁迫植株的Ca²⁺-ATPase活性在48 h（质膜、液泡膜和内质网膜）和24 h（线粒体膜）后逐步降低。各膜上的Ca²⁺-ATPase活性依次为质膜> 液泡膜> 内质网膜> 线粒体膜,且同一微囊膜,根中的活性大于叶中。     

不同有机肥对黄泥田土壤培肥效果及土壤酶活性的影响

【目的】低产黄泥田在南方稻区广泛分布,其障碍因素是土壤熟化度低,施用有机肥料是改良黄泥田的重要措施。本文通过田间试验研究化肥和不同有机肥对低产黄泥田的培肥效果以及土壤碳、土壤氮、土壤磷转化的相关酶活性的变化规律,为低产黄泥田培肥改良提供理论依据和技术支撑。【方法】试验地位于湖北省京山县,种植模式为双季稻,田间试验中设6个处理, 分别为 （1）不施肥（CK）,（2）单施化肥（NPK）,（3）化肥＋绿肥（NPKG）,（4）化肥＋猪粪（NPKM）,（5）化肥＋秸秆（NPKS）,（6）化肥＋秸秆＋腐熟菌剂（NPKSD）,化肥用量相同,配施有机肥处理施用的有机碳量相当。水稻收获后取耕层土壤样品,测定不同处理土壤养分和土壤酶活性指标,了解土壤养分和土壤酶活性的变化特征;采用典型相关分析方法,分析土壤养分和土壤酶两组变量之间的相关关系,研究不同有机肥对低产黄泥田的培肥效果。【结果】有机肥能够提高土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量,明显提高早稻和晚稻的产量。有机肥对土壤酶活性有很大影响,配施有机肥不同程度地提高了-葡萄糖苷酶、 -葡萄糖苷酶、 -纤维二糖苷酶、 -木糖苷酶活性;过氧化物酶和脲酶没有明显差异;磷酸酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酚氧化酶活性有所降低。土壤酶活性是评价施肥对土壤肥力影响的重要生物指标,土壤养分和土壤酶活性典型相关分析结果显示,二者显著相关,可以用于评估黄泥田土壤肥力变化的酶主要有-葡萄糖苷酶、 -木糖苷酶、 -葡萄糖苷酶、 -纤维二糖苷酶。典型变量排序结果表明,有机肥的培肥效果秸秆＞猪粪＞绿肥。【结论】低产黄泥田增施有机肥可以显著提高水稻产量和土壤速效养分含量,施用不同有机肥9种土壤酶活性响应不同,其中-葡萄糖苷酶、-木糖苷酶、-葡萄糖苷酶、-纤维二糖苷酶活性可以用于表征低产黄泥田的肥力变化,不同有机肥的培肥效果为秸秆＞猪粪＞绿肥。     

东北黑土玉米单作体系氨挥发特征研究

采用通气法测定了东北黑土玉米单作体系田间土壤的原位氨挥发。试验设5个氮肥用量处理,即:施氮量（N）分别为0、150、225和300 kg/hm2（用N0、N1、N2 和N3表示）,基施氮肥和拔节期追肥各1/2,其中N3为习惯施肥;同时设置优化施肥处理N4,用量为N 225 kg/hm2,基施氮肥、拔节期和孕穗期追肥各1/3。结果表明,来自肥料的氨挥发持续时间较短,一般发生在施肥后的7 d内。由于追肥期高温低湿,追肥期氨挥发量显著高于基施氮肥。随施氮量增加,氨挥发损失增加;优化施肥（N4）的氨挥发损失量明显低于习惯施肥,N1、N2、N3和N4处理来自氮肥的氨挥发依次为N 5.09、9.18、13.47和7.14 kg/hm2,相当于施氮量的3.39%、4.08%、4.49%和3.17%。可见,优化施肥对于我国东北集约化农区节省氮肥和提高氮肥利用率有重要意义。