蚕豆绿肥利用方式对紫色土氮素矿化和硝化特征的影响

豆科绿肥对紫色土土壤氮素转化具有重要影响,而氮素矿化和硝化是决定土壤有效氮含量多少的重要环节。本文选取川、渝两地常见的蚕豆作为绿肥材料,分别以0.6 g/100 g、1.8 g/100 g和3.0 g/100 g(豆科绿肥干重/风干土重量)进行绿肥翻压(FY)和绿肥覆盖(FG),通过室内恒温好气培养法来研究蚕豆绿肥对紫色土氮素矿化和硝化特征的影响,测定了不同绿肥利用下的土壤铵态氮、硝态氮、全氮、有机质含量和氨氧化潜势及硝化强度,并计算土壤氮素矿化量和硝化率。结果表明,与不施绿肥对照相比,绿肥翻压和覆盖下土壤净氮矿化量和硝化率均明显提高,且在一定范围内有随绿肥施用量增加而增加的趋势。其中,FY1.8处理土壤净氮矿化量最高达304.21 mg/kg,与CK相比增加了302.70 mg/kg。土壤氮素最终硝化率达到了91.04%～96.80%,表现为FG3.0最高,FY3.0次之,FG0.6最低。中高量绿肥覆盖或翻压均显著提高了土壤全氮和有机质含量、土壤氨氧化潜势和土壤硝化强度;在相同绿肥用量下,绿肥翻压处理显著高于绿肥覆盖处理(P0.05)。相关分析表明,土壤净氮矿化量与铵态氮、全氮和有机质呈极显著的正相关关系,与硝态氮呈极显著的负相关关系;土壤的硝化率、土壤氨氧化潜势和土壤硝化强度与土壤pH值呈显著正相关关系。综上,蚕豆绿肥覆盖或翻压是提高紫色土土壤供氮能力的一种有效途径,其效应因利用方式和施用量不同而异。     

长江流域冬小麦氮磷钾肥增产效应及其影响因素

  【目的】  分析长江流域施用氮、磷、钾肥对小麦产量的增产效应及主要影响因素的贡献率,旨在明确不同条件下施用氮、磷、钾肥对小麦产量的影响,为优化长江流域的小麦养分管理提供科技支撑。  【方法】  数据来源于国际植物营养研究所在我国长江流域开展的小麦田间试验,以及在中国知网通过检索到的有关施肥增产效应的文献,检索关键词为“冬小麦”、“冬小麦 + 产量”、“冬小麦产量 + 肥料利用率”,符合Meta分析标准的氮、磷和钾数据分别有724、624和658组。以不施某种养分处理为对照,以反应比作为该养分的增产效应值,采用Meta分析方法,定量分析施用氮、磷、钾肥对小麦产量变化的贡献,并分别分析施肥水平、基础地力水平、种植区域、土壤有机质、pH及土壤养分对产量效应的影响。  【结果】  与不施氮、磷或钾肥处理相比,长江流域冬小麦施用氮、磷和钾肥分别可显著增加小麦产量66.0%、17.9%和10.0%,以氮肥增产效应最高。基础地力对氮、磷、钾肥的增产效应均具有显著影响,氮、磷、钾肥均在低肥力土壤 (产量< 2.0 t/hm2) 上的增产率最高,分别为134.2%、30.0%和12.1%,氮、磷肥的增产效应与基础地力呈负相关关系。长江流域不同种植区域冬小麦氮、磷、钾肥的增产效应差异显著,以重庆市的氮效应最高,为136.1% [ln(R) = 0.859],以浙江省的磷效应最高,为39.1% [ln(R) = 0.330],贵州省的钾效应最高,为19.1% [ln(R) = 0.175]。氮、磷、钾肥均在酸性土壤的增产效果最好,增产效应随着土壤pH升高呈降低趋势,增产率分别为95.2%、29.4%和14.0%。土壤有机质含量对磷效应影响显著,对氮和钾效应影响不显著。当土壤全磷 > 1.0 g/kg、全钾 > 20.0 g/kg、碱解氮 < 80.0 mg/kg、速效磷 > 25.0 mg/kg及速效钾 < 90.0 mg/kg时,施氮增产效应最显著;在土壤全磷 < 0.7 g/kg和土壤速效磷 < 15.0 mg/kg时,施磷增产效应最显著;在土壤速效钾 < 90.0 mg/kg时,施钾增产效应最显著。  【结论】  长江流域冬小麦施用氮、磷、钾肥的增产率分别为66.0%、17.9%和10.0%,氮肥仍是影响长江流域冬小麦增产的最重要养分因子。基础地力决定着施肥效应,产量 < 2.0 t/hm2的土壤施肥的增产潜力最高。土壤肥力因素中,pH、有机质和矿质养分含量应作为肥料投入的依据。     

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。     

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。     

脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田氨挥发的影响

采用密闭室间歇通气法和15N标记技术研究了尿素施入稻田后氨挥发损失特征以及脲酶抑制剂(N-丁基硫代磷酰三胺,NBPT)和硝化抑制剂(3, 4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)对稻田氨挥发损失的影响。结果表明,稻田施用尿素后第4天氨挥发速率达到峰值,氨挥发损失主要发生在施肥后21天内。与单施尿素处理相比,添加NBPT处理的氨挥发速率峰值降低27.04%,累积氨挥发损失量降低21.65%;NBPT与DMPP配施时,氨挥发速率峰值降低12.95%,累积氨挥发损失量降低13.58%;而添加DMPP时,氨挥发速率峰值增加23.61%,累积氨挥发损失量与单施尿素的差异不显著。相关性分析表明,地表水中铵态氮浓度和pH值与氨挥发速率均达极显著正相关,说明二者是影响氨挥发速率的主要因素,而气温、 地温和水温与氨挥发速率的相关性不显著。与单施尿素相比,添加脲酶抑制剂可显著增加稻谷产量。脲酶抑制剂与硝化抑制剂配合施用可更有效地提高氮肥的回收率。综合降低氨挥发、 提高水稻产量及地上部氮肥回收率的效果,添加脲酶抑制剂以及脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施的两个处理效果较为理想,硝化抑制剂不宜单独添加。     

中国畜禽粪尿中养分资源数量及利用潜力

【目的】 有机与无机肥配合施用是提高农田生产力和改善土壤生态系统的有效措施,也是农业可持续发展的要求。理清中国畜禽粪尿资源数量及其养分资源量,对畜禽粪尿资源充分利用、提高肥料利用率、实现化肥使用量零增长和保障国家粮食安全具有重大意义。 【方法】 以中国主要畜禽种类役用牛、肉牛、奶牛、羊 (山羊和绵羊)、马、驴、骡、猪 (育肥猪和母猪)、兔和家禽为研究对象,研究的主要农作物包括水稻、小麦、玉米、大豆、马铃薯、花生、油菜和棉花。通过查阅中国统计数据和公开发表的文献资料对2015年中国畜禽粪尿资源数量及其养分资源量进行估算,同时对各地区不同作物最佳施肥量进行统计,分析畜禽粪尿不同比例还田下氮、磷、钾输入量分别占化肥用量百分比。 【结果】 2015年中国畜禽粪尿数量31.584亿t,氮 (N)、磷 (P₂O₅)、钾 (K₂O) 养分资源总量分别达到1478.0万t、901.0万t和1453.9万t,其畜禽粪尿数量以猪最大,其次为肉牛和奶牛,分别占总量的36.8% (猪)、24.8% (肉牛) 和9.9% (奶牛),粪尿总养分量以猪最大,其次为肉牛和羊,分别占总量28.2% (猪)、22.8% (肉牛) 和15.0% (羊)。粪尿数量和养分资源量以西南和华北地区最多,粪尿数量分别占全国总量的22.3%和21.5%,养分资源量分别占全国总量的21.3%和21.9%,省市之间以四川、河南和山东最多。畜禽粪尿全量还田其养分输入量分别为811.8万t (N)、856.6万t (P₂O₅) 和849.5万t (K₂O),分别占化肥用量的37.3% (N)、87.6% (P₂O₅) 和65.9% (K₂O)。 【结论】 中国畜禽粪尿数量及其养分资源量依然巨大,具有广阔的利用空间,充分利用畜禽粪尿养分资源是实现化肥减施增效的重要途径,畜禽粪尿全量还田下理论上氮、磷、钾施用量可以减少37.3%、87.6%和65.9%。      

小麦结实粒数、粒重和品质的小穗位和粒位效应

 【目的】研究小麦不同小穗位和粒位的穗结实粒数、粒重和品质变化规律。【方法】通过田间试验系统研究穗结实粒数相近,粒重和品质不同的3个小麦品种的结实粒数、粒重和品质的小穗位和粒位效应。【结果】3个小麦品种不同小穗位籽粒结实粒数、小穗千粒重、粒重、蛋白质含量、干面筋、沉降值、吸水率、稳定时间、评价值和软化度均呈现二次曲线变化趋势分布,第1粒位、第2粒位和第3粒位的粒重及品质也随小穗位的变化呈二次曲线形式,表现出籽粒发育的近中优势。第1粒位和第2粒位的粒重相近,都高于第3结实粒位;第2粒位增产潜力较大,是粒重变化的主要因素;临优2018和临优2069第2粒位,临优145第1粒位的蛋白质含量、干面筋和沉降值较高且变异较大,增质潜力较大,是品质变异的主要因素。【结论】在小麦育种和栽培中,对于每小穗最多结实3粒籽粒的品种,应尽量减少小花位数,来保持小麦籽粒品质的稳定性和一致性。     

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。     

适量施磷有效提高苋菜对镉污染土壤的修复能力

  【目的】  土壤性质和化肥施用均影响作物对重金属污染土壤的修复效果。探究不同磷肥施用量对苋菜镉 (Cd) 吸收和累积的影响,为通过养分管理减少作物对重金属的积累提供依据。  【方法】  以苋菜 (Amaranshus mangostanus L.) 为供试作物,以黄棕壤和赤红壤为供试土壤进行盆栽试验。在两个供试土壤中,加入分析纯CdCl₂?2.5H₂O (Cd 15 mg/kg土), 平衡一个月后,用于苋菜栽培。设置5个磷肥（P）施用水平:0 (CK)、50、100、200、400 mg/kg土,以磷酸二氢铵 (分析纯) 加入。苋菜生长45天后收获,调查地上部和根部生物量,分析其磷、镉含量,并测定土壤中DTPA提取的有效态Cd含量。  【结果】  施用磷肥能提高苋菜的生物量,随着施磷量的增加,苋菜生物量也随之增加,且各处理均与CK处理差异显著。在黄棕壤上,苋菜地上部生物量增幅为9.2%～39.0%,根部为4.0%～15.0%;在赤红壤上,苋菜地上部增幅为7.7%～46.0%,根部为10.0%～100.0%。苋菜Cd含量与CK处理相比均显著降低,在黄棕壤上,苋菜地上部和根部Cd含量的降幅分别为7.4%～50.2%和7.9%～58.8%;在赤红壤上,降幅分别为9.9%～55.8%和21.7%～66.0%。苋菜Cd累积量与CK处理相比均呈上升趋势,黄棕壤上苋菜地上部和根部Cd累积量的增幅分别为36.2%～54.3%和7.4%～38.9%;在赤红壤上,增幅分别为34.3%～62.8%和5.4%～55.4%。当施磷量为P 50 mg/kg土时,苋菜地上部、根部在黄棕壤和赤红壤上的Cd累积量均最大。施磷降低了土壤中镉的生物有效性。随着施磷量的增加,土壤有效态Cd含量显著降低,黄棕壤上的降幅为0.9%～7.2%,赤红壤上的降幅为1.2%～7.9%。植株体内Cd含量与磷含量之间存在一定的负相关性。  【结论】  施用磷肥显著提高苋菜的生物量,同时降低土壤中有效态镉的含量。虽然施磷肥显著降低了苋菜地上部和根部的Cd含量,但显著提高的生物量有效增加了苋菜对土壤Cd的总吸收和累积量,提高了其对镉污染土壤的植物修复效率。盆栽结果表明,在镉浓度为15 mg/kg 土的黄棕壤和赤红壤上,磷肥施用量为50 mg/kg土时修复效果最佳。