黑土农田大豆产量形成过程的模拟验证

以中国科学院海伦农业生态站长期定位水肥耦合试验数据为依据,模拟大豆产量形成过程。首先建立大豆品种遗传属性数据库和相应的模型参数,利用DSSAT模型系列中的CropGro-Soybean模型,对大豆品种遗传属性、作物产量和生长过程中土壤水分进行了模拟验证。模拟结果表明,CropGro-Soybean模型能够准确地模拟大豆生育期,相对误差在-2％～3％之间,均方根误差RMSE为2．3。对不同年际不同田间处理的大豆产量模拟结果分析的相对误差在-7％～9％之间,均方根误差RMSE为75．9,模型性能指数EF为0．8。模型对不同层次土壤水分变化的模拟效果也较好。     

长期施肥对黑土磷和锌形态转化的影响

【目的】东北黑土地为我国重要粮食生产基地高肥力的黑土仍需施用磷肥以保障粮食高产。探讨长期施肥对土壤磷和锌形态转化机制,为确保黑土区粮食和环境安全提供理论依据。【方法】本研究以设在典型黑土区13年的长期施肥定位试验为研究对象,设不施肥(CK)、施氮磷钾肥(NPK)、施氮磷钾加不同量有机肥(NPK+OM_1、NPK+OM_2、NPK+OM_3)共5个处理分析土壤不同形态磷和锌含量。【结果】长期施化肥对土壤有机磷含量影响不显著但土壤无机磷含量显著增加;长期不施肥黑土有效磷含量为32.6 mg/kg,长期施化肥加有机肥可显著增加土壤有效磷含量;连续13年施用磷肥,土壤中的磷每年平均累积16 kg/hm~2,其主要以铝磷(A1-P)和铁磷(Fe-P)的形态在土壤中储存,其中约20%仍为有效磷;而磷肥加有机肥的3个处理,连续施用13年后有机磷含量增加了47.2~67.9 mg/kg无机磷含量增加253.4~410.6 mg/kg,土壤全磷平均分别以每年49.4(NPK+OM_1)、64.2(NPK+OM_2)、70.4(NPK+OM_3)kg/hm~2的量累积在土壤中,其中15%~21%仍为有效磷主要以有效性较高的二钙磷(Ca_2-P)、八钙磷(Ca_8-P)、Al-P、Fe-P存在于土壤中,只有10%~21%的磷以有机磷的形态累积在土壤中,并且这个比例随有机肥施用量的增加而降低。黑土长期不施肥土壤有效锌(DTPA-Zn)含量可达1.96mg/kg,长期施化肥、化肥加有机肥均可显著增加土壤DTPA-Zn含量;长期施化肥使黑土酸化,改变了土壤锌形态增加了土壤交换态锌和无定型铁氧化物结合态锌的含量,化肥加有机肥显著增加了除矿物态锌以外的其他各形态锌的含量其中55%~88%以无定型铁氧化物结合态锌储存在土壤中。通径分析结果显示,Ca_2-P对DTPA--Zn影响最大,Ca_8-P、Al-P、Fe-P通过Ca2-P间接影响DTPA-Zn含量。【结论】长期施入黑土的磷主要以有效性较高的无机态磷储存在土壤中,锌主要以无定型铁氧化物结合态储存在土壤中。黑土中磷与锌未表现出拮抗作用且有效性高的Ca_2-P对DTPA-Zn含量的影响最大且二者呈正相关关系。     

不同连作方式对大豆生物固氮的影响

[目的]研究不同连作方式对大豆生物固氮的影响。[方法]在长期定位试验中设置正茬(大豆-小麦-玉米-大豆)、重茬(小麦-小麦-大豆-大豆)和迎茬(小麦-大豆-小麦-大豆)3种连作方式,研究不同连作方式对大豆根瘤形成和固氮量的影响。[结果]结荚期和鼓粒期正茬大豆体内含氮量较重茬、迎茬多。3种连作方式的大豆根系形成根瘤的数量表现为正茬>迎茬>重茬,迎茬、重茬的大豆根瘤数分别较正茬减少1.3~1.4、13.4~20.5个/株。大豆通过共生固氮作用固定的氮素表现为正茬>迎茬>重茬,重茬、迎茬大豆固氮量分别比正茬降低18.4%、6.5%。大豆产量表现为正茬>迎茬>重茬。[结论]大豆体内含氮量、根瘤数、固氮量和产量都表现为正茬>迎茬>重茬。     

长期施肥对黑土农田土壤微生物群落的影响

基于中国科学院海伦农业生态试验站长期定位试验区,应用实时荧光定量PCR(Real-time PCR)和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究了无施肥(NF)、单施N、P化肥(NP)以及化肥配施有机猪粪肥(NPM)等3种长期施肥措施对黑土区玉米田土壤微生物群落密度和结构的影响.Real-time PCR方法定量NF、NP及NPM措施土壤细菌群落基因组DNA质量分别为381、1 351和1 773 ng g-1干土,真菌群落基因组DNA质量分别113.3、127.3和20.6 ng g-1干土,真菌与细菌的比率分别为0.31、0.09和0.01,NPM措施显著低于另两种施肥方式(p＜0.05).DGGE方法研究表明,NP和NPM措施不能改善土壤细菌和真菌群落的多样性、均匀性及优势菌优势程度;但主成分分析结果显示NP和NPM措施均可改变土壤细菌和真菌群落的构成,且真菌群落的变化更为显著;聚类分析结果显示NP和NPM措施下细菌群落结构较相近,其相似系数为0.89,真菌群落中NP措施与NF措施相近,相似系数为0.63,高于NP与NPM措施的相似系数0.51.上述结果表明有机猪粪肥的长期施用可以显著降低黑土农田土壤真菌与细菌的比率,且明显地改变土壤细菌和真菌群落的结构.     

不同土地利用下黑土磷素肥力特征的研究

通过对海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站内3种土地利用下共5个处理(裸地、草地、无肥耕地、施化肥耕地、施化肥和有机肥耕地)的典型黑土中的磷素进行了测定,结果表明经过20年长期定位试验后,3种土地利用方式下的土壤中草地全磷含量比裸地高17.5%,速效磷含量比裸地高22.9%;无肥耕地土壤全磷含量比裸地高7.9%,速效磷含量比裸地高80.1%。施化肥耕地全磷含量比无肥耕地高17.1%,速效磷含量是无肥耕地的3.3倍;施化肥和有机肥耕地全磷含量比施化肥耕地高46.3%,速效磷含量是施化肥耕地的3.3倍。土壤无机磷分级结果表明,不同土地利用下土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P含量差异显著,而O-P、Ca10-P含量无明显变化,其中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P的含量,草地与裸地相比分别提高了30%、38%、17%、6.2%;无肥耕地与裸地相比提高了110%、75%、7.7%、-25%,与草地相比提高了62%、27%、-7.8%、-29%。施化肥耕地与无肥耕地相比,土壤中Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P的含量分别提高了13%、153%、124%、92%;施化肥和有机肥耕地与施化肥耕地相比分别提高了341%、357%、136%、69%。对土壤磷的吸附性能测定结果表明,3种土地利用下土壤对磷的吸附能力为:无肥耕地>草地>裸地;耕地的3个处理中施化肥和有机肥可明显提高土壤对磷的吸附能力。     

氮素形态对大豆根系形态性状及释放H+的影响

采用水培培养方法,研究了不同形态氮素对大豆根系形态性状及释放H 的影响.结果表明,不同形态氮素对根系形态特性的影响不同,表现为,NO3-N和NH4NO3-N促进根表面积增加;NH4 -N对根系的生长表现出抑制作用;而生物固氮处理,除根尖数随生育期的延长而增加外,其他根系形状几乎没有变化.NH4 -N处理根系释放出大量H ,且大豆根系受到NH4 -N的毒害,阻碍了根系对其它元素的吸收;而NO3-N处理,根系释放出大量OH-,对根系吸收其他元素的抑制作用较小,因此,生物量增加较明显;NH4NO3-N处理根际pH变化较小,促进大豆植株生长;而生物固氮处理,在生育前期,根瘤固氮能力较弱,不能及时为大豆生长提供充足的氮素,进而抑制大豆的生长,使生物量偏低.     

大豆重迎茬减产的原因及农艺对策研究Ⅲ.重迎茬大豆的土壤养分与养分吸收

通过连续8年在黑龙江省6个生态区9个9区固定轮作场圃综合试验，试验区专项研究，框区，盆栽试验，实验室分析，以及大量的大面积生产调查，发现大豆重迎茬种植，根部病虫危害加剧，在影响重迎茬大豆生长发育，产量品质的诸多因素中，所起的作用最大，杀灭土壤中的病菌和害虫，重迎茬大豆的产量不比正茬低。在减缓重迎茬损失的各种调控措施中，以杀灭土壤中病，虫为主要目标的土壤处理剂和种衣剂效果最好。这一切都说明根际土壤病虫害加剧是大豆重迎茬减产的主要原因。     

东北黑土区大豆生产中存在的主要问题、技术需求及发展对策

通过对巴彦县、绥棱县、海伦市、五大连池市和嫩江县的调查,总结了影响东北黑土区大豆生产的关键技术和主要因子,提出了目前大豆生产中的主要问题和技术需求,在此基础上给出了解决对策和发展对策,为大豆的生产提供指导.     

水钾耦合对大豆产量及品质的影响

采用盆栽试验，研究了不同供钾水平下不同生育时期水分状况对大豆产量及品质的影响。结果表明：除营养生长期涝害能一定程度上增加蛋白质含量外，开花期和结荚期土壤干旱或涝害胁迫均降低了蛋白质及脂肪的含量；钾肥有提高大豆脂肪、降低蛋白质含量的趋势，但只有在水分供应适宜时，钾肥效果才显著。各生育时期土壤干旱或涝害胁迫均影响大豆产量的形成，但干旱引起的减产程度要大于涝害。干旱胁迫对各生育时期引起的减产程度表现为：结荚期>开花期> 营养生长期；而涝害胁迫对各生育时期所引起的减产程度则是相近的。无论何生育时期控水，本试验中产量最优的处理是W2K3(适宜水分+0.136 g K2O kg-1土)，而经济系数最优的处理是CK（适宜水分+0.068 g K2O kg-1土）。钾肥能促进大豆子粒产量的形成，但本研究发现，只有在营养生长期控水条件下，钾肥才显著地影响大豆产量的形成，而开花期、结荚期控水，钾肥的产量效应并不显著；开花期、结荚期控水条件下，水钾互作都显著地影响大豆子粒产量的形成，但营养生长期控水条件下水钾互作对大豆产量的影响未达到显著差异。