主要农作物秸秆养分资源现状及其肥料替代潜力分析——以安徽省为例

安徽省农作物秸秆资源丰富,充分利用秸秆养分资源对于农田养分投入的合理分配具有重要意义。评估全省主要农作物秸秆还田当季有效养分替代化肥潜力,可为安徽省减肥增效提供科学依据。本研究以安徽种植面积较大的主要农作物水稻、小麦、玉米、大豆、花生和油菜为研究对象,通过查阅安徽省统计数据和公开发表的文献资料,对2017年安徽省主要农作物秸秆数量、秸秆还田率以及还田当季养分利用率进行估算,明晰了全省化肥减施潜力。结果表明:2017年安徽省主要农作物秸秆资源量为4 699.9万t,秸秆资源分布上呈北部和中部较多、南部最少的特征。秸秆养分资源总量为124.8万t,N、P_2O_5和K_2O分别为38.1万t、11.4万t和75.3万t,分别占全省主要农作物养分需求的40.1%、32.1%和68.9%。理论上,秸秆全量还田,且养分充分利用的情况下,秸秆养分替代化肥潜力大。但秸秆养分N、P_2O_5和K_2O当季利用率分别为38.9%、52.3%和69.9%,实际秸秆N、P_2O_5和K_2O养分还田量仅占主要农作物养分需求的15.6%、16.8%和48.2%,分别占农田养分总投入量的8.6%、6.4%和41.4%。通过秸秆还田,全省可减施化肥63.3万t,减施比例为19.8%, N、P_2O_5和K_2O减施比例分别为11.4%、17.2%、40.7%。进一步提高秸秆还田率和当季养分释放率,是推进全省化肥减施增效的有利手段。     

PGPR菌剂对辣椒的促生效应及根际土壤细菌的响应研究

研究田间条件下PGPR菌剂灌根对辣椒根际土壤细菌数量及群落结构的影响,为深入探究PGPR菌剂的田间促生机制提供理论依据。以4株PGPR菌株制成PGPR菌剂,对辣椒进行灌根,并采用Illumina-MiSeq平台对辣椒根际土壤细菌V3-V4区进行Paired-end测序,结合细菌及功能菌群数量、辣椒产量指标,比较分析菌剂灌根配施全量化肥(PGPR-CF1)、菌剂灌根配施80%化肥(PGPR-CF2)和全量化肥(CK)处理后对辣椒根际土壤细菌数量及群落结构特征的影响。结果表明:PGPR菌剂灌根后辣椒根际土壤细菌及包含固氮、解磷及解钾等功能菌群的数量显著提高,且物种丰度和多样性均高于对照,细菌优势度则表现为PGPR-CF1和CK组高于PGPR-CF2。所有土样共得到有效序列573 896条,在相似水平为97%下聚类分析得到OTUs数分别为2 153个(CK)、2 337个(PGPR-CF1)、2 358个(PGPR-CF2);各处理辣椒根际土壤中的优势门为酸杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、浮霉菌门和变形菌门,相对丰度总占比分别为83.7%(PGPR-CF1)、79.55%(PGPR-CF2)和79.77%(CK)。PGPR菌剂灌根后增加了伯克霍尔德氏菌目、芽孢杆菌目、鞘脂单胞菌目等的相对丰度,降低了芽单胞菌目、酸杆菌目的相对丰度。Pearson指数表明,辣椒产量和单果重与根际土壤细菌多样性和丰度正相关。研究显示,PGPR菌剂处理,可以提高根际土壤细菌和功能菌群的数量,同时影响了物种多样性和群落结构,并促进了辣椒增产。     

干制羊肉基因组DNA不同提取方法的比较

为了研究干制加工羊肉基因组DNA的最佳提取方法,本试验采用传统酚-氯仿法、磁珠法、改良CTAB法、离心柱法分别提取干制处理后的羊肉基因组DNA,并对4种方法提取的羊肉基因组DNA浓度、纯度、完整性以及提取所需时间、PCR扩增效果等进行比较。结果表明,采用磁珠法提取DNA的效果更好,DNA浓度为118.87 ng·μL^-1,A₂₆₀/A₂₈₀值为1.89,而且此方法具有提取时间短、效率高、污染小等特点。本研究结果为干制加工羊肉基因组DNA的大批量提取和检测提供了参考依据。     

Effect of organic amendment amount on soil nematode community structure and metabolic footprints in soybean phase of a soybean-maize rotation on Mollisols

It has been well documented that organic amendment affects soil nematode community structure. However, little is known about the effect of organic amendment amount on soil nematodes. To assess the effect of the amount of organic amendments on soil nematode community structure and metabolic activity, the community composition, abundance, and metabolic footprints of soil nematodes were determined in a long-term field experiment with various amounts of organic amendment in Northeast China. Fertilization treatments included an unfertilized control (CK), chemical fertilizer without manure amendment (OM₀), manure applied at 7.5 Mg ha^-1 plus chemical fertilizer (OM₁), and manure applied at 22.5 Mg ha^-1 plus chemical fertilizer (OM₂). A total of 46 nematode genera were found. Treatments with the largest amount of organic amendment had the smallest number of plant parasite genera (5), but a largest number of dominant genera (7). Soil nematodes, bacterivores, and fungivores were the most abundant in OM₂, followed by OM₁, and the lowest in OM₀ and CK. Organic amendment increased the enrichment index (EI), and the large amount of organic amendment increased the metabolic footprints of bacterivore (Baf) and fungivore (Fuf) and enrichment footprint (Ef). The relationships between Baf (or Fuf) and the increases in soil organic carbon (ΔSOC) and total nitrogen (ΔTN) were stronger than those of bacterivore (or fungivore) abundance with ΔSOC and ΔTN, except for the relationship between bacterivore abundance and ΔSOC. The EI and Ef were positively correlated with ΔSOC and ΔTN. These findings suggest that the amount of organic amendment affects soil nematode activity and function at entry levels in soil food web, and that metabolic footprints of soil nematodes may be better indicators than their abundances in assessing their relationships with soil nutrients.     

灰葡萄孢霉角质酶粗提液酶学特性研究

为探究灰葡萄孢霉角质酶的酶学性质以及角质酶对植物角质层的降解作用,以灰葡萄孢霉为材料,采用角质诱导的方法得到角质酶发酵液,上清液经过分离得到角质酶粗提液,采用分光光度法探究温度、pH值、金属离子及有机溶剂对角质酶活力的影响,并通过扫描电镜探究角质酶粗提液对葡萄角质层的作用。结果表明,灰葡萄孢霉角质酶的最适反应温度为35℃,最适反应pH值为7.5,此条件下能够保持较高的热稳定性;Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺对酶活有促进作用,而Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺对酶活有抑制作用;甲醇、丙酮、异丙醇对酶活具有促进作用,乙醇、乙腈和三氯甲烷对酶活具有抑制作用;角质酶粗酶液对葡萄角质层具有明显的降解作用。本研究结果为果蔬采后病害的控制提供了理论依据。     

有机肥施用对红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响

【目的】明确有机肥施用对河北葡萄主产区高产优质红地球葡萄产量、品质及土壤环境的影响,为葡萄种植合理施用有机肥提供理论依据。【方法】以河北张家口市怀来县葡萄试验示范基地13年生红地球葡萄为试验材料,进行为期4年的田间试验。设置6个处理,分别为农民传统施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥9 t/hm^2 (M)、有机肥7.5 t/hm^2+化肥(M1NPK)、有机肥15 t/hm^2+化肥(M2NPK)、有机肥45 t/hm^2+化肥(M3NPK),采用常规方法测定葡萄产量、品质、重金属含量及果园土壤中硝态氮、微生物量碳和氮、重金属含量,并对葡萄园土壤重金属累积达到限量所需年限进行推算。【结果】施用有机肥处理葡萄产量均显著高于单施化肥(NPK),其中以中量有机肥+化肥处理(M2NPK)的产量最高,4年(2010-2013)平均产量为21503kg/hm^2,较农民传统施肥(CK)提高了14%;施用有机肥处理葡萄Vc含量比对照显著增加。各处理间葡萄百粒重、pH、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比差异不显著。收获后M2NPK处理0-20 cm和20-40 cm土壤硝态氮累积量下降,土壤微生物生物量碳、氮含量显著高于CK。连续4年施用有机肥后,葡萄果实及果园土壤的重金属含量(Cr、Cd、As、Pb、Hg、Cu、Zn)均未超标,但随着有机肥施用量的增加,葡萄及土壤中的重金属分别呈现线性和二次函数累积趋势。M3NPK处理土壤重金属含量较其他施用有机肥处理提前累积到限量水平。【结论】中量有机肥+化肥(M2NPK)处理葡萄的产量最高,品质最佳,而且降低了土壤硝态氮在各土层的累积,增加了土壤微生物生物量碳、氮含量,且葡萄果实和果园土壤重金属含量未超标。高量有机肥处理不会进一步提高红地球葡萄的产量和品质,但快速增加果园土壤重金属累积。     

东北棕壤长期不同施肥处理轮作大豆氮素吸收和土壤硝态氮特征

【目的】在玉米–玉米–大豆轮作体系下,基于棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对东北地区大豆生物量、产量、各部位吸氮量及收获期土壤0―100 cm硝态氮累积的影响,为该地区合理施肥提供理论依据和科学指导。【方法】棕壤肥料长期定位田间试验始于1979年,包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量厩肥(M1)及其与化肥配施(M1N和M1NPK)、高量厩肥(M2)及其与化肥配施(M2N和M2NPK)9个处理。厩肥为猪厩肥,1992年后大豆季不施猪厩肥,仅在玉米季相关处理中施用。39年后,调查分析了大豆生物量、产量、氮素吸收利用及大豆收获期0―100 cm土壤硝态氮累积特征。【结果】高量、低量厩肥配施化肥处理大豆生物量、产量、总吸氮量及各部位吸氮量均显著高于单施氮肥和不施肥处理,其中,M1NPK处理大豆生物量、产量和总吸氮量最高,分别为9107、2979和314.2 k g/h m^2,较其他处理分别提高了6.1%~133.6%、23.9%~232.5%和11.7%~359.4%。施肥提高了大豆氮收获指数,但氮素生理效率降低。NPK和M1NPK处理的氮素收获指数最高,均为63.5%,而氮素生理效率较CK分别降低了30.6%和28.1%。大豆收获期各处理土壤硝态氮累积量随土层深度的增加而降低。与播前相比,大豆收获期单施氮肥处理的0―100 cm土层硝态氮积累量显著增加,NPK处理变化不显著,M1、M1N和M1NPK处理显著降低。低量厩肥配施化肥处理收获期0―100 cm土壤硝态氮积累量远低于高量厩肥配施化肥处理,较播前平均降低了79.2%。所有处理中,土壤硝态氮积累量以M1NPK处理最低,比其他处理平均降低了58.2%。【结论】在东北棕壤地区玉米–玉米–大豆轮作体系下,玉米季低量厩肥(13.5 t/hm^2)与氮磷钾化肥配合施用时,大豆季仅施氮磷钾化肥既可提高大豆生物量、产量,促进氮素吸收,同时还可降低大豆收获期土壤硝态氮累积量,降低环境风险,是该轮作体系较为合理的施肥方式。     

稳定性氮肥减施对春玉米氮素吸收及土壤无机氮供应的影响

  【目的】  稳定性氮肥减量施用在玉米上表现出良好的稳产和增产效果,但缺乏针对不同土壤和气候条件下春玉米生产的推荐施用量。为此,我们在辽中、辽南地区春玉米上开展了稳定性氮肥一次性施用最佳用量试验。  【方法】  2017年在辽宁省沈阳市和海城市两地开展田间试验。供试稳定性氮肥中同时添加了脲酶抑制剂和硝化抑制剂。两个试验区均设置了不施氮处理 (CK)、普通尿素常规施氮量 (CK1) 和普通尿素减氮10%对照 (CK2)。沈阳试验区设置稳定性氮肥比其CK1 (244 kg/hm2) 分别减氮10%、15%、20% 3个处理 (S1、S2、S3),海城试验区设置比其CK1 (217 kg/hm2) 分别减氮10%、15% 2个处理 (S1、S2)。采集玉米生长季内各生育时期的土壤样品和植株样品,测定土壤无机氮含量和植株不同部位养分含量,每个小区单独采收,记录产量。  【结果】  与CK1相比,稳定性氮肥能显著提高玉米产量 (P < 0.05),且以减氮15%的S2处理肥效稳定,沈阳试验较CK1增产、增收幅度分别为7.5%、1795元/hm2,较CK2增产、增收幅度分别为11.1%、2808元/hm2;而海城试验产量与CK1没有显著区别,收入减少184元/hm2,与CK2相比,增产19.5%,增收2685元/hm2。与CK1相比,稳定性氮肥处理氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力依次提高10.4%～12.4%、3.4%～6.2%和6.5%～10.8%;与CK2相比,分别提高10.2%～12.2%、3.3%～6.1%和3.3%～7.6%。与普通尿素相比,施用稳定性氮肥显著提高了玉米生育中后期植株氮素吸收强度,稳定性氮肥各处理氮素总积累量表现为S2 > S1 > S3 > CK1 > CK2。土壤无机氮含量主要在0—20、20—40 cm土层表现出较大差异,总体上稳定性氮肥处理 (S1、S2、S3) 耕层土壤无机氮含量在玉米生育前期 (苗期、拔节期) 低于普通尿素处理 (CK1、CK2),在玉米生育中后期 (大喇叭口期至成熟期) 0—40 cm土层无机氮含量显著高于普通尿素处理,但总体上无机氮含量在0—40 cm土层中变化幅度较普通尿素处理平缓。  【结论】  稳定性氮肥减施可以维持或提高土壤无机氮含量。在沈阳试验点,稳定性尿素施氮量减少15％时,玉米的产量和经济效益、氮素累积总量和氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力等都最高;而在海城试验点,由于普通尿素投入量相对较低,最佳稳定性尿素推荐量为减氮10%。     

连续秸秆–紫云英协同还田对双季稻产量、养分积累及土壤肥力的影响

  【目的】  水稻秸秆和紫云英是稻田系统重要的原位有机肥源,明确长期连续秸秆–紫云英协同还田后水稻增产趋势、养分积累和土壤肥力变化特征,以便对秸秆和绿肥资源进行综合利用。  【方法】  本试验为3年连续大田试验 (2016―2018年),以双季稻为研究对象,设置3个处理:1）早、晚稻秸秆不还田,冬季不种植紫云英 (CK);2）早、晚稻秸秆全量还田,冬季不种植紫云英,即秸秆单独还田 (T1);3）早、晚稻秸秆全量还田,冬季种植紫云英,即秸秆–紫云英协同还田 (T2)。各处理均施用等量化肥。  【结果】  相对于对照,连续秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田周年轮作下水稻产量分别增加1.93%～9.15%和1.34%～12.48%,且连续秸秆–紫云英协同还田周年增产效果随着试验年份的增加而增加。不同年份间水稻产量变异系数和可持续性指数分析表明,连续秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田均有利于双季稻持续性高产稳产,其中秸秆–紫云英协同还田效果优于秸秆单独还田。连续3年6季还田后,秸秆单独还田和秸秆–紫云英协同还田对水稻产量的贡献率分别为6.92%和11.10%,其中秸秆–紫云英协同还田处理比秸秆单独还田处理高76.47%。与产量变化趋势一致,连续秸秆–紫云英协同还田不仅有利于早稻氮、磷、钾养分积累,对晚稻养分积累也有一定的后效作用。与试验初始土壤养分含量相比,2018年晚稻收获后,对照土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别降低了9.03%、11.11%、3.87%和10.57%。而相对于对照,连续秸秆–紫云英协同还田处理土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别增加了20.51%、25.00%、24.16%和20.37%;相对于秸秆单独还田处理有机碳、全氮和有效磷含量分别增加了2.73%、7.14%和14.19%。  【结论】  在双季稻轮作系统中,连续秸秆–紫云英协同还田有利于早稻和晚稻获得高产和稳产,同时增加早稻氮、磷、钾养分积累,提高土壤有机碳、全氮和有效磷含量,是综合利用秸秆和绿肥资源较好的方式。     

秸秆还田结合减氮调控旱地土壤硝化潜势维持作物产量的机理

  【目的】  氮肥过量使用所导致的氮素利用率低和环境污染等问题严重影响现代农业生产。研究秸秆还田改善旱地农田土壤性质、提升土壤肥力和氮素利用率的潜力和作用机理,为减少氮肥用量、提高作物氮素利用率和土壤肥力提供科学依据。  【方法】  本研究选取河南许昌潮土和云南曲靖红壤两种典型旱作农田,2016～2018年开展了田间玉米－大麦/小麦轮作定位试验,在两地同时设置以下4个处理:不施氮 (CK)、常规施氮 (N)、减氮20% (80%N)、减氮20%配合秸秆还田 (80%NS),研究不同处理对土壤养分、土壤硝化潜势和作物产量及氮肥利用率的影响。  【结果】  与N处理相比,80%NS处理可稳定保持麦季抽穗期和玉米季抽雄期两种旱地土壤可溶性有机碳氮养分含量,促进土壤中NH₄+-N的积累并降低了NO₃–-N含量;80%NS处理使潮土和红壤硝化潜势分别降低了5.5%～33.9%和7.8%～37.5%;3年连续减施20%氮肥配合秸秆还田能够稳定产量并表现出一定的增产效果 (11.2%～20.4%),提高氮肥利用率6.4%～10.3%;而80%N处理会使作物产量下降3.9%～13.4%,氮肥利用率降低1.8%～38.9%。  【结论】  连续3年减少常规氮施用量20%配合秸秆还田,不仅增加了土壤有机碳氮含量,还减缓了土壤的硝化作用,增加了土壤铵态氮积累,实现对作物所需养分的持续供应,因而在维持和提高作物产量的同时,提高了氮肥利用率。单纯降低氮肥用量则有降低作物产量的风险。