设施土壤有机氮组分及番茄产量对水氮调控的响应

【目的】酸解铵态氮和酸解氨基酸氮是土壤有机氮的主要组分,可表征土壤的供氮能力,并在氮素矿化、固定、迁移以及为植物生长供氮过程中起到至关重要的作用。研究水、氮调控下设施土壤有机氮组分和番茄产量的相互关系,为评价设施土壤肥力变化和制定科学合理的水、氮管理措施提供科学依据。【方法】田间定位试验在沈阳农业大学的温室内进行了5年,供试作物为番茄,栽培垄上覆盖薄膜,打孔移栽番茄幼苗,膜下滴灌。定位试验三个氮肥处理为施N75、300、525kg/hm^2,记为N1、N2和N3;三个灌水量为25、35和45kPa灌水下限(灌水始点土壤水吸力),记为W1、W2和W3,共9个肥水处理组合。在试验第五年番茄生长期(2016年4—8月)调查了番茄产量及其构成,在休闲期(2016年9月)测定0—10、10—20和20—30cm土层土壤有机氮组分、有机碳和全氮含量。【结果】9个处理中,土壤全氮、有机碳和除酸解氨基糖氮外的有机氮组分含量均随土层深度的增加而降低,且0—10、10—20和20—30cm土层间含量差异显著(P<0.05)。三个土层中酸解总氮占土壤全氮的66.0%、64.6%和55.2%,是土壤有机氮的主要存在形态。土壤酸解总氮中各组分含量及其所占比例的大小顺序为酸解氨基酸氮、酸解铵态氮>酸解未知态氮>酸解氨基糖氮。灌水下限和施氮量对番茄产量及单果重的影响均达极显著水平(P<0.01),水氮交互效应也达显著水平(P<0.05)。休闲期土壤酸解铵态氮与番茄产量间显著负相关(P<0.05)。番茄产量W1N2(25kPa+N300kg/hm^2)、W2N1(35kPa+N75kg/hm^2)和W1N1(25kPa+75kg/hm^2)处理间差异不显著。【结论】灌水和施氮量及其交互效应对各土层土壤全氮、酸解总氮、酸解铵态氮和酸解氨基酸氮的影响均达到极显著水平(P<0.01),而对土壤有机碳的影响不显著(P>0.05)。相同施氮量下,0—30cm土层酸解铵态氮和0—20cm土层酸解氨基酸氮含量均在土壤水吸力维持在35~6kPa范围内达最高值,此土壤水分含量下的0—20cm土层酸解氨基酸氮含量在施N75kg/hm^2时达到最大值。从节水减氮和番茄产量的角度考虑,控制土壤水吸力不低于35kPa、每季随水施N75kg/hm^2为供试番茄生产条件下最佳的水、氮组合量。     

远志养分吸收规律及其与药效成分积累的关系

【目的】 远志 (Polygala tenuifolia Willd) 是多年生草本植物,以根入药,是我国重要的大宗药材之一。研究远志的营养元素吸收规律及其与药效成分积累的关系,为远志人工栽培中科学施肥及专用肥料的研制提供理论依据。 【方法】 以3年生远志为研究对象,2017年3月26日幼苗全部返青,从返青后40天 (5月4日) 开始,每隔20 天田间采集植株样一次,分别测定其根部和地上部干物质量,氮磷钾等8个营养元素含量以及根中3类药效成分 (总皂苷、总黄酮和总酚) 的含量。 【结果】 远志地上部干物质积累在整个生育期内呈先升高后下降的趋势,根部干物质积累呈直线上升趋势。返青后40～140 天地上部干物质积累量大于根,返青后 160～195天生长中心转移到根,根的干物质积累量大于地上部。远志植株对氮素的最大吸收时期在返青后100～140天,吸收量为18.77 g/m2,对磷、钾的最大吸收时期在返青后140 天,吸收量分别为3.07 g/m2和3.36 g/m2。远志根中总皂苷、总黄酮、总酚累积量的趋势基本一致,均为先升高后降低,累积量均在返青后180天达到最大值。总皂苷积累量出现两次峰值,分别在返青后140天 (6.28 g/m2) 和180天 (6.43 g/m2),总酚累积量也出现两次峰值,分别在返青后80天 (2.37 g/m2) 和180天 (4.31 g/m2),总黄酮积累量只有一次峰值,出现在返青后180天 (2.35 g/m2)。根药效成分经济产量在返青后180天达到最高。总黄酮含量与根中锌元素含量呈显著正相关 (P < 0.05);总酚含量与根中锌元素含量呈极显著正相关 ( P < 0.01)。 【结论】 返青后140～195天是远志根干物质积累最快的时期。远志氮营养最大效率期在返青后100～140天,磷、钾营养最大效率期在返青后140天。在远志专用肥料配制中应保证锌元素的供给,以满足远志生长发育的需求,从而有效提高药效成分的积累。远志根秋季采挖的最佳时间是返青后180天 (9月25日)。      

聚乙烯包膜肥料控释膜层结构特征研究

【目的】包膜肥料控释膜层结构和孔隙性质直接影响其养分释放速率。研究包膜肥料膜层结构特征,可以明确膜层结构参数与养分释放速率的关系,揭示包膜肥料控释机制,为建立养分释放数理模型提供理论依据。【方法】以聚乙烯包膜肥料控释膜层作为研究对象,量化研究了聚乙烯喷涂控释膜层的结构特征参数。利用扫描电镜,观测了在不同放大倍数下,采用喷涂工艺制备的聚乙烯包膜肥料膜层的外表层、横断面和内表层特征;以压汞仪测定了膜上孔隙的大小和分布;采用泡点法研究了大孔隙的最大孔径。【结果】不同放大倍数下的扫描电镜观测结果表明,喷涂法制备的包膜肥料控释膜层外表面整体上光滑、平整、均匀、疏松,但局部存在少量孔隙,孔径主要分布在1000～50 nm的范围内;在放大倍数很高的情况下,整体上膜层无细微孔隙结构。控释膜层厚度约为60～100 μm,断面形貌疏松无孔。膜层内表面粗糙,高低起伏不平、犬牙交错。膜壳材料堆密度为0.4～0.8 g/mL,低于聚乙烯密度,属于疏松结构。孔隙结构分析结果表明,聚乙烯控释膜层的中值孔径为4.5～5.3 nm,与对比的聚乙烯薄膜基本一致,说明两种膜分子链间的细微结构没有差异;但是聚乙烯控释膜层中存在占比18%的直径约为1000～50 nm的较大孔,孔径小于10 nm的间隙占82%,进一步说明占比少的大孔影响控释膜层释放性能。喷涂控释膜层总孔体积在0.4686～1.2260 mL/g,平均孔径在25.1～86.8 nm范围内,孔隙率为33.0%～50.6%,显著高于拉伸工艺制备的聚乙烯薄膜。释放期在1～6个月的包膜控释肥料,最大孔径在990～480 nm的范围,随包膜肥料释放期的增加,膜孔直径逐步减小,说明包膜控释肥料养分释放速率与其最大孔径存在内在联系。【结论】综合3种方法的测定结果,聚乙烯控释膜层可以看作是膜层均匀致密且局部有孔隙,膜壳直径3 mm,膜层厚度约为50 μm,最大孔径为1 μm,平均孔径为50 nm的密闭球形壳体。最大孔是水分和养分进出膜层的主要通道,决定了包膜肥料养分释放速率的快慢。     

林分密度对杉木人工林下物种多样性和土壤养分的影响

为研究不同林分密度对杉木人工林下物种多样性和土壤养分的影响,以38 a生5种密度杉木人工林为研究对象,调查林下植被,测定土壤理化性质及酶活性,对物种多样性指数和土壤指标进行单因素方差、相关性及主成分分析。结果显示:杉木人工林下物种种类多达121种,灌木层以杜茎山(Maesa japonica)为主,草本层以双盖蕨(Diplazium)、黑足鳞毛蕨(Dryopteris fuscipes)等蕨类为主。灌木层和草本层物种多样性各指数大多在初植密度为5 000 hm~(–2)时最高。不同土层间各种土壤养分变化趋势基本一致,不同密度间土壤养分变化趋势不同,更多的土壤养分在高密度或低密度林)分下达到最大。除了p H、有机碳以及纤维素酶外,其他土壤养分受林分密度变化响应均显著(P0.05)。0～20 cm土层的土壤养分与草本层物种多样性关系更为密切,而20～40 cm土层的土壤养分与灌木层物种多样性关系更为密切。p H、全氮、碱解氮、有效磷与灌草层多样性指数的相关性最为密切。主成分分析综合得分显示,初植密度为6 667 hm~(–2)时最高(1.17),第二为3 333 hm~(–2)(0.93),其次为5 000 hm~(–2)(0.28)、1 667 hm~(–2)(0.12)和10 000 hm~(–2)(–2.49),得分前两名显著大于其他得分。以上结果表明,初植密度在5 000 hm~(–2)更有利于林下物种多样性的稳定,但不利于土壤养分的累积;密度过低或过高皆不利于土壤理化性质和植物多样性的发展,特别是密度过高时,对林地伤害巨大;基于土壤理化性质和植物多样性的主成分分析结果出现"驼峰模式",杉木人工林初植密度6 667 hm~(–2)和3 333 hm~(–2)更适合土壤理化性质和植物多样性的发展。     

极端暴雨条件下黄土丘陵沟壑区土壤蓄水能力和入渗规律

黄土高原退耕还林还草工程实施后,下垫面环境条件的变化可能对流域水文过程、水文通量、水量平衡以及生态系统产生十分重要的影响。研究极端暴雨条件下剖面土壤蓄水能力和入渗规律,对于阐明流域产汇流过程和影响机制具有重要的科学价值。采用土壤墒情仪对陕北"7·26"特大暴雨事件下黄土丘陵沟壑区草地剖面土壤水分进行了实时动态监测,分析了极端暴雨条件下剖面土壤水分的动态变化和蓄水过程,利用Horton入渗模型模拟了剖面土壤水分湿润锋的运动过程,揭示了极端暴雨条件下剖面土壤水分的入渗规律。结果表明:(1)极端暴雨条件下,黄土丘陵沟壑区坡面草地不同深度层次土壤水分与降雨过程的响应不同,具有层次性和明显的滞后效应,其中,0～140 cm是影响该地区土壤水文过程的关键层次;(2)土壤水分再分配结束时,湿润锋最深深度达140 cm,土壤蓄水量达225.99 mm,较降雨前95.37 mm增加了1.37倍;(3)极端暴雨过程中湿润锋的运动随时间呈对数递减关系,其稳渗速率随容重增加而减小,呈指数函数递减;(4)极端降雨过程中该地区坡面草地的产流机制仍以超渗产流为主,对于揭示流域的产汇流机制和完善水文预报模型具有重要的科学意义。     

覆盖作物翻压对华北平原春玉米产量和土壤养分的影响

冬季覆盖作物-春玉米种植模式是减缓华北平原冬小麦减少导致的耕地裸露及其环境影响的新型农业生产方式,但其翻压后对华北平原下一季春玉米生长季作物产量和土壤养分及微生物学性质的影响研究鲜见。本研究以华北平原冬闲田-玉米(WFM)为对照,设置毛叶苕子-玉米(VrM)、二月兰-玉米(OvM)以及冬油菜-玉米(BcM)3个覆盖作物处理,通过盆栽试验研究了冬季种植覆盖作物翻压对玉米生长季土壤理化性质、微生物量和玉米生长特性的影响。结果表明:(1)翻压覆盖作物显著提高了玉米产量以及作物养分吸收量。与WFM处理相比,OvM处理秸秆产量和籽粒产量提高幅度最大,分别为33.3%和35.5%(P0.05);BcM处理地上部氮、磷、钾和地下部磷素吸收量显著提高(P0.05),分别为30.7%、74.7%、57.6%和171.4%。(2)翻压覆盖作物能显著提高0～10和10～20 cm土层有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮和全钾含量(P0.05)。此外,翻压覆盖作物能显著降低玉米幼苗期土壤NH_4~+-N和NO_3~--N含量(P0.05),范围为0.50～3.52和21.40～33.13mg·kg~(-1)。(3)在玉米的不同生育期,覆盖作物翻压处理的SMBC、SMBN和SMBP均显著高于冬闲处理(P0.05)。综合翻压覆盖作物对华北平原玉米产量及土壤理化性质和微生物量含量的影响,华北平原冬油菜-玉米和二月兰-玉米轮作模式效果较好。     

沼液淹没土壤抑制根结线虫及对土壤线虫群落的影响

为探索沼液抑制根结线虫的效果,本研究通过盆栽试验,以番茄为试供作物,对比了种植前沼液淹没土壤(BSS)、种植期间浇灌沼液(BS)和加热(HE)3种方法对根结线虫的防控效果。结果表明,与不采取任何措施的对照(CK)处理相比, BSS处理抑制根结线虫效果最为明显,防效高达97.1%,根结指数分别比HE和BS处理降低96.9%和92.9%。HE处理尽管在处理土壤后显著降低了根结线虫数量,但在最后破坏性取样时(结束试验)出现反弹,根结线虫数量甚至高于CK处理。对于土壤线虫群落,CK处理中以植食性线虫为主(81.8%);两个沼液处理中食细菌线虫占优势(平均78.3%),且其中的杂食捕食性线虫在土壤前处理后消失,在试验结束时又重新出现,但所占比例依然非常低。沼液淹水方式的高效防控效果揭示了利用沼液防控根结线虫的关键期在于线虫入侵到植物根部之前的幼虫期。然而,在盆栽系统中,沼液淹水的方式也对作物生长表现出了一定的抑制趋势。高量沼液施用防控病害的同时引发的植物毒害作用以及环境污染风险,需要进一步开展田间研究。     

含氨基酸水溶肥料和EM微生物菌剂对设施莴笋生长和品质的影响

以莴笋为供试材料,研究在莴笋叶面喷施、根部灌施EM微生物菌剂和含氨基酸水溶肥料对其植株生长、光合特性、产量和果实品质的影响。本试验设4个处理:不施用任何肥料(CK)、常规施肥处理(T1)、喷施+灌施EM微生物菌剂(T2)、喷施+灌施含氨基酸水溶肥料(T3)。试验结果表明:与对照CK相比,喷施+灌施EM微生物菌剂和喷施+灌施含氨基酸水溶肥料能显著提高莴笋的株高和茎粗,有效促进作物的生长;从光合特性看,T3处理的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均显著优于对照CK,和常规施肥T1相比也有明显提高,说明喷施+灌施含氨基酸水溶肥料能提高莴笋的光合作用。产量上,T3T2T1CK,T1、T2和T3的产量相较于CK的增长幅度分别为20.17%、26.05%、31.65%,T2和T3相较于T1的增长幅度分别达到4.90%和9.99%,T3相较于T2的增长幅度为4.44%,表明EM微生物菌剂和含氨基酸水溶肥料均能提高莴笋的产量,而含氨基酸水溶肥料的效果更佳。     

近549年来黄河天然径流量时间变化特征研究

天然径流量是流域气候及下垫面综合作用的结果，同时是流域水资源分配的重要依据。深入探究长时间序列年径流量时间变化特征对流域水资源调控以及水资源可持续利用意义重大。基于黄河1470—2018年长时间序列天然径流量数据，综合采用EMD经验模态分解法、滑动平均法以及距平累积法揭示黄河549年间天然径流量的年际变化与周期变化特征。结果表明，黄河年天然径流量变化过程具有显著的随机特征，随年份不同呈现波动性变化，5%及95%频率的年天然径流量分别为337.0亿m³和681.0亿m³。采用距平累积法可将黄河近549年天然径流序列以1825年为界分为2个时期；黄河年天然径流量以2.8年变化周期最为显著，其次为23.8年、47.3年、5.6年、11.3年周期规律，出现该周期性规律主要是由于太阳黑子活动、厄尔尼诺现象以及地极移动振幅变化因子的影响。     

硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对土壤酶活性及桃幼树生长的影响

为探究硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对桃树生长的效应,以盆栽一年生瑞蟠21号毛桃(Amygdalus persica Linn.)为试验材料,设置3种不同施肥方式(T1:硅钙钾镁;T2:硅钙钾镁+黄腐酸钾;CK:空白对照),在桃幼树生长季进行追肥处理,研究硅钙钾镁肥及硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对土壤酶活性、土壤养分状况及桃幼树根系构型和植株生长的影响。结果表明,与CK相比,T1、T2均显著提高了桃幼树生长季各时期土壤酸性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性,以及土壤中碱解氮、有效磷、速效钾和有效硅等含量,且配施黄腐酸钾后作用更明显。与CK相比,T1、T2细根比重分别提高了11.2%和26.2%,根系活力分别提高了12.2%和18.1%,根系总长度分别增加了28.1%和61.9%,且有效延缓了根系衰老;T1、T2植株总干重分别提高了1.2倍和2.0倍,根冠比分别提高了9.4%和17.0%,且差异显著。与CK相比,T1、T2各器官中全氮、全磷、全钾含量均显著增加,地上部硅含量分别提高了61.3%和91.9%,地下部硅含量分别提高了62.3%和102.5%,且差异显著。同时,T1、T2桃幼树叶片叶绿素含量和净光合速率均显著提高。综上所述,硅钙钾镁肥可有效提高土壤酶活,促进桃幼树细根的生长,延缓根系衰老进程,增加氮、磷、钾、硅等营养元素积累量,提高叶片光合速率,促进植株生长;硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾后,提高了土壤有效硅及植株硅含量,比单施硅钙钾镁肥效果更加显著。本研究结果为桃树合理施用硅钙钾镁肥提供了理论依据。