水旱轮作下根区与非根区黄褐土钾素动态研究

采用分室根箱试验,研究了油菜–水稻轮作条件下黄褐土根区与非根区土壤钾素动态变化特征,以期为土壤供钾机制研究及合理的根际养分调控提供依据。结果表明,轮作前季（油菜季）前期,根区土壤水溶性钾和交换性钾首先出现相对亏缺;随着油菜生长和吸钾强度的增大,根区非交换性钾含量也显著降低,非根区内、中、外区土壤水溶性钾向根区迁移,交换钾和非交换钾向水溶钾转化,含量均逐渐降低,且距根区越近,降低幅度越大。轮作后季（水稻季）前期,淹水促进了水溶性钾向根区的扩散,非根区外区水溶钾和交换性钾含量明显降低;随着水稻生长和吸钾强度增大,根区与非根区土壤水溶钾和交换性钾含量降低至一定程度时就不再减少,而非交换性钾显著降低。说明作物吸收的钾主要来自于根区,并由非根区钾逐渐向根区迁移,距根区越近,对作物吸钾量的贡献越大。在一个轮作期内,非交换性钾是黄褐土主要供钾形态,其次是交换性钾和水溶性钾。     

水稻季施肥对后季绿肥物质养分积累的影响

田间试验条件下,研究水稻季不同氮、磷、钾肥用量对后季绿肥物质养分积累的影响,为水稻-紫云英轮作条件下适宜化肥用量的确定提供依据。结果表明,水稻季施氮、磷、钾肥处理的绿肥鲜草产量分别较不施氮、磷、钾肥处理增加27.9% ~ 40.9%、12.6% ~ 37.2%、21.4% ~ 46.2%。水稻季不同氮肥处理比较,施氮处理的氮积累量较不施氮处理增加48.8% ~ 62.3%,氮肥（N）用量为142.4 kg/hm2时,绿肥碳、氮、钾积累量最高,氮肥用量为71.2 kg/hm2时,绿肥磷积累量最高。水稻季不同磷肥处理比较,施磷处理的绿肥磷积累量较不施磷处理增加33.0% ~ 78.3%,磷肥（P）用量为49.1 kg/hm2时绿肥的碳、氮、磷、钾积累量均最高。水稻季施钾处理的绿肥钾积累量较不施钾处理增加22.2% ~ 44.8%,水稻季钾肥（K）用量为67.5 kg/hm2和101.2 kg/hm2时,绿肥的碳、氮、磷、钾积累量较高,且两处理间相差较小。本试验条件下,水稻季氮、磷、钾用量分别为142.4、49.1、67.5（或101.2）kg/hm2时,绿肥的产量及碳、氮、磷、钾积累量最高,分别为15 833 kg/hm2和929.2、44.6、5.8、45.9 kg/hm2。     

氮钾配施对冬油菜角果皮光合作用及光合器官氮分配的影响

  【目的】  角果皮作为典型的非叶器官,其光合作用不仅是油菜(Brassica napus L.)光合作用的重要补充,更是生育后期产量建成的重要碳源。我们研究了氮、钾营养及氮钾配施对冬油菜角果形态、角果皮光合特性、光合器官氮分配的影响及光合氮利用效率(PNUE)差异机制。  【方法】  采用双因素田间试验,设4个施氮量(N 0、90、180、270 kg/hm2,分别以 N₀、N₉₀、N₁₈₀、N₂₇₀表示),两个钾用量(K₂O 0、120 kg/hm2,分别以K₀、K₁₂₀表示),试验共计8个处理:N₀K₀、N₀K₁₂₀、N₉₀K₀、N₉₀K₁₂₀、N₁₈₀K₀、N₁₈₀K₁₂₀、N₂₇₀K₀、N₂₇₀K₁₂₀,每个处理3次重复。在角果期测定角果形态参数、净光合速率(A_n)、角果皮氮钾养分含量、光合氮利用效率（PNUE）以及最大羧化速率(V_cmax)等相关光合、生理参数,并计算角果皮氮素在光合器官(羧化系统、电子传递系统和捕光系统)的分配比例。  【结果】  与N₀K₀处理相比,氮钾配施处理单株角果数增加了1.7～3.0倍,角果长和角果面积分别提高了12.1%～30.2%和9.9%～43.8%。在不同氮肥施用量下,施钾后角果皮氮含量平均降低了19.5%;在不同施钾量下,氮肥施用后角果皮钾含量平均降低了20.9%。氮钾配施处理角果皮气孔导度(g_s)、叶肉导度(g_m)、V_cmax及A_n较N₀K₀处理平均提高了11.1%、158.8%、88.2%和115.0%。与N₀处理相比,施氮后角果皮光合系统氮库平均增加了51.1%,但羧化系统(N_cb)和电子传递系统(N_et)中氮分配比例分别下降了8.4和2.5个百分点,PNUE降低了21.1%;相反,施钾后角果皮光合氮库和分配比例分别较K₀处理提高了28.7%和15.6个百分点,其中N_cb和N_et氮库分别提高了35.9%和31.4%,PNUE增幅高达65.7%。与N₀K₀处理相比,尽管氮钾配施对角果皮光合系统氮分配比例的提升作用较小,但光合系统氮库容量增加了90.7%,远高于单施氮肥或钾肥对角果皮光合氮库的提升幅度。PNUE与角果皮钾含量和光合系统中各组分氮分配比例呈极显著正相关关系,而与角果皮氮含量及氮钾比呈显著负相关。  【结论】  氮钾配施一方面提高了角果皮光合面积、协调氮钾营养平衡、降低CO₂传输阻力,另一方面增加了角果皮光合氮库、改善了光合系统中氮分配比例,从而提高了角果光合能力、优化了PNUE。因此,在实际生产中氮钾肥要合理配施,最大化个体光合潜能,进而提高群体生产力达到增产增效的目的。     

越冬期干旱胁迫对油菜施肥效果的影响

利用田间试验研究了越冬期自然干旱胁迫和适时灌溉条件下,油菜施用氮、磷、钾和硼肥的效果。结果表明,干旱胁迫条件下,油菜的生长发育受到明显抑制,子粒产量比适时灌溉条件显著降低;而且不同施肥处理间的减幅差异较大,其顺序为:不施硼处理(-B)不施钾处理(-K)不施氮处理(-N)≈不施磷处理(-P)NPKB配施处理,表明平衡施肥能够有效提高油菜的抗旱性。试验结果还显示,无论是在干旱胁迫还是适时灌溉条件下,施用肥料均显著促进了油菜的生长发育,表现为增施氮肥效果最好,而磷、钾和硼肥在干旱条件下相对增产效果明显高于灌溉条件;同时施肥与灌溉之间存在着一定的正交互作用。因此,在干旱而缺乏灌溉的情况下,油菜的高产更加依赖于肥料的施用。     

不同施氮处理对水稻产量、氮素吸收及利用率的影响

大田试验条件下研究了不同施肥处理对水稻产量、氮素吸收及利用率的影响,以期为肥料的合理施用提供依据。结果表明,与不施肥处理(CK)相比,各施肥处理均显著提高了稻谷产量,增产率为28.5%~40.0%;不同施肥处理间却无显著差异。施肥处理水稻产量的提高主要归因于有效穗和每穗粒数的增加,增幅分别为5.5%~26.1%,25.2%~57.0%。养分吸收结果表明,施氮处理显著提高了水稻的氮素吸收量,且主要分配于稻谷,所占比例为71.3%~79.0%。与习惯施肥处理(T1)相比,优化施肥(T2)、控释尿素(T3)、控释尿素与普通尿素配施(T4)处理在减少氮肥用量21.6%的条件下,稻谷产量没有降低,而氮肥农学利用率、氮肥偏生产力以及氮肥生理利用率和氮收获指数都有所增加,分别提高3.2~6.9 kg/kg、11.7~15.4 kg/kg、7.0~30.6 kg/kg、0.04~0.08,且均表现为控释尿素处理(T3)处理最高。可见,采用合理的肥料及科学的施用方法均可显著提高养分的利用效率。     

添加尿素和秸秆对三熟制水旱轮作土壤各形态氮素的影响

添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的转化具有十分重要的影响。选取长期耕作土壤,设置对照、添加尿素N 150 kg/hm~2(U150)、添加秸秆(相当于添加N 38 kg/hm~2,Straw)、添加尿素N 150 kg/hm~2+秸秆(相当于添加N188 kg/hm~2,U150+Straw)和添加尿素N 188 kg/hm~2(U188)5个处理进行室内培养试验,研究了添加不同外源氮对土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮含量的影响。结果表明,土壤铵态氮随着培养时间的延长表现为先增后减的趋势,添加尿素的两个处理其土壤铵态氮较Straw、U150+Straw处理能够更快地达到峰值;而土壤硝态氮则表现为逐步增加的趋势。添加尿素处理能够显著提高土壤矿质氮的含量,在添加等量氮素的条件下,U188处理矿质氮含量在培养期间始终高于U150+Straw处理;此外,U150+Straw处理矿质氮含量在培养前期均低于U150处理,至培养30天后其含量略高于U150处理。与对照相比,培养结束时添加不同外源氮素处理的土壤矿质氮含量能够提高169.61%~496.75%。对于微生物生物量氮和可溶性有机氮而言,添加不同外源氮素分别在培养10天和30天达到峰值,此后逐渐降低。不同处理而言,添加秸秆+尿素、添加秸秆处理的微生物生物量氮和可溶性有机氮含量在培养前期明显高于仅添加尿素的两个处理,说明添加有机物料氮源主要有益于提高土壤有机态的氮素含量。     

基于高光谱的冬油菜植株氮素积累量监测模型

为无损和定量研究高光谱技术在冬油菜植株氮素积累量(PNA,plant nitrogen accumulation)时空变化监测的适宜性及准确性,该文以两年田间氮肥水平试验为基础,采用单变量线性和非线性回归方法,建立基于特征光谱参数的冬油菜P NA高光谱估算模型。结果表明,采用比值光谱的方法可显著提高冬油菜冠层光谱反射率与PNA间的相关性,其最佳的波段组合为1 259 nm与492 nm处光谱反射率比值(R1259/R492),决定系数R2为0.85。高光谱参数间,以比值植被指数(RVI-5)、归一化光谱指数(NDSI)、线性内插法红边位置(REIP)、三角植被指数(TVI)、742 nm处一阶微分光谱值(FD742)和红边面积(SDR)等光谱参数与PNA相关性较好(平均R2和标准误SE分别为0.69和42.70),且以FD742表现最优(R2=0.79,SE=35.66)。精度分析结果显示,以光谱参数R1259/R492和FD742为自变量的指数方程模型作为高光谱监测油菜PNA的最佳模型,各生育期Noise Equivalent(NE)均较低且表现稳定,同时模型估测精度较高,R2分别为0.98和0.98,相对均方根误差RRMSE分别为0.73和0.72,相对误差MRE分别为14.42%和10.31%。该方法为快捷和精确评估冬油菜PNA提供了新的研究思路。     

低分子量有机酸对红壤和黄褐土钾素转化的影响

低分子量有机酸在土壤中广泛存在,主要来源于植物和微生物的分泌,通过改变根际的pH值和氧化还原状况,或通过螯合和还原作用等直接或间接地促进植物对P、Fe、Mn、Cu等养分的吸收、促进矿物的溶解、降低Zn、Al等金属对植物的毒害、吸收,缓解植物缺氧症状等。有关低分子量有机酸     

小分子有机酸和阳离子对含钾矿物钾素释放的影响

采用振荡提取的方法,研究不同浓度的小分子有机酸和阳离子对含钾矿物(黑云母、白云母和正长石)中钾素释放的影响。结果表明:不同小分子有机酸和阳离子均可显著提高黑云母、白云母、正长石中钾素的释放量。与对照处理(去离子水)相比,草酸、柠檬酸、酒石酸和NH4Ac溶液、CaCl2溶液、NaCl溶液、HCl溶液从黑云母中提取的K+量分别增加188.2%、151.6%、149.6%和24.6%、32.6%、3.5%、169.8%;不同溶液从白云母中提取的K+量与对照相比,分别增加211.0%、202.8%、199.4%和81.6%、38.3%、21.7%、169.1%;不同溶液从正长石中提取的K+量与对照相比,分别增加219.0%、206.6%、216.0%和144.1%、27.5%、60.4%、210.9%。同种浸提剂,不同矿物的释钾素量显著不同,表现为白云母>黑云母>正长石,含钾矿物释钾素量随着溶液浓度升高而增加。     

除草与磷肥用量对油菜和杂草生长及磷肥利用率的影响

油菜产量潜力受草害、肥料等影响,优化杂草管理和磷肥用量在直播油菜种植中发挥着关键作用。在湖北省武汉市开展田间试验,设置2种杂草管理措施(不除草、除草)和4个施磷水平(P2O5 0、45、90、135 kg·hm-2,分别用P0、P45、P90、P135表示),测定油菜籽产量、产量构成因子、油菜和杂草的生物量及磷积累量,并分析磷肥利用率。结果表明,不论除草与否,P90处理油菜籽产量最高,且与不除草相比,除草后P90油菜籽产量提高了66.3%,施磷和除草均主要通过增加收获密度和单株角果数来促进增产。不论除草与否,在施磷90 kg·hm-2范围内,油菜和杂草的生物量及磷积累量均随施磷量的增加显著增加,除草后更有利于提高油菜相对于杂草的生物量和磷素竞争力;与不除草相比,除草后3个时期的杂草生物量在总生物量中的占比分别平均降低了58.8%、67.1% 和60.4%;此外,不除草时杂草磷积累量占总磷积累量的42.0%～62.0%,而除草后这种比值随着生育期进程的推进不断缩小。除草和施磷对油菜磷肥利用率存在显著的交互效应,与不除草相比,除草后油菜的磷肥利用率平均增加了18.2%。在油菜-杂草农田体系中,直播油菜田中杂草养分吸收的情况需要引起重视,除草和施磷可以显著提高油菜的生物量和磷积累量,增加油菜在总体系中的磷肥利用率占比,从空间和养分上削弱杂草的竞争优势,有效地提高油菜产量和磷肥利用率。