适雨灌溉下不同施肥模式对机插稻稻田水环境及产量的影响

【目的】探讨江汉平原地区适雨灌溉条件下不同施肥模式对机插稻稻田水环境及水稻生长的影响,为当地机插稻水肥管理措施的改善提供理论和数据支撑。【方法】采用田间小区试验,研究了适雨灌溉条件下,农民习惯施肥(FFP)、70%控释掺混肥+30%尿素(70%CRF+30%N)和有机无机复混肥(OIF)对稻田降雨利用率、田面水氮磷质量浓度的动态变化与径流流失量、干物质积累及水稻产量的影响。【结果】适雨灌溉下,返青期、分蘖期、拔节孕穗期和灌浆成熟期的降雨利用率分别为17.5%、100%、100%和84.2%;基肥和分蘖肥施用过后,FFP、70%CRF+30%N和OIF处理田面水TN、NH4+-N和TP质量浓度迅速提高,在第1天达到峰值,水稻移栽后30 d内70%CRF+30%N处理田面水TN、NH4+-N和TP的平均质量浓度较FFP处理分别降低40.4%、47.4%和0.5%;稻田氮磷径流流失量的90%左右在返青期,10%左右在灌浆成熟期,70%CRF+30%N处理TN、NH4+-N和TP径流损失量较FFP处理分别降低31.4%、30.9%、1.9%;70%CRF+30%N处理在返青期干物质积累量显著低于FFP和OIF处理,移栽-返青期阶段干物质积累量占总积累量比例表现为FFP处理>OIF处理>70%CRF+30%N处理,成熟期OIF处理干物质积累量显著高于70%CRF+30%N和FFP处理,实际产量表现为OIF处理>70%CRF+30%N处理>FFP处理。【结论】适雨灌溉条件下,70%CRF+30%N处理有助于减少稻田氮素流失,OIF处理有助于机插稻干物质积累与产量的增加。     

我国主要麦区农户施肥评价及减肥潜力分析

【目的】明确我国主要麦区农户小麦施肥存在的问题及减肥潜力,为科学施肥、合理减肥提供依据。【方法】连续3年对我国主要麦区的小麦种植户进行施肥调研和取样,基于农户产量、养分需求量和土壤养分供应水平对其施肥状况和减肥潜力进行评价和分析。【结果】我国主要麦区农户小麦产量和生物量平均为6.0和13.2 t·hm ^-2,二者极显著线性相关。小麦产量与施肥量和土壤养分无显著相关。我国小麦氮（N）、磷（P₂O₅）和钾（K₂O）肥用量平均分别为191.1、112.8和53.4 kg·hm ^-2,春麦区农户氮、磷和钾肥用量平均分别为171.7、108.9和10.6 kg·hm ^-2,旱作区分别为154.3、111.8和32.6 kg·hm ^-2,麦玉区分别为236.4、128.1和74.0 kg·hm ^-2,稻麦区分别为177.5、77.0和71.8 kg·hm ^-2。就施氮量而言,春麦区过量施氮的农户较少,为34%,其次是麦玉区、稻麦区和旱作区,分别为42%、55%和63%;产量较低的农户是氮肥减施的重点,减氮潜力最高达43.6%,平均需减氮2.3—135.5 kg·hm ^-2。过量施磷问题比较突出,各麦区施磷过量的农户分别占63%、87%、68%和57%,即使小麦高产时,仍有超过50%的农户施磷过量;各麦区不同产量等级的农户均需减施磷肥,减磷量平均为3.8—91.1 kg·hm ^-2,旱作区减磷潜力最大,达55.6%。施钾状况因麦区而异,在春麦区,主要问题是施钾不足,占84%,平均需增施钾肥22.8 kg·hm ^-2;旱作、麦玉和稻麦区,减钾潜力分别达43.2%、25.7%和56.0%;产量较低的农户是减钾的重点,平均需减钾31.7—45.9 kg·hm ^-2。【结论】我国农户施肥状况和减肥潜力因农户产量和麦区不同存在差异,中低产农户过量施肥问题较为严重,应注意根据产量适量减少施用氮、钾肥,所有农户均需警惕磷肥过量投入问题,其中旱作区氮、磷肥减施潜力最高,稻麦区减钾潜力最高。     

我国主要麦区主栽高产品种产量差异及其与 产量构成和氮磷钾吸收利用的关系

【目的】明确主栽高产品种产量差异与产量构成、氮磷钾吸收利用的关系,对于通过选育优良品种,进一步优化养分管理和栽培措施,缩小产量差,以指导我国主要麦区小麦的高产优质生产。【方法】于2016—2017年度在我国黄淮北片、黄淮南片和长江中下游3个主要冬麦区进行田间试验,种植各麦区主栽高产品种,研究高产小麦品种产量差异及其与干物质累积、产量构成和氮磷钾吸收利用之间的关系。【结果】黄淮北片、黄淮南片和长江中下游麦区籽粒产量均存在较大差异,分别介于7 751—8 702 kg·hm ^-2、7 302—8 413 kg·hm ^-2、5 554—到6 294 kg·hm ^-2。各麦区品种高产的原因不同,黄淮北片麦区,高产品种具有高的地上部生物量和收获指数,穗数也是高产的原因;黄淮南片麦区高的收获指数和穗粒数是高产的关键;长江中下游麦区高产的主要原因是高的收获指数和千粒重。黄淮北片麦区,高产品种有低的籽粒含氮量和需氮量以及高的氮生理效率;黄淮南片麦区,高产品种茎叶含磷量和需磷量较低,但磷生理效率和茎叶含钾量较高;长江中下游麦区,高产品种的籽粒含钾量低,籽粒含磷量和茎叶含磷钾量高,地上部氮磷吸收量高,磷生理效率低于而需磷量高于对照品种。【结论】总体来看,黄淮北片麦区鲁原118、黄淮南片濮麦168、长江中下游麦区华麦7号等具有较好的产量表现;在我国主要麦区,地上部生物量和收获指数仍是高产的关键,同时提高地上部养分吸收利用和养分收获指数,才能提高生理效率,降低养分需求量,实现小麦高产优质。     

滴灌下氮盐交互对加工番茄荧光特性及产量品质的影响

【目的】新疆有着全中国最大面积的盐碱地和加工番茄的种植基地。在新疆开展两年试验以研究加工番茄在氮盐交互下生长、生理、产量和品质的变化规律,获得适宜新疆盐碱地种植加工番茄的合理施氮量和土壤盐分范围,为新疆扩大加工番茄种植面积和合理施氮提供科学的理论依据及技术途径。【方法】试验于2017和2018年在石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验基地进行,以当地主栽品种3166为试验材料,2017年试验共设置4个土壤含盐量水平：1.5、4.0、7.0和10.0 g·kg ^-1及4个氮素水平：201、166、131和96 kg·hm ^-2,2018年在2017年的基础上去除10.0 g·kg ^-1的土壤含盐量,增加5.0 g·kg ^-1的土壤含盐量和不施氮量处理。试验测定和分析加工番茄的荧光叶绿素参数、产量和品质指标。【结果】在氮盐交互下,加工番茄荧光参数及产量等指标均呈现出复杂的变化规律。绝大多数的荧光参数及产量受土壤盐分的主导作用较氮素强,在同等氮素水平下,7.0 g·kg ^-1和10.0 g·kg ^-1的土壤盐分对加工番茄荧光指标抑制程度最大;低盐分水平下,166 kg·hm ^-2的中等偏高的施氮量对加工番茄的荧光指标促进作用最大,其次是施氮201 kg·hm ^-2的处理;在中等偏高的盐分水平下,96 kg·hm ^-2的低氮对加工番茄的最好,其次为不施氮水平。加工番茄的鲜果产量总体上符合“盐高产低”的规律,但低氮高盐处理的产量明显高于其他同盐度的氮素水平下的产量。可溶性固形物、VC、可溶性糖和可滴定酸均随着土壤含盐量的增大逐渐增大,糖酸比的最大值均出现在低盐处理,盐分对加工番茄品质的影响远高于氮素,二者交互对加工番茄的品质并无显著性影响。通过图形叠加分析方法,得出了加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间。【结论】在盐碱程度偏高的土壤可通过少施氮素来提高加工番茄产量;加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间为N：98.12—119.60 kg·hm ^-2,S：3.57—5.58 g·kg ^-1。     

秸秆还田配施氮肥对稻田土壤活性碳氮动态变化的影响

【目的】土壤微生物量碳氮和水溶性有机碳氮是土壤中最活跃的碳氮组分,是衡量土壤碳氮周转与养分有效性的重要指标。探讨秸秆配施氮肥、氮肥用量及基追比例对稻田土壤微生物量碳氮、水溶性有机碳氮、易氧化有机碳和速效氮的影响,明确秸秆还田条件下水稻生长季不同氮肥用量与基追比的土壤活性碳氮变化特征,为稻麦轮作区秸秆还田的氮肥管理提供理论依据。【方法】2012—2015年在湖北省荆门市田间试验中设置施氮量、秸秆配施氮肥和施氮时期3个大田试验。施氮量：不施氮（N0）,推荐施氮（165 kg·hm ^-2,N165）,习惯施氮（195 kg·hm ^-2,N195）;秸秆配施氮肥：秸秆移除（CK）,秸秆还田（移栽前将上季小麦秸秆全部还田,S）,秸秆还田+习惯施氮量（SN）,秸秆还田+推荐施氮量（SF）,秸秆还田+推荐施氮量+腐解菌剂（SM）;施氮时期：基施﹕拔节期﹕抽穗期氮肥施用比例为7﹕3﹕0（R1）,5﹕3﹕2（R2）,10﹕0﹕0（R3）。【结果】秸秆还田+习惯施氮量（SN）显著提高了水稻拔节期土壤微生物量碳（SMBC）含量,但是其成熟期水溶性有机碳含量（DOC）显著降低。秸秆还田+推荐施氮量（SF）显著提高了水稻拔节期土壤水溶性有机氮含量（DON）。腐解菌剂的施用显著降低了水稻成熟期DON含量,拔节期易氧化有机碳含量（ROC）也显著降低。秸秆还田下增加氮肥用量显著提高了水稻抽穗期和灌浆期土壤速效氮含量（AN）;推荐施氮处理（165 kg N·hm ^-2）的DON和AN含量显著升高;农民习惯施氮处理（195 kg N·hm ^-2）降低了DON和AN含量;增加追施氮肥比例对土壤SMBC和DOC含量无明显影响,但提高了水稻拔节期SMBN和ROC含量。【结论】施氮量及其基追比是影响秸秆还田下稻田土壤活性碳氮含量的主要因素,合理配施氮肥能提高土壤微生物量碳、速效氮及水溶性有机氮等活性碳氮组分含量,增加追肥比例也能提高水稻生育期内土壤活性碳氮含量。     

豆-禾混播草地中紫花苜蓿比例对其固氮效率的影响及潜在生理机制

【目的】 通过研究豆草比例对紫花苜蓿-羊草混播草地豆科植物生物固氮的影响及其生理生态机制,深化对混播群落结构和生物固氮功能关系的理解,辅助豆-禾混播草地的科学建植和管理,提高混播草地生物固氮和土壤肥力,提升草地资源生产和生态保障能力。【方法】 2017年5月,利用紫花苜蓿和羊草为试验材料,采取随机区组设计,于中国科学院长岭草地农牧生态研究站内建植不同豆草比例（紫花苜蓿占比为25%、50%、75%、100%）的紫花苜蓿-羊草混播草地,4次重复。建植一年后,通过样方取样法调查混播草地群落结构变化,测定紫花苜蓿叶片、枝条和根系生长发育、光合和水分等生理代谢特征,在测定根系结瘤特征基础上,采取¹⁵N同位素自然丰度法评估紫花苜蓿固氮效率,结合土壤水分动态监测,分析豆草比例对紫花苜蓿生物固氮的影响及其生理生态机制。【结果】 （1）混播草地建植一年后,对应25%、50%、75% 和100%设计的豆草混播比例,混播草地实际紫花苜蓿占比分别为11%、27%、53%和100%。（2）对比25%、75%和100%的初始豆草种植比例,50%的初始豆草比例下,生长季平均土壤水分含量分别增加了21.4%、36.4%和51.7%。（3）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿植株有更大的枝条和根系生物量、叶片数量、叶片面积、叶片厚度和叶片生物量,上述指标最小值出现在100%的豆草播种比例。（4）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿具有最大的光合速率,枝条和根系中淀粉含量最高,但枝条和根系中可溶性糖含量最低。（5）50%的初始豆草混播比例下,紫花苜蓿根瘤发育更完善,其生物固氮率较25%、75%和100%的豆草混播比例分别提高了13.5%、44.6%和79.2%。回归分析表明,随豆草比例变化,紫花苜蓿生物固氮效率与土壤含水量呈正相关。【结论】 紫花苜蓿-羊草混播草地中,紫花苜蓿生物固氮能力与豆草比例间存在非直线型变化关系。当初始豆草种植比例为50%时,紫花苜蓿生物固氮率最大。豆草比例驱动土壤水分变化,进而通过调控叶片发育和光合等途径改变了紫花苜蓿植株和根瘤发育,是其影响生物固氮的潜在机制。     

基于分子生态学网络分析松嫩退化草地土壤微生物群落对施氮的响应

【目的】 氮素输入影响着全球草地生态系统的可持续性,关注施氮对土壤微生物群落的影响及其分子生态网络,为草地退化修复提供理论依据。【方法】 以松嫩退化羊草草地为研究对象,通过施氮和未施氮处理,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨氮素管理对退化羊草草地土壤微生物群落结构及网络的影响,氮添加条件下微生物网络结构中的关键微生物变化规律,以及该过程中微生物之间的互作关系,解析外源氮素添加条件下土壤细菌动态变化的关键结点和规律。【结果】 在门分类水平上施氮处理草地有细菌门22个,未施氮处理23个。7个菌门是施氮和未施氮处理草地的优势菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）是含有OTU数量最多的门类,约占总序列的30.46%,酸杆菌门（Acidobacteria）是含有OTU数量次之的门类,约占总序列的30.15%,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）是含有OTU数量第3的门类,约占总序列的8.14%,放线菌（Actinomycete）约占总序列的6.15%,绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）三者约占总序列的17.16%。施氮处理草地土壤微生物中的变形菌门、放线菌门、拟杆菌门的相对丰度均显著高于未施氮处理草地土壤（P<0.01）;未施氮草地土壤中绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门相对丰度显著高于施氮草地土壤（P<0.01）,其他各门细菌施氮与未施氮处理间未呈现出显著差异。表征网络的正向连接比、平均路径长度、平均聚类系数和模块性均为施氮处理显著低于未施氮处理（P<0.001）。在土壤的分子生态网络中,未施氮处理有16个模块枢纽（Zi>2.5,Pi≤0.62）,施氮处理有6个模块枢纽,均属于酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门。施氮导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤整体生态网络。【结论】 施氮降低了退化草地土壤网络结构的复杂程度和紧密性;降低了退化草地土壤中的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤中微生物关键物种（OTU）由16个（未施氮）减少为6个,且二者土壤中均没有重叠OTU,这表明施氮调控微生物群落网络的关键物种,进而改变其分子生态网络结构。     

耐低氮糜子品种的筛选及农艺性状的综合评价

【目的】探明耐低氮糜子品种的评价方法,筛选耐低氮糜子基因型材料及鉴定指标,为耐低氮品种的选育和耐低氮生理机制的研究提供理论依据。【方法】采用大田试验,以来自国内外100份糜子品种为材料,在低氮胁迫（0纯氮）和正常施氮（150 kg·hm^-2纯氮）处理下,连续2年进行株高、茎粗、主茎节数、穗长、草重、单株穗重、单株粒重、千粒重、叶面积9个主要农艺性状和氮含量、氮素吸收共11个指标的测定,采用隶属函数法计算各指标耐低氮胁迫指数,通过主成分分析、回归分析与聚类分析评价各糜子品种的综合耐低氮能力。【结果】供试品种在不同氮水平条件下的株高、茎粗、主茎节数、穗长、草重、单株穗重、单株粒重、千粒重、叶面积、氮含量、氮素吸收均存在显著差异;低氮胁迫下,糜子的生长、生物量积累和氮素吸收受到抑制,各性状指标明显下降,变化范围幅度降低,各农艺指标降低幅度排序依次为叶面积>草重>单株粒重>单株穗重>茎粗>主茎节数>穗长>千粒重>株高,不同糜子品种籽粒的氮含量和氮素吸收均降低,降低幅度为氮素吸收>氮含量;低氮胁迫下,不同糜子品种的株高、茎粗、主茎节数、穗长、草重、单株穗重、单株粒重的变异系数大于正常施氮水平各指标的变异系数;不同氮水平下,不同糜子籽粒氮素吸收的变异系数高于氮含量的变异系数,且低氮胁迫的氮素吸收的变异系数高于正常施氮处理。对11个指标的耐低氮胁迫指数进行主成分分析,选择了5个主成分,累积方差贡献率达75.83%;株高、穗长、草重、单株穗重、单株粒重、单株叶面积、氮吸收量的耐低氮胁迫指数与耐低氮综合评价值（D）的相关性均达极显著水平,其中,单株穗重、单株粒重、氮吸收量的相关性较高,其相关系数分别为0.858、0.812和0.812;根据耐低氮综合评价D值,通过聚类分析将100份糜子品种划分为耐低氮型、中间型和不耐低氮型3种类型。【结论】单株穗重、草重、氮吸收量等指标作为糜子耐低氮能力评价的首选指标;榆糜3号、2058、榆黍1号、雁黍7号4个品种耐低氮能力最强。     

长江中下游冬油菜产区有机无机肥配施下减氮增效潜力分析

【目的】评估长江中下游冬油菜主产区化肥减施增效的潜力与区域适宜性,为该区域油菜产业减肥增效提供科学依据。【方法】于2018年在江苏（高淳）、湖南（安仁）、湖北（沙洋）、安徽（休宁和当涂）四省（共5个地点）布置以有机肥（M）用量（0、2 250 kg·hm^-2）和施氮（N）水平（0、90、135、180、225、270 kg·hm^-2）为控制因素的冬油菜田间试验,分析有机无机肥配施对油菜产量、化学氮肥利用率和经济效益的影响,并评估不同区域冬油菜最佳产量和施肥效益下适宜的有机无机配施技术模式及其减肥潜力。【结果】相比于单施化肥,增施有机肥显著提升油菜产量,增产幅度达7.7%—43.3%。以最高产量为目标,各试验点在增施有机肥的基础上推荐化肥氮施用量分别为：高淳195 kg·hm^-2,安仁199 kg·hm^-2,沙洋195 kg·hm^-2,休宁179 kg·hm^-2,当涂185 kg·hm^-2。通过模型拟合发现各试验点达到单施化肥最高产量时,有机肥施用可替代26.7%—45.9%的化肥氮投入,且随着土壤基础肥力提高,化肥氮减施潜力增加。不同有机肥用量下,油菜化学氮肥利用率均随施氮量的增加呈下降趋势,但有机无机配施能够有效提高各氮肥梯度下油菜的化学氮肥偏生产力和农学效率,各试验点化学氮肥偏生产力增幅为24.4%—53.0%,化学氮肥农学利用效率增幅为26.3%—89.9%。与不施氮处理（N₀）相比,安仁、休宁和当涂试验点在施用180 kg N·hm^-2并配施有机肥处理下增收效益最大,依次为8 915、10 358和6 569元/hm²;而高淳和沙洋试验点在单施化肥（225 kg N·hm^-2）处理下增收效益最大,分别为11 252、8 500元/hm²。【结论】长江中下游部分冬油菜产区采用有机无机肥配施技术可实现减化肥氮26.7%—45.9%的同时提高籽粒产量、化学氮肥利用率及氮肥或有机肥增收效益,实现减氮增效。     

喀斯特地区泡核桃林土壤酶、微生物量及无机氮的动态研究

【目的】泡核桃林的土壤质地是决定核桃产量的重要因素。开展喀斯特地区泡核桃林土壤肥力状况及微生物群体功能年际变化的研究,不仅有助于指导泡核桃科学高效地生产,而且能为该地区的石漠化治理、土地修复实践提供理论基础。【方法】对喀斯特地区不同种植年限（4、5、6、7 年）泡核桃林土壤酶活性、微生物生物量（碳、氮）及无机氮（硝态氮、铵态氮）的变化及其相关性进行测定和分析。【结果】（1）泡核桃种植 5、6 年后,土壤酶活性普遍高于种植 4、7 年。（2）随着种植年限的增加,微生物量碳呈先增后降的趋势,而微生物量氮逐渐增加,且种植 5、6、7 年后差异不显著;泡核桃种植 4 年后的微生物量碳氮含量均极显著低于其他年限。（3）随着种植年限的增加,铵态氮含量呈波动式变化,硝态氮先增后减,且种植 6 年后的硝态氮含量极显著高于其他年限处理。（4）酶活性、微生物量和无机氮含量均随着土层深度（0~10、10~20、20~30 cm）的增加而降低,显示出明显的“表聚现象”。（5）酶活性、微生物量和无机氮含量三者之间具有不同程度的相关性。【结论】总体来看,泡核桃林的建立有利于喀斯特地区的土壤发育。在泡核桃种植 7 年后,应注重水肥管理以提升泡核桃果实的质量,同时为该区的生态恢复提供基础条件。