苗期耐低氮基因型苦荞的筛选及其评价指标

土壤缺氮是造成我国黄土高原冷凉地区农业低产的主要原因。为了筛选耐低氮苦荞基因型及适宜鉴定指标,采用苗期水培方式,测定9个不同基因型苦荞在不同氮水平下的农艺性状、生理特性及植株氮素利用等指标,采用隶属函数法计算各指标耐低氮指数,通过主成分分析与聚类分析评价各基因型苦荞综合耐低氮能力。结果表明,低氮胁迫下,苦荞地上部生长受抑制程度大于根系,株高、茎粗、叶面积、地上部干重、根系体积、根系表面积及根系平均直径均呈下降趋势,主根长和根冠比呈上升趋势;根系活力、根系硝酸还原酶(NR)活性及可溶性蛋白含量有所下降,而根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)、可溶性糖及游离脯氨酸含量有所升高;叶片叶绿素含量、Fm和Fv/Fm降低,而Fo升高;植株全氮含量及氮积累量降低,而由于植株氮积累量降幅明显大于生物量降幅,导致氮利用效率显著升高。将25个单项指标转化为4个相互独立的综合指标(累计贡献率达87.44%),并将9个苦荞基因型划分为耐低氮型、中间型和不耐低氮型。为了预测苦荞基因型的耐低氮能力,将D值作因变量,各指标耐低氮指数作自变量进行逐步回归分析,建立最优回归方程,筛选出株高、茎粗、叶面积、根冠比、叶绿素含量、Fm、根系超氧化物歧化酶(SOD)活性及氮利用效率8项对苦荞耐低氮能力有显著影响的指标,并且9个苦荞基因型的苗期耐低氮能力预测值Y与D值显著相关(R2=0.998,P0.01),表明这8个指标可用于耐低氮苦荞基因型的快速鉴定。     

不同包膜肥用量对油菜碳氮代谢产物和产量的影响

为研究包膜肥在直播早熟油菜上的应用效果,采用田间小区试验,探究不同用量包膜肥对‘湘杂油1613’碳氮代谢和籽粒产量的影响。结果表明,施肥量相同条件下,施用包膜肥油菜碳氮代谢活跃,叶绿素含量(SPAD)升高,可溶性糖和游离氨基酸总量增加,含量差异不明显;单株有效分枝数和角果数明显增加,每角果粒数和千粒重小幅提高。施用包膜肥增产效果明显,包膜肥施肥量为1500 kg/hm~2时产量最高,达到2066.9 kg/hm~2。通过拟合建模,包膜肥用量为1611.0 kg/hm~2时,产量达到最高为2164.9 kg/hm~2;而普通肥的用量为1870.5 kg/hm~2时,最高产量为1904.8 kg/hm~2,包膜肥产量增加13.6%,同时用量减少13.9%。     

不同基追肥比例对湖南省双季稻产量及干物质积累的影响

为探究不同基追肥比例对湖南省双季稻产量及干物质积累的影响,以‘湘早籼32号’和‘中嘉早17’为早稻供试品种,‘湘晚籼12号’和‘五优308’为晚稻供试品种,设置6种不同施肥比例(T1~T6)与1个不施肥处理(T7)。研究结果表明:施肥能有效提高水稻产量,比不施肥增产16.07%~91.33%。早稻‘中嘉早17’以基追肥比例8:2:0:0产量最高,为7497.00 kg/hm~2,晚稻‘五优308’以基追肥比例6:2:2:0产量最高,为9387.90 kg/hm~2;早晚稻的干物质积累量均以基追肥比例4:3:3:0较高,是一种有利于干物质积累的施肥方式,前轻后重的施肥方式茎秆重、叶片重、穗重显著低于其他处理,基追肥比例0:5:3:2的根系重与茎秆重分别比其他施肥处理少9.72%~63.84%和6.42%~27.82%,表明肥料后移会减少水稻干物质的积累。因此,在湖南地区重施基蘖肥可促进早稻分蘖的发生,晚稻在重施基蘖肥的基础上适当配施穗肥可增加单位面积颖花数、提高结实率,以此获得双季稻的高产。     

钾肥减量分期施用对莴笋产量和品质的效应研究

通过大田试验研究了紫色菜园土壤钾肥减量分期施用对莴笋产量和品质的影响。结果表明：两个试验点钾肥减量10%~30%分期施用对莴笋产量有提高作用,各处理以K2（钾肥减量10%分期等量追施）效应最好,增产最大（4.2%和4.5%）、施肥利润最高（84923元/hm²和72075元/hm²）。两个试验点莴笋叶维生素C含量均呈下降趋势,K2处理较常规施肥(CK)处理均显著降低莴笋叶维生素C含量（8.0%和8.7%）;而莴笋茎维生素C含量变化规律不一致。钾肥减量分期施用降低两个试验点莴笋叶和茎硝酸盐含量,以K4处理（钾肥减量30%分期等量追施）降低作用最大;从莴笋叶和茎糖组分的均衡性看,以K3处理最好。钾肥减量分期施用对两个试验点莴笋叶必需氨基酸含量有显著增加作用,改善叶氨基酸品质性状,但降低莴笋茎必需氨基酸含量和品质性状;莴笋氨基酸品质性状以K4处理为最优,其次是K2处理。综合考虑莴笋产量和品质,紫色菜园土壤以K2处理（钾肥减量10%分期等量追施）最优。     

减氮配施生物菌剂对土壤肥力及烟叶产质量影响

为探讨生物菌剂在烤烟上的施用效果,研究了减氮配施生物菌剂对土壤肥力及烟叶产质量影响。结果表明:与常规施肥相比,减氮并配施生物菌剂处理能明显提高烟株各生育时期土壤中有机质、速效磷和速效钾含量,明显增加根际和非根际细菌和放线菌数量,烟叶产量提高172~586 kg/hm~2,产值提高8927~21357元/hm~2。烤后烟叶化学成分分析表明,与常规施肥相比,减氮并配施生物菌剂处理降低了中、上部叶总糖和还原糖含量,除处理T5(众邦)外,中部叶和上部叶烟碱含量均有明显下降,下部叶、中部叶和上部叶烟叶钾含量提高幅度为分别为0.12~0.53、0.03~0.41和0.14~0.65个百分点。不同生物菌剂间相比,以处理T4(人元)和处理T2(时科)在经济性状和烟叶化学成分协调性上表现较好。     

基于Fuzzy-Smith控制器的营养液pH值调控系统研究

pH值的控制是水肥一体化营养液循环控制系统的重要环节,水肥控制过程中pH值在最优控制范围内有利于根系的发育以及多数矿物质的吸收。营养液调控过程中,由于循环管路以及酸液的缓慢扩散,使得pH值调节过程存在很大的时滞,传统PID难以取得良好效果。本研究根据被控对象特点,建立了描述该过程的数学模型,设计开发了一套具有二次混肥特性的以MSP430单片机为主控的营养液pH值控制系统。由于参数自整定模糊PID不需要精确数学模型以及Smith预估可对纯滞后进行补偿的特点,开发的系统将参数自整定模糊PID控制引入Smith预估当中,既缓解了滞后时间对控制系统的影响,又对模型的不精确性进行了补偿。为了验证该算法以及系统的有效性和优越性,分别对PID、Fuzzy-Smith控制算法进行仿真测试,同时在不同灌溉量下进行性能试验。试验结果表明,在不同灌溉量下Fuzzy-Smith控制算法pH值的平均最大超调量为0.83%,营养液pH值从8.0调节为6.0的平均时间为157s,优于常规PID控制的2.55%和189s。     

米槠人工林土壤微生物群落组成对凋落物输入的响应

全球气候变化显著影响森林凋落物数量,进而会对土壤微生物群落造成影响。本研究以亚热带米槠人工林为研究对象,探究不同凋落物量输入处理(凋落物去除、凋落物加倍、对照)下,森林土壤微生物群落组成的变化。结果表明:与去除凋落物相比,凋落物加倍后0~10 cm土壤铵态氮(NH4^+-N)、硝态氮(NO3^--N)、全氮(TN)、有效磷(AP)含量分别显著增加了30.30%、49.66%、12.77%和13.90%。与对照相比,凋落物加倍与去除处理土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)含量分别显著增加和下降(P<0.05),但凋落物加倍与去除处理间无显著差异。凋落物加倍处理下土壤丛枝菌根真菌(AMF)、革兰氏阳性菌[G(+)]、革兰氏阴性菌[G(-)]、放线菌(ACT)、真菌(F)丰度和总磷脂脂肪酸(TPLFA)含量分别比去除凋落物处理的土壤高68.35%、63.35%、82.65%、69.02%、40.56%和65.85%,而土壤革兰氏阳性菌与阴性菌比值、真菌与细菌比值则分别降低11.64%和26.67%。冗余度分析表明,铵态氮是影响该人工林土壤微生物群落组成的最主要环境因子。可见凋落物输入量变化改变了土壤养分有效性,进而显著影响了土壤微生物群落组成,这对进一步深入探究全球气候变化对亚热带森林土壤养分循环的影响具有重要意义。     

Integrated rice management simultaneously improves rice yield and nitrogen use efficiency in various paddy fields

The hilly area of Southwest China is a typical rice production area which is limited by seasonal droughts and low temperature in the early rice growth period. A field experiment was conducted on three typical paddy fields (low-lying paddy field, medium-elevation paddy field, and upland paddy field) in this region. Nitrogen (N) treatment (180 kg N ha^-1 year^-1) was compared to a control treatment (0 kg N ha^-1 year^-1) to evaluate the effects of integrated rice management (IRM) on rice growth, grain yield, and N utilization. Integrated rice management integrated raised beds containing plastic mulch, furrow irrigation, and triangular transplanting. In comparison to traditional rice management (TRM), IRM promoted rice tiller development, with 7-13 more tillers per cluster at the maximum tillering stage and 1-6 more tillers per cluster at the end of tillering stage. Integrated rice management significantly increased the rice aboveground biomass by 34.4%-109.0% in different growth periods and the aboveground N uptake by 25.3%-159.0%. Number of productive tillers significantly increased by 33.0%, resulting in a 33.0% increase in grain yield and 8.0% improvement of N use efficiency (NUE). Grain yields were significantly increased in all three paddy fields assessed, with IRM being the most important factor for grain yield and productive tiller development. Effects of paddy field type and N level on N uptake by aboveground plants were reflected in the rice reproductive growth period, with the effects of IRM more striking due to the dry climate conditions. In conclusion, IRM simultaneously improved rice yield and NUE, presenting a valuable rice management technique in the paddy fields assessed.     

栽插和秸秆还田方式对水稻氮素吸收利用和产量的影响

【目的】秸秆还田方式影响土壤和肥料中养分的有效性,本研究通过比较不同还田方式下水稻产量、氮素吸收利用的差异,为水稻人工插秧和毯苗机插技术选择适宜的秸秆还田方式提供依据。【方法】本试验于2016-2018年在成都温江四川农业大学水稻研究所试验田进行,以籼型三系杂交稻F优498为试验材料,采用两因素裂区设计,主区为秸秆不还田(S0)、覆盖还田(S1)和翻埋还田(S2) 3种还田方式,副区为人工插秧(HT)和毯苗机插(MT) 2种栽插方式,氮肥用量为N 135 kg/hm^2,按基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥=3∶3∶2∶2的比例施用。磷肥(过磷酸钙)用量为P2O5 90 kg/hm^2,作基肥一次施入;钾肥(氯化钾)用量为K2O 150 kg/hm^2,施用比例为基肥∶穗肥=7∶3。分别于分蘖盛期、拔节期、齐穗期和成熟期采集茎鞘、叶和穗样品测定干物重和氮含量,计算不同时期氮素积累、转运及氮素利用效率。【结果】秸秆还田方式对人工和机械插秧水稻产量、植株氮素积累及氮素利用具有显著影响。1)与S0相比,S1、S2处理提高了水稻产量,抑制了水稻分蘖盛期氮素积累,促进了拔节期至成熟期各器官及植株氮素积累,提高了植株氮含量,S1效果优于S2,且S1提高了氮素茎鞘转运量(44.1%)、茎鞘转运率(10.2%)、叶片转运量(23.5%)和穗氮增加幅度(21.2%),S2仅提高了氮素茎鞘转运量(24.7%)、茎鞘转运率(6.5%)和穗氮增加幅度(16.7%)。氮肥农学效率和氮素回收率表现为S1> S2,但S1、S2氮素的稻谷生产效率均有所降低。2)分蘖盛期至拔节期,HT处理的水稻各器官氮素积累、各时期植株氮素积累、氮素转运和产量均大于MT处理的,氮素回收率则显著低于MT处理的。秸秆还田方式对不同栽插方式氮素积累和转运的影响程度不一,分蘖盛期HT处理的氮素积累以S2处理最小,MT处理则以S1最小。两种栽插方式下拔节期至成熟期氮素积累和转运量、氮肥农学利用率及吸收利用率均以S1处理最大。【结论】从提高水稻产量和氮素利用率来看,人工插秧和毯苗机插均适宜采用小麦秸秆覆盖还田模式,并以覆盖还田结合人工插秧方式为最佳。     

东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

【目的】探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据。【方法】基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子。【结果】1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著。2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96%~27.34%,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长。3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构。结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素。4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动。【结论】尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响。本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据。