【Objectives】We studied the effect of nutrient absorption and utilization on yield and quality of potatoes under different cultivation technology in potato production.【Methods】We collected 76 varieties（lines） of potato in Ningxia and 83 varieties（lines） in Gansu. Potato field trials were conducted in Guyuan City of Ningxia, and Dingxi City of Gansu with the collected potato cultivar（lines）. The irrigation and fertilization in Ningxia were done by conventional method, while those of Gansu was done by drip fertigation system. At harvest,potato tuber yield and yield components were measured, potato quality and N, P and K content, soil organic matter and available nutrients were measured.【Results】There was no significant difference in potato tuber yield between the two provinces. The potato yield was divided into three grades: ＜30 t/hm2（low）, 30-45 t/hm2（medium）, and ＞45 t/hm2（high）. Among the 76 varieties（lines） planted in Ningxia, 27.6%, 34.2% and 38.2% were the low, medium, and high yield values, respectively. Among the 83 varieties（lines） planted in Gansu, 15.7%,49.4% and 34.9% were the low, medium, and high yield values, respectively. With the increasing yield of different potato varieties（lines）, dry matter and starch contents showed an increasing trend, while protein content showed a decreasing trend. No matter the yield level and cultivars（lines）, production of 1000 kg potato tuber yield requires N 2.9 kg, P 0.5 kg and K 4.0 kg. Yield, vitamin C and protein contents were positively correlated with N,P and K uptake, while starch and dry matter contents negatively correlated with N, P and K concentration.【Conclusions】Higher nitrogen, phosphorus and potassium nutrient absorption could guarantee higher tuber yield and starch yield, and higher nitrogen, phosphorus and potassium nutrient content could significantly improve the contents of vitamin C and protein in tuber. Therefore, nutrient should be managed in potato production according to nutrient uptake and utilization level.
[目的]通过分析 2004-2019 年间中国水稻相对产量差的时空变异特征、驱动因素以及不同地力水平下相对产量差对氮肥的响应,为实现水稻增产和氮肥合理施用提供理论依据.[方法]数据来源于 2004-2019 年间农业农村部耕地质量监测保护中心设置在全国主要稻区的 408 个监测点,包括东北地区 24 个、长三角地区110 个、长江中游地区 138 个、西南地区 56 个、华南地区 80 个.以各监测点施肥区与不施肥区水稻产量之差代表由肥料投入及由此引起的土壤性质改变所贡献的相对产量,利用高产农户统计法获取最高相对产量(HRY)和平均相对产量(ARY),HRY和ARY之差为相对产量差(GRY).根据不施肥区产量,将各区域土壤地力划分为低、中、高 3 个水平,结合随机森林模型探讨不同区域GRY的主要驱动因素,计算不同地力水平下GRY与氮肥用量的关系.[结果]2004-2019 年间,全国水稻HRY为 4.98～6.86 t/hm2,ARY为 3.06～3.47 t/hm2,GRY为 1.92～3.41 t/hm2.不同区域相比,HRY和GRY均是西南(水稻-其他作物轮作)>长三角(水稻-其他作物轮作)>华南(早稻)>东北(单季稻)>长江中游(水稻-其他作物轮作)>华南(晚稻)>长江中游(早稻)>长江中游(晚稻).GRY在低、中地力土壤上随着氮肥施用量的增加先显著降低后趋缓,而在高地力土壤上下降不显著.除西南稻区低、中地力和东北稻区低地力土壤外,其他区域的低、中地力上均出现了氮肥施用量的转折点:长江中游早稻和晚稻分别为 187.5、165.0 kg/hm2 和 183.5、152.5 kg/hm2,华南早稻和晚稻分别为 195.0、153.0 kg/hm2 和 169.0、157.0 kg/hm2,长江中游和长三角水稻-其他作物轮作体系下分别为 199.5、184.5 kg/hm2和 202.0、171.0 kg/hm2,东北中地力土壤上为 146.5 kg/hm2.整体而言,低、中地力土壤上,氮肥用量、土壤有机质和全氮是影响GRY相对重要的因素;高地力土壤上,土壤有机质和全氮对GRY的影响较大,同时钾肥施用量显著影响长江中游和华南早稻的GRY.[结论]西南地区水稻相对产量差最高,长江中游地区晚稻相对产量差最低.氮肥施用量、土壤有机质和全氮含量是影响水稻相对产量差的重要因素.高地力土壤上,氮肥用量对相对产量差影响不显著,建议适当减施氮肥.低、中地力土壤上,在氮肥用量转折点(146.50～202.00 kg/hm2)之前,增施氮肥可显著降低相对产量差,提高产量潜力.在长江中游和华南地区的高地力土壤上早稻应注重钾肥施用.
[目的]尿素分次追施是黄淮海夏玉米的常规施肥方法,但费事费力,播撒不匀还可能降低肥效,引发氮素损失.我们结合当前推广的微喷灌技术,研究了喷施尿素硝酸铵液体肥(UAN)替代土施尿素的可行性以及适宜的施肥量.[方法]于 2019 和 2020 年,在泰安市岱岳区马庄镇开展田间试验,供试夏玉米品种为登海605(DH605)和登海 518(DH518).设沟施尿素-N 210 kg/hm2(Ur),喷施UAN-N 126 kg/hm2(U1,减氮 40%)、168 kg/hm2(U2,减氮 20%)和 210 kg/hm2(U3)处理,以及 1 个不施氮对照(N0).在玉米抽雄期(VT)、成熟期(R6),采集植株样品分析不同部位氮素含量和干物质积累量,计算氮素吸收、运转和利用率.于玉米播前、拔节期(V6)、大喇叭口期(V12)、抽雄期(VT)、乳熟期(R3)和成熟期(R6),取 0-20、20-40、40-60 cm土层土样,分析硝态氮和铵态氮含量,计算氮素残留和盈余量.[结果]DH605 和DH518 两个玉米品种的产量均表现为U3 处理显著高于U2 和Ur处理,而U1 处理显著低于U2 和Ur处理,U3 处理DH605 的产量和净收益较Ur处理分别增加了 6.71%和 11.75%,DH518 分别增加了 7.57%和 13.61%.干物质积累量、氮素积累量、氮素转运量和花后氮素同化量均随UAN用量的增加而增加,U3 处理各指标均显著高于其他处理,两品种氮素回收率较Ur处理分别提高了 20.78 和 19.22 个百分点,氮素农学利用率分别增加了 4.57 和 4.99 kg/kg.U2 处理两品种玉米产量与Ur处理无显著差异,但植株氮素积累量、氮素转运量和花后氮素同化量高于Ur处理,最终提高了氮素回收率和氮素农学利用率.VT时期 20-40 cm土层NO3--N含量随UAN施用量增加而增加.玉米VT至R6 时期,各处理 0-20 cm土层NO3--N含量基本呈降低趋势,Ur处理降低幅度最大,且喷施UAN处理与沟施尿素处理相比减少了玉米R6 时期 40-60 cm土层NO3--N含量,降低了氮素淋失潜在风险.此外,与Ur相比,喷施UAN处理降低了土壤氮素盈余,U3 处理DH605 和DH518 两年分别平均降低 43.63 和 40.36 kg/hm2,U2 处理则分别平均降低了 48.25 和 51.91 kg/hm2.[结论]在施氮量较传统用量减少 20%的前提下,喷灌施用尿素硝酸铵溶液促进了玉米氮素积累和再分配,在保证产量的同时,可显著增加氮素回收率和氮素农学利用率,降低土壤NO3--N淋失的潜在风险和土壤氮素盈余,实现夏玉米生产减肥增效的目标.
[目的]探明喷灌条件下水氮调控对冬小麦产量、土壤养分及水氮吸收利用的影响,以期为关中地区小麦生产提供科学合理的水肥一体化施肥方案.[方法]采用喷灌施肥技术,在陕西扶风进行了小麦田间区域试验.试验采用裂区设计,主区为 4 个灌溉水平:30、60、90、120 mm,记为W1、W2、W3、W4;副区为 4 个施氮(N)水平:150.0、187.5、225.0、262.5 kg/hm2,记为N1、N2、N3、N4,共 16 个水肥组合.小麦收获期,采集 0-20 cm土层土样测定土壤理化性质及微生物生物量碳、氮、磷含量,采集小麦植株样品测定干物质、氮素积累量,并调查产量及构成因素.[结果]小麦产量随灌溉、施氮水平的提高呈先上升后下降趋势,W3N2 处理下产量最高,为 9053 kg/hm2,较W1N1 处理增产 1973 kg/hm2;拟合曲面最高产量达 8848 kg/hm2,此时灌溉量为 98 mm,施氮量为 212 kg/hm2.提高灌溉量有利于小麦干物质与氮素积累,W3 灌溉下平均干物质积累量和平均氮素积累量均最高,分别达 20306 kg/hm2 和 221 kg/hm2,干物质、氮素积累量均在W3N2 处理达最高值,分别为 21252、237 kg/hm2.过量施氮不利于小麦氮素利用,N4 处理下的氮肥偏生产力、氮素利用效率分别较N1 处理降低 34.5%～40.4%、2.5%～6.9%.各处理小麦水分利用效率处于 15.1～21.6 kg/(hm2·mm),施氮量控制在 217～228 kg/hm2 时小麦的水分利用效率较高.W3 灌溉条件下土壤理化性质最优,W4 灌溉造成土壤硝态氮、微生物生物量碳、氮含量同步下降.路径分析表明,干物质及氮素积累量、水氮投入、土壤养分、产量构成因素对产量的总效应值分别为 0.716、0.642、0.522、0.400,以干物质及氮素积累量的效应值最高;干物质及氮素积累量、产量构成要素以直接路径调控小麦产量,直接效应值分别为 0.555、0.400;水氮投入、土壤养分主要以间接路径调控小麦产量,间接效应值分别为 0.554、0.544.[结论]干物质及氮素积累量对小麦产量的直接影响最强,灌溉施氮水平对小麦产量的间接影响最强,二者是实现小麦增产的重要因素.过量灌溉、施氮反而降低产量、水氮利用效率和土壤理化指标.在关中地区采用喷灌方法条件下,冬小麦灌溉80～100 mm、施氮210～230 kg/hm2 时可以协同小麦高产与水氮高效.
[目的]探究施钙对荚果发育过程中光合产物在花生植株各部位分配的影响,以明确钙肥促进花生生长和产量形成的机理.[方法]以'湘花 55 号'为供试花生品种进行低钙土壤盆栽试验.CaO施用量设置 4 个水平:0、75、150 和 300 kg/hm2,分别记为Ca0、Ca75、Ca150、Ca300.在花生荚果幼果期、膨大期、定型期、籽仁充实期,采用13C-Na2CO3 和H2SO4 溶液(1 mol/L)反应获得 13C-CO2(300～350 mg/kg)的方法,对花生光合产物进行13C标记.于花生收获期取样,测定各部位干物质积累量、13C丰度和产量.[结果]施钙量提升花生植株干物质积累的效果显著,与Ca0 相比,Ca75 处理显著提高根、茎干物质积累量,Ca150 处理分别显著提高叶、果针、籽仁、果壳和全株干物质积累量 12.43%、33.60%、34.35%、11.91%和 14.82%.施钙影响着花生荚果产量、出仁率和饱果率,但不影响双仁果率,荚果产量以Ca150 处理最高,较Ca0 处理显著提升了 10.5%.Ca0、Ca75、Ca300 处理下籽仁δ13C丰度在籽仁充实期达到最高,而Ca150 处理在荚果膨大期最高.随着荚果期延长,各处理花生整株13C积累量先增后降,在荚果膨大期达到最高,然后降低;Ca150 花生整株13C积累量显著高于其他处理.随着生育时期的推进,各施钙处理的13C在花生籽仁中的分配比例均呈增加趋势,在籽仁充实期的分配比例可高达 41.0%(Ca0)～48.3%(Ca75).籽仁13C分配比例随施钙量的增加而增加,中低施钙量(75～150 kg/hm2)处理有利于协调根、果针的13C向籽粒转运,而高施钙量(150～300 kg/hm2)有利于促进叶、果壳13C向籽粒转运.[结论]适宜施钙量可调控13C在花生植株中的分配和积累,显著提升光合13C向花生籽仁中的分配比例,为产量提升奠定基础.本研究条件下,获得最高生产效益的适宜施钙量为CaO 150 kg/hm2.
磷(P)是植物必需大量元素,在物质组成、信号传导、产量及品质形成等过程中发挥重要作用.自然土壤中有效磷含量一般较低,农业生产中通过施用磷肥来补充作物的需要.然而无机磷施入土壤后,易通过物理、化学和生物作用被固定或转化,极大地降低其生物有效性.提高作物对磷的吸收利用能力是改善磷营养的重要途径.植物根系吸收的磷通过转运蛋白在植物体内运转利用,深化对磷转运蛋白功能的了解可为水稻磷吸收与转运分子机制、体内磷平衡调控机制等研究提供理论依据,研究限制磷吸收转运的分子机制可为培育"磷高效"水稻品种提供指导.水稻磷转运蛋白中研究较为深入和系统的是Pht1,Pht1 家族含有 13 个成员.本文综述了水稻磷转运蛋白Pht1 家族成员的结构与分类、起源,及其同源性、生物分子信息与生物学功能,重点阐述水稻Pht1 家族中OsPT3、OsPT4 和OsPT8 在生物分子信息、基因表达和超表达等方面的研究进展.在长期进化中,Pht1 家族基因在磷的吸收过程中出现了分工,各个转运蛋白之间存在功能互补,相互协作,也存在功能上的部分重叠(冗余),目前对Pht1 家族各基因的功能表达以及相互之间的关系已有部分研究,但Pht1 家族基因在植物体内的工作机制复杂,需进一步研究各转运蛋白间的关系.Pht1 家族成员也具吸收盐类物质的作用,后续研究可关注Pht1 家族成员对植物吸收和转运砷酸盐、硒、硅等的作用、关系与机理.除磷与金属盐类物质的吸收与转运外,Pht1 家族成员还具备一定的抗病功能,深入研究Pht1 家族成员在植物生理信号网络中的分子机制,有利于培育高抗病性和高磷利用率的优质水稻品种.
[目的]探讨适量氮肥和缩节胺(DPC)配施提高棉花产量的机理,为合理施用氮肥和DPC提供科学依据.[方法]2015-2017 年,在郑州市黄河滩区进行了双因素裂区设计田间试验.主区为 3 个氮肥用量,即:不施氮肥(N0)、施用常量氮肥(N1,225 kg/hm2)和过量氮肥(N2,450 kg/hm2);副区为 3 个DPC用量,即:不喷施DPC(D0)、喷施常量DPC(D1,75 g/hm2)和过量DPC(D2,150 g/hm2).调查测定了叶片SPAD值、器官干物质质量和含氮量、"四桃"数量及产量等.[结果]不同施氮量下,棉花皮棉产量表现为N1>N2>N0.不同DPC用量下,籽棉和皮棉产量均表现为D1>D2>D0.氮肥与DPC用量组合对衣分及籽棉产量有显著互作效应(P<0.05),对皮棉产量有极显著互作效应(P<0.01).与N1D1 相比,N0D0 组合叶片SPAD值低,干物质和氮素更多在茎枝部位积累,造成总产量下降.但在N0 条件下,D1 较D0 处理显著增加了叶片SPAD值、总铃数和铃重,进而提高了产量.N1D1 组合表现最佳,干物质和N素更多的分配到蕾铃器官,棉花的伏前桃和伏桃以及棉株 1～10 果枝成铃较多,成铃数、铃重和衣分协调,其皮棉产量达 1949.52 kg/hm2,比N0D0 和N2D2 组合分别增加 106.75%和 20.36%.N2D2 组合过高的叶片SPAD值导致干物质和氮素较多分配至叶片中,影响了棉花的生殖生长.[结论]氮肥与缩节胺用量对棉花衣分以及籽棉和皮棉产量的互作效应显著.常量氮肥配合常量缩节胺情况下,干物质和氮素更多地分配在蕾铃部位,且成铃时空分布合理,最终获得高产.过量施用氮肥需要配合过量缩节胺来克服过度营养生长,以维持皮棉产量.
[目的]硝化和反硝化细菌在稻田土壤氮循环中起着十分重要的作用.研究长期有机物料还田条件下红壤区稻田土壤硝化和反硝化细菌群落及功能基因丰度,有助于揭示土壤硝化和反硝化过程中的微生物机制,为红壤区稻田氮高效利用和管理提供参考.[方法]基于 40 年水稻长期施肥定位试验,选择其中的不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、早稻施绿肥紫云英(M1)和早稻施绿肥紫云英+晚稻秸秆还田(M2)处理小区采集土壤样品,利用宏基因组测序和荧光定量PCR技术,通过对典型反硝化细菌nirK、nirS和硝化细菌amoA、hao进行基因标记,分析了土壤硝化和反硝化细菌群落结构和多样性.[结果]nirK、nirS型反硝化细菌和AOB(amoA)、hao细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria).所有处理中nirK型反硝化细菌的优势属为Ardenticatena菌属、硝化螺菌属(Nitrospira)和罗河杆菌属(Rhodanobacter),且M2 处理土壤中罗河杆菌属相对丰度显著高于其他处理(P<0.05).nirS型反硝化细菌中类固醇杆菌属(Steroidobacter)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)分别在M2 和NPK处理中占比最高,分别达到 33%和 29%.AOB(amoA)细菌中慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)在 CK 和 M1 处理中占比最高,分别为 30%和 32%;变形菌门中的甲基单胞菌属(Methylomonas)在M2 处理中占比最大;硝化螺菌属(Nitrospira)在CK处理中的占比显著高于其他处理.hao细菌中地杆菌属(Geobacter)相对丰度在各处理中占比最高.冗余分析显示,土壤速效氮(P=0.002)、有效磷(P=0.006)和有机碳(P=0.002)是nirK型和nirS型反硝化细菌群落组成变化的主导因子,土壤有机碳(P=0.008)、有效磷(P=0.01)、速效钾(P=0.008)是 hao 细菌群落结构变化的关键因子,速效氮(P=0.004)、有效磷(P=0.004)和全磷(P=0.002)是AOB(amoA)群落结构产生变化的关键因子.Spearman相关性分析表明,土壤有机碳、全氮和铵态氮与功能基因amoA、hao和反硝化功能基因nirK、nirS的丰度都呈现极显著(P<0.01)负相关关系.[结论]土壤有效磷、速效氮和有机碳是影响细菌群落结构的主要环境因子.长期培肥降低了土壤硝化和反硝化功能基因的丰度,减缓了土壤氮素循环的周转,提高了土壤氮素的稳定性.
[目的]研究长期不同施肥对农牧交错带土壤酶活性、土壤化学性质及作物产量的影响,为旱作农田合理施肥和土壤培肥提供依据.[方法]长期定位试验位于内蒙古自治区农牧业科学院武川旱作试验站,始于2004 年,种植制度为马铃薯-油菜-莜麦轮作,一年一熟制.试验设置 8 个处理:CK(不施肥)、N(氮肥)、NP(氮磷肥)、NK(氮钾肥)、PK(磷钾肥)、NPK(氮磷钾肥)、M(羊粪)和NPKM(氮磷钾肥配施羊粪),2021 年种植作物为莜麦.调查了莜麦产量;采集各小区耕层(0-20 cm)土壤样品,分析磷酸酶(PA)、硫酸酯酶(SU)、β-葡糖苷酶(BG)、β-木糖苷酶(BX)、α-葡糖苷酶(AG)、β-纤维二糖苷酶(BCBH)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和土壤有机质(SOM)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、pH等指标.通过主成分分析和冗余分析,探讨土壤酶活性分布特征及其与土壤化学性质和产量的关系.[结果]连续 18 年不同施肥处理均显著提高了作物产量和肥料对产量的贡献率,莜麦产量由高到低为NPKM>NPK>NP≈M>NK>N>PK>CK,施肥处理分别比CK增产 140.5%、108.7%、76.3%、71.1%、57.5%、48.2%和 20.8%,肥料对产量的贡献率分别为 58.4%、52.1%、43.3%、41.5%、36.4%、32.5%和 17.0%.长期施肥不同程度地提高了土壤有机质和速效氮、磷、钾含量,提高幅度均以NPKM处理最高,分别是CK的 5.35、2.29、10.07 和 4.89 倍.长期施肥显著影响了土壤pH,除PK处理外,土壤pH均显著低于CK,NPKM和NPK处理的土壤pH又显著低于除NP和NK外的其他施肥处理.NPK和M处理显著提高了参与碳(AG、BG、BX和BCBH)、氮(LAP和NAG)、磷(PA)和硫(SU)循环的酶活性.二者配施后的NPKM处理进一步提升了酶活性,其AG、BG、BX和BCBH分别是CK的 1.71、1.87、2.05 和 2.11 倍,LAP和NAG分别是CK的 1.97 和 2.24 倍,PA是CK的2.24 倍,SU是CK的 3.11 倍.土壤酶活性的变化主要由养分因子驱动,其中AN、SOM和AP是关键的决定因子,分别解释了酶活性变异的 75.1%、5.7%和 4.6%.[结论]在农牧交错带薯粮油轮作条件下,长期氮磷钾平衡施肥可增加莜麦产量,提高肥料对产量的贡献率,增加土壤养分含量和酶活性,降低pH.单施羊粪也有效提高了土壤养分含量和酶活性,但增产效果显著低于氮磷钾肥或氮磷肥,羊粪与氮磷钾肥配合提升作物产量和土壤质量的效果最佳,显著优于化肥和羊粪单独施用.
[目的]探究叶面喷施低共熔溶剂(deep eutectic solvents,DES)对冬小麦产量和基施尿素氮去向的影响,为传统叶面肥的绿色升级和应用提供科学依据.[方法]供试DES以氯化胆碱、乙二醇、葡萄糖、柠檬酸为原料制备.以冬小麦品种'济麦 22'为供试作物,进行田间土柱栽培试验.设置不施氮肥对照(CK)和氮肥+喷施清水(W)、氮肥+喷施氨基酸叶面肥(Y1)、氮肥+喷施海藻酸叶面肥(Y2)、氮肥+喷施DES(D)5 个处理,除CK外,每个处理柱 0-30 cm土层基施15N尿素氮(15N丰度为 10.09%)0.15 g/(kg,干土),基施P2O5 和K2O各 0.2 g/(kg,干土).在每次喷施处理前测定叶片叶绿素含量(SPAD值).在小麦收获后,调查穗数和籽粒产量、秸秆生物量,测定含氮量和15N丰度;取 0-15、15-30、30-50、50-70、70-90 cm土壤样品,用于测定15N丰度.探究叶面喷施DES对小麦生长和肥料氮去向的影响.[结果]与W处理相比,3 个叶面施肥处理(Y1、Y2、D)灌浆后期旗叶SPAD值显著提高了 17.14%～32.24%,提升效果以D处理最优,显著高于Y1 和Y2 处理;小麦籽粒产量显著提高了 17.48%～21.11%,以D处理增产效果最优,其穗粒数显著高于W处理;小麦地上部总吸氮量显著提高了 10.00%～18.33%,D和Y2 处理还分别显著提高了小麦籽粒肥料氮吸收量 9.43%和7.55%;氮肥表观利用率分别提高了 7.98、8.25 和 14.53 个百分点,且D处理分别显著高于Y1 和Y2 处理6.55 和 6.28 个百分点;氮肥农学效率分别显著提高了 34.07%、31.09%、41.20%,且D处理肥料氮利用率较Y1 处理显著提高了 4.19 个百分点.与Y1 和Y2 处理相比,D处理的肥料氮残留率分别显著提高了 7.94 和8.95 个百分点,肥料氮损失率分别显著降低了 12.13 和 10.73 个百分点.[结论]叶面喷施低共熔溶剂可以显著提高灌浆后期小麦叶片叶绿素含量,延缓小麦旗叶衰老,增加穗粒数,提高小麦产量,促进小麦对基施肥料氮的吸收利用,提高肥料氮利用效率,降低肥料氮损失率.
[目的]研究外源壳聚糖对NaCl胁迫下菜用大豆根毛生长和根尖内源IAA积累的影响,为进一步研究壳聚糖提高菜豆抗盐性和结瘤能力提供理论基础.[方法]以菜用大豆品种'绿领八号'-慢生型根瘤菌USDA 122的共生体为试材进行了无土栽培试验.试验设 4 个处理:根部浇灌无氮营养液条件下,叶面喷蒸馏水(CK)、喷200 mg/L壳聚糖水溶液(T1);根部浇灌含 50 mmol/L NaCl的无氮营养液条件下,叶面喷蒸馏水(T2)、200 mg/L壳聚糖水溶液(T3).在NaCl胁迫处理后 2、3、4、5 天时,测定菜豆幼苗根毛数量、形态、变形根毛数,分析根尖内源IAA含量、吲哚乙酸氧化酶(IAAO)、过氧化物酶(POD)活性,分析根系丙二醛(MDA)含量.在NaCl处理 30 天时测定结瘤数、根瘤鲜重、植株含氮量及植株干重.[结果]外源壳聚糖处理(T1、T3)显著提高了NaCl胁迫和无胁迫下菜用大豆的结瘤数、根瘤重、植株含氮量和植株干重,T3 较T2 的增幅分别达84%、151%、20%和 54%,T1 处理较CK的增幅分别为 38%、18%、12%和 7%.外源壳聚糖处理(T1、T3)显著提高了NaCl胁迫和无胁迫下菜用大豆的根毛总数、根毛密度、根毛长度、变形根毛数以及根尖内源IAA含量,显著缩短了NaCl胁迫下根毛起始距离,降低了根尖IAAO和POD活性,同时显著降低了根系MDA含量.[结论]NaCl胁迫下,外源壳聚糖可通过降低IAAO和POD活性,减少IAA的氧化分解;通过缓解根系膜脂过氧化,维持生物膜的相对稳定性和完整性,促进IAA向根尖的极性运输,提高根尖内源IAA含量,诱导根毛形成和生长,进而提高变形根毛数,最终促进了NaCl胁迫下菜用大豆根系的生长和结瘤能力.
[目的]土壤胶体因具备巨大比表面积、较小粒径、携带大量电荷的特性,在吸附微塑料颗粒、影响微塑料颗粒迁移过程中发挥着重要作用.但是有关土壤尤其是农田土壤胶体对微塑料颗粒迁移的影响及其协同迁移机制尚不清晰.土壤胶体与微塑料颗粒定义模糊、分类标准各异等问题形成的认知误区也阻碍了对两者更为深入的研究.梳理国内外关于农田土壤胶体与微塑料颗粒的相关研究,旨在厘清农田土壤胶体与微塑料颗粒迁移过程中两者间的相互作用过程,为制定微塑料污染防治政策和措施提供理论依据.[主要进展]农业活动改变了土壤胶体颗粒的组成,影响了微塑料颗粒的迁移行为.土壤胶体、微塑料颗粒自身与多孔介质特性、土壤理化性质以及环境条件,通过协同促进和抑制两种机制影响着农田土壤胶体与微塑料颗粒的协同迁移.在此过程中,土壤胶体组成处于主导地位,土壤胶体颗粒的稳定性大小决定着其与微塑料颗粒的协同迁移状态.土壤胶体颗粒的吸附行为改变了微塑料颗粒的迁移路径和速率;微塑料颗粒的存在反过来也能影响土壤胶体颗粒的稳定性,改变其聚集态势,进而影响胶体颗粒的迁移能力.[展望]今后应细化不同性质农田土壤胶体与微塑料颗粒迁移机制研究,定量分析深入评估微塑料颗粒迁移的环境效应,探索土壤微生物-胶体-微塑料三者之间交互作用过程,从土壤物理、化学和生物学角度为修复微塑料污染土壤,守护土壤健康提供新的思路和借鉴.
[目的]坡耕地氮素易于流失,加重面源污染风险,也制约作物产量.试验研究了坡耕地一次性基施不同量控释复合肥的氮素径流损失,为提高坡耕地花生产量和效益,降低氮素损失提供理论依据.[方法]田间试验在山东临沂进行,供试花生品种为"'花育 25 号',供试控释复合肥(CRF)和普通复合肥(CF)N-P2O5-K2O比例均为 15-15-15.不施肥为对照处理(CK),控释复合肥和普通复合肥均设置 800 kg/hm2(100%CRF、100%CF)、560 kg/hm2(70%CRF、70%CF)两个水平,共 5 个处理.于花生主要生育期采集肥料、植株和径流样品,测定肥料释放量、植株生物量和氮含量、径流水中硝态氮和铵态氮含量,成熟期花生测产.[结果]100%CRF处理籽仁产量较 100%CF处理增加 13.8%,70%CRF较 70%CF处理增加 12.4%,且70%CRF与 100%CF处理籽仁产量差异不显著.70%CF处理花生出仁率与 100%CF差异不显著,但显著低于两个CRF处理.100%CRF、70%CRF处理较 100%CF、70%CF处理的氮素吸收量分别增加 5.9%和 6.0%.成熟期同等施肥量下,控释复合肥处理较普通复合肥处理干物质累积量增加 7.1%～8.3%;不同施肥量下,70%CRF与100%CF处理无显著差异.控释复合肥降低了苗期和开花下针期径流水中硝态氮和铵态氮含量,之后的生育期施肥处理间硝态氮和铵态氮流失量之和差异不明显.100%CRF处理肥料对产量的贡献率为 19.45%,较100%CF处理高 102.6%,70%CRF处理的肥料贡献率为 14.65%,较 70%CF处理高 74.4%.[结论]在坡面农田上,控释复合肥氮素缓慢释放,满足花生各生育期氮素需求,一次性基施显著提高花生氮素吸收量和花生产量,有效减少硝态氮和铵态氮地表径流损失,减少30%的肥料用量依然可以保证花生稳产.
[目的]通过Meta分析,定量分析滴灌施肥对我国蔬菜和果树产量、水肥利用效率和品质等的综合影响,探究了不同田间管理措施的效果差异,为优化果蔬系统综合管理措施提供参考.[方法]在知网、万方数据和Web of Science数据库中,以"滴灌"、"果树"、"蔬菜"、"产量"、"水分利用率"、"氮肥偏生产力"和"品质"等为主要关键词检索文献,筛选出符合条件的全国滴灌施肥相关的文献 77 篇,获得了 357 组有效样本数据.采用Meta分析方法进行数据处理.[结果]与常规施肥相比,滴灌施肥的蔬菜和果树产量分别增加了7.99%和 6.71%,氮肥偏生产力分别提高了 48.9%和 63.1%,水分利用效率分别提高了 50.6%和 119.0%.滴灌施肥显著改善果蔬品质,但效果不同.滴灌施肥的蔬菜Vc含量增幅较果树高 17.3%,但可溶性固形物增幅低7.05%.滴灌施肥对蔬菜和果树产量、水氮利用率和品质的影响因施氮水平、灌溉水平、作物类型和栽培类型不同而存在差异.在施氮量 200～400 kg/hm2、灌溉量 200～400 mm的设施栽培条件下,滴灌施肥对茄果类和瓜果类蔬菜产量、水分利用效率、氮肥偏生产力、品质的提升效果较好.在施氮量 150～300 kg/hm2、灌溉量250～500 mm条件下,滴灌施肥对落叶果树产量、水分利用效率、氮肥偏生产力和果实品质的提高效应更显著.[结论]茄果类和瓜果类蔬菜以及落叶果树适宜采用滴灌施肥技术,其他类型蔬菜和果树应慎用.
[目的]揭示缓释肥和菌根菌对赤皮青冈 1 年生容器苗根系生长和构型及其径级分布的影响,以提高赤皮青冈容器苗的菌根化育苗水平.[方法]采用两因素析因设计进行赤皮青冈容器苗栽培试验,育苗基质由泥炭、谷壳和珍珠岩(体积比为 6∶1∶3)组成.供试菌根菌为彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius),缓释肥养分含量为全氮 180 g/kg、有效磷 60 g/kg、全钾 120 g/kg,肥效 6～7 个月.设置基质中添加缓释肥 1.50、2.25、3.00、3.75、4.50 kg/m3,在幼苗生长 3 个月后,每个施肥处理分为两组,分别进行接种与不接种菌根菌两个处理,接种组每株容器苗接种 10 mL彩色豆马勃(浓度为 36.28 mg/mL).于容器苗生长季末(接种后 4 个月)收获,测定容器苗根系生长和构型指标.[结果]不论是否接种菌根菌,添加缓释肥1.50～3.75 kg/m3 对容器苗根系生长和构型影响较小,添加缓释肥 4.50 kg/m3 显著降低了根长.接种菌根菌对赤皮青冈根系发育有显著的促生效应,且低肥料用量下的促生效果更显著.接种菌根菌后赤皮青冈容器苗根生物量、根表面积、根系平均直径、根体积和根尖数等性状增幅较大,相比不接种处理平均分别增加了 10.94%、18.73%、18.23%、42.77%和 72.33%,拓扑系数和平均连接长度平均分别降低了 3.11%和 6.10%.以接种菌根菌并施用缓释肥 3.00 kg/m3 的促生效应最显著,容器苗 0～0.5 mm径级根长和根表面积明显高于其它施肥处理.相关性分析结果显示,接种菌根菌后容器苗根长越长,根生物量和根表面积越大,相应分形维数越高,根系越发达.[结论]接种外生菌根菌彩色豆马勃可促进赤皮青冈容器苗根系生长和构型改善,弥补施肥量偏低或偏高对根系表面积、平均直径和体积可能产生的不利影响.生产中可通过接种彩色豆马勃等外生菌根菌提高缓释肥利用效率和促进根系发育,以培育优质赤皮青冈容器苗(菌根苗),同时降低生产成本.
[目的]研究基于根层氮素实时调控技术的氮肥综合管理措施对滨海盐渍土春玉米产量、氮肥利用率及经济效益的影响,旨在提高滨海盐渍土区域春玉米生产效益,降低氮肥带来的环境风险.[方法]田间定位试验于 2020-2022 年在山东省东营市进行,以'郑单 958'为供试春玉米品种.采用双因素设计,主处理设置 5 个供氮水平,分别为不施氮对照(CK)、基于根层氮素实时调控技术的优化施氮(Opt)、优化施氮下调(Opt70%)、优化施氮上调(Opt130%)、农民习惯施氮(FNP);副处理为3种氮肥,分别为硫酸铵(AS)、硝酸铵钙(CAN)、尿素(Urea).于春玉米六叶期(V6)、抽雄期(VT)、成熟期(R6)测定地上部生物量,收获时测定籽粒产量、籽粒和秸秆含氮量.播种前和收获后,取 0-90 cm土层土壤样品,分析无机氮含量.计算春玉米种植体系中氮素表观平衡、氮肥农学利用率(AEN)、氮肥偏生产力(PFPN)和施氮经济效益.[结果]Opt处理下 2020、2021 和2022 年 3 种氮肥处理的平均产量较Opt70%处理下分别显著增加 8.5%、4.1%和 12.7%,2020 年显著高于Opt130%,2021 和 2022 年与Opt130%持平,2020、2021 和 2022 年PFPN分别较Opt130%显著增加了33.3%～50.9%、2.6%～21.4%、15.1%～23.2%(P<0.05).与FNP处理相比,Opt处理氮肥总施用量降低了30.7%～46.4%,作物吸氮量、生物量和产量无显著差异,而 2020、2021 和 2022 年PFPN分别显著增加了90.6%～115.0%、38.9%～49.8%和 52.4%～60.7%,总收益增加了 22.8%.Opt氮肥用量下,2020 和 2021 年 3 种氮肥处理的籽粒产量无显著差异,2022 年CAN处理的籽粒产量显著高于Urea处理,与AS处理无显著差异;CAN处理的PFPN较Urea和AS处理分别显著增加了 14.3%～17.2%和 9.8%～14.6%(P<0.05),AEN较AS处理显著增加 8.9%～18.9%(P<0.05);CAN处理的表观氮损失较AS和Urea处理分别降低 10.3%和 11.0%,但其3 年平均产量收益低于AS处理 18.5%.[结论]基于根层氮素实时调控技术,在玉米需氮量大的六叶期和抽雄期优化氮肥管理,可以在减少氮肥施用量的同时维持作物产量和生物量,提高氮肥利用率,降低土壤无机氮残留和表观氮素损失,其施氮效益显著高于农户传统施氮.综合考虑春玉米产量、生物量、氮肥利用率、氮素表观平衡、施氮效益等因素,在滨海盐渍土区域采用以 10 t/hm2 为目标产量的根层氮素实时调控技术,同时施用150～194 kg/hm2 的硫酸铵,可以实现春玉米产量、氮肥利用率和经济效益的协同提高.
[目的]研究加工通芯莲用子莲的干物质累积和氮磷钾养分吸收转运特征,为子莲科学施肥提供理论依据.[方法]以太空莲 36 号和建选 17 号为供试品种,在江西省广昌县开展微区(3 m2)试验.分别在子莲移栽后 85 天(始收期)、103 天(收获早期)、121 天(收获盛期)、139 天(收获中期)、160 天(收获后期)、180 天(终收期)采样,测定各器官(部位)干物质累积量和氮磷钾养分含量,计算氮磷钾养分累积量,源器官干物质和氮磷钾转运量,以及汇器官干物质和氮磷钾累积量增量.[结果]子莲干物质累积总量主要集中在子莲始收期—收获盛期(移栽后 85～121 天),其中叶片、根状茎等源器官(部位)干物质累积量先增后降,在移栽后 139 天(花果期末,收获中期)达最高值;莲蓬和果实干物质累积量持续增加;膨大茎开始生长后,干物质累积量迅速增加.叶片、根状茎等源器官氮磷钾含量动态变化相似,在移栽后 139 天前维持在较高水平,然后迅速或逐渐下降;花蕾、果实和膨大茎氮磷钾含量相对稳定;莲蓬氮、磷含量的动态变化与叶片相似,钾的变化与果实相似.子莲氮和钾累积量主要集中在移栽后 85～121 天,磷积累量主要集中在移栽后 85～139 天,此期间氮、磷和钾累积量分别占其累积总量的 53.9%、61.4%和 55.9%.移栽后 139～180 天,子莲汇器官氮累积量增量在莲蓬、果实和膨大茎中的分配比例分别为 3.0%、67.8%和 29.2%,磷的分配比例分别为 1.5%、65.0%和 33.5%,钾的分配比例分别为 6.7%、40.5%和 52.8%,源器官氮磷钾转运量占汇器官累积量增量的比例分别为 88.8%、49.9%和 77.7%.每生产 100 kg通芯莲,子莲植株N、P2O5 和K2O最大累积量平均分别为 7.50、3.47 和 9.45 kg,N、P2O5、K2O养分吸收量之比为 1∶0.46∶1.26.[结论]收获中期(花果期末)—终收期,子莲植株体内氮磷钾的累积有"莲蓬+果实"和"膨大茎"两个汇,并以果实发育为主,氮和钾的来源以体内转运为主,磷的来源体内转运和吸收各约50%.因此,保证花果期充足的养分供应和成藕期磷素的持续供应是子莲高产的前提.
[目的]镉(Cd)的长距离转运决定了水稻对Cd的积累能力,木质部是这一过程的重要场所,鉴定木质部伤流液中参与Cd运输过程的蛋白质组,可以为水稻Cd积累调控提供理论基础.[方法]水培试验供试材料包括野生型水稻ZH11,野生型拟南芥Col-0,以及带有CAB2 启动子驱动CAL1(Cd-accumulation in leaf 1)表达的拟南芥转基因植株CDM-4 和CDM-12.水稻幼苗在Yoshida水稻营养液(Yoshida solution)生长 28 天后,转入含有 0、10 μmol/L Cd的营养液中处理 3 天,利用根压法收集木质部伤流液,对所得伤流液进行蛋白组质谱鉴定.将拟南芥材料进行了水培试验及平板试验,水培试验方法为拟南芥幼苗在 1/4 PNS营养液(plant nutrient solution)中培养 20 天后,用 10 μmol/L Cd处理 3 天,测定Cd含量、植株生物量以及基因表达量;平板试验方法为拟南芥幼苗在 0、50 μmol/L Cd的 1/2 MS平板上培养生长 14 天后,进行表型鉴定拍照.[结果]在Cd处理与正常条件所得水稻的木质部伤流液中共检测到 616 个蛋白,分子量在 6～158.1 KDa.正常条件下鉴定到463 个蛋白,Cd处理条件下鉴定到 503 个蛋白,其中有 153 个蛋白属于Cd处理所特异存在,这些Cd特异蛋白分别与植物抗氧化胁迫、细胞壁代谢和发育等相关,包括鉴定到的植物防御素CAL1 蛋白,已有其参与Cd长距离转运的报道.在拟南芥地上部异源特异表达CAL1 基因增加了地上部Cd的积累量,而对Cd耐受性没有显著影响,表明CAL1 基因在植物修复土壤Cd污染过程中具有一定的应用前景.RNA-Seq分析了水稻苗期木质部伤流液Cd特异蛋白中与细胞壁代谢相关的基因的表达模式,这些基因对水稻Cd积累耐受的影响仍需进一步研究.[结论]通过对水稻木质部伤流液蛋白组的分析,鉴定了Cd处理条件下水稻木质部伤流液特异存在的蛋白组,为Cd的长距离转运提供了新的研究基因.
[目的]土壤酸化是耕地质量退化的突出问题,研究主要农作物产量对土壤pH的响应及其影响因素,为土壤酸化防治提供理论依据.[方法]通过"中国知网"、"Web of Science"数据库,分别以玉米(maize)、水稻(rice)、小麦(wheat)、大豆(soybean)、土壤pH(soil pH)、作物产量(yield)为关键词,获取 1980-2020 年已公开发表的文献数据.基于国内外大田试验,分析了玉米、水稻、小麦、大豆产量与土壤pH的关系,运用Sigmoid函数计算作物酸害阈值,结合皮尔逊相关性分析与偏相关分析,明确作物酸害阈值的主要影响因素.[结果]1)4 种作物产量伴随土壤pH降低均呈"S"型降低趋势;玉米、大豆、小麦和水稻产量 95%的酸害阈值分别为pH 5.87、5.34、5.32 和 4.21.2)作物相对产量与交换性铝呈显著负相关,与土壤pH、交换性钙、钙铝比、有机质、有效磷、化学氮肥施用量呈显著正相关.当土壤pH大于酸害阈值时,作物产量与有机质、有效磷呈显著正相关,当土壤pH小于酸害阈值时,作物产量与土壤pH、交换性钙、钙铝比呈显著正相关,与交换性铝呈显著负相关.3)偏相关分析表明,剔除有机质影响后,相对产量与pH的相关系数升高 0.207,交换性铝与相对产量的相关系数升高 0.072;剔除有效磷影响后,相对产量与pH的相关系数升高 0.085,交换性铝与相对产量的相关系数升高 0.147;剔除施氮量影响后,相对产量与pH的相关系数升高 0.026,交换性铝与相对产量的相关系数降低 0.009.有效磷、有机质和化学氮肥施用量是影响作物产量对土壤pH响应的关键因素.[结论]当土壤pH低于酸害阈值时,较高的有效磷和有机质含量可降低土壤pH对作物产量的不利影响,即有效磷和有机质含量越高,作物酸害越轻.
[目的]明确生产 100 kg稻谷所需要吸收的氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)、硅(SiO2)、钙(CaO)、镁(MgO)、硫(S)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、硼(B)、钼(Mo)和氯(Cl)养分量及其影响因素,为水稻科学施肥提供理论依据.[方法]以水稻、养分吸收、氮、磷、钾、硅、钙、镁、硫、铁、锰、锌、铜、硼、钼、氯为关键词,在"中国知网"检索 1990 年以来公开发表的文献,筛选出符合标准的文献 127 篇,共提取数据 2763 组.计算生产单位质量稻谷所需吸收的养分量,分析水稻类型、种植区域和施肥量对氮、磷和钾养分吸收量的影响.[结果]每生产 100 kg稻谷需要吸收N 0.63～3.29 kg、P2O50.23～3.26 kg、K2O 0.54～5.23 kg、SiO24.04～18.21 kg、CaO 0.23～0.71 kg、MgO 0.17～1.19 kg、S 0.11～0.82 kg、Fe 15.02～95.35 g、Mn 31.25～94.45 g、Zn 1.73～14.97 g、Cu 152.38～831.14 mg、B 409.24～1806.15 mg、Mo 79.33～334.94 mg和Cl 0.20～0.71 kg.与粳稻相比,籼稻每生产 100 kg稻谷的P2O5 吸收量低 26.0%,K2O的吸收量高 5.4%;与常规稻相比,杂交稻生产 100 kg稻谷需要吸收的N增加 2.7%,P2O5 降低 17.4%.单季稻磷和钾养分吸收量最高,分别为 1.04 和 2.74 kg,双季晚稻最少,分别为 0.91 和 2.45 kg;东北地区水稻氮和钾养分吸收量分别为 1.54 和 2.03 kg,显著低于其他区域,而磷养分吸收量为 1.40 kg,显著高于其他区域.水稻的百公斤籽粒养分吸收量随着施肥量的增加而增加.[结论]生产 100 kg稻谷需要吸收养分量平均分别为N(1.85±0.39)kg、P2O5(1.00±0.45)kg、K2O(2.66±0.73)kg、SiO2(11.47±4.59)kg、CaO(0.39±0.14)kg、MgO(0.50±0.28)kg、S(0.41±0.18)kg、Fe(44.66±20.38)g、Mn(67.34±18.22)g、Zn(6.09±3.45)g、Cu(447.82±201.07)mg、B(968.41±367.06)mg、Mo(196.69±70.07)mg和(Cl 0.40±0.14)kg,百公斤籽粒养分吸收量受水稻类型、种植区域和施肥量等因素的影响.实际生产中应基于水稻品种和种植区域确定百公斤籽粒养分吸收量和计算养分用量,以实现水稻科学施肥.
