秸秆覆盖与施磷对旱地小麦小花发育与结实特性的影响

中国西南丘陵旱地气候冬干春旱且速效磷缺乏,是冬小麦生产的主要限制因素。为明确秸秆覆盖与施磷对西南丘陵旱地小麦小花发育与结实特性的影响,以川麦104为供试材料,采用裂区设计,主区为玉米秸秆覆盖(SM)和不覆盖(NSM),裂区为0、75和120 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2)3个施磷水平,比较分析了不同处理下小麦小花分化及结实特性的差异。结果表明,秸秆覆盖与施磷均可提高小麦小花分化数和可孕小花数,且磷素效应大于秸秆覆盖效应。与不施磷相比,施磷75和120 kg·hm^(-2)条件下最大分化小花数分别增加了17.4%和78.0%,可孕小花数分别增加27.0%和94.1%,小花存活率提高了16.5个百分点。施磷后穗基部可孕小花数和结实粒数增幅较大,穗中部和顶部增幅较小。与不施磷相比,施磷75和120 kg·hm^(-2)条件下,穗基部可孕小花数均极显著增加,增幅分别为100.0%和127.2%;结实粒数显著增加,增幅分别为186.4%和193.2%。秸秆覆盖后产量较不覆盖提高20.5%;施磷75和120 kg·hm^(-2)下产量较不施磷分别提高62.5%和78.1%。综上所述,秸秆覆盖配施磷肥可减少小花退化,增加可孕小花数和穗粒数有利于产量形成。

秸秆覆盖与施氮对丘陵旱地小麦根系构型改善及H^(+)、NO_(3)^(-)吸收与利用的影响

【目的】研究西南丘陵旱地小麦、玉米轮作系统中秸秆覆盖后小麦根系构型与根尖氮素转运的过程,阐明秸秆覆盖与施氮促进小麦氮素高效吸收利用的生理基础。【方法】试验于2020—2022年在四川仁寿现代农业试验站进行,采用原位土柱试验与大田定位试验相结合,试验设计为二因素裂区试验,秸秆覆盖(SM:秸秆覆盖;NSM:秸秆不覆盖)为主区,副区为施氮量(N0:0;N1:120 kg·hm^(-2))。针对西南丘陵旱地土壤干旱抑制根系伸长、导致小麦生物量和养分利用效率低的现状,分析秸秆覆盖和氮素对土壤理化性状、小麦根系构型、根尖氮吸收、植株生物量和地上部氮素积累与利用的影响。【结果】2020—2021年度和2021—2022年度秸秆覆盖处理较不覆盖处理土壤硝态氮含量分别增加43.1%和30.8%,铵态氮增加21.8%和18.8%;秸秆覆盖提高了小麦拔节期、孕穗期和开花期0—10 cm土层的根长、根表面积和根体积,且施氮也显著增加0—10 cm土层根长、根表面积和根体积。同时秸秆覆盖与施氮均可显著提高小麦根尖H^(+)、NO_(3)^(-)的吸收速率和净吸收速率,降低0—20 cm土层根尖的H^(+)外排速率;秸秆覆盖与施氮显著提高根系硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性,且地上部氮素积累量和生物量两年度分别平均提高25.8%和35.8%。H^(+)吸收速率、NO_(3)^(-)吸收速率、硝酸还原酶活性、谷氨酰胺合成酶活性、氮素积累量与0—10 cm土层根长、根表面积和根体积呈显著正相关(P<0.05)。【结论】在西南丘陵旱地小麦、玉米轮作系统中,玉米秸秆覆盖与施氮能够增加小麦季土壤无机氮含量,表层根系分布和根尖H^(+)、NO_(3)^(-)吸收速率,促进氮素吸收与根尖氮素转运进而促进地上部氮素同化与积累;秸秆覆盖配合120 kg N·hm^(-2)是适用于四川丘陵旱地小麦高产、氮素高效利用的绿色生产模式。

秸秆覆盖与施磷显著提高丘陵旱地小麦花后根尖质子动力势

【目的】西南丘陵旱地气候冬干春旱,土壤速效磷缺乏,施磷可有效提高小麦的抗旱能力和产量。我们研究了秸秆覆盖与施磷量对旱地小麦花后根尖质子吸收能力(PMF)的影响,为小麦高产稳产提供理论和技术依据。【方法】试验于2020—2022年在四川仁寿进行,采用二因素裂区设计,以秸秆覆盖和不覆盖为主区;3个磷(P2O5)水平0(P0)、75(P75)和120(P120)kg/hm2为裂区,分析了小麦花后20天根尖质子动力势(质子吸收速率、净吸收速率),测定了小麦干物质积累量、产量及其构成因素。【结果】花后20天,P75和P120处理的质子净吸收速率秸秆覆盖下较P0分别提高了37.7%和32.4%,秸秆不覆盖下分别提高了20.3%和36.5%。与不覆盖相比,秸秆覆盖下小麦根尖质子净吸收速率平均提升了29.4%,氮、磷和钾积累量分别提高了23.2%、32.7%和31.9%,开花期和成熟期营养器官干物质积累量分别提高了30.9%和38.5%。秸秆覆盖显著提高了有效穗、穗粒数和产量,且增加幅度表现为P120>P75>P0。无论是否进行秸秆覆盖,P75、P120处理较P0显著提高了小麦氮、磷和钾吸收效率,P75与P0的氮、钾素籽粒生产效率无显著差异,而P120处理显著降低了氮、钾素籽粒生产效率。秸秆覆盖和磷肥配合的6个处理中,秸秆覆盖+P75处理所获得的小麦产量和磷素利用效率显著高于无秸秆覆盖+P120处理。【结论】秸秆覆盖与施用磷肥均可显著提高小麦花后根尖质子动力势,促进养分吸收和地上部干物质的积累,增加有效穗和穗粒数,进而实现增产。施磷75 kg/hm2可提高小麦的氮、钾吸收率,不影响氮、钾素籽粒生产效率,而施磷120 kg/hm2显著降低了氮、钾素籽粒生产效率,因此,采用秸秆覆盖配施75 kg/hm2的磷肥(P2O5)可实现小麦高产高效和绿色生产。

秸秆覆盖配施氮肥根际土真菌群落及其与小麦产量的关系

为研究秸秆覆盖与施氮条件下土壤真菌群落变化及其驱动因素与冬小麦产量的关系,试验采用二因素裂区设计,主区为秸秆覆盖(SM)和不覆盖(NSM);副区为两种施氮量0(N0)和180(N1)kg/hm^(2)。于小麦开花期采集土壤样品测定土壤养分及采用Illumina Miseq高通量测序技术分析根际真菌群落结构和多样性。结果表明,SM较NSM处理小麦产量提高40.3%,差异显著。NSMN1较NSMN0处理小麦产量显著提高75%;SMN1处理比SMN0处理小麦产量显著提高92%。SM处理较NSM处理土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、碱解氮(AN)、氨态氮(NH^(+)_(4)⁃N)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的含量显著增加,土壤硝态氮(NO^(-)_(3)⁃N)含量降低。无论秸秆覆盖与否,施氮显著提高了土壤TN、AN、NH^(+)_(4)⁃N、NO^(-)_(3)⁃N、AP和AK的含量。秸秆覆盖根际真菌群落多样性(Chao1与Shannon指数)增加;施氮则降低其多样性。SM处理较NSM处理显著增加担子菌门(Basidiomycota)和降低被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度,子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度无显著差异。在NSM条件下,施氮显著增加子囊菌门的相对丰度,担子菌门与被孢霉门相对丰度显著降低;在SM条件下,施氮处理显著降低子囊菌门和增加担子菌门的相对丰度,被孢霉门的相对丰度降低,但无显著差异。在属水平上,SM处理较NSM处理显著增加光盖伞属(Psilocybe)、弯孢菌属(Curvularia)和黑孢霉属(Nigrospora)的相对丰度,被孢霉属(Mortierella)、球腔菌属(Mycosphaerella)、帚枝霉属(Sarocladium)、镰刀菌属(Fusarium)和柱霉属(Scytalidium)的相对丰度显著降低,蛋白单胞属(Pyrenochaetopsis)的相对丰度无显著差异。NSMN1较NSMN0处理显著增加球腔菌属、弯孢菌属和帚枝霉属的相对丰度,显著降低被孢霉属和柱霉属的相对丰度;SMN1比SMN0处理显著增加光盖伞属、弯孢菌属、帚枝霉属和柱霉属的相对丰度,被孢霉属相对丰度显著降低。组间群落差异(LEfSe)分析,球腔菌属、弯孢菌属和光盖伞属是秸秆覆盖配施氮肥的关键真菌菌属。基于冗余分析,土壤SOC、AK、AP、AN、TN与NH^(+)_(4)⁃N含量对真菌群落结构有显著或者极显著的影响。进一步分析表明,在秸秆覆盖配施氮肥条件下光盖伞属、柱霉属和弯孢菌属与小麦产量相关。综上,秸秆覆盖配施氮肥有助于提高土壤养分有效性和小麦产量,利于优化土壤真菌群落结构,对四川丘陵旱地提升土壤肥力和作物生产力具有重要意义。