陇中旱农区不同品种马铃薯水氮利用效率研究

以12个马铃薯品种为研究对象,连续2 a(2022—2023年)设置不施氮(0 kg·hm^(-2))和施氮(180 kg·hm^(-2))2个施氮水平,分析不同品种马铃薯产量和水氮效率特征,并采用隶属函数法对各马铃薯品种进行综合评价。结果表明:品种、氮水平和品种×氮水平都对晚熟马铃薯产量均具有极显著影响,而氮水平×品种对中熟品种无显著影响。连续2 a供氮条件下中熟品种产量变幅为8289.39~22011.61 kg·hm^(-2),晚熟品种产量变幅为8192.57~20308.58 kg·hm^(-2)。基于2 a施氮和不施氮条件下各品种块茎产量,将不同马铃薯品种按照不同氮效率划分为4种类型,即双高型(‘京张薯1号’、‘陇薯20号’、‘青薯9号’、‘陇薯15号’、‘陇薯16号’)、低氮高效型(‘V7’、‘陇薯14号’)、高氮高效型(‘陇薯10号’)和双低型(‘冀张薯12号’、‘希森6号’、‘定薯3号’、‘陇薯22号’)。相关性分析结果表明:氮素吸收效率、氮肥表观利用率与产量呈极显著正相关关系(R^(2)=0.4438**,R^(2)=0.4211**),马铃薯产量与块茎含氮量间呈极显著正相关关系(R^(2)=0.5302**,R^(2)=0.4357**),说明在施氮和不施氮条件下,马铃薯块茎含氮量越高则其产量越高。隶属函数分析结果表明:中熟品种‘京张薯1号’(D i=0.90)、晚熟品种‘青薯9号’(D i=0.90)和‘陇薯10号’(D i=0.87)具有较高的综合水氮效率和产量表现,可作为水氮高效品种在陇中旱作区进行推广。

高校实验室安全管理探究

高校实验室是开展实验教学研究、培养学生科研兴趣、激发学生创新能力、探索科学研究成果的重要场所,是实现理论与实践结合的重要基地,也是提高高校教学水平、科研水平、管理水平的关键所在。针对目前实验室安全管理中存在的问题,通过加强实验室安全动态管理、多举措提高安全管理水平、保证安全管理全方位执行,引导师生正确认识实验室在高校建设和教育教学中的地位和重要性,将实验室安全管理工作融入高校建设中,以期为提高高校整体建设和综合办学实力、开展高水平教学科研活动、培养高质量应用型科技人才、维护校园安全和社会稳定提供重要的安全保障。

种植密度对玉米-大豆带状间作系统玉米产量性状及品质的影响

陇东黄土高原玉米种植面积大,提高玉米产量和改善品质的适宜带状间作种植密度非常重要。本文以当地玉米单作(49500株/hm^(2))为对照,设玉米低密度(45000株/hm^(2))和高密度(54000株/hm^(2))两种玉米-大豆带状间作种植密度,研究带状间作种植密度对玉米产量和品质的影响。结果表明,与玉米单作处理相比:(1)间作处理玉米穗粗和穗行数略有降低,高密度种植时玉米穗长和行粒数最高,分别达到21.2 cm和40.5粒/行;(2)高密度间作种植增加了玉米产量,显著增加了玉米地上部干物质量(20949 kg/hm^(2));(3)高密度间作种植时,玉米籽粒蛋白、脂肪及纤维含量最高,较玉米单作处理分别提高10.9%、2.53%和2.91%。主成分分析可以解释不同处理结果79.6%的差异,高密度带状间作种植对玉米的产量和品质影响更为显著。研究表明,该区域玉米-大豆带状间作种植中,玉米以54000株/hm^(2)密度种植,可提高玉米的产量和品质,适合在陇东黄土高原及类似地区推广应用。

基于最小数据集的黄土高原半干旱区苜蓿地土壤质量评价

通过评价不同种植年限苜蓿地土壤质量变化,可为紫花苜蓿人工草地的可持续利用和适宜种植年限的确定提供理论依据。本文以黄土高原半干旱区不同种植年限的苜蓿地为研究对象,农田为对照,测定了耕层土壤物理、化学和生物学性质的21个指标,作为全数据集(Total data set,TDS)进行描述性特征分析,并通过主成分分析、相关性分析和Norm值计算构建了土壤质量评价最小数据集(Minimum data set,MDS),运用加权综合指数法开展土壤质量评价。结果表明,长期种植苜蓿会提高土壤有机碳、全氮和可溶性碳含量,但降低了土壤水分和速效磷含量。构建的MDS包括土壤容重、全氮、速效磷、脲酶、真菌Shannon指数和真菌Chao指数;全数据集土壤质量指数(TDS-Soil quality index,TDS-SQI)与最小数据集土壤质量指数(MDS-Soil quality index,MDS-SQI)均表现为L2012>L2003>农田>L2019,且两种评价体系结果呈显著正相关(R^(2)=0.599,P<0.05),表明采用最小数据集评价苜蓿地土壤质量是可行的。土壤速效磷和全氮是影响黄土高原半干旱区苜蓿地土壤质量的主要障碍因子,可通过适当施用氮、磷肥及轮作促进区域紫花苜蓿人工草地的可持续利用。

黄土高原不同种植年限苜蓿土壤固氮微生物群落结构和丰度特征

生物固氮是紫花苜蓿(Medicago sativa)土壤氮素的重要来源,固氮微生物数量及其群落结构变化对土壤氮素供应和肥力维持起着重要作用。本研究采用Illumina MiSeq测序和荧光定量PCR技术,探究了黄绵土区玉米农田和不同种植年限[2019年(2年)、2012年(9年)、2003年(18年)]紫花苜蓿地土壤nifH固氮基因丰度、nifH固氮微生物群落结构和多样性,通过共现网络分析丰富和稀有固氮微生物的生态地位,耦合土壤理化性质明确影响固氮微生物群落结构的主导因子。结果表明,黄绵土固氮微生物nifH基因丰度为2.97×10^(6)~5.93×10^(6) copies·g^(-1)(干土),且表现为苜蓿地显著高于玉米农田。土壤样品经测序共获得有效序列176 367条,主要分布在5门、8纲、11目、15科、17属。门水平上,变形菌门和蓝藻门为主要优势类群;属水平以斯克尔曼氏菌属和固氮弧菌属为优势属。与玉米农田相比,多年持续种植紫花苜蓿显著提高了斯克尔曼氏菌属的相对丰度,但其随种植年限延长呈降低趋势。长期种植紫花苜蓿促生了固氮菌属、伯克氏菌属、弗兰克氏菌属、中慢生根瘤菌属、地杆菌属和慢生根瘤菌属等生理类群,同时也使得梭状杆菌属、红假单胞菌属和三离藻属消亡。RDA分析发现,固氮微生物不同种群对环境因子的响应并不一致,具有各自的生态位,但土壤全磷是影响土壤固氮微生物群落结构的主导环境因子,其次是有机碳和硝态氮。分子生态网络分析表明固氮菌生态网络中丰富类群占据生态系统核心地位,且物种间均为协同合作关系,群落结构相对稳定,对环境变化具有较强的适应能力。综上,黄土高原半干旱区种植紫花苜蓿显著提高了土壤nifH基因丰度,改变了固氮微生物nifH群落结构,该结果可为黄绵土固氮微生物多样性研究和紫花苜蓿适宜种植年限的确定提供基础数据和理论依据。

黄土高原紫花苜蓿地土壤AMF群落结构及其组装机制

为揭示多年种植紫花苜蓿对土壤丛枝菌根真菌(AMF)群落结构和多样性的影响,本研究通过布设在黄土高原半干旱区的田间试验,基于2019年(L_(2019))、2012年(L_(2012))和2003年(L_(2003))建植的紫花苜蓿田,以农田玉米为对照,采用高通量测序和PCR技术,结合分子生态网络研究不同种植年限紫花苜蓿地土壤AMF群落组成和丰度,并基于零模型揭示了土壤AMF群落的组装过程。结果表明:黄绵土区AMF属于球囊菌门的1纲4目7科7属,球囊霉属、类球囊霉属和多孢囊霉属为紫花苜蓿地和农田土壤共有类群,且均以球囊霉属(65.15%~99.12%)为优势属,其主要贡献了不同处理分组中土壤AMF群落结构的改变。长期种植紫花苜蓿使和平囊霉属和无梗囊霉属消亡,但促生了双型囊霉属和盾巨孢囊霉属,其中双型囊霉属相对丰度表现为L2019处理显著高于其他处理(P<0.05)。网络关联分析发现,高丰度的球囊霉属和类球囊霉属之间呈现负相关,而低丰度的和平囊霉属和无梗囊霉属之间呈现正相关。基于零模型的AMF群落组装结果表明,农田与L_(2019)处理由确定性过程主导(66.67%),L_(2012)和L_(2003)处理由随机性过程主导(100%),这表明长期种植紫花苜蓿形成稳定的土壤环境使其随机性过程增加,利于维持人工草地生态系统功能的可持续性和稳定性。

黄土高原紫花苜蓿种植对土壤反硝化细菌群落的影响

研究依托布设于黄土高原的长期定位试验,以紫花苜蓿(Medicago sativa)不同种植年限(2年、9年和18年)土壤为研究对象,玉米(Zea mays)地为对照,基于高通量测序技术和荧光定量PCR技术,结合冗余分析和分子生态网络构建,通过微生物标志物(nirK和nirS)对黄绵土区玉米农田和长期种植紫花苜蓿土壤反硝化细菌群落结构和多样性展开研究。结果表明,黄绵土区nirK基因丰度明显高于nirS基因丰度,具有nirK和nirS基因的反硝化细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria)。nirK型反硝化细菌已分类优势属为副球菌属(Paracoccus,1.10%~39.94%)、无色杆菌属(Achromobacter,0.07%~12.50%)和中华根瘤菌属(Sinorhizobium,0.50%~7.60%),且紫花苜蓿地副球菌属相对丰度显著高于玉米农田(P<0.05),随紫花苜蓿种植年限延长相对丰度逐渐增加;无色杆菌属相对丰度表现为紫花苜蓿地显著低于玉米农田(P<0.05),丰度随苜蓿种植年限的延长逐渐降低;nirS型反硝化细菌优势属为罗河杆菌属(Rhodanobacter,1.42%~5.20%)。相关性分析表明,nirK反硝化基因丰度变化对土壤环境因子无明显响应,而nirS反硝化基因丰度与土壤有机碳、全氮和微生物量碳含量呈显著正相关,与土壤水分和有效磷含量呈显著负相关。冗余分析结果表明,土壤水分(P=0.002)和有机碳(P=0.020)是nirK型反硝化细菌群落组成变化的主导因子,土壤有效磷(P=0.006)是nirS型反硝化细菌群落结构产生变化的主导因子。分子生态网络分析表明,黄绵土区nirK型和nirS型反硝化细菌的群落之间均以协同合作关系为主。长期种植苜蓿显著影响土壤中反硝化细菌的群落组成,研究结果可为深入探索半干旱区土壤反硝化过程中的微生物机制提供重要科学依据。

黄土高原苜蓿及后茬作物土壤水分恢复效应及蒸散特征

黄土高原种植紫花苜蓿(Medicago sativa)多年后会形成土壤干层,严重影响后茬作物的生长。本研究利用黄土高原建植9年的苜蓿地布设田间试验,研究比较了苜蓿连作(L–L),苜蓿移除后休闲(L–F)或分别种植小麦(Triticum aestivum, L–W)、玉米(Zea mays, L–C)、马铃薯(Solanum tuberosum, L–P)和谷子(Setaria italica, L–M)6种苜蓿-作物种植模式对田间水分蒸散特性的影响及水分动态变化特征。结果表明:苜蓿与作物的轮作中,3年的平均水分利用效率均是苜蓿-马铃薯最高,苜蓿-玉米次之,苜蓿-小麦最低,种植马铃薯和玉米能有效提高作物产量和水分利用效率。苜蓿-玉米处理在高耗水的同时,抑制了土壤棵间蒸发量,显著降低了蒸发与作物耗水量的比率(17.0%),促进了作物的蒸腾作用。经过轮作倒茬后,苜蓿-作物轮作处理下0–300 cm土层的平均含水量较苜蓿连作增加了18.4%～34.9%,苜蓿-休闲处理对于土壤干层水分的恢复效果最佳,其次为苜蓿-马铃薯。综合水分利用效率和农田水分变化特征,在黄土高原半干旱区种植苜蓿多年后选择休闲或轮作其他作物,以苜蓿-马铃薯和苜蓿-玉米轮作的效果较好。该研究结果也表明,合理的利用土地可以减轻土壤干层在黄土高原的形成和发展。

长期少免耕与氮肥减量对全膜双垄沟播玉米产量及碳排放的调控作用

【目的】明确氮肥减量条件下耕作方式对土壤呼吸、碳排放、作物产量的影响,揭示玉米生长与土壤碳排放的关系。【方法】于2018—2019年依托2012年布设于甘肃农业大学旱作农业综合实验站的耕作方式及氮肥减量长期定位试验。本试验以具有良好集雨抑蒸、增温保墒作用的全膜双垄沟播技术为前提,采取二因素裂区设计,主区为4种耕作方式:翻耕(T1);旋耕(T2);深松耕(T3)和免耕(T4),副区处理为两个施氮水平:氮肥减量(N1:基施氮200 kg·hm^(-2))和传统施氮(N2:基施200 kg·hm^(-2)+拔节期施100 kg·hm^(-2))。研究不同处理的玉米生长、土壤呼吸速率特征、碳排放量和土壤有机碳含量的变化,分析碳排放效率(CEE)及净生态系统生产力(NEP)。【结果】(1)耕作方式及施氮水平显著影响全膜双垄沟播玉米的生长,耕作方式对干物质积累的影响主要在灌浆期和成熟期,免耕处理显著提高了该时期的干物质积累量、生长率和净同化速率,较其他耕作方式籽粒产量提高2%—15%;施氮水平在拔节期—开花期对干物质的影响较大,但同一耕作方式下N1与N2水平的产量差异不显著。(2)土壤呼吸速率呈先升高后降低的单峰曲线,在大喇叭口期—开花期达到峰值,耕作方式对土壤呼吸、碳排放量及碳排放效率的影响大于施氮水平,免耕处理的土壤呼吸速率较旋耕、翻耕和深松耕分别降低了4.3%、12.9%和24.3%,总碳排放量降低了21.5%、13.4%和31.2%,碳排放效率提高26.5%—55.9%;免耕减施氮肥较其他处理碳排放总量降低489—1917.5 kg·hm^(-2),碳排放效率提高了20.1%—56.2%。(3)所有处理均表现为大气CO_(2)的“汇”,但免耕和减施氮肥表现出更强的碳汇效应,与传统翻耕相比,免耕处理0—5 cm土层有机碳含量增加了11.3%(P<0.05),与传统施氮相比,氮肥减量水平下0—10 cm土层的有机碳含量提高了5.8%(P<0.05)。(4)全膜双垄沟播玉米碳排放效率与干物质积累量、生长率和净同化率呈显著正相关关系,玉米碳排放效率与土壤有机碳含量呈极显著负相关,其原因主要是耕作方式和氮肥减量促进了玉米光合能力,从而捕获更多CO_(2),进而提高了玉米固碳能力。【结论】在472—491 mm的年降水条件下,免耕结合氮肥减量(基施氮200 kg·hm^(-2))能提高玉米产量、土壤有机碳含量,降低碳排放总量,提高碳排放效率,是陇中黄土高原全膜双垄沟播玉米一项绿色增产技术,建议在生产中使用。

黄土高原雨养区苜蓿种植年限对土壤固碳细菌丰度和活性有机碳组分的影响

为了揭示紫花苜蓿(Medicago sativa)种植对土壤固碳细菌丰度和活性有机碳组分的影响,本研究采用实时荧光定量PCR技术,分析不同种植年限(2、9、16和18年)紫花苜蓿地和农田[玉米(Zea mays)]土壤固碳细菌丰度变化特征,探讨土壤固碳细菌丰度与活性有机碳组分及Rubis CO酶活性之间的关系,并耦合土壤理化因子解析影响cbb L基因丰度和土壤活性有机碳组分的重要因素。结果表明,与农田相比,种植18和16年苜蓿显著提高了土壤总有机碳和3种活性有机碳组分(P<0.05),其中总有机碳、易氧化有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳分别增加了18.15%和14.60%、130.00%和76.43%、22.87%和11.17%、127.03%和133.49%,种植9年苜蓿提高了3种土壤活性有机碳组分,而种植2年苜蓿仅显著提高了微生物量碳含量(P<0.05)。土壤干土cbb L基因拷贝数介于(1.12×10^(8))~(1.96×10^(8))copies·g^(-1),表现为苜蓿地土壤均显著高于农田(P<0.05),且随苜蓿种植年限的延长而增加。相关分析结果表明,cbb L基因丰度与土壤C、N和p H呈显著正相关关系(P<0.05),与土壤水分、P素和Rubis CO酶活性呈显著负相关关系(P<0.05);进一步逐步回归分析发现,土壤全氮和p H是影响cbb L基因丰度的关键因子。冗余分析结果显示,土壤水分和全氮是影响土壤总有机碳和活性有机碳组分的主要因素。综上,了解土壤cbb L细菌丰度和活性有机碳组分对苜蓿种植年限的响应对后期进一步揭示黄土高原雨养区土壤固碳的微生物机制提供了参考。

黄土高原雨养区不同种植年限紫花苜蓿土壤真菌群落的分布特征

依托布设在黄土高原雨养农业区的长期田间定位试验,以玉米田为对照、不同种植年限紫花苜蓿地(L2003,L2005,L2012)土壤为研究对象,采用真菌ITS高通量测序技术探究不同种植年限苜蓿土壤真菌群落分布与演替特征,为黄土高原苜蓿人工草地的可持续利用提供微生物参数。结果表明:黄绵土共检测到真菌6门24纲73目156科313属,主要包括子囊菌门(Ascomycota)、接合菌门(Zygomycota)、担子菌门(Basidiomycota)。苜蓿土壤和农田土壤真菌群落结构差异显著,随苜蓿种植年限延长子囊菌门相对丰度先降低后升高,接合菌门和担子菌门相对丰度先升高后降低,表现为L2003子囊菌门相对丰度显著高于L2005处理12.42%(P<0.05),接合菌门相对丰度显著低于L2005处理153.54%(P<0.05)。农田土壤优势属为被孢霉属(Mortierella)、绿僵菌属(Metarhizium)和腐质霉属(Humicola),苜蓿土壤共有优势真菌属为刺孢属(Phaeomycocentrospora)、白僵菌属(Beauveria)和被孢霉属。农田土壤被孢霉属相对丰度显著高于苜蓿土壤62.38%~73.48%(P<0.05),随着苜蓿种植年限的延长,土壤促生菌(白僵菌属和绿僵菌属)丰度下降,部分病原菌(镰刀菌属、赤霉菌属)丰度增加。主成分分析发现,丛赤壳属(Nectria)、土赤壳属(Ilyonectria)和镰刀菌属(Fusarium)与第一主成分(PC1)具有较高的相关性,Lectera菌属、支顶孢属(Acremonium)和赤霉菌属(Gibberella)与第二主成分具有较高相关性,与第一、第二主成分相关性较高的菌属均为植物病原菌。

土壤有机碳组分对土地利用方式响应的Meta分析

增加土壤有机碳累积对于缓解全球气候变化背景下大气温室效应具有重要意义。为研究不同土地利用方式对土壤有机碳组分的影响,本研究采用整合分析方法(Meta-analysis)研究了林地、果园、天然草地、栽培草地、农田5种不同土地利用方式下0–100 cm土壤剖面总有机碳(TOC)及其活性组分的变化特征,并探讨了土壤总有机碳与活性有机碳之间的相关关系。结果表明:与农田(对照)相比,林地和栽培草地均能显著增加0–100 cm土层TOC含量(P<0.05),增幅在3.1%~26.6%和8.7%~24.7%;天然草地和果园分别对0–60、20–80 cm土层TOC含量有显著增加作用(P<0.05),增幅在6.0%~17.2%和5.6%~19.8%。活性有机碳组分对土地利用方式的响应程度在不同土层也有明显差别,土壤颗粒有机碳(POC)、土壤微生物量有机碳(MBC)在0–100 cm土层与TOC具有相似的变化趋势,而土壤易氧化有机碳(EOC)和土壤可溶性有机碳(DOC)略有不同。林地和果园均能显著提高0–80 cm土层EOC含量(P<0.05),而对80–100 cm土层EOC含量无显著影响(P>0.05);天然草地和栽培草地近乎在0–100 cm整个剖面对EOC含量均有显著增加作用(P<0.05);果园和天然草地的DOC含量在0–80 cm土层显著增加(P<0.05),林地和栽培草地则在0–60 cm土层DOC含量显著增加(P<0.05)。相关性分析显示,TOC与EOC、POC、MBC呈极显著正相关关系(P<0.01),而与DOC无明显相关关系。综上,与农田相比,林地和栽培草地具有较强的土壤固碳功能。该研究可为土壤有机碳管理提供理论参考。

黄土高原干旱区长期种植紫花苜蓿和一年生作物轮作对土壤真菌群落的影响

为研究半干旱区种植制度对土壤真菌群落和功能的影响,本研究依托布设于黄土高原雨养农业区的长期定位试验,采集长期种植苜蓿(LC)、苜蓿-休耕(LF)、苜蓿-休耕-玉米(L_(F)C)、苜蓿-马铃薯(LP)、苜蓿-谷子(LMi)5个处理的耕层(0~30 cm)土壤样品,基于真菌ITS区高通量测序技术,分析比较长期种植苜蓿和一年生作物对土壤真菌多样性和群落特征的影响,并采用FUNGuild平台分析预测不同处理土壤真菌的生态功能。结果表明,本研究共检测到真菌7门25纲77目169科347属,其中以子囊菌门(Ascomycota,69.17%~88.22%)为最优势菌门,且远远大于次优势菌门——接合菌门(Zygomycota,6.72%~19.88%)和担子菌门(Basidiomycota,1.64%~9.01%);属水平下各处理优势菌群存在差异,其中LC处理优势属为Phaeomycocentrospora,LF、LP和LMi的优势属均为赤霉菌属(Gibberella),L_(F)C处理优势属为被孢霉属(Mortierella)。冗余分析(RDA)发现,土壤有效磷(P=0.002)是影响土壤真菌群落结构的主要环境因子。真菌FUNGuild功能预测结果表明,本试验黄绵土主要以病理营养型真菌(pathotroph)为主(25.44%~39.27%),速效磷和硝态氮是影响土壤真菌营养类型变化的主要环境因子,与长期种植苜蓿相比种植一年生大田作物显著增加了土壤腐生-共生营养型、病原体-腐生-共生营养型和病理-腐生-共生营养型等过渡型真菌类群相对丰度,说明合理的种植制度有利于改善农田土壤真菌群落结构,促进区域土壤生态系统的稳定。

坡耕地土壤微生物功能多样性对间作体系的响应

为了明确土壤微生物对间作体系的响应,本研究基于粮草(药)间作定位试验,运用Biolog方法研究间作种植模式下土壤微生物功能多样性特征。结果表明:小麦(Triticum aestivum)||菘蓝(Isatis tinctoria)间作模式可提高土壤微生物碳源利用能力,其AWCD值在0–10 cm、10–30 cm土层分别高于小麦单作26%、29%(培养96 h),且在10–30cm土层两者差异显著(P <0.05),土壤微生物利用基质碳源的能力随着土层深度增加而逐渐降低;与小麦单作相比,间作可以显著提高McIntosh指数和Richness指数,尤以小麦||菘蓝间作效果显著(P <0.05);与单作小麦相比,小麦||菘蓝间作可提高0–30 cm土层土壤微生物对六大类碳源的利用强度,间作体系增强了土壤微生物群落稳定性;糖类碳源的变化在影响土壤微生物群落功能多样性方面起主导作用。间作种植模式可以提高土壤微生物生理活性,促进对土壤碳源的利用,小麦||菘蓝间作效果明显。

中国苜蓿施肥产量效应的Meta分析

探究不同生境下苜蓿产量对施肥的响应,为苜蓿种植提供理论依据。以中国为研究区域,以不施肥苜蓿为对照,通过检索文献整合已发表的相关田间试验数据,采用整合分析法(Meta-anal-ysis),系统探究苜蓿产量对不同肥料的响应及与生境的关系。结果表明:(1)施肥均有显著增产效应(P<0.05),增产率为15.4%~198.2%,其中尤以化肥与有机肥配施增产效果明显。(2)不同降雨条件下施肥效果迥异,降雨量<400 mm的干旱半干旱地区单施氮肥对苜蓿的增产作用较低,应注重磷肥、钾肥和有机肥的施用;降雨量400~800 mm的半湿润区适宜施用有机肥,其增产率可达70.1%(P<0.05);降雨量>800 mm的湿润区氮磷钾配施的增产效应最高,为29.2%(P<0.05)。(3)土壤类型影响施肥的增产效应,肥力较低的土壤(栗钙土和黄绵土)单施有机肥可明显提高苜蓿产量;贫磷土壤(黑垆土)单施磷肥的增产率最高,为183.0%(P<0.05)。该研究可为不同降雨条件和不同土壤类型区苜蓿人工草地合理施肥措施的选择提供理论依据。

黄土高原不同种植年限苜蓿地土壤温室气体排放特征

紫花苜蓿(Medicago sativa)作为黄土高原退耕还林主要草种,其种植面积日益扩大。本研究依托布设在黄土高原雨养农业区不同种植年限的苜蓿栽培试验,分析不同种植年限苜蓿草地(14、12、5 a)土壤温室气体(CO2、N2O和CH4)排放特征的影响,同时从土壤温度、含水量及酶活性的角度探究不同种植年限苜蓿对以上温室气体的影响机制。结果表明,黄土高原苜蓿地为CO2和N2O的排放源,CH4的吸收汇;在测定期内CO2排放速率表现为6月最高,1月最低;N2O排放速率表现为7月最高,12月最低;CH4吸收速率表现为7月最高,3月最低。CO2累计排放量表现为5 a>14 a>12 a,5 a苜蓿地较12 a苜蓿地和14 a苜蓿地分别显著增加16.60%、13.01%(P<0.05);N2O累计排放量表现为14 a>12 a>5 a,不同处理间差异不显著(P>0.05);CH4累计吸收量表现为5 a>12 a>14 a,各处理间差异显著。分析综合增温潜势发现5 a苜蓿地增温潜势显著高于12 a和14 a苜蓿地。逐步回归分析表明,CO2排放通量主要影响因素为土壤温度和水分(R^2=0.870),N2O排放通量主要影响因素为土壤温度(R^2=0.930),CH4排放通量主要影响因素为土壤温度和脲酶含量(R^2=0.962)。

水分和氮素水平对春小麦光合特性和水分利用的影响

为探明旱作农田不同水肥条件改善作物光合特性和水分利用效率增加作物产量的机理,通过室内盆栽试验,设计40%(W1)、70%(W2)和100%(W3)3个水分梯度以及75 kg/hm2(N1)、225 kg/hm2(N2)2个施氮水平的双因素交互试验,研究水分和氮素水平对春小麦的光合生理、产量和水分利用特性的影响。结果表明:N1W2处理小麦的净光合速率、穗干重、干物质量和水分利用率与高水高氮(N2W3)处理无显著差异;蒸腾速率和气孔导度最高,分别为5.86和157.73 mmol/m2·s,显著高于其他处理;蒸腾量最大,蒸发量最小,蒸腾蒸发比最大,说明水氮合理配施可显著提高小麦的光合特性、水分利用效率和产量。从节水节肥角度考虑,施氮量75 kg/hm2和70%田间持水量耦合可以显著提高小麦的净光合速率和水分利用率,促进灌浆后干物质的积累,增加产量。本试验条件下,N1W2(施氮量75 kg/hm2、70%田间持水量)为最优水氮组合。

黄土高原旱作农田土壤水分对苜蓿种植年限和后茬春小麦的响应

春小麦(Triticum aestivum)是黄土高原雨养农业区主要的禾谷类作物,该区紫花苜蓿(Medicago sativa)的种植也较为广泛。针对黄土高原半干旱雨养区连续种植多年苜蓿会形成土壤干层,并对后茬粮食作物生长产生严重影响的问题,以黄土高原半干旱区生长9年的苜蓿草地为研究对象,通过连续8年(2012–2019年)的定位试验,研究探讨黄土高原半干旱区不同种植年限苜蓿地和生长9年的苜蓿地翻耕轮作不同年限春小麦后0–300 cm土层土壤水分演变特征,明确旱作农田土壤水分对苜蓿种植年限和后茬春小麦轮作的响应。结果表明,苜蓿种植1年后50–110 cm土层水分为14.17%,开始呈现出轻度干燥化现象,110–200 cm土层在连续种植3年苜蓿后土壤水分变为12.39%,表现出轻度干燥化现象,200–300 cm土层在连续种植3年苜蓿后土壤水分为13.50%,低于凋萎湿度,土壤表现为重度干燥化。生长9年的苜蓿地翻耕轮作春小麦后,随着轮作年限的延长,土壤干层水分明显恢复,其中50–110 cm土层土壤水分在轮作第5年完全恢复,110–200 cm土层水分在轮作第6年完全恢复,而200–300 cm土层经过连续7年的春小麦轮作后,土壤水分仅为15.11%,依然不能完全恢复。因此,在陇中黄土高原半干旱区连续种植多年苜蓿后,应适时与一年生作物轮作以维持雨养农业系统的可持续发展。

苜蓿种植年限对土壤硝化潜势和氨氧化微生物丰度的影响

依托布设在黄土高原半干旱区的长期定位试验,通过高通量测序研究不同种植年限(L2003、L2005和L2012)苜蓿土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度,并分析揭示了影响氨氧化微生物丰度的环境因子。研究结果表明,土壤硝化潜势随苜蓿种植年限延长逐渐下降,其中,L2012、L2005和L2003处理的硝化潜势分别为0.05、0.04、0.04μg·g^-1·h-1,且处理间差异显著(P<0.05);土壤全氮含量随苜蓿种植年限延长逐渐增加,其中,L2012、L2005和L2003处理的全氮含量分别为1.02、1.14、1.18 g·kg^-1,且处理间差异显著(P<0.05),L2003和L2005处理的全氮含量分别比L2012高15.69%和11.76%;土壤硝态氮含量表现为随种植年限延长显著增加(P<0.05),L2003处理和L2005处理硝态氮含量分别比L2012处理提高59.73%和33.62%。高通量测序发现,AOA amoA基因拷贝数为9.75×10^6~12.68×10^6个·g^-1,明显高于AOB的5.01×10^6~7.70×10^6个·g^-1,AOA丰度随苜蓿种植年限延长显著增加(P<0.05),但AOB丰度表现出随种植年限延长先升高后降低的趋势,这表明黄土高原半干旱区苜蓿土壤氨氧化微生物以AOA占主导地位。相关分析表明,AOA丰度与土壤全氮(r=0.853)和硝态氮(r=0.833)均呈极显著正相关,但与硝化潜势(r=-0.802)呈极显著负相关,AOB丰度与土壤氮素含量和硝化潜势没有明显相关性。由此可见,黄土高原半干旱区苜蓿土壤氨氧化微生物以AOA为优势类群,且对苜蓿种植年限有更强烈的响应,但其并未主导土壤硝化过程。

施肥对苜蓿土壤水分、养分和产量的影响:基于定位试验数据的Meta分析

为探究提高苜蓿(Medicago sativa)产量和改善土壤肥力性质的施肥措施,本研究以中国为研究区域,以不施肥苜蓿为对照,通过检索文献整合已发表的相关田间试验数据,采用整合分析方法(Meta-analysis),系统探究施肥措施对苜蓿地土壤水分、养分、产量和水分利用效率的影响。结果表明,施肥可有效增加苜蓿土壤养分含量并提高苜蓿产量,但增加的地上生物量也影响了苜蓿对土壤水分的消耗,其中土壤有机质和全氮含量分别增加了3.1%~33.3%和4.5%~30.9%,土壤速效磷和速效钾含量分别提高了3.6%~144.4%和4.4%~24.8%,土壤水分下降了4.4%~11.8%。与不施肥相比,施肥措施下苜蓿增产率达到15.4%~198.2%,水分利用效率提高了5.9%~169.6%。进一步相关分析表明,苜蓿产量与0-200 cm土壤水分、有机质和速效磷含量均呈极显著正相关关系(P<0.01),苜蓿水分利用效率与土壤速效磷含量呈极显著正相关关系(P<0.01)。综上,施肥可有效增加土壤养分含量并提高苜蓿产量,其中化肥和有机肥配施表现出的增产作用最为突出,化肥配施对苜蓿水分利用效率的提升效应最佳。该研究可为苜蓿种植过程中适宜施肥措施的选择提供理论依据。