高油高产大豆精量化播种施肥配套模型的构建

为分析大豆播种、施肥方式对大豆产量及油份含量构成的影响,掌握科学化提质、增产技术措施,以高油高产大豆新品种黑农531为材料,分别设置播种密度、施肥深度和施肥量单因素梯度试验,分析单因素指标对产量构成因子与油分含量的影响。采用二次回归正交试验设计,以产量和油分含量为指标建立大豆播种施肥一体化措施的数学模型,并明确最高产量、最高油分含量下的精量化实施措施组合。结果表明:单株荚数和单株粒数随着播种密度的增加均呈现出先增加后降低的趋势,以28万株·hm^(-2)为临界值;单株荚数和单株粒数随着施肥深度的增加呈现出逐渐增加的趋势,百粒重随着施肥深度的增加呈现出抛物线状变化;单株荚数、单数粒数及百粒重均随施肥量的增加呈现出逐渐增加的趋势,均以375 kg·hm^(-2)为临界值;大豆油份含量随着播种密度增加、施肥层加深、施肥量提高均呈现出先增加后降低的趋势,各播种密度处理之间的油份含量差异不大,浅施肥和增加施肥量均能显著提高大豆油份含量;得出大豆产量与播种密度(X_(1))、施肥深度(X_(2))、施肥量(X_(3))之间的回归方程为:Y=2714.696+47.445X_(1)+15.768X_(2)+2.967X_(3)-0.4908X_(1)^(1)-1.862X_(2)^(2)-0.00122 X_(3)+0.6809X_(1)×X_(2)-0.0783X_(1)×X_(3)-0.0059X_(2)×X_(3)。大豆油份与播种密度、施肥深度、施肥量之间的回归方程为:Y=14.288+0.410X_(1)+0.083X_(2)+0.0146X_(3)-0.00647X_(2)1-0.0108X_(2)2-0.00000817X_(3)^(2)+0.00486X_(1)×X_(2)-0.000316X_(1)×X_(3)-0.0000691X_(2)×X_(3)。通过该模型预测高油高产大豆最高产量可达到3952.023 kg·hm^(-2),达到最大产量需播种密度为28万株·hm^(-2),种下施肥深度为10 cm,施肥量为225.0805 kg·hm^(-2);最高油份可达到22.79%,达到最大油份含量需播种密度为26万株·hm^(-2),种下施肥深度为8.5 cm,施肥量为354.8578 kg·hm^(-2)。研究结果可为促进高油高产大豆生产提供理论基础和技术支持。

根瘤菌介入大豆大垄栽培施肥模型与经济效益分析

实现大豆高产高效优化栽培的重要前提是合理配比施肥,根瘤菌介入栽培技术可以促进生育进程和产量提高,大豆中结合二者的效果阐述还较少。文中试图探讨根瘤菌介入条件下的大垄栽培大豆的施肥模型并作技术分析,为大豆高产高效栽培及经济合理施肥提供科学依据。采用大垄栽培模式,利用DPS系统进行数据分析,建立回归方程获得最优施肥方式,然后利用拟合度检验并确立模型。结果表明,研究数据能够建立因变量(施肥)与自变量(产量)的三元二次方程。在氮肥为2.5元/kg,磷酸二铵4.2元/kg,硫酸钾4.8元/kg,大豆3.6元/kg的条件下各个因素组合最佳施肥量为:氮肥104.15 kg/hm^(2),磷酸二铵125.85 kg/hm^(2),硫酸钾75.36 kg/hm^(2),可得效益7 560.78元/hm^(2)。利用数据得到的单因素效应方程结果表明氮肥的增产效应>钾肥的增产效应>磷肥的增产效应,施肥量与生产量两个因素呈现出报酬递减关系。减产率由高到低的因素是氮肥、钾肥和磷肥。利用构建的双因子互作素效应方程可知:(1) NP互作效应的最佳施肥量为氮肥103.87 kg/hm^(2),磷酸二铵328.00 kg/hm^(2),效益为9 092.74元/hm^(2)。(2) NK互作效应的最佳施肥量为氮肥143.00 kg/hm^(2),硫酸钾0 kg/hm^(2),效益为8 427.12元/hm^(2)。(3)PK互作效应的最佳施肥量为氮肥0 kg/hm^(2),硫酸钾0 kg/hm^(2),效益为8 140.33元/hm^(2)。NP交互作用增产效应最强,NK的交互作用最弱,PK的交互作用居中。

不同基因型大豆田间抗旱性综合评价及抗旱品种筛选

为筛选适宜内蒙古中东部雨养农业区种植的抗旱大豆品种,综合评价不同大豆品种在内蒙古地区的抗旱表现,为内蒙古中东部雨养农业地区大豆抗旱品种选择和选育提供科学依据,选取东北区域不同地区育成的不同生育期组的代表性品种(系)34份,在大田生产条件下,设置正常浇水、自然干旱2个处理,分别调查不同处理下植株农艺性状、产量及相关指标等,计算得到各指标的抗旱系数,作为衡量品种抗旱能力的指标;利用主成分分析方法将各单项抗旱系数统计成相互独立的指标,最后利用隶属函数法求出综合指标的隶属值,进而评价参试大豆品种(系)的抗旱性。结果表明,不同农艺性状抗旱系数的变异系数均在15%以上,其中,分枝数变异系数最高,为61%。主成分分析表明,4个主成分累计贡献率为81.28%,可解释81.28%的方差,其代表了13个性状81%的遗传信息。通过隶属函数法,筛选出5个适合内蒙古中东部雨养农业区的大豆品种,即吉育406、登科1号、丰豆2号、2001-336-7和赤豆1号。

不同土壤类型中大豆根瘤菌解磷能力及其稳定性评价

为准确评价大豆根瘤菌解磷能力在不同土壤环境中的稳定性和适应性,筛选在黑龙江省多种土壤类型中具有高效解磷能力的大豆根瘤菌,分析前期分离、鉴定获得的10株大豆根瘤菌菌株在不同土壤类型条件下的磷解能力,并采用GGE双标图法分析评价解磷能力的稳定性。结果表明:以黑土作为“磷溶出库”,接种菌株113-2、112-1、114-2、111-2、114-1和115-2的培养基上清液无机磷含量显著高于无接种对照处理,提高幅度为0.68%~7.02%;以草甸土作为“磷溶出库”,接种菌株112-1、113-2、114-2、115-2、114-1、111-2、113-1和111-1的培养基上清液无机磷含量显著高于对照处理,提高幅度为0.57%~8.25%;以黑钙土作为“磷溶出库”,接种不同根瘤菌处理的培养基上清液无机磷含量均显著高于对照处理,提高幅度为0.75%~7.0%;以白浆土作为“磷溶出库”,接种菌株112-1、113-2、114-2、111-2、115-1、114-2、111-1和112-2的培养基上清液无机磷含量显著高于对照处理,提高幅度为0.41%~14.8%;以盐碱土作为“磷溶出库”,接种菌株113-2、112-1、114-2、111-2、114-1、115-2和113-1的培养基上清液无机磷含量显著高于对照处理,提高幅度为0.47%~9.9%。以黑土、草甸土、黑钙土、白浆土和盐碱土作为“磷溶出库”接种处理的土壤有效磷含量较对照处理分别提高0.07%~21.53%、0.08%~38.82%、0.07%~25.94%、0.27%~17.40%和0.34%~34.71%。GGE双标图数学模型综合对比得出土壤磷活化能力强且稳定性较好的菌株为112-1、113-2和114-2。

作物-土壤氮循环对大气CO_(2)浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO_(2)浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO_(2)浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO_(2)和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO_(2)浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO_(2)浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO_(2)浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在:高温和高CO_(2)浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO_(2)浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO_(2)浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO_(2)浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO_(2)升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO_(2)浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。

大气CO_(2)浓度和温度升高对农田土壤碳库及微生物群落结构的影响

大气CO_(2)浓度和温度升高会通过影响作物的光合作用,从而影响光合碳向土壤中的输送。输入到土壤中光合碳含量的变化势必会对土壤外源碳的主要分解者--微生物的群落结构产生影响。土壤微生物在土壤有机质的转化过程中发挥着重要的作用,是土壤碳循环的主要驱动者,其群落结构和功能的改变会影响土壤有机质的动态变化,而这些变化会进一步增加或者降低大气中的CO_(2)浓度,从而对气候变化产生反馈作用。未来土壤的碳平衡取决于大气CO_(2)浓度和全球变暖对土壤中碳的输入、输出以及碳在土壤中的驻留时间。因此,只有全面了解大气CO_(2)浓度和温度升高将对土壤碳库及土壤微生物群落结构产生何种影响,才能明确地揭示陆地生态系统对气候变化的反馈机制,对未来农田土壤有机碳库的管理和生产力的维持有重要意义。文章综述了大气CO_(2)浓度和温度升高及其交互作用对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响。主要结论为:(1)大气CO_(2)浓度和温度升高对土壤碳库的影响可以相互抵消,但是土壤碳库是否成为碳“源”与温度升高的幅度密切相关;(2)大气CO_(2)浓度升高增加了光合碳在玉米、小麦等植株各部分的分配,温度升高同样对光合碳的分配规律产生影响,但对不同部位的影响不一致,多呈降低或无显著影响;(3)大气CO_(2)浓度和温度升高可能对土壤微生物活性及其群落结构产生交互影响,且对不同微生物(细菌、真菌和古菌)群落的影响程度不同,进一步对土壤有机碳的转化产生影响。最后提出未来的研究方向:(1)从气候变化影响植物-土壤互作角度解析根系分泌物的转化过程及其对微生物的影响;(2)通过DNA-SIP进一步研究大气CO_(2)浓度和温度升高条件下土壤微生物对不同植物来源碳的选择性利用与碳循环的关系,从而阐明气候变化条件下微生物底物利用策略以及微生物群落结构的变化。

大气CO_(2)浓度和温度升高影响作物产量的光合生理及分子生物学机制

全球气候变化下,大气CO_(2)浓度升高产生的“肥料效应”因温度的升高对作物产量的影响产生了不确定性,关键在于相关光合生理和分子机制对两因子互作的响应程度。本文综述了不同作物的光合速率、气孔导度、Rubisco酶活性等关键生理指标及产量对大气CO_(2)浓度和温度升高的响应,并从代谢组角度总结了大气CO_(2)浓度和温度升高对作物光合相关基因表达的影响。提出了从转录组、代谢组及蛋白组学角度探讨不同农业生态区作物对气候变化的响应,展望了作物关键光合基因表达与其区域气候变化的未来研究方向,以期为不同生态区作物对气候变化适应性及调控途径提供理论参考。

大气CO_(2)浓度和温度升高对玉米农田黑土碳库及细菌群落的影响

为研究气候变化对东北农田黑土碳库和相关微生物组特征的影响,本文以东北春玉米连作的黑土为研究对象,利用原位开顶式气候室(OTC)模拟长期大气CO_(2)浓度和温度升高,利用土壤物理分级技术将土壤有机碳(SOC)分组为颗粒(POC)和矿质结合有机碳(MOC),并通过16S rRNA高通量测序分析土壤细菌微生物群落结构,探讨气候变化影响黑土碳库稳定性的微生物作用机制。结果表明,与CK相比,连续12年大气CO_(2)浓度和温度升高没有改变SOC总量,但影响其周转率。温度升高显著增加了细颗粒有机碳(fPOC)的含量,CO_(2)和温度同时升高降低了MOC含量。CO_(2)浓度升高并未影响fPOC和MOC含量。温度或CO_(2)浓度升高显著改变了细菌群落结构,温度升高增加苔藓杆菌属(Bryobacter)的相对丰度,CO_(2)浓度升高增加了革兰氏阴性菌硝化螺旋菌属(Nitrospirae)的丰度。长期大气CO_(2)浓度和温度同时升高增加硝化螺旋菌属(Nitrospirae)的丰度,该菌属丰度的增加可能会进一步影响SOC稳定性。