测土配方施肥指标体系建立中“3414”试验方案应用探讨--以内蒙古海拉尔地区油菜“3414”试验为例

针对测土配方施肥指标体系建立中遇到的技术问题,以内蒙古自治区海拉尔地区2007~2009三年油菜试验数据为例,对应用＂3414＂试验数据进行土壤养分分级、基于三元二次肥料效应模型建立施肥指标体系进行了研究,并就＂3414＂试验方案实施条件以及不同数学模型在肥料效应函数计算中的应用进行了探讨。提出了海拉尔地区油菜土壤有效磷的分级和施肥指标：当土壤有效磷低于7 mg/kg时,推荐施磷量为120 kg/hm2;当土壤有效磷在7~26 mg/kg时,推荐施磷量为90 kg/hm2;当土壤有效磷在26~50 mg/kg时,推荐施磷量为60 kg/hm2;而当土壤有效磷高于50 mg/kg时,一般不再推荐施用磷肥。该地区多数土壤速效钾含量在150~400 mg/kg范围,土壤速效钾含量已经在常规土壤速效钾分级指标的高限范围,但作为干旱地区风险施肥管理措施,仍然建议施用20~60kg/hm2钾肥。测土配方施肥指标体系建立中,＂3414＂试验方案实施前,应该在首先了解土壤养分限制因素的前提下进行肥料用量试验,而不是简单地一个地区采用一个试验方案。无论是采用哪种数学模型模拟肥料效应函数,都必须清楚肥料效应函数除了符合数学模型要求外,还要求符合肥料报酬递减率等农业化学的基本理论和农业生产实际。

北方设施菜地夏季不同填闲作物的吸氮效果比较研究

为筛选出吸氮效果明显的北方设施菜地夏季填闲作物,在北京郊区设施菜地,以甜玉米、高丹草、红叶苋菜、空心菜和小麦等5种不同作物为处理设置试验小区,开展田间监测、土壤和植株样品采集及检测,进行试验数据和资料的统计分析。结果表明,5种作物中,甜玉米生物量大、吸氮量大且速率快,阻控硝酸盐向深层土壤淋溶能力强。本试验条件下,甜玉米生物量和吸氮量分别达到92335kg.hm-2和330kg.hm-2;种植甜玉米后,0～120cm土层的硝酸含量减少近140kg.hm-2,均显著大于同等种植条件下的其他4种作物(P<0.05)。就减少土壤硝态氮淋失的效果而言,甜玉米是北方设施菜地夏季填闲作物的较好选择。

长期施肥对褐潮土磷、钾状况及速效供应能力的影响

氮磷钾配施有机肥提高耕层土壤全磷的效果十分明显，比对照增加52．2％，而氮磷钾配施秸秆比对照增加18．85％；氮磷、磷钾、或氮磷钾配合分别比对照增加17．87％，15．88％和14．89％，明显高于长期单施氮肥，或氮钾配合处理；氮磷钾配施有机肥速效磷含量比不施肥增加10倍以上，而氮磷钾配施秸秆比对照增加3倍；氮磷、磷钾、或氮磷钾配合分别比对照增加3—5倍。单一施用氮磷钾化肥作物钾素吸收量和施钾量总体上是平衡的，氮磷钾化肥配施有机肥或秸秆具有提高土壤速效钾含量的作用，比对照分别增加16．0％和11．4％，不施钾肥处理总体上速效钾含量是逐年下降的。各处理土壤缓效钾含量多年总体上都是下降的；但与对照及不施钾处理比较，施钾处理土壤缓效钾含量较高。

覆膜对不同施肥条件下玉米拔节期光合参数与荧光参数的影响

为探明覆膜对早春东北黑土玉米叶片光合生理特征的影响,在大田条件下,研究了覆膜对不同施肥条件下玉米拔节期叶片光合参数与叶绿素荧光参数的影响。结果表明:覆膜能够显著增加不同施肥条件下玉米拔节期叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用率,而对其他光合参数如细胞间隙CO2浓度和气孔限制值影响不显著。就施肥条件而言,覆膜对N、P处理玉米拔节期叶片光合参数的影响明显强于其他施肥处理。覆膜能够增加施P和PK处理玉米拔节期叶片Fm、Fv/Fm和Fv/Fo值,而显著降低了施NPK处理玉米拔节期叶片相应的荧光参数,覆膜对其他施肥处理玉米拔节期叶片叶绿素荧光参数的影响不显著。

长期不同施肥模式对我国玉米产量可持续性的影响

采用产量可持续性指数(SYI)对我国22个长期试验点5种施肥模式下的玉米产量可持续性进行了研究。结果表明:玉米SYI受施肥、经纬度和气象因子的影响,据此将玉米产量稳定性划分为3类,不施肥和单施氮肥(N),玉米产量低,产量持续性差,SYI小于0.45,极显著地受到温度、降雨量等气象因子的影响;氮磷肥(NP)配施玉米产量较高,SYI在0.45～0.55,受气象因子的影响较小;氮磷钾肥配施与氮磷钾和有机肥配施(NPK和NPKM),玉米产量高,持续性好,SYI大于0.55,气象因子对其无显著影响。不施肥、单施N和NP肥的玉米SYI与纬度或气象因素间呈显著相关性,而施用NPK和NPKM的SYI相对稳定。

覆膜对不同施肥条件下玉米苗期生长和光合及生理参数的影响

在田间试验条件下,研究了东北早春低温条件下,覆膜对不同施肥处理下玉米苗期生长、光合及生理参数的影响。结果表明:(1)覆膜对玉米苗期生长的影响与施肥条件有关。不覆膜情况下,除NPK处理能够显著增加玉米地上部干重外,其余施肥处理对苗期玉米地上部干重影响不显著。覆膜处理能够显著增加玉米地上部的干重,增幅为27.8%～126.3%。其中以单施磷肥的处理,覆膜处理对玉米地上部干重的影响较大,增幅为126.3%,施用氮磷钾肥料处理的影响最小,增幅仅为27.8%。(2)覆膜对玉米叶片光合及生理参数的影响同样也受施肥条件的影响。覆膜处理能够明显增加各施肥处理玉米叶片的蒸腾速率,而对气孔限制值没有显著影响;能明显增加CK、N、P处理玉米叶片光合速率、气孔导度,显著提高N、P处理的水分利用率,而对其他施肥处理影响不显著。上述结果表明,在东北地区玉米生产过程中,覆膜栽培应该根据土壤养分情况综合考虑玉米的施肥。

长期施肥对潮土夏玉米生长发育和光合特性的影响

利用中国科学院封丘农业生态国家实验站潮土农田生态系统养分平衡长期定位试验,研究了不同施肥处理对夏玉米生长发育主要指标、光合特性和产量的影响。结果表明,与NPK相比,长期缺磷、缺氮、缺钾导致夏玉米株高、叶面积指数、产量均显著降低;其中长期缺磷、缺氮、缺钾处理夏玉米产量分别为NPK处理的10.78%、21.14%和83.43%。对不同施肥处理光合速率、叶面积指数与产量的相关性分析表明,不同施肥处理夏玉米产量与叶面积指数相关性高于光合速率,说明不同施肥处理产量的高低首先取决于叶面积指数的大小,其次是光合速率。长期不施肥或缺磷、缺氮、缺钾导致作物低产或减产的主要原因是光合面积低和光合速率下降。

长期施肥对水稻土和紫色土钾素容量和强度关系的影响

采用钾素容量/强度(Q/I)法研究了长期不同施肥对水稻土和紫色土供钾状况的影响。结果表明:经过长期不同施肥影响,水稻土和紫色土的钾离子平衡活度比(AR0K)大小顺序均表现出:化肥有机肥配施(NPKM)>化肥NPK配施(NPK)>不施肥(CK)>化肥氮单施(N)和化肥氮磷配施(NP);土壤活性钾(KL)、非专性吸附钾(-ΔK0)和专性吸附钾(KX)大小顺序水稻土为NPKM>NPK>CK>N和NP,紫色土为NPKM>NPK和CK>N和NP。长期施肥对水稻土钾位缓冲容量(PBCK)影响不明显,施肥15a后紫色土PBCK大小顺序为:NP>N>CK>NPKM和NPK。水稻土的AR0K、KL和-ΔK0值均大于紫色土,而其PBCK(21.7～29.1)和K+与Ca2++Mg2+交换自由能(-ΔG)值(11.4～13.9kJmol-1)小于紫色土(PBCK值为48.2～125.8,-ΔG值为14.9～19.9kJmol-1)。长期单施N和施NP条件下,土壤AR0K、KL、-ΔK0和KX值降低,而PBCK和-ΔG值升高,土壤(尤其是紫色土)钾素耗竭程度加剧,施NPK和NPKM减缓了土壤钾素的耗竭。长期不同施肥下,紫色土钾素的耗竭程度均高于水稻土,前者年均钾肥或有机肥的施用量不足。

施肥方式对不同小麦品种生长和氮肥利用率的影响

采用盆栽试验,研究了不同的氮肥施肥方式对不同小麦品种苗期生物量、氮素吸收、氮肥利用率和土壤氮转化的影响。结果表明,不同小麦品种氮素吸收不同,不施氮时,小麦生物量、植株氮积累量均表现为氮高效品种>氮低效品种。施肥方式影响小麦氮素吸收,对于不同小麦品种,均表现为侧深施较混施有利于氮素向小麦转移,且侧深施肥具有氮肥利用率高、氮素损失少、土壤残留多等特点,不失为小麦的一种良好的施肥方法。

长期施肥对褐潮土氮、有机质动态变化的影响

通过北京昌平"国家褐潮土土壤肥力和肥料效益监测基地"的长期定位试验(1991—2003年),研究了长期施肥条件下对褐潮土氮、有机质动态变化的影响。结果表明:氮磷钾化肥配施有机物料提高耕层土壤全氮的效果最为明显,配施有机肥和秸秆处理分别比不施肥增加21.11%和14.35%,明显高于单一施用化肥。长期单施氮肥,或氮磷配合,或氮磷钾配合也显著增加了土壤全氮含量,分别比对照增加10.03%,8.32%和8.40%,而磷钾配合降低了土壤全氮含量。土壤碱解氮含量仍然是氮磷钾配施有机肥或秸杆处理优于单施化肥,分别比对照增加34.97%和32.96%,长期单施氮肥,或氮磷配合,或氮钾配合,或氮磷钾配合,分别比对照增加17.26%,21.55%,23.83%和26.41%。配合施用有机肥处理耕层土壤有机质含量明显高于单施化肥处理;与不施肥比较,NPK+秸秆以及NPK+有机肥处理土壤有机质含量分别增加7.90%和14.56%,氮磷钾配合和氮磷配合分别比对照增加6.51%和5.89%,而单施氮肥仅增加2.56%。可见NPK平衡施用及其配施有机肥对增加土壤有机质含量具有重要作用。

草坪测土推荐施肥技术

阐述了测土推荐施肥技术在草坪科学中的应用,重点在探讨有关土壤测试方法以及草坪土壤测试计划组成,特别是草坪土壤的田间取样和样品的制备、浸提和化学分析、土壤养分状况的评价方法以及测试结果的解释,通过土壤测试技术为草坪合理施肥提供科学依据。

有机肥替代部分化肥对长期连作棉田产量、土壤微生物数量及酶活性的影响

施用有机物是作物增产、增加土壤有机质和改善土壤生物学性状的有效措施。在大田滴灌条件下,采用土壤酶学和微生物平板培养方法,研究了常规施肥(CF)减量20%—40%,配施3000、6000 kg/hm2有机类肥料对棉花产量、土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明:降低CF用量20%—40%情况下,滴灌棉田配施3000、6000 kg/hm2的有机类肥料可获得与CF处理相持平的产量(4945—4978 kg/hm2),有机肥和生物有机肥配施处理间的棉花产量差异不显著(P<0.05)。细菌、放线菌和假单胞杆菌数量均随有机肥用量的增加而升高,不同类有机肥配施间表现为OF+BF>BF>OF;真菌数量则随有机肥施量升高而降低,其中OF+BF配施处理最为显著。有机无机肥配施显著提高了土壤酶活性,80%CF和60%CF与有机肥配施处理土壤碱性磷酸酶、荧光素二乙酸酯酶(FDA)、β-葡萄糖苷酶和脱氢酶的活性比CF处理分别升高了3.8%、17%、18%、55%和10.1%、19%、20%、60%,不同类型有机肥对土壤酶活性影响差异不显著。土壤细菌/真菌比、土壤放线菌/真菌和假单胞杆菌/真菌比均随有机肥施量的增加而升高,施用化肥或有机肥均显著降低了假单胞杆菌/细菌比。细菌、放线菌和假单胞杆菌数量与土壤脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酯酶和荧光素二乙酸酯酶活性均呈显著或极显著正相关,真菌数量与4种酶活性呈负相关。CF减量20%—40%配施以3000、6000 kg/hm2有机肥不仅不会导致棉花减产,而且对提高土壤酶活性、调节土壤细菌、真菌、放线菌群落组成结构,改善北疆绿洲滴灌棉田土壤生物学性状有显著作用。

小麦、水稻、玉米、白菜、芹菜内生固氮菌及其系统发育

【目的】了解小麦、水稻、玉米、白菜、芹菜内生固氮菌的主要类群,确定内生固氮菌的系统发育地位。【方法】样品表面灭菌后采用无氮培养基分离、培养内生固氮菌,乙炔还原法测定菌株固氮酶活性;PCR扩增得到菌株16S rDNA,通过序列测定和相似性分析研究菌株的系统发育。【结果】从大田小麦体内分离到内生固氮菌34株,固氮酶活性在0.30—30.24 nmol C2H4/h.mg蛋白,基于16S rDNA序列最大相似性,这些菌株分属于假单胞菌(Pseudomonas)、根瘤菌(Rhizobium)、芽孢杆菌(Bacillus)、黄杆菌(Flavobacterium)等13属21种,种群分布较为广泛;从大田水稻体内分离到内生固氮菌25株,固氮酶活性在3.12—254.12 nmol C2H4/h.mg蛋白,属于芽孢杆菌、伯克霍尔德氏菌(Burkholderia)、肠杆菌(Enterobacter)、克雷伯氏菌(Klebsiella)等9属16种,伯克霍尔德氏菌、肠杆菌和克雷伯氏菌是水稻内生固氮菌特有种群;从大田玉米体内分离到内生固氮菌9株,固氮酶活性在7.27—59.58 nmol C2H4/h.mg蛋白,属于根瘤菌、鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)等5属6种;从盆栽试验小白菜体内分离到内生固氮菌14株,固氮酶活性在2.33—205.21 nmol C2H4/h.mg蛋白,属于根瘤菌、节杆菌(Arthrobacter)等6属8种;从市售芹菜体内分离到内生固氮菌10株,固氮酶活性在1.23—46.70 nmol C2H4/h.mg蛋白,属于鞘氨醇单胞菌、假单胞菌等5属8种。【结论】在生长期小麦、水稻、玉米和部分蔬菜体内普遍存在内生固氮菌,菌株固氮酶活性差异较大,在0.30—254.12 nmol C2H4/h.mg蛋白,系统发育地位分属于假单胞菌、根瘤菌、芽孢杆菌等25个属的56个种,这些内生固氮菌对于农业生产有巨大潜能。

黑土土壤中全氮含量的高光谱预测分析

为实现快速、准确估测土壤氮素含量水平,推动土壤信息化管理进程,该研究利用ASD2500高光谱仪在室内条件下测定了风干土壤样品的可见—近红外光谱。结果表明,通过不同的变换,光谱反射率对数的一阶导数与土壤全氮含量相关性得到增强,以400～600nm波段范围内相关性最好。该文确定了以反射率对数的一阶导数光谱预测黑土全氮(TN)含量的最佳回归模型,模型所用的波段为可见光波段的556nm、近红外的1642和2491nm。同时,也确定了利用由可见光波段550和450nm组成的归一化光谱指数预测黑土TN含量的最佳预测模型。模型通过验证达到较好的效果:利用反射率对数的一阶导数、归一化光谱指数对土壤TN的预测R2分别为0.863、0.829,均方根误差RMSE分别为0.122、0.152。

不同耐性水稻幼苗根系对镉胁迫的形态及生理响应

采用水培试验,以两个耐镉性不同的水稻品种为材料,研究了不同浓度镉胁迫对水稻幼苗根系形态、根系活力、游离脯氨酸含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明:低于5μmol/L Cd胁迫对2个水稻品种总根长、根表面积、根体积、根干重、根系活力无明显影响,在1μmol/L Cd时,甚至起促进作用。随Cd浓度增加表现出一定的抑制效应,秀水63在10μmol/L Cd胁迫下根系形态、根系活力明显受到抑制,而秀水09在25μmol/L Cd胁迫下明显受抑。随Cd胁迫浓度的增加,游离脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性均呈上升趋势,两品种相比,秀水09的游离脯氨酸含量、SOD和POD增幅大于秀水63,而MDA含量增幅小于秀水63;过氧化氢酶(CAT)活性变化表现为先上升后下降,10—100μmol/L Cd胁迫下秀水63根系中CAT活性明显低于秀水09。总之,水稻对Cd毒害响应存在明显的品种差异,且Cd胁迫下根系生理响应的差异是品种间耐性差异的重要原因之一。

施氮对不同土壤肥力玉米氮素吸收和利用的影响

采用田间试验,研究了吉林省高、低肥力条件下不同氮肥用量对春玉米产量及氮素吸收和利用的影响。结果表明,范家屯和榆树试验点的最高产量施氮量分别为N 251和206 kg/hm2,最佳经济施氮量分别为N 227和134kg/hm2。两试验点的最高产量和最佳经济产量均表现为范家屯试验点高于榆树试验点。适宜增加施氮量可显著提高范家屯低肥力试验点玉米氮素最大吸收速率和吸收总量,提前最大吸收速率出现的天数。玉米收获后0—30cm土层残留的硝态氮呈现出随着施肥量的增加而增加的趋势,其中榆树高肥力试验点土壤硝态氮积累明显高于范家屯低肥力土壤。范家屯低肥力试验点氮素的农学利用率、表观回收率和偏因子生产力高于榆树高肥力试验点。范家屯低肥力条件下可通过增施氮肥提高产量;而榆树高肥力条件下则可通过控制氮肥用量达到提高产量和氮肥利用率的双重目标。

农田环境中固氮菌的促生潜能与分布特点

【目的】了解小麦、水稻、玉米、蔬菜等作物根际固氮菌的优势种群、固氮菌菌株的固氮、抗病、促生潜能以及菌株在系统发育地位和来源作物种类上的分布特点。【方法】采用无氮培养基培养固氮菌,乙炔还原法测定菌株固氮酶活性,平板对峙法测定菌株拮抗病原真菌性能,ACC(1-氨基环丙烷-1-羧酸)唯一氮源法定性测定菌株产ACC脱氨酶特性,比色法定量测定ACC脱氨酶活性,通过16S rDNA序列测定和相似性分析研究菌株的分类地位。【结果】94株供试菌株的固氮酶活性在0.99—180.59 nmol C2H4/h.mg蛋白,其中大于10 nmol C2H4/h.mg蛋白的菌株有42株,占全部供试菌株的44.7%;类芽孢杆菌属(Paenibacillus)和芽孢杆菌属(Bacillus)是主要类群,分别占供试菌株总数的33.0%和26.6%,且不具有寄主专一性。供试菌株中有6株分别对核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、玉米赤霉菌(Gibberella zeae)和大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)3种植物病原真菌表现出拮抗作用,占菌株总数的6.4%,抑菌率为23.9%—65.9%。有20株固氮菌能够产生ACC脱氨酶,占全部供试菌株的21.3%,活性在0.33—21.98μmolα-丁酮酸/h.mg蛋白,主要分布在芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属和根瘤菌属(Rhizobium)。【结论】小麦、水稻、玉米、白菜、芹菜等作物根际以及农田环境中固氮菌的优势种群为类芽孢杆菌属和芽孢杆菌属,多数固氮菌菌株具有较高的固氮潜能,部分菌株具有ACC脱氨酶活性和促生潜能,少数菌株具有抗病潜能;固氮、抗病、促生潜力菌株主要分布在类芽孢杆菌属、芽孢杆菌属和根瘤菌属,随作物分布广泛,无专一性。

增值尿素对小麦产量、氮肥利用率及肥料氮在土壤剖面中分布的影响

本研究利用同位素15N尿素,采用尿素熔融工艺分别制备了普通尿素(U)、海藻酸增值尿素(AU)、腐植酸增值尿素(HAU)和谷氨酸增值尿素(GU)试验产品,运用土柱栽培试验研究等氮量条件下(N 0.1 g/kg干土,以0—30cm土层干土重量计算)3种增值尿素产品对小麦产量、氮肥利用率和肥料氮在土壤剖面中分布的影响。主要结果,1)与U相比,AU、HAU和GU处理均可显著提高小麦籽粒产量,增加幅度分别为7.12%、13.63%和3.65%;2)小麦吸收的氮素中有44.8%48.0%来自肥料氮,AU、HAU、GU处理的小麦地上部吸收的肥料氮量均显著高于U处理,分别高出4.83%、7.41%和3.12%;3)虽然所有处理土壤残留的肥料氮均主要集中在0—50 cm土层中,U处理在50—90 cm层次土壤肥料氮累积量显著高于AU和HAU处理;4)AU、HAU和GU处理的小麦氮肥表观利用率分别较U处理显著提高6.38、15.63、3.08个百分点,HAU和AU处理的15N利用率分别较普通尿素高出3.70和2.41个百分点,AU、HAU和GU处理的肥料氮的损失率分别比普通尿素显著降低7.64、9.52和2.19个百分点。

氮肥减量后移对土壤氮素供应和夏玉米氮素吸收利用的影响

采用田间试验研究了氮肥减量后移对土壤氮素供应和夏玉米氮素吸收利用的影响。结果表明,与农民习惯施肥(N 240 kg/hm2,基肥和大喇叭口追肥为1∶2)相比,氮肥减量后移(N 168 kg/hm2,基肥、大喇叭口肥和吐丝肥为1∶3∶1)处理的产量、植株干物质积累量、植株氮积累量和积累速率均没有降低,而氮肥利用率显著增加。氮肥减量后移可使耕层无机氮供应较好地与作物吸收同步,降低收获期0—100 cm土层硝态氮积累,减少氮素的田间表观损失。基于夏玉米不同生育阶段的氮素吸收特征进行氮肥减量后移可节省氮肥30%,是较为理想的氮素施用方式。

高效固氮芽孢杆菌筛选及其生物学特性

【目的】筛选高效固氮芽孢杆菌,研究固氮微生物固氮酶活性、竞争适应能力与接种固氮效能的关系,探讨接种固氮芽孢杆菌对根际细菌多样性的影响。【方法】采用无氮培养基富集、加热筛选固氮芽孢杆菌。乙炔还原法测定固氮酶活性,采用盆栽小白菜选育高效固氮芽孢杆菌、研究菌种竞争适应能力与接种固氮效能。通过形态、生理生化特征和16S rDNA序列分析鉴定菌种。【结果】筛选到了3株固氮酶活性相对较高、固氮能力较强的菌株GD062、GD082和GD282,初步鉴定为芽孢杆菌Bacillus spp.和类芽孢杆菌Paenibacillus sp.。进一步的研究结果表明菌株GD082竞争适应能力较强,在盆栽试验自然土壤条件下接种固氮效能与施用化肥试验处理效果相当,可望进一步研发用于生产固氮微生物肥料。试验结果同时显示,供试菌株的固氮酶活性与其接种固氮效能并不直接相关,菌株的竞争适应能力对接种固氮效能影响很大,接种固氮芽孢杆菌使小白菜根际土壤细菌多样性显著增加。【结论】接种固氮微生物为农作物提供氮素养分具有生产实践意义。高效固氮菌种的筛选是一个复杂的过程,菌株的固氮酶活性与其接种固氮效能并不直接相关,竞争适应能力对接种固氮效能影响很大。筛选到的芽孢杆菌GD082固氮酶活性较高、固氮能力较强、竞争适应能力很强,可望进一步研发成为优良的固氮微生物肥料生产用菌种。