脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田氨挥发的影响

采用密闭室间歇通气法和15N标记技术研究了尿素施入稻田后氨挥发损失特征以及脲酶抑制剂(N-丁基硫代磷酰三胺,NBPT)和硝化抑制剂(3,4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)对稻田氨挥发损失的影响。结果表明,稻田施用尿素后第4天氨挥发速率达到峰值,氨挥发损失主要发生在施肥后21天内。与单施尿素处理相比,添加NBPT处理的氨挥发速率峰值降低27.04%,累积氨挥发损失量降低21.65%;NBPT与DMPP配施时,氨挥发速率峰值降低12.95%,累积氨挥发损失量降低13.58%;而添加DMPP时,氨挥发速率峰值增加23.61%,累积氨挥发损失量与单施尿素的差异不显著。相关性分析表明,地表水中铵态氮浓度和pH值与氨挥发速率均达极显著正相关,说明二者是影响氨挥发速率的主要因素,而气温、地温和水温与氨挥发速率的相关性不显著。与单施尿素相比,添加脲酶抑制剂可显著增加稻谷产量。脲酶抑制剂与硝化抑制剂配合施用可更有效地提高氮肥的回收率。综合降低氨挥发、提高水稻产量及地上部氮肥回收率的效果,添加脲酶抑制剂以及脲酶抑制剂与硝化抑制剂配施的两个处理效果较为理想,硝化抑制剂不宜单独添加。

我国主要菜区土壤盐分、酸碱性和肥力状况

从全国主要菜区采取1201个典型菜田耕层土壤样品,对主要菜区土壤盐分、酸碱性和肥力(有机质、NO3--N及速效磷和速效钾)状况进行了研究。结果表明:(1)全国温室和大棚菜田土壤次生盐渍化严重,土壤硝酸根的积累是引起土壤次生盐化的重要原因之一,而土壤硝酸盐积累是氮肥过量施用所致。全国主要菜区温室和大棚土壤电导率高于蔬菜正常生长土壤电导率临界值(600μs/cm)的土样数分别占其总土样数的28.1%和29.3%,居于超高盐度水平(≥1000μs/cm)的土样数分别占9.5%和14.9%。温室和大棚土壤电导率与土壤硝态氮含量之间均呈极显著的正相关(温室:n=285,r=0.76**;大棚:n=348,r=0.86**)。(2)全国主要菜区土壤有机质含量普遍处于中低水平,土壤有机质含量低于其临界值(20 g/kg)的土样数占总土样数的36.9%,处于高含量水平(≥40 g/kg)的仅为10.0%。(3)温室和大棚土壤硝态氮和速效磷大量积累,对生态环境构成了严重威胁。全国主要菜区温室和大棚土壤硝态氮含量居于高含量水平(≥150 mg/kg)的土样数分别占其总土样数的33.0%和30.7%,土壤速效磷含量居于高含量水平(≥150 mg/kg)的土样数分别占其总土样数的59.3%和35.3%。(4)北方温室和大棚菜田土壤酸碱度中性化明显,北方主要菜区温室和大棚土壤pH值(分别平均为7.2和7.3;温室:n=270,大棚:n=143)显著低于露地土壤(平均7.7,n=155)。

长期不同施肥措施下潮土冬小麦农田基础地力演变分析

农田基础地力提升对于减施肥料和作物稳产高产有着重大现实意义,该文依托潮土长期定位试验,采用DSSAT(decision support system for agro-technology transfer)模型分析了长期不同施肥条件下冬小麦农田基础地力的演变规律及其影响因素。结果表明,不同施肥显著影响冬小麦的农田基础地力产量,18a连续施用氮磷钾化肥(NPK)、NPK配施有机肥(NPKM)、高量NPK配施有机肥(1.5NPKM)和NPK配施秸秆还田(NPKS)的农田基础地力均得到提升,其基础地力产量分别增加了721、1033、2108和1306kg/hm2,增长率分别为29.6%、42.4%、86.6%和53.7%,平均每年提高1.6%、2.4%、4.8%和3.0%,其中以1.5NPKM处理更能有效提高冬小麦农田基础地力产量。1991-2008年冬小麦的基础地力贡献率在36.5%～70.9%,各处理18a年均基础地力贡献率分别为42.5%、59.9%、58.9%和52.5%,大小顺序为NPKM>1.5NPKM>NPKS>NPK,说明有机肥或秸秆与化肥配施比单施化肥更能有效提高农田基础地力产量及地力贡献率。基础地力贡献率与土壤全钾、全磷含量无显著相关性,与土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量均达到了极显著相关,其中有机碳和全氮与基础地力贡献率相关度最高,说明土壤有机碳和全氮是潮土区基础地力的主要影响因素,是潮土区基础地力的主要评价指标。

双季稻田添加脲酶抑制剂NBPT氮肥的最高减量潜力研究

【目的】添加脲酶抑制剂(Urease inhibitor,UI)是提高肥料利用率的有效途径,在尿素(Urea,U)中添加1%的脲酶抑制剂NBPT(N-丁基硫代磷酰三胺)是目前研究使用证明效果最可靠的添加比例。针对当前稻田氮肥施用水平过高的问题,本文采用田间小区试验研究了目前脲酶抑制剂添加比例下稻田氮肥的减施潜力以及脲酶抑制剂的节肥增效机理。【方法】本试验在我国长江中下游的双季稻田进行,脲酶抑制剂用量NBPT为尿素用量的1%。尿素用量设五个水平为N 90、112.5、135、157.5和180 kg/hm2,分别依次记为U1、U2、U3、U4和U5,7个处理为CK(不施氮肥)、U1+UI、U2+UI、U3+UI、U4+UI、U5+UI、U5(U5为传统施氮量,N 180 kg/hm2为农民习惯施氮量),三次重复。U1~U5处理施氮量分别是在农民习惯施氮量的基础上降低50%、37.5%、25%、12.5%、0%。通过取样分析水稻分蘖期和孕穗期各处理对土壤脲酶活性、硝酸还原酶活性、土壤铵态氮含量、硝态氮含量以及微生物量碳、氮的含量,研究NBPT对水稻两个主要生育期土壤氮素供应的影响,比较各处理的产量以及氮肥利用率来得出氮肥的减施潜力,在此基础上通过逐步回归分析研究以上各指标对产量的影响,探明脲酶抑制剂(NBPT)在双季稻田的增效机理。【结果】1)在双季稻田,添加NBPT后,施氮量为N 135 kg/hm2的籽粒产量达到最高。与传统施氮(单施尿素N 180 kg/hm2)处理相比,早、晚稻可分别增产8.54%和12.87%,氮肥当季利用率分别提高6.78%和9.46%,可节约氮肥25%;2)与传统施氮相比,添加NBPT显著降低了水稻分蘖期的土壤脲酶活性和铵态氮含量,显著提高了孕穗期的铵态氮含量,而对此时期的脲酶活性无显著影响,NBPT对两个时期的硝酸还原酶活性、硝态氮含量及微生物量碳、氮含量均无明显影响,可见基施的NBPT主要是降低尿素水解速率方面效果显著,并且NBPT具有时效性,其主要是在水稻孕穗期之前起作用,在生态上较为安全;3)从各项土壤指标与水稻产量相关性的逐步回归分析结果来看,水稻分蘖期与孕穗期稻田土壤中铵态氮含量对水稻产量影响显著,而且孕穗期的影响大于分蘖期,其余指标则对产量无明显影响。【结论】由于脲酶抑制剂NBPT减缓了分蘖期尿素的水解作用,提高了孕穗期土壤中的铵态氮含量,为水稻后期生长提供充足的氮肥,在双季稻减肥方面具有显著的效果。在本试验土壤条件下,尿素中添加1%的NBPT,可在提高产量的同时,将传统施氮肥量减少25%,是适于稻田应用的脲酶抑制剂。

长期不同施肥下红壤性水稻土综合肥力评价及其效应

以江西进贤红壤性水稻土长期试验为基础,运用模糊数学及统计学方法进行土壤肥力综合评价及其效应研究,以期达到土壤培肥的目的。结果表明,有机质、速效氮、速效磷、速效钾、物理性粘粒、团聚度和团聚体稳定率为研究区土壤肥力评价最小数据集,由其所得评价结果具有高度代表性和科学性。NPKM的SFI值最大且与其他处理均呈显著差异。NPKM、2NPK、NPK各处理SFI值分别高出对照(CK)31.3%、13.0%和10.1%。SFI值的时间演变为NPKM处理先增后降,临界年限在第12年,N和CK处理缓降,其它处理缓增。一定范围内,二次曲线较直线更能揭示作物产量与SFI的关系,进一步拟合发现,SFI和作物相对产量间符合"S"型波尔兹曼生长曲线,SFI增至0.60时,相对产量增幅趋零,NPKM处理(SFI=0.688)已属于此;模拟可知,作物产量趋稳时相应施肥年限表现为NPKM(2a)<2NPK(8a)<NPK(9a)<NP(11a)<K、NK(13a)<P(14a)处理。综上,长期平衡施肥(NPKM、2NPK和NPK)明显提高土壤综合肥力,NPKM更为显著,但其现状对作物增产已无效,应减施或不施若干年;长期偏施肥对土壤肥力贡献不力,尤其是长期单施氮反使土壤肥力下降。

保护地土壤N_2O排放通量特征研究

为研究保护地土壤N2O排放通量特征,于2009年8~12月,在河北辛集不施氮（N0）、当地习惯施氮（N900）及减量施氮（N675）处理下的秋冬季番茄保护地土壤上使用静态箱采集、气相色谱仪检测的方法测定了土壤N2O排放通量。得到以下研究结果：灌溉施肥后,各处理N2O平均排放通量与表层土壤硝态氮含量呈极显著正相关关系。灌溉施肥后7 d内是施氮处理土壤N2O主要排放期,其排放量占当季总排放量的55.9%~59.8%;高峰值一般出现在第3~5 d,此时的土壤含水量对硝化、反硝化作用都较适宜。8~10月份由于温度较高,N2O排放通量明显高于较冷的11~12月。8~10月份施氮是影响保护地土壤N2O排放的主导因素,减少施氮量显著降低了N2O排放量;之后温度是主导因素,此时N2O排放量受追施氮量的影响较小。经估算,保护地秋冬季番茄不同施氮处理N2O总排放量的大小顺序为N900（N 5.304 kg/hm2）〉N675（N 3.616 kg/hm2）〉N0（N 0.563 kg/hm2）,差异显著,N675比N900处理降低了31.8%的N2O排放量;N675和N900处理的N2O排放系数分别为0.45和0.53。

缺锌玉米植株的傅立叶变换红外光谱研究

【目的】傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)是一种基于化合物中官能团和极性键振动的结构分析技术。本文利用傅立叶变换红外光谱仪检测缺锌和正常供锌玉米植株不同器官的组分变化,同时比较两个玉米品种植株不同部位的生物量和锌含量,以期为缺锌影响玉米生长与生理代谢的机理研究提供参考。【方法】选取农大108和郑单958两个玉米品种,利用营养液培养方式,设置缺锌和正常处理。1)当玉米出现缺锌症状后,将地上部和根系分开,测量株高和根长,烘干至恒重测干重。2)烘干至恒重的植株样品用HNO3-HClO4(3∶1)消煮,原子吸收分光光度计(型号WFX-120C,北京瑞利分析仪器公司)测定消煮液中锌浓度,计算植株中锌含量和锌积累量。3)收获玉米根系放入FAA固定液(70%酒精∶38%甲醛∶乙酸体积=90∶5∶5)中,利用扫描仪(EsponV700)扫描根系样品获取数字化图像,利用WinRHIZO根系分析软件(Regent Instruments Inc.,Canada)对图像进行分析,获得根长、根面积、根体积等指标。4)取玉米根、茎、叶部分烘干样品,磨碎过0.2 mm筛,采用溴化钾压片法,利用傅立叶变换红外光谱仪(VERTEX 70,Bruker)检测不同部位的光谱特性,OPUS 6.5软件采集数据并进行基线校正。【结果】缺锌胁迫下,植株地上部锌含量明显下降,低于临界水平(20μg/g),生物量降低;缺锌根系面积与体积变小,总根长变小。用缺锌与施锌植株生物量比来表征玉米对缺锌敏感性,品种农大108较郑单958对缺锌更为敏感。缺锌玉米根系和叶片FTIR谱在波数3410、2920、1650、1380、1055 cm-1附近处透过率较高,茎FTIR谱在这些波数处透过率较低,表明缺锌导致根系和叶片中碳水化合物、脂类、蛋白质及核酸含量下降,而在茎中有所积累。农大108植株中各组分变化受缺锌影响较大。【结论】缺锌导致玉米植株生长受抑,利用FTIR技术研究发现缺锌植株中碳水化合物、脂类、蛋白质及核酸组分发生变化,农大108植株中各组分变化受缺锌影响较大,品种农大108可能较郑单958对缺锌更为敏感。

生态集约化养分管理对春玉米产量和氮素利用率的影响

通过两年田间试验,研究了吉林玉米带不同氮素管理措施对春玉米产量、氮素吸收、氮素平衡状况以及经济效益的影响。两年的结果表明:与农民习惯施肥(FP)相比,生态集约化养分管理措施(EI)在减少氮肥用量28%的情况下,并未影响作物的产量和氮素吸收,而其氮素回收率,农学效率,偏生产力和经济效益却分别提高了48.1%、56.9%、43.8%和11.0%;第一年不施氮肥第二年补施氮肥不会影响第二年春玉米产量和氮肥利用率。在氮素输出项中,EI处理两季作物氮素总表观损失仅为97 kg/hm2,而FP处理高达226 kg/hm2。因此,在考虑高产的基础上兼顾保护环境的要求,基于氮肥农学效率、作物目标产量和作物施肥反应的生态集约化养分管理措施是一种较为理想的氮素管理措施。

不同土壤水分供应下锌对玉米叶片超微结构的影响

选择土为供试土壤,进行盆栽玉米试验,设定0和5.0 mg·kg^-1两个锌处理,按土壤饱和持水量的40%-45%和70%-75%在玉米的4叶1心期实施干旱和正常水分处理。生长50 d后,测定不同土壤水分与锌供应状况下植株生物量和锌含量,利用透射电子显微镜观察完全伸展新叶的超微结构变化,以期揭示不同土壤水分供应下,植物对施锌的响应机理。结果表明：土壤水分供应充足条件下,与不施锌相比,施锌玉米地上部生物量和总干重分别增加78%和52%,根系和地上部锌含量和锌吸收量增加较多;而干旱条件下,施锌对玉米生物量无显著影响。干旱条件下缺锌玉米叶片维管束鞘细胞中叶绿体结构基本保持完好,淀粉粒和基质片层清晰可见,但叶肉细胞中叶绿体膜受损,基质片层结构出现皱缩,基粒片层减少;施锌玉米叶片维管束鞘细胞中叶绿体结构保持完好,叶绿体周围的线粒体数目较多,叶肉细胞中叶绿体中脂肪颗粒增多,叶片维管束鞘细胞与叶肉细胞之间可见清晰的胞间连丝。土壤水分充足处理下,缺锌叶片细胞膜出现皱缩,维管束鞘细胞叶绿体淀粉粒增多,片层结构受损,严重时维管束鞘细胞中内溶物消失,残存的叶绿体中仅有淀粉粒和少许片层;叶肉细胞中叶绿体可见淀粉粒,但片层结构少,有些出现断裂、收缩。土壤水分充足条件下,施锌玉米维管束鞘核叶肉细胞结构清晰,叶绿体结构完整。结论认为：锌对干旱胁迫下玉米叶片细胞结构的破坏有一定的缓解作用;但土壤水分正常供应下,缺锌导致细胞结构受损程度比干旱情况下更严重。

缺钙胁迫下花生植株的傅里叶红外光谱研究

钙(Ca)是植物必需营养元素之一,对植物的生长、发育与生理代谢等起着重要作用。缺钙会减少作物的产量,降低品质,因此影响经济价值。花生(Arachis hypogaea)是对缺钙很敏感的作物。试验选取LH11与YZ9102两个花生品种为供试作物,待花生幼苗长出第一片真叶以后,转移至营养液中,分别在三个钙处理(0,0.01和2.0mmol·L-1)下培养28d,随后取样分析花生幼苗生长情况与钙吸收,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)检测花生苗期植株不同器官的特征吸收峰,研究缺钙胁迫下花生苗期植株体内的化学组分变化。试验结果表明:在0和0.01 mmol·L-1钙处理下,花生品种YZ9102并未出现缺钙症状,但是品种LH11缺钙症状明显:叶片变小、植株变矮、茎尖顶端生长点坏死,基部侧枝数增多。品种YZ9102植株体内与LH11相比较,有较高的钙浓度与钙积累量。0和0.01mmol·L-1的钙缺钙营养液培养下,品种LH11根系钙积累量在整个植株中所占比例较高,而品种YZ9102在叶中钙积累比例较高。与正常钙供应处理相比,缺钙胁迫下,品种LH11根、茎、叶FTIR谱在1 060,1 380,1 655,2 922和3 420cm-1波长附近透射率较高,表明缺钙胁迫下花生幼苗植株体内蛋白质、糖类和脂类等组分明显降低,但品种YZ9102受到缺钙胁迫影响较小。品种YZ9102比LH11更耐缺钙胁迫。

传统化肥增效改性提升产品性能与功能

【目的】当前,我国各类增效改性肥料年产量达到1300万吨(商品量),每年推广面积4亿多亩,年增产粮食110亿公斤,为农业增产、农民增收和环境保护做出了重要贡献。推动传统化肥增效改性,是一项系统工程,需要国家从技术研究、政策、推广等领域给予支持。综合分析、评述我国传统化肥增效改性的意义、取得的研究成果与未来发展,为推动我国化肥提质增效,提升化肥产品性能与功能提供思路和策略。【方法】本文收集了我国有关传统化肥增效改性研究的主要文献,对目前改性增效肥料在我国的生产、使用现状和研究取得的成果和观点进行系统分析、归纳和综合评述,展望未来发展趋势,提出发展对策。【结果】传统氮肥因活性高、损失途径多,磷肥施入土壤易被固定,加之我国单位面积化肥用量较高等,化肥利用率较低,对环境造成负面影响较大,化肥增效改性是提高肥料利用率的重要途径。目前对传统化肥进行增效改性的主要技术途径包括缓释法增效改性、稳定法增效改性、增效剂法增效改性以及有机物料与化学肥料复合(混)优化化肥养分高效利用,相应发展的增效改性产品包括缓释肥料、稳定肥料、增值肥料和有机无机复合(混)肥料。【结论】传统化肥增效改性是提升化肥产品性能与功能、提高肥料利用率的重要途径,需要加强研究和政策支持。

不同品种硫肥对苋菜镉累积的影响

为选择适宜种类的硫肥来辅助苋菜修复土壤Cd污染,采用盆栽试验,以苋菜(Amaranshus mangostanus L.)为供试作物,在两种酸性土壤(黄棕壤、赤红壤)上施用硫磺、硫酸钙、硫酸铵三种不同硫肥,探究不同特性硫肥对酸性土壤上苋菜生长及其对硫和Cd的吸收以及累积的影响。结果显示,两种酸性土壤中施用硫肥均促进了苋菜植株对硫的吸收,且减轻了Cd对植株的毒害作用,苋菜的生物量显著提高。此外,三种不同特性硫肥施入两种Cd污染的土壤,苋菜地上和地下部Cd含量均显著增加。两种酸性土壤施用不同硫肥后,苋菜硫和Cd累积量增加,其中以施加硫酸铵效果最佳;黄棕壤和赤红壤中苋菜地上部Cd累积量分别比对照高1.45倍和2.39倍;施加硫磺后苋菜根部Cd累积量最少。硫酸铵作为含氮硫肥在黄棕壤和赤红壤上施用,可有效辅助苋菜修复土壤Cd污染。

不同积累型苋菜(Amaranthus mangostanus L.)镉吸收转运特征差异性研究

【目的】比较高积累型苋菜品种Tianxingmi与低积累型苋菜品种Zibeixian在Cd胁迫下Cd吸收转运特征差异性,揭示苋菜品种Tianxingmi高积累镉的机理。【方法】采用水培试验,添加代谢抑制剂来研究两品种苋菜根系吸收Cd的主要途径。分别在30μmol/L Cd Cl2处理4 h、8 h、16 h、1 d和2 d采样测定,采用非损伤微测技术(Non-invasive micro-test technique,NMT),进行植物活体动态测试,调查、测量两品种苋菜根系Cd^(2+)离子流特征,比较了两品种对代谢抑制剂的反应。【结果】在30μmol/L Cd Cl2处理1 d后,Tianxingmi生物量达到最大值5.90 g/plant,是Zibeixian生物量的二倍;Tianxingmi根、茎和叶中Cd浓度分别为609、254和62.3mg/kg,分别是Zibeixian的1.4倍、1.9倍和1.6倍,地上部和全株的Cd累积量分别高达602.0、1308μg/plant;Tianxingmi富集系数(BCF)与转运系数(TF)分别为Zibeixian的2.1倍和1.5倍,这些结果两品种均表现出显著性差异(P<0.05)。NMT技术测定两品种根系Cd^(2+)离子流,通过扫描位点测定发现,距根尖0~300μm范围内两品种苋菜根系Cd^(2+)内流最强且差别最大,并在此做定点位点测定,发现Tianxingmi根系Cd^(2+)内流是Zibeixian根系Cd^(2+)内流的3.75倍,说明了两品种的富集特征与NMT结果一致。添加代谢抑制剂处理显著降低了高积累型Tianxingmi各器官中的Cd浓度,富集系数(BCF)与转运系数(TF),以及根系Cd^(2+)内流(P<0.05),主动吸收特征明显,而对低积累型Zibeixian的相关生理指标影响不大。【结论】两苋菜品种Cd吸收转运特征均表现出显著性差异。Tianxingmi具有更强的Cd吸收和向地上部转运与累积能力,并且根系对Cd的吸收与转运是主动需能的过程,共质体途径在Cd进入Tianxingmi根系并向地上部运输的过程中起着主要作用。

不同氮肥水平下玉米与龙葵竞争吸收镉的差异性研究

【目的】研究不同氮肥用量处理对玉米镉(Cd)积累的影响及其生理响应机制,为今后利用玉米–龙葵间作模式进行植物修复时合理使用氮肥、减少修复成本及环境污染奠定基础。【方法】以Cd超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)与玉米为供试材料,取Cd污染浓度为2.79 mg/kg的供试土壤,采用温室盆栽试验,设置玉米单作及玉米、龙葵竞争模式下3个不同氮肥用量处理,分别为不施肥、N 0.1 g/kg、N 0.2 g/kg,研究施氮量对玉米、龙葵的生长以及各器官吸收积累Cd的影响。【结果】施用氮肥能提高玉米和龙葵各器官的生物量,且随着施氮量的增加龙葵和玉米的生物量均显著性增加,高施氮量处理下龙葵根、茎、叶、籽粒生物量增量最大,分别增加了47.2%、51.0%、25.3%、63.2%;玉米根、茎、叶、籽粒生物量分别增加了35.5%、17.0%、76.2%、112%。不同氮肥用量处理下,龙葵各器官中Cd含量显著性增加,同时与其竞争的玉米各器官Cd含量显著性下降。玉米与龙葵竞争模式下高施氮量处理的龙葵根、茎、叶、籽粒中Cd含量分别增加了23.2%、41.2%、12.3%、45.3%;玉米根、茎、叶、籽粒中Cd含量分别下降了49.2%、38.0%、42.8%、19.5%。高施氮量处理下,龙葵各器官Cd累积量显著性增加,根、茎、叶、籽粒中Cd累积量分别增加85.6%、88.4%、131%、159%;同时玉米各器官Cd累积量显著性降低,茎、叶、籽粒中Cd累积量分别下降12.2%、34.8%、79.5%。高施氮量处理下,玉米与龙葵竞争模式下龙葵富集系数增加113%,转运系数增加15.1%;玉米的富集系数降低25.7%,转运系数降低15.2%。玉米与龙葵竞争模式下,随着施氮量的增加,龙葵对Cd的吸收转运能力增强,玉米对Cd的吸收转运能力受到抑制。因此,Cd污染土壤中,通过玉米–龙葵间作处理并适当提高施氮量,能够促进龙葵的生长和地上部Cd的积累能力。这一研究结果旨在为修复污染土壤,提高修复效率以及保证农产品质量安全提供理论依据。【结论】玉米与龙葵竞争模式下,0.2 g/kg的施氮量能够促进龙葵对Cd的吸收转运,降低Cd在玉米各器官的累积,并提高Cd污染土壤的修复效率,达到边生产边修复的目的。