耕作措施与有机肥施用对旱地麦田土壤重金属污染特征的影响

农田土壤重金属污染是当前突出的环境污染问题之一。为揭示不同耕作措施与长期施用有机肥对土壤重金属积累的影响及其生态效应,本研究以始于2007年的旱地小麦长期定位耕作与施肥试验为基础,分析了深翻+化肥(T)、深翻+鸡粪+化肥(TM)、免耕+化肥(NT)、免耕+鸡粪+化肥(NTM)4种处理对旱地小麦0~20 cm土壤pH、电导率(EC)、有机质和全氮含量以及Pb、Cd、As、Hg、Cr、Cu、Zn和Ni等重金属含量的影响,并通过地累积指数法和潜在生态风险指数法对土壤重金属污染状况及生态风险进行评价。结果表明:与T处理相比,TM、NT和NTM处理土壤pH显著降低1.10%~2.56%,电导率提高6.19%~57.08%;NTM处理下土壤有机质含量较T处理显著提高33.22%。施鸡粪显著影响土壤重金属含量,其中TM和NTM处理土壤总Hg含量较T处理分别显著提高123.60%和150.56%,有效态Cu、Zn和Cd含量分别显著增加16.89%~23.48%、219.04%~520.99%和2.90%~20.29%。耕作方式同样显著影响各土壤重金属含量,NTM处理下总Hg、总Zn、有效Cu、有效Zn、有效Cd含量较TM处理分别显著提高12.06%、8.11%、5.64%、94.65%和16.90%,总Pb、有效Pb和总Cr含量分别显著降低63.74%、70.00%和3.14%。4个处理Hg的潜在生态风险指数最高,表现为T(32.36)<NT(41.45)<TM(72.36)<NTM(81.09),其他重金属为轻微级别;综合潜在生态风险污染指数表现为T(79.05)<NT(82.33)<TM(115.27)<NTM(120.00),为轻度风险级别。综上,长期免耕和鸡粪施用能够显著降低土壤pH,增加电导率及全氮和有机质含量,并提高Cu、Zn和Cd的有效性;其中,鸡粪处理中Hg的潜在生态风险指数为中等-强级别,其他重金属为轻微级别,综合潜在生态风险污染指数为轻度风险级别,因此在农业生产过程中应加强有机肥的安全施用技术。

不同耕作方式与有机肥施用对旱地麦田土壤磷组分的影响

为探讨耕作措施和有机肥施用对旱地麦田土壤磷组分的影响,本研究依托2007年布设的黄土高原旱地小麦耕作与施肥长期定位试验,采用Tiessen磷素分级方法,系统研究了深翻+化肥(T)、深翻+鸡粪+化肥(TM)、免耕+化肥(NT)和免耕+鸡粪+化肥(NTM) 4种农艺措施下麦田0~20 cm土层有效磷、全磷和磷组分分布特征。结果表明:1) NT处理有效磷含量较T处理提高58.37%,有机肥处理(NTM和TM)有效磷和全磷含量均显著高于不施有机肥处理(NT和T),NTM处理的有效磷和全磷含量较TM处理分别显著提高11.43%和43.41%。2)与T处理相比,NT、NTM和TM处理可不同程度提高0~20 cm土层活性无机磷组分NaHCO_(3)-Pi以及中活性无机磷组分NaOH-Pi含量,尤其以NTM和TM处理效果最好。3) NT处理的NaHCO_(3)-Po和NaOH-Po较T处理分别显著提高53.07%和55.56%,NTM处理的这2种组分含量较TM处理分别显著提高90.84%和60.31%,Residual-P NT处理较T以及NTM处理较TM分别提高12.90%和36.60%。4)长期定位试验地每年施入的磷肥在土壤中有盈余,残留的磷主要以NaHCO_(3)-Pi、D.HCl-Pi、NaHCO_(3)-Po和C.HCl-Po形态存在,免耕增施有机肥促进了稳定性磷(C.HClPo)向活性磷(NaHCO_(3)-P)和潜在活性磷(NaOH-P)的转化;偏最小二乘(PLS)回归分析结果表明,NaHCO_(3)-Pi和NaOH-Pi是最有效的磷源,对小麦产量的提升贡献较大,NTM处理对这2种磷组分积累的促进效果最明显。综上免耕增施有机肥是发展黄土高原旱作农业值得推广的农艺措施,同时在推广应用时需要考虑减少化学磷肥用量。

山西省化肥施用的时空特征演变及驱动因素分析

基于2010—2020年山西省县(市、区)化肥施用相关数据,运用空间自相关分析、泰尔指数和空间计量模型等方法,从多维度研究分析了山西省化肥施用量的时空特征演变、区域差异及化肥施用强度的驱动因素。结果表明,山西省化肥施用量整体呈“N”形的时间变化和集聚特征的空间分布现象。具体而言,“N”形时间变化的统计学高值为2013年,低值为2019年;集聚特征的空间分布主要表现为热点区域集中分布在晋南地区,冷点区域集中在吕梁山区,且存在明显的空间不均衡特征,晋南地区、忻定盆地、大同盆地等地化肥施用量明显高于其他区域。山西省化肥施用强度整体呈北低南高、逐年递增的现象,施用强度差异主因为区域内差异。具体而言,晋北地区的化肥施用强度最低,其次是晋中地区,而晋南地区的化肥施用强度最高,且处于逐年平稳增长的时间变化趋势;泰尔指数结果表明,区域内的差异是区域总差异的主因,总差异呈波动变化,2018年达最高值;县域化肥施用强度与施用量空间变化特征基本一致。山西省化肥施用强度主要影响因素中,人均耕地面积、农业种植结构、农业劳动力转移对化肥施用强度呈显著负向影响,人口数量呈正向影响,农村居民人均收入及农业技术进步无显著影响。

施用有机肥对谷子产量、品质及经济效益的影响

为研究有机肥对谷子产量、品质及经济效益的影响,采用大田试验,以晋谷57为试验材料,设置不施肥(T0,为对照)、化肥(常规施氮量180 kg/hm^(2),T1)、有机肥6 250 kg/hm^(2)(T2)、有机肥8 750 kg/hm^(2)(T3)和有机肥11 250 kg/hm^(2)(T4)共5个处理,对比分析不同处理下谷子的产量及产量构成因素、品质和生物活性物质,并进行成本和效益核算,以期为谷子合理施用有机肥和发展有机旱作农业提供技术支撑。结果表明,不同处理下谷子产量为3 025.25~6 265.20 kg/hm^(2),其中,T3处理产量为6 265.20 kg/hm^(2),较T0处理显著提高。Pearson相关分析法分析产量与产量构成因素发现,产量与穗长、穗粗、单穗粒质量、单穗质量、千粒质量和出谷率呈极显著正相关。从谷子籽粒品质来看,T1~T4处理均可以改善籽粒品质,T3处理下的蛋白质、脂肪和淀粉含量增幅最高,分别较对照增加1.74%、0.76%和7.28%;T3处理还显著提高了籽粒中多酚、黄酮和叶酸含量。由于肥料投入较低,T2处理下的经济效益最高,与T0处理相比提高8 157.80元/hm^(2)。施用有机肥对提高谷子产量、改善籽粒品质和提高籽粒生物活性物质含量均有一定的促进作用,8 750 kg/hm^(2)有机肥对谷子产量、籽粒品质和生物活性物质效果最佳,可作为有机肥推荐使用量。

江苏省引进高粱种质表型性状遗传多样性分析

[目的]本研究旨在筛选适合江苏省种植的优异高粱种质资源,为江苏省高粱种质创新和品种选育提供参考。[方法]以国内外不同来源的175份高粱种质为试验材料,采用多样性指数、相关性和聚类分析等统计方法,对高粱的13个农艺性状进行鉴定与分析。[结果]引进的高粱种质资源具有较为丰富的遗传多样性,质量性状的多样性指数由大到小分别为抗倒性>穗型>颖壳包被度>粒色>分枝>分蘖,数量性状的多样性指数由大到小分别为千粒重>穗粒重>节数>抽穗期>株高>穗长>发芽指数。相关性分析表明,抽穗期与节数、穗粒重、千粒重、株高呈显著正相关,与发芽指数呈显著负相关。株高与穗粒重、节数、穗长呈显著正相关,与千粒重、发芽指数呈显著负相关。穗粒重与节数、穗长、千粒重呈显著正相关。发芽指数与穗长呈显著负相关。数量性状的主成分分析显示,4个主成分因子对表型变异的累计贡献率达到85.688%,其中第1主成分贡献率为31.390%,载荷较高的性状有抽穗期、节数,第2主成分贡献率为20.813%,穗长和单穗粒重载荷较高,第3主成分贡献率为17.033%,发芽指数特征向量值明显高于其他性状,第4主成分贡献率为16.451%,千粒重特征向量值明显高于其他性状。聚类分析将175份高粱资源划分为4大类群,可选择类群Ⅰ-2、类群Ⅲ、类群Ⅳ的优异种质进行种质创新。[结论]引进的高粱种质资源类型丰富,多样性程度较高,筛选出一批在江苏种植表现为早熟、矮秆、千粒重大、穗粒重高、耐穗发芽的优异种质资源,为选育适宜江苏种植的高粱品种提供了基础材料。

地膜覆盖麦田土壤有机碳矿化特征及其温度敏感性

【目的】明确旱地土壤有机碳矿化对地膜长期覆盖的响应及有机碳矿化的温度敏感性,进而深入理解土壤有机碳的转化与稳定机制,为旱地土壤培肥和作物增产提供理论支撑。【方法】在黄土高原东南部2012年开始的旱地小麦田间地膜覆盖试验的基础上,采集不同覆盖栽培模式(常规施肥(不覆膜)、测控施肥(不覆膜)、垄膜沟播(覆膜)、平膜穴播(覆膜))试验的0—20 cm土层土壤样品,采用不同温度(15、25和35℃)进行室内有机碳矿化培养实验。在培养后的第1、3、5、7、14、21、28、35和42天运用碱液吸收法测定土壤有机碳矿化速率,结合双库指数模型拟合土壤活性和惰性有机碳库的容量及其分解速率,研究地膜覆盖对土壤有机碳矿化特征的影响及有机碳矿化对温度变化的响应规律。【结果】温度升高显著提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和惰性有机碳库(Cs)的矿化量,但是显著降低了温度敏感性系数(Q_(10))和活化能(Ea)。25℃和35℃时土壤有机碳矿化速率和累积矿化量均无显著差异,分别为15℃时的2倍,Cs的矿化量分别较15℃时提高了93.4%和105.3%。但是Q_(10)(25-35℃)比Q_(10)(15-25℃)降低了19.3%,Ea(25-35℃)比Ea(15-25℃)同步降低了68.0%。地膜覆盖显著提高了土壤有机碳累积矿化量、Q_(10)、Ea以及Cs的矿化量。同常规施肥相比,垄膜沟播和平膜穴播均显著提高了土壤有机碳累积矿化量,增幅分别为26.5%—38.6%(25℃)和27.8%—64.4%(35℃),且以平膜穴播提升幅度最大;平膜穴播处理亦显著提高了Q_(10)和Ea,其中Q_(10)增幅分别为28.5%(15—25℃)和25.8%(25—35℃),Ea增幅分别为93.4%和193.1%;平膜穴播处理还显著提高了Cs的矿化量,增幅达115.8%—2208.2%。【结论】黄土高原旱地麦田土壤上地膜覆盖加速了土壤有机碳矿化,尤其是平膜穴播,主要通过增加惰性有机碳库的矿化,进而显著提高了土壤有机碳累积矿化量及其温度敏感性。

晋南农作区耕地有机质空间分布特征及影响因素研究

为探究环境因子和不同种植管理因素对耕地土壤有机质含量空间分布特征的影响,以山西省运城市垣曲县作为研究区,利用地统计学与地理信息系统相结合的方法,分析耕地土壤有机质含量的空间分布格局,采用Pearson相关分析和方差分析讨论耕地土壤有机质含量的影响因素。结果如下:(1)垣曲县耕地有机质含量介于3.90~34.40 g/kg之间,平均含量15.99 g/kg,变异系数为29.33%,属于中等变异。(2)垣曲县土壤有机质含量半方差函数的最优模型为球状模型,块金系数为49.94%。(3)耕地土壤有机质含量整体呈现中间低四周高的空间分布格局,东部含量稍高于西部,北部含量稍高于南部,其中东北部有机质含量最高。(4)Pearson相关分析结果显示,距村距离、耕层厚度、pH值与有机质含量呈极显著负相关关系,海拔、地面坡度、田面坡度与有机质含量呈极显著正相关关系(P<0.01),与最高地下水位呈显著正相关关系(P<0.05)。(5)定性因素中,土壤质地组间差异不显著,地貌类型、土壤类型、成土母质、土壤结构、熟制与典型种植作物组间均差异显著。研究区耕地土壤有机质含量受结构性因素和耕作管理措施综合影响。定量因素与定性因素都对耕地土壤有机质含量起重要作用。

有机物料与土壤质地对土壤球囊霉素的影响

研究有机物料类型和土壤质地对土壤球囊霉素含量的影响,可对合理施用有机肥、增加土壤生产力提供重要的理论和实践依据。通过室内培养试验,借助核磁共振与磷脂脂肪酸分析技术,研究分别添加猪粪有机肥、玉米秸秆、油菜秸秆后3种不同黏粒含量的土壤中微生物量碳和氮、球囊霉素含量以及磷脂脂肪酸含量的变化。结果表明,3种有机物料的理化性质有较大差异,猪粪有机肥的碳/氮较低(9.7),含有较多的烷基碳(27.1%)和含氮烷基碳(10.8%),可显著提高土壤球囊霉素、微生物量碳和氮含量以及细菌、真菌和总磷脂脂肪酸含量。玉米秸秆则含有较多的木质素(39.8%),腐解较为缓慢,其土壤球囊霉素、微生物量碳和氮含量以及细菌、真菌和总磷脂脂肪酸含量显著低于其余有机物料处理。土壤黏粒含量较低的处理微生物量碳和氮以及总磷脂脂肪酸含量较低,微生物活性较弱,导致土壤球囊霉素含量显著低于黏粒含量较高的处理;但是,土壤黏粒含量太高会降低真菌的磷脂脂肪酸含量。综上,猪粪有机肥可快速促进微生物的生长繁殖、提高土壤球囊霉素的含量,且与土壤黏粒含量密切相关。

有机肥等氮量替代化肥对土壤养分及酶活性的影响

通过5年定位试验,研究有机肥等氮量替代化肥对玉米地土壤养分及酶活性的影响,探索有机肥等氮量替代化肥,实现化肥减量增效。田间试验设置5个不同施肥处理:(1)100%化肥氮(CK);(2)25%有机肥氮+75%化肥氮(M25);(3)50%有机肥氮+50%化肥氮(M50);(4)75%有机肥氮+25%化肥氮(M75);(5)100%有机肥氮(M100)。研究结果表明:与CK相比,有机肥替代处理的土壤全氮和碱解氮含量在2019年(施肥第4年)和2020年(施肥第5年)均无显著差异,全磷含量在2019年无显著差异,但在2020年有机肥替代处理的土壤全磷含量均比CK少,其中M50、M75、M100处理为0.89、0.91、0.90 g/kg,与CK相比分别显著减少17.87%、15.24%、16.47%,M25处理与CK相比差异不显著。在2019和2020年试验中,M100处理的土壤有效磷含量为31.03~36.37 mg/kg,与CK相比,M100处理显著提高了土壤有效磷含量;在2020年试验中,各有机肥替代处理的土壤有效磷含量显著大于CK。与CK相比,有机肥替代处理的土壤脲酶活性和磷酸酶活性均无显著差异。试验中,有机肥替代化肥处理的穗长、穗粗、穗行数、行粒数较CK均无显著差异,但有机肥替代处理的秃尖在2020年均比CK小,其中M25、M50、M75、M100处理比CK分别减少28.57%、26.53%、14.29%、24.49%,并且与CK相比,M75、M100处理的百粒重分别显著增加10.14%~14.17%、20.54%。与单施化肥相比,有机肥等氮量替代化肥不会降低土壤养分含量(除全磷含量有所降低)和土壤酶活性,还可以在一定程度上增加玉米籽粒百粒重,减少秃尖长,优化玉米穗部性状,减少化肥的施用。因此,有机肥等氮量替代化肥是一种节肥、增效、环保的施肥方式。

山西省农田土壤肥力现状及近10年变化特征

明确山西省农业生产中土壤肥力的变化特征以及当前土壤肥力水平,为更好地管理山西省不同区域农田土壤资源和培肥改良土壤提供依据。基于中国科学院重要创新方向性项目,在山西省设置75个农田土壤质量演变定位监测点,于2007和2017年对山西省农田土壤pH值、有机质、全氮、有效磷及速效钾含量数据进行分析,总结山西省农田土壤肥力现状及近10年变化特征。结果表明:(1)2017年山西省农田土壤pH值平均为8.32,有机质含量平均为18.72 g·kg^(-1),全氮含量平均为1.07 g·kg^(-1),有效磷含量平均为14.51 mg·kg^(-1),速效钾含量平均为184.81 mg·kg^(-1)。(2)山西省不同地区土壤肥力存在显著差异,pH值南低北高,有机质含量由中部向四周逐渐降低,全氮和速效钾含量南高北低,有效磷含量中部地区低于其他地区。(3)与2007年相比,2017年山西省农田土壤有机质含量有所增加,全氮和速效钾含量大幅提高,pH值和有效磷含量略有降低,但在不同地区间土壤肥力变化有所差异。晋南、晋中地区有机质呈增加趋势,而晋东南、晋西北地区则呈下降趋势;晋中、晋西北地区有效磷含量下降明显,而晋北、晋东南地区则显著上升。可见,在山西省目前的农业生产中,应增施有机肥,推广秸秆还田,化肥施用上根据不同地区采取平衡施氮、稳钾、因地补磷的施用原则,以实现山西省农田土壤肥力与生产能力同步稳定提升。

长期有机/无机肥配施对褐土细菌群落及抗生素抗性基因赋存的影响

为探明长期有机/无机肥配施对土壤细菌及抗生素抗性基因多样性的影响,以山西寿阳褐土长期定位试验为依托,采集5个有机/无机肥配施处理(N_(0)P_(0)M_(0),N_(2)P_(1)M_(1),N 4 P_(2)M_(2),N_(3)P_(2)M_(3)和N_(0)P_(0)M_(6))0~20 cm土层土壤样品,采用宏基因组测序技术研究有机/无机肥配施条件下褐土中细菌群落和抗生素抗性基因的差异。结果表明:长期有机/无机肥配施显著改变了土壤细菌及抗生素抗性基因的多样性,细菌优势门为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、芽单胞菌门和绿弯菌门。不同处理土壤共同抗性基因亚型有256个,土壤特有抗生素抗性基因亚型随施肥量的增加均呈现先增加后降低的趋势,且在N_(3)P_(2)M_(3)处理中达到最高。土壤中丰度较高的抗生素抗性基因种类有大环内酯类、多药类、万古霉素类、四环素类、氯霉素类,其中含量最高的抗性基因亚型为MacB、BcrA、MexW、MexF和pbp_(1)a。皮尔森相关性分析表明:土壤理化性质直接或间接地影响着细菌群落及ARGs的组成和变异,冗余分析进一步表明,抗生素抗性基因的变化受细菌群落结构的影响。抗生素抗性基因已经成为威胁人类健康的潜在污染物,农业生产中施用畜禽粪污时应充分腐熟并与化肥配合施用,以保障生态环境安全。

山西省化肥投入区域分异及环境风险评价

基于1985—2017年化肥施用量和作物播种面积,采用化肥施用环境风险评价模型,探讨了山西省化肥施用及环境风险的时空变化特征。结果表明,山西省化肥施用总量在1985—2017年间整体呈增加趋势,2017年山西省化肥施用强度为285.14 kg·hm^(-2),大多数地区农田化肥投入过量;其基本趋势是从晋北到晋南逐步增加,晋西北投入少、晋东南投入高。总化肥施用强度极值比为2.4,氮肥、磷肥和钾肥的极值比分别是1.9、2.7和3.4。全省11个地市氮磷钾投入比例是1:0.69:0.62,不尽合理。山西省2017年化肥施用环境总风险指数为0.52,呈低度环境风险;氮、磷、钾肥施用的环境风险指数分别为0.50、0.58和0.55。氮肥施用的环境风险处于安全状态;磷肥的环境风险区域集中在晋东南和晋中地区,钾肥的环境风险区域集中在晋东南和运城地区,均呈现中度、严重风险程度并有成片聚集特征。研究结果有利于调控山西农田施肥合理分布并进行分区指导,制定不同施肥方案,协调粮食增产和生态保护间的关系,为防治农业面源污染提供决策参考。

长期秸秆还田对旱地玉米土壤有机碳及碳库管理指数的影响

以山西省晋中市寿阳县长期玉米种植区褐土为研究对象,探讨秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分和土壤碳库管理指数的影响,以期为北方旱地褐土培肥、提高土壤质量提供理论依据。基于连续30年(1992—2021年)秸秆还田长期定位试验,按照等碳量秸秆还田,设置4个处理[秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆过腹还田(CM)、秸秆不还田(CK)]进行分析。结果表明:(1)CM处理的土壤总有机碳含量较SM、SC显著提高了29.23%、35.72%。(2)CM处理的土壤活性有机碳含量较CK显著提高了77.72%,且与SM、SC差异显著;SM、SC、CM处理的土壤微生物量碳含量较CK分别显著提高了26.39%、43.51%、70.83%;SM、SC、CM处理的土壤可溶性有机碳含量较CK分别显著提高了4.32%、31.47%、60.00%。(3)SM、SC、CM、CK间的土壤活性有机碳效率无显著差异,SC处理的土壤微生物量碳有效率和可溶性有机碳有效率较CK分别显著提高了28.04%、17.10%,SM处理的土壤可溶性有机碳有效率较CK显著降低了11.48%,CM对于土壤碳素效率无明显提升效果。(4)CM处理的土壤碳库管理指数较SM、SC显著增加了138.89%、72.32%。秸秆过腹还田能够显著提高北方旱地褐土肥力,增加土壤碳库管理指数,改善土壤质量,是最优的还田方式。

山西省畜禽养殖粪尿及养分含量时空分布特征

根据迄今为止有记载的1987—2019年山西省畜牧业统计年鉴数据,从畜禽养殖数量规模及产污情况等方面简述山西省畜禽养殖业近年来的发展,采用排泄系数法估算畜禽粪尿产生量及其主要污染物含量的变化,分析了山西省不同种类畜禽养殖粪尿养分时空格局及演化特征。结果表明,近30 a来,山西省畜禽养殖规模整体呈现阶段性上升趋势,分为1987—1996年全面发展期、1997—2006年结构调整期、2007—2014年发展方式转变期和2015年之后恢复增长期这4个时期;2007—2019年间,空间上由原来的南北高中间少变化为各地市分布均匀,太原市、阳泉市畜牧业不发达,畜禽养殖规模整体较小;将牛、家禽的养殖数量折算为猪当量后,山西省近30 a来牛的占比呈下降趋势,从63.8%降至31.4%,猪、家禽占比呈缓慢上升趋势;1987—2006年间,山西省畜禽养殖粪尿产生量年均达到3000.47万t,2007—2019年间,年均仅为2030.79万t,且近30 a来牛粪产生量最大;全省畜禽粪尿中COD、BOD、NH_(3)-N、TN、TP含量年际变化趋势同畜禽养殖规模相似,全省畜禽粪尿中COD产生量均保持最高,年平均产生量64.3万t,占污染物产生总量的45.3%;TP产生量最低,平均仅占总量的2.5%;太原市、阳泉市由于畜牧业不发达,畜禽粪尿中养分产生量最低。运城市畜禽养殖业发展迅速,在推进产业结构调整时应侧重生猪和家禽的养殖总量及粪污控制工作。

利用自我重复取样匹配技术组建生命表:以梨小食心虫为例

【目的】针对一些昆虫在进行生命表研究时由于个体从出生到死亡的发育、存活和繁殖数据无法连续记录或难以记录的问题,本研究旨在引入一种适宜该类昆虫的生命表组建技术,并证明该技术的可靠性。【方法】将24个以传统方式组建的昆虫连续记录生命表拆分为未成熟期与成虫期生命表,再利用自我重复取样匹配技术重新组建新的完整生命表,与原始生命表的主要种群参数进行比较与验证。利用该技术重新组建包含滞育期的梨小食心虫Grapholita molesta生命表,并借助模拟软件预测越冬种群增长趋势,将预测的种群数据与田间取样数据进行对比。【结果】24个种群基于0.5百分位净增殖率(R_(0))和周限增长率(λ)采用自我重复取样匹配构建的生命表的种群参数与原始生命表一致。梨小食心虫自我重复取样匹配生命表无滞育期与含180 d滞育期的生命表周限增长率(λ)、内禀增长率(r)与平均世代周期(T)有显著差异,但净增殖率(R_(0))与平均繁殖率(F)无显著差异。进行种群增长预测时,忽略滞育期会高估田间种群的增长潜力,呈现不现实的快速增长,而包含180 d滞育期的同时降低繁殖率并增加越冬期幼虫的死亡率的生命表,可得到更接近田间观察的实际种群结构。【结论】本研究展示了分别独立收集未成熟期和成虫期数据,利用两性生命表软件经100000次自我重复取样和匹配,进而组建完整生命表的技术。借助年龄-龄期两性生命表理论的计算机模拟可以预测害虫种群增长,有助于确定防治的最佳时期和制定有效的害虫管理方案,以促进农业可持续发展。

氮肥与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的调控效应

【目的】适宜的密度与氮肥运筹是提高玉米抗倒伏能力、保证高产稳产和提高生产效益的重要措施。探讨不同施氮量与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的影响,以期为山西春玉米的高产高效栽培及籽粒机收的发展提供理论支撑。【方法】于2018和2019年在山西晋中进行玉米田间试验,供试玉米品种为‘郑单958’。设置4个施氮水平:0、120、180、240 kg/hm^(2) (N0、N1、N2、N3);3个种植密度:60000、75000、90000株/hm^(2)(D1、D2、D3)。调查玉米吐丝期茎秆农艺性状,生理成熟期穗位以下茎秆生物学、力学性状及倒伏率,并测定产量。【结果】随着种植密度和施氮量的增加,玉米产量呈先增加后降低的趋势。在D2密度下达到最高值,两年平均产量为13792 kg/hm^(2),较D1和D3密度下分别增加了4.8%和8.3%。与N0相比,N1、N2和N3处理分别增产24.3%、26.7%和23.9%。N3处理对穗粒数与千粒重无显著影响,但产量低于N1和N2处理。增密导致玉米茎秆变细,株高、穗位上升,玉米第3~6节长粗比增加,穿刺强度、抗压强度、抗弯折力等茎秆力学特性变差。D2和D3密度下两年玉米平均倒伏率较D1分别升高了1.33、3.73个百分点。N1、N2、N3处理两年玉米平均倒伏率较N0分别增加了2.50、3.25、4.80个百分点。适当增氮有利于消减因密度增加导致的生物学、力学特性变差,D2和D3密度下,N2处理第3~6节穿刺强度、抗压强度和抗弯折力维持在较高水平,显著高于N3处理。【结论】合理的氮肥用量可改善因密度增加导致的茎秆细弱、玉米茎秆力学特性变差问题,降低倒伏风险,因而增加产量。在山西中部春玉米种植区,种植密度为75000株/hm^(2)、施氮量180 kg/hm^(2),是玉米产量、茎秆力学特性及抗倒性能和谐的密度肥料组合。

施氮量对旱地小麦花后糖代谢及籽粒产量的影响

施用氮肥为当前农业增产措施之一,适量施用对小麦产量形成具有重要意义。本试验于2020—2021年在位于黄土高原东南部的山西农业大学小麦试验站开展,设置施氮(N)0 kg/hm^(2)(N0)、90 kg/hm^(2)(N90)、150 kg/hm^(2)(N150)、210 kg/hm^(2)(N210)共4个处理,采用池栽方式研究不同施氮量对旱地小麦地上部生长、花后糖代谢及产量等的影响,以探明提高产量的适宜施氮量及其糖代谢生理机制。结果表明,与对照(N0)相比,施氮肥可显著增加旱地小麦各生育时期株高,增加叶面积指数和花后旗叶蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性,且花后15~30 d间差异达显著水平;产量及其构成因素中,产量增加13.45%~42.18%,穗数增加7.68%~22.33%,穗粒数增加2.14%~3.45%,千粒重增加2.48%~13.54%;总淀粉含量增加1.8~8.8个百分点,尤以支链淀粉含量增加显著。从动态趋势上看,施氮量由90 kg/hm^(2)增至210 kg/hm^(2),各生育时期小麦叶面积指数、花后10~30 d旗叶SPS和SS活性、花后10~30 d籽粒淀粉含量均先增后减,且在施氮量150 kg/hm^(2)时达最高值。最终,旱地小麦产量以N150处理最高,而淀粉含量以N210处理最高,但与N150差异不显著。综上,施氮量150 kg/hm^(2)促进旱地小麦地上部生长,增强花后10~30 d旗叶糖代谢酶活性,增加蔗糖和淀粉含量,增产效果最好。

大豆光合限制作用的土壤水-氮交互响应及其与叶片水分利用效率的关系

本文以我国北方旱地大豆(Glycine max(L.)Merr.)为材料,以光合限制作用为研究对象,设计土壤水-氮交互实验,探究其光合限制作用的水-氮交互响应及其与叶片瞬时水分利用效率(WUEins)和内在水分利用效率(WUEint)的相关性。结果显示:(1)大豆叶内CO_(2)扩散性限制作用(叶肉限制,l_(m);气孔限制,l_(sc))随水分胁迫逐渐增大,生化限制(l_(b))逐渐减小;(2)土壤水-氮交互后,植株l_(m)和l_(sc)均减小,而l_(b)显著增大;(3)l_(m)和l_(b)分别与WUEins及WUEint呈显著的负、正相关(P<0.05),而l_(sc)与二者的相关性不显著;(4)相较l_(sc)和l_(b),l_(m)对植株光合碳同化与叶片水分利用效率的贡献率最大,为大豆光合与水分利用能力变化的主导限制因子。研究结果旨在揭示土壤干旱与大气氮沉降双因子交互调控作物光合碳同化的生态效应,并分析该效应与作物水分利用能力的内在关系。

氮肥减施与追氮技术对甜荞生理特性的影响

【目的】研究氮肥减施与追氮方式对甜荞生物量、光合特性及抗氧化系统的影响,为甜荞增产增效提供理论依据。【方法】以甜荞为供试作物,设置6个氮肥施用处理:CK1(基肥:100kg/hm^(2) N)、CK2(基肥+土壤追肥:70 kg/hm^(2) N+30 kg/hm^(2) N)、CK3(基肥+人工喷施:70 kg/hm^(2) N+1%浓度尿素溶液(0.25 kg/hm^(2) N))、T4(基肥+无人机喷施:70 kg/hm^(2) N+1%浓度尿素溶液(0.25 kg/hm^(2) N))、T5(基肥+无人机喷施:70 kg/hm^(2) N+2%浓度尿素溶液(0.5 kg/hm^(2) N))、T6(基肥+无人机喷施:70 kg/hm^(2) N+4%浓度尿素溶液(1 kg/hm^(2) N)),探索不同施氮方式对甜荞干物质积累量、光合特性及抗氧化酶活性的影响。【结果】甜荞地上部干物质积累量随生育期推进逐渐增加,地上部干物质积累速率随生育期推进呈先升后降的趋势,T5处理下的成熟期地上部干物质积累量及积累速率较其他处理提高16.03%~82.88%和34.05%~132.05%。在甜荞成熟期,不同处理下的甜荞叶片的叶绿素量和净光合速率存在显著差异,T5处理最高,T4处理次之,CK1最小。甜荞抗氧化酶活性呈单峰曲线变化规律,盛花期后T5处理下的抗氧化酶活性高于其他处理,成熟期T5处理较其他处理的超氧化物歧化酶活性提高1.16%~19.16%,过氧化物酶活性提高0.49%~35.49%,过氧化氢酶活性提高1.34%~51.76%。各处理甜荞叶片丙二醛量均随叶片衰老呈逐渐增加趋势,至成熟期T4处理和T5处理下的丙二醛量相同,较其他处理降低了10.99%~19.00%。T5处理对甜荞单株粒数、单株粒质量和千粒质量均有促进作用,较其他处理分别增加9.65%~80.67%、5.15%~59.17%和9.77%~17.01%,且该处理下的甜荞产量达到最大,较其他处理提高21.66%~140.30%。【结论】基肥70 kg/hm^(2) N+无人机叶面喷施1%~2%浓度尿素溶液有利于甜荞生长,可显著增加甜荞地上干物质积累量及抗氧化酶活性,延长叶片功能期,从而提高甜荞生育中后期的光合速率,最终提高产量。

高粱株高相关基因SbPH11分子标记的开发和应用

生物量是饲用高粱的重要性状,株高与生物量呈正相关性。本研究以237份高粱自交系关联群体为材料,筛选到株高关联基因SbPH11的两个功能性SNP位点,两个SNP位点组合的单倍型共3种:SbPH11-Hap1、SbPH11-Hap2和SbPH11-Hap3,SbPH11-Hap2所对应的高粱材料的株高极显著高于SbPH11-Hap1和SbPH11-Hap3所对应的高粱材料的株高,SbPH11-Hap1的高粱材料株高极显著高于SbPH11-Hap3的高粱材料株高。针对SbPH11的两个功能性SNP位点开发了KASP分子标记,利用该标记对30份高粱种质资源进行了基因分型和表型验证,结果证实开发的KASP分子标记可以准确地鉴定出SbPH11两个功能性SNP位点的基因型。该KASP分子标记可高效准确地预测不同高粱种质资源的株高类型,可应用于高粱株高的早期筛选和分子标记辅助选择育种。