山西省3种典型作物主产区土壤微量元素特征分析

【目的】探明研究区耕层土壤微量元素量现状及其影响因素。【方法】本试验分别在山西省小麦、玉米和谷子种植区,各选择作物种植面积最大的3个代表性县域,在每个县域选取100个采样点,分析其耕层土壤微量元素(Fe、Mn、Zn、Se)量,及其与pH、有机质、土壤类型和种植制度的关系。【结果】研究区耕层土壤Fe、Mn、Zn和Se分别为30.42 g/kg、626.55 mg/kg、78.06 mg/kg和0.283 mg/kg。各种植区土壤微量元素量总体表现为:小麦种植区>玉米种植区>谷子种植区,尽管3个种植区土壤微量元素整体处于中等(或适量)及以上水平,但同时也存在不同程度的微量元素缺乏,研究区整体Fe缺乏比例最大,谷子种植区整体微量元素缺乏比例最大。不同土壤类型中,石质土、潮土、粗骨土、褐土和红黏土的微量元素量,显著高于棕壤、黄绵土、栗褐土和风沙土(P<0.05),其中石质土微量元素量最高,棕壤和风沙土量最低。相关性分析结果表明,pH与4种微量元素均极显著负相关,有机质与4种微量元素均极显著正相关。种植制度、土壤类型、pH和有机质4种影响因素对土壤含Se量的综合解释率最高,为47.9%;含Mn量变化仅受土壤类型和有机质影响,其综合解释率为8.1%。【结论】尽管现阶段山西省主要粮食作物种植区耕层土壤Fe、Mn、Zn和Se的4种微量元素总体处于中等(适量)及以上水平,但仍然需要注重对Fe的补充,以及提升谷子种植区整体养分量。土壤含Se量受环境变化影响最大,而Mn在土壤中的较为稳定。

我国主要麦区土壤有效铁锰铜锌丰缺状况评价及影响因素

明确我国主要麦区土壤有效铁锰铜锌含量分布和影响因素,对了解麦田土壤微量元素供应能力、指导小麦丰产与优质生产至关重要。于2016-2021年连续6年,在我国17个小麦主产省/市采集1314份耕层土壤样品,参考中国土壤有效微量元素分级标准,评价了我国麦田土壤有效铁锰铜锌丰缺状况,并采用随机森林方法定量分析了主要土壤化学性质对铁锰铜锌有效性的贡献。结果表明,我国主要麦区土壤有效铁含量介于1.8~612 mg·kg^(-1),平均为49.1 mg·kg^(-1),8.9%的样本未达到缺铁临界值4.5 mg·kg^(-1),且主要集中在北方、西北麦区的山西、陕西、甘肃等地,西南和长江中下游麦区有效铁较高。土壤有效锰介于0.1~176 mg·kg^(-1),平均为22.1 mg·kg^(-1),低于缺锰临界值5 mg·kg^(-1)的样本占6.9%,缺锰土壤分布在西北、北方麦区的山西、陕西、甘肃、内蒙古等地,西南、长江中下游麦区土壤有效锰含量较高。土壤有效铜介于0.1~10.8 mg·kg^(-1),平均为1.9 mg·kg^(-1),仅1.8%样本未达到缺铜临界值0.5 mg·kg^(-1)。土壤有效锌介于0.1~26.0 mg·kg^(-1),平均为1.4 mg·kg^(-1),14.3%的样本低于缺锌临界值0.5 mg·kg^(-1),主要分布在西北和北方麦区的山西、陕西、甘肃、内蒙古等省份,云南、贵州等西南麦区的有效锌较高。土壤基本化学性质中,pH对有效铁、有效锰含量影响最大,有效铁是铜有效性的重要因素,影响有效锌的主要因素是有效磷和有效铜。我国麦田土壤有效铁锰铜锌含量存在较大的区域变异,铁、锰、锌不足主要发生在北方石灰性土壤,南方麦田供应充足,几乎所有麦田土壤有效铜可满足作物铜需求。

中国糯小麦品种的主要农艺性状和品质性状分析

为明确中国生产上糯小麦品种的主要性状及其演化规律,以2005-2022年已经审定的44个糯小麦品种为材料,对其主要农艺性状和品质性状进行了分析评价。结果表明:(1)春性品种和冬性品种的生育期变异系数分别为19.75%和4.03%,其余四个被测性状变异系数从大到小依次为产量、穗粒数、千粒重、株高,产量的变异系数均大于20%。(2)春性品种和冬性品种4个品质性状的变异系数均表现为湿面筋含量>粗蛋白含量>容重>支链淀粉含量,除紫糯麦1号外,其余糯小麦品种的支链淀粉含量均≥97%。(3)通过聚类分析,将44个糯小麦品种分为3大类,Ⅰ类包含28个品种,占总数的64%,产量和品质中等;Ⅱ类包含11个品种,占总数的25%,具有较高产量和品质;Ⅲ类含5个品种,占总数的11%,产量和品质偏低。

山西省谷子主栽区土壤和谷子硒赋存状况分析

为明确山西省谷子主栽区土壤硒含量现状,以及不同环境因素对硒利用效率的影响,选择山西省3个代表性县域作为研究区,采集土壤和谷子籽粒样品,分析其硒含量、硒的生物富集系数以及土壤基本理化性质与生物富集系数的关系。结果表明,研究区土壤平均硒含量为0.178 mg/kg,总体处于中等水平,其中,五寨县、临县土壤硒含量分别为0.140、0.144 mg/kg,均处于边缘水平;沁县土壤硒含量为0.251 mg/kg,处于适量水平。在不同土壤类型中,红黏土土壤和籽粒硒含量均最高,分别为0.280、0.028 mg/kg;黄绵土上谷子对硒的生物富集能力最强(16.87%),褐土上谷子的生物富集能力最弱(9.38%);不同谷子品种中,以沁州黄栽培区土壤和籽粒硒含量最高,分别为0.297、0.025 mg/kg,晋谷21号对硒的生物富集能力最强(18.66%),晋谷40号生物富集能力最弱(9.341%)。结合多元逐步回归分析和相关性分析可知,土壤硒含量、籽粒硒含量和谷子品种对硒富集系数的影响最大,分别能解释硒富集系数变化的27.9%、39.2%和0.14%;硒的生物富集系数与pH值、有机质分别呈极显著正相关和极显著负相关;与硝态氮呈显著负相关,与磷钾相关性不显著。

秸秆还田对黄土旱塬麦田土壤团聚体有机碳组分的影响

探究不同秸秆还田量对黄土旱塬麦田土壤团聚体稳定性及碳库变化特征的影响,可为旱作农田土壤培肥提供理论依据。在晋南旱地冬小麦种植区,设置S0(不还田)、S1/2(1/2倍还田)、S1(1倍还田)、S2(2倍还田)4个处理,通过连续3a试验研究了不同秸秆还田量下土壤团聚体组成及稳定性变化情况,土壤及各粒级团聚体中总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)、轻组有机碳(Light Fraction Organic Carbon,LFOC)、重组有机碳(Heavy Fraction Organic Carbon,HFOC)与胡敏素碳(Humin Carbon,HM-C)、胡敏酸碳(Humic Acid Carbon,HA-C)和富里酸碳(Fulvic Acid Carbon,FA-C)含量的变化特征,以及各粒级团聚体中有机碳组分与团聚体稳定性之间的关系。结果表明:黄土旱塬麦田土壤,随着秸秆还田量的增加,>0.25 mm大团聚体含量逐渐增加,<0.25 mm微团聚体及粉黏粒含量逐渐减少;S2处理下,平均重量直径、几何平均直径、>0.25mm团聚体质量百分数较S0处理分别增加了14.7%(P<0.05)、22.2%(P<0.05)、13.9%(P<0.05),提高了团聚体的稳定性。秸秆还田提高了全土TOC含量,以S2处理下土壤TOC含量最高,较S0处理增加了28.1%(P<0.05)。另外,秸秆还田提升了>0.25~2 mm团聚体中HM-C、HA-C和FA-C含量,其中S2处理较S0处理分别提高了19.0%(P<0.05)、25.5%(P<0.05)、14.9%(P<0.05),并且胡敏酸碳和富里酸碳的比值(HA-C/FA-C)也随着秸秆还田量的增加而提高。<0.053 mm粉黏粒的FA-C含量变化是引起水稳性团聚体稳定性变化的主要原因,能解释其变化的64.1%。总体表明,秸秆还田促进了黄土旱塬麦区土壤水稳性微团聚体向水稳性大团聚体的转化,提高了团聚体稳定性。秸秆还田增加了土壤及各团聚体中有机碳及其组分含量,并进一步提高土壤腐殖化程度,且秸秆还田量越高,提升幅度越大。2倍秸秆还田量对当地土壤有机碳含量提升、土壤结构改善的效果最好。研究结果对旱地土壤肥力和碳汇能力提升具有重要意义。

秸秆还田替代化肥对黄土旱塬小麦产量及水肥利用的影响

为研究不同秸秆还田量替代部分化肥后对黄土高原冬小麦产量、水肥利用效率和硝态氮积累特征的影响。于2018—2021年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,设置秸秆不还田(S0)、秸秆半量还田(S1/2)、秸秆全量还田(S1)、秸秆2倍量还田(S2)4个还田量处理,研究不同秸秆还田量替代化肥对冬小麦产量形成、水肥利用效率及土壤硝态氮残留的影响。结果表明:在黄土旱塬麦区,秸秆还田替代8.3%~31.9%N和15.7%~63.2%P_(2)O_(5)的基础上,冬小麦产量总体随秸秆还田量增加而增加,且在降水丰沛年份,增加秸秆还田量可产生更大的产量效应。3年试验总体表明,S2处理冬小麦平均产量分别较S0、S1/2和S1处理分别高17.5%(P<0.05),10.4%(P<0.05),4.3%。连续3年秸秆还田均提高了冬小麦穗数,S2处理冬小麦平均单位面积穗数分别较S0、S1/2和S1处理高17.1%(P<0.05),12.3%(P<0.05),3.6%,不同处理间穗粒数和千粒重差异不显著。播前2 m土壤贮水量总体随着还田量的增加而增加,试验期间S2处理平均贮水量较S0提高8.3%(P<0.05)。冬小麦生育期耗水量也表现为随着还田量的增加而增加,S2处理平均耗水量较S0处理增加了10.0%(P<0.05)。不同处理间水分生产效率差异不显著,平均为14.9 kg/(hm^(2)·mm)。在秸秆还田替代部分化肥基础上,旱塬冬小麦肥料利用效率随着秸秆还田量的增加而增加,其中,S2处理平均氮肥偏生产力(PFP_(N))、氮肥农学效率(AE_(N))、氮肥当季回收率(RE_(N))和磷肥偏生产力(PFP_(P))较S0处理分别提高66.4%,155.8%,113.5%,105.2%。连续3年秸秆不还田使0—2 m土壤硝态氮残留量较2018年播前提高100.6%,并随水向下淋溶在深层土壤中累积,而秸秆还田处理2 m土层硝态氮累积量均低于2018年播前,S2处理2 m土壤硝态氮残留量最低,为244.8 kg/hm^(2)。综合考虑,晋南黄土旱塬麦区,在秸秆还田替代8.3%~31.9%N和15.7%~63.2%P_(2)O_(5)基地上,可增加播前土壤底墒,降低肥料残留,并提高肥料利用效率,进而提高冬小麦产量,其中,以2倍秸秆还田量(平均为7477 kg/hm^(2))产生的产量和水肥效应最佳。研究结果可为推进旱作麦区面源污染防控和冬小麦高产高效绿色生产提供理论依据。

不同有机替代对黄土旱塬土壤碳、氮组分及冬小麦产量的影响

探讨黄土旱塬冬小麦区不同有机肥替代化肥氮对小麦产量及土壤碳氮组分的影响,为该区减施化学氮肥、促进小麦提质增效和农业绿色可持续发展提供理论依据。于2019年在山西黄土旱塬冬小麦种植区设置100%化肥N处理(HF)、10%腐殖酸N+90%化肥N(F1)、30%腐殖酸N+70%化肥N(F3)、50%腐殖酸N+50%化肥N(F5)、10%有机肥N+90%化肥N(Y1)、30%有机肥N+70%化肥N(Y3)、50%有机肥N+50%化肥N(Y5)7个试验处理,系统研究了不同比例腐殖酸、有机肥替代化肥对小麦产量及产量构成和土壤碳、氮组分含量的影响。结果表明:F3、F5、Y3和Y5处理,分别较HF显著提高9.7%,8.0%,9.2%和18.2%。同时,Y5对土壤中各种活性有机碳、氮组分含量的提高均有显著促进作用,提高幅度在36.8%~114.4%和27.8%~105.4%;Y3处理下可溶性、水溶性、微生物有机碳、氮和轻组有机碳、氮组分的含量较HF显著提高21.1%~156.8%;F3和F5处理下土壤中可溶性、微生物和轻组有机碳、氮组分含量较HF显著提高25.4%~119.3%。可溶性有机碳、微生物有机氮、轻组有机氮与籽粒产量呈极显著正相关;可溶性有机氮通过促进公顷穗数增加而提高冬小麦产量;总有机碳、水溶性有机碳和微生物有机氮则通过提高穗粒数达到增产效果。综上,在黄土旱塬冬小麦种植区进行30%~50%的有机肥和腐殖酸替代化肥后,可达到显著增产效果,同时提高土壤中活性碳、氮组分的作用。其中,50%有机肥替代处理的增产与培肥地力效果更为显著,适宜在当地推广应用。

山西省玉米种植区土壤养分含量特征

明确山西省玉米种植区土壤养分含量现状,为当地土壤养分调控和合理施肥提供理论依据。依据2019年山西省统计年鉴,选取山西省玉米种植面积最大的原平市和寿阳县,以及山西"农谷"建设区太谷县,作为研究典型代表区,根据各县土壤类型、地形特征以及种植区划,采集耕层(0~20 cm)土壤样品,分析土壤有机质、硝态氮、速效钾、有效磷、6种微量元素有效态含量及其10个土壤养分因子相关性分析。结果表明,山西省玉米种植区耕层土壤有机质含量变化范围为4.10~53.98 g/kg,平均值为17.52 g/kg,土壤有机质含量主要集中在10~20 g/kg,样点所占比例为63.78%,整体处于较缺乏至中等水平;土壤硝态氮含量为4.97~37.51 mg/kg,平均值为19.79 mg/kg;土壤有效磷含量为3.17~74.12 mg/kg,平均值为22.64 mg/kg;土壤速效钾含量为58.81~517.02 mg/kg,平均值为220.42 mg/kg,土壤速效养分含量总体比较丰富。山西省玉米种植区土壤中有效铜(Cu)含量为0.24~6.00 mg/kg,平均值为1.26 mg/kg;有效锌(Zn)含量为0.17~5.30 mg/kg,平均值为2.07 mg/kg;有效镍(Ni)含量为0.05~1.30 mg/kg,平均值为0.31 mg/kg;有效铁(Fe)含量为2.60~29.57 mg/kg,平均值为9.40 mg/kg;有效锰(Mn)含量在0.97~37.90 mg/kg,平均值为17.42 mg/kg;有效硒(Se)含量为11.99~85.24μg/kg,平均值为30.43μg/kg。相关分析表明,土壤有机质与土壤有效磷、速效钾以及有效态Cu、Zn、Fe之间存在显著或极显著正相关关系;土壤中有效态Fe、Mn、Ni之间存在着较高的极显著正相关关系;有效Se则与其他养分因子的相关性均不显著。山西省现阶段玉米种植区土壤有机质含量整体处于较缺乏至中等水平,土壤氮、磷和钾速效养分以及土壤有效态微量元素含量总体呈中等到较丰富水平,因此,山西省玉米生产过程中应进一步加强有机培肥管理。

施氮和间作对春小麦土壤丛枝菌根真菌群落结构的影响

[目的]了解小麦土壤丛枝菌根真菌(AMF)自然群落结构组成以及氮肥与种植模式对AMF群落结构和功能群落的影响,对麦田生态系统的稳定具有重要意义。[方法]设置0 kg·hm^(-2)(N0)、90 kg·hm^(-2)(N1)、180 kg·hm^(-2)(N2)和270 kg·hm^(-2)(N3)4个不同的施氮量,采用单作(SS)与间作(SI)2种种植模式。[结果]春小麦根系土壤AMF分为:3科—球囊霉科(Glomeromyceae)、原囊霉目未知科(unidentified Archaeosporales sp.)和类球囊霉科(Paraglomerace⁃ae);5属—管柄囊霉属(Funneliformis)、未知属(undefined)、根孢囊霉属(Rhizophagus)、其他未知原囊霉目类真菌(un⁃defined Archaeosporales)和类球囊霉属(Paraglomus);5种—地斗管囊霉(Funneliformis geosporum)、球囊霉科未知种(Glomeraceae sp.)、根孢囊属未知种(Rhizophagus sp.)、原囊霉目未知种(Archaeosporales sp.)和隐类球囊霉(Para⁃glomus laccatum)。种植方式和氮肥水平对AMF科、属、种水平的群落结构影响不同。施氮和间作二者的相互作用降低了AMF科类水平的种群丰富度,施氮导致AMF群落丰度低的科水平群落有更替,高氮处理降低了AMF科类水平的多样性。低氮(90 kg·hm^(-2))与中氮(180 kg·hm^(-2))水平下,间作降低了AMF群落属水平的群落多样性。施氮处理降低了原囊霉目未知种(Archaeosporales sp.)的相对丰度,间作降低了隐类球囊霉(Paraglomus laccatum)的相对丰度,但施氮和间作对主要优势种地斗管囊霉(Funneliformis geosporum)和球囊霉科未知种(Glomeraceae sp.)的相对丰度影响不大。PCA结果显示,除SSN3和SIN1外,其余处理的距离较聚集,群落功能组成相似。[结论]不同施氮水平与间作影响春小麦土壤AMF科、属、种水平的群落结构以及群落功能组成。

放线菌剂使用方法对晚播冬小麦生长及光合性状的影响

为探究放线菌剂使用方法对晚播冬小麦生长及光合性状的影响,以长6990为供试小麦品种、娄彻氏链霉菌(D74)为供试菌剂,在大田设置T1(种子包衣+拔节期、灌浆期喷施D74菌剂)、T2(种子包衣+拔节期喷施D74菌剂,灌浆期喷施清水)、T3(种子包衣+拔节期、灌浆期喷施清水)、T4(种子不包衣+拔节期、灌浆期喷施D74菌剂)和CK(种子不包衣+拔节期、灌浆期喷施清水)5个处理(包衣中含有菌剂D74),比较分析了不同处理间小麦产量及其构成要素、表型性状、光合特性及干物质积累的差异。结果表明,放线菌剂处理下晚播小麦的产量较CK均不同程度提高,增产幅度为7.35%~25.00%,且不同处理的产量表现为T4>T1>T2>T3>CK,其中T1、T4处理与CK差异显著(P<0.05);不同处理间株高无显著差异(P>0.05),T1和T4处理的穗长、穗粒数和千粒重显著高于CK,T2处理穗粒数和千粒重也较高。在光合性状中,放线菌剂处理主要影响晚播小麦灌浆后期的光合效率。花后28~35 d,T1、T4处理的旗叶净光合速率,T1~T4处理的旗叶叶绿素相对含量(SPAD)和氮含量,T1、T2和T4处理的叶面积指数均显著高于CK。放线菌剂使用后晚播小麦的花前干物质转运量及其对籽粒产量贡献率有所降低,但不同处理间差异不显著。T1、T2和T4处理的花后干物质的积累量较CK增加了37.93%、29.42%和50.92%;花后干物质积累对籽粒产量贡献率也有所提高,但不同处理间差异不显著。综合来看,放线菌剂能够有效增加晚播小麦的光合持续能力,延缓叶片衰老,促进花后干物质积累、穗部发育和籽粒灌浆,增加穗粒数和千粒重,进而提高产量,其中放线菌剂种子包衣效果不明显,叶面喷施放线菌剂效果较突出,拔节期和灌浆期叶面喷施放线菌剂的效果最佳。

不同耕作方式下玉米秸秆还田对小麦生长及生理特性的影响

为了探究不同耕作方式下玉米秸秆还田对小麦生长及生理特性的影响,本研究以长6794为供试品种,进行了深耕+旋耕+耙耢(T1)、深耕+旋耕(T2)、旋耕2次(T3)、旋耕1次(T4)4种耕作方式下玉米秸秆还田对小麦产量及构成要素、光合特性、生理性状的影响试验。结果表明,T1处理的基本苗、最高茎数、成穗数均显著高于T2、T3、T4处理,穗粒数、千粒重显著高于T3、T4处理,产量最高且显著高于其他处理;T2和T3处理的产量次之,而T4处理则显著影响小麦的群体和个体发育,产量最低。T1处理在花后7~35 d的旗叶净光合速率(Pn)显著高于T2、T3、T4处理;T1、T2处理在花后21~35 d的叶绿素相对含量(SPAD)均显著高于T3、T4处理;T1处理在花后0~35 d的植被指数(NDVI)均最高,除花后35 d的NDVI与T2处理间无显著差异外,其他时期的NDVI均显著高于T2、T3、T4处理。综上可知,不同耕作方式下玉米秸秆还田对后茬小麦的生长、产量及光合特性等均有显著的影响。在山西中部麦区,玉米收获后采用深耕+旋耕+耙耢的耕作方式,能够保障后茬小麦出苗整齐,增加小麦群体数量,并显著提高小麦灌浆期的光合能力,延缓叶片衰老,促进穗部发育和籽粒灌浆,增加穗粒数和千粒重,进而获得高产。

施氮与种植方式对北方旱作农田土壤酶活力及养分含量的影响

为了解氮肥不同施用量对春麦豌豆间作、春麦单作、豌豆单作土壤特性的影响,探讨春麦豌豆间作、春麦单作、豌豆单作的最佳氮肥施用量,设置春麦豌豆间作(SI)、春麦单作(SS)、豌豆单作(PS)3种种植方式以及0(N0),90(N1),180(N2),270 kg/hm^(2)(N3)4个施氮量,于播后85 d测定土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶、谷氨酰胺酶、磷酸酶5个酶的活性和土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、有机碳5种土壤养分含量。结果表明,施氮(N2、N3)提高了PS土壤蔗糖酶活性(65.51%,57.88%),N2水平达到最大值,4个氮水平下,SI种植模式的蔗糖酶活性比PS显著提高31.25%~94.07%;N3处理显著提高了β-葡萄糖苷酶活性(17.81%);施氮提高了SS、SI土壤脲酶活性,且在N2水平达到最高,相同施氮水平下SI>SS>PS;N2显著提高SS、SI、PS土壤谷氨酰胺酶活性(分别提高26.95%,67.05%,55.03%);SS、SI、PS土壤磷酸酶均在N2水平达到最高,且SI显著高于SS和PS(分别提高128.35%,337.21%);施氮能提高土壤碱解氮、全磷、有效磷含量,其中碱解氮与有效磷在N2水平达到最高。土壤蔗糖酶与脲酶、磷酸酶活性均极显著相关,与有效磷含量显著相关;土壤脲酶活性与磷酸酶活性、碱解氮含量极显著正相关,与全氮、有效磷含量显著正相关;土壤磷酸酶活性与全氮、有效磷含量极显著正相关,与碱解氮显著正相关;土壤全氮含量与碱解氮极显著正相关;氮处理与种植模式对土壤脲酶、谷氨酰胺酶活性和磷酸酶存在极显著交互作用,对土壤全磷、有效磷含量存在显著交互作用。综上,180 kg/hm^(2)为最佳施氮量,同等施氮量水平下间作优于单作。

大气CO_(2)浓度与温度升高对小麦表层土壤碳氮含量及酶活性的影响

为研究大气CO_(2)浓度与温度升高对土壤碳氮元素含量和相关酶活性的影响,以位于山西省临汾市尧都区持续29年定位免耕和旋耕的旱作麦田(111°30′N、36°04′E)0~20 cm表层土为试验材料,在人工气候控制室内设置4个处理:CK(CO_(2)浓度400μmol·mol^(-1),大气温度);eC(CO_(2)浓度600μmol·mol^(-1),大气温度);eT(CO_(2)浓度400μmol·mol^(-1),大气温度+2℃);eCeT(CO_(2)浓度600μmol·mol^(-1),大气温度+2℃)。通过盆栽试验测定小麦关键生育时期土壤有机碳、易氧化有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮含量以及相关酶活性。结果表明,持续增温2℃或CO_(2)浓度升高200μmol·mol^(-1)条件下,免耕土壤三个小麦生育时期的易氧化有机碳和硝态氮含量的平均值均较CK降低,降低幅度分别为10.7%~21.3%、7.3%~17.7%,旋耕土壤的易氧化有机碳含量无明显变化,硝态氮含量仅在增温下降低。同时,增温抑制了免耕土壤开花期β-葡萄糖苷酶和β-木糖苷酶活性,CO_(2)浓度升高抑制了免耕土壤开花期和成熟期N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶活性。在CO_(2)浓度与温度升高的叠加作用下,土壤易氧化有机碳和硝态氮含量较CK的下降幅度大于增温单因素处理,降幅分别为26.5%和36.9%;N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶活性被抑制,旋耕与免耕之间无明显差异;小麦地下部生物量增加,地上部生物量降低;土壤碳库活度降低,总有机碳含量不变。本研究结果为预测未来气候变化条件下北方农田土壤碳氮储量提供了科学依据。

不同磷肥水平和种植模式对土壤养分含量和酶活性的影响

为了了解磷肥不同施用量对春小麦豌豆不同种植模式土壤特性的影响,探讨麦豆间作、小麦单作、豌豆单作的最佳施磷量,以农家种春小麦和中豌11号为研究对象,设置麦豆间作(SI)、春麦单作(SS)、豌豆单作(PS)3种种植模式和5个施磷水平(0(P0)、45(P1)、90(P2)、135(P3)、180(P4)kg/hm^(2)),于播后85 d测定土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶、谷氨酰胺酶、碱性磷酸酶活性和土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、有机质、有机碳6种土壤养分含量。结果表明,与P0水平相比,SI和PS种植模式下P2水平土壤蔗糖酶活性分别显著提高32.48%和89.35%,SS和SI种植模式下P3水平土壤β-葡萄糖苷酶活性分别显著提高35.57%和12.87%;低磷条件下(P0、P1水平),与SS、PS种植模式相比,SI种植模式土壤β-葡萄糖苷酶活性显著提高;磷肥的施用与间作均提高了土壤脲酶活性;P2水平分别较P0水平显著提高了SI和PS种植模式下土壤谷氨酰胺酶活性32.34%和24.09%;施磷提高了3种种植模式土壤碱性磷酸酶活性,且P1、P2水平下SI种植模式显著高于SS与PS种植模式;适宜的施磷量能提高土壤碱解氮以及有机碳含量,SS与SI种植模式下土壤有效磷含量随施磷量的增加而增加。综上,适宜的施磷量(90~135 kg/hm^(2))与间作能提高土壤酶活性与土壤养分含量。

叶喷有机硒对黑糯玉米硒吸收及籽粒花青素和铁锰铜锌的影响

探索黑糯玉米硒吸收利用和籽粒营养品质对叶面喷施有机硒肥的响应,对生产中合理施用硒肥,进而支撑山西“特”“优”农业高质量发展具有重要意义。本研究以品种晋鲜糯8号为试验材料,于2020—2021年连续2年在山西晋中黑糯玉米典型种植区开展田间试验,设置一次喷施不同用量有机硒0、6和12 g Se hm^(-2),以及喷施量12 g Se hm^(-2)条件下分2次喷施,共4个处理,研究叶喷有机硒对黑糯玉米产量、硒吸收利用、籽粒花青素和铁锰铜锌含量的影响。结果表明,喷硒量和喷硒次数对黑糯玉米鲜食期籽粒产量和成熟期地上部各器官干物质量无影响。相比不喷硒,喷硒可提高鲜食期籽粒和成熟期地上部各器官硒含量、硒积累。喷硒12 g Se hm^(-2)时,籽粒硒含量达到满足人体硒营养需求的最低目标值100μg kg^(–1),增幅最大,介于110~181μg kg^(–1)。成熟期,植株各器官硒积累从高到低依次为叶片、籽粒、茎秆、苞叶、穗轴。喷硒12 g Se hm^(-2),分2次喷施的平均籽粒硒强化指数和籽粒硒回收率分别为6.95(μg kg^(–1))(g hm^(-2))^(–1)和2.4%,优于1次喷施。同时,鲜食期籽粒花青素和铁锰锌含量也最高, 2年平均值分别为209、27.9、15.9和22.8 mg kg^(–1),但各处理间籽粒铜含量无差异。因此,兼顾硒吸收利用和籽粒营养品质同步提升,该区黑糯玉米生产中叶喷有机硒肥用量至少应不低于12 g Se hm^(-2),且分2次喷施效果较优。

麦玉复种连作田土壤性状及周年产量对耕作与施肥的响应

保护性耕作与有机肥施用是黄土高原旱作农业区缓解生态脆弱问题的有效解决手段之一,合理的耕作与施肥措施对山西中部旱区实现麦玉一年两熟具有重要意义。以黄土高原旱作农田为研究对象,采用裂区试验设计,主区为3种耕作方式(深翻(DT)、深松(SS)、免耕(NT)),副区为4种施肥水平(不施肥对照(CK)、全量化肥(CF)、50%化肥+50%有机肥(OF)、全量有机肥(OM)),探究不同耕作与施肥方式下土壤容重、速效养分及麦玉周年产量的变化特征。结果表明,有机肥施用后SS、NT处理0~20 cm土壤容重较DT处理有所下降,其中小麦季SS+OF处理下耕层土壤容重为1.13 g/cm^(3),显著低于DT+OF处理。整个周年复种连作体系中,以NT+OM处理土壤质量含水量最高,较其他施肥处理平均升高7.88百分点;SS+OM处理下土壤的三相比更为理想,三相比偏离值偏低。3种耕作方式下,碱解氮与有效磷含量大小总体呈现OM>OF>CF>CK的趋势,速效钾含量与施肥方式存在极显著关系,其中CF处理下含量最高;玉米季增施有机肥较单施化肥显著提高了糯玉米鲜穗产量,但有机肥施用比例间的差异并不显著,SS+OM处理下麦玉周年产量最高,达19145 kg/hm 2。综上,该试验条件下,SS、NT耕作方式与有机肥施用结合可明显改善土壤的物理性状,碱解氮与有效磷含量也有一定程度的提升,其中,SS+OM处理更有利于黄土高原地区麦玉周年复种连作田产量的提升。

施氮量对紫糯玉米籽粒花青素积累及其合成酶活性的影响

[目的]研究施氮量对不同灌浆时期紫糯玉米晋糯20籽粒花青素积累及其相关合成酶的影响,为紫糯玉米科学施氮提供理论依据。[方法]以紫糯玉米晋糯20为研究材料,于2018-2019年在大田进行施氮0(N0)、120(N1)、240(N2)和360(N3)kg·hm^(−2)处理,测定其不同授粉天数的籽粒中花青素积累量和含量以及苯丙氨酸氨解酶(PAL)、黄酮3-羟化酶(F3H)、二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)、花青素合成酶(ANS)和UDP半乳糖甘-类黄酮-3-O-葡萄糖基转移酶(UFGT)等5种花青素相关合成酶的活性。[结果]施氮会促进晋糯20籽粒中花青素的积累,其变化为N2≈N3>N1>N0。随着灌浆时间的推进,相同施氮量下单籽粒花青素积累量呈先上升后趋于稳定的变化,而籽粒花青素含量则呈先升高后降低的趋势,在授粉后20 d具有最大值。N1、N2、N3相较于N0,在不同灌浆时间,单籽粒花青素积累量年均增加幅度在10%~52%;而籽粒花青素含量年均提高幅度在4%~17%。施氮量、灌浆时间和单籽粒花青素积累量呈二次曲线关系,R2均为0.97,确定授粉后31 d和施氮量为305 kg·hm^(−2)时,单籽粒花青素积累量达到最大值。相较于N0,随施氮量的增加,在授粉后15 d,PAL、F3H、ANS和UFGT的活性均先升高后下降,其提高幅度年均在0.1%~49%,而DFR活性对施氮反应不明显;在授粉后30 d,PAL、F3H和ANS的活性则逐渐降低,其降低幅度年均在3%~27%,DFR活性对施氮反应同样不明显,而UFGT的活性则呈现先升高后下降的变化,其变化幅度年均在−12%~10%。相关性分析结果显示,授粉后15~20 d的单籽粒花青素积累速率仅与PAL、ANS和UFGT的酶活性极显著相关,其R2均在0.50以上,而授粉后30~35 d的单籽粒花青素积累速率仅与PAL和DFR的活性显著相关,其R2分别为0.23和0.19。[结论]晋糯20籽粒中PAL、ANS和UFGT的活性对施氮的反应集中在灌浆早期,施氮促进PAL、ANS和UFGT的活性提升,从而促进其籽粒中花青素的合成,致使其籽粒中花青素积累量的增多和花青素含量的提高。以籽粒中花青素积累量的多少来看,施氮量为305 kg·hm^(−2)时,晋糯20单籽粒花青素积累量达到最大值,最佳采收时期为授粉后31 d。

微白黄链霉菌对谷子萌发及拔节期生长的作用及机制

为探究外源放线菌对谷子种子萌发、拔节期植株生长的影响,本研究以一株微白黄链霉菌(Streptomyces albidoflavus)T4为供试菌株,以无菌水为对照,通过培养皿试验分析T4发酵液原液、10、100、1000倍稀释液对谷子种子萌发的影响;以无菌剂添加处理作为对照,通过盆栽试验探究T4活菌制剂包衣和拌土对拔节期谷子植株生长及根际微生物的作用。结果表明,T4发酵液处理提高了谷子种子的萌发率,尤其以培养前期的提高幅度较大。T4发酵液的原液、10和100倍稀释液处理使谷子培养24 h后的萌发率与无菌水对照相比分别增加了5.8、6.7和9.2个百分点,100倍稀释液使谷子的发芽势、发芽指数和胚根长较对照分别提高了9.2个百分点、23.1%和13.4%。盆栽试验中,与无菌剂对照相比,包衣施加T4菌剂处理拔节期谷子地上植株生物量和根系生物量分别提高了22.5%和32.7%;根尖数和根分叉数分别增加了90.9%和66.9%;根际细菌(B)数量和微生物总数分别增加了95.1%和49.5%;真菌(F)数量减少了52.1%;放线菌(A)与真菌的数量比值(A/F)、细菌与真菌的数量比值(B/F)分别增加了98.8%、305.2%;放线菌与细菌的数量比值(A/B)下降了52.6%。相关分析表明,谷子地上植株生物量、根系生物量与根际土壤中细菌数量、微生物总数、A/F和B/F均呈显著或极显著正相关关系(R=0.711~0.871,P<0.05或0.01),而与真菌数量呈显著负相关(R=-0.716~-0.738,P<0.05);根尖数、根分叉数与根际土壤中细菌数量、微生物总数及B/F呈显著或极显著正相关关系(R=0.690~0.882,P<0.05或0.01),而与A/B呈显著或极显著负相关关系(R=-0.748~-0.810,P<0.05或0.01)。综上,放线菌T4通过刺激谷子种子提早萌发,促进萌发后根系发育、优化根际微生物结构来促进拔节期谷子植株的生长。本研究结果为谷子高产栽培提供了新思路及有应用价值的菌株。

秸秆还田替代化肥对土壤有机碳组分及冬小麦产量的影响

为了探究黄土旱塬麦田不同秸秆还田量替代化肥对土壤有机碳库变化特征的影响,为农田土壤固碳减排及作物稳产增效提供理论依据,试验于2018—2021年在晋南旱地冬小麦种植区进行,设置秸秆不还田(S0,CK)、秸秆半量还田(S1/2)、秸秆全量还田(S1)、秸秆2倍量还田(S2)4个处理(CK的养分投入全部以化肥添加,而S1/2、S1和S2中的部分养分通过秸秆还田补充,各处理氮(N)和磷(P_(2)O_(5))有效养分投入量相同),研究不同秸秆还田量替代部分化肥对土壤总有机碳、各有机碳组分和土壤碳库指数的影响。结果表明,连续3 a秸秆还田替代化肥使土壤总有机碳以及土壤微生物量碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳含量均不同程度提升,各处理间均表现为S2>S1>S1/2>S0。各有机碳组分占土壤总有机碳的百分比从大到小总体表现为颗粒有机碳>易氧化有机碳>可溶性有机碳>土壤微生物量碳,其中,颗粒有机碳占土壤总有机碳的46.38%~50.59%;不同有机碳组分中,土壤微生物量碳较CK提升幅度最高(15.87%~84.23%),表明其是反映该地区土壤有机碳库变化最敏感的组分。土壤碳库管理指数不同处理由大到小表现为S2>S1>S1/2>S0,且S2处理显著高于S0处理。相关性分析表明,除可溶性有机碳外,其余有机碳组分均与土壤总有机碳间呈极显著正相关关系,其中颗粒有机碳与土壤总有机碳关系更为紧密,结合各有机碳组分在总有机碳中的比例,表明土壤颗粒有机碳是土壤有机碳固存的重要形式。秸秆还田部分替代化肥可提高旱塬冬小麦产量,且随秸秆还田量增加而增加,S2和S1处理的籽粒产量和生物产量显著高于CK,但S2和S1处理间差异不显著。综上所述,在黄土旱塬冬麦区,2倍秸秆还田量(平均为7477 kg/hm^(2))替代32%N、63%P_(2)O_(5)条件下可更有效促进土壤碳库积累,提升土壤质量,提高冬小麦产量,实现旱作农业可持续生产。

锌氮互作对糯玉米籽粒营养品质及锌含量的影响

锌(Zn)是人体必需微量营养元素,缺锌引起“隐形饥饿”引发疾病,通过锌氮互作提高糯玉米(Zea mays L.)籽粒锌含量是改善人类锌营养有效措施。试验采用二因素裂区设计,比较“晋单糯41号”在4个供氮水平和5个供锌水平下营养品质及籽粒锌含量。结果表明,糯玉米籽粒赖氨酸、可溶性糖、蔗糖、淀粉及锌含量均在锌氮互作N2Zn3(氮肥240 kg·hm^(-2)、锌肥9 kg·hm^(-2))处理最高,分别较对照显著提高67.58%、317.81%、78.28%、12.42%、55.65%。锌氮互作下糯玉米籽粒脂肪含量变化规律不明显,以N1Zn0(氮肥180 kg·hm^(-2)、锌肥0 kg·hm^(-2))处理最高,较对照显著提高31.35%。锌氮互作显著提高糯玉米籽粒锌含量,在N2Zn3(氮肥240 kg·hm^(-2)、锌肥9 kg·hm^(-2))处理达到40.12 mg·kg-1,达到玉米籽粒锌强化目标值。单施氮肥、单施锌肥及互作对籽粒锌含量影响存在显著差异,各因素对总变异贡献表现为锌肥>锌氮互作>氮肥。综合建议考虑营养品质及锌含量,以氮肥240 kg·hm^(-2)、锌肥9 kg·hm^(-2)配施为宜。