为明晰缓释氮肥不同施用量下玉米光合日变化特征及生长发育规律,利用光响应曲线拟合,以期为农牧交错区春玉米丰产栽培和氮肥高效利用提供理论依据。以广德5号为研究对象,在2018年长期定位试验基础上,于2019,2020年分别测定分析了玉米抽雄—吐丝期穗位叶在N 0(N0,CK),120(N8),180(N12),240 (N16),300(N20),360(N24) kg/hm² 6个氮肥梯度下的SPAD值、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、净光合速率、蒸腾速率日变化、光响应曲线及干物质积累规律。2 a结果表明,随着氮肥施用量的增加,玉米穗位叶SPAD值和净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化呈先增加后降低的趋势,均以N16处理最高,且胞间二氧化碳浓度最低。净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化均呈单峰曲线变化趋势。光响应曲线拟合分析得出,N16处理的最大净光合速率最高,2019,2020年N16处理分别比N0、N8、N12、N20、N24处理提高37.48%,29.51%,31.85%,18.17%,37.32%和80.04%,59.73%,50.30%,6.42%,62.51%。全株干物质及穗部干物质积累与最大净光合速率、SPAD值呈极显著正相关。综合分析得出,内蒙古西部地区最适宜的氮肥施用量为240 kg/hm²。

为了探究晋南复播区冬小麦—夏油葵一年两熟种植模式下,施用氮磷钾肥对油用向日葵(油葵)产量及各养分利用效率的影响,于2019—2021年,在临汾市以临葵4号为材料开展田间小区肥料试验,设置氮磷钾(NPK)、无氮(PK)、无磷(NK)、无钾(NP)4个施肥处理,分析不同施肥处理对N、P、K肥的产量反应、农学效率及肥料利用率等的影响。结果表明,NPK处理油葵 3 a 平均产量为3 634 kg/hm²(3 502~3 818 kg/hm²),较PK、NK、NP处理分别增产19.6%,12.1%和13.7%,其中PK处理产量最低。N、P、K的产量反应分别为588.8(481.0~704.7 kg/hm²),391.8(296.0~488.7 kg/hm²),438.2 kg/hm²(329.3~629.7 kg/hm²);农学效率分别为3.8(2.8~4.9 kg/kg),3.1(2.1~4.1 kg/kg),2.9 kg/kg(2.2~4.2 kg/kg);氮、磷、钾素的地上部积累量分别为174.4(172.5~176.8 kg/hm²),60.0(58.3~61.8 kg/hm²),241.1 kg/hm²(236.2~246.8 kg/hm²);氮、磷、钾肥的养分利用率分别为36.3%(36.0%~36.7%),15.7%(15.3%~16.2%)和47.1%(46.0%~47.9%),其中,钾>氮>磷。因此,施用氮磷钾肥可显著增加油葵产量,且显著提高植株地上部养分的积累;在氮、磷、钾等3种大量元素肥料中,施用氮肥增产最多,油葵地上部分对钾吸收量最多,利用率最高。因此,生产中既要注重氮、磷、钾合理配施,同时氮和钾还要以种肥+追肥的方式补充。

为了研究黄淮北部不同冬小麦品种(系)类型的产量与氮素利用、转运和积累的差异,在2021—2022年,2022—2023年分别对黄淮北部麦区29,26个供试冬小麦品种(系)的产量性状和氮素利用效率进行了调查和分析。通过聚类分析,将小麦分成高产型、中高产型、中产型和低产型4种类型。分别在开花期和成熟期对小麦的茎、叶、穗和籽粒(成熟期)进行氮含量测定,分析氮素利用特性相关参数与产量之间的关系。结果表明,2021—2023年高产型、中高产型、中产型和低产型品种(系)间的平均产量差异显著,其中,高产型品种的公顷穗数显著高于其他3种类型。在开花期,各器官的氮积累量和分配率大小表现为茎鞘>叶片>穗;在成熟期,各器官的氮积累量大小表现为籽粒>茎鞘>穗>叶片。不同品种小麦花后氮素积累量、花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率均以高产型品种(系)较高,且花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率大于花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率。氮素利用效率、氮素收获指数、开花期氮素积累量和成熟期氮素积累量与小麦籽粒产量呈显著正相关。因此,可通过不同品种的氮素吸收转运规律及分配特点进行水肥管理,或者选育氮素利用效率高的小麦品种,以实现小麦高产、高效生产。

为探究RPM1在高粱抗病过程中的作用,以高粱抗黑穗病品种SX44B为材料,采用同源克隆法获得一个高粱SbRPM1基因。生物信息学分析结果显示:该基因的cDNA全长2 802 bp,预测共编码933个氨基酸。该基因编码蛋白的理论分子质量为106.1 ku,等电点为7.11,为亲水性蛋白质;该蛋白无跨膜结构,亚细胞定位在细胞质中。保守结构域分析显示,SbRPM1蛋白含有RX-CC-like、NB-ARC和LRR结构域,属于NLRs受体蛋白家族中的CNL类蛋白。系统发育关系分析表明,SbRPM1蛋白与南荻RPM1蛋白亲缘关系最近。通过实时荧光定量PCR技术检测SbRPM1基因的表达模式,结果表明,该基因在叶和花序中表达量较高,其次是根,在茎中表达量最低。在接种丝黑穗病原菌后24~72 h抗病品种中SbRPM1基因的表达显著上调,表明该基因受病原菌诱导表达,在高粱抗病反应中扮演着重要角色。首次在高粱中克隆得到SbRPM1基因CDS序列,解析了该基因的结构、性质与表达的特征。

为了探究铁离子对向日葵大丽轮枝菌生物学特性及致病力的影响,在培养基中外源添加铁离子后,对大丽轮枝菌的生长速度、产孢量、微菌核数量、粗毒素分泌量、细胞壁降解酶活性以及致病力进行了测定。结果表明,外源添加不同浓度的铁离子后,菌丝的生长速度和产孢量均呈现出递增趋势,相比对照,添加80 μmol/L的铁离子后大丽轮枝菌的生长速度最快,菌落直径为68.81 mm,增长率为21.40%;产孢量为2.58×10⁷个/mL,增长率为21.13%;微菌核数量也随着外源添加铁离子浓度的增加而增多,在培养5 d后,相比对照,其涨幅为51.53%;粗毒素分泌量在添加80 μmol/L的铁离子后,增幅近1倍;细胞壁裂解酶活性随着外源铁离子浓度的增加而增强,并在80 μmol/L时达到最强。此外,随着培养基中铁离子浓度的增加,大丽轮枝菌的致病力也相应增强,表现在当外源添加的铁离子浓度由0 μmol/L增加至80 μmol/L时,病情指数由35.00提高至62.20,增长率为77.71%。综上所述,外源添加铁离子不仅能够加速大丽轮枝菌的生长,促进产孢和微菌核的形成,还能够增强大丽轮枝菌的致病力。

为内蒙古平原灌区春玉米连续高产稳产过程中秸秆培肥高产田和改良盐碱田提供理论依据。设置了玉米秸秆还田1~4 a(HT1~HT4)定位试验,以秸秆不还田作为对照(CK),测定了春播前和收获期土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量、pH值和酸碱缓冲曲线。结果表明,HT1~HT4收获期与春播前相比土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量的相对变化率为1.34%~3.62%,0.20%~1.51%,-0.11%~0.78%,0.89%~6.36%,0.09%~0.41%,CK收获期与春播前相比土壤有机碳含量、全氮含量、有效氮含量、有效磷含量、阳离子交换量的相对变化率为1.57%,-0.02%,-0.45%,-0.15%,-0.05%;HT2、HT3、HT4比CK的土壤pH值显著降低;土壤对碱的缓冲能力依次为HT4>HT3>HT2>HT1>CK。综上所述,随秸秆还田年限的增加,土壤固碳能力、保肥能力和缓冲性能增大,有效抵御因施化肥等因素导致土壤pH值剧烈变化的能力增强,秸秆还田培肥改土措施显著提升了土壤质量。

为探究黄淮地区适宜的磷肥施用方式,通过开展大田试验对4种磷肥施用方式(常规撒施(P1)、分层施(P2)、条施(P3)、穴施(P4)) 下玉米不同生育时期干物质积累量、根系形态指标、不同土层土壤速效磷含量及磷酸酶活性、玉米产量及其构成因素进行测定分析。结果表明,不同施磷方式下,P2、P4处理的穗长和行粒数较P1处理显著提高22.57%,16.81%和15.19%,7.60%,P2、P3、P4处理穗粒数较P1处理分别显著提高25.26%,13.86%,17.00%,但P2处理单位面积穗数较P1处理显著降低15.30%,最终P2、P4处理产量较P1分别显著提高15.20%,10.79%。根系性状中,施磷方式显著影响了根长、根表面积、根体积、根尖数,其中P2和P4处理的根长较P1处理显著提高30.41%,33.75%; P2处理根表面积相较于P1处理显著提高23.77%,P4处理根表面积相较于P1和P3处理显著提高29.60%,21.70%;P2和P4处理下的根体积和根尖数较P1和P3处理均显著提高。对土壤速效磷含量分析表明,三叶期10~20 cm的土层中,P2和P4处理速效磷含量较P1显著提高;成熟期,0~20 cm土层中P2、P3、P4处理土壤速效磷含量较P1处理发生不同程度降低,20~30 cm土层中P4处理较P1处理发生显著降低。相关性分析表明,三叶期10~20 cm土层中酸性磷酸酶活性与土壤速效磷含量呈显著正相关,P2和P4处理在该土层下酸性磷酸酶活性和土壤速效磷含量均较高,有利于土壤中的磷素转化为玉米可吸收态。综上所述,磷肥分层施和穴施较传统撒施能提高玉米生育前期土壤中磷素有效性,促进根系生长发育,进而提高夏玉米产量,为黄淮地区较适宜的玉米磷肥施用方式。

有机肥部分替代氮肥是实现作物可持续发展的途径之一,探索了小麦有机氮部分替代化肥氮的适宜配比,以及替代后氮素累积、运转以及利用的特征,以期为河北地区冬小麦氮肥减量增效技术提供依据。2021—2023年在河北宁晋进行小麦大田试验,设置9个处理。T1,无氮,单施化肥磷钾肥;T2,高效施肥,单施化学氮磷钾肥;T3~T7,有机肥分别替代T2的20%,40%,60%,80%,100%的氮肥;T8,传统施肥,单施化学氮磷钾肥;T9,有机肥替代T2 100%的氮肥+液态氮肥。2 a试验结果表明,100%替代率+液态氮处理可获得较高的小麦产量;其次是40%替代率处理,其产量与高效施肥处理相当,且试验第2年远高于传统施肥处理。100%替代率+液态氮处理通过起身期补充速效氮,提高了茎叶中氮素含量,植株氮素累积量与高效施肥和传统施肥处理相当;40%,80%替代率处理同样获得与高效施肥处理相当的氮素累积量。20%~100%替代率处理(包括液态氮处理)可以实现较高的茎叶氮素运转率和对籽粒氮的贡献率,其中100%替代率+液态氮处理肥料氮吸收利用效果好,获得了较高的肥料氮累积量、氮肥利用率和氮收获指数,其效果与高效施肥处理相当或略高;其次是40%替代率处理,其效果与高效施肥处理相当或略低。综上,100%替代率+液态氮处理小麦产量、植株氮素累积量、氮素运转率、籽粒氮素累积量及氮效率俱佳,其次是40%替代率处理。

为探讨绿肥种植对盐碱地淡水淋盐下土壤及淋溶液碳氮含量的影响,于2021年10月至2022年5月设置冬闲(T1)、冬牧70黑麦(T2)和油菜(T3)3个处理进行大田试验,测定土壤及淋溶液有机碳(SOC)、硝态氮($\mathrm{NO}_{3}{ }^{-}-\mathrm{N}$)、铵态氮($\mathrm{NH}_{4}^{+}-\mathrm{N}$)空间分布情况。结果表明,T1、T2、T3处理0~30 cm土层中土壤有机碳分别由淋盐前的6.20,6.58,7.24 g/kg增加到淋盐后的6.48,7.39,8.06 g/kg,增幅分别为4.41%,12.20%,11.23%。淋盐前后0~60 cm土层中T1处理土壤硝态氮含量显著高于T2和T3,淡水淋盐后,0~30 cm土层各处理分别降低42.42%,3.85%,10.84%;60~90 cm土层中减少了1.38%,7.96%,18.11%。淋盐前各土层土壤铵态氮含量不同处理之间无显著差异,淋盐后各土层土壤铵态氮含量均以T2含量最高。综上,淋盐灌溉后,相较于淋盐前各处理不同土层土壤有机碳均呈增加趋势,而土壤氮素则呈明显降低趋势,通过对土壤及淋溶液氮素含量分析发现,淋盐灌溉造成的氮素淋失主要以硝态氮为主。相较于冬闲田,种植油菜绿肥对土壤氮素提高有明显效果,而种植冬牧70绿肥对减少土壤氮素淋失具有最佳效果。

为了探索安农1687对于条锈病抗性的遗传机理,加快安农1687小麦品种的推广,为小麦新品种的遗传改良提供参考,减少小麦条锈病对于我国小麦生产安全的危害。以安农1687(安农1687是由安农1106和西农822杂交选育的,对生理小种CYR32具有抗性的半冬性小麦品种)及其姊妹系和亲本为材料,利用小麦55K SNP芯片对安农1687及其双亲和姊妹系进行全基因组扫描,同时利用生理小种CYR32对安农1687及其姊妹系进行接种和鉴定,并在成株期统计其抗条锈病等级,综合接种及田间表型对小麦品系抗条锈病进行评价。鉴定结果显示,安农1687和5个姊妹系(系24、系26、系28、系30、系140)为中抗条锈病,2个姊妹系(系89和系105)为中感条锈病。利用安农1687及其姊妹系间的基因组差异信息,发现差异SNP位点富集在2A染色体短臂的31~37 Mb区间上,说明2A染色体可能存在某个或某些基因导致了这样的结果。为了排除其他抗条锈病基因的干扰,对亲本及2A染色体上携带的已知抗条锈病基因进行验证,结果表明,安农1687的2A染色体短臂的31~37 Mb区间可能存在一个新抗条锈病基因。通过试验和生物信息学分析发现,该区段内的TraesCS2A01G070700基因在抗感品系的NBS结构域上存在差异,感病品系中NBS结构域有3个错义突变,推测TraesCS2A01G070700为安农1687抗条锈病候选基因。

选育抗性品种是小麦叶锈病防治举措中最经济、可行的方法。为进一步挖掘抗病基因,选取河南、河北、山东等8个省小麦产区50个小麦品种。首先在苗期将16个叶锈菌生理小种(THFS、TGTS、THJS、FHKT、FGJN、KHKS、FCJQ、RFKS、THFM、MHGT、KHGS、KBGT、FHGT、PHHT、FHJT、FCJT)接种在36份小麦抗叶锈病近等基因系材料以及50个供试小麦品种上。因各菌种带有不同毒力,可根据表现型的差异,再将已知抗病基因紧密连锁的特异性分子标记与之结合分析,进而推测50份小麦材料中可能含有的抗叶锈病基因。通过基因推导、分子标记以及系谱分析综合鉴定抗锈性基因,结果表明,在50个品种中共检测出9个(Lr1、Lr2c、Lr10、Lr16、Lr26、Lr34、Lr37、Lr45和Lr46)已知抗叶锈性基因和少量未知基因。含有Lr1基因的有淄麦12等22个品种;含有Lr2c基因的有鲁麦14等10个品种;含有Lr10基因的只有莱州9361一个品种;含有Lr16基因的有科农199等25个品种;含有Lr26基因的有徐州24等15个品种;含有Lr34基因的有宝麦3号和京冬8号;含有Lr37基因的有淄麦12、鹤0927和荷9946;含有Lr45基因的有连麦2号等11个品种;含有Lr46基因的有山农19等38个品种。

为了探索植物响应黄萎病病原菌侵染的作用机制,以黄萎病高感野茄材料大理野茄(M239)为研究对象,通过人工接种黄萎病病原菌大丽轮枝菌的方法,首先测定M239在接种大丽轮枝菌后0,6,12,24,48 h的根部4个关键生理指标,即过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性和可溶性蛋白(SP)含量的变化。结果确定接种大丽轮枝菌后12,24 h为蛋白组分析取样的关键时间点;在此基础上,利用iTRAQ技术分析M239在接种大丽轮枝菌后根部蛋白的变化。结果发现,与清水接种(CK)相比,M239接种大丽轮枝菌后12 h有463个差异表达蛋白(DEPs),其中305个下调,158个上调;接种后24 h,有456个DEPs被病原菌诱导表达,包括296个下调,160个上调。这些蛋白主要富集在碳代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、次生代谢物的生物合成、丙酮酸代谢、新陈代谢等途径。通过与已报道的黄萎病抗性材料的研究结果进行对比分析发现,M239在响应大丽轮枝菌的侵染过程中,参与防御响应的蛋白数量和代谢通路较少,未能形成有效的防御网络,最终表现为感病。

旨为揭示不同品种以及不同器官中内生菌的多样性特征,初步明确内生菌群落结构与宿主品种、器官类型及病害抗感特性的相关性。选取抗赤霉病的冀谷22、红谷、陇谷11号和感赤霉病的小青谷、石榴子、嫩选16号共6个谷子品种,取其根、茎、叶片、叶鞘、成熟谷穗,提取DNA,针对16S rDNA V3—V4区域,进行PCR扩增,基于Miseq高通量测序平台,对样本进行微生物多样性分析。感病品种与抗病品种内生菌物种组成具有明显差异。供试样本在门水平上的优势种群为变形菌门和放线菌门,其次是拟杆菌门和厚壁菌门,粘菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和梭杆菌门相对丰度较低。Alpha多样性分析表明,抗病品种的叶片、成熟谷穗群落丰富度较高,叶片、根、成熟谷穗多样性较高;而感病品种则是根和茎群落丰富度较高,茎和叶鞘多样性相对较高;PCoA分析则表明,器官类型比品种对内生菌群落结构影响更大。物种组成分析表明,谷子内生菌群的多样性受到不同品种及不同器官的影响,不同器官所含内生菌种类相差较大。感病品种小青谷、石榴子和嫩选16与抗病品种冀谷22、红谷和陇谷11的内生菌群多样性差异较大,抗病品种在叶鞘时期都具有NB1-j菌门,成熟谷穗都具有酸杆菌门。明确了不同品种、不同器官对谷子内生菌的多样性及群落结构的影响,器官类型比品种对内生菌群落结构的影响更大。

为了解决宁夏旱地糜子生育前期大量氮素流失的面源污染和生育后期土壤氮肥供应不足,导致植株早衰和减产等问题。在施氮量135 kg/hm²水平下,根据基肥∶拔节肥∶穗肥的比例设计了5个氮肥运筹处理,基肥∶拔节肥∶穗肥的比例分别为6∶2∶2(N1,氮肥前置)、6∶0∶4(N2,常规氮肥运筹)、2∶4∶4(N3,前氮后移)、4∶6∶0(N4,前氮后移)、4∶0∶6(N5,前氮后移)、不施氮肥处理(CK),通过研究氮肥后移对糜子干物质积累、籽粒产量及氮素吸收利用效率的影响,旨在探索糜子最佳的氮肥施用时期和施用量。结果表明,不同生育期内氮肥运筹对糜子干物质积累、籽粒产量及其构成因素、氮肥利用效率的影响达到显著差异,均显著高于CK。各处理籽粒产量分别比CK增加了18.9%,26.6%,30.8%,22.1%,23.3%;各处理氮素积累量表现为穗>茎>叶>根,且显著高于CK。氮肥利用效率均显著高于CK,氮肥后移处理(N3、N4、N5)比氮肥前置处理(N1)依次提高了4.75,3.08,2.99百分点。基于主成分和相关性分析,得出N3(基肥∶拔节肥∶抽穗肥比例为2∶4∶4)为宁南山区糜子生产最佳氮肥后移方案,适宜的氮肥后移可促进糜子干物质和氮素的积累与转运,有利于改善生育后期糜子叶片的氮素代谢,延缓了叶片的衰老,提高糜子产量。

旨为明确稻作烟区长叶龄烟苗培育措施,促进稻茬烤烟早生快发,以云烟87为材料,研究育苗盘孔径(136,200孔)、微生物菌剂(基质添加苗强壮微生物菌剂、基质不添加微生物菌剂)、移栽叶龄(8叶移栽、10叶移栽)三因素对烤烟干物质和养分的积累与分配、肥料利用效率的影响。结果表明,增加育苗盘孔径、基质中添加微生物菌剂培育长叶龄烟苗,可提高烤烟干物质积累量,改善烟叶干物质分配量,提高氮、磷、钾养分积累量,促进烤烟对肥料的吸收效率,提高肥料利用率和生产效率;育苗盘孔径、微生物菌剂、移栽叶龄、三因素互作对干物质积累贡献率分别为22.87%,27.73%,37.41%,11.99%;对氮素积累的贡献率分别为20.34%,23.45%,33.62%,22.59%;对磷素积累的贡献率分别为24.41%,27.81%,32.85%,14.93%;对钾素积累的贡献率分别为15.48%,26.05%,34.61%,23.86%;对氮肥效率的贡献率分别为20.81%,44.67%,23.11%,11.41%;对磷肥效率的贡献率分别为32.15%,31.66%,14.91%,21.28%;对钾肥效率的贡献率分别为25.31%,38.71%,31.67%,4.31%。在湖南稻作烟区,增加育苗盘孔径、基质中添加微生物菌剂培育长叶龄烟苗可弥补两段式育苗缺陷,协同提高养分吸收量和肥料利用效率,在烤烟生产中具有一定推广价值。

为了解稻草秸秆配施腐熟剂对烤烟的施用效果。通过盆钵模拟培养试验,分析了稻草秸秆分别配施化肥和含不同微生物优势菌种的腐熟剂后烤烟生长发育、产量、化学成分及协调性的变化,研究了稻草秸秆配施腐熟剂对烤烟生长及产质量的影响。结果表明,稻草秸秆配施腐熟剂显著提高烤烟茎围、最大叶面积、生物量、烟叶产量及中上等烟叶比率。稻草秸秆配施腐熟剂显著降低上部烟叶的烟碱含量,提高其总糖、还原糖含量及糖碱比,从而降低上部烟叶的刺激性、苦味及辛辣等烟气劲头,改善评吸质量;同时,稻草秸秆配施腐熟剂显著提高中部烟叶总氮、总糖和还原糖含量,但氮碱比、糖氮比及糖碱比变化不明显,对烟叶的化学协调性影响不显著;此外,稻草秸秆配施腐熟剂提高下部烟叶总糖及还原糖含量及增加糖氮及糖碱比,有利于增加下部烤烟的香气量,减轻烟叶杂气。采收期烤烟农艺性状和生物量间及不同部位烤后烟叶化学成分与协调性指标间的主成分区组表明,稻草秸秆分别配施细菌+真菌和细菌+真菌+放线菌为优势菌种的腐熟剂,对促进烤烟生长发育,提高烤烟生物量和烟叶产量及改善化学成分和协调性无明显差异。因此,稻草秸秆配施含不同微生物优势菌种的腐熟剂能促进烤烟生长发育,合理上、下部烟叶化学成分,有利于改善烟叶感官质量和提高烤烟产量。

以番茄为试验材料,采用砂培的栽培方法,探究外源添加腐植酸钾和氨基酸肥料对番茄苗期代谢通路、植株生物量、茎叶果养分吸收量、产量和品质指标的影响。结果表明,腐植酸钾处理下番茄根长在苗期和开花结果期显著增加118%,13%,茎中氮、磷、钾携出量显著增加31%,45%,26%;叶中磷携出量显著增加92%;果实中磷携出量也显著增加45%。代谢组学结果表明,腐植酸钾处理主要影响番茄谷胱甘肽代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、卟啉与叶绿素代谢,氨基酸肥料处理则主要影响番茄丙酸代谢、泛酸和辅酶A生物合成以及TCA循环。与空白对照相比,腐植酸钾处理下的番茄产量显著增加35%,地上部鲜质量和干质量显著增加21%,5%,同时也显著提高番茄果实中可溶性糖含量、糖酸比和可溶性固形物含量,增幅分别为30%,41%,0.39百分点。施用氨基酸肥料显著提高了番茄开花结果期的根长、地上部鲜质量和果实产量,其增幅分别为19%,18%,26%,番茄果实可溶性固形物含量提高0.30百分点,固酸比提升16%,单果质量提高15.6%。综上所述,腐植酸钾和氨基酸肥料的施用可显著改变砂培番茄植株碳氮代谢过程,促进番茄生长和果实品质的形成,是实现高产优质番茄栽培的有效农艺措施。

为探讨施用生物炭对梨园土壤理化性质的改良作用以及对黄冠梨果实品质的持续影响,在河北省晋州市黄冠梨试验基地进行连续4 a的定位试验,以不施用生物炭处理为对照(CK),设置生物炭0.45(B1),0.90(B2),1.35(B3),1.80 kg/m²(B4)4个处理,研究不同用量生物炭对土壤有机质、硝态氮、速效磷、速效钾、电导率以及pH值的影响,并探究对黄冠梨成熟期果实品质的影响(如可溶性总糖、可滴定酸、硬度、可溶性固形物、单果质量),为河北省黄冠梨园的高效施肥提供依据。连续4 a施用生物炭使土壤硝态氮含量显著降低,土壤表层(0~20 cm)的有机质含量、速效磷、速效钾及pH值有所上升,且生物炭对表层(0~20 cm)的影响大于20~40 cm土层。在B3处理时对土壤养分的改良效果最佳。对黄冠梨果实品质的可溶性固形物含量的影响呈上升趋势,可滴定酸呈下降趋势,B2、B3处理对黄冠梨品质的差异不显著。综合分析生物炭用量对土壤理化性质和梨果品质的影响,以0.90~1.35 kg/m²为适宜施用量,考虑生物炭的经济成本,本试验条件下推荐用量为0.90 kg/m²。

为揭示河北板栗果品优质特性形成的土壤因子,以河北板栗主产区8个县区的54个果园为对象,对其土壤中9种矿质元素进行含量测定,通过主成分分析等方法进行不同土壤的差异比较。结果表明:8个主产区栗园土壤中Mg、Na含量无显著差异,而N、P、K、Ca、Fe、Mn、Cu 7种元素含量均有显著差异,各地栗园土壤中N含量普遍处于3级以下水平,P含量普遍处于3级以上水平,而K含量普遍较低,均处于5级以下水平;土壤中Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Na这6种金属元素含量之间均呈显著相关性,其与P元素也均呈显著相关,与N含量相关性普遍较弱;主成分分析表明,前3个主成分反映了总信息量的73.521%,第1主成分贡献率占44.678%,对它作用较大的元素包括Ca(0.871)、Cu(0.840)、Fe(0.809)、Mg(0.806),表明对主成分贡献较大的为金属元素含量;基于不同栗园土壤矿质元素含量,利用主成分表达式对板栗园的土壤状况进行综合评分,得分最高为迁西县(0.591 8),河北板栗主产区土壤质量水平排序为迁西县>青龙县>兴隆县>宽城县>沙河市>遵化市>信都区>抚宁区。综上,可用金属元素Ca、Mg、Fe、Cu含量计算综合得分来评价板栗园土壤质量水平,在栗园土壤管理过程中,宜选用高K低P复合肥,并采用多种金属元素混施肥作为补充措施来提高板栗园的土壤质量水平。

探究长期施用粪肥对3种地带性土壤中水分散性磷含量及形态分布的影响,为磷素流失风险评价提供参考。于2021年5—8月,按五点采样法分别采集北京大兴(潮土)、湖南岳阳(红壤)和广东湛江(砖红壤)3种农田的表层(0~20 cm)土壤,对土壤中水分散性磷的含量、形态分布及矿物含量等特征进行研究。与不施粪肥的处理相比,长期施用粪肥的大兴、岳阳和湛江3种地带性土壤中水分散性磷含量分别显著增加1.15,1.32,14.00倍。长期施用粪肥使不同形态水分散性磷在土壤总水分散性磷中的分布比例发生显著变化,其中大兴和岳阳土壤中颗粒态磷占比分别显著降低30.22,14.68百分点,而真溶态磷占比分别显著增加29.83,28.06百分点;岳阳土壤中胶体态磷占比显著降低13.37百分点;湛江土壤中真溶态磷占比显著增加8.24百分点。长期施用粪肥显著改变土壤水分散性矿物含量,与不施粪肥处理相比,大兴、岳阳和湛江土壤中水分散性钙含量分别显著增加0.55,1.66,4.15倍;水分散性镁含量分别显著增加0.66,1.46,8.39倍。冗余分析结果表明:土壤pH值、CEC、DOC以及水分散性矿物组成(Fe/Al/Ca/Mg)是影响土壤中水分散性磷含量及形态分布的主要因子。长期施用粪肥显著提升了3种地带性土壤中水分散性磷含量并影响其形态转化,加剧了磷素流失风险。长期施用粪肥可促进岳阳和湛江土壤中颗粒态磷和胶体态磷以及大兴土壤中颗粒态磷向真溶态磷转化。长期施用粪肥主要通过促进颗粒态磷向真溶态磷转化进而影响土壤水分散性磷形态。

为探究长期不同多熟复种模式对稻田土壤结构及有机碳分布的影响。以空闲-早稻-晚稻(WF-R-R)模式为对照,设置油菜-早稻-晚稻(RP-R-R)、紫云英-早稻-晚稻(MV-R-R)、马铃薯-早稻-晚稻(PO-R-R)、黑麦草-早稻-晚稻(RG-R-R)4种多熟模式。结果表明,在5~10 cm土层,多熟模式均增加了>2 mm粒级水稳性团聚体含量;其中,RG-R-R模式比对照显著高11.26百分点,平均重量直径(MWD)显著高于对照。在0~5 cm土层中,多熟模式均提高了有机碳含量;在0~20 cm土层中RG-R-R模式SOC含量最高,在各土层中的SOC含量较对照分别增加9.57% (0~5 cm),4.45% (5~10 cm),5.96% (10~20 cm)。随着土层加深以及团聚体粒级下降,多熟模式模式下土壤有机碳含量较对照增加的越明显,在<0.053mm粒级下,RG-R-R模式的土壤有机碳含量显著高于对照。土壤团聚体有机碳的贡献率主要来自>2 mm粒级(59.03%~79.33%),在5~10 cm土层中,其中RP-R-R、MV-R-R、PO-R-R、RG-R-R模式的>2 mm粒级中团聚体碳的贡献率较对照显著提高了5.48,8.50,7.18,14.65百分点。综上,在本研究中,采用黑麦草-早稻-晚稻(RG-R-R)模式有利于南方稻田土壤团聚体稳定和有机碳的固定。

为掌握河北省典型区域农田土壤和农产品重金属积累特征及潜在风险,分别采集金属冶炼区、污灌区和蔬菜区的土壤和农产品样品,测定重金属As、Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn含量及土壤pH值,通过单因子污染指数、内梅罗综合污染指数法,进行土壤环境质量及农产品安全性评价。结果表明,7种重金属的单项污染指数由大到小依次为Cd、Zn、Cu、As、Cr、Pb、Hg,个别土壤样点Cd、Pb、Cu、Zn的单项污染指数大于1.0,环境质量等级处于Ⅲ级以上,土壤Cd点位超标率最高,为18.51%。冶炼区土壤Cd、Cu、Pb、Zn元素超标,超标率分别为92.31%,69.23%,34.62%和26.92%。污灌区土壤Cd、Zn元素累积最明显,超标率均为8.70%。蔬菜区土壤Cd元素累积最明显,超标率为9.94%。总体上看,河北省典型区域农田7种土壤重金属的综合污染指数为0.64,土壤环境质量等级处于Ⅰ级,清洁。冶炼区、污灌区和蔬菜区土壤环境质量等级分别处于Ⅲ级(轻度污染)、Ⅰ级(安全)和Ⅰ级(安全)。参照相关的食品安全标准(NY 861—2004、GB2762—2022),冶炼区周边小麦籽粒Pb、Cd和Zn的超标率分别为40.00%,40.00%和60.00%。污灌区小麦籽粒Zn、Pb、Cd元素出现超标,超标率分别为57.45%,8.51%和6.38%。蔬菜种植区蔬菜样本未出现重金属超标现象。因此,冶炼区和污灌区土壤环境质量状况和农产品质量安全应引起足够重视。

氮素是植物生长发育的必需元素,是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子,对植物生长发育有重要意义。菌根真菌与植物形成共生关系,促进植物从土壤中吸收氮素,减少氮素对植物生长的限制,增强土壤-菌根真菌-植物三者之间的氮素交流,在氮循环中起重要作用。从菌根真菌对不同形态氮素的利用、菌根真菌影响植物氮代谢、菌根真菌对土壤氮循环的生态学意义等方面进行了综述。基于当前菌根真菌对植物氮素利用影响的研究现状,建议结合基因组学、转录组学、蛋白组学及环境基因组学技术,重点研究菌根真菌—植物共生体的氮转运机制,解析菌根真菌—植物—土壤间氮素交流的主要路径及基因互作网络,以期促进植物氮素利用率,减少氮肥的施用,促进农业可持续发展。

为明确多雨烟区适宜的烤烟种植密度,探讨种植密度对多雨烟区烟叶品质的影响及土壤微生物的响应特征。以云烟87为材料,研究不同种植密度(CK 16 650株/hm²;T1 18 525株/hm²)对烟叶产质量及土壤微生物群落结构的影响。结果表明:与CK处理相比,T1处理的烟株株高增加了6.02%,产量增加了8.65%。成熟期T1处理的烟草黑胫病、根黑腐病、炭疽病的发病率分别比CK处理降低了15.38%,11.76%,18.18%。T1处理根际土壤细菌群落物种多样性比CK处理增加了1.62%,丰富度降低了0.99%;真菌群落物种丰富度增加了3.76%,多样性降低了4.71%。T1处理与CK处理的细菌和真菌群落结构相似,但土壤样品中微生物优势类群不一致。T1处理的土壤变形菌门、酸杆菌门和放线菌门的细菌相对丰度以及子囊菌门的真菌相对丰度较高;T1处理土壤的鞘氨醇单胞杆菌属细菌相对丰度和青霉属真菌相对丰度显著提高。冗余分析(RDA)显示,环境因子(日照时长、降雨量、温度)显著影响了细菌和真菌群落结构,对土壤细菌群落变化的影响强度为降雨量>温度>日照时长;对土壤真菌群落变化的影响强度为日照时长>降雨量>温度。多雨烟区适当增加烤烟的种植密度可改善土壤微环境,减少病害发生,进而提高烤后烟叶品质及提高烟农收入。

为了挖掘小麦抗叶锈病基因,为我国小麦抗叶锈病遗传育种基因库提供更多的选择。选取了75份国内外小麦材料以及36份已知抗叶锈基因载体品种,将这些材料在苗期分别接种14个不同毒力的叶锈菌生理小种,分别鉴定这些不同毒力的生理小种在小麦材料上的发病严重程度;同时提取所有材料的新鲜叶片DNA,选取已经确定的抗叶锈病基因相关联的分子标记特异性引物对75份供试材料进行分子标记检测。结合以上2种方法,推测75份小麦材料中含有的抗叶锈病基因。结果显示,75份小麦材料中含有Lr1、Lr2a、Lr2c、Lr10、Lr11、Lr14a、Lr16、Lr18、Lr20、Lr26、Lr34、Lr37、Lr46这13种已知抗叶锈病基因,这些基因以单基因或多基因聚合的方式存在于小麦品种中。其中,Lr1基因和Lr46基因占比较大,分别高达43%,56%。这些基因单独存在于小麦材料中,并不能表现出良好的抗叶锈性;当几个或者多个基因共同存在于小麦材料中,可以表现出远远高于单一基因的抗叶锈性,与前人研究相符。通过分子标记检测到小麦材料大白春小麦S3中含有Lr1、Lr10和Lr46基因,温室苗期鉴定发现该材料对本研究的11种叶锈生理小种表现出抗性,是比较良好的抗叶锈病小麦材料。

为探究秸秆与微生物菌肥对盐碱地土壤和作物盐分含量的影响,试验于内蒙古达拉特旗重度盐碱地,分别设不施秸秆不施微生物菌肥(CK)、秸秆单施(G)、微生物菌肥单施(F)、秸秆配施微生物菌肥(GF)4个处理,分别种植燕麦、高丹草、黍子、油用向日葵4种作物,分析秸秆配施微生物菌肥对盐碱地土壤和作物盐离子浓度及盐分含量的影响。结果表明,与CK相比,秸秆配施微生物菌肥能显著降低土壤含盐量,提高作物生物量及作物体内盐离子积累量,其中土壤全盐量在种植油用向日葵的土壤中最低,为4 400.41 mg/kg,较CK显著降低了13.85%;作物生物量及盐离子积累量以秸秆配施微生物菌肥处理下的高丹草最大,生物量和盐离子积累量分别较CK提高了68.32%,108.28%。此外,秸秆配施微生物菌肥增强了各作物对盐离子的选择吸收能力,配施处理下燕麦对Mg²⁺、Cl^-、 {{\mathrm{SO}}_4}^{2-}有较强吸收能力,分别较CK提高50.51%,72.74%,56.39%;高丹草对Ca²⁺有选择吸收能力,较CK提高76.01%;油用向日葵则主要吸收K⁺,其含量较CK提高12.90%。综上,秸秆配施微生物菌肥能显著提高作物生物量、盐离子积累量及对盐离子的选择吸收能力,并且能有效降低盐碱地土壤全盐量,4种作物中,以高丹草和油用向日葵表现较好。

为控制设施蔬菜管理体系中有机肥用量、降低设施土壤氮磷负荷、减少设施氮磷面源污染风险,以研究区域农民习惯有机肥用量为对照处理(FP),农民习惯有机肥用量减施50%为有机肥减量处理(FP-M),在有机肥减量处理基础上,利用夏季揭棚休闲季种植饲草玉米(FP-M+C)、饲草高粱(FP-M+S)和草黑豆(FP-M+L),且在下茬蔬菜定植前将其原位还田作为填闲处理,采用原位收集淋洗液的方法,通过3 a田间定位试验,研究填闲作物替代有机肥对设施土壤氮磷淋洗量、有机质含量及其剖面硝态氮、有效磷含量和蔬菜产量的影响。结果表明,与农民习惯有机肥用量处理(FP)相比,有机肥减量(FP-M)及其填闲饲草玉米(FP-M+C)、饲草高粱(FP-M+S)和草黑豆处理(FP-M+L)对蔬菜产量无显著影响,FP-M+C和FP-M+S处理显著提高了0~40 cm土壤有机质含量;与FP处理相比,FP-M、FP-M+C、FP-M+S和FP-M+L处理在设施休闲季总氮淋洗量最高降幅分别为13.9%,59.5%,65.4%和54.5%,在蔬菜生长季最高降幅分别达38.3%,48.5%,39.0%和24.0%;与FP处理相比,FP-M、FP-M+C、FP-M+S和FP-M+L处理在设施休闲季总磷淋洗量最高降幅分别为42.3%,53.9%,45.4%和49.1%,在蔬菜生长季最高降幅达37.7%,33.8%,27.7%和26.3%;与FP处理相比,FP-M、FP-M+C、FP-M+S和FP-M+L处理显著降低了80~200 cm土层硝态氮( {{\mathrm{NO}}_3}^{-}-N)和20~80 cm土层有效磷(Olsen-P)含量。利用设施休闲季种植填闲作物并将其原位还田,不仅能提升0~40 cm土层土壤有机质含量,起到替代有机肥效果,而且可降低土壤氮磷淋洗、减少设施蔬菜氮磷面源污染风险。

研究不同有机肥施用量下土壤真菌群落构成、多样性及功能特性,旨在为合理增施有机肥和保障玉米田土壤生态健康发展提供理论依据。采用大田施肥试验,共设置4个处理,使用高通量测序和FUNGuild对不同施肥量下土壤真菌多样性、结构及功能群进行分析。结果表明:增施有机肥能够提高土壤有机质、速效磷、速效钾、脲酶、过氧化氢酶等的含量,且与有机肥的施用量呈正相关;施用有机肥能够提高土壤真菌群落的多样性,降低真菌群落丰富度;从真菌门水平看,不同施肥量下土壤中真菌群落占主导地位的为子囊菌门、毛霉菌门、担子菌门和卵菌门,与不施有机肥的对照相比增施中量牛粪处理下子囊菌门和担子菌门的相对丰度明显较高;从真菌属水平看,优势属包括镰刀菌属、腐质霉属、油壶菌属和小粉孢属。增施有机肥提高了共生营养型和腐生营养型的相对丰度,且随着增施有机肥量的增加,病理营养型的丰度呈现递减的趋势;增施有机肥的处理木质腐生真菌数量明显高于不施有机肥的处理,而植物病原菌和动物病原菌的数量均低于对照,因此,认为增施一定量的有机肥能够优化土壤微生物环境,利于玉米植株产量的提高。

旨在研究不同磷钾肥施用方法对东北半干旱区滴灌玉米生长发育、磷钾养分吸收和利用及产量的影响,明确滴灌玉米磷钾滴施时期和次数,为东北半干旱区玉米磷钾滴灌施肥技术提供理论依据。2018—2019年在吉林松原,以翔玉998为试验材料,设置P0(不施磷处理)、K0(不施钾处理)、P1(磷肥100%基施、钾肥50%基施,50%钾肥分3次追施)、K1(钾肥100%基施、50%磷肥基施,50%磷肥分4次追施)、P1K1(磷钾肥100%基施处理)和P4K3(50%磷钾肥基施,剩余50%磷肥分4次追施、50%钾肥分3次追施)6个处理。结果表明:磷肥分次滴施(P4K3)处理与P1相比,玉米产量提高4.2%,成熟期干物质积累量提高6.8%(P<0.05),花后磷素积累增加33.3%(P<0.05),显著提高磷肥当季回收率21.6百分点和磷肥农学效率28.5%。钾肥分次滴施(P4K3)处理与钾肥一次基施(K1)处理相比,玉米产量提高3.5%,成熟期干物质积累量提高5.1%(P<0.05),钾肥当季回收率和钾肥农学效率分别显著提高了14.9百分点和53.5%;磷钾分次滴施处理与磷钾一次性基施相比,玉米产量提高5.0%,花后磷素吸收量增加26.3%,磷肥当季回收率和农学效率分别提高19.5百分点和32.6%;钾肥当季回收率和农学效率分别提高15.2百分点和95.5%。在滴灌条件下,磷钾肥分次滴施不仅有利于提高玉米产量,还可以促进花后养分吸收、提高养分利用率。综合考虑,磷钾分次滴施(P4K3)处理是较为适宜大田生产的滴灌施肥技术。

为探究芝麻苗期氮吸收、转运及利用规律,以2个氮效率差异芝麻品种郑芝HL05(ZZ,氮高效)和缅甸高产者(MD,氮低效)为材料,通过水培试验设置正常(CK,17.86 mmol/L)和低氮(LN,0.2 mmol/L)2个氮浓度处理,比较不同氮效率芝麻在根系形态、氮吸收转运利用、氮代谢指标及相关基因表达等方面的差异。结果表明,不同氮浓度处理下,氮高效品种ZZ的根系形态指标、生物量、氮积累量、氮代谢相关酶活性、根系氮利用效率总体上均高于MD。低氮胁迫显著降低了芝麻的生物量、氮积累量及叶片氮代谢相关酶活性,提高了植株的根系形态指标、根系活力、根冠比、氮生理利用效率、根系干物质利用效率和氮利用效率。其中,氮高效品种ZZ的生物量、氮积累量、转运系数、根系氮生理利用效率和氮利用效率分别是MD的2.48,1.08,1.73,2.36,2.65倍。实时荧光定量PCR结果显示,低氮胁迫下,氮高效品种中,参与 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}吸收、转运和再分配的相关基因SiNPF6.3a/b、SiNPF4.6a、SiNRT2.4a/b、SiNRT2.5、SiNPF7.3a/b和SiNPF2.13在叶片中均上调表达,且基因的表达量均高于氮低效品种。综上所述,低氮胁迫下,氮高效芝麻品种苗期具有较为发达的根系和较高的氮素同化、转运及再分配能力,从而获得较高的氮素积累量和氮利用效率。