为明确长期施肥对山东潮土固碳潜力和作物产量的影响,以冬小麦-夏玉米轮作体系为研究对象,通过28 a定位施肥试验研究长期施肥下潮土固碳特征及其作物产量效应,提出不同肥力水平山东潮土有机碳提升策略。试验采用裂区设计,包括单施化肥和有机无机肥配施两大主处理,化肥区处理分别为不施肥、氮、氮磷、氮钾、磷钾、氮磷钾、减量氮磷钾、增量氮磷钾;有机肥区处理为化肥区处理基础上分别增加等量有机肥。结果表明,有机肥处理土壤累积碳投入量和固碳速率分别比化肥处理高2.47,4.29倍。有机肥处理土壤有机碳投入量为155.6~193.2 t/hm²,固碳速率为0.25~2.18 t/(hm²·a),化肥处理土壤有机碳投入量为39.5~100.5 t/hm²,固碳速率为4.15~5.49 t/(hm²·a)。其中,化肥区和有机肥区均是增量氮磷钾处理碳储量最高、固碳速率最快。随着外源碳的累积投入量增加,土壤有机碳呈线性增加,当投入量小于120 t/hm²时,土壤有机碳的存储能力为18.4%~20.6%;当投入量在120~200 t/hm²时,土壤有机碳的存储能力为11.5%。外源碳累积投入量小于100 t/hm²时,土壤固碳效率为11.7%;外源碳累积投入量100~200 t/hm²时,土壤固碳效率为4.3%。土壤有机碳含量与小麦和玉米产量之间均呈极显著相关关系,潮土土壤有机碳提升1 g/kg,作物总产量可增加414.5 kg/hm²(小麦和玉米产量可分别增加208.4,184.8 kg/hm²)。在保证土壤肥力和作物产量条件下,建议山东潮土累积有机碳投入量为150 t/hm²较为合适。

为探讨氮肥用量及氮肥基施与拔节期追施比例对弱筋小麦产量、品质与氮肥效率的影响,明确弱筋小麦适宜氮肥运筹措施,选用弱筋小麦品种鄂麦580为试验材料,设置氮肥用量试验和氮肥基追比试验,其中氮肥用量试验设0,90,135,180,225 kg/hm² 5个处理,氮肥基追比试验设10∶0,7∶3,5∶5,3∶7 4个处理,通过测定分析不同处理下小麦叶绿素含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)、产量及产量构成因素、氮肥利用率和品质等指标,研究不同氮肥运筹模式下弱筋小麦产量、氮肥效率和品质的变化。结果显示,合理氮肥运筹可有效提高小麦光合能力,延缓叶绿素衰减,提高产量和氮肥利用率,改善小麦品质。随施氮量的增加小麦产量呈先升后降的趋势,在施氮量为180 kg/hm²,基追比为7∶3时产量最高为5 903.0 kg/hm²。在施肥量相同的情况下,随着追肥比例的增加小麦氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率呈先增后降趋势,在基追比为7∶3时3项指标均达最大值分别为:37.6%,32.8 kg/kg,12.0 kg/kg。不同的氮肥运筹模式对小麦品质指标有明显影响,籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量和稳定时间均随氮肥用量的增加及氮肥的后移呈现增加趋势。综合光合特性指标、产量及产量构成指标,氮素利用率和弱筋小麦品质性状指标,施氮量为180 kg/hm²且基追比为7∶3为弱筋小麦产量、品质及氮肥利用效率协同最佳的氮肥运筹模式。

合理减氮运筹是解决我国农田氮素损失量大、利用率低等问题的重要途径。为明确减少氮肥投入是否能维持油后密植棉花的产量。以洞庭湖区油后直播棉田为研究对象,比较2 a氮肥减量深施下棉花的产量、主茎叶光合特性、氮肥利用率等差异特征,分析氮肥减量深施的可行性,为油后直播棉田施肥管理措施的制定提供科学依据。于2018-2019年,在湖南省常德市湖南省棉花科学研究所茅湾基地开展了氮肥减量深施试验,设置了5个氮肥施用量处理(0,90,180,270,360 kg/hm²)和2个施肥深度处理(5,15 cm),于棉花主要生长时期取样测定了主茎功能叶净光合速率、可溶性糖及淀粉含量、地上部分植株生物量以及各部分NPK含量,研究氮肥减量深施处理对油后密植棉花的产量、光合特性、地上部分植株生物量、NPK积累与分配规律的影响。结果表明,随施氮量的增加,棉花中后期主茎功能叶净光合速率、可溶性糖和淀粉含量、以及棉株NPK累积量均呈先升后降的变化趋势,均在270 kg/hm²时最高;而氮肥表观利用率、农学利用率、偏生产力与生产效率则相反;另外,相同施氮量条件下,深施15 cm处理的各项指标均高于浅施5 cm处理。合理减少氮肥用量,并配合深施处理利于棉株营养器官和生殖器官生物量积累与平衡,以及氮、磷、钾吸收和分配,以促进产量与品质的提高。基于油后密植模式,推荐棉花以施氮量180~224 kg/hm²,施肥深度15 cm为宜。

为探索中国樱桃果实的耐贮性,减少采后果实腐烂率,延长其贮藏寿命。以中国樱桃黑珍珠为供试材料,于花后7 d喷施不同浓度的CaCl₂、氨基酸钙及糖醇钙,研究钙处理对采后果实在贮藏期的内外品质及几种保护酶的影响,并筛选出最适宜黑珍珠樱桃采前喷施的钙肥及其浓度。结果表明:随贮藏时间延长,樱桃果实的硬度、百果质量及可溶性糖(SS)、可滴定酸(TA)、可溶性蛋白(SP)、Vc、β-胡萝卜素含量呈下降变化趋势;腐烂率、相对电导率(REC)及MDA含量呈逐渐增加的变化趋势;可溶性固形物(TSS)含量和SOD、POD、PPO活性呈先上升后下降的变化趋势。贮藏期内各外源钙处理的樱桃果实的营养物质和水分损耗、PPO活性、MDA的积累量均低于CK;而SOD和POD活性均高于CK,叶面钙肥提高了黑珍珠樱桃的耐贮性,延长其贮藏寿命。隶属函数综合评价得出1 500倍糖醇钙对果实保鲜效果最佳。采前喷施钙肥能提高樱桃果实的硬度和品质,提高抗氧化酶活性,从而实现延长樱桃贮藏期,1 500倍糖醇钙处理对黑珍珠樱桃果实的保鲜效果最佳,可在生产中推广应用。

为探究采用有机废硫酸低温炭化技术制备的新型生物炭基磺化复合肥的施用效果,以小顶八寸参为供试胡萝卜品种,盐化潮土为供试土壤,采用盆栽试验的方法,设置5种复合肥及其加炭复合肥配方处理,共11个处理,对比研究了5种炭基复合肥配方对胡萝卜产量及土壤养分含量的影响。结果表明:施肥显著促进了胡萝卜肉质根鲜质量增产,其中12-6-10硫基生物炭基复合肥处理的胡萝卜肉质根生物量鲜质量最高,鲜质量达到了313.85 g/株,10-5-20氯基复合肥处理的胡萝卜产量最低。与普通复合肥相比,5种生物炭基复合肥对胡萝卜肉质根鲜质量均有显著的增产效果,增产幅度为2.1%~11.3%,而且不同程度地提高了胡萝卜氮、磷、钾素养分累积量。另外,在减少氮、磷、钾养分施用量15%的情况下,施用炭基复合肥可维持全量常规复合肥的土壤速效氮、磷、钾供应水平,个别时期养分仍然有显著增加的情况。施用生物质磺化炭基肥可降低胡萝卜生长前期土壤pH值,各施肥处理对胡萝卜成熟期土壤pH值无显著性差异。与普通复合肥相比,施用生物质磺化炭基肥可降低胡萝卜生长前期土壤pH值,提高胡萝卜氮、磷、钾素养分累积量和土壤速效氮、磷、钾供应水平,有利于胡萝卜增产。

研究旱作区果园土壤水肥管理模式效应,为优化苹果园水肥管理、实现水肥最佳匹配提供依据。在甘肃陇东旱作区苹果园,选择水肥膜一体(T1)、垄膜集雨+沟内覆草(T2)、施肥枪“肥水一体”(T3)等3种主要模式,以传统清耕果园土壤施肥(T4)为对照,测定分析苹果园土壤有机质和矿质营养、叶绿素和叶片养分含量及果实品质特征。结果表明,旱作区苹果园0~60 cm土壤中,不同水肥管理模式土壤有机质、全氮和碱解氮、全磷和有效磷以及速效钾含量均随土壤深度增加呈递减趋势,且递减幅度逐渐减弱;浅层(0~20 cm)土壤有机质和矿质养分含量显著高于中、下层(20~60 cm)土壤;不同水肥模式、土壤深度全钾含量均较高,表现出明显的土壤养分浅层富集和土壤富钾特征。苹果幼果期、果实膨大期和果实成熟期土壤全氮、全磷和全钾含量降幅均显著低于碱解氮、有效磷和速效钾等速效养分。不同水肥模式土壤矿质养分的消耗程度不同,浅层土壤表现更加明显。在0~20 cm土壤中,T4(CK)幼果期和果实膨大期土壤有机质含量均显著高于其他处理模式,而果实成熟期又显著降低,表明清耕管理土壤保肥及养分持续供应能力较低。不同水肥管理模式下,苹果幼果期和果实膨大期叶绿素含量变化较大,T3幼果期叶绿素a、b和总叶绿素含量显著高于T1和T4,但与T2差异不显著。不同模式不同时期叶片矿质营养含量差异均不显著;叶片全氮和全磷含量随苹果生育进程呈下降趋势,而叶片钾含量呈“升-降”态势;至果实成熟期叶片氮、磷、钾含量达到最低。T2的可溶性糖、总糖和固酸比均显著高于其他处理;VC含量显著高于T4,但与T1和T3差异不显著。旱作区苹果园推广应用“垄膜集雨+沟内覆草”技术措施,能显著改善果实品质。

为川泽泻栽培提供科学生态种植施肥方案,探究生物有机肥和无机肥配施对川泽泻农艺性状和产量的影响。采用“3414”试验设计,考察分析川泽泻全株13个农艺性状和产量。研究发现,有机肥能显著促进泽泻叶片数增加;有机肥和化肥配施可促进泽泻叶片生长和块茎膨大,显著提高产量。处理4(X₂Y₀Z₂)的川泽泻地上部分农艺性状,如叶片数、叶宽、叶片干质量和株高表现最佳。处理14(X₂Y₁Z₁)的川泽泻地下部分农艺性状表现更佳,如块茎鲜质量和干质量、块茎宽和长等,其产量最高为2 386 kg/hm²。通过聚类分析发现,有机无机肥配施主要影响川泽泻块茎鲜质量和干质量、产量、块茎宽、块茎高、叶长、叶宽。并且发现产量和块茎宽能划分为同一类指标,二者极显著正相关,相关系数为0.97。因而川泽泻块茎宽可被选为预测产量、选种的一个主要农艺性状指标。通过灰色关联度和DTOPSIS 法综合评价各处理材料,综合产量和典型农艺性状最佳处理为处理14,最佳处理为生物有机肥150 kg/hm²、尿素420 kg/hm²、过磷酸钙200 kg/hm²、硫酸钾(K₂SO₄≥51.0%)240 kg/hm²、硫酸锌(ZnSO₄·7H₂O)7.5 kg/hm²、硼酸(H₃BO₃)9.5 kg/hm²、钼酸铵((NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O)0.075 kg/hm²。综合本研究结果可知,有机肥和无机肥配施可以有效促进川泽泻生长,增加其药材产量。

探究酒糟有机肥对湄潭翠芽茶叶的施用效果,为酒糟有机肥在湄潭翠芽生产中的科学施用和推广应用提供理论依据。采用田间试验研究连续2 a施用酒糟发酵有机肥(不施肥,CK;常规施肥,FP;酒糟有机肥750 kg/hm²,JZ1;酒糟有机肥2 250 kg/hm²,JZ2;酒糟有机肥3 750 kg/hm²,JZ3;酒糟有机肥9 000 kg/hm²,JZ4)对茶叶产量、产量构成、品质和养分积累的影响。结果表明:与FP处理相比,施用酒糟有机肥使鲜茶产量提高了2.58%~7.52%(2020年)和0.67%~11.92%(2021年),干茶产量提高了5.18%~13.90%(2020年)和4.21%~19.62%(2021年),以JZ3处理产量最优;酒糟有机肥提高了茶叶的芽密度和百芽质量,而且使茶叶中氨基酸含量提高了2.35%~12.60%(2021年),并且降低了茶叶中的酚氨比,有利于改善茶叶品质;与FP处理相比,施用酒糟有机肥的施用还提高了茶叶的氮、磷、钾素养分积累综合来看,施用酒糟有机肥能够实现湄潭翠芽茶叶增产提质,可推荐酒糟有机肥2 250~3 750 kg/hm²作为湄潭翠芽茶叶冬季基肥的最适施用量。

钾是植物需要的大量元素之一,钾元素对植物的生长发育起着重要的作用,但农业生产中存在钾肥使用量不足和利用率不高的问题。该研究分析了自1965年以来国内外钾营养的研究论文,梳理形成以下5个方面的内容。第一,概述了钾的概况、在我国的分布问题和钾资源的缺乏问题;第二,总结了钾的营养功能,提高抗逆性、提高产量和品质等三大功能;第三,介绍了钾素营养诊断的概念、原则、实施方法,强调了钾素营养诊断的重要性,并对近年钾素营养诊断的研究现状进行分析和总结;第四,先后对钾的吸收部位、影响植物吸收钾的因素以及植物运输钾的途径和方法进行描述,并对钾元素如何在植物体内发挥作用的几个典型理论体系进行论述;第五,重点分析了钾营养的性状遗传的相关研究,一方面,总结了钾营养的遗传学特征(植物的钾营养基因型的差异性是受遗传控制的;植物的钾营养性状既受单基因的控制也受多基因的遗传),另一方面,概况了近期钾营养遗传在分子水平上的相关研究,发现钾营养性状遗传在分子层次上的相关研究集中在基因水平和蛋白水平两方面。总而言之,从钾素的概况及其重要作用、钾素营养诊断、钾的吸收与转运和钾营养的性状遗传5个方面综述了近年来植物钾营养利用及性状研究的状况,提出利用现代生物技术和植物耐低钾的遗传特性来改良、培育新品种的观点。

为探究苹果各器官不同部位的RNA提取和病毒检测效果,以携带3种病毒的苹果植株为试验材料,采用吸附柱法提取苹果的花(雌蕊、花药、花丝、花瓣、花萼、花托和花柄)、叶片(叶柄、叶肉和叶脉)、果实(果柄、果皮、果肉、果核、种皮和胚乳)和枝条(韧皮部)4个器官共17个组织部位的总RNA,利用常规RT-PCR对不同部位进行病毒检测,并采用实时荧光定量PCR分析病毒在不同部位的相对含量。结果表明,苹果不同器官的RNA提取效果存在差异,叶片的浓度最高,其次是花和枝条,果实的浓度最低。花药、花丝、花柄在花中提取效果较好、胚乳和叶柄分别在果实和叶片中提取效果最好。除胚乳外,其余16个组织部位均能检测出3种苹果病毒。定量分析表明,苹果病毒在花中的相对含量最高,在雌蕊、种皮和叶柄中的相对含量分别高于花、果实和叶片的其他组织部位。此外,3种病毒在果实和叶片的不同组织部位的含量变化趋势相似,在花的不同组织部位的分布存在一定的差异。

为了明确苹果园种植长柔毛野豌豆对土壤微生物群落结构的影响,以自然生草为对照,采用高通量测序技术分析山东省7个地区苹果园种植长柔毛野豌豆及同一果园不同物候期的土壤微生物群落结构变化,并进行生草土壤微生物群落结构与理化性质的相关性分析。结果表明,7地区种植长柔毛野豌豆处理的绿僵菌属相对丰度均高于对照,其中东营地区的差异最大;除邹城外,其余6地区种植长柔毛野豌豆处理的镰刀菌属相对丰度均低于对照;除荣成外,其余6地区种植长柔毛野豌豆处理的赤霉属相对丰度均低于对照;在邹城和龙口地区,种植长柔毛野豌豆处理的链格孢属相对丰度均低于对照。同一果园不同苹果物候期的微生物群落结构分析发现,种植长柔毛野豌豆处理在苹果花期土壤中的曲霉相对丰度远低于自然生草;坐果期的镰刀菌和曲霉相对丰度均低于自然生草;果实膨大期的芽孢杆菌属相对丰度较高;成熟期的慢生根瘤菌相对丰度较高,赤霉菌、枝孢属和平脐蠕孢菌相对丰度均远低于自然生草。苹果园种植长柔毛野豌豆,在不同地区和同一果园不同物候期对果园土壤微生物群落结构的影响并不相同,但均可提高土壤有益细菌的相对丰度,同时降低病原真菌的相对丰度,有助于改良果园土壤微生态环境,促进果树健壮栽培。

明确不同品种谷子内生细菌群落组成特征,揭示与白发病抗性相关的关键物种,为利用内生细菌防治谷子白发病提供理论依据。对3种抗白发病和3种感白发病谷子植株的第一节茎与最高节茎组织进行DNA提取和样品中细菌16S rDNA高通量测序,并对内生细菌的群落组成进行分析。结果发现,在各分类水平下,从第一节茎到最高节茎内生细菌种类在抗病、感病谷子样品中分别表现为基本稳定与明显下降的2种不同趋势,且抗病谷子内生细菌群落的物种组成均较感病谷子丰富。得到重要内生细菌门19种:对普遍存在于抗病、感病谷子样品第一节茎中的内生细菌进行比较得到抗病谷子特有内生细菌门2种;对抗病、感病谷子样品各自全部内生细菌进行比较得到抗病谷子特有内生细菌门16种以及抗病谷子相对丰度较大的优势类群2种。可见,不同谷子品种以及不同部位内生细菌群落组成具有差异,抗病较感病谷子内生细菌种类丰富,其中抗病谷子特有的内生细菌门以及相对丰度大的优势细菌门对谷子白发病可能具有生物防治作用,值得进一步研究。

玉米茎腐病(CSR)对玉米产量和品质危害巨大。为尽快展开玉米茎腐病的有效防治,将吉林省玉米茎腐病的优势致病菌禾谷镰孢,与14株从玉米根际土壤中分离得到木霉菌株分别进行平板对峙试验。观察木霉对禾谷镰孢的抑制作用,筛选得到抑制效果较好的菌株CCTH-2和CCTH-6。复筛通过这2株木霉的发酵液、易挥发性代谢产物、难挥发性代谢产物对禾谷镰孢的抑制效果和对其他病原真菌的抑制效果,最终筛选到一株具有良好防效的木霉菌株CCTH-2;CCTH-2经过形态学和分子生物学鉴定显示,为哈茨木霉,并对其生物学特性进行初步研究。结果表明,平板对峙培养条件下CCTH-2对禾谷镰孢抑制率为82.83%,其发酵液、易挥发代谢物和难挥发代谢物对禾谷镰孢的抑制率为36.56%,46.75%,32.48%,具有显著抑制效果。生物学特性试验显示,CCTH-2菌落生长和产孢的最适培养基为PDA,最适温度为25 ℃,最适光照条件为全光照,外源添加Fe²⁺有利于CCTH-2的生长发育,并且CCTH-2具有一定的适应环境酸碱度和盐含量变化的能力。因此,可以确认哈茨木霉CCTH-2是一株有着良好防效且潜力巨大的生防菌。

为了确定灰葡萄孢致病基因BcPDR1与病菌MAPK途径基因BcBMP1和BcBMP3之间的关系,利用实时荧光定量PCR技术,分析BcPDR1基因突变体中BcBMP1、BcBMP3的表达情况以及BcBMP1、BcBMP3基因RNAi突变体中BcPDR1的表达情况;在突变体ΔBcpdr1背景下,构建了BcBMP1和BcBMP3过表达的菌株ΔBcpdr1/BcBMP1-OE和ΔBcpdr1/BcBMP3-OE,并对过表达菌株的表型特征和致病能力进行分析。结果发现,BcPDR1基因突变体BCt89和ΔBcpdr1中BcBMP1、BcBMP3的表达水平显著优于野生型菌株和回复菌株,BcBMP1、BcBMP3基因RNAi突变体中BcPDR1的表达水平显著低于野生型;过表达菌株ΔBcpdr1/BcBMP1-OE和ΔBcpdr1/BcBMP3-OE的菌落形态、菌丝形态、生长速率、产孢量和致病力均与突变体ΔBcpdr1表现明显的不同,而更接近野生型BC22。结果表明,灰葡萄孢BcPDR1与BcBMP1、BcBMP3的表达水平密切相关,BcPDR1负调控BcBMP1、BcBMP3的表达,而BcBMP1、BcBMP3正调控BcPDR1的表达。

为了探明葡萄抗霜霉病基因的抗病机制,分别以感病品种玫瑰香和抗病品种摩尔多瓦叶片为试材,离体接种葡萄霜霉病菌,在光照培养箱中培养。用JEOL-6360型扫描电子显微镜观察霜霉菌侵染不同品种叶片后的发育情况,并利用MGISEQ-2000高通量测序平台对2个品种进行转录组测序及差异表达基因分析。结果表明,玫瑰香在接种4 d后叶片背面出现肉眼可见的白色霉层,病斑随时间延长面积增大,叶片正面相应位置出现褪绿黄斑,而在摩尔多瓦叶片上仅在接种点处有少量黑斑。电镜观察结果显示,玫瑰香叶片上病原菌孢子侵入气孔,萌发长出新的孢子囊梗,释放出孢子,在叶片上繁殖;摩尔多瓦叶片上的孢子囊数量少,大部分气孔关闭,气孔周围有少量孢子、菌丝和组织碎片分布。转录组数据共获得约664.86 Mb高质量序列,与玫瑰香相比,在摩尔多瓦中检测到5 095个差异表达基因,其中2 975个为上调表达基因,2 120个为下调表达基因。GO分析显示,差异表达基因主要富集在生物学途径(代谢过程、细胞过程、对刺激的反应和生物调节类别)、细胞组分(细胞、膜、膜组分和细胞器)和分子功能(催化活性和组装、转运体活性、转录调节因子活性)三大类。KEGG分析差异表达基因,主要富集在植物病原菌互作途径和MAPK信号转导途径等通路中。选取其中9个可能与葡萄抗病性相关的基因,qRT-PCR结果表明,9个候选基因在葡萄响应霜霉菌侵染过程中发挥一定的作用。