灌水下限及秸秆还田对温室番茄产量、品质和水分利用效率的影响

为了探究秸秆还田滴灌灌水下限和秸秆还田量对温室番茄产量、品质和水分利用效率的影响,在温室内进行裂区试验。秸秆还田时间分别为1年(2018年)、2年(2017年)和3年(2016年),设置4个秸秆还田量(0、1.5×10⁴、3×10⁴、4.5×10⁴ kg·hm^-2)和4个灌水下限(50%θ_f、60%θ_f、70%θ_f、80%θ_f,θ_f为田间持水量),对土壤含水率、番茄产量和品质进行监测。采用方差分析、熵权法和TOPSIS法对番茄产量、品质和水分利用效率进行分析。结果表明: 番茄产量随灌水下限增大而增大,在灌水下限为80%θ_f时产量最大,秸秆还田第1、2和3年,最大平均产量分别为93.55、87.23和99.34 t·hm^-2。水分利用效率和品质指标均随灌水下限的升高而降低。在秸秆还田第1年时,秸秆还田量为1.5×10⁴ kg·hm^-2时番茄平均产量达到最大值,为99.60 t·hm^-2;在秸秆还田第2、3年时,秸秆还田量为4.5×10⁴ kg·hm^-2时番茄平均产量最大,分别为92.50和107.75 t·hm^-2。番茄水分利用效率在秸秆还田第1、2年,秸秆还田量为1.5×10⁴ kg·hm^-2时达到最大;在秸秆还田第3年时,秸秆还田量为4.5×10⁴ kg·hm^-2达到最大。番茄的品质指标随秸秆还田年限和秸秆还田量增加表现出不同趋势。     

温室环境不同灌水水平条件下DSSAT-CROPGRO-Tomato模型的调参与验证

在沈阳地区日光温室试验的基础上,利用番茄生长模型DSSAT-CROPGRO-Tomato模拟了不同灌水水平条件下温室番茄的生长发育和产量形成过程,并确定了参数估计和模型验证的最优方案.试验设4个处理,全育期的灌水上限均为计划湿润层田间持水率,灌水下限分别为计划湿润层田间持水率的50%(W₁)、60%(W₂)、70%(W₃)和80%(CK).利用DSSAT-GLUE参数估计模块得到遗传参数的不同估计结果,通过对比分析番茄物候期、冠层高度、地上干物质量、鲜果产量、叶面积指数(LAI)、土壤含水率的模拟值与实测值之间的差异,来确定该模型模拟精度.结果表明: 番茄遗传参数--最优条件下最终果实负载所需光热时间(PODUR)的估计值具有较大变异性,变异系数为11.5%,将CROPGRO-Tomato模型应用于不同地区日光温室时,应对此参数进行充分估计,否则会影响其模拟精度.在模型应用过程中,应选用充分灌水处理的观测数据进行遗传参数估计,可以提高模型的模拟精度.此时的绝对相对误差和标准均方根误差值分别为8.7%和10.5%.对作物LAI和土壤含水率动态模拟结果可以看出,灌水水平越高,模型模拟精度越高.留一交叉验证法的总体模拟误差在10.5%～12.5%.说明DSSAT-CROPGRO-Tomato模型可以较为准确地模拟沈阳日光温室不同灌水水平条件下番茄生长发育和产量形成过程.     

水稻秸秆秋季湿耙还田对土壤酶活性和养分的影响

秸秆还田是维持和改善土壤质量的有效途径。为探究秸秆秋季湿耙还田对辽南稻区土壤酶活性、土壤养分含量和水稻产量的影响,在辽宁省盘锦市采用随机区组设计,设置秸秆不还田(S₀)、秸秆全量还田(S₁)和穗肥减量16 kg·hm^-2(N₁)、常规穗肥用量32 kg·hm^-2(N₂)两因素试验。结果表明：与秸秆不还田相比,秸秆秋季湿耙还田处理的土壤β-葡萄糖苷酶、脲酶、FDA水解酶活性显著提高,蔗糖酶活性显著降低;碱性磷酸酶活性在分蘖期和抽穗期显著降低,成熟期较S₀N₂显著提高6.2%～13.5%;多酚氧化酶活性在分蘖期显著降低,抽穗期和成熟期较S₀N₂显著增加20.8%～26.7%和22.3%～28.7%。秸秆秋季湿耙还田显著提高水稻各生育时期土壤速效钾、有机碳和全氮含量,显著降低分蘖期和成熟期硝态氮含量以及分蘖期pH值,水稻分蘖期土壤铵态氮含量较S₀N     

外置式与内置式秸秆生物反应堆对番茄生长及光合性能的影响

以“魁冠108”番茄为试验材料,对比研究了外置式和内置式秸秆生物反应堆在秋延后番茄生产过程中对日光温室内CO₂浓度、空气相对湿度、空气饱和水汽压差以及番茄生长和光合性能的影响.结果表明:与对照相比,晴天9:30-11:30和14:30-15:00 外置式秸秆生物反应堆温室内CO₂浓度平均提高了207.3和103 μmol·mol^-1,差异显著;晴天9:30-11:30内置式秸秆生物反应堆温室内CO₂浓度平均提高了19.0 μmol·mol^-1;外置式和内置式秸秆生物反应堆促进了番茄株高生长,使植株提早开花,显著提高了番茄净光合速率、单株产量及单位面积产量,显著降低了营养生长期和结果期的蒸腾速率.与内置式相比,外置式秸秆生物反应堆更适合在日光温室秋延后生产中推广应用.     

不同秸秆还田量和氮肥配施对玉米田土壤CO2排放的影响

探讨不同秸秆还田量和氮肥量配施对辽西北半干旱区玉米田土壤CO₂排放的影响,可为固碳减排和黑土地保护计划的实施提供理论支撑。本试验主区设置3个秸秆还田水平,分别为3000(S₁)、6000(S₂)和9000 kg·hm^-2(S₃,秸秆全量还田);副区设置3个氮肥施用水平,分别为105(N₁)、210(N₂,常规施氮量)和420 kg N·hm^-2(N₃),另设置不施氮肥不添加秸秆的对照处理(CK),共10个处理。采集定位试验4年后玉米田间土壤,通过培养试验,探究不同处理对玉米田土壤CO₂排放的影响及CO₂排放与土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明: 秸秆还田和氮肥施用均会促进玉米田土壤CO₂排放,并随秸秆还田量和施氮量的增加而显著增加,其中氮肥施用是促进玉米田土壤CO₂排放的最主要因素;秸秆还田与氮肥配施通过促进微生物生物量增加并加剧DOC消耗来促进玉米田土壤CO₂排放;MBC和DOC含量显著刺激玉米田土壤CO₂排放,且主要受两者培养前期含量的影响。从保障秸秆还田培肥地力同时减少CO₂排放的角度考虑,210 kg N·hm^-2常规施氮量与6000 kg·hm^-2秸秆还田配合施用(N₂S₂)是本试验条件下辽西北半干旱区最有潜力的田间施肥模式。     

脱甲河水系CH4关键产生途径及其稳定碳同位素特征

为明确脱甲河溶存CH₄关键产生途径,明晰水系碳同位素组成及其分布特征,为小流域CH₄排放估算和减排提供数据支撑.利用双层扩散模型法估算了CH₄浓度和传输通量,研究了周年内脱甲河4级河段(S₁～S₄)水体CH₄通量的时空分布及其主控环境因子;运用稳定同位素方法探究了溶存CH₄关键产生途径,分析了溶解CH₄、悬浮颗粒物和沉积物有机质δ¹³C分布特征.结果表明: 水体pH均值为(7.27±0.03),各河段四季差异均显著;溶解氧(DO)在0.43～13.99 mg·L^-1内变化,S₁河段DO浓度最高且夏、秋季差异显著,其他河段均为冬与春、夏、秋季差异显著;可溶性有机碳(DOC)变化范围是0.34～8.32 mg·L^-1,由S₁至S₄河段总体呈递增趋势;水体电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化范围分别是17～436 μS·cm^-1和-52.30～674.10 mV,各河段差异明显;铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)浓度分别在0.30～1.35(平均0.90±0.10) mg·L^-1和0.82～2.45 (平均1.62±0.16) mg·L^-1内变化.溶存CH₄浓度和传输通量变化范围分别是0～5.28 (平均0.46±0.06) μmol·L^-1和-0.34～619.72 (平均53.88±7.15) μg C·m^-2·h^-1;均存在时空变化且变异规律相似,为春季>冬季>夏季>秋季,S₂>S₃>S₄>S₁.通量与水体铵态氮和DOC浓度均呈显著正相关.各级河段均以乙酸发酵产甲烷途径为主导,但不同河段差异明显,乙酸发酵途径产CH₄贡献率以S₁河段最高(87%),其次为S₄(81%),S₂、S₃分别达到78%和76%.溶存CH₄、悬浮颗粒物和沉积物有机质的δ¹³C均值分别为-41.64‰±1.91‰、-14.07‰±1.06‰和-26.20‰±1.02‰,溶存甲烷δ¹³C与沉积物有机质的δ¹³C呈显著正相关,与其传输通量呈极显著负相关.     

水分胁迫下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响

为了探究水分胁迫条件下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响,自2016年起连续2年在沈阳农业大学试验田设置了秸秆还田控水试验.于大型遮雨棚内采用滴灌控水的方法,设置行间秸秆翻埋(T₁)与混拌(T₂)两种还田方式,15 cm (D₁)、30 cm (D₂)、45 cm (D₃) 3个还田深度,以秸秆不还田3个翻埋深度为对照,在玉米苗期和吐丝期分别进行旱、涝处理,分析水分胁迫条件下玉米产量和根系空间分布特征. 结果表明: 2016年S₁T₁D₂(秸秆翻埋还田30 cm)产量显著高于对照处理,增产幅度为5.7%～7.1%;侧根和深层根系根干质量较其他处理分别高67.3%～149.9%和17.9%～116.4%;植株地上部干物质积累量显著低于其他处理,降低幅度为2.1%～35.8%. S₁T₁D₂可以提高玉米根系生长量,扩展根长的空间分布范围,缓解了旱涝危害,实现降雨不均条件下的增产和稳产. 因此,在东北地区先旱后涝的气候条件下,春玉米生产推荐行间翻埋30 cm的秸秆还田方式.     

宽幅播种下基本苗密度对小麦旗叶光合特性及叶片和根系衰老的影响

为明确宽幅精播条件下小麦高产高效的适宜基本苗密度,于2018—2019年和2019—2020年在山东兖州大田试验条件下设置4种基本苗密度处理:90×10⁴株·hm^-2(D₁)、180×10⁴株·hm^-2(D₂)、270×10⁴株·hm^-2(山东高产田常用基本苗密度,D₃)、360×10⁴株·hm^-2(D₄),研究基本苗密度对小麦光合特性、衰老特性以及籽粒产量和水分利用效率的影响。结果表明: 与D₁、D₄处理相比,D₂处理显著改善了灌浆期间小麦旗叶光合特性,提高了旗叶和根系超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白质含量,降低了旗叶和根系丙二醛(MDA)含量,延缓了旗叶和根系衰老;与D₁、D₃、D₄处理相比,D₂处理显著提高了0~40 cm土层小麦根长、根表面积和根体积。2018—2019年和2019—2020年,与D₁、D₃、D₄处理相比,D₂处理的籽粒产量分别提高11.8%、2.5%、6.4%和22.7%、5.7%、17.1%,水分利用效率分别提高9.2%、8.8%、14.2%和21.1%、6.2%、21.5%。综上,基本苗密度为180×10⁴ 株·hm^-2的D₂处理通过提高小麦灌浆期旗叶光合特性,改善小麦根系形态,延缓了植株衰老,籽粒产量和水分利用效率最高,是山东宽幅播种高产麦田的最优处理。     

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N₂O和CH₄排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明: 与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N₂O和CH₄累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N₂O的累积排放.秸秆还田显著增加了N₂O和CH₄累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.     

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N₂O和CH₄排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明: 与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N₂O和CH₄累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N₂O的累积排放.秸秆还田显著增加了N₂O和CH₄累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.     

有机肥对设施番茄周年栽培土壤环境和产量的影响

日光温室早春茬-秋冬茬连作栽培番茄是我国北方设施蔬菜周年栽培的主要种植模式之一。以该种植模式下农户习惯施肥量为对照(CK,100%化肥),设15%(T₁)、30%(T₂)、45%(T₃)、60%(T₄)、75%(T₅)、100%有机肥替代化肥(T₆)处理,探讨有机肥替代部分化肥对土壤环境和番茄产量的影响。结果表明: 土壤细菌数量随有机肥用量的增加总体呈现上升趋势;放线菌数量以T₁处理最多,为12.12×10⁶ cfu·g^-1。有机肥替代部分化肥可提高土壤脲酶活性,降低过氧化氢酶活性,提高土壤有机质、速效磷和速效钾含量,说明有机肥对改善设施土壤理化性质、促进养分积累具有显著效果。其中,T₁处理蔗糖酶活性和速效磷含量最高,分别为1.36 mg·^-1、305.4 mg·kg^-1,T₂处理的速效钾含量最高,为582.6 mg·kg^-1。T₂处理>0.25 mm水稳性团聚体含量最大,为94.2%。各有机肥处理可改善番茄果实品质,提高产量,其中,T₁处理番茄红素含量最高,达5.69,糖酸比以T₁和T₂处理最好,分别为8.19、8.70;产量以T₁处理最高,T₂处理次之,较CK分别增产16.6%、5.8%。综上,农户习惯施肥量中15%~30%的化肥用有机肥替代为该种植模式下较佳的施肥措施。     

有机污染土壤电动修复过程中微生物的分布特征及模型构建

外加电场下土壤微生物会发生快速繁殖和定向迁移.本研究在十四烷污染土壤中不同位置投加十四烷高效降解菌,并施加1 V·cm^-1的单向直流电场,考察目标菌群的迁移分布及降解特征.结果表明:微生物受电渗析和电泳作用分别向阴极和阳极迁移,电渗析迁移量是电泳的3.5倍.同时,施加电场还会使土壤环境在空间上存在差异进而影响微生物生长,施加电场的土壤中微生物数量平均值为1.16×10⁸ CFU·g^-1 (6 d),是不施加电场处理组的2.3倍;S₂～S₄区是微生物的高效生长区域,电动30 d后,区域平均数量是阴阳极的2.8～3.5倍,是对照处理组的2.1倍.十四烷降解率与微生物数量呈显著正相关关系(r=0.895, P<0.05),最佳降解区域在近阴极区(S₄),可达94.6%.基于试验结果模拟,建立了环境因子修正的电动区域微生物分布模型.该模型结合电动激活和电动运移作用对土壤微生物的叠加影响,实现了定点投加微生物在电动过程中数量的分布模拟.研究结果可为外源功能菌在电动-微生物修复有机污染土壤中的高效引入提供理论依据.     

滴灌条件下秸秆还田配施氮肥对宁夏扬黄灌区春玉米产量和土壤理化性质的影响

围绕宁夏扬黄灌区土壤质地黏重、养分匮乏等导致作物产量低的问题,于2017、2018年在秸秆全量粉碎还田(12000 kg·hm^-2)的同时配施4个氮肥施用水平(0、150、300、450 kg N·hm^-2),以秸秆不还田常规施氮(225 kg N·hm^-2)为对照,研究秸秆还田配施不同量氮肥对滴灌玉米田土壤理化性状和产量的影响.结果表明: 与秸秆不还田处理相比,秸秆还田配施氮肥300和450 kg·hm^-2处理0~20 cm土层平均土壤容重分别降低3.3%和5.4%,土壤孔隙度分别增加3.7%和7.1%;秸秆还田配施氮肥对土壤养分和玉米产量的提升效果显著,其中以秸秆还田配施氮肥300和450 kg·hm^-2表现最佳;秸秆还田配施氮肥可显著增加土壤贮水量和产量,秸秆还田配施氮肥300 kg·hm^-2处理在2017和2018年土壤贮水量最高可分别增加13.6%和22.1%,产量分别增加31.1%和46.0%.分析产量构成因素发现,秸秆还田配施氮肥处理主要是通过增加穗粒数和百粒重而达到高产.对玉米产量-配施纯氮量关系进行曲线拟合发现,该地区秸秆全量还田配施氮肥的最佳用量为260 kg·hm^-2.研究结果可为该地区土壤培肥和滴灌玉米生产提供重要依据.