轮作与休闲对日光温室黄瓜连作土壤微生物和酶活性的影响

采用盆栽试验,研究了不同作物轮作和休闲方式对日光温室黄瓜连作土壤微生物数量、酶活性及后茬黄瓜生长和产量的影响.结果表明： 与连作相比,轮作有利于改善土壤微生物结构,增加细菌和放线菌数量,减少真菌数量;轮作与休闲有利于提高土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性.在不同作物轮作和休闲方式下,后茬黄瓜结果期的细菌、放线菌数量和土壤转化酶活性均呈先升后降趋势,在盛瓜期达到最大值;真菌数量随生育期延长而增加;脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性则随生育期延长而降低,在初瓜期最高.不同栽培模式下,以大葱-黄瓜轮作和糯玉米-黄瓜轮作的效果更佳,明显改善了后茬黄瓜的生长,提高了产量.     

不同蔬菜与番茄轮作对设施土壤微生物多样性、酶活性及土壤理化性质的影响

【目的】番茄是一种受连作障碍影响明显的蔬菜作物,本试验旨在研究不同蔬菜作物与番茄轮作后对设施土壤微生物多样性、酶活性及土壤理化性质的影响,以期筛选出适宜与番茄轮作的蔬菜作物,为从设施栽培模式选择角度缓解或避免番茄连作障碍提供理论依据。【方法】试验以连续两茬种植番茄后分别种植大白菜(A)、黄瓜(B)、辣椒(C)、茄子(E)、秋葵(F)、西葫芦(G)6种作物为不同处理,以继续种植番茄(D)和休耕闲置土壤(H)为对照,采用16S rRNA和真菌ITS区测序、同时测定土壤酶活性、pH值、有机质含量、速效氮、磷、钾含量,研究不同蔬菜作物与番茄轮作对土壤微生物多样性、酶活性及土壤理化性质的影响。【结果】种植作物土壤细菌和真菌多样性指数均显著高于闲置土壤(H);番茄连作与轮作土壤中的细菌门水平群落结构比较固定,但不同物种的丰度差异较大。真菌对于环境变化的响应比细菌更加敏感,轮作各样本间真菌群落结构差异明显大于细菌群落结构,在物种丰度和门水平上均存在较大差异;轮作茄子和大白菜显著增加了土壤中硝化细菌[亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、亚硝化螺菌属(Nitrosospira)]的丰度;PCA分析表明轮作茄子和空白闲置土壤细菌和真菌的群落结构与其他处理的差异较大;轮作不同作物土壤酶活性差异显著,但变化规律不明显。轮作大白菜、黄瓜和空白闲置土壤过氧化氢酶活性显著高于番茄连作和轮作其他作物。不同蔬菜轮作土壤肥力主成分分析结果表明土壤pH值、有机质、速效氮与速效磷是主要贡献因子,综合肥力排名第一的为空白土样,其次为轮作黄瓜的土样,综合肥力最低的为轮作茄子土样。【结论】种植作物可以显著提高土壤微生物多样性;轮作茄子和大白菜显著增加了土壤中硝化细菌的丰度,有利于土壤中氮素代谢和利用;轮作黄瓜和大白菜,显著提高土壤中过氧化氢酶的活性,有利于降低番茄连作产生的自毒作用。因此综合分析认为,茄子、黄瓜和大白菜是避免或缓解番茄连作障碍的潜在优势轮作作物。     

应用DNDC模型分析施肥和翻耕方式变化对旱田土壤N_2O释放的潜在影响

以贵州省玉米 油菜轮作田和大豆 冬小麦轮作田为N2 O释放通量测量对象 ,根据DNDC模型能较好地拟合田间N2 O释放通量季节变化及施肥和翻耕对释放的影响 ,采用DNDC模型定量探讨了上述作物生长季节有机肥施用量、N肥施用量及施肥日期、N肥类型和施肥深度、翻耕深度和翻耕日期等变化对亚热带旱田生态系统N2 O释放的潜在影响 .为今后通过改变施肥和耕作方式来控制农业土壤N2 O释放量提供研究基础和参考 .     

不同作物轮作制度对土壤杂草种子库特征的影响

为明确不同作物轮作制度对杂草种子库特征的影响,比较研究了玉米-小麦(MW)、大豆-小麦(SW)轮作和原水稻-小麦(RW)轮作方式下杂草种子库的特征。结果表明,作物轮作显著影响杂草种子库的密度和种类组成,进行玉米-小麦或大豆-小麦轮作2年后,杂草种子库密度分别比稻麦轮作降低27．16％、44．44％。在原水稻-小麦轮作方式下,种子库中主要杂草为陌上菜、异型莎草、菵草、水苋菜、千金子等。玉米-小麦轮作使种子库中马唐、碎米莎草、飘拂草的相对优势度显著上升,鸭舌草、水苋菜、菵草的相对优势度显著下降。而在大豆-小麦轮作方式下,种子库中通泉草、马唐、鳢肠、飘拂草的相对优势度显著上升。玉米-小麦轮作种子库的物种多样性指数高于大豆-小麦轮作和水稻-小麦轮作。玉米-小麦与大豆-小麦轮作种子库的物种组成相似性较高。作物轮作影响杂草种子库密度和种类组成的机制,可能在于通过轮换种植不同的作物,提供了多样化的选择压,限制了某些对单一种植系统有着良好适应性的杂草种类的生长。     

应用DNDC模型分析施肥和翻耕方式变化对旱田土壤N2O释放的潜在影响

以贵州省玉米－油菜轮作田和大豆－冬小麦轮作田为N2O释放通量测量对象,根据DNDC模型能较好地拟合田间N2O释放通量季节变化及施肥和翻耕对释放的影响,采用DNDC模型定量探讨了上述作物生长季节有机肥施用量、N肥施用量及施肥日期、N肥类型和施肥深度、翻耕深度和翻耕日期等变化对亚热带旱田生态系统N2O释放的潜在影响,为今后通过改变施肥和耕作方式来控制农业土壤N2O释放量提供研究基础和参考。     

东北地区春玉米气候适宜度模型

农作物生长是一个连续的动态过程,因而作物生长的最适宜气象指标也是连续变化的.据此,本文提出作物生长日可利用降水量的推算方法和气象指标时间插值算法,构建了日尺度气候适宜度模型,利用东北地区农业气象站的多年玉米观测资料进行检验.结果表明： 模型计算的气候适宜度与株高、百粒重存在显著正相关;在春玉米营养生长期间,气候适宜度与株高的相关系数(R²)在0.58以上;春玉米生殖生长期间,气候适宜度与春玉米百粒重的R²在0.45以上.本文建立的日尺度气候适宜度模型能客观地反映营养生长阶段及生殖生长阶段作物与气候条件的相互作用关系.
     

半干旱区作物根系生长冗余的生态学分析

干旱是威胁农业生产的一个常见因子。在水分有限条件下,植物往往产生庞大的根系;这是自然选择的必然结果,是一个进化上稳定的生长对策（ＥＳＳ）。但作物产量是一个种群水平上的属性;个体的ＥＳＳ并不能优化整个群体的产量。我们提出在半干旱雨养农业地区作物受自然选择的影响在根系生长上往往失之于过快或过大,出现了“冗余”。通过育种或管理措施降低根系生长冗余可提高作物产量。     

应用DNDC模型分析施肥和翻耕方式变化对旱田土壤N2O释放的潜在影响

以贵州省玉米-油菜轮作田和大豆-冬小麦轮作田为N₂O释放通量测量对象,根据DNDC模型能较好地拟合田间N₂O释放通量季节变化及施肥和翻耕对释放的影响,采用DNDC模型定量探讨了上述作物生长季节有机肥施用量、N肥施用量及施肥日期、N肥类型和施肥深度、翻耕深度和翻耕日期等变化对亚热带旱田生态系统N₂O释放的潜在影响.为今后通过改变施肥和耕作方式来控制农业土壤N₂O释放量提供研究基础和参考.     

太湖流域典型稻麦轮作农田生态系统碳交换及影响因素

利用涡度相关技术观测太湖流域典型稻麦轮作农田生态系统2a净生态系统碳交换(NEE)变化过程,分析其碳交换特征及影响机理,结果表明:太湖流域典型稻麦轮作农田年NEE为-749.49—-785.38 g C m-2a-1,考虑作物籽粒碳和秸秆还田后净吸收88.12 g C m-2a-1,为弱碳汇;稻/麦季日均NEE和白天NEE季节变化直接受作物植被生长影响;麦季夜间NEE与10 cm土壤温度呈显著指数关系,2012/2013年温度敏感系数(Q10)分别为3.03和2.67;当土壤水分低于田间持水量时,麦季夜间NEE主要受土壤温度影响,反之,夜间NEE受土壤温度和水分双重影响;降水对麦季夜间NEE有短时的激发效应;稻季淹水对土壤呼吸产生较明显的阻滞效应,降低了夜间NEE对土壤温度的敏感性,2012和2013年分别为1.88和1.39,稻季淹水与烤田交替变化对土壤呼吸产生明显的抑制或激发的短时效应。     

内蒙古典型草原作物系数的动态模拟与确定

作物系数是计算作物需水量必不可少的参数。利用2008年野外水分试验和4个气象站近26年的土壤水分和气象等常规观测资料, 以相关分析和回归分析等统计学方法为基础, 根据水量平衡原理计算了内蒙古典型草原区的作物系数, 分析了其在生长期和不同站点间的变化规律; 建立了典型草原标准作物系数与返青后年日数和大于0 ℃积温的模拟方程, 相关指数在0.94以上。在分析湿润指数、叶面积指数和盖度与作物系数关系的基础上, 提出标准作物系数的气候修正方法和胁迫条件下作物系数的修正方法。同时, 与修正后的联合国粮农组织(FAO)推荐值比较后得出, 生长季标准作物系数的平均值为0.60, 最大值为1.02; 不同生长阶段作物系数的典型值分别为: 初始生长期0.40, 生长中期0.93, 生长后期0.80, 相应的阈值范围为0.35-0.45、0.85-1.00和0.70-0.90。通过旬蒸散量的模拟计算值与蒸渗仪实测结果的比较, 平均相对误差在20%-24%之间, 生长旺盛期大多低于10%, 从而初步证明该文提出的方法在内蒙古典型草原区有较好的适用性。     

江汉平原不同氮肥运筹模式下豆麦和稻/麦轮作系统小麦产量和经济效益差异

研究江汉平原豆麦(大豆/小麦)和稻麦(水稻/小麦)轮作系统中冬小麦生长规律对氮肥运筹模式的响应,可为缩小两种轮作模式下的小麦产量差异提供理论依据。试验设置传统施肥(70%底肥,30%越冬期追肥)和优化施肥(1/3底肥,1/3越冬期追肥,1/3拔节期追肥)2个处理,并以不施氮处理为对照,分析了豆麦和稻麦轮作系统中冬小麦的生长规律、产量及产量构成因素、肥料利用率和施肥效益等。结果表明: 施氮和轮作模式均对小麦产量有显著影响,优化施肥产量显著高于传统施肥,两者产量差异在豆麦轮作系统下为920 kg·hm^-2,在稻麦轮作系统下为2195 kg·hm^-2。相同轮作模式下,传统施肥冬季、春季群体茎蘖数高于优化施肥,而优化施肥在整个生育期干物质总积累量较传统施肥高5%~31%(豆麦)和14%~28%(稻麦)。传统施肥下豆茬小麦产量较高的原因是穗数、成穗率、群体干物质积累量等均高于稻茬小麦;优化施肥下稻茬小麦产量较豆茬小麦增加幅度更大,表明优化氮肥模式可缩小豆麦与稻麦轮作中小麦的产量差异。两种轮作模式中小麦花后粒重分别呈现“慢-快-中”(豆麦)和“中-快-慢”(稻麦)的增加趋势;氮肥农学效率、小麦季纯收益等指标均以稻麦轮作优化施肥处理最高。综上,在江汉平原地区,稻麦轮作优化施肥处理下小麦群体结构合理,干物质积累量较高,产量和施肥效益增加显著,是江汉平原地区兼顾产量与施肥效益的最佳模式。     

基于属性分离存储的种质数据组织方法

传统的作物种质数据组织方法,针对不同作物种类建立不同数据表,这种方法已不能有效适应种质数据综合分析的需要.本文提出了一种基于属性分离存储的种质数据组织方法,根据种质的每个属性分别建立数据表,各属性间没有从属关系.该方法可统一数据查询操作,优化查询过程,提高分析效率,具有灵活、可扩展的特点,可以方便地集成与种质分析相关的数据,适用于种质资源分布式数据库和相关信息系统的建立.     

不同草田轮作方式对土壤微生物和土壤酶活性的影响

10 a生苜蓿翻耕后,与马铃薯、玉米、高粱、谷子和荞麦进行草田轮作,对各轮作方式的土壤微生物数量和土壤酶活性进行测定和分析。结果表明：6-10月,土壤微生物总量呈先增加后减少的变化规律,细菌与放线菌数量呈先增加后减少的变化规律,真菌则呈增加的变化规律;同一时期不同草田轮作方式土壤微生物数量差异显著（P<0.05）,作物轮作方式的土壤微生物数量高于作物连作方式。土壤脲酶活性随着时间变化呈现先增加后降低的趋势,碱性磷酸酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性则呈现增加的趋势,玉米、高粱参与轮作方式的土壤酶活性高于作物连作方式及谷子、马铃薯参与轮作的方式。脲酶活性与微生物数量呈正相关（r=0.386）;草田轮作能提高土壤微生物数量和土壤酶活性。     

黄土高原苜蓿-粮食作物轮作下土壤细菌群落特征和生态功能预测

为揭示多年种植苜蓿后轮作不同作物对黄绵土细菌群落的影响,本研究通过布设在黄土高原雨养农业区的长期定位试验,采用16S rRNA基因高通量测序技术和PICRUSt方法探究苜蓿(LC)、苜蓿-休闲-小麦(L_FW)、苜蓿-休闲-玉米(L_FC)、苜蓿-马铃薯(LP)与苜蓿-谷子(LM)对土壤细菌群落结构和多样性的影响,并利用PICRUSt法预测了其生态功能。结果表明: 半干旱区黄绵土细菌优势门为放线菌门(20.3%～32.0%)、变形菌门(19.2%～23.0%)、酸杆菌门(12.4%～14.2%)和绿弯菌门(11.0%～12.7%),其中苜蓿翻耕轮作玉米土壤优势细菌属为芽孢杆菌属(1.9%),其余处理土壤细菌优势属均为假节杆菌属(2.5%)。多年生苜蓿翻耕轮作不同粮食作物后显著降低了放线菌门相对丰度,但显著提高了绿弯菌门和厚壁菌门的相对丰度。冗余分析表明,影响苜蓿及轮作作物土壤细菌群落结构的主要环境因子是硝态氮、铵态氮和全氮。PICRUSt功能预测结果表明,新陈代谢(78.6%～79.1%)为黄绵土细菌群落的主要功能,苜蓿翻耕轮作作物显著降低了土壤细菌碳水化合物代谢功能基因丰度,但明显提高了土壤细菌辅助因子和维生素代谢、神经退行性疾病、免疫系统等功能基因丰度。综上,多年生苜蓿翻耕轮作一年生作物改变了土壤细菌群落结构和生态功能,该结果可为黄绵土细菌群落演替特征的探索和苜蓿适宜后茬作物的确定提供理论参考。     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系土壤硝态氮的适宜含量

采用冬小麦季不同施氮处理(夏玉米季不施氮)研究了华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系夏玉米季土壤硝态氮的适宜含量.结果表明:在播前土壤无机氮含量较高的条件下,冬小麦季施用150kgN.hm-2即可满足冬小麦/夏玉米两季作物的氮素需求;各氮肥处理在冬小麦季的氮肥施用当季的利用率仅为11%～23%,在夏玉米季氮肥残效利用率则高达30%～52%.当夏玉米播前0～90cm土层硝态氮含量达到82kg.hm-2时,无需施氮即可保证夏玉米十叶期的生长,达到151kg.hm-2时,无需施氮即可保证整个生育期的生长.夏玉米十叶期和收获后0～90cm土层硝态氮含量低于46和65kg.hm-2时,则影响作物正常生长.综合考虑产量和环境效应,冬小麦/夏玉米轮作体系中0～90cm土层硝态氮含量应控制在65～151kg.hm-2之间.     

稻田轮作系统的生态学分析

针对目前稻田单一化的连作耕作制度对农田环境造成的不利因素,通过5a田间定位试验,从土壤理化性状、作物产量变化、病虫害发生发展规律、能流及养分平衡状况等角度对稻田连作耕作制度和轮作系统进行生态学分析.结果表明,与连作耕作制度相比较,在试验设计范围内,稻田轮作系统明显改善了土壤的理化性状,使得土壤随着耕种年限增加,容重下降,而孔隙度增加,固相比率下降,气相比率上升,气液比值增大,土壤通透性大大增强,有效阻止土壤次生潜育化和土壤酸化,提高土壤pH值.轮作系统不但提高了作物产量,而且总初级生产力、光能利用率、辅助能利用率分别比连作系统高17.47%、9.87%和5.0%.N、P、K的养分利用率也同样明显高于连作系统.提出了合理轮作的优化模式和复种模式.     

华北平原冬小麦和夏玉米气候适宜性

作物气候适宜度研究有利于应对气候变化对作物生产的影响,合理开发利用农业气候资源,保障粮食生产安全。本研究运用气候适宜度理论构建作物气候适宜度模型,利用华北平原多站点气象和物候观测数据计算1981—2017年典型作物冬小麦和夏玉米不同生育期气候适宜度,并分析其时空变化特征。结果表明:华北平原冬小麦全生育期光照、温度、降水和综合气候适宜度分别为0.69、0.63、0.50和0.58,生育期内降水资源不足是华北平原冬小麦生长的限制因子,而夏玉米生育期内光照、温度、降水和综合气候适宜度均高于0.60;冬小麦全生育期温度、降水和综合气候适宜度变化趋势不明显,光照适宜度以0.020(10 a~(-1))趋势下降;夏玉米全生育期内仅光照适宜度下降趋势明显,温度、降水和综合气候适宜度变化趋势均不显著;空间上,冬小麦全生育期光照适宜度呈现出自西南向东北升高的空间分布趋势,温度适宜度大致为北低南高,降水和综合气候适宜度自北向南逐渐升高;夏玉米全生育期光照适宜度呈现出自西南向东北升高的分布趋势,温度适宜度大体上自东向西降低,降水适宜度自西北向东南升高,综合气候适宜度呈现出自西向东逐渐升高的"阶梯状"空间分布特征。     

不同施氮量对菜-稻轮作土壤硝态氮累积的影响

为了研究氮肥对菜-稻轮作的作物产量和土壤硝态氮累积的影响,开展了芥菜-结球甘蓝-早稻轮作制2年定位田间试验.结果表明: 取得最佳经济效益的施氮量为芥菜和结球甘蓝各施N 150 kg·hm^-2、早稻施N 90 kg·hm^-2,净增收比其他施氮水平提高了0.2%~75.6%.施氮量与土壤硝态氮浓度及土柱渗漏水硝态氮浓度均呈线性正相关关系,蔬菜和水稻轮作降低了土壤氮素盈余数量;最佳施氮模式下,芥菜-结球甘蓝-早稻轮作时土壤硝态氮浓度平均为29.7 mg·kg^-1,只有芥菜-结球甘蓝连作的84.4%;与基础土壤相比,菜-菜-稻轮作时的土柱渗漏水硝态氮平均浓度差异很小. 因此,菜-稻轮作结合最佳施氮模式在取得最佳经济效益的同时,显著降低了土壤硝态氮累积,是菜田氮素面源污染控制的有效方法.     

保护性耕作对陇东黄土高原轮作田杂草的影响

以陇东黄土高原旱地连续12年保护性耕作为基础,通过田间取样调查,研究了4种耕作措施下冬小麦-箭筈豌豆-玉米轮作田中杂草的组成和群落特征.结果表明： 不同作物生长期的杂草种类、密度和群落特征各异.免耕使冬小麦生长期杂草密度显著增大,轮作箭筈豌豆后免耕处理的杂草密度变小;秸秆覆盖显著降低了玉米生长期的杂草密度,玉米生长期免耕+秸秆覆盖处理的杂草密度最低.冬小麦和箭筈豌豆轮作前后杂草的群落多样性特征完全相反,从冬小麦生长期到箭筈豌豆生长期,免耕处理杂草群落的多样性指数先高于常规耕作处理,后期低于常规耕作处理;玉米生长期免耕处理的多样性指数均大于其他3种处理.因此,免耕和秸秆覆盖在一些作物生长期能抑制杂草的发生和分布,3种作物轮作对杂草防治具有明显作用.     

一次性施肥技术对水稻-油菜轮作系统氮素淋失特征及经济效益的影响

一次性施肥技术是指在作物根际附近只进行一次基施肥的新技术,具有简化施肥管理、降低劳动成本等优点,但其对环境的影响如氮素淋失等仍需进一步分析.本研究以长江中下游地区典型的水稻-油菜轮作模式为例,设置了空白对照(CK)、农民习惯施肥(FP)、优化施肥(OPT)、一次性基施尿素(UA)、一次性基施控释肥(CRF)5个处理,采用地下淋溶原位监测的方法,获取了不同处理下水稻-油菜轮作系统土壤90 cm深度处氮素(N)淋失特征,评估了一次性施肥技术对氮素淋失的影响,并综合分析了其经济效应.结果表明: 油菜季和水稻季土壤渗漏液中氮素的主要形态不同,油菜季渗漏液中以NO₃^--N为主,水稻季渗漏水中NO₃^--N和NH₄⁺-N各占约50%.从整个轮作周期看,氮素淋失主要发生在水稻季,与FP、OPT和UA相比,CRF氮淋失总量分别显著减少33.7%、20.8%和20.7%;但各施肥处理对油菜季氮素淋失影响不显著.在相同施氮量的条件下,与OPT相比,UA不仅保证油菜和水稻均稳产,而且使油菜季氮肥农学效率显著提高了15.1%,但是没能提高水稻季氮肥农学效率;CRF水稻产量和氮肥农学效率均差异不显著,但油菜产量和氮肥农学效率分别显著提高10.7%和18.9%.经济效益上,与OPT相比,UA和CRF处理油菜分别增收3660和3048 元·hm^-2,水稻分别增收3162和2220元·hm^-2.因此,对于长江中下游典型种植系统而言,综合考虑对氮素淋失、作物产量和经济效益的影响,一次性基施控释肥技术能在保证作物稳产或增产、提高农民经济效益的同时显著降低氮淋失量,是未来水稻-油菜轮作系统值得推荐的一种生产技术.