甘蔗—大豆间作对大豆鲜荚产量和农艺性状的影响

为探讨甘蔗-大豆间作模式对大豆鲜荚产量和农艺性状的影响,于2009—2011年连续3年在广州市华南农业大学农场进行大田试验,试验设置2种施氮水平(常规施氮(525kg·hm-2)和减量施氮(300kg·hm-2))和3种种植模式(甘蔗-大豆(1∶1)、甘蔗-大豆(1∶2)、单作大豆)。结果表明:甘蔗-大豆间作(1∶2)模式下,2009年减量施氮水平的大豆鲜荚产量较常规施氮水平提高了33%,2010和2011年不同施氮水平间均无显著差异;甘蔗-大豆间作模式对大豆的单株鲜荚重、多粒荚数和百粒鲜重无显著影响;大豆单株鲜荚重与多粒荚数在不同种植模式下均呈显著相关(P<0.05),在常规施氮间作模式下与大豆单株荚数呈显著相关(P<0.05)。甘蔗-大豆间作没有降低大豆的单株鲜荚产量,也没有对大豆的农艺性状产生负面影响,从增产增收、提高土地生产力来考虑,减量施氮模式下甘蔗-大豆间作具有一定的可行性。     

减量施氮与大豆间作对蔗田氮平衡的影响

通过2010—2013年的大田试验,探讨了2个施氮水平(300和525 kg·hm-2)和3种种植模式(甘蔗、大豆单作及甘蔗-大豆1∶2间作)对蔗田大豆固氮、甘蔗和大豆氮素累积及氨挥发和氮淋溶的影响.结果表明:与大豆单作相比,甘蔗-大豆间作的大豆固氮效率下降,但不同施氮水平间作模式之间无显著差异.不同施氮水平和种植模式对甘蔗、大豆氮素累积无显著影响.减量施氮水平下氨挥发量低于常规施氮处理,不同施氮水平和种植模式对氮淋溶量无显著影响.除2011年甘蔗单作减量施氮水平下出现蔗田氮素亏缺(-66.22 kg·hm-2)外,其余不同年份不同种植模式下氮素都处于盈余状态(73.10~400.03 kg·hm-2),施氮水平显著影响了蔗田的氮素盈亏,且常规施氮水平下氮素盈余量显著高于减量施氮处理,过高的氮素盈余增加了氮素污染农田环境的风险.从培肥地力、降低氮素污染环境的风险和节约生产成本等方面考虑,减量施氮水平下甘蔗-大豆间作模式具有一定的生态合理性.     

甘蔗/大豆间作减量施氮对甘蔗产量、品质及经济效益的影响

在大田栽培条件下,研究了减量施氮对广州地区不同甘蔗/大豆间作模式下甘蔗产量、品质、生物量动态变化及甘蔗群体经济效益的影响.结果表明:氮肥和种植模式对甘蔗产量、品质均无显著影响,各处理甘蔗产量、品质均无显著差异.不同施氮水平的甘蔗/大豆间作系统较单作甘蔗提高了土地利用率,其土地当量比(LER)为1.36～2.12.各处理甘蔗总生物量的动态积累随生育期的推进均符合"S"型生长曲线,低氮水平下问作甘蔗的生物量动态积累特征参数最协调,高氮水平下,甘蔗生长高峰期提前,快速生长最大持续期缩短,甘蔗产量下降,因此,可以通过调整氮素的投入量来改善生物量的增长参数,从而获得高产.低氮处理甘蔗/大豆间作系统经济效益比高氮处理高3.2%～26.3%,说明减量施氮可有效提高群体经济效益.甘蔗/大豆1∶2间作模式的经济效益最好.     

甘蔗-甜玉米间作对甘蔗产量、品质及经济效益的影响

通过甘蔗田间定位试验研究了种植模式(甘蔗单作、甘蔗-甜玉米间作(1∶1、2∶1)和施氮水平(300、525 kg·hm-2)对甘蔗群体经济效益、甘蔗产量、生物量积累动态变化及品质的影响。结果表明:低氮水平(300 kg·hm-2)下,甘蔗-甜玉米间作(1∶1、2∶1)的经济效益分别高于单作甘蔗52.67%和20.59%,土地当量比(LER)均大于1,且甘蔗-甜玉米1∶1间作模式的LER高于甘蔗-甜玉米2∶1间作31.50%;高氮水平(525 kg·hm-2)下,甘蔗-甜玉米1∶1间作的经济效益和土地利用率分别高于单作26.25%和36.00%,而甘蔗-甜玉米2∶1间作与甘蔗单作相比无间作优势;甘蔗-甜玉米间作中,因间作甘蔗最大生长速率(v m)减小,理论最大值(w m)、最快生长日(t m)等生物量动态累积特征参数的协调性劣于单作甘蔗,使间作甘蔗产量低于单作甘蔗9.72%~33.17%,而间作甜玉米产量比单作甜玉米高14.10%~24.43%;相比甘蔗单作,甘蔗-甜玉米间作对甘蔗品质无显著影响;甘蔗-甜玉米间作是实现甘蔗优质、高效种植的可行途径,其中甘蔗-甜玉米1∶1间作模式更为优化。     

施氮水平对高产麦田土壤硝态氮时空变化及氨挥发的影响

研究了不同施氮水平对高产麦田土壤硝态氮时空变化和氨挥发的影响.结果表明,高产麦田土壤硝态氮在播种至冬前阶段不断向深层移动,并在140cm以下土层积累.施纯氮96～168 kg·hm^-2处理,增加了60 cm以上土层土壤硝态氮含量,降低了土壤氮素表观损失量占施氮量的比例,提高了小麦籽粒蛋白质含量和籽粒产量,且土壤氨挥发损失较低,基施氮氨挥发损失占基施氮量的4.23%～5.51%;施氮量超过240 kg N·hm^-2,促进了土壤硝态氮向深层的移动和积累,基施氮氨挥发损失、土壤氮素表观损失量及其占施氮量的比例均显著升高,对小麦籽粒蛋白质含量无显著影响,但籽粒产量降低.高产麦田适宜的氮素用量为132～204 kg N·hm^-2.     

间作对马铃薯种植土壤硝化作用和硝态氮供应的影响

土壤硝态氮供应对满足作物氮素需求至关重要,但间作如何影响土壤硝态氮供应及其作用机制尚不清楚。本研究基于4个氮水平(N₀, 0 kg·hm^-2; N₁, 62.5 kg·hm^-2; N₂, 125 kg·hm^-2; N₃, 187.5 kg·hm^-2)的马铃薯单作、马铃薯与玉米间作小区试验,分析土壤硝态氮含量与强度、硝化势和氨氧化功能基因丰度的差异,探讨间作影响土壤硝态氮供应和氮调控的机理。结果表明: 土壤硝态氮含量和强度随施氮量增加而升高,但同一施氮水平下间作均低于单作。施氮提高了土壤硝化势,且单作的响应高于间作。土壤中氨氧化细菌(AOB)的amoA基因丰度大于氨氧化古菌(AOA),二者在间作时均随施氮量增加呈现先增加后降低的趋势;相同施氮量下,间作的AOA和AOB基因丰度(除N₂外)均低于单作。相关分析、回归分析和主成分分析显示,马铃薯间作后,土壤AOB、AOA的amoA基因丰度下降,硝化势减弱,导致土壤硝态氮含量和强度降低。因此,间作导致土壤硝态氮供应降低与土壤氮转化的微生物过程有关,间作条件下的马铃薯种植应注意保障土壤氮素供应。     

玉米-大豆间作和施氮对玉米产量及农艺性状的影响

为研究玉米-大豆间作模式和施氮水平对玉米产量、主要农艺性状及生长动态的影响,进行2个种植模式(玉米单作和玉米-大豆间作)和2个施氮水平(0 kg/hm2,150 kg/hm2)的双因素随机区组试验,以期揭示施氮和间作对玉米产量的影响规律,为提高玉米-大豆间作系统产量提供一定的理论依据。研究结果表明:(1)与不施氮相比,施氮显著增加了春秋两季间作玉米产量,分别达到23.81%和40.99%。施氮处理下的间作玉米地上部生物量较不施氮提高了29.91%,单作模式下显著提高了40.34%,两者差异均达到显著水平。(2)与不施氮相比,施氮150 kg/hm2条件下春玉米单作和间作模式百粒重分别提高了18.92%和19.23%,秋玉米单作和间作模式百粒重分别提高了31.03%和32.75%,差异均达到显著水平。与不施氮相比,施氮150 kg/hm2条件下,单作和间作模式均显著提高秋玉米穗长。与不施氮相比,施氮150 kg/hm2条件下,单作秋玉米的穗粗提高了18.67%,差异显著。(3)施氮和间作均能促进玉米干物质累积、提高株高和叶绿素(SPAD值),且表现为施氮效果高于间作效果。总体来看,种植模式和施氮水平对玉米产量、主要农艺性状和生长动态均有一定影响,且施氮效果优于间作效果。由于土壤具有一定的供氮能力,而间作豆科能为玉米供给一定量的氮素,故对于春玉米而言,施氮效果仅在百粒重中表现,随着土壤原有氮素被玉米吸收利用减少后,供氮能力下降,在秋玉米中施氮效果显著提高。     

施氮量及底追比例对小麦产量、土壤硝态氮含量和氮平衡的影响

研究了高产麦田中施氮量和底追比例对冬小麦籽粒产量、土壤硝态氮含量和氮素平衡的影响。田间试验在山东省龙口市中村进行,试验区小麦各生育阶段的降雨量和零度以上的积温分别为：82.9mm, 649.8℃ (播种～冬前)、33.3mm, 578.7℃(冬前～拔节)、28mm, 359℃(拔节～开花)、84.3mm, 837.6℃(开花～成熟)。试验设3个施氮量：0kg•hm^－2(CK)、168kg•hm^－2(A)、240kg•hm^－2(B);在施氮量168kg•hm^－2和240kg•hm^－2条件下分别设3个底追比例：1/2∶1/2(A1和B1)、1/3∶2/3(A2和B2)、0∶1(A3和B3)。结果表明：不同施氮处理之间植株氮积累量无显著差异;与不施氮处理相比,施氮可显著提高籽粒产量和蛋白质含量,施氮量为168kg•hm^－2、底追比例为1/3∶2/3的处理A2与处理B2、B3差异不显著,但处理A2显著提高了氮肥利用率,降低了土壤残留量和氮素表观损失量;施氮量相同,适当增加追施氮肥的比例可显著提高籽粒产量、蛋白质含量和氮肥利用率。试验还表明,在拔节期,底施氮量为84kg•hm^－2和120kg•hm^－2的处理A1、B1,在80～100cm和100～160cm土层分别出现硝态氮的累积;而底施氮量为56kg•hm^－2的处理A2,在0～200cm土层硝态氮含量和累积量与不施氮处理无显著差异。在成熟期,追施氮量大于160kg•hm^－2的处理B3、A3和B2,硝态氮在120～180cm土层出现累积高峰,已下移到小麦根系可吸收范围之外,易于造成淋溶损失;而追氮量为112kg•hm^－2的处理A2,在100～200cm土层硝态氮累积量与对照无显著差异。试验中,施氮量为168kg•hm^－2底追比例为1/3∶2/3的处理A2的籽粒产量、蛋白质含量、地上部植株氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率和籽粒氮肥吸收利用率均较高,100～200cm土层未出现硝态氮的明显累积,氮素表观损失量最少,为最佳氮肥运筹方式。     

氮肥施用对冬小麦产量、品质和氮素表观损失的影响研究

通过田间小区试验,对施用氮肥造成的冬小麦产量、品质和环境效应进行了研究.结果表明,4个试验点最高产量施N量分别为0、0、79和118 kg·hm^-2,最高籽粒粗蛋白质含量施N量分别为122、100、127和174 kg·hm^-2,小麦收获后0～90 cm土壤剖面硝态氮残留量随施N量的增加呈极显著线性增加,而N表观损失则呈指数增加.在最高产量施N量条件下,小麦收获后0～90 cm土层硝态氮残留保持86～115 kg·hm-2,N表观损失为2～32 kg·hm^-2,低于最高籽粒粗蛋白含量施N量时的土壤剖面硝态氮残留量(106～168 kg·hm^-2)和N表观损失量(14～56 kg·hm^-2).综合考虑冬小麦产量、品质和环境安全,最高产量施N和氮肥施用的环境效应可以通过优化施N进行协调.     

限水灌溉冬小麦冠层氮分布与转运特征及其对供氮的响应

以高产冬小麦品种周麦18为材料,在大田春灌1水条件下,设置不同供氮水平和氮肥运筹处理试验,研究并探讨了在华北地区限水灌溉条件下氮肥施用对冬小麦冠层叶片氮素时空分布与转运及氮肥利用的影响。结果表明,冬小麦适量施氮可显著增产,2008-2009年以施氮量180 kg/hm²时(N21)产量最高,为8749 kg/hm²;2009-2010年以施氮量270 kg/hm²时(N32)产量最高,但施氮量210 kg/hm²(N22)处理与N32处理产量无显著差异,分别为8340 kg/hm²和8558 kg/hm²。氮肥利用效率和氮肥偏生产力均随施氮量增加而降低;氮肥利用率与氮肥农学效率均随施氮量的增加呈先升后降的趋势,分别在N21和N22处理时最高。冠层叶片氮素含量和积累量随叶层层次自上而下降低而下降,垂直梯度分明,各时期冠层叶片氮素垂直梯度随施氮量的增加总体呈先增大后减小的趋势。冠层叶片氮素转运量、转运率和对籽粒的贡献率均呈现为:第1层>第2层>第3层>第4层。相关分析表明,冠层叶片氮素梯度与叶片氮素转运率呈显著正相关关系(R²=0.722^*),与贡献率呈极显著正相关关系(R²=0.975^**)。适量施氮(120-210 kg/hm²)增大了叶层间氮素垂直分布梯度,促进了氮素在植株内的运移分配,有利于叶片氮素向外转运,提高了叶片氮素转运量和对籽粒贡献率,保持了较高的氮素利用率。施氮过多(330 kg/hm²)减小了叶层间氮素垂直分布梯度,减弱了氮素在植株内的再利用,叶片氮素转运不畅,导致叶片氮素转运量和对籽粒贡献率下降,氮素利用率显著降低。连续两年试验结果显示,通过适量氮肥调控可以增大冠层叶片氮素垂直梯度,有利于叶片中的氮素输出,促进氮素的再分配、再利用,从而提高氮素利用率,并可获得较高的籽粒产量和蛋白质含量。     

广西甘蔗根际高效联合固氮菌的筛选及鉴定

对广西主要甘蔗产区的根际联合固氮细菌进行了收集和评价,拟筛选获得对甘蔗具有潜在促生性能的联合固氮菌,为甘蔗生产节肥减耗提供依据。结合nifH基因扩增和固氮酶活性分析方法筛选获得36个固氮细菌菌株;进一步对所获得固氮菌株的固氮能力、溶磷性、分泌植物生长素IAA的特性等促进植物生长潜能进行评价,获得了5个同时具有较强固氮能力、降解无机磷和分泌植物生长激素IAA的功能菌株;通过Biolog鉴定系统和16S rRNA序列分析对5个具有较好应用潜力的固氮菌进行分类鉴定。结果表明这5个菌株分别属于Klebsiella sp.、Bacillus megaterium、Pseudomonas sp.、Pantoea sp.和Burkholderia sp.。本研究结果表明广西甘蔗根际联合固氮菌具有较大的开发利用潜力。     

Value of cane trash in nitrogen nutrition of sugarcane

The significance of trash containing 0.3 to 0.5% N in the N nutrition of sugarcane (Saccharum hybrid sp.) was investigated in pot- and field experiments using¹⁵N-labelled trash. The data obtained from the pot study with 2 silty-clay loams (a Humic Nitosol and a Humic Acrisol) showed that surface-applied trash (10 tonnes/ha), although ground to pass a 1-mm sieve, contributed less than 10% of N removed by sugarcane. Uptake of trash N was most active during the initial 6 months of the experiment though at the end of the study period of 18 months less than 15% of trash N was altogether recovered by sugarcane. In the absence of fertilizer N in a field study on the Humic Acrisol (C/N ratio 22), unground trash (5 tonnes. ha⁻¹) depressed soil N uptake by sugarcane by immobilizing available soil N. The field study moreover confirmed that the contribution of trash N in the supply of N to sugarcane is negligible. The value of trash would reside in its capacity to increase over the long term the organic matter level in the soils.     

一株高效甘蔗内生固氮细菌GXS16的鉴定及其对甘蔗的促生长作用

[背景] 我国甘蔗生产中氮肥过量施用严重,导致生产成本居高不下,充分发挥甘蔗与内生固氮菌的联合固氮作用,减少氮肥施用量,对促进我国甘蔗产业可持续发展具有重要意义。[目的] 筛选优势甘蔗内生固氮菌,对其基本特性、联合固氮效率及促生长功能进行评价。[方法] 从甘蔗根系分离到一株内生固氮菌GXS16,利用乙炔还原法测定固氮酶活性,通过PCR扩增nifH基因确定菌株为固氮菌;通过形态观察、Biolog检测和16S rRNA基因序列分析等对菌株进行分类;通过接种盆栽甘蔗检测菌株的促生长作用,采用¹⁵N同位素稀释法检测菌株相对固氮效率。[结果] 菌株GXS16固氮酶活性为2.42μmol-C₂H₄/（h·mL）,根据菌株培养性状和菌体形态观察、Biolog检测、16S rRNA、nifH、acdS基因序列分析结果,菌株GXS16属于伯克氏菌属（Burkholderia）;菌株GXS16还具有1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶（1-Aminocyclopropane-1-Carboxylate Deaminase,ACC）活性及合成生长素吲哚乙酸（Indoleacetic Acid,IAA）、降解无机磷的功能;接种GXS16处理甘蔗植株的株高比对照增长15%以上,干重增长20%以上,¹⁵N同位素测定显示甘蔗根、茎、叶从空气中获得氮的百分比分别为7.69%、15.64%和8.72%,效率显著优于模式菌株G.diazotrophicus PAL5。[结论] Burkholderia sp.GXS16是一株高效甘蔗内生固氮菌,具有良好应用前景。     

赤红壤植蔗坡地坡面径流及溶解态氮磷流失特征

为探究南方高强度、高频次降雨下赤红壤区坡耕地土壤侵蚀及氮磷养分流失的特征,基于野外径流小区原位观测试验,通过测定自然降雨下赤红壤植蔗坡地坡面径流和溶解态氮磷流失量,探讨自然降雨下甘蔗种植对赤红壤坡面径流及溶解态氮磷流失的影响。结果表明：(1)2019年和2020年,径流量分别为1111.3 m~3/hm~2和3269.4 m~3/hm~2,硝态氮(NO~-₃-N)流失量分别为1.39 kg/hm~2和15.60 kg/hm~2,铵态氮(NH~+₄-N)流失量分别为0.37 kg/hm~2和1.02 kg/hm~2,可溶性磷流失量分别为0.20 kg/hm~2和0.27 kg/hm~2。2019年和2020年植蔗坡地径流及溶解态氮磷流失量均集中在6月份,占流失总量的45%以上,硝态氮(NO~-₃-N)是径流氮素流失的主要形式,占79%以上。此外,2019年和2020年5月至8月,侵蚀性降雨场次分别为18次和23次,侵蚀性降雨量分别为407.8 mm和668.0 mm。(2)不同侵蚀性降雨条件下,植蔗坡地溶解态氮磷流失量及其...     

内生固氮菌对甘蔗伸长期光合生理特性的影响

利用联合生物固氮是有效降低甘蔗生产成本的途径之一.在温室无氮栽培条件下,将内生固氮菌株A01分别接种到6个不同基因型甘蔗(GT24、GT9、YC84/153、GT18、CP65/357和F172)中,在甘蔗伸长期测定+1叶片的叶绿素含量(叶绿素a、叶绿素b)、光合作用参数净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔...     

Shifting abundances of communities associated with nitrogen cycling in soils promoted by sugarcane harvest systems

Sugarcane cultivation supports Brazil as one of the largest world sugar and ethanol producer. In order to understand the impact of changing sugarcane harvest from manual to mechanized harvest, we studied the effect of machinery traffic on soil and consequently soil compaction upon soil microbial communities involved in nitrogen cycling. The impact of sugarcane harvest was dependent on soil depth and texture. At deeper soil layers, mechanized harvesting increases the abundance of nitrogen fixers and denitrifying communities (specifically nosZ clade I and II) while manual harvesting increases the abundance of ammonia oxidizers (specifically AOA) and increases denitrifying communities (nosZ clade I and II) on top and at intermediate depth. The effect of change on the harvest system is more evident on sandy soil than on clay soil, where soil indicators of compaction (bulk density and penetration resistance) were negatively correlated with soil microorganisms associated with the nitrogen cycle. Our results point to connections between soil compaction and N transformations in sugarcane fields, besides naming biological variables to be used as proxies for alterations in soil structure.     

甘蔗联合固氮的研究进展及应用潜力

在农业生产中,化学氮肥的投入大幅度增加了粮食产量,然而过量或不合理的施肥措施对农业生态环境造成了严重破坏。因此,挖掘植物自身的生物学特性,寻求其他有效的氮素来源,对农业减肥增效至关重要。其中,植物与微生物之间的生物固氮作用,能为宿主提供大量的清洁氮源,在农业生产中发挥着不可替代的作用。本文以甘蔗为代表,综述了植物联合固氮的研究进展和应用潜力,包括联合固氮作用的提出、联合固氮菌的筛选、侵染机制及功能研究,并总结了联合固氮复合菌在甘蔗生产中的应用,以期为作物养分高效的品种改良及推动生物固氮作用在农业生产中的实践提供理论依据和参考。     

15N同位素稀释法评估甘蔗的生物固氮量

为评估甘蔗生物固氮量,采用15N同位素稀释法,以木薯为参比植物,进行温室桶栽试验.结果表明:甘蔗全生育期植株固氮11.3514％ Ndfa,固氮量每桶0.9269 g.甘蔗根、茎、叶的固氮百分率和固氮量大小依序为叶＞茎＞根.叶的固氮百分率(13.2668％ Ndfa)略高于植株,但两者差异不显著.甘蔗植株全氮量中来自空气氮(生物固氮)、肥料氮和土壤氮的比例分别为11.3514％、7.6857％、80.9629％.甘蔗的氮肥利用率为58.7583％.甘蔗根、茎、叶各部位均有固氮现象,生产上可以用叶代替植株来评估甘蔗的生物固氮量.     

Endophytic nitrogen fixation in sugarcane: present knowledge and future applications

In Brazil the long-term continuous cultivation of sugarcane with low N fertiliser inputs, without apparent depletion of soil-N reserves, led to the suggestion that N₂-fixing bacteria associated with the plants may be the source of agronomically significant N inputs to this crop. From the 1950s to 1970s, considerable numbers of N₂-fixing bacteria were found to be associated with the crop, but it was not until the late 1980s that evidence from N balance and ¹⁵N dilution experiments showed that some Brazilian varieties of sugarcane were able to obtain significant contributions from this source. The results of these studies renewed the efforts to search for N₂-fixing bacteria, but this time the emphasis was on those diazotrophs that infected the interior of the plants. Within a few years several species of such `endophytic diazotrophs' were discovered including Gluconacetobacter diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae, H. rubrisubalbicansand Burkholderia sp. Work has continued on these endophytes within sugarcane plants, but to date little success has been attained in elucidating which endophyte is responsible for the observed BNF and in what site, or sites, within the cane plants the N₂ fixation mainly occurs. Until such important questions are answered further developments or extension of this novel N₂-fixing system to other economically important non-legumes (e.g. cereals) will be seriously hindered. As far as application of present knowledge to maximise BNF with sugarcane is concerned, molybdenum is an essential micronutrient. An abundant water supply favours high BNF inputs, and the best medium term strategy to increase BNF would appear to be based on cultivar selection on irrigated N deficient soils fertilised with Mo.