氮和土著AMF对黄瓜间作土壤酶活性及氮利用的影响

设施土壤氮（N）肥的大量不合理施用和高残留是导致作物硝态N含量超标和农业面源污染的主要因素之一。研究土著丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）与间作体系强化蔬菜对不同形态N的利用并结合土壤酶活性的反馈作用,可为设施土壤N素的高效利用和降低土壤N残留提供依据。本研究采用盆栽试验,设置黄瓜单作和黄瓜//大豆间作种植模式,不同AMF处理[不接种（NM）、接种土著AMF]和不同形态N处理[不施N（N0）、有机N（谷氨酰胺120mg/kg,ON120）、无机N（碳酸氢铵120mg/kg,ION120）],探讨了设施条件下施用不同形态N、接种土著AMF与间作大豆对黄瓜根围土壤酶活性及氮利用的影响。结果表明,与NM相比,接种土著AMF使设施黄瓜地上部、根系生物量及植株N吸收量均有不同程度的增加,根围土壤NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N含量呈现降低趋势。同一N处理-土著AMF条件下,间作大豆处理下的黄瓜根系菌根侵染率显著高于单作处理;间作大豆也使黄瓜植株地上部、根系生物量及N吸收量显著增加,同时显著降低了根围土壤铵态N含量。此外,间作-土著AMF条件下,ON120和ION120处理的黄瓜根围土壤脲酶活性较N0处理分别提高了30%和14%,蛋白酶和硝酸还原酶活性也呈现出相同趋势。可见,所有复合处理中,以间作体系接种土著AMF与施用适量有机N的组合明显促进了设施黄瓜生长和N素利用率。     

接种AMF与间作对红壤上玉米和大豆种间氮素竞争的影响

盆栽条件下对间作、尼龙网分隔和单作的玉米和大豆接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungus,AMF)Funneliformis mosseae(FM)和Funneliformis etunicatum(FE),以试验AMF和种植方式对玉米和大豆作物种间氮素竞争的影响。结果表明,接种FM和FE的玉米和大豆植株无论何种种植方式均有一定比例的侵染,侵染率为37%–56%。不管AMF接种与否,玉米的生物量大小依次为间作>尼龙网分隔>单作,大豆生物量大小依次为单作>尼龙网分隔>间作,说明间作促进了玉米的生长,却抑制了大豆的生长。无论何种种植方式,AMF处理均不同程度提高了玉米和大豆植株的氮含量和吸收量,降低了玉米和大豆根际土壤碱解氮的含量。在同一AMF处理3种种植方式内,间作种植对玉米植株氮含量和吸收量的促进作用最为明显,而单作对大豆植株氮含量和吸收量的促进作用最为明显。所有处理中,玉米对营养的竞争力和对氮的竞争比率均优于大豆,无论何种AMF处理,间作处理下的玉米相对于大豆的营养竞争能力均优于尼龙网分隔处理,无论何种种植方式,AMF处理下的玉米相对大豆对氮的竞争比率高于NM处理,可见,玉米始终处于竞争优势地位,而大豆则始终处于劣势。接种AMF均显著地促进了玉米和大豆的生长,并显著提高了玉米相对于大豆的竞争能力,在FM接种及间作模式下,玉米和大豆对土壤碱解氮的吸收利用较多,但玉米相对大豆对营养的竞争力和氮竞争比率最高,表明AMF影响了寄主植物的种间竞争力,并且在AMF和间作协同作用下的影响最为明显。     

丛枝菌根真菌对豆科作物生长和生物固氮及磷素吸收的影响

本研究以大豆为材料,采用盆栽和田间试验,探讨丛枝菌根真菌(AMF)对豆科作物生长的影响。盆栽试验设置了接种(+AMF)和不接种(-AMF)丛枝菌根真菌处理,田间试验设置了AMF菌丝非限制与限制处理。盆栽试验结果表明: 接种AMF显著提高了大豆地上部生物量(16.5%)和大豆根瘤数(131.4%),地上部磷含量、磷吸收量、氮含量和氮吸收量也显著增加。田间试验中,AMF菌丝非限制处理下大豆的地上部生物量、根系生物量、根瘤数量分别比限制处理下显著提高了123.6%、61.5%和212.5%,地上部和根系磷吸收量、氮含量、氮吸收量均显著高于限制处理,大豆根际土壤速效氮和有效磷含量也均显著高于限制处理。本研究可为进一步认识豆科作物与AMF的共生关系及田间磷肥高效利用提供理论参考。     

减量施氮对玉米-大豆套作体系中作物产量及养分吸收利用的影响

通过田间试验研究了种植方式(玉米单作、大豆单作、玉米-大豆套作)和施氮水平(0、180、240 N kg·hm-2)对玉米和大豆产量、养分吸收及氮肥利用的影响.结果表明:与单作相比,玉米-大豆套作体系中玉米籽粒产量、地上部植株N、P、K吸收量及收获指数略有降低,而大豆籽粒产量、地上部植株N、P、K吸收量及收获指数显著提高.玉米-大豆套作系统的套作优势随施氮量的增加而降低,与当地农民常规施氮量(240 kg·hm-2)相比,减量施氮(180kg·hm-2)处理下玉米和大豆产量、经济系数,以及N、P、K吸收量和收获指数、氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率显著提高,土壤氮贡献率降低;与不施氮相比,减量施氮降低了玉米带土壤的全N、全P含量,提高了大豆带土壤的全N、全P、全K含量和玉米带土壤的全K含量.减量施氮水平下,玉米-大豆套作系统的周年籽粒总产量、地上部植株N、P、K总吸收量均高于玉米和大豆单作,土地当量比(LER)达2.28;玉米-大豆套作系统的氮肥吸收利用率比玉米单作高20.2%,比大豆单作低30.5%,土壤氮贡献率比玉米和大豆单作分别低20.0%和8.8%.玉米-大豆套作减量一体化施肥有利于提高系统周年作物产量和氮肥利用率.     

甘蔗//大豆间作和减量施氮对甘蔗产量、 植株及土壤氮素的影响

通过田间试验探讨了甘蔗//大豆1 ∶ 1、1 ∶ 2间作模式和施氮(300 kg/hm²,525 kg/hm²)水平对甘蔗鲜重产量、甘蔗单株氮含量、土壤硝态氮、铵态氮以及微生物量氮的影响。结果表明:减量施氮(300 kg/hm²)水平下,间作甘蔗鲜重产量较单作显著下降,但间作的土地当量比均大于1,且大豆产量为1.52和3.25 t/hm²。不同施氮水平对甘蔗鲜重无显著影响,施氮水平和种植模式对甘蔗单株氮吸收量、甘蔗收获后土壤硝态氮和微生物量氮均无显著影响。土壤氮素随甘蔗大豆的不同生长时期而变化,在甘蔗分蘖末期(大豆收获期)达到最低值,此时期减量施氮水平下甘蔗//大豆间作模式(1 ∶ 1)土壤硝态氮显著高于单作。综合以上结果,从提高土地利用率和保护农业生态环境考虑,甘蔗//大豆间作模式下减量施氮具有一定的可行性。     

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.     

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。     

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。     

减量施氮对玉米-大豆套作体系土壤氮素残留和氮肥损失的影响

通过田间试验,研究了玉米单作、大豆单作、玉米-豆套作3种种植模式和不施氮、减量施氮(180 kg N·hm^-2)、常量施氮(240 kg N·hm^-2)3种施氮水平对玉米和大豆植株氮素吸收、土壤氮素残留和氮肥损失的影响.结果表明: 玉米-豆套作体系下,施氮提高了玉米土壤中残留的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量,但在大豆土壤中则降低.与单作相比,玉米套作的土壤氮素残留量增加,氮肥损失量降低,大豆套作的土壤氮素残留量和氮肥损失量均降低.减量施氮处理下,玉米-豆套作系统的氮肥残留率、损失率和氨挥发损失率分别比玉米单作低17.7%、21.5%和0.4%,比大豆单作高2.0%、19.8%和0.1%.与常量施氮相比,减量施氮降低了玉米-豆套作系统的氮肥残留量、残留率、损失量和损失率,同时还降低了由氨挥发所引起的氮肥损失,其中氮肥残留率、损失率和氨挥发损失率分别降低12.0%、15.4%和1.2%.     

不同夏季填闲作物种植对设施菜地土壤无机氮残留和淋洗的影响

通过模拟土柱试验方法,研究了设施蔬菜中4种夏季填闲作物种植对土壤无机氮残留和淋洗的影响,并分析了各填闲作物根系参数与土壤无机氮残留及淋洗的相关性,以期揭示填闲作物减少无机氮淋洗的作用机理,并获得设施蔬菜生产体系适宜种植的填闲作物种类及其筛选指标。结果表明,糯玉米和燕麦的地上生物量、根干重、根长密度显著高于豌豆和苋菜,糯玉米、燕麦和豌豆的氮素吸收量高于苋菜。收获时,各填闲作物的种植比土地休闲可以显著的降低土壤(0-60 cm)的无机氮含量;其中燕麦和苋菜对土壤无机氮降低最多,其次为豌豆,再次为糯玉米。四种填闲作物的种植均显著降低了设施菜地的无机氮淋洗量。与休闲处理相比,糯玉米、燕麦、豌豆和苋菜的种植将体系的氮素淋洗量分别降低了100%、96%、82%和58%。相关分析表明,比根长的增加有利于植株地上部氮素吸收量的积累。各土层填闲作物根系参数与土壤无机氮残留和淋洗相关性分析没有明显规律,表明了氮素淋洗可能受地上部和根系生长协同作用的影响,静态的根系参数测定较难反映根系生长与氮素淋洗的关系。总结认为,设施蔬菜生产体系中糯玉米和燕麦比豌豆和苋菜更适合作为夏季填闲作物。     

模拟氮沉降对杂草生长和氮吸收的影响

以杂草早熟禾、黑麦草、野燕麦、天蓝苜蓿、白车轴草、北美车前、婆婆纳、无芒稗、牛筋草和刺苋为试验材料,以4.0g·m^-2·yr^-1的N输入为模拟氮沉降浓度,研究了不同杂草功能类群对模拟氮沉降的响应.结果表明,模拟氮沉降处理下,杂草的生物量(总生物量、地上部分生物量、根生物量)呈增加趋势,但不同功能类群对氮增加的响应明显不同,C₄禾本科、C₃豆科及C₃禾本科植物的生物量受到氮沉降的显著促进,但C₃非禾本科和C₄非禾本科植物的生物量则受氮沉降的影响不显著;不同功能类群的根冠比、植株含氮及植株吸收氮的总量对模拟氮沉降的响应无明显规律,但物种间差异显著.氮沉降提高野燕麦和北美车前的生物量的根冠比,但对其他生物种类没有显著影响.没有发现氮沉降对植物体内的含氮量有显著的影响,但氮沉降却显著地提高了除刺苋、早熟禾及婆婆纳之外的所有杂草物种对N的摄收.由于物种对氮沉降的响应不同,未来氮沉降的增加将加速杂草群落组成的变化.     

Changing nitrogen source on the yield and nitrogen content of soybeans

Summary Soybean plants were grown in nutrient culture solutions containing 150 ppm of N either as an equal concentration of NH₄ ⁺ or NO₃ ^–, or all NO₃ ^–. At the R2 stage of growth for some plants, the N form was changed to either all NO₃ ^– or all NH₄ ⁺, but at the same total N concentration as before. Highest seed yield was obtained with all NO₃ ^– over the entire growth period, the poorest when the N form was switched from an equal ratio of NH₄ ⁺ and NO₃ ^– to all NH₄ ⁺ at the R2 stage. Kjeldahl N concentrations in the plant leaves and seed were highest when NH₄ ⁺ was part or all of the N source in the nutrient solution. These results may partially explain why the literature is inconsistent on the effect of added fertilizer N on soybean seed yield, and may pose a problem in using leaf Kjeldahl N concentration to determine plant N sufficiency.     

供氮水平对爬山虎幼苗生长形态和氮分配的影响

通过水培试验,研究了不同氮素水平(0、0.15、0.3、0.45、0.6和0.75g.L-1)条件下爬山虎幼苗的生长形态和体内氮分配状况.结果表明:低氮处理的爬山虎侧枝发育较小,而较高氮处理的侧枝着生位置低,且长度显著高于低氮处理;供氮水平的提高能促进植株的生物量及茎、叶、根氮含量和氮累积量的增加,其中叶生物量占全株生物量的比例最高,在50%以上;叶的氮累积量占整个植株总氮量的60%～70%.     

嫁接与施氮对甜瓜产量和氮素吸收、利用的影响

通过裂区设计田间试验,主区为2种栽培方式(嫁接栽培和自根栽培),副区为4个施氮水平(0、120、240、360 kg N·hm^-2),研究了栽培方式和施氮量对甜瓜产量和品质、氮素运移和分配,以及氮素利用率的影响.结果表明: 嫁接栽培的甜瓜商品瓜产量较自根甜瓜提高了7.3%,可溶性固形物含量降低了0.16%～3.28%;生长前期嫁接栽培甜瓜氮素累积量较自根栽培低,结果后嫁接栽培氮素累积量显著升高,收获时植株氮素累积量较自根栽培增加了5.2%,果实中的氮素累积量提高了10.3%;嫁接栽培植株氮素向果实的转移量较自根栽培提高了20.9%,嫁接栽培果实中的氮素分配率在80%以上,自根栽培的分配率在80%以下;在同一施氮水平下,嫁接栽培的甜瓜氮素吸收利用率较自根栽培提高了1.3%～4.2%,氮素农学效率提高了2.73～5.56 kg·kg^-1,氮素生理利用率提高了7.39～16.18 kg·kg^-1;从商品瓜产量、氮素吸收量和氮素利用率综合考虑,施氮量240 kg·hm^-2为本区域嫁接甜瓜较适宜的氮素用量.     

Soil nitrogen availability evaluations based on nitrogen mineralization potentials of soils and uptake of labeled and unlabeled nitrogen by plants

Summary Sudangrass [Sorghum sudanense (Piper) Stapf] was grown in a greenhouse pot experiment on 39 soils having a broad range of chemical and physical characteristics. Labelled N as sodium nitrate (9% excess N¹⁵) was applied at rates of 200 and 400 mg of N per pot (2kg of soil). After 6 weeks of growth, total N and N¹⁵ were determined on plant tops and roots and on the cropped soils. Maximum yield differed widely among the soils owing to variations in yield-limiting factors other than N. Despite the diversity of responses to N fertilizer, the experiment provided a meaningful basis for assessing soil nitrogen availability. Amounts of N taken up from soils were similar from pots receiving no fertilizer N and from pots receiving labeled N.Amounts of soil organic N mineralized during cropping plus the mineral N present initially in the soils correlated highly with amounts of soil N taken up by whole plants (tops and roots). Average recovery by whole plants of mineral N formed before and during the cropping period was about 85 per cent, a value corresponding closely to recovery of fertilizer N in this experiment. The similarity in recovery of N provided by soil and fertilizer suggests that mineral N from these sources comprised a common pool that behaved as an entity with respect to mineralization-immobilization relations or other reactions affecting N availability to plants.A-values, the amounts of soil N having an availability equivalent to that of applied fertilizer N, were similar for two levels of applied labeled N and for tops and whole plants. Moreover, A-values were similar to amounts of N mineralized before and during crop growth. This result is particularly significant, since amounts of N mineralized during crop growth were estimated from N mineralization potentials, taking into account the effects of temperature on the mineralization rate constant. Thus, the study provides preliminary evidence that the soil N mineralization potential offers a basis for reliably estimating amounts of soil N mineralized during selected periods of time under specified temperature regimes.     

氮形态对不同小麦基因型氮素吸收和光合作用的影响

利用水培试验,研究了3个小麦基因型对不同形态N素吸收和积累的差异.结果表明,在不同N浓度下,小麦对增铵营养和NH⁺的吸收速率显著高于NO₃^-营养,且在较高浓度下,增铵营养处理具有更强的吸收优势.与次敏感型莱州953和钝感型江东门相比,敏感型扬麦158不仅具有较强的NO₃^-和NH⁺吸收能力,而且具有最强的增铵营养吸收能力.增铵营养促进了扬麦158和莱州953对NO₃^-和NH⁺的吸收,但在一定程度上抑制了江东门对NO₃^-的吸收.与NO₃^-营养及NH⁺营养相比,增铵营养显著提高了扬麦158和莱州953的全株、地上部N积累量和叶片光合速率,而对江东门影响较小因此,增铵营养促进了植株的N吸收,提高了N积累和光合速率,从而促进了小麦生长     

氮锌硒肥配合施用对白三叶的固氮作用与氮转移的影响

在湖北省宜昌县百里荒草场山地黄棕壤上配合施用氮锌硒肥,研究其对混播白三叶,混播黑麦草及单播黑麦草的干重及混播白三叶的固氮作用和氮转移的影响,试验结果表明：（1）氮锌硒肥配合施用,混播黑麦草的干重均高于相应处理的单播黑麦草,混播牧草和单播黑麦草重最高的处理都是N46Zn0Se5,其干重辚25．38 g／盆和19．93g/盆。（2）施氮对混播白三叶,混播黑麦草及单播黑麦草的生长有明显的促进作用,施锌,硒对混播白三叶,混播黑麦草及单播黑麦草的生长作用不明显。（3）混播白三叶氮素的主要来源是固氮作用,占全氮产量的57．6000％－77．258％。（4）混播白三叶固定氮的转移量只占混播黑麦草的全氮产量的0．316％－12．251％,通过正交方差分析发现,适量氮肥（N30mg/kg)促进固定氮的转移,高量氮肥（N46mg/kg)抑制固定氮的转移。     

水分亏缺和施氮对冬小麦生长及氮素吸收的影响

利用管栽试验研究了不同生育期,水分亏缺和施氮对冬小麦生长及氮素吸收的影响.结果表明：任何生育期水分亏缺都会影响冬小麦的株高、叶面积、干物质累积及对氮素的吸收.冬小麦对水分亏缺的敏感期为拔节期,其次为开花期、灌浆期和苗期.苗期干旱后复水对后期生长有显著的补偿效应,开花期适度干旱后复水对生物量形成和氮素吸收有一定的补偿作用,拔节期干旱对小麦的生长影响明显.相同氮肥处理下, 与不亏水处理比较, 苗期水分亏缺、拔节期水分亏缺、开花期水分亏缺、灌浆期水分亏缺的根系氮素积累量分别平均降低25.82%、55.68%、46.14%和16.34%,地上部氮素积累量分别平均降低33.37%、51.71%、27.01%和2.60%.在相同水分处理下冬小麦含氮量、累积吸收氮量都表现为高氮处理（0.3 g N·kg^-1FM）>中氮处理（0.2 g N·kg^-1FM）>低氮处理（0.1 g N·kg^-1FM）.水分逆境条件下施用氮肥对冬小麦植株生长和干物质累积及氮吸收具有明显的调节效应.     

红松混交林凋落物氮储量及分解释放对土壤氮的影响

2012年5—10月,采用直接收获法,研究了小兴安岭地区云冷杉红松混交林和枫桦红松混交林两种林型凋落物的未分解层(L层)、半分解层(F层)和腐殖质层(H层)以及土壤表层(S层)氮储量及凋落物分解释放对土壤氮影响。结果表明:研究期间两种林型凋落物现存量变化范围分别为19.43~27.25和21.25~24.28 t·hm-2,氮储量变化范围分别为287.21~418.22和274.81~351.21 kg·hm-2,各层氮含量大小次序均为LFHS;云冷杉红松混交林各层凋落物现存量及其氮储存量5月和9月达到峰值,每月氮储量从L~H层均增加,凋落物分解释放氮在F和H层易富集,输入到土壤中较少;枫桦红松混交林各层凋落物现存量及其氮储量5月和10月达到峰值,每月氮储量从L~H层均减少,氮在凋落物各层中均易迁移,输入到土壤中的氮比云冷杉红松混交林多;两种林型L、F、H层凋落物现存量以及H层氮含量与S层氮含量之间,L和F层凋落物现存量与H层氮含量之间均呈显著正相关。