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.     

一种高效研究大豆根瘤共生固氮的营养液栽培体系

为建立一种既可高效结瘤固氮, 又具有一定产量的大豆(Glycine max)营养液栽培系统, 设计并进行了2个试验。首先在不同供氮条件下, 研究了接种根瘤菌对大豆的结瘤状况、固氮能力、生物量及产量的影响。结果表明, 供氮过高或过低, 均影响大豆生长、产量形成及根瘤固氮; 并且植物生长所需的最适供氮水平远高于生物固氮所需的最适供氮水平。此外, 大豆生物固氮活性最高的时期在生殖期第一期(R1期)之前。由此推断, 大豆R1期前, 供应较低的氮, 有利于根瘤形成及固氮; 而从R1期起, 应提高供氮水平, 以促进植物生长及产量的形成。在此基础上开展第2个试验, 对供氮条件进行了优化处理(即R1期前低氮供应、R1期开始中氮供应)。结果表明, 与持续供应高氮相比, 优化供氮处理不仅可获得较多固氮酶活性较高的大根瘤, 还能保持较好的生长、获得更高的百粒重及维持80%左右的产量。研究结果不仅可为高效研究大豆根瘤共生固氮提供营养液配方, 还可为大豆高产高效栽培提供试验依据。     

外源供氮水平对大豆生物固氮效率的影响

采用稳定性同位素15N自然丰度(15N natural abundance)技术,以小麦为参照植物,研究了盆栽条件下,在外源供氮0、0.8、2.0、4.0 mmol·L-1水平下大豆的生物固氮百分率以及生物固氮数量对植物氮的贡献.结果显示:(1)0～2.0 mmol·L-1外源供氮可显著提高大豆的生物量和固氮百分率,且于2.0 mmol·L-1处理下地上生物量最高,达104 g·m-2,比CK增加了48%;(2)在0.8 mmol·L-1的供氮水平下大豆生物固氮量最高,为1.318 g·m-2,占大豆植株总吸氮量的70.4%,而在4.0 mmol·L-1供氮水平下生物固氮量仅占植株总吸氮量的44%;随供氮水平的升高,大豆生物固氮量占总吸氮量的比重下降,说明在高水平外源氮下,大豆生物固氮能力受到抑制;(3)大豆生物固氮百分率、固氮数量及吸氮数量与地上生物量间均呈显著正相关关系.结果表明,应用稳定性15N同位素技术可以定量大豆的生物固氮效率,根瘤菌接种配合低浓度外源氮有利于大豆生物固氮潜能的释放,对提高大豆产量、减少化肥投入有积极的指导意义.     

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。     

脲酶抑制剂氢醌对大豆结瘤、固氮和木质部溶质氮形态的影响

首次报导了在白浆土和砂壤土上使用氢醌(HQ)抑制土壤脲酶活性,有效地缓解尿素分解产物及其随后的氧化产物对大豆结瘤和固氮活性的抑制效应,结果表明:1.HQ浓度在40PPM以内对大豆幼苗生长及初生结瘤表现促进作用;进一步提高HQ浓度将使大豆根系生长受阻变态而阻止结瘤。2.HQ(10—50PPM)提高了离体活性大豆根瘤类苗体悬液的耗氧量(79.4—86.1％)和琥珀酸脱氢酶活性(124.7—138.4％)。3.盆栽和田间试验证实,由于HQ缓解了尿素的分解,从而颇大减轻了尿素对大豆结瘤和固氮(乙炔还原活性)的抑制效应;通过大豆木质部中溶质氮形态(酰胺、酰脲和硝酸盐)的分析进一步证实了,大豆植株从根部向地上部运输的氮素形态同土壤氮转化强度和根瘤固氮强度(酰脲相对丰度)之间的紧密联系。4.由于麦秸还田土壤脲酶活性提高,故应提高HQ剂量;与此同时,通过麦秸的“氮因子效应”便能完全解除尿素对大豆结瘤固氮的抑制,并为大豆籽实发育提供了丰富的土壤氮源。     

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。     

高氮抑制豆科植物结瘤固氮机制研究进展

豆科植物通过与根瘤菌共生,形成根瘤并进行生物固氮。豆科植物的结瘤固氮作用在农业上具有减肥增效、改良土壤等重大意义。然而,高氮会抑制豆科植物结瘤固氮,形成"氮阻遏"效应。着重论述了高氮抑制豆科植物结瘤的分子机制,包括氮素通过结瘤自调控AON(Autoregulation of nodulation)信号、NLP(NIN-like protein)转录因子、植物激素信号等途径抑制根瘤数目和发育的最新进展;并探讨了高氮抑制根瘤固氮活性的假说及争议,包括亚硝酸盐毒性和碳饥饿等,以期为提高豆科植物应对"氮阻遏"效应提供理论基础。     

1株高效花生根瘤菌的筛选与鉴定

从辽宁多地花生种植土壤及其鲜根瘤初步筛选到30株花生根瘤菌,进一步通过回接盆栽花生,测定花生根瘤数、根瘤干重,以及鲜根瘤固氮酶活性、植株全氮量等,筛选出1株结瘤固氮能力较强花生根瘤菌wz-6,通过16S rDNA序列分析,鉴定为圆明慢生根瘤菌(Bradyrhizobium yuanmingense)。为开发优质花生根瘤菌菌剂奠定基础。     

氮处理对大豆根瘤固氮能力及GmLbs基因表达的影响

共生根瘤的固氮效率受外界氮素的严格调控。除固氮酶活性外,豆血红蛋白(Lb)浓度亦是反应固氮能力的重要指标。为明确氮水平对生物固氮作用的影响,以大豆(Glycine max)为材料,在低氮(0.53 mmol·L–1)条件下接种根瘤菌,30天后再进行高氮(5.3、10、20、30和40 mmol·L–1)处理7天,分析L...     

豆科树种回接根瘤菌的研究

 作者对八种豆科树种的根瘤菌回接进行了研究,不回接根瘤菌的对照植株不结瘤或有少且小的根瘤,而接菌植株的根瘤数量多且个体大;接菌植株的株高、干重及总氮量分别比不接菌的对照植株高出0.7～3.2、1.3～15.8和11.3～14.8倍。根瘤固定的氮量占幼苗生长所需氮的一半以上,固定的氮绝大部分运输到植株其它部位,分配到地上部分的氮素多于根部。固氮量与幼苗生物量显著相关。固氮作用增加了植物对磷、钾元素的吸收和积累。速生树种南洋楹(Albizia falcata)和非速生树种格木(Erythrophloeum fordii)幼苗的结瘤、固氮及生长状况较好,表现出较高的结瘤固氮潜能。     

施氮量对不同茬口冬小麦产量及氮肥利用率的影响

为探明不同茬口及施氮量对冬小麦产量及氮肥利用率的影响,以"豫农211"为材料,采用二因素裂区设计。主因素为玉米单作(SM)、玉米大豆间作(MS)、大豆单作(SS) 3个茬口,副因素为N0(0 kg·hm~(-2))、N180(180 kg·hm~(-2))、N240(240 kg·hm~(-2))、N300(300kg·hm~(-2)) 4个施氮量。结果表明:不同施氮水平下,与玉米单作相比,玉米大豆间作和大豆单作茬口冬小麦产量增幅分别为4.74%～10.01%、5.12%～17.05%,且均显著增加;茬口对小麦穗数及穗粒数均有显著影响,对千粒重影响不显著,与玉米单作相比,大豆单作和玉米大豆间作茬口穗数增幅分别为10%～15%、4%～19%,穗粒数增幅分别为2%～21%、4%～20%;施氮量对小麦穗数及千粒重有显著影响,对穗粒数影响不显著;不同茬口与施氮量的交互作用对穗粒数和千粒重差异均达显著水平;同一施氮处理下,茬口处理间氮肥农学利用效率和偏生产力均表现为大豆单作玉米大豆间作玉米单作,且在N180和N240水平下均达显著水平;结合施氮量与产量拟合曲线,相比玉米单作茬口,大豆单作及玉米大豆间作在保证冬小麦产量的同时降低了氮肥的投入,在生产实践中对不同茬口下小麦施氮量具有指导意义;玉米单作茬口,冬小麦最佳经济产量施氮量和最高产量施氮量分别为243和262 kg·hm~(-2);大豆单作和玉米大豆间作茬口,最佳经济产量施氮量分别为196和210 kg·hm~(-2),最高产量施氮量分别为205和222 kg·hm~(-2)。     

燕麦-绿豆间作效应及氮素转移特性

为探究燕麦(Avena sativa)-绿豆(Phaseolus radiatus)间作效应及氮素转移特性, 在不施氮肥的大田试验条件下, 设置3种种植模式(燕麦单作、绿豆单作和燕麦-绿豆间作), 采用传统挖根法和¹⁵N同位素标记法进行研究。结果表明, 间作系统中燕麦侵袭力强于绿豆, 绿豆生长受到抑制。整个生育期, 间作燕麦地上部干物质积累量比单作增加14.9%-33.1%, 2年成熟期间作燕麦的氮素积累量比单作分别提高53.1%和44.8%; 间作减少了开花结荚期绿豆氮素积累量和根瘤重量, 降低了绿豆的固氮效率, 绿豆的固氮效率2年平均降低23.7%, 生物固氮量平均减少11.66%。间作绿豆向燕麦的氮素转移率2年平均值达31.7%, 氮素转移量为212.16 kg∙hm^-2。燕麦-绿豆间作降低了开花结荚期绿豆的根瘤固氮酶活性和固氮效率, 但绿豆体内氮素转移增加了燕麦对氮素的吸收利用, 实现了地上部与地下部生长的相互调节和促进, 优化了农田生态系统的氮素管理。     

大豆-根瘤菌共生体系光合与固氮关系研究

水培大豆和田间生长的大豆,接种根瘤菌 Rhizobium B16-11C 后植株全氮含量、叶片叶绿素含量和净光合速率及种子产量都明显增加。比较 Clark 大豆的结瘤品系和不结瘤品系获类似结果。摘除根瘤后3天内叶片净光合速率无明显变化。大豆植株遮阴、去叶或切掉地上部导致根瘤活性明显下降。但去豆荚不能提高根瘤固氮的比活性。根瘤活性的日变化不能用根瘤蔗糖、淀粉含量或周围温度的变化来解释,其控制因子尚待深入研究。     

生物固氮研究中的几个热点问题

氮素化肥在农业生产中一直发挥重要作用,为了发展持续生态农业,全世界的研究者都在进行着长期不懈的努力,不断优化和拓展生物固氮系统。介绍固氮研究中的4个热点问题：⑴联合固氮;⑵根际微生物量氮及微生物活度;⑶通过豆科植物凝集素基因转化扩大根瘤菌宿主范围;⑷结瘤固与“类根瘤”固氮。     

关中地区小麦/玉米轮作农田硝态氮淋溶特点

通过田间原位淋溶装置研究了不同施氮量和秸秆覆盖对关中地区小麦/玉米轮作农田90cm深处硝态氮(NO3--N)淋溶量、0～1m土层硝态氮累积及作物产量和氮平衡的影响.试验设不施氮(N1,0kg·hm-2·a-1)、常规施氮(N2,471kg·hm-2·a-1)、推荐施氮(N3,330kg·hm-2·a-1)、减量施氮(N4,165kg·hm-2·a-1)、增量施氮(N5,495kg·hm-2·a-1)和推荐施氮+秸秆覆盖(N3+S)6个不同施肥处理.结果表明:NO3--N淋溶量随施氮量的增加而增大,氮肥的过量施用及秸秆覆盖易造成NO3--N淋溶.N3+S处理90cm处年NO3--N流失量最大,为22.32kg·hm-2,施肥造成的氮流失量为16.44kg·hm-2,比相同施氮量不覆盖处理(N3)高158.9%.NO3--N主要累积在20～60cm土层,年施氮量330kg·hm-2(N3)时,秸秆覆盖与否不影响NO3--N的剖面分布.各施肥处理对作物产量没有显著影响,但减量施氮处理(N4)有减少作物产量的趋势.在本试验条件下,推荐施肥量(小麦施氮150kg·hm-2,玉米施氮180kg·hm-2)在保证作物产量的同时,可减少土壤NO3--N的淋溶和累积.     

施氮对间作蚕豆根际微生物区系和枯萎病发生的影响

通过田间小区试验,研究了小麦、蚕豆间作条件下4个施氮水平(0,56.25,112.5kg.hm-2和168.75kg.hm-2)对蚕豆根际微生物区系和蚕豆枯萎病发生的影响。结果表明,单作和间作条件下,施氮显著增加了蚕豆根际的微生物数量,在N2(112.5kg.hm-2)水平下达到最高值;施氮对土壤微生物多样性无显著影响,但减轻了单、间作蚕豆枯萎病的发生,且在N2水平下发病最轻。与单作相比,间作显著增加了蚕豆根际的细菌、真菌、放线菌数量、微生物总数和微生物多样性,尤其在N0、N1(56.25kg.hm-2)和N2(112.5kg.hm-2)水平下间作对蚕豆根际微生物的促进效应明显,且以真菌和放线菌的增幅较大.N0、N1和N2水平下间作显著降低了蚕豆枯萎病的发病率和病情指数。小麦蚕豆间作下适量施氮能有效调节蚕豆根际微生物区系,是抑制蚕豆枯萎病发生的有效措施。     

大豆基因工程根瘤菌田间结瘤和共生固氮效应

利用三亲本接合转移方法,将快生型大豆根病菌B_(52)的基因文库克隆转移到受体菌慢生型大豆根瘤菌2210中,获得4株大豆基因工程根瘤菌(32.43、B—2—6、B—3—8)。田间接种试验表明:在大豆分枝期(V2),43和32结瘤效分别比不接种对照增加117.9％和100.4％;在初花期(R_1),32和B—2—6结瘤数分别比对照增加122.5％和91.6％,根瘤固氮酶活性增加233.3％和195.6％;在结荚始期(R3),B—2—6和32结瘤数比对照增加78.5％和70.1％,根瘤固氟酶活性43和B—2—6分别比对照增加53.4％和49.3％。产量统计表明:32、B—2—6和43比对照分别增产16.8％、14.3％和12.2％,亩增收大豆分别为28.2、24.1和20.6公斤。以上三个菌株均比受体菌株2210增产率高。     

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.     

缺磷条件下低分子量有机酸对大豆氮积累和结瘤固氮的影响

采用砂培方法在温室条件下研究了低分子量有机酸柠檬酸、草酸、苹果酸及3种酸的混合物对大豆植株氮素积累、结瘤和固氮的影响.结果表明：低分子量有机酸对大豆植株氮素积累有显著的抑制作用,使大豆地上部各时期氮素积累量的降低幅度分别为：苗期17.6%～44.9%,花期29.8%～88.4%,鼓粒期9.18%～69.6%,成熟期2.21%～41.7%;低分子量有机酸对大豆根瘤生长和固氮能力也有显著影响,表现为使根瘤数量、根瘤固氮酶活性和豆血红蛋白含量显著降低,降低幅度分别为11.4%～59.6%,80.5%～91.7%和11.9%～59.9%,从而使大豆的固氮效率降低,最终导致大豆的固氮量较对照显著降低(降低幅度9.71%～64.5%).低分子量有机酸对大豆氮积累、根瘤生长和固氮能力的抑制作用随浓度的增加而增加.3种有机酸中,草酸的抑制作用相对大于柠檬酸和苹果酸,3种有机酸混合后,抑制作用加强.     

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。