合理的大豆-玉米间作模式可有效促进土壤磷周转与作物磷吸收,减少磷肥投入.为优化大豆与玉米间作系统对磷素的利用效率,本研究选用两种不同基因型大豆与玉米间作,探究其影响土壤磷组分及作物磷吸收的关键根际过程及机制.结果表明:间作显著消耗了大豆'粤春03-3'根际可溶性无机磷(CaCl2-P),而对大豆'Essex'根际磷组分无显著影响.间作显著增加了大豆'粤春03-3'的生物量和磷吸收量,比单作分别显著增加42.2％和46.9％,而对大豆'Essex'和玉米磷吸收量和生物量无显著影响.间作显著增加了'粤春03-3'总根长和根系分泌物总量,比单作分别增加了 19.7％和138.1％,且粤春'03-3'磷吸收量与总根长呈显著正相关,与可溶性无机磷含量呈显著负相关.综上,大豆-玉米间作对土壤磷组分与作物磷吸收的影响存在基因型差异,间作通过增加磷高效大豆根长与根系分泌物等促进磷吸收及根际土壤磷周转,从而提高其磷利用效率.本研究明确了大豆-玉米间作体系磷素利用的基因型差异及潜在机制,为优化大豆-玉米间作体系品种搭配、实现磷素高效利用与化肥减施增效提供了科学依据.

目的:优化氮、磷、钾肥配施方案,为恩施地区粉葛提质增效及化肥减施提供理论依据.方法:采用"3414"土肥配方试验设计,建立氮、磷、钾肥与粉葛产量、活性成分含量的效应数学模型,进行肥效主效应、单因素效应、互作效应分析,筛选最优施肥方案.结果:贡献率分析表明,磷肥对粉葛产量和大豆苷生物合成的贡献率最大,N肥对淀粉、葛根素、大豆苷元合成的贡献率最大.单因素分析表明,磷、钾对粉葛产量有极显著影响,氮与磷对淀粉、葛根素、大豆苷含量有极显著影响,施低量的氮肥对大豆苷元的合成有极显著促进作用.互作效应分析显示,不同浓度的氮、磷和钾肥的协同作用显著提高粉葛产量、淀粉、葛根素、大豆苷、大豆苷元含量.回归效应函数模型优化得到的恩施地区粉葛的氮、磷、钾肥优化施肥范围分别为 26.00～39.75、29.50～33.75、27.25～35.75 g/m2;能实现粉葛产量≥0.75 kg/株,淀粉、葛根素、大豆苷、大豆苷元的含量分别≥311.54、4.01、0.97、0.34 mg/g.结论:优化氮、磷、钾肥配施显著提高恩施地区粉葛产量和活性成分含量,具有明显的经济效益.

在自然界中,某些原核微生物通过自身编码的固氮酶系统在常温常压下将空气中的氮素转化为铵,这一过程被称为生物固氮.据联合国粮农组织统计,地球上结合态氮总量有 70％ 来源于生物固氮,每年全球微生物固定的氮素量可达 2 亿吨,约占全球作物需氮量的 3/4,相当于工业生产氮肥的3 倍多.通过生物固氮为农作物提供氮源、提高产量、降低化肥用量、减少生产成本,是最节能、环保、生态友好的氮素供应方式.

水稻是我国主要的粮食作物,分析现阶段我国稻田氮磷流失现状及影响因素,对明确不同区域水稻化肥减施潜力具有重要意义.本研究对我国主要稻区地表径流氮磷流失现状特征和降雨、种植模式、栽培技术、施肥管理、水分管理方式及其他影响因素进行了总结.六大稻区全氮(TN)、全磷(TP)径流损失量范围分别在5.09～21.32和0.70～3.22 kg·hm-2,均以华南双季稻区最高,TN径流损失量以华北单季稻区最低,TP径流损失量以西南高原单双季稻区最低.各稻区农户习惯施肥的水稻田田面水TN、TP峰值普遍高于径流水.水稻施肥后一周内为氮磷流失高峰期.与优化施肥相比,农户习惯施肥仍具有20％左右的氮磷减施潜力.各因素中,降雨和施肥管理是影响稻田径流氮磷流失的主要因素,而施肥管理和水分管理则最具可控性,具体调控措施包括化肥减量、施用新型肥料、有机肥代替化肥和节水灌溉等.整体上我国稻田氮磷流失风险在南方更突出.应以资源高效利用模式进行水稻种植以降低养分流失风险.未来研究应侧重稻田面源污染监测、氮磷流失风险评估、氮磷流失特征和机理、化肥减施增效新技术等方向.

利用1980-2017年相关数据,通过构建数学模型,计算河南省及其地市氮磷钾化肥施用的环境安全阈值,评价化肥施用的生态经济合理性,为其化肥减量增效、防治面源污染、促进农业可持续发展提供参考.结果 表明:1980-2017年,河南省化肥施用环境安全阚值从104 kg·hm-2增加到266 kg·hm-2,化肥施用合理指数从1980年的0.72上升到1988年的1.00后降低到2017年的0.16,化肥施用生态经济合理性经历了施肥不足不合理到施肥合理,又到施肥过量不合理和很不合理的变化过程;2017年,河南省18个地级市中只有鹤壁的化肥施用较为合理,化肥施用量没有超出环境安全阈值的30％,为生态经济合理性二级水平;另除开封和信阳外,其他15个地市的化肥施用都超出了环境安全阈值的50％,化肥施用不合理,为生态经济合理性四级水平;全省磷肥施用生态经济合理性最差,氮肥次之,钾肥较轻;按照化肥施用环境安全阈值施肥,全省可节约化肥约310× 107 kg,其中氮磷钾单质肥料分别为128.4× 107、115.7×107、65.9×107 kg.总之,河南省化肥施用不合理,区域差异明显,化肥减量潜力很大,实现化肥施用负增长、粮食安全-生态友好双赢发展任务艰巨.

根际促生菌对植物的生长和健康具有重要作用,是微生物肥料的主要菌种来源,对促进化肥减施增效和农业绿色发展意义重大.根际促生菌主要通过活化根际养分和促进根系发育提高养分的利用效率、促进植物的生长.根际促生菌的定殖能调控植物根系构型(Root System Architecture,RSA),影响主根的伸长,促进侧根和根毛的发育.根际促生菌一方面分泌各种植物激素直接影响其根系发育,另一方面通过分泌多种信号物质调控植物根系的内源激素途径而影响RSA.根际促生菌种类众多,对根系的影响也复杂多样,为了利用根际促生菌及其代谢物质调控形成不同作物的理想RSA,促进根际养分的吸收利用,仍需系统发掘根际促生菌调控RSA的新型信号物质,深入揭示它们的作用机制,促进根际促生菌在减肥增效和农业绿色发展中的应用.综述了目前已经鉴定的根际促生菌调控RSA的激素和信号,总结了根际促生菌信号物质调控植物RSA的分子机制的研究进展,并对今后的研究提出展望.

化肥减施增效有助于农业的可持续发展.本研究用等氮量生物炭替代化肥氮,设置0、10％、20％、30％ 、40％( CK,T1 ～T4) 5个替代比例,在水稻收获后釆集土壤样品进行室内分析,研究氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响.结果表明:氮肥减量配施生物炭均可显著提高土壤有机碳(SOC)含量,且与生物炭配施量呈正比.氮肥减施20％条件下,土壤微生物生物量碳(MBC)和易氧化碳(ROC)含量均最高,分别为293.68和250.00 mg ·kg-1,土壤可溶性碳(DOC)含量最低.SOC矿化速率在培养的第3天达到最高,前期(第3～6天)迅速下降,中期(第6～18天)缓慢下降,后期(第18～30天)趋于稳定,矿化速率随时间的动态变化符合对数函数;SOC累积矿化量和累积矿化率分别为0.66～0.86 g·kg—1和2.9％～4.0％,均以T2处理最低.稻谷产量随氮肥减施比例的增加呈先增加后下降趋势,T2处理最高,比CK显著增加了13.4％.本试验条件下,化学氮肥减量20％配施适量生物炭(5 t·hm-2)可有效提高SOC、MBC、ROC含量和水稻产量,降低SOC累积矿化量和累积矿化率,增强土壤固碳能力,是贵州黄壤稻田土壤固碳培肥的较好选择.

通过田间试验研究有机肥与化肥配施对丹参生长、品质、养分利用和土壤的影响,为减肥增效,改善丹参品质提供思路.试验以不施肥处理(CK)为对照,设置全施化肥(F)、25％有机肥配施75％化肥(M25)、50％有机肥配施50％化肥(M50)、75％有机肥配施25％化肥(M75)、全施有机肥(M100)等5个处理.结果 表明:①从产量和经济效益角度考虑,以有机肥配施比例为75％时效果最优,100％时次之;②对于有效成分,有机肥和化肥配施均提高了酚酸类水溶性成分含量和有效成分总含量,以有机肥配施比例为25％,50％较优.

为探索茶园化肥减施增效的新技术模式,通过盆栽实验,设置覆盖茶树修剪枝(T1)、单作大豆(T2)、覆盖茶树修剪枝并套种大豆(T3)和不做任何处理(CK),分析盆栽中的茶园土壤全磷(TP)、有效磷(AP)、全钾(TK)、速效钾(AK)、全氮(TN)、碱解氮(AN)、有机质含量,pH值和脲酶、纤维素酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性,探究覆盖茶树修剪枝与套种大豆交互作用下盆栽中的茶园土壤养分和酶活性的响应规律.结果 表明:土壤TP、AP、AK以及酶活性对覆盖茶树修剪枝与套种大豆的交互作用响应显著;T3的TN、AN含量高于T1、T2;T3的有机质含量和pH值分别较T1提高了53.92％、2.44％,较T2提高了25.60％、6.03％;蔗糖酶和脲酶活性响应规律相类似,表现为T3＞T1＞T2＞CK,且T3与其他处理差异显著;T3的纤维素酶和酸性磷酸酶活性大于其他处理;PCA排序结果表明,T3、CK接近PC2原点,在PC1上得分相反;T1、T2接近PC1原点,在PC2上得分相反;磷素与钾素之间有很强的相关性,有机质和氮含量与酶活性密切相关;pH值与纤维素酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、TN、有机质显著正相关.分析表明,盆栽条件下,覆盖茶树修剪枝并套种大豆在茶园土壤养分和酶活性方面存在交互作用,能提高茶园土壤氮素、有机质含量,提高茶园土壤酶活性并缓解茶园土壤酸化,为茶园化肥减施增效的新技术提供科学依据.

2017年起,农业部连续多年出台化肥减量增效行动工作方案,要求适当增加有机肥投入,发展循环农业.但连续施用的有机肥进入土壤后,会对土壤pH、有机质和重金属含量等产生影响,改变土壤重金属行为.科学评估有机肥料施用的影响至关重要.仅通过总含量评估重金属污染风险被认为是片面的,不同化学提取剂提取的重金属含量不能完全代表实际污染状况.地球化学模型具有良好的适用性,比传统的提取方法能够更全面地解释重金属的行为.在集约化农业种植区黄淮海平原,多次施用不同比例的粪源有机肥于旱地菜田,并引入地球化学模型,结合pH依赖性浸出试验,明确连续施肥对菜田土壤重金属行为的主要影响机制.研究发现,有机肥中的铜锌含量远高于土壤中的含量,施用后,它们在土壤中的淋溶浓度随着施用比例增加而显著增加,最多可超过十倍以上,并且活性大大增加,与施肥后溶解性有机物含量的升高呈正相关.不同处理条件下的土壤重金属浸出趋势相似:在中性pH下浸出浓度最低,然后逐渐向强酸和强碱增加,呈现出V型变化.地球化学模型LeachXS展示出较好的模拟结果,其模拟值与实测浓度具有良好的相关性(71.02％).模拟结果显示,有机肥的施用不会明显改变重金属在土壤固相表面的主要吸附过程,但可以通过提高液相中溶解性有机物和重金属含量,增加重金属在土壤中的浸出,从而提升重金属的活性.有机物,铁铝(氢)氧化物,粘土矿物等决定了几乎所有重金属的浸出特性,其中土壤有机物(包括溶解性有机物和颗粒有机物)对重金属的吸附和络合作用大于其他物质,是影响重金属在土壤固液相间行为的最主要因素,随着有机肥添加比例提高,POM络合态重金属含量明显升高,并高于其他固相态,尤其是Cu、Zn、Cr,而DOM络合态重金属含量的升高直接导致了它们的活性增强.对于Ni、Pb,铁铝(氢)氧化物络合态与POM络合态含量接近或更高,但与施肥比例关系不明显.高DOM高铜锌含量的猪粪有机肥施用后会明显增加重金属在土壤和作物中的累积,连续施用和过量施用可能造成的土壤污染风险极高.在选择连续施用畜禽粪便有机肥时,必须减低其重金属含量并关注可能带来的污染,真正实现有机循环农业健康、可持续发展.