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新阶段植物营养学的研究重点

植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1243-1252页

作者：周卫艾超易可可北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

植物营养学是研究营养元素在土壤-植物系统迁移、转化和利用规律的基础性学科,是支撑全球粮食安全、耕地质量安全、生态环境安全的重要学科。以组学技术和人工智能为代表的学科前沿不断拓展了植物营养学的研究范畴,同时,耕地高强度利用... 详细信息

植物营养学是研究营养元素在土壤-植物系统迁移、转化和利用规律的基础性学科,是支撑全球粮食安全、耕地质量安全、生态环境安全的重要学科。以组学技术和人工智能为代表的学科前沿不断拓展了植物营养学的研究范畴,同时,耕地高强度利用下如何实现作物高产、养分高效、生态健康等多重目标成为新阶段植物营养学的研究重点和难点。本文回顾了近年来植物营养学在营养遗传、养分循环、新型肥料、高效施肥等方向取得的创新进展,同时,基于我国植物营养学研究短板,提出了新阶段植物营养学研究的重点任务,主要包括作物养分高效与抗逆分子调控网络、土壤养分循环与微生物组功能挖掘、新型绿色高效肥料创制与应用、农田养分协同优化原理与方法等方面,旨在推动农业高质量发展,为保障粮食安全和农业绿色发展提供科技支撑。

关键词：植物营养养分高效营养遗传养分循环高效施肥新型肥料

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禾本科作物联合固氮研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1307-1321页

作者：艾超赵远征张俪予张美玲黄抒语王诗雨周卫北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

生物固氮是唯一能将空气中“免费”的氮气转化为化合态氮的生物学过程。一般认为豆科作物具有共生固氮能力,间套种豆科作物已成为补充农田氮素的重要方式。越来越多的证据证明禾本科作物也具有较高的联合固氮潜力,大量联合固氮菌不仅定... 详细信息

生物固氮是唯一能将空气中“免费”的氮气转化为化合态氮的生物学过程。一般认为豆科作物具有共生固氮能力,间套种豆科作物已成为补充农田氮素的重要方式。越来越多的证据证明禾本科作物也具有较高的联合固氮潜力,大量联合固氮菌不仅定殖在根际、根内,还可以定殖在植株地上部如茎维管束、叶际中,表明禾本科作物固氮微生物可能为避免复杂的土壤环境,开辟了一条“体内高效固氮”的新途径。本文回顾了近年来玉米、小麦、水稻、甘蔗等禾本科作物在联合固氮部位、调控途径、菌群构建等方向取得的创新进展,重点介绍了固氮菌除了与宿主植物存在互作关系外,还与其他功能细菌、真菌和病毒之间存在潜在的相互作用。基于生物固氮多功能合成菌群在植物营养和促生等领域表现出的巨大应用前景和潜力,提出了当前禾本科作物联合固氮研究的前沿热点和难点,即如何综合利用“自上而下”和“自下而上”策略,筛选关键功能类群并结合基因组尺度代谢模型,构建群落稳定、功能多样、效果显著的合成菌剂,为生物固氮在农业生产中广泛应用提供强有力的技术支撑。

关键词：禾本科作物生物固氮固氮菌秸秆分解合成菌群

基于APSIM模型的旱地春玉米施肥类型及氮肥用量研究

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干旱地区农业研究 2024年第3期42卷 214-224页

作者：金志强孙东宝王庆锁中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部旱作节水农业重点开放实验室北京100081

为探究玉米高产和减少硝态氮残留的合理施肥模式,通过山西寿阳旱地春玉米田间试验和APSIM模型模拟,研究不同施肥类型和施氮量对春玉米产量、硝态氮残留量和氮肥利用率的影响。田间试验设置3个施肥类型主处理,包括化肥单施、有机无机肥配... 详细信息

为探究玉米高产和减少硝态氮残留的合理施肥模式,通过山西寿阳旱地春玉米田间试验和APSIM模型模拟,研究不同施肥类型和施氮量对春玉米产量、硝态氮残留量和氮肥利用率的影响。田间试验设置3个施肥类型主处理,包括化肥单施、有机无机肥配施(配施比例1∶1)和有机肥单施;7个施肥梯度副处理,分别为0、50、100、150、200、250、300 kg·hm-2,并利用2019—2021年试验站点数据对模型进行校准验证。结果表明:APSIM模型可以较好地模拟当地玉米产量和硝态氮残留量状况。各降水年型下,随氮肥施用量的增加,玉米产量先增加后减少,硝态氮残留量显著增加,氮肥利用率有所降低;相同施肥类型及施肥量下,丰水年的春玉米作物产量最高,硝态氮残留量最低,氮肥利用率最高;相同降水年型及施肥量下,有机无机肥配施方式的春玉米产量最高,硝态氮残留量居中,氮肥利用率最高。相较于化肥单施和有机肥单施方式,有机无机肥配施对于干旱地区玉米产量提升效果更好,其土壤硝态氮残留量对降水变化的敏感性相对较低,其氮肥利用率受降水影响也更小。综上,当施氮量介于148~168 kg·hm-2时,有机无机肥配施方式下土壤硝态氮残留量维持在阈值内,春玉米产量可达到理论产量的95%左右,适宜在研究区域推广应用。

关键词：春玉米硝态氮氮肥利用率有机无机肥配施 APSIM模型

应用^(15)N自然丰度值揭示不同氮源对设施土壤氨挥发的贡献

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植物营养与肥料学报 2024年第2期30卷 242-251页

作者：田峪萍双睿辰刘原庆王立刚孟凡乔中国农业大学资源与环境学院北京100193 北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

【目的】我国设施蔬菜生产中普遍存在着氮肥施用过量、氨气(NH_(3))挥发损失严重等问题。通过^(15)N自然丰度法,研究不同肥料类型对土壤NH_(3)挥发的影响,并定量分析其贡献率,为实现降低氮素损失的氮肥科学管理提供依据。【方法】开展为... 详细信息

【目的】我国设施蔬菜生产中普遍存在着氮肥施用过量、氨气(NH_(3))挥发损失严重等问题。通过^(15)N自然丰度法,研究不同肥料类型对土壤NH_(3)挥发的影响,并定量分析其贡献率,为实现降低氮素损失的氮肥科学管理提供依据。【方法】开展为期40天的番茄盆栽培养试验,供试土壤为棕壤,未施过肥也未种植过作物,供试作物为番茄。试验设置4个处理,即不施氮肥(CK)和等量施氮(N3 g/pot)条件下单施鸡粪有机肥(M)、单施尿素(U)、有机肥半量替代尿素(MU)处理。利用被动采样器测定了土壤NH_(3)挥发速率和累积排放量,并借助^(15)N自然丰度方法估算肥料和土壤氮对NH_(3)挥发的贡献。【结果】基肥施用后3~6天内,NH_(3)挥发速率迅速增加并达到高峰,之后逐渐降低,直至第33天恢复到施肥前水平。与MU和U处理相比,M处理的净NH_(3)挥发累积量分别显著降低了60.8%和63.1%(P施肥处理中,δ^(15)N-NH_(3)值随NH_(3)挥发的进行而迅速降低,然后逐渐增加至施肥前水平,M处理的δ^(15)N-NH_(3)均值高于MU和U处理。^(15)N同位素混合方程计算显示,在番茄生产中肥料对NH_(3)挥发的贡献比例为:M处理中鸡粪贡献30.5%,U处理中尿素贡献53.1%,MU处理中鸡粪和尿素分别贡献28.6%和56.6%。【结论】等量施氮条件下,单施鸡粪产生的NH_(3)挥发量远低于尿素,鸡粪和尿素等量氮配施对NH_(3)挥发的减排效果不显著。根据同位素分馏效应计算结果,单施鸡粪、尿素对土壤NH_(3)挥发源的贡献比例分别为30.5%、53.1%,鸡粪和尿素配施时二者对土壤NH_(3)挥发源的贡献比例分别为28.6%、56.6%,贡献比例与单施差异不大。因此,控制化肥氮施用量是减少NH_(3)挥发的关键。

关键词：氨挥发 ^(15)N自然丰度激发效应设施番茄分馏效应

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我国耕地质量主控因素及提升策略

植物营养与肥料学报 2024年第8期30卷 1580-1594页

作者：丁文成宋大利周卫中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室北京100081

我国耕地质量总体偏低,严重威胁国家粮食安全和生态环境安全。目前我国耕地质量的主控因素尚缺乏系统研究,不同类型障碍耕地的质量提升技术策略也不明晰。因此,本文在全面阐述我国耕地质量现状的同时,重点调研揭示了东北黑土地、北方旱... 详细信息

我国耕地质量总体偏低,严重威胁国家粮食安全和生态环境安全。目前我国耕地质量的主控因素尚缺乏系统研究,不同类型障碍耕地的质量提升技术策略也不明晰。因此,本文在全面阐述我国耕地质量现状的同时,重点调研揭示了东北黑土地、北方旱地、南方水田、南方旱地、设施农地和盐碱耕地6类典型耕地的突出问题,深入分析了耕地质量问题的主控因素和耕地质量下降的驱动机制。以耕地保护与合理利用为核心,从耕地监测、改良、培肥、利用4个方面,提出维持和提升耕地质量的核心策略,明确耕地科技创新的主要方向。阐明农田工程、保护性耕作、科学施肥、水资源高效利用、耐逆适生作物品种选育等关键耕地质量提升技术途径的适用性。旨在梳理全面综合提升耕地质量的科技需求,为耕地保护相关政策的制定提供重要参考,支撑耕地的农业生产和生态服务功能提升,实现藏粮于地、藏粮于技和农业绿色可持续发展的战略目标。

关键词：耕地质量障碍土壤耕地监测耕地改良耕地培肥耕地利用

控释尿素的作物增产效应及其关键影响因子评价

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中国土壤与肥料 2024年第6期 70-78页

作者：吕慧丹王西亚潘昭隆赵士诚北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

与常规尿素相比,施用控释尿素被认为是提高作物产量的有效措施之一。然而,影响控释尿素增产的关键因素尚不清楚。基于大量的田间数据(494对作物产量数据),通过Meta分析评估了控释尿素施用对作物产量的影响及其关键影响因素。结果显示,... 详细信息

与常规尿素相比,施用控释尿素被认为是提高作物产量的有效措施之一。然而,影响控释尿素增产的关键因素尚不清楚。基于大量的田间数据(494对作物产量数据),通过Meta分析评估了控释尿素施用对作物产量的影响及其关键影响因素。结果显示,施用控释尿素较常规尿素增产5.0%。亚组分析表明,控释尿素在壤质土壤上较常规尿素增产6.1%,而在砂质(-0.1%)和黏质(1.8%)土壤对作物产量无显著影响。控释尿素在中等季节降水量(7.9%)条件下较低降水量(3.8%)和高降水量(3.1%)表现出更高的增产效应。作物产量响应随土壤pH和季节平均温度的增加而增加,而随土壤全氮和施氮量的增加而逐渐降低。此外,控释尿素与常规尿素配施(11.2%)、雨养农田施用(6.9%)、玉米季施用(10.7%)和控释尿素撒施+耕作(8.1%)较控释尿素单施(3.9%)、灌溉田施用(3.1%)、小麦和水稻季施用(0.6%~4.0%)和其他控释尿素施肥方式(3.3%~4.3%)显著提高了作物产量(P农业生产中提高作物产量的有效途径,但在应用中需要充分考虑特定环境条件和管理因素对增产效应的影响。

关键词：控释尿素作物产量环境因子管理措施 Meta分析

7种十字花科绿肥作物对干旱胁迫的生理应答及抗旱性评价

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植物营养与肥料学报 2024年第9期30卷 1833-1844页

作者：孙艳妮王佳蓉韩高海唐云丽魏奭杰贾振鹏秦璐杨璐曹卫东黄冬琳高亚军王朝辉张达斌西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 永寿县农业技术推广中心陕西永寿713400 中国农业科学院油料作物研究所/农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点开放实验湖北武汉430062 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100 作物抗逆与高效生产全国重点实验室陕西杨凌712100

【目的】研究干旱胁迫对十字花科绿肥作物生育期生长及生理特性的影响,为筛选适宜的十字花科绿肥作物品种提供理论依据和关键技术参数,助力我国旱地农业绿色发展。【方法】以7种十字花科绿肥为研究对象,通过室内盆栽试验模拟干旱胁迫环... 详细信息

【目的】研究干旱胁迫对十字花科绿肥作物生育期生长及生理特性的影响,为筛选适宜的十字花科绿肥作物品种提供理论依据和关键技术参数,助力我国旱地农业绿色发展。【方法】以7种十字花科绿肥为研究对象,通过室内盆栽试验模拟干旱胁迫环境,分析正常灌水(田间持水量80%)和干旱胁迫(田间持水量40%)条件下7种十字花科绿肥作物生育期内生长指标、光合特性和生理特征的变化规律,并通过主成分分析法对其抗旱性进行综合评价,最终筛选出抗旱能力突出的十字花科绿肥作物品种。【结果】1)与正常灌水相比,干旱胁迫处理下各绿肥作物叶片的净光合速率和蒸腾速率均下降(P作物发芽率、根长和生物量分别平均比正常灌水降低6.1%,147%(P0.05);4)干旱胁迫会引起中绿油2号、紫芥、秦优10号和中油肥1号叶片脯氨酸含量显著增加,紫芥、中绿油1号、中绿油2号丙二醛含量显著降低;5)主成分分析结果表明,生物量和叶片丙二醛含量、过氧化氢酶及过氧化物酶活性可作为评估十字花科绿肥抗旱性的首选抗旱指标,中绿油1号在供试7种十字花科绿肥的抗旱能力方面综合评分最高,抗旱能力较强。【结论】中绿油1号因其叶片较高的抗氧化能力、渗透调节能力及较长根系长度,在干旱胁迫条件下综合抗旱能力突出,可作为抗旱型十字花科绿肥品种在黄土高原地区推广应用。

关键词：干旱胁迫十字花科绿肥光合特性生理特征主成分分析

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基于长期定位试验的土壤健康研究与展望

植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1253-1261页

作者：徐明岗段英华白珊珊张文菊孙楠山西农业大学生态环境产业技术研究院/土壤环境与养分资源山西省重点实验室山西太原030031 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室北京100081

土壤健康是农业可持续发展的根基,是保障国家粮食安全和落实“藏粮于地”战略的重大需求。长期定位试验时空覆盖面广、数据丰富、施肥管理措施多样,对于土壤健康的研究和健康土壤的培育是难得的宝贵平台。本文在总结土壤健康的内涵及指... 详细信息

土壤健康是农业可持续发展的根基,是保障国家粮食安全和落实“藏粮于地”战略的重大需求。长期定位试验时空覆盖面广、数据丰富、施肥管理措施多样,对于土壤健康的研究和健康土壤的培育是难得的宝贵平台。本文在总结土壤健康的内涵及指标体系与我国长期定位试验布局情况的基础上,系统梳理了基于长期定位试验的作物产量演变及高产稳产性、土壤有机质演变及其与产量的关系、土壤pH演变及生物多样性演变等耕地质量和土壤健康方面的研究进展,并提出了基于长期定位试验的土壤健康研究展望,包括建立因地制宜的土壤健康指标及评价体系,深入解析土壤健康演变的规律和驱动机制与发展健康土壤培育技术,以期高质量推进土壤健康研究,从而促进农产品质量安全和农业可持续发展。

关键词：土壤健康长期定位试验作物产量土壤有机质土壤生物多样性

机器学习与计算机视觉技术在食品质量评价中的研究进展

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食品科学 2024年第12期45卷 1-10页

作者：黄晓琛张凯利刘元杰陈洪黄凤洪魏芳中国农业科学院油料作物研究所油料脂质化学与营养湖北省重点实验室油料油脂加工技术国家地方联合工程实验室湖北武汉430062 中国农业大学信息与电气工程学院农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 湖北洪山实验室湖北武汉430070

近年来,随着社会对食品质量和安全的关注度不断提高,计算机视觉技术在食品质量评价领域逐渐受到重视并开始广泛应用。通过学习技术,如人工神经网络、卷积神经网络和支持向量机等,研究人员能够利用大量的食品图像和相关数据进行训练,从... 详细信息

近年来,随着社会对食品质量和安全的关注度不断提高,计算机视觉技术在食品质量评价领域逐渐受到重视并开始广泛应用。通过学习技术,如人工神经网络、卷积神经网络和支持向量机等,研究人员能够利用大量的食品图像和相关数据进行训练,从而实现对食品质量的自动评估和监测。特别是深度学习技术的发展,使得计算机能够更加准确地识别食品的外观、形状、颜色等特征,进而对其进行分类、预测和质量检测。除了在食品质量评价中的常规应用,学习技术还被用于更复杂的任务,如食品缺陷检测、异物检测、新鲜度评估等。这些技术不仅可以提高食品生产和加工的效率,还能够减少人为因素带来的误差,从而确保食品质量和安全。然而,尽管学习技术在食品质量评价中的应用取得了显著进展,但仍然存在一些挑战需要克服。例如,食品图像数据集的获取和标注成本较高,数据质量和数量的不足可能会影响模型的性能和泛化能力。此外,模型的可解释性和透明性也是一个重要问题,尤其是在需要对食品质量评价结果做出解释或决策的情况下。因此,未来的研究需要继续探索如何提高数据集的质量和规模、优化模型的鲁棒性和可解释性,以及开发更加高效和可持续的食品质量评价系统。

关键词：机器学习食品质量计算机视觉食品检测