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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

洞庭湖区典型稻田玉米水稻轮作下土壤—作物系统对施氮措施的响应

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中国农业科学 2024年第10期57卷 1979-1994页

作者：房康睿龙世平彭斯文陈山廖育林徐新朋赵士诚仇少君何萍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湖南省农业科学院

【目的】双季稻田水旱轮作后能够提高作物产能降低土壤有机质含量，但水旱轮作后化肥氮素配施不同有机物料对作物产量、氮素利用效率及有机质含量影响的报道较少。【方法】以玉米水稻轮作为研究对象，于2015—2021年在洞庭湖区紫潮泥和... 详细信息

【目的】双季稻田水旱轮作后能够提高作物产能降低土壤有机质含量，但水旱轮作后化肥氮素配施不同有机物料对作物产量、氮素利用效率及有机质含量影响的报道较少。【方法】以玉米水稻轮作为研究对象，于2015—2021年在洞庭湖区紫潮泥和红黄泥两种双季稻田上设置不施氮肥（CK）、单施化肥（NPK）、NPK+秸秆还田（NPKS）、NPK+有机肥（NPKM）、NPK+生物炭（NPKB）5种处理，探讨在两种土壤上不同施肥处理的作物产量、养分利用效率和土壤碳氮含量及平衡的变化。【结果】紫潮泥和红黄泥6年试验的平均玉米产量、水稻产量和年总产量分别为5.7、7.3和12.9 t·hm-2，三者在紫潮泥中的产量都略高于红黄泥，但差异都不显著。与NPK处理相比，NPKM处理使两种土壤的玉米和水稻平均产量分别显著（P<0.05）提高10.6%、4.20%。在所有处理中，NPKM处理玉米产量最高，为6.0 t·hm-2;NPKB处理水稻产量最高，为7.5 t·hm-2。NPKM和NPKB处理的6年平均年总产量分别显著（P<0.05）高于其他处理，但NPKM和NPKB处理间差异不显著。与其他处理相比，NPKM处理显著（P<0.05）提高了玉米水稻的化肥氮素回收率、农学效率和偏生产力，玉米季6年平均值分别为66.3%、39.5kg·kg-1、56.0 kg·kg-1，水稻季6年平均值分别为53.8%,21.9 kg·kg-1、68.6 kg·kg-1。NPKB处理较NPK、NPKS显著（P<0.05）提高了玉米水稻的化肥氮素农学效率和偏生产力，较NPK处理显著（P<0.05）提高了玉米化肥氮素回收率。两种土壤有机碳、全氮含量从第4年（2019年）开始显著下降。与试验开始前（2015年）相比，2021年紫潮泥和红黄泥施氮处理年平均有机碳含量分别下降了1.8、0.7 g·kg-1，全氮含量分别下降0.4、0.1 g·kg-1；两种土壤NPKM处理的土壤有机碳平均含量下降幅度最小、NPKB处理次之。NPKM处理的碳、氮投入量最高，平均土壤有机碳、全氮损失量最小，分别为0.48 t C·hm-2·a-1、94.7 kg N·hm-2·a-1。【结论】双季稻田水旱轮作后，化肥与有机肥、生物炭配施能提高作物产量和延缓土壤有机质下降，试验期间化肥配施有机肥处理玉米平均产量最高，化肥配施生物炭处理水稻平均产量最高。

关键词：玉米水稻轮作产量施肥措施土壤类型氮肥利用效率土壤碳氮

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

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短碳链二元羧酸与磷酸二铵复合提高磷在土壤中的扩散距离和有效性

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植物营养与肥料学报 2024年第6期30卷 1163-1172页

作者：孔维众张水勤李燕婷徐久凯许猛高强赵秉强袁亮吉林农业大学资源与环境学院吉林长春130118 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

【目的】有机酸与磷肥结合施用可有效减少土壤中磷固定,但有机酸碳链长度与磷肥有效性的关系尚不明确。将不同碳链长度的二元羧酸与磷酸二铵复合,研究其对磷酸二铵在土壤中的扩散及有效性的影响,以期为高效磷肥产品开发提供理论依据。... 详细信息

【目的】有机酸与磷肥结合施用可有效减少土壤中磷固定,但有机酸碳链长度与磷肥有效性的关系尚不明确。将不同碳链长度的二元羧酸与磷酸二铵复合,研究其对磷酸二铵在土壤中的扩散及有效性的影响,以期为高效磷肥产品开发提供理论依据。【方法】试验以草酸(OA)、丁二酸(BA)、己二酸(AA)、辛二酸(SA)为供试材料,分别按0.5%的质量比与粉状磷酸二铵混合均匀后挤压造粒,得到4个含有不同碳链长度的二元羧酸与磷酸二铵复合磷肥试验样品(代号分别为OAP、BAP、AAP、SAP),磷酸二铵样品(DAP)也按照同样方法挤压造粒。磷培养试验以5个肥料样品为处理,以不添加磷肥为对照(CK),每个处理设置18个重复。在培养的第1、3、7、14和28天,进行滤纸可视化显色,测定肥料磷的扩散距离(半径),同时采集土样测定速效磷、Ca2-P和Ca8-P含量,测定pH及碱性磷酸酶活性。【结果】与DAP相比,OAP、BAP、AAP、SAP处理均增加了磷素扩散距离,扩散距离各处理的排序为OAP>BAP>AAP>SAP,OAP处理的磷扩散距离较DAP平均增加了29.5%。培养28天时,4个二元羧酸磷酸二铵复合磷肥处理的土壤平均速效磷、Ca2-P、Ca8-P含量分别较DAP提高了0.48%~12.6%、4.06%~37.1%、1.25%~20.9%,均以OAP的提高幅度最高。在培养3~28天,二元羧酸磷酸二铵复合磷肥处理的土壤碱性磷酸酶活性均高于DAP,以OAP处理的活性最高。与CK处理相比,施磷肥处理土壤pH显著下降,以OAP处理降幅最大。【结论】供试二元羧酸与磷酸二铵复合均可减少磷的固定,提高土壤速效磷含量,增加磷肥在土壤中的扩散距离;其中,以草酸磷酸二铵复合肥效果最好。

关键词：二元羧酸碳链长度羧基含量磷扩散速效磷含量磷形态

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氮磷养分介导的植物–微生物互作研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第7期30卷 1322-1328页

作者：阮文渊任剑豪郭美娜易可可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 北京林业大学生物科学与技术学院/林木资源高效生产全国重点实验室/林木育种与生态修复国家工程研究中心北京100083

氮、磷是植物生长发育所必需的大量营养元素,植物对氮磷养分的高效吸收利用与外界环境密切相关,同时氮磷养分又会影响植物的环境适应性。为此,植物如何整合适应不同的外部环境,特别是生物环境,以实现氮磷养分的高效吸收利用,是植物营养... 详细信息

氮、磷是植物生长发育所必需的大量营养元素,植物对氮磷养分的高效吸收利用与外界环境密切相关,同时氮磷养分又会影响植物的环境适应性。为此,植物如何整合适应不同的外部环境,特别是生物环境,以实现氮磷养分的高效吸收利用,是植物营养研究领域的前沿新热点。本文对近年来氮磷养分介导的植物-微生物互作研究进展进行综述,主要涉及氮磷养分介导的有益和有害生物互作研究,阐释了氮磷核心转录调控因子NLPs和PHRs在调控植物-微生物互作过程中的重要作用,总结了植物体内磷素感受蛋白SPXs在调控植物-微生物互作过程中的功能多样性。此外,本文还对未来氮磷养分介导的植物-微生物互作研究的关键点进行了展望。

关键词：氮磷植物微生物互作有益生物有害生物

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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

东北半干旱区浅埋滴灌下玉米高产高效的尿素硝酸铵溶液投入阈值

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中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：孔丽丽尹彩侠侯云鹏张磊赵胤凯刘志全徐新朋农业农村部东北植物营养与农业环境重点实验室/吉林省农业科学院(中国农业科技东北创新中心)农业资源与环境研究所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

为探明滴灌玉米尿素硝酸铵溶液(UAN)对于尿素的增效作用及适宜投入阈值，在吉林省半干旱区(乾安)开展连续2年(2020—2021)的田间定位试验，以UAN为试验材料，设6个氮肥用量[0、100、140、180、220和260 kg(N)·hm-2]，并以尿素优化... 详细信息

为探明滴灌玉米尿素硝酸铵溶液(UAN)对于尿素的增效作用及适宜投入阈值，在吉林省半干旱区(乾安)开展连续2年(2020—2021)的田间定位试验，以UAN为试验材料，设6个氮肥用量[0、100、140、180、220和260 kg(N)·hm-2]，并以尿素优化用量处理(Urea)为对照，研究玉米产量与构成、干物质积累、叶面积指数、氮素利用率、土壤氮素含量及氮素平衡差异。结果表明，施氮显著提高了玉米产量，并随施氮量增加而增加，当施氮量增至180 kg·hm-2时达产量平台，并高于Urea处理，两年平均增幅为2.02%。增产原因是施用UAN提高了玉米每穗粒数和百粒重。玉米各生育期叶面积指数、干物质积累量、转运量和吐丝后干物质积累对籽粒贡献率均随施氮量增加呈增加趋势，当施氮量增至180 kg·hm-2后增幅不再显著，且均高于Urea处理。氮素回收率、农学利用率和偏生产力随氮肥用量的增加呈下降趋势，且相同氮肥用量下， UAN处理较Urea处理分别提高4.45个百分点、2.09 kg·kg-1和2.09 kg·kg-1。与Urea处理相比，相同用量下UAN处理提高了0～40 cm土壤无机氮含量，并降低了40～100 cm土壤无机氮含量，使氮素损失量较Urea处理降低7.51%。通过拟合施氮量与玉米产量、氮素回收率和土壤氮素损失量，确定氮肥适宜用量为188.90 kg·hm-2。相对应玉米产量为11 863.42 kg·hm-2; 氮素回收率为44.21%，氮素表观损失量为151.79 kg·hm-2。与传统尿素优化用量处理(Urea)相比，可在降低氮肥用量14.14%下，玉米产量增加4.78%，氮素回收率增加7.61个百分点，氮素损失量降低29.55%。以理论最高产量施氮量95%为置信区间，确定施氮范围为179～198 kg·hm-2。综上所述，与施用尿素相比，施用UAN可减少氮素投入总量，获得更高的玉米产量和氮素利用效率，并降低氮素损失，是东北半干旱区实现玉米减氮增效的有效途径。

关键词：玉米浅埋滴灌尿素硝酸铵溶液东北半干旱区氮素利用效率氮素表观平衡

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绿肥提高农田土壤有机碳固存机制的研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第6期30卷 1185-1198页

作者：王国璀胡发龙李含婷殷文樊志龙范虹柴强曹卫东甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070 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

土壤碳固存在缓解全球气候变化、维持农田生态系统生产力中起着十分重要的作用。农田土壤碳固存的决定因子包括气候因子(温度、降雨)、生物因素(微生物活性、酶活性)和非生物因素(土壤理化性质、团聚体组成及含量等),农田生态系统通过... 详细信息

土壤碳固存在缓解全球气候变化、维持农田生态系统生产力中起着十分重要的作用。农田土壤碳固存的决定因子包括气候因子(温度、降雨)、生物因素(微生物活性、酶活性)和非生物因素(土壤理化性质、团聚体组成及含量等),农田生态系统通过增加碳输入、减少碳输出和增加碳在土壤中持留时间三种途径强化土壤碳的固存。绿肥具有固定土壤碳、氮和调节土壤微生物群落结构等多重功能,将绿肥纳入作物生产中可通过减少有机碳矿化、增加土壤有机碳来源、调控土壤团聚化过程、促进微生物量及残体累积、改善微生物群落组成及代谢活性等多种方式协同提升土壤碳的固存,其作用可归纳为团聚体物理保护的物理固定机制、矿物化学结合的化学固定机制和微生物固定机制。目前采用的强化绿肥提升农田土壤碳固存的关键技术包括:1)选用适宜的绿肥品种;2)构建与区域土壤和气候资源相匹配的“主作物+绿肥”种植模式;3)配套绿肥与其他肥源协同增效的养分管理技术;4)优化耕作措施等。但还需进一步深入开展以下几方面的研究,包括:1)明确不同类型绿肥介导下的农田土壤碳固存机制的差异;2)强化高效固碳绿肥种质资源的选育;3)建立强化绿肥固存土壤碳的长效研究体系;4)构建基于绿肥的土壤有机碳管理框架。

关键词：绿肥有机碳固存碳固存机制影响因素强化固碳措施

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