根系分泌物对根际土壤关键氮转化过程的影响

根系分泌物是影响土壤氮素转化、N₂O排放和植株氮肥利用率的重要因素之一,也是土壤学、植物营养学、作物生理生态与耕作栽培学、环境科学等学科的重要关注点。为全面认识根系分泌物在土壤氮循环中的作用,综述了根系分泌物的种类和测定方法,介绍了根系分泌物影响土壤关键氮转化过程及N₂O排放的机理,根系分泌物对土壤硝化和反硝化过程及N₂O排放的抑制作用,并对该领域未来的研究方向进行了展望。为土壤氮素转化的土壤–植物–微生物互作机制研究提供一定参考,以进一步提高氮肥利用率,减少氮肥引起的环境污染。     

不同施氮水平对农田黑土净氮转化速率和温室气体排放的影响

探讨不同施氮水平对农田黑土氮素转化和温室气体排放的影响,以期为农田合理施肥提供科学指导。以黑龙江省农田黑土为对象,采用室内培养试验,研究土壤净氮矿化速率、净硝化速率、N₂O和CO₂排放速率及累积排放量对不同施氮水平[0 mg N/kg (N0)、40 mg N/kg (N40)、60 mg N/kg (N60)、80 mg N/kg (N80)]的响应。结果表明,不施氮的N0处理土壤净氮矿化速率为0.03 mg N/(kg·d),而N40、N60和N80处理土壤净氮矿化速率分别为-0.71、-1.01、-1.27 mg N/(kg·d),均表现为对氮的净固定。施氮显著促进了土壤硝化作用,N0处理土壤净硝化速率为0.32 mg N/(kg·d),而N40、N60和N80处理土壤净硝化速率分别为N0处理的15.2、19.7、24.0倍。在0~60 mg N/kg施氮水平内,土壤N₂O排放速率随施氮水平的增加而显著增加,施氮水平增加至80 mg N/kg时,N₂O排放速率反而显著低于N60处理。N0处理的N₂O排放比例为8.11‰,施氮后N₂O排放比例显著降低,N40、N60和N80处理的N₂O排放比例分别为1.48‰、1.72‰和1.15‰,3个施氮水平间没有显著差异。与N0处理相比,施氮显著抑制了土壤CO₂的排放,但CO₂累积排放量不受施氮水平的影响。研究表明,施氮水平显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,研究结果对加深农田黑土氮转化规律的理解及氮肥的合理施用具有实际意义。     

立式深旋耕作对马铃薯农田土壤温室气体排放的影响

为明确立式深旋耕作（VRT）技术对马铃薯全生育期农田温室气体（CO₂和N₂O）排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,设置立式深旋松覆膜种植马铃薯（VRT-P）、旋耕覆膜种植马铃薯（TT-P）、立式深旋松露地无作物（VRT-FL）和旋耕露地无作物（TT-FL）4个处理,测定土壤含水量、温度和温室气体排放通量等,研究VRT对温室气体排放的影响及其机制。结果表明,VRT能显著提高0~30cm土层的土壤含水量,在现蕾期、始花期、盛花期和淀粉累积期,VRT-P处理较TT-P处理分别增加了9.8%、8.4%、14.6%和18.9%,VRT-FL处理较TT-FL处理分别增加了12.3%、9.1%、10.7%和26.8%;0~25cm土层土壤温度在现蕾期显著增加。农田土壤温室气体N₂O和CO₂排放通量呈现夏秋高而冬春低的季节性分布规律,在马铃薯生育期内VRT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-P处理分别提高39.9%和26.1%,在休闲季节分别提高11.2%和35.9%;VRT-FL处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-P处理分别增加62.8%和4.4%,在休闲季节分别增加了41.5%和4.8%。种植作物对温室气体排放有显著影响,VRT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较VRT-FL处理分别提高了78.2%和41.9%,TT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-FL处理分别提高了107.3%和24.1%,均达到显著差异。VRT提高了土壤温度和湿度,可显著提高土壤温室气体（N₂O和CO₂）排放通量。     

我国农田氧化亚氮排放的时空特征及减排途径

氧化亚氮（N₂O）是全球第三大温室气体,农田生态系统是人为N₂O排放的重要来源,约占全球人为排放的30%。明确我国农田N₂O的排放特征、关键过程与影响因子,有助于因地制宜制定减排技术途径及行动方案。氮肥施用是农田N₂O排放的关键因子,国家统计数据发现,我国农田氮肥用量在2001-2007年呈上升趋势,之后趋于稳定,2014年开始下降,其中华东地区用量最高;农田N₂O排放总量也于2015年达到最高点,之后出现下降态势,总体呈现南高北低的特征。文献综合表明,农田N₂O排放主要由土壤反硝化过程主导,人为氮素添加是决定排放高低的首要影响因子。基于上述结果,在选用氮高效作物品种降低土壤N₂O排放的前提下,华东等施肥量高的地区可采取优化施肥比例、增施缓控释肥等途径,实现氮肥增效减量减排;在设施农地和果园等田间设施条件较好的农田,可采用水肥一体化滴灌等增效减排措施;在作物多熟种植地区,除了氮肥减量减排外,还可增加豆科作物布局,采用禾豆轮作等减排措施。最后,对农田N₂O减排的科技创新和政策创设等方面提出了一些建议,包括完善农田N₂O减排理论、创新智慧农业及高效施肥技术、健全碳监测评价体系以及碳减排激励政策与机制等,助力尽早实现我国碳达峰与碳中和目标。     

茶园土壤N2O排放的影响因素及减排措施

茶园土壤通过微生物作用释放大量氧化亚氮(N₂O),因此需迫切了解茶园土壤N₂O产生机制及影响因素,以期为茶园土壤N₂O减排提供理论依据。从氮源、有机质、pH、水分、温度、质地等角度对茶园土壤N₂O排放的影响进行综述,提出相应的N₂O减排措施。对以上影响因素阐述发现：反硝化作用对茶园土壤N₂O排放的贡献较大;氮肥施用、土壤理化性质、气象因子等是茶园土壤N₂O排放的关键因素。施用缓释氮肥、氮肥深施、采用氮肥推荐施用量、养分有机替代技术能降低茶园土壤N₂O排放。     

减量施氮对玉米-大豆套作系统土壤氮素氨化、硝化及固氮作用的影响

土壤氮素氨化、硝化及固氮作用是影响作物氮素吸收及氮肥损失的主要因素, 为揭示氮肥减量下玉米-大豆套作系统的土壤氮素转化特性及排放规律, 利用大田定位试验研究了3种模式(玉米单作MM、大豆单作MS、玉米-大豆套作IMS)和3种施氮水平(不施氮NN: 0; 减量施氮RN: 180 kg hm ^-2; 常量施氮CN: 240 kg hm ^-2)对土壤硝化作用、氨化作用、固氮作用及氨挥发、N₂O排放、NO₃ ^--N累积的影响。结果表明, IMS较相应单作提高了土壤硝化和氨化作用, IMS的氨挥发损失率和N₂O损失率较MM降低21.6%和29.7%; IMS下玉米土壤的NO₃ ^--N积累量显著高于MM, 而大豆土壤的NO₃ ^--N积累量显著低于MS。各施氮处理间, RN较CN降低了玉米土壤的氨化与硝化作用, 增加了大豆土壤的硝化和固氮作用。IMS下RN的玉米、大豆全生育期固氮作用较CN增加29.7%和32.0%, 年均氨挥发总量和N₂O排放量较CN降低37.2%和41.0%。玉米-大豆套作系统在减量施氮下通过提高土壤氮素氨化、硝化与固氮作用, 减少氮素排放损失, 增强耕层土壤NO₃ ^--N积累, 为作物氮素吸收提供了充足氮源。     

秸秆全量还田下晚稻季翻耕对双季稻田温室气体排放和产量的影响

翻耕有利于秸秆还田,为了探究秸秆全量还田下不同耕作措施对双季稻产量和温室气化排放的影响,在晚稻季设置浅旋耕和翻耕2个处理,采用静态暗箱–气相色谱法连续监测当季晚稻和第2年早稻季稻田温室气体排放,以阐明秸秆全量还田下晚稻季翻耕对稻田甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放及产量的影响。与浅旋耕处理相比,晚稻季翻耕显著降低了当季晚稻CH₄累积排放量（19.04%）、综合温室效应（19.19%）和温室气体排放强度（22.02%）,而对N₂O累积排放量无显著影响。晚稻季翻耕对第2年早稻季稻田温室气体排放无显著影响。可见,翻耕的减排效应只体现在当季。此外,浅旋耕和翻耕处理对当季晚稻和第2年早稻产量及其构成均无显著影响。短期来看,秸秆全量还田下晚稻季翻耕有利于协同实现双季稻稳产和稻田温室气体减排。     

耕作与秸秆还田方式对稻田N_2O排放、水稻氮吸收及产量的影响

保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措,然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此,本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇,设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法,研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N_2O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明,耕作方式显著影响土壤N_2O排放,但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比,免耕处理2016年和2017年土壤N_2O排放量分别显著提高了12.5%～18.2%和21.1%～38.6%。秸秆还田显著影响土壤N_2O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理,秸秆还田处理2016年和2017年土壤N_2O排放量分别显著提高了38.5%～45.5%和13.1%～29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%～45.9%和9.0%～46.7%,水稻氮吸收量提高了12.5%～26.0%,产量增加了9.4%～12.6%。本文认为,虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量,但也促进了土壤N_2O的排放,因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH4和N_2O)排放和土壤碳固定影响的长期监测,以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。     

一次性减量施用缓控释肥对机采棉养分吸收和产量的影响

为探讨一次性减量施用缓控释肥对机采棉氮磷钾养分吸收和产量的影响,获得适宜安徽沿江棉区的机采棉最佳施肥量,根据“3414”肥料试验方案,以棉花品种‘中915’为材料,设计氮磷钾3因素4施肥水平的田间肥效试验。结果表明,各施肥处理棉花单株结铃数、单铃重等均高于不施肥对照(CK),各施肥处理皮棉产量为834.83~1443.35 kg/hm²,较CK增加了37.9%~138.4%,N₂P₂K₂处理(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)的皮棉产量最高。棉花单株氮累积量各施肥处理显著高于对照,增加了37.2%~79.4%,氮累积量随施氮量的增加先增后减,以N₂P₂K₂处理最大。棉花单株磷素累积量各施肥处理显著高于对照,增加了8.1%~53.5%,N₁P₁K₂处理(N 75 kg/hm²、P₂O₅ 37.5 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)最大,N₂P₂K₂处理次之。棉花单株钾累积量施肥处理显著高于对照,增加了29.9%~97.0%,以N₂P₂K₃处理(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 180 kg/hm²)最大,其次为N₂P₃K₂(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 112.5 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)、N₂P₂K₂。综合来看N₂P₂K₂的产量及相关性状表现最好。结合养分吸收和产量构成相关数据综合分析,推荐在安徽沿江棉区机采棉模式种植可采用缓控释肥一次性减量施用,氮肥纯养分施用量为N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²。     

秸秆全量还田下施用过氧化钙对南方双季稻产量和稻田温室气体排放的影响

为探明秸秆全量还田条件下施用过氧化钙（CaO₂）对南方双季水稻产量和稻田温室气体排放的影响,设置不施CaO₂（CK）和早稻旋耕前一次性施用CaO₂ 2个处理,采用静态暗箱–气相色谱法监测稻田温室气体排放,以明确秸秆全量还田下施用CaO₂对双季稻产量、稻田温室气体排放、综合温室效应（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）的影响。结果表明,与CK相比,施用CaO₂显著增加了2018和2019年晚稻产量,增幅分别为3.44%和2.65%,但对早稻产量无显著影响。施用CaO₂显著降低了早稻季CH₄累积排放量、GWP和GHGI,降幅分别为14.73%、14.74%和15.09%,但是对N₂O累积排放量无显著影响。施用CaO₂对晚稻季CH₄和N₂O排放均无显著影响。与CK相比,施用CaO₂显著增加了2018和2019年的周年产量,增幅分别为1.93%和2.58%;但对CH₄和N₂O累积排放量、GWP及GHGI均无显著影响。因此,施用CaO₂有助于协同实现双季稻增产和稻田温室气体减排。     

不同施氮量对夏玉米农田生态系统净碳效应的影响

为探究华北地区夏玉米低碳生产的氮肥管理措施,以典型夏玉米田为对象,设置了不施氮(N0)、施氮100 kg/hm²(N1)、施氮150 kg/hm² (N2)、施氮200 kg/hm² (N3)4个处理,通过土壤温室气体排放、农事投入间接碳排放和作物固碳综合评估了不同施氮水平对夏玉米农田生态系统净碳效应的影响。结果表明,农田土壤CO₂、N₂O排放随施氮量升高而升高,CH₄吸收量随施氮量的升高而下降,N1、N2和N3处理土壤温室气体总排放的碳当量分别较N0提高14.91%、24.19%、29.67%;氮肥投入贡献了较高的间接排放,达到135.27~270.55 kg/hm²;施氮促进了作物固碳,N0、N1、N2、N3净初级生产力固碳量分别为1965.56、3125.68、4345.55、4663.64 kg/hm²。综合系统碳流来看,各处理均表现为碳汇,净碳效应分别为258.33、1034.99、2032.82、2192.16 kg/hm²,碳可持续指数分别为0.15、0.50、0.88、0.89。200 kg/hm²施氮量下能够以相对较低的碳耗换取较高的固碳率,表现出较高的净碳效应,可推荐为氮素适宜投入量。     

秸秆还田及添加生物炭对黑土玉米生长季N2O排放的影响

为比较秸秆还田与添加生物炭对黑土氧化亚氮(N₂O)排放的影响,基于中国科学院海伦农业生态实验站建立的定位田间试验,设单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPK+SR)、生物炭配施化肥(NPK+BC) 3个处理,采用静态箱-气相色谱法测定黑土区玉米生长季N₂O排放通量。在试验进行的第3年,采集生长季土壤排放的气体,测定N₂O排放通量。结果表明：较单施化肥相比,NPK+SR处理N₂O累积排放量增加了83.1%,而NPK+BC处理降低了32.4%。尽管土壤N₂O排放通量与土壤温度的相关系数因不同处理而存在差异,但各处理均表现出显著正相关关系(P<0.05)。而土壤含水量与N₂O排放通量未呈现相关关系(P>0.05)。与单施化肥处理相比,秸秆还田和添加生物炭后玉米总产量增加了12.0%和34.3%。由此可见,玉米秸秆制成生物炭还田既增加玉米产量,又达到N₂O减排的目的,在本试验条件下,生物炭是玉米秸秆还田的有效方式。     

长江中下游地区不同避涝作物种植模式对农田温室气体排放的影响

通过田间原位试验,研究长江中下游地区不同避涝作物种植模式对农田温室气体排放的影响,为该地区低碳作物种植模式的选择提供依据。利用静态箱法研究水稻-小麦(WRR)、黄心乌-茭白(WZR)、黄心乌-毛豆-荸荠(WECR)、水芹-芹芽-水稻(CCRR)和莲藕(LR)种植模式下农田的N₂O、CO₂和CH₄等温室气体的排放规律。结果表明：N₂O、CO₂和CH₄的排放具有明显的季节性,CO₂排放呈现夏季＞秋季＞春季＞冬季,CH₄和N₂O排放呈现夏季＞秋季;WECR、WRR和CCRR种植模式土壤CO₂排放量差异不显著,但都显著高于WZR,LR模式;WRR、CCRR和LR种植模式土壤N₂O排放量极显著高于WZR和WECR模式;LR极显著高于CCRR种植模式土壤CH₄排放量,而WZR、WECR和WRR极显著低于LR和CCRR。不同种植模式综合温室效应大小WRR＞CCRR＞WECR＞LR＞WZR,可见黄心乌-茭白模式综合温室效应最低,是长江中下游易涝区域低碳农业的较佳生产模式。     

灌溉条件下燕麦氮、磷、钾配方施肥效应分析及与产量回归模型的建立

为探讨灌溉条件下燕麦品种银燕6号氮（N）、磷（P）、钾（K）配方施肥的肥料效应,采用“3414”试验方案,研究N、P、K不同施用配比对燕麦产量和农艺性状的影响,建立了施肥与产量的回归模型,为构建灌溉条件下燕麦施肥指标体系提供科学依据。结果表明,处理N₂P₂K₂籽粒产量（5100.0kg/hm²）、肥料贡献率（34.8%）、产值（20 400.0元/hm²）在14个处理中均最高;增产效应为N>P>K,并且N、P、K肥间存在明显的交互作用;N、P、K单种肥料施用量与籽粒产量呈抛物线关系,根据拟合函数得出,N、P、K最大施用量分别为229.8、80.5、26.4kg/hm²;根据N、P₂O₅和K₂O施用量对籽粒产量的影响,建立了三因素的施肥数学模型,进一步得出,燕麦产量≥4950.0kg/hm²时,氮（N）︰磷（P₂O₅）︰钾（K₂O）施肥比例为1.54︰1︰0.23,N、P₂O₅、K₂O施用量范围分别是148.8~198.3、>112.5和14.3~37.2kg/hm²。该结论对灌溉条件下燕麦生产具有实际指导意义。     

不同氮素形态对湿地小叶章氮吸收和N2O排放的影响

氮素生物地球化学循环和减缓温室气体排放已成为全球（气候）变化研究的热点问题,氮素有效性是调控全球变化反馈机制的重要因子。本研究以东北三江平原小叶章湿地为研究对象,采用¹⁵N示踪技术,通过野外原位控制实验,研究湿地植物小叶章对不同氮素形态(NH⁺₄、NO^-₃、NH⁺₄-NO^-₃)的吸收及小叶章N₂O排放通量特征。结果表明：(1)不同氮素形态处理下,小叶章叶生物量表现为处理A>NA>N>CK;A处理,茎生物量最大,比对照提高了35.7%;NA处理,地下生物量显著高于A和CK(P<0.05);NA处理,根冠比最大,是对照的1.82倍。(2)不同氮素形态处理下,小叶章叶、茎、地上以及根氮含量显著高于对照(CK)(P<0.05),不同处理之间氮含量差异不显著(P<0.05)。(3)不同氮素形态处理下,小叶章叶、茎以及地上部分Ndff和¹⁵N含量均表现为处理A>N>NA>CK,并且各处理极显著高于对照(P<0.01),各处理之间达到显著差异(P<0.05)。(4)不同氮素形态处理下,处理N湿地N₂O排放量最多,且显著高于处理A和处理NA(P<0.05),处理N、A、NA显著高于对照(CK)(P<0.05)。阐释了不同形态氮素在植物-土壤-大气系统中周转与分配策略,以及对N₂O排放的影响,为湿地氮生物地球化学和温室气体排放研究提供基础数据。     

洞庭湖区冬播亚麻施肥技术研究

为促进南方冬季油纤兼用亚麻产业,采用氮、磷、钾不同配比的施肥方式共设置了14个施肥处理,通过对2个品种在不同试验点进行不同施肥处理比较试验,以便筛选出最适合洞庭湖区当地亚麻种植的施肥方案。结果表明：在低洼试点与旱地试点中通过合理的施肥调控油纤兼用亚麻可获得高产,表现最好的亚麻品种是‘轮选2号’。在低洼试点中,原茎产量最高达7000.30 kg/hm²,种子产量高达538.90 kg/hm²;在旱地试点中,原茎产量达5520.30 kg/hm²,种子产量达424.96 kg/hm²。在施肥技术方面,针对于低洼稻田种植‘中亚麻2号’的最佳施肥为N₂P₀K₂ N 400 kg/hm²、P₂O₅ 15 kg/hm²、K₂O 125 kg/hm²);‘轮选2号’的最佳施肥为N₂P₂K₀ N 350 kg/hm²、P₂O₅ 25 kg/hm²、K₂O不施用。而针对于旱地地区中,‘中亚麻2号’以N₂P₂K₀ (N 375 kg/hm²、P₂O₅ 52.5 kg/hm²、K₂O不施用最好;‘轮选2号’以N₂P₀K₂ (N 400 kg/hm²、P₂O₅ 10 kg/hm²、K₂O 150 kg/hm²)最好。     

绿肥紫云英对稻田土壤系统氮素平衡的影响综述

为了系统了解稻田种植豆科填闲作物紫云英后氮素流通的变化情况,笔者综合阐述了紫云英对稻田土壤系统中氮素的输入、输出的影响,整体评价水稻-紫云英种植体系中氮素的平衡,结论主要包括：（1）紫云英能高效固氮并替代部分化肥、提高氮肥利用率;（2）通过提高水稻产量和氮含量,紫云英可以增加水稻收割携走氮量;（3）紫云英能够有效降低土壤氮素的径流损失;（4）紫云英可能具有降低土壤氮素淋溶损失的潜力,但是支撑数据较少;（5）紫云英能够显著减少稻田NH₃挥发,但是对N₂O的影响尚存争议。综上所述,紫云英在保障水稻产量的基础上,能够降低氮素损失所带来的环境风险,有效改善稻田土壤系统氮素平衡情况。     

Nitrogen fertilizer application rates on cereal crops according to available mineral and organic soil nitrogen

From all plant nutrients N fertilizer rates deserve highest attention as too high rates may result in nitrate leaching, volatilisation of N₂O (greenhouse gas) and affect the farmers’ profit. Too low rates will also depress the profit. The problem is accentuated by the fact that crops not only feed from soil inorganic but also from organic soil N. Most soil N tests do not consider the available organic soil N. The Electro-Ultra-Filtration (EUF) method applied by us takes into account the EUF extractable inorganic and organic soil N for calculating the N fertilizer rate. This method developed at the Liebig University Giessen is called Giessen model (sampling in autumn out of the upper soil layer, 0–30 cm). We compared it with the standard soil N test the “Nmin method” recommended by German officials which method does not consider the available organic soil N (sampling in spring out of three or two soil layers, depending on soil depth). The investigation was carried out on farmers’ fields on five different sites with winter cereals (wheat, barley) in 1989/1990, 1990/1991 and 1991/1992. Recommended fertilizer application rates differed somewhat for both methods. Of the 23 cases, significantly higher grain yields were obtained five times by Nmin and four times by EUF; otherwise grain yields did not differ significantly between both methods. Grain yield and crude protein concentration were increased by fertilizer N compared with the plots without N fertilizer. On the site Giessen, however, there were some cases in which the N fertilizer did not increase grain yield. The soil of the Giessen site was rich in interlayer NH₄⁺ which is not recovered by the EUF and Nmin method, but which obviously contributed to the N supply of the crop, and therefore the N rates were too high. Grain crude protein concentration were higher with Nmin for Wernborn and Bruchkobel sites because of higher N fertilizer rates. For the Giessen site in 1989/1990 the reverse was true. Nitrogen agronomic efficiency (AE) ranged from 0 to 35.6. Apparent N recovery (ANR) ranged from 0 to 111. The gross profit differed from −88 to 489 Euro/ha. Negative values (three cases out of 23) were found on the Giessen site where no yield increase was obtained by the N fertilizer because of interlayer NH₄⁺. This interpretation is supported by the finding that interlayer NH₄⁺ significantly decreased from autumn to spring. Apart from the results found in 1 year on the Giessen site, the gross profit calculation showed that a precise N fertilizer application based on soil analysis yields a high profitability of cereal production.     

Tillage, cover crops, and nitrogen fertilization effects on soil nitrogen and cotton and sorghum yields

Sustainable soil and crop management practices that reduce soil erosion and nitrogen (N) leaching, conserve soil organic matter, and optimize cotton and sorghum yields still remain a challenge. We examined the influence of three tillage practices (no-till, strip till and chisel till), four cover crops {legume [hairy vetch (Vicia villosa Roth)], nonlegume [rye (Secaele cereale L.)], vetch/rye biculture and winter weeds or no cover crop}, and three N fertilization rates (0, 60–65 and 120–130 kg N ha⁻¹) on soil inorganic N content at the 0–30 cm depth and yields and N uptake of cotton (Gossypium hirsutum L.) and sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench]. A field experiment was conducted on Dothan sandy loam (fine-loamy, siliceous, thermic, Plinthic Paleudults) from 1999 to 2002 in Georgia, USA. Nitrogen supplied by cover crops was greater with vetch and vetch/rye biculture than with rye and weeds. Soil inorganic N at the 0–10 and 10–30 cm depths increased with increasing N rate and were greater with vetch than with rye and weeds in April 2000 and 2002. Inorganic N at 0–10 cm was also greater with vetch than with rye in no-till, greater with vetch/rye than with rye and weeds in strip till, and greater with vetch than with rye and weeds in chisel till. In 2000, cotton lint yield and N uptake were greater in no-till with rye or 60 kg N ha⁻¹ than in other treatments, but biomass (stems + leaves) yield and N uptake were greater with vetch and vetch/rye than with rye or weeds, and greater with 60 and 120 than with 0 kg N ha⁻¹. In 2001, sorghum grain yield, biomass yield, and N uptake were greater in strip till and chisel till than in no-till, and greater in vetch and vetch/rye with or without N than in rye and weeds with 0 or 65 kg N ha⁻¹. In 2002, cotton lint yield and N uptake were greater in chisel till, rye and weeds with 0 or 60 kg N ha⁻¹ than in other treatments, but biomass N uptake was greater in vetch/rye with 60 kg N ha⁻¹ than in rye and weeds with 0 or 60 kg N ha⁻¹. Increased N supplied by hairy vetch or 120–130 kg N ha⁻¹ increased soil N availability, sorghum grain yield, cotton and sorghum biomass yields, and N uptake but decreased cotton lint yield and lint N uptake compared with rye, weeds or 0 kg N ha⁻¹. Cotton and sorghum yields and N uptake can be optimized and potentials for soil erosion and N leaching can be reduced by using conservation tillage, such as no-till or strip till, with vetch/rye biculture cover crop and 60–65 kg N ha⁻¹. The results can be applied in regions where cover crops can be grown in the winter to reduce soil erosion and N leaching and where tillage intensity and N fertilization rates can be minimized to reduce the costs of energy requirement for tillage and N fertilization while optimizing crop production.     

氮磷钾肥对青贮玉米产量和品质的影响

为了探讨施肥对青贮玉米原料及青贮饲料的影响,在撒施羊粪的田间,青贮玉米栽培管理时,分别单独施用氮肥（N-150kg/hm ²）、磷肥（P₂O₅-120kg/hm ²）、钾肥（K₂O-150kg/hm ²）,以不施用化肥为对照,经田间测产和取样,并对其青贮发酵后进行分析。结果表明,增施氮肥能极显著提高青贮玉米产量（P<0.01）,Milk2006奶亩指数显著高于单施磷钾肥和对照处理（P<0.05）;增施钾肥显著提高了青贮玉米的产量（P<0.05）。增施氮肥除了提高玉米青贮饲料氨态氮含量外（P<0.05）,玉米青贮饲料的其他发酵品质参数差异不显著。青贮不仅保存了原料的养分,同时降低了硝酸盐含量。