模拟增温增水对克氏针茅草原主要物种及群落凋落物分解的影响

应用开顶式生长室（OTC, Open Top Chamber）模拟增温,以自然状态为对照,设增温(W)、增水（P）和增温+增水（WP）3个处理,对克氏针茅草原主要物种克氏针茅(Stipa krylovii)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、冷蒿（Artemisia frigida）以及群落凋落物的分解速率进行试验研究。结果表明：(1)经过1a的分解,W处理下各物种凋落物质量残余率高于CK,即增温减缓了凋落物的分解;WP处理对凋落物质量残余率的影响与W处理一致,但其增温的影响程度更大;P处理下凋落物残余率与CK无显著差异。(2) 增温对不同种类凋落物分解进程无显著影响;而增水明显加快了糙隐子草的分解进程;增温+增水对冷蒿的分解进程影响较大,但最终各物种凋落物残余率差异不显著。(3)对残余率变化动态的方差分析表明,增温增水对凋落物分解的影响主要与凋落物种类以及分解时间的长短有关。(4)采用Olso负指数模型模拟凋落物质量损失变化过程,增温条件下,除冷蒿外,其它各种凋落物的k值（表征分解速率）均低于CK;增水条件下,克氏针茅和糙隐子草的k值低于CK,而冷蒿和群落凋落物的k值高于CK;增温+增水条件下,不同种类凋落物k值的变化与W处理一致,但整体上WP处理下凋落物的k值高于W处理。根据研究结果可以推断出,未来气候变化下内蒙古克氏针茅草原凋落物的分解将趋于减缓。     

煤矿区复垦土壤中秸秆和生物炭的分解特征

  【目的】  研究煤矿区不同复垦年限土壤中秸秆和生物炭的分解特征及其影响因素,为资源合理利用和矿区土壤培肥提供理论依据。  【方法】  依托山西煤矿复垦区试验基地,在复垦年限为1年 (复垦初期阶段,R1)、10年 (复垦中期阶段,R10) 和30年 (复垦长期阶段,R30) 的土壤中进行了有机物料填埋试验。供试有机物料包括:玉米秸秆 (MS)、小麦秸秆 (WS) 和生物炭 (BC),以不添加有机物料为对照 (CK)。3种有机物料按土重 (200 g) 和有机碳比例为100∶4混匀,装于尼龙网袋 (孔径0.38 μm) 内,埋入试验基地15 cm深的土壤中。监测试验期内土壤积温,在埋入土壤后的第 12、23、55、218、281、365天采集尼龙袋内土壤样品,分析有机物料残留量、土壤有机碳 (SOC)、微生物量碳 (SMBC)、微生物量氮 (SMBN)、可溶性有机碳 (DOC) 和可溶性有机氮 (DON) 含量,分析各调查指标与有机物料分解残留率的关系。  【结果】  1) 秸秆和生物炭的腐殖化系数分别为46.2%和86.6%,秸秆分解速率显著高于生物炭 (P < 0.05),有机物料的腐殖化系数在3种复垦年限土壤间无显著差异。秸秆分解速率在3种复垦土壤间表现出阶段性差异:分解0～12天,秸秆在R30中的分解速率显著高于R1;分解12天后,秸秆分解速率在3种复垦土壤之间无显著差异。2) 由积温方程可知,秸秆和生物炭的易分解有机碳库占比分别为55%和12%,稳定有机碳库占比分别为43%和87%。3) 添加秸秆显著提高了3种复垦土壤SMBC、SMBN、DOC和DON含量,其在R1的增长幅度显著高于R10和R30,后两者的增幅无显著差异;添加生物炭不影响复垦土壤的活性碳氮库。4) 分解0～23天,秸秆分解速率与土壤活性碳氮含量、秸秆木质素含量显著相关;分解23天后,秸秆分解速率与土壤SMBN含量、秸秆木质素含量显著相关。土壤性质不影响生物炭的分解速率。整个分解时期复垦土壤中DOC增加量与秸秆分解速率呈极显著正相关 (P < 0.01)。  【结论】  秸秆和生物炭的腐殖化系数与土壤复垦年限不相关,秸秆分解速率显著高于生物炭,主要是由于秸秆易分解有机碳库占比高于生物质炭。秸秆埋入复垦土壤后,在第12天分解速率达到最大值,土壤活性养分含量显著增加;生物炭性质稳定,分解缓慢,土壤活性养分含量无明显变化。综上,复垦土壤应加强秸秆还田以提高土壤活性碳氮含量,长期复垦土壤宜施用生物炭以稳定复垦土壤碳氮库。     

不同施肥处理对连续三季作物氮肥利用率及其分配与去向的影响

采用室外盆栽试验系统研究了不同施肥处理对连续3个生长季作物生长状况、标记^15N利用率及其分配与去向的影响。结果表明,高量氮肥的施用能显著提高作物的生长和产量,而化肥配施玉米秸秆在第1生长季表现为抑制,第2、第3生长季则相反。作物体内来自标记氮肥的含量和比例随生长季的增加显著下降,高量氮肥和玉米秸秆的施用能显著提高其含量和比例（P〈0.05）。标记氮肥在土壤中的残留率随作物生长季的增加而降低,而标记氮肥的累积作物利用率和总损失率随着生长季的增加而增加,经过连续3季作物的吸收利用,标记氮肥在土壤中的残留率、累积作物利用率和总损失率分别平均为15．82％、61．11％和23．07％。标记氮肥的作物利用率和损失率主要发生在第1生长季内,高量氮肥的施用降低了标记肥料氮在土壤中的残留率,增加了氮素损失率;与单施化肥处理相比,化肥配施玉米秸秆能明显增加标记肥料氮在土壤和作物中的回收率,降低氮素损失率,提高比例为21．74％,从而说明在施肥当季,通过施入高C/N比有机物料玉米秸秆合理调节土壤中C源和N素营养的施用比例,可以达到增加氮肥在土壤中的残留率,提高氮肥利用率的目的。     

煤矿复垦区不同有机物料的分解特征

  【目的】  研究不同有机物料在矿区复垦土壤中的分解速率及养分释放特征，为合理利用有机资源培肥矿区复垦土壤提供科学依据。  【方法】  在山西黄土丘陵区矿区复垦长期试验点进行大田填埋分解试验。采用尼龙网袋法，将供试的4种有机物料小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪烘干后过2 mm筛，均按等有机碳量 (8 g) 称取后装入尼龙网袋埋入试验地15 cm深。在填埋后的第12、23、55、218、280、365天采样，分析4种有机物料的干物质残留量和氮、磷、钾及半纤维素、纤维素、木质素含量，计算C/N值和木质素(Lignin)/N值。  【结果】  秸秆和粪肥在矿区复垦土壤中的分解速率均在第12天达到最大，然后迅速下降，分解第365天时，小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪的质量残留率依次为49.8%、55.1%、79.2%和54.0%，有机碳残留率依次为48.8%、53.4%、63.9%和51.8%。供试有机物料的养分释放率存在差异，在最初分解的第23天，玉米秸秆的氮、磷养分出现了明显富集，氮、磷养分残留率分别达到了131.0%和152.7%，小麦秸秆、牛粪和猪粪的氮素残留率依次为93.0%、81.3%和67.8%，磷素的残留率依次为92.5%、98.8%和84.3%，分解第365天时，小麦秸秆中养分释放速率大小表现为钾 > 磷 > 氮，其他3个物料中养分释放速率大小均表现为钾 > 氮 > 磷。从整个分解过程来看，玉米秸秆中氮素和磷素在矿区复垦土壤中表现出先富集再释放的模式，其他3个物料中氮素和磷素均表现为直接释放模式。采用地积温方程能较好地拟合有机物料的分解过程，由方程可知，秸秆和粪肥的分解速率常数 (K) 大小顺序为猪粪 > 小麦秸秆 > 玉米秸秆 > 牛粪。有机物料的分解速率与养分和木质素等成分的含量相关，全磷、半纤维素含量越高分解越快，木质素含量、C/N和Lignin/N越高分解越慢。  【结论】  秸秆和粪肥在山西矿区复垦土壤中的分解速率在填埋后第12天达到最大值，之后分解速率减缓。与秸秆相比，粪肥的有机碳残留率较高，氮、磷养分释放快，其中以牛粪的分解速率最慢，有机碳残留率最高，因此，牛粪可作为矿区复垦土壤培肥的首选有机物料。     

前茬作物秸秆还田下轮作模式和施肥对大豆产量的影响

探讨不同轮作模式下作物秸秆还田和施肥对大豆产量形成的影响,可为多元化轮作模式下大豆增产增效提供理论基础和实践依据。于2018—2020年在江苏省农业科学院大豆试验基地,以前茬作物秸秆还田下轮作模式为主区,设置小麦、大蒜、芥菜型油菜和空白(冬闲) 4个轮作模式;肥料施用水平为副区,设置不施肥和施三元复合肥(15∶15∶15) 225 kg·hm~(-2) 2个施肥水平,研究秸秆还田下不同轮作模式和施肥对大豆养分利用及产量形成的影响。结果表明,轮作模式与施肥对大豆产量及产量构成影响显著,且两因素对产量及产量构成、植株形态指标和病株率、土壤全氮和速效氮含量、生物量和氮素累积与分配等指标均存在极显著的互作效应。与冬闲-大豆模式相比,其他轮作模式降低了土壤容重和速效氮含量,提高了土壤有机质和全氮含量;大蒜-大豆和芥菜-大豆轮作模式下株高、茎粗、底荚高度、分枝数、总生物量和籽粒生物量、总氮累积量和籽粒氮累积量最高,利于产量形成,最终产量较冬闲-大豆模式增加4.40%～10.30%和5.66%～7.09%(施肥处理)、4.88%～8.23%和2.19%～8.78%(不施肥)。小麦-大豆轮作模式抑制植株生长,总生物量和籽粒生物量、总氮累积量和籽粒氮累积量均最低,尽管生物量、氮素收获指数和氮素生产效率最高,但产量最低,较冬闲-大豆模式分别降低2.80%～7.30%(施肥处理)和7.45%～11.18%(不施肥)。此外,小麦秸秆还田增加了大豆病株率,而芥菜-大豆和大蒜-大豆轮作模式则降低了大豆病株率。施肥可以显著促进大豆生长,降低病株率,提高土壤全氮和速效氮含量、生物量及氮素累积量和收获密度,尽管氮素收获指数和氮素利用效率较低,但是显著提高了产量。与不施肥相比,施肥使大蒜-大豆、芥菜-大豆和小麦-大豆轮作模式下大豆产量提高9.21%～13.01%、7.97%～14.02%和15.00%～15.91%。因此,在生产中建议推广大蒜-大豆和芥菜-大豆轮作模式。小麦-大豆轮作模式中在小麦秸秆还田后必须增施肥料才能达到高产。     

Cr(Ⅲ)胁迫对大豆、小麦生长及铬吸收和转运的影响

利用系统发育和根系形态不同的大豆与小麦,采用盆栽试验,研究了不同添加量铬对两种作物生长及铬吸收和转运的影响,并对两种作物铬耐受能力进行比较。结果表明,当土壤铬含量大于287.9 mg/kg(添加量为250 mg/kg)时,大豆植株生长变慢,无豆荚产生,且后期易枯萎死亡;大豆根系铬含量和富集系数超过小麦,而转移系数随铬添加量增加而逐渐降低,说明大豆对土壤中铬胁迫的耐性低于小麦;小麦籽粒铬含量超过规定的临界值。在土壤铬含量小于287.9 mg/kg时,小麦根系铬浓度和富集系数高于大豆,小麦根系比大豆具有更强的铬吸收能力;大豆茎叶富集系数高于小麦。     

不同秸秆还田方式对白浆土土壤养分及大豆产量的影响

为确定秸秆还田方式对白浆土土壤养分及作物产量的影响,试验设置了普通翻耕的对照处理以及秸秆覆盖还田、心土还田和秸秆焚烧的3种还田方式。3年的试验结果表明:在耕层部分(0~20 cm),普通翻耕处理区土壤氮素和有机质含量测定值最低,而土壤磷素和钾素含量最高;在白浆层(20~40 cm),秸秆心土还田处理的土壤碱解氮、全氮、有效磷、全磷和有机质含量最高;在淀积层(40~60 cm),不同秸秆还田方式,氮素、磷素和有机质含量变化差异较小,钾素表现为土壤下层含量比表层高。两年的数据显示秸秆心土还田处理大豆产量最高,说明秸秆心土还田对土壤地力提升效果明显,利于大豆增产。     

三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究

利用网袋法模拟田间还田方式, 研究不同还田方式下玉米、大豆秸秆的腐解特征。结果表明: 经过150 d的分解, 玉米和大豆秸秆残留率在33.7%~61.1%之间, 秸秆还田分解趋势为: 土埋处理>露天处理, 土埋玉米秸秆>土埋大豆秸秆, 露天条件下大豆和玉米秸秆分解速率一致。从细胞结构上看, 玉米秸秆随着还田时间的延长, 基本组织和维管束遭到破坏, 细胞壁变薄, 细胞内物质消失, 细胞排列疏松; 大豆秸秆组织结构变化不明显。露天和土埋处理各有机物料有机碳分解率分别为39.9%~48.9%、49.6%~65.8%, 土埋玉米和大豆秸秆腐解速度明显高于露天处理。两个处理氮、钾分解率无太大差异, 分别为51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而磷素变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆的磷释放率平均比大豆秸秆高49.4%、56.7%。作为还田物料玉米秸秆要好于大豆秸秆。     

少免耕对小麦/玉米农田玉米还田秸秆腐解的影响

为了研究高产灌溉条件下土壤耕作模式对还田玉米秸秆腐解的影响,在山东龙口采用4种土壤耕作模式（常规耕作秸秆还田、旋耕秸秆还田、耙耕秸秆还田、免耕秸秆覆盖）进行了一年两季田间试验,测定了秸秆腐解率、秸秆腐解速率和秸秆的纤维素含量。结果表明：秸秆腐解速率与土壤温度具有显著的相关性。旋耕秸秆还田和耙耕秸秆还田两种少耕模式和常规耕作秸秆还田模式的秸秆腐解率、平均秸秆腐解速率无显著差异,说明少耕模式并不因减少耕作程序而降低作物秸秆在田间的腐解。免耕模式的秸秆腐解率和腐解速度显著低于以上3种耕作模式,经过小麦和玉米两个生长季节后仍有37.78%的玉米秸秆剩余,而且秸秆中纤维素质量分数为20.69%,腐解质量差,会对下年作物的出苗产生 影响。     

豆麦轮作区麦秸长期还田对作物产量及土壤化学性质的影响

麦秆还田对作物产量影响以及秸秆还田如何施肥是农业生产者极为关注的问题,为了明确豆麦轮作麦秆长期还田对作物产量及对土壤化学性质的影响,该文依托黑河市长期定位实验站,采用裂区试验方法,主处理为秸秆还田与不还田处理,副处理为低、中、高不同施肥水平,试验于1980年开始,轮作模式先后为麦-豆-麦和麦-豆轮作模式,通过连续38 a(1980—2018年)调查,探明麦豆轮作条件下麦秸还田及不同施肥水平对作物产量影响。结果得出:麦秸还田后种植大豆、小麦,多年产量与不还田比差异不显著(P0.05);连续施肥效果,大豆中肥区比低肥区增产7.42%～10.81%,达到差异显著水平,小麦高肥区比低肥区增产14.52%～19.33%,差异极显著(P 0.01);麦秸还田大豆增产效果,还田前期(1～6季)大豆平均产量比不还田增产5.91%,后期(7～16季)平均增产7.52%,麦秸还田小麦增产效果,还田前期(1～5季)和后期(6～16季)平均增产0.31%、0.22%,后期增产频率高;麦秆隔年还田显著增加速效钾含量,施肥可以有效增加土壤碳、氮、磷含量,但长期高肥易导致土壤酸化。     

青海高原小麦秸秆–毛叶苕子混合腐解特征

[目的]研究小麦秸秆、毛叶苕子及二者混合物料在耕层土壤还田后的腐解和养分释放规律,以期为青海高原有机物料还田提供理论依据和技术指导.[方法]将毛叶苕子(G)、麦秆(S)和麦秆+毛叶苕子混合(G+S)3种有机物料自然风干后,切成2 cm长,放入尼龙网袋,埋入20 cm深土壤中自然腐解,地表撂荒.在埋入土壤后的第7、14、...     

18-1目录

【目的】 弄清中国秸秆资源数量及其养分资源量,旨在为充分利用秸秆资源、提高肥料利用率、实现化肥施用零增长和保障国家粮食安全提供科学依据。 【方法】 本研究以中国主要农作物水稻、小麦、玉米、大豆、马铃薯、花生和油菜为研究对象,通过查阅中国统计数据和公开发表的文献资料对2015年中国主要农作物秸秆数量及其养分资源量进行估算,同时对各地区不同作物最佳施肥量进行统计,分析秸秆不同比例还田下氮、磷、钾输入量分别占化肥用量百分比。 【结果】 2015年中国主要农作物秸秆资源量为71878.53万t,所含的氮 (N)、磷 (P₂O₅)、钾 (K₂O) 养分资源总量分别达到625.6、197.9、1159.5万t。秸秆养分资源量以水稻、小麦和玉米三大粮食作物最大,分别占养分资源总量的33.1%、14.5%和34.2%,其他作物以油菜秸秆养分数量最高,占7.6%。作物秸秆养分数量中以玉米氮和磷养分数量最高,分别占单质养分总量的37.4%(N) 和41.5% (P₂O₅);钾养分数量以水稻最高,占36.9% (K₂O)。秸秆总量华北和长江中下游地区较多,分别占全国总量的26.4%和26.2%。秸秆养分资源总量最高的为黑龙江省,其次为河南和山东,分别占全国秸秆养分资源总量的10.3%、9.5%和6.8%。中国2015年主要农作物播种面积为1.2亿hm2,产量为6.3亿t,作物理论N、P₂O₅和K₂O需求量分别为1445.9、546.4、1652.3万t。如果将秸秆全量还田,带入农田的平均养分量可高达N 54.4 kg/hm2、P₂O₅15.5 kg/hm2和K₂O 88.1 kg /hm2,相当于化肥用量的38.4% (N)、18.9% (P₂O₅) 和85.5% (K₂O)。 【结论】 中国农作物秸秆数量及其养分资源量巨大,依据地域秸秆特点,充分合理利用秸秆养分资源,是实现化肥减施增效的重要途径。      

我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量及还田替代钾肥潜力

  【目的】  粮食作物秸秆中钾养分含量及其还田后的当季释放率均较高，调查我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量，为秸秆还田条件下农田钾素养分管理提供科学依据。  【方法】  基于最新统计数据和文献资料，采用草谷比法估算了我国不同省份和农区主要粮食作物秸秆的钾养分资源量，及其在还田条件下的钾肥替代潜力。  【结果】  2015—2017年在我国主要粮食作物种植区域，水稻、小麦和玉米秸秆的年均产量分别为23212万t、17083万t和39918万t，三大粮食作物秸秆主要分布于华北、长江中下游和东北农区，分别占全国总量的33.6%、25.4%和22.8%。水稻、小麦和玉米秸秆可以提供的年均钾养分资源量分别为529万t、216万t和568万t，长江中下游、华北和东北农区三大粮食作物秸秆钾养分资源量居于全国前列，分别占全国总量的30.4%、28.2%和22.0%。各省单位耕地面积水稻秸秆还田当季可提供的钾养分量均较高，为K₂O 115.0～209.5 kg/hm2。小麦秸秆还田替代钾肥潜力较大的省份有河南、河北、山东、安徽和江苏，占全国小麦总播种面积的71.1%，钾肥替代潜力为K₂O 82.3～97.1 kg/hm2。对玉米秸秆还田来说，其钾肥替代潜力为K₂O 67.2～170.7 kg/hm2。从全国范围来看，单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供钾养分量分别为 K₂O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2。  【结论】  我国水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供的钾养分量分别为K₂O 449万t、193万t和479万t。我国单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季的钾肥替代潜力分别为K₂O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2，充分利用秸秆资源，可基本满足我国粮食作物生产的钾素需求，维持土壤钾素平衡。     

田间条件下不同促腐菌对水稻秸秆腐解及胞外酶活性的影响

  【目的】  田间环境的复杂性影响促腐菌种的实际促腐效果。研究3个经鉴定的促腐菌种在田间条件下提高秸秆腐解相关酶活性的效果，并比较其和商品菌剂的效果，为秸秆促腐菌剂研发及秸秆高效还田提供科学依据。  【方法】  田间试验采用秸秆包网袋填埋法，在江西省上高县双季稻种植区晚稻季节进行，设置水稻秸秆接种假单胞菌、芽孢杆菌、青霉、商品菌剂以及不施菌剂 (对照) 5个处理，分别于秸秆包填埋于土壤后第7、14、28、56、84天取秸秆样品，测定秸秆剩余量、养分含量及胞外酶活性，并计算秸秆腐解率。  【结果】  1) 不论是否添加促腐菌剂，秸秆的腐解均呈现出先快后慢的趋势。添加假单胞菌处理秸秆腐解率以及C、N、P释放率在0～84天始终显著高于对照，最终分别提高5.6%、9.09%、11.66%和7.87%；添加青霉处理秸秆腐解率 (第14天除外) 和氮释放率在0～84天也显著高于对照，最终分别提高5.2%和7.46%；添加商品菌剂处理秸秆腐解率仅在第14天显著高于对照；而添加芽孢杆菌处理秸秆腐解率始终与对照无显著差异。2) 腐解时间是影响胞外酶活性的最重要因素，添加菌剂也能不同程度地提高秸秆腐解胞外酶活性。胞外酶中，乙酰氨基葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶活性是影响秸秆腐解和养分释放的重要变量，其次是β-纤维二糖苷酶和磷酸酶。添加假单胞菌处理乙酰氨基葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶 (第14天除外) 以及磷酸酶的酶活性在0～84天内显著高于对照，添加青霉、芽孢杆菌以及商品菌剂处理相关胞外酶活性表现并不稳定，添加青霉处理乙酰氨基葡萄糖苷酶活性仅在0～14天显著高于对照。3) 添加菌剂处理水稻产量较对照提高1.87%～9.92%，施假单胞菌处理增产最为显著。  【结论】  胞外酶中乙酰氨基葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶活性与秸秆腐解和养分释放关系最为密切。青霉仅在秸秆腐解的前14天显著提高乙酰氨基葡萄糖苷酶活性，芽孢杆菌剂对胞外酶活性的提升效果不稳定，因此，其在田间条件下促进秸秆腐解、养分释放的效果也不稳定，最终没有增产效果。假单胞菌剂可在0～84天腐解周期内显著提高乙酰氨基葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶 (第14天除外) 活性，因而在田间条件下，假单胞菌剂可以有效促进秸秆腐解和养分释放，提高晚稻产量。     

紫云英与水稻秸秆联合还田下双季稻田土壤氮磷平衡状况及化肥减施策略

  【目的】  稻草还田和冬种绿肥是维持稻田地力和化肥替代的重要方式。通过分析“紫云英–早稻–晚稻”模式各作物季和轮作周年农田土壤养分的平衡,为科学减施化肥提供依据。  【方法】  微区定位试验在湖南酸性红黄泥和碱性紫潮泥稻田进行了2年。两土壤试验处理一致,包括稻田冬闲 (FRR)、冬种紫云英 (MvRR) 及紫云英与水稻秸秆联合还田 (MvRR+ St) 3个处理。调查分析了土壤氮磷养分含量,紫云英和双季稻的生物量、氮磷含量及积累量,计算了稻田土壤的表观氮、磷平衡。  【结果】  两种典型稻田土壤上,紫云英生物量和氮、磷养分含量及积累量均表现为MvRR+St大于MvRR (P > 0.05)。与MvRR相比,MvRR+St未显著影响早、晚稻产量及水稻植株氮、磷积累量,但显著提高了稻田土壤速效磷含量,红黄泥和紫潮泥土壤速效磷含量较MvRR处理分别提高了29.7%和20.9% (P < 0.05)。在本研究氮、磷投入水平下,MvRR+St处理轮作周年和早稻季土壤氮、磷均盈余,晚稻季土壤氮亏缺、磷略有盈余且轮作周年和早稻季的紫潮泥盈余量均大于红黄泥。轮作周年氮、磷总盈余量在红黄泥田分别为43.32、31.57 kg/hm2,在紫潮泥田分别为70.28、33.96 kg/hm2;早稻季在红黄泥分别为88.06、21.26 kg/hm2,在紫潮泥分别为134.04、27.95 kg/hm2;晚稻季红黄泥和紫潮泥土壤氮亏缺量分别为29.70、30.02 kg/hm2。【 【结论】 】 在本研究氮、磷投入水平下,紫云英与水稻秸秆联合还田在两种典型水稻土上均没有进一步提升水稻产量,但轮作周年土壤总氮、磷量为盈余,土壤磷素处于积累状态。土壤氮、磷盈余主要发生在早稻季,而晚稻季土壤氮亏缺、磷基本平衡。因此,紫云英与双季稻秸秆联合还田条件下,应减少早稻季化肥氮、磷投入量,适当提高晚稻氮肥投入量,最终实现双季稻周年氮磷总投入量的适当降低。     

稻麦秸秆全量还田的产量与环境效应及其调控

秸秆还田是一项土壤培肥、实现农业可持续发展的重要措施,但稻秆还田经济效益低、增产效应不显著以及一些环境负效应,影响了该措施的推广。本文结合本课题组研究工作,综述了国内外近期的相关研究进展,就稻麦秸秆全量还田的产量效应、秸秆腐解特性与环境效应及其调控进行了分析。研究表明,秸秆还田能提高土壤肥力,增加稻麦产量,且增产效应随还田时间延长而增加;稻季麦秸/油菜秸的腐解率在50%~66%,其N、P、K养分释放率分别为42%~58%、55%~68%和92%~98%;秸秆还田能显著提高农田碳固定、减少径流损失,但也增加了稻田甲烷排放、氨挥发以及渗漏的养分损失。提高秸秆还田效益的调控措施有:增加稻麦前期氮肥施用比例,适当减少总的氮肥、磷肥用量,大幅减少钾肥用量;秸秆尽量在麦季还田、稻季采用湿润灌溉可减少甲烷排放。     

麦?豆轮作体系周年施氮量对夏大豆氮素利用效率和产量的影响

  【目的】  探明伊犁河谷麦?豆轮作体系下施氮对夏大豆氮素利用及产量的影响，筛选出夏大豆高产的周年施氮组合。  【方法】  于2016—2018年在新疆伊宁县进行小麦?大豆轮作田间试验。前茬冬小麦设4个施氮水平，分别为0、104、173、242 kg/hm2，即WN0、WN1、WN2、WN3处理；在小麦各处理基础上，再设夏大豆3个施氮水平，分别为0、69、138 kg/hm2，即SN0、SN1、SN2处理。从大豆出苗后20天起，每10天取一次植株样，测定不同部位的氮素含量和生物量，收获期测产量及其构成，计算夏大豆的氮素利用效率。  【结果】  前茬麦季及大豆当季施氮量均显著影响夏大豆干物质及植株氮素积累量。在麦季施氮0～173 kg/hm2范围内，夏大豆当季施氮有利于增加植株干物质积累量及各器官氮素积累量，且小麦季施氮水平越低，夏大豆当季施氮对干物质积累及植株氮素积累的作用越显著。在麦季施氮量为173 kg/hm2时，夏大豆季施氮可增加产量，且以SN1处理产量最高；而当小麦季施氮量为104和242 kg/hm2时，夏大豆季SN1和SN2处理产量之间没有显著差异。在前茬小麦季施氮的基础上，夏大豆当季氮肥吸收利用率、农学利用率及偏生产力均随当季施氮量的增加而降低。  【结论】  在伊犁河谷冬小麦?夏大豆轮作体系下，前茬麦季施氮173 kg/hm2基础上，夏大豆当季施氮69 kg/hm2可获得较为理想的夏大豆产量和氮素利用效率。     

大豆和玉米影响后茬作物氮素供应的研究进展

  【目的】  为提高轮作系统的生产力和土壤肥力的可持续性,我们从作物根系形态、残留养分有效性和土壤结构等方面,综述了大豆和玉米生产对土壤物理特性和后茬作物氮素供应能力的影响机理及原因。  主要进展  大豆根系呈网状分布,分枝侧根多,生长过程中新老根频繁更替,收获后土壤团聚体由原来的简单形态变为多级复合形态,团聚体内部孔隙增多,利于后茬作物的根系发育。大豆形成的稳定土壤团聚结构也是土壤氮素循环的良好基础,可有效提升土壤有机氮的总矿化和转化量,增强土壤对后茬作物的供氮潜力。玉米生产一般氮肥施用量较高,故收获后残留在土壤中的肥料氮相对较多。残留氮以NO₃–-N和微生物氮形态存在的比例高,由于NO₃–-N在土壤中不稳定、易损失,因此,不易于为后茬利用。大豆秸秆C/N低,翻压还田后易于被土壤微生物利用,加速土壤氮循环,易于后茬作物的吸收利用。加之豆科作物生长过程中死亡的根瘤和根形成的沉积物数量大,根系分泌物含有较高的甘氨酸和丝氨酸,且根际沉积物C/N较低,更易矿化转化为后季作物的重要氮源。因此,大豆较玉米更有利于后茬作物的生长和氮素营养。  展望  为更好地利用轮作优势,需要在以下几方面加强研究:提高大豆残留氮素高效利用的关键驱动因素比例;减少玉米收获后土壤残留氮素损失的氮素管理方法;残留氮素转移转化过程中的根–土–微生物互作机制。由于秸秆腐解会加快土壤有机碳的释放,因此减少大豆秸秆还田带来的轮作周年CO₂等温室气体的排放,提高土壤的碳汇功能也将成为今后研究重点。     

不同施氮量下潮土中小麦秸秆腐解特性及其养分释放和结构变化特征

  【目的】  秸秆腐解与元素转化涉及复杂的生物化学过程，提高土壤氮素水平是加速秸秆腐解和养分释放的关键措施。研究不同施氮水平下潮土中小麦秸秆腐解特性、养分释放特征及其结构组分变化规律，深入了解秸秆腐解过程与机制，为完善作物秸秆还田技术、实现秸秆资源的高效利用及农田可持续发展提供科学依据和技术支撑。  【方法】  本试验点位于河南省原阳县，土壤类型为潮土，种植制度为小麦–玉米轮作，以小麦秸秆为研究对象，设置0 (SN0)、180 (SN1) 和240 (SN2) kg/hm2 3个氮肥用量，进行187天的秸秆包填埋试验，利用超高分辨场发射扫描电镜 (SEM)、固态核磁共振 (13C-NMR) 等方法研究小麦秸秆腐解过程中的养分释放和结构组分动态变化规律。  【结果】  1) 小麦秸秆腐解呈现前期快后期慢的特征，前两周为快速腐解期，该阶段秸秆平均腐解率为46%，整个玉米季 (100天) 秸秆平均腐解率为71%；高氮营养环境对前两周的秸秆腐解率无显著影响；从第二周开始，施用氮肥处理加速了秸秆腐解，SN1和SN2处理秸秆腐解率平均高于SN0处理6个百分点，但SN1和SN2处理间无显著差异；秸秆碳释放率与秸秆腐解率变化趋势基本一致。2) 腐解187天后，秸秆氮磷钾养分最终释放率大小顺序为钾 (96%～97%) > 氮 (52%～86%) > 磷 (29%～45%)，其中钾在前两周基本完全释放，而氮、磷释放率在后期有负增长现象。3) 纤维素、半纤维素腐解率与秸秆腐解规律基本一致，均表现出前期快后期慢的特点，而木质素则在中后期腐解较快；纤维素、半纤维素和木质素最终腐解率分别为78%～87%、86%～91%和66%～73%（187天后）。4) 扫描电镜结果显示，小麦秸秆结构逐渐遭到破坏，表面变得粗糙，断层增多，空洞增大，纤维束变得松散，形成近似网状结构；高氮处理下小麦秸秆表观结构受破坏程度大于不施氮处理。5) 核磁共振结果显示，不同有机碳官能团信号强度分布表现为:烷氧碳 (47.02%～60.13%) > 烷基碳 (11.41%～17.38%) > 双烷氧碳 (10.79%～13.31%) > 甲氧基碳/烷氮碳 (7.53%～12.02%) > 芳基碳 (2.70%～7.18%) > 羧基碳 (1.07%～2.60%) > 酚基碳 (0.75%～2.02%)；腐解过程中烷基碳、甲氧基碳/烷氮碳、酚基碳和羧基碳相对含量显著增加，而烷氧碳相对含量显著降低。6) 相关分析表明，秸秆残余物所有有机碳官能团均与腐解率、碳释放率有显著或极显著相关性；有机碳官能团中只有烷氧碳、甲氧基碳/烷氮碳与氮释放率有显著相关性；烷氧碳、双烷氧碳与纤维素、半纤维素和木质素腐解率均呈极显著负相关，羧基碳和甲氧基碳/烷氮碳均与木质素腐解率呈现极高的正相关性。  【结论】  施用氮肥能够促进小麦秸秆腐解和碳释放，其效果在秸秆还田两周后才能显现出来；在腐解过程中，秸秆残余物中代表易分解碳水化合物的烷氧碳相对含量随腐解时间延长而不断降低，且占比均高于其它碳官能团，对指示秸秆腐解进程具有重要意义；固态核磁共振技术更有利于监测秸秆腐解过程中不同有机碳官能团结构变化，从而更深刻地认识秸秆腐解机制。