东北棕壤长期不同施肥处理轮作大豆氮素吸收和土壤硝态氮特征

【目的】在玉米–玉米–大豆轮作体系下,基于棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对东北地区大豆生物量、产量、各部位吸氮量及收获期土壤0―100 cm硝态氮累积的影响,为该地区合理施肥提供理论依据和科学指导。【方法】棕壤肥料长期定位田间试验始于1979年,包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量厩肥(M1)及其与化肥配施(M1N和M1NPK)、高量厩肥(M2)及其与化肥配施(M2N和M2NPK)9个处理。厩肥为猪厩肥,1992年后大豆季不施猪厩肥,仅在玉米季相关处理中施用。39年后,调查分析了大豆生物量、产量、氮素吸收利用及大豆收获期0―100 cm土壤硝态氮累积特征。【结果】高量、低量厩肥配施化肥处理大豆生物量、产量、总吸氮量及各部位吸氮量均显著高于单施氮肥和不施肥处理,其中,M1NPK处理大豆生物量、产量和总吸氮量最高,分别为9107、2979和314.2 k g/h m^2,较其他处理分别提高了6.1%~133.6%、23.9%~232.5%和11.7%~359.4%。施肥提高了大豆氮收获指数,但氮素生理效率降低。NPK和M1NPK处理的氮素收获指数最高,均为63.5%,而氮素生理效率较CK分别降低了30.6%和28.1%。大豆收获期各处理土壤硝态氮累积量随土层深度的增加而降低。与播前相比,大豆收获期单施氮肥处理的0―100 cm土层硝态氮积累量显著增加,NPK处理变化不显著,M1、M1N和M1NPK处理显著降低。低量厩肥配施化肥处理收获期0―100 cm土壤硝态氮积累量远低于高量厩肥配施化肥处理,较播前平均降低了79.2%。所有处理中,土壤硝态氮积累量以M1NPK处理最低,比其他处理平均降低了58.2%。【结论】在东北棕壤地区玉米–玉米–大豆轮作体系下,玉米季低量厩肥(13.5 t/hm^2)与氮磷钾化肥配合施用时,大豆季仅施氮磷钾化肥既可提高大豆生物量、产量,促进氮素吸收,同时还可降低大豆收获期土壤硝态氮累积量,降低环境风险,是该轮作体系较为合理的施肥方式。     

不同比例有机肥替代化肥对水稻产量和氮素利用率的影响

在江西双季稻区进行30 a的田间定位试验,比较不施氮肥(CK)、施用化肥(NPK)、等养分条件下70%化肥配合施用30%有机肥(70F+30M)、50%化肥配合施用50%有机肥(50F+50M)、30%化肥配合施用70%有机肥(30F+70M)施肥条件下水稻产量、氮素吸收、氮素利用率的变化。结果表明:与等养分量NPK处理相比,有机无机肥配施处理能显著提高30 a双季稻平均产量(P0.05),增产幅度在2.47%～5.73%,其中30F+70M处理产量最高,且不同比例有机无机肥配施处理之间有显著差异,30F+70M处理显著高于50F+50M处理(P0.05)。在不同时间段,不同有机无机肥配施处理产量表现不同,低量有机肥配施处理在试验前期具有明显的增产优势,高量有机肥配施处理在试验中后期增产效果明显。与等养分量NPK处理相比,有机无机肥配施处理30 a平均吸氮量无显著差异,不同施肥处理每生产1 t籽粒对氮素的需求不同,有机无机肥配施处理(20.57～20.94 kg)低于NPK处理(21.77 kg),其中30F+70M、70F+30M处理具有较高的氮素生产效率。有机无机肥配施处理30 a平均氮肥吸收利用率与等养分条件下NPK处理无显著差异,但氮肥生理利用率显著提高。有机无机肥配施能提高双季稻产量、氮素利用效率,不同肥力水平稻田应选择适合的比例,中低肥力水平稻田以30%有机肥配施较为合适,而高肥力水平稻田宜选择50%、70%有机肥配施较为合适。     

长期轮作施肥棕壤磷素对磷盈亏的响应

【目的】 研究长期轮作施肥条件下棕壤磷素盈亏状况及其与土壤磷素的关系,为棕壤科学施用磷肥提供理论依据。 【方法】 玉米?玉米?大豆轮作长期施肥定位试验始于1979年,设不施磷肥 (CK)、施氮磷肥 (NP)、施氮磷钾肥 (NPK)、低量有机肥配施氮磷肥 (M1NP)、低量有机肥配施氮磷钾肥 (M1NPK)、高量有机肥配施氮磷肥 (M2NP) 和高量有机肥配施氮磷钾肥 (M2NPK),共7个处理。测定1979—2015年不同施肥处理土壤Olsen-P和全磷含量,计算了土壤磷的盈亏状况,分析了全磷和有效磷与累积磷盈亏之间的关系。 【结果】 CK处理土壤磷素水平处于亏缺状态,平均土壤年亏缺磷为9.0 kg/hm2;磷肥处理 (NP和NPK) 和有机肥配施磷肥处理 (M1NP、M1NPK、M2NP和M2NPK) 土壤磷素均处于盈余状态,且M2NP和M2NPK盈余较多。所有施肥处理的有效磷增量与土壤累积磷盈亏均呈极显著相关关系 (P < 0.01),CK处理土壤每亏缺磷100 kg/hm 2,Olsen-P下降0.84 mg/kg;磷肥及有机肥磷肥配施处理每盈余磷100 kg/hm2,Olsen-P上升范围为1.97～7.23 mg/kg。除CK外,所有施肥处理土壤全磷增量与累积磷盈亏均呈极显著相关关系 (P < 0.01)。土壤每盈余磷素100 kg/hm 2,各施肥处理全磷增加范围为0.03～0.04 g/kg。 【结论】 磷肥投入是影响棕壤全磷和有效磷水平的关键因素。长期轮作不施磷肥,棕壤磷素亏缺;长期轮作施用化学磷肥 (年均投入P₂O₅ 70 kg/hm2) 和磷肥有机肥配施 (年均投入P₂O₅ 126～182 kg/hm2),棕壤磷素有盈余,增施高量有机肥的盈余量高于增施低量有机肥,高于单施磷肥。磷肥配施有机肥提升棕壤有效磷的速率高于单施磷肥。      

长期施肥对土黑碳积累的影响

通过长期定位试验,探讨了20年不施肥（CK）、 单施化肥（NPK）、 秸秆和化肥配施（SNPK）、 常量有机肥和化肥配施（M1NPK）以及高量有机肥和化肥配施（M2NPK）5个施肥处理对土中黑碳含量及积累的影响。结果表明: 与CK处理相比,NKP处理对黑碳含量和积累没有明显影响; 有机肥和化肥配施（M1NPK、 M2NPK）对耕层（020 cm）土壤黑碳含量的影响较大,与CK处理相比,在土壤表层（05 cm）,M1NPK、 M2NPK分别提高了黑碳含量的108%和134%, 510 cm土层中黑碳含量增幅最高,分别提高164%和176%,在整个土层,M1NPK、 M2NPK处理分别增加了1.51和1.55倍; 秸秆和化肥配施（SNPK）下表层黑碳含量也有所增加,但增加幅度相对施用有机肥来说明明显较小。施肥对黑碳含量的影响主要发生在土壤表层,深层土壤黑碳受施肥影响较小。     

长期有机无机肥配施下玉米氮素利用率和红壤碱解氮含量的阶段性变化

  【目的】  充足的氮素供应是玉米高产的保证,研究红壤上玉米氮素吸收和土壤氮素盈余对长期不同施肥措施的响应特征,旨在为红壤地区玉米持续高产和土壤氮素科学管理提供依据。  【方法】  本研究依托江西进贤双季玉米定位试验,选择不施肥(CK)、常量化肥(NPK)、两倍量化肥(DNPK)、有机肥(OM)与常量化肥+有机肥(NPKM) 5个处理,以10年为一个试验阶段,分析了35年来玉米产量、氮肥利用率、0—20 cm土层土壤碱解氮含量以及氮素表观盈余量等的阶段性变化规律。  【结果】  施肥处理(NPKM、DNPK、OM和NPK)玉米35年平均产量较不施肥对照(CK)分别显著提高了3.36～9.07、3.31～5.64、2.46～6.72和1.91～3.70倍,氮素吸收量分别显著提高了5.20～11.93、4.33～7.02、3.66～5.90和1.80～3.64倍。在试验0～10年,各施氮处理间玉米产量无显著差异,氮素吸收量NPKM、DNPK和OM处理间无显著差异,但均显著高于NPK处理。在试验11～20年,NPKM和DNPK处理产量与氮素吸收量显著高于NPK和OM处理;在试验21～35年,NPKM处理的产量和氮素吸收量均显著高于其他处理。NPK和DNPK处理的氮肥偏生产力在0～20年期间升高,在21～35年间下降,而NPKM和OM处理的氮肥偏生产力逐渐升高,至试验31～35年时,显著高于NPK和DNPK处理。各施氮处理土壤氮素均处于盈余状态,前30年均以NPKM处理氮素盈余量最高,较DNPK与NPK处理分别显著提升了13.63%～37.48%、133.95%～208.24%,而在试验31～35年,DNPK处理氮素盈余量与NPKM处理无显著差异。0—20 cm土层土壤碱解氮含量与氮素盈余量呈显著正相关 (P<0.05),氮素盈余量每增加 10 kg/hm2,0～10、11～20、21～30、31～35年耕层土壤碱解氮含量分别增加1.00、1.20、1.60、2.80 mg/kg。  【结论】  在试验前20年,单施化肥玉米氮素吸收量和肥料的偏生产力呈增加趋势,之后呈下降趋势。而有机无机肥配施或者单施有机肥可持续提高氮肥利用率,促进玉米增产。氮素盈余量的增加与耕层土壤碱解氮含量呈显著正相关;随施肥年限的延长,有机无机肥配施对土壤养分含量提升效果增强。     

长期不同施肥对土壤各粒级组分中氮含量及分配比例的影响

土壤培肥过程中氮素的积累和在各级土壤颗粒中的分配对了解土壤氮素积累机制和氮素的可持续管理具有重要意义。本研究以红壤旱地长期定位试验为基础,采用离心法分离土壤颗粒,通过分析氮素在土壤不同颗粒中的含量,研究长期施肥对土壤中不同粒级土壤氮的分配的影响。结果表明,施肥二十年后,在020 cm土层,施肥处理的全氮含量在1.19~1.98 g/kg 之间,施肥处理全氮含量显著高于不施肥处理（CK）。在2040 cm土层,土壤全氮含量分布在0.59~0.84 g/kg之间,显著低于表层土壤氮含量; 在020 cm土层,与氮磷钾化肥配施处理（NPK）相比,单施或者配施有机肥的土壤与砂粒、 粗粉粒、 细粉粒、 粘粒结合的氮含量分别提高220%、 84%、 46%和26%。而在2040 cm土层,与NPK处理相比,有机肥的施用仅提高了与细粉粒、 粘粒结合的氮含量,降低了与粗粉粒结合的氮含量; 在020 cm土层中,红壤氮素主要分布在粘粒中。2040 cm土层CK、 NPK和氮磷钾配施加秸秆还田处理（NPKS）表现为与粗粉粒结合的氮的分配比例最高,而施用有机肥的处理氮素分布仍以粘粒占比例最高。相关分析表明,土壤表层＜5 m粒级的土壤颗粒中氮含量和作物的经济产量呈显著性正相关。长期施用有机肥可以显著提高表层土壤全氮及与各个颗粒结合氮的含量,不同处理的氮主要保存在粘粒中。而亚表层土壤中,施化肥或者秸秆还田加速了粘粒结合态氮的耗竭,配施有机肥促进了氮在粘粒中的积累,也更有利于土壤全氮的积累,是可持续的氮素管理措施。     

小麦-玉米轮作体系下氮肥对长期不同施肥处理土壤氮含量及作物吸收的影响

以长期不同施肥处理土壤为对象,研究了不同施肥土壤中施用氮肥后土壤氮素含量、微生物固持及释放和作物吸收及利用特性。结果表明,施用氮肥显著增加长期不施肥土壤(NF)矿质氮含量,对长期施用化肥土壤(NPK)和有机无机配施土壤(MNPK)矿质态氮含量无显著影响;施用氮肥对NF中土壤微生物生物量氮(SMBN)含量无显著影响,使拔节期NPK和MNPK中SMBN含量分别增加了4.3倍和0.8倍。从小麦拔节期到开花期,NPK和MNPK中土壤微生物生物量氮含量分别显著降低51%和56%。小麦收获时NPK和MNPK土壤氮肥的利用率分别为36%和45%;而NF土壤所施入的氮素几乎未被小麦吸收利用,但在玉米季有34%被吸收。小麦收获时,NF土壤施入的氮肥有50%以上淋溶至土壤30 cm以下土层,施氮也显著提高了NPK土壤30～50 cm土层硝态氮含量,但施用氮肥对MNPK土壤0～100 cm剖面硝态氮含量无显著影响。说明长期有机无机配施增强了土壤氮素的缓冲能力,协调了土壤氮素固持与作物吸氮间的关系,为提高氮素利用率,减少氮素对环境影响的有效手段。     

长期施肥棕壤团聚体分布及其碳氮含量变化

【目的】探究玉米-玉米-大豆轮作体系不同施肥处理对土壤团聚体分布及其有机碳、全氮的影响,以期深入了解施肥对土壤培肥、改善土壤结构的机制。【方法】选取不施肥（CK）,化肥（NPK）,低量有机肥（M1）,低量有机肥与化肥配施（M1NPK）,高量有机肥（M2）,高量有机肥与化肥配施（M2NPK）6个处理。采集棕壤37年长期定位试验微区不同施肥处理的0-20 cm和20-40 cm土样,分析其水稳性团聚体（ 1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm、0.25~0.053 mm及 0.053 mm）分布及其有机碳、全氮分配特征。【结果】棕壤长期施肥对团聚体分布及其碳氮的影响0-20 cm大于20-40 cm,随土层深度的增加,有机碳（SOC）、全氮（TN）含量减少。各处理团聚体及碳、氮在团聚体中的分配主要在黏粉粒中（40%以上）。与CK相比,NPK处理显著提高了黏粉粒的含量,降低大团聚体与微团聚体含量,显著增加黏粉粒储碳比例;M1、M2处理显著增加 1 mm团聚体数量及其SOC含量,显著增加 0.25 mm各粒级团聚体的储碳比例,且M2处理显著高于M1处理;M1NPK、M2NPK处理也显著增加 1 mm团聚体数量及其SOC含量,M1NPK与M2NPK处理在NPK处理的基础上依次增加0.5~0.25 mm（M1NPK）、1~0.5 mm及 1 mm团聚体的储碳比例,M2NPK处理 0.25 mm团聚体储碳比例最高,土壤团聚体全氮的变化趋势与有机碳类似。【结论】棕壤连续有机无机配合施用可显著增加土壤大团聚体数量、SOC、TN含量及其储碳、氮比例,是提高土壤质量、改善土壤结构的有效施肥措施。     

长期不同比例有机肥-化肥配施下红壤性水稻土氮素矿化特征

土壤有机氮的矿化是土壤氮素肥力的重要指标之一,也是影响作物产量至关重要的因素。以33年长期定位试验为依托,对红壤性双季稻田土壤氮累积、矿化动力学特征等进行系统研究。定位试验始于1984年,选取其中5个施肥处理:不施肥(CK),施氮磷钾肥(NPK),施50%化肥+50%有机肥(50F+50M),施30%化肥+70%有机肥(30F+70M),施70%化肥+30%有机肥(70F+30M),于2017年早稻种植前采集耕层(0～20 cm)土壤样品,采用淹水密闭间歇淋洗法,对土壤氮矿化量和速率进行测定,并采用一级动力学方程拟合土壤氮矿化势(N_0)、矿化速率常数(k)等。结果表明,长期施肥显著提高土壤有机碳、全氮、碱解氮含量,以有机无机肥配施提升效果最为显著,且随有机肥投入量增加而递增,30F+70M处理较NPK处理显著提高铵态氮、硝态氮及总矿质氮含量,分别提高了47.0%、64.6%和49.7%。连续施肥33年后,施肥显著提高了土壤净矿化速率和土壤矿化氮释放量,排序为30F+70M50F+50M70F+30MNPKCK,配施有机肥较施化肥处理显著提高了土壤矿化氮累积释放量和土壤氮素矿化率,分别是化肥处理的2.70和1.41倍。长期施肥均显著提高了土壤氮素矿化势(N_0),提高幅度为65.9%～196.0%,配施30%有机肥(70F+30M)较施化肥处理(NPK)可显著增加水稻土氮素矿化势,降低氮矿化速率常数。土壤有机质、全氮、碱解氮及铵态氮含量显著影响N_0、N_0/N、累积矿化量及矿化率,土壤氮矿化速率常数(k)与C/N呈现极显著负相关。长期化学氮肥与低比例有机肥配施,使水稻土供氮缓慢而持久,在水稻的生长发育过程中能够不断地补充氮素。     

长期施用化肥对塿土微生物多样性的影响

【目的】土壤微生物在土壤有机质分解、营养循环、植物生长等方面都发挥着重要作用,研究长期施用化肥对其产生的影响可为农田合理施用化肥、培肥土壤和高产高效可持续性农业生产提供理论依据。【方法】以陕西杨凌"国家黄土肥力与肥料效益监测基地"的长期定位试验为基础,利用BIOLOG分析并结合常规分析研究了6种长期不同化肥施用方式不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、磷钾配施(PK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)对土土壤微生物量和微生物功能多样性的影响。【结果】与不施肥CK相比,长期单施氮肥(N)的SMBC、SMBN没有显著变化,但明显降低了土壤微生物商和土壤微生物对氮素的利用;NP和NPK配施能够显著增加土SMBC和SMBN含量,明显提高了土壤微生物商,使土壤微生物种群结构发生了明显变化但土壤微生物对氮素的利用没有显著提高;长期偏施肥处理(NK、PK)的SMBC、SMBN和微生物商虽轻微增加,但土壤微生物种群结构没有显著改变。BIOLOG分析结果显示施磷处理(PK、NP和NPK)对微生物代谢活性的促进作用较大且在培养初期代谢活性较不施磷处理(CK、N和NK)增加显著。长期单施氮肥(N)对于提高土壤微生物多样性没有显著作用而其他化肥施用处理可以提高土土壤微生物群落的碳源利用能力、物种的丰富度和优势度,其中NP和NPK处理配施效果最好。化肥施用对土土壤微生物群落的均匀度没有显著影响。主成分分析的结果表明不同处理的土壤微生物对碳源利用表现出显著差异,氮磷养分的差异是产生分异的主要原因。【结论】土区小麦玉米轮作下,平衡施肥(NP或NPK配施)对于改善农田土壤微生物特性具有良好作用。     

好氧发酵猪粪部分替代化肥提高夏玉米氮素利用率和土壤肥力

  【目的】  化肥及畜禽粪便的不合理施用不仅影响作物增产，还严重威胁土壤健康和环境安全。探究不同发酵方式猪粪有机肥及有机肥替代化肥的比例对夏玉米氮素吸收及土壤碳、氮含量的影响，为规模化养猪场粪便快速处理，及制定其与化肥的适宜配比提供理论依据。  【方法】  以‘先玉335’为供试材料，在中国农业大学丰宁动物试验基地进行田间试验。设置5个处理:不施肥 (CK)，100%化肥氮 (CF)，100%自然堆肥猪粪氮 (PM)，100%好氧发酵猪粪氮 (PC)，50%好氧发酵猪粪氮 + 50%化肥氮 (FM)。分析猪粪不同发酵方式及有机氮替代比例对夏玉米氮素吸收及土壤碳氮的影响。  【结果】  在等氮条件下，与CF处理相比，FM处理产量、穗粒数、千粒重均以FM处理最高，其中FM处理显著增产13.2%，PC、PM处理与CF处理差异均不显著。FM处理玉米氮素积累量最高，两年平均为304.6 kg/hm2，较CF处理氮素累积量显著提高15.5%；PC、PM处理与CF处理氮素积累量差异不显著。与CF 处理相比，FM处理的氮素当季回收率、氮素农学利用率和偏生产力两年平均分别显著提高85.9%、59.5%和13.2% (P < 0.05)，PC、PM处理与CF 处理之间无显著差异。在玉米拔节期和抽穗期，FM处理0—40 cm土壤无机氮含量均最高，与 CF 无显著差异；在成熟期，FM处理土壤无机氮含量较CF处理显著增加41.8%，而PC和PM处理与CF处理无显著差异。此外，施用有机肥可不同程度地增加土壤有机碳和全氮含量，与CF处理相比，PC和FM处理使有机碳含量分别显著提高13.3%和9.8%；FM处理土壤全氮含量显著提高33.4%。  【结论】  在等氮条件下与单施化肥相比，50%好氧发酵猪粪氮 + 50%化肥氮配施不仅显著提高了夏玉米产量和氮素累积吸收量，还提升了土壤全氮和有机碳含量以及0—40 cm土层土壤无机氮含量。单独施用自然堆肥、好氧发酵猪粪及化肥在产量和氮素积累方面没有显著差异，但可增加土壤全氮和有机碳含量，有利于土壤培肥，而施用好氧发酵猪粪的效果又优于施用自然堆肥。     

基于CT扫描技术研究有机无机肥长期配施对土壤物理特征的影响

  【目的】  研究长期有机无机肥配施对土壤孔隙特征、土壤水分参数等土壤剖面物理特征的影响，深入认识有机无机肥配合施用效果的机理。  【方法】  试验基于渭北旱塬12年苹果园长期定位试验，设不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK) 和有机无机肥配施 (MNPK) 3个处理，采用CT扫描法定量分析了0—40 cm土壤样品中大孔隙 (>1000 μm) 的数量，计算了大孔隙度及大孔隙在土壤剖面中的分布特征, 同时采用常规方法测定了0—10、10—20和20—40 cm土壤样品的土壤容重、田间持水量及饱和导水率等。  【结果】  1) 相比NPK处理，有机无机肥配施对0—20 cm土层土壤大孔隙度有提高的趋势，在20—40 cm土层，有机无机肥配施相比单施化肥土壤大孔隙度提高了91.7% (P < 0.05)；MNPK处理土壤大孔隙数量在3个土层均为最大，在0—10和20—40 cm土层，分别较NPK处理提高了38.4%和54.8% (P < 0.05)。NPK处理大孔隙数量在0—10和10—20 cm分别显著高于CK。2) 与不施肥相比，单施化肥除10—20 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量有明显升高外，其它土层没有明显变化，而有机无机肥配施0—10、20—40 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量较不施肥均有明显提升；有机无机肥配施相比不施肥、单施化肥在不同土层的土壤容重均为最小，而20—40 cm土层单施化肥的土壤容重较不施肥提高了2.8% (P > 0.05)。3) 相关分析表明，土壤大孔隙数量、大孔隙度与田间持水量、土壤饱和导水率呈极显著正相关 (P < 0.01)，与土壤容重呈极显著负相关 (P < 0.01)，而与土壤机械组成无显著相关性。  【结论】  相比单施化肥，长期有机无机肥配施改善了苹果园0—40 cm土层土壤的大孔隙状况和土壤的持水、导水性能，在20—40 cm土层效果更明显，有机无机肥配施可改善渭北旱塬苹果园土壤物理性质。     

河西绿洲灌区玉米间作绿肥根茬还田的氮肥减施效应

  【目的】  明确玉米与间作豆科绿肥根茬还田生产方式在河西绿洲灌区的氮肥减施效应。  【方法】  玉米间作豆科绿肥,绿肥(针叶豌豆和毛叶苕子)地上部乂割做饲草根部还田,定位试验位于甘肃河西绿洲,始于2011年,至本试验取样时已进行了10年。试验共设8个处理,包括无绿肥根茬还田条件下后茬玉米不施肥对照,施常规量氮肥(N 375 kg/hm2),只有针叶豌豆、毛叶苕子根部还田,以及根部还田配合常规氮肥量的80%、90%。于2020年玉米收获后测产,并测定了玉米秸秆和籽粒氮、磷、钾养分含量,同时分析了0—20 cm土壤有机质、速效氮磷钾含量及土壤氮库(全氮、有机氮、无机氮、颗粒态有机氮、可溶性有机氮、土壤微生物量氮)。  【结果】  与常规施氮肥相比,根茬单独还田降低了玉米产量;绿肥根茬配施80%、90%常规量氮肥处理之间的玉米籽粒产量没有显著变化,其中针叶豌豆配合80%常规量氮肥还显著增加了玉米产量7.6%;玉米地上部氮磷钾累积量略有增加,而籽粒氮、磷、钾养分累积量分别增加了31.7%～56.4%、37.8%～60.0%、61.7%～96.8%;玉米氮肥农学效率、偏生产力、氮素吸收效率和氮肥表观利用率均显著增加,以针叶豌豆根茬配施80%常规量氮肥处理的增加幅度最高,增加值分别为43.6%、34.5%、107.9%、35.8个百分点 (P<0.05)。采用改进的内梅罗指数法对土壤综合肥力进行评价,以针叶豌豆根茬还田配施80%常规量氮肥处理提升土壤肥力的效果最为显著,土壤综合肥力指数较常规施氮肥处理提升23.0%。偏最小二乘法路径模型和聚合增强树分析表明,施肥处理主要通过调节土壤氮贮量影响玉米产量,土壤全氮、无机氮对产量的贡献率较高,分别为36.5%、26.8%。  【结论】  绿肥根茬连续还田条件下,减少后茬玉米氮肥常规用量的20%可维持甚至提高玉米产量,大幅提升玉米的氮磷钾吸收量和氮肥表观利用率。根茬还田配合适量氮肥可以通过提升土壤氮库贮量提高土壤综合肥力。在河西走廊,玉米产量和环境效益俱佳的栽培管理方式是针叶豌豆根茬还田配合80%的常规氮肥用量,毛叶苕子根茬还田配合80%～90%的常规氮肥用量。     

秸秆和有机肥配合替代部分化肥提高作物水分利用率减少土壤硝态氮残留

  【目的】  研究长期秸秆和有机肥配合替代部分化肥对小麦玉米一年两熟种植制度下农田生产力及氮肥残留的影响,为改善旱地土壤肥力,提高作物产量,降低环境风险提供科学依据。  【方法】  依托中国农业科学院洛阳旱农试验基地始于2007年的长期定位培肥试验,选取不施肥对照 (CK)、常规氮磷钾化肥 (NPK)、秸秆和有机肥配合替代1/3的氮磷钾养分 (SOR) 3个处理。调查了2015—2020年度夏玉米、冬小麦及周年产量、生育期耗水量、水分利用效率;分析了2020年冬小麦收获期0—60 cm土层土壤养分含量,以及硝态氮在0—380 cm土层剖面的分布积累量。  【结果】  与2007年试验开始时相比,2020年CK处理0—20 cm土层土壤养分(除速效钾外)含量显著下降,而NPK和SOR处理不同程度地提高了土壤养分含量。与NPK处理相比,SOR处理0—60 cm土层土壤有机质含量显著提高了10.4%～16.4%,0—40 cm土层全氮含量显著提高了16.7%～20.0%,0—20 cm土层土壤速效磷和速效钾含量分别显著提高了12.9%和15.4%。与NPK处理相比,SOR处理夏玉米产量在干旱年 (2015和2017年) 及5年平均分别显著提高了35.3%和10.1%,水分利用效率在干旱年、平水年 (2016年) 及5年均值分别显著提高了42.7%、12.3%和18.5%,周年产量和水分利用效率在干旱年分别显著提高了20.5%和23.5%;冬小麦产量在不同降水年型下均未显著降低,但水分利用效率在平水年 (2015—2016、2016—2017、2019—2020) 及5年均值较NPK处理分别显著降低了9.8%和7.9%。NPK处理的硝态氮总累积量为732 kg/hm2,其中68.2%积累在100—230 cm土层;SOR处理的硝态氮总累积量为833 kg/hm2,其中74.8%积累在80—200 cm土层。与NPK处理相比,SOR处理显著降低了200—380 cm土层土壤硝态氮积累量,在200—230、260—290、320—350和350—380 cm土层分别显著降低了54.9%、21.1%、25.0%、57.9%。  【结论】  无论降雨多寡,秸秆和有机肥配合替代1/3氮磷钾肥均未降低冬小麦产量,但显著提高了干旱年夏玉米及周年产量及水分利用效率,并提高了0—60 cm土层土壤有机质和全氮含量,提高了0—20 cm土层土壤速效磷和速效钾含量,同时较常规氮磷钾处理显著降低了200—380 cm土层土壤硝态氮积累量,是旱作麦玉两熟区兼顾产量、效率和环境的施肥模式。     

长期施钾对双季玉米钾素吸收利用和土壤钾素平衡的影响

  【目的】  玉米 (Zea mays L.) 生产需要投入大量的钾素营养。研究长期大量投入钾素对玉米钾素吸收利用以及土壤钾素平衡的影响，旨在保障该地区双季玉米的高产高效和土壤钾库平衡。  【方法】  红壤钾肥长期定位试验位于江西省进贤县，始于1986年，种植制度为一年两季玉米。试验处理包括不施肥对照 (CK)，氮磷化肥 处理(NP)，氮磷钾化肥处理(NPK)，2倍量的氮磷钾化肥处理 (DNPK)，氮磷钾化肥+有机肥处理 (NPKM) 和单施有机肥处理 (OM)。每季收获后，调查分析玉米产量和钾素含量，以及耕层土壤有效钾含量，计算玉米钾素吸收量、钾肥利用率、钾肥收获指数、钾肥农学效率和土壤钾素表观平衡；并以每10年为一个阶段，分析玉米产量、钾素吸收利用等指标及耕层土壤速效钾含量、钾素表观平衡等的变化规律。  【结果】  在试验的33年（1986—2018）间，NPK、DNPK、NPKM和OM处理的玉米年均产量和年均吸钾量均显著高于NP处理。在试验的第一个10年 (1986—1995年) 间，各钾肥处理间玉米产量和吸钾量无显著差异；而在第3个10年 (2006—2015) 和后3年 (2016—2018年) 间，NPKM处理的玉米年产量和年吸钾量分别比NPK处理提高了129.9%～246.7%和55.2%～62.1%。33年玉米的年均钾肥利用率以OM处理最高，而DNPK处理显著低于其他处理。在2006—2015和2016—2018年，NPKM处理的钾肥利用率显著高于DNPK处理，在2016—2018年间分别比NPK和DNPK处理显著增加了56.0%和119.2%。与NPK处理相比，1996—2005、2006—2015和2016—2018年间NPKM处理的年钾肥收获指数分别提高了61.6%、53.5%和35.8%，年钾肥农学效率分别增加了23.3%、227.8%和445.5%。除了1986—1995年间OM处理土壤钾素为亏缺外，其他施钾处理的土壤钾素均为盈余，NPKM处理的钾盈余量比NPK处理增加了53.2%～211.6%。钾素盈余量与耕层土壤速效钾含量显著相关 (P < 0.001)，钾素盈余量每增加1 kg/hm2，2016—2018年间耕层土壤速效钾含量增加2.60 mg/kg，明显高于1996—2005和2006—2015年的1.40和1.18 mg/kg。  【结论】  除前10年的单施有机肥处理外，其他施用钾肥处理在试验期间土壤钾素均处于盈余状态，钾肥施用量和钾肥来源对玉米钾素的吸收量没有显著影响。试验20年之后，有机无机肥配施对玉米产量、吸钾量和钾肥利用率的提升优势逐渐凸显。同时，长期施用钾肥导致的钾素盈余量增加会进一步提升耕层土壤速效钾含量，且随着试验年限的延长，钾素盈余量对耕层土壤速效钾的提升作用逐渐增加。     

长期有机与无机肥配施的黄壤稻田土壤细菌群落结构特征

  【目的】  比较长期施用不同肥料黄壤稻田土壤细菌群落结构的差异,剖析不同肥料维持土壤细菌群落多样性的作用及其机理,为农田施肥管理提供理论依据。  【方法】  以农业农村部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站为依托,采用高通量测序技术,分析连续24年不施肥(CK)、全量化肥(NPK)、1/4牛厩肥+3/4化肥(1/4M+3/4NP)、1/2牛厩肥+1/2化肥(1/2M+1/2NP)和全量牛厩肥(M)处理黄壤稻田土壤细菌群落组成及多样性,并揭示其主要环境影响因子。  【结果】  不同施肥处理土壤细菌α多样性指数分析结果显示,长期施用有机肥提高了土壤细菌多样性指数(Shannon)、优势度指数(Simpson)和均匀度指数(Pielou),对丰富度指数(Chao1)影响较小。与CK相比,长期施肥不同程度地提高了变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度,化肥的作用更明显。与CK和NPK相比,施用有机肥处理降低了棒状杆菌门(Rokubacteria)和亚硝酸盐氧化菌门(Nitrospinae)相对丰度,提高了拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度,其他菌门变化不明显(P<0.05)。土壤细菌群落结构主成分分析结果表明,施用有机肥1/4M+3/4NP和1/2M+1/2NP处理土壤环境较为相似,细菌群落组成相似度较高,而CK和NPK处理土壤环境相似,细菌群落组成相似度高。土壤细菌群落结构组成与土壤环境因子冗余分析显示,土壤理化性质对细菌群落结构的影响重要性由大到小依次为全氮、碱解氮、速效钾、pH、有效磷、全磷,其中全氮、碱解氮和速效钾是关键因素。  【结论】  长期施用有机肥能够提高黄壤稻田土壤肥力,改变细菌生长环境,进而改变细菌群落结构组成,提高细菌群落多样性,促进土壤生态系统稳定和健康。     

长期有机培肥提高红壤性水稻土生物学特性及水稻产量的微生物学机制

  【目的】  依托位于江西红壤研究所的有机肥长期定位试验，探究长期施用紫云英、猪粪和秸秆还田对土壤微生物量、酶活性和产量的影响，阐明土壤微生物学特性对土壤肥力的生物指示功能，揭示影响作物产量和微生物学特性的关键环境因子。  【方法】  长期定位试验始于1981年，选取的6个处理分别为:CK (不施肥)、NPK (单施化肥)、M1 (早稻施绿肥)、M2 (早稻加倍施绿肥)、M3 (早稻施绿肥+晚稻施猪粪) 和M4 (早稻施绿肥+晚稻秸秆还田)，此外，有机处理 (M1、M2、M3和M4) 在施用有机物料的基础上，每季还补充一定量化肥（N 69 kg/hm2、P₂O₅ 30 kg/hm2、K₂O 67.5 kg/hm2）。于每季收获后测定水稻产量。2018 年早稻收获后，采集耕层 (0—20 cm)土壤，测定土壤化学指标、微生物量碳氮、脲酶及其他参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性。  【结果】  1) 2009—2018年间，长期施肥处理明显提高了水稻产量，其中M3处理的产量最高，其次为M2处理，二者均明显高于NPK处理；2) 土壤微生物量及酶活性均以有机处理 (M1、M2、M3和M4) 较高，其中M3处理土壤微生物量碳含量及各类土壤酶活性最高，M2处理土壤微生物量氮含量最高。有机处理较CK和NPK处理提高了土壤微生物熵。此外，微生物量碳氮和土壤酶活性与有机碳、全氮间存在显著或极显著相关关系；3) 有机碳与土壤微生物量 (0.895)、碳循环相关酶活性 (0.903)、氮循环相关酶活性 (0.854) 及水稻产量 (0.827) 呈显著正影响 (P < 0.05)；土壤pH与土壤碳循环相关酶活性 (0.378) 和氮循环相关酶活性 (0.365) 呈显著正影响 (P < 0.05)，对水稻产量 (0.211) 也表现为正影响，但不显著 (P > 0.05)。相较于pH，土壤有机碳含量在提高水稻产量、改善土壤微生物学特性上发挥了更为重要的作用。  【结论】  土壤微生物量碳氮和参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性均可作为土壤微生物学指标表征土壤肥力的变化。土壤有机碳含量是提高作物产量、调控土壤微生物量和酶活性的关键因子。在供试条件下，长期实行早稻施绿肥+晚稻施猪粪的有机培肥，是提高土壤微生物量及酶活性并提高水稻产量的最佳选择。     

玉米秸秆源有机物料对黑土养分有效性与酶活性的提升效应

  【目的】  研究以玉米秸秆为主要原料制备的不同类型有机物料对东北黑土土壤肥力和玉米产量的影响,为黑土地保护和秸秆资源高效利用提供理论依据。  【方法】  田间定位试验连续进行了5年。试验设不施肥对照 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施秸秆 (NPK+ST)、化肥配施生物炭 (NPK+BR) 以及化肥配施堆肥 (NPK+CP) 5个处理,各有机物料每年均为等碳量投入 (C 3200 kg/hm2)。5年后,采集耕层 (0—20 cm) 和亚耕层 (20—40 cm) 土壤样品,测定土壤有机碳 (SOC)、活性有机碳 (LOC)、速效养分与酶活性,并结合年际间玉米产量变化进行综合评价。  【结果】  与NPK相比,NPK+BR处理显著增加了耕层及亚耕层SOC含量,增幅分别为28.2%和11.2%;NPK+CP和NPK+ST处理增加了耕层SOC含量,增幅分别为15.5%和7.6%,对亚耕层SOC含量影响不显著;配施有机物料处理显著增加了0—40 cm土层LOC含量,且NPK+CP和NPK+ST处理LOC含量在0—20 cm土层显著高于NPK+BR,增幅分别为13.2%和8.7%,各种有机物料处理LOC含量在20—40 cm土层差异不显著;3个配施有机物料处理均显著增加了0—20 cm土层有效磷含量,仅NPK+CP和NPK+BR处理显著提高了20—40 cm土层有效磷含量;配施有机物料处理对0—40 cm土层土壤速效氮和速效钾含量影响均不显著,但配施堆肥处理0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理。配施有机物料处理比NPK处理显著增加了0—40 cm土层土壤纤维素酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。NPK+ST和NPK+BR处理比NPK+CP处理更利于提高耕层纤维素酶活性,NPK+ST处理耕层蔗糖酶活性显著高于NPK+BR和NPK+CP处理;配施有机物料处理亚耕层土壤纤维素酶和蔗糖酶活性差异不显著。NPK+ST和NPK+CP处理较NPK+BR处理显著提高了0—40 cm土层土壤磷酸酶活性。不同处理玉米产量在年际间波动变化,配施有机物料处理玉米产量高于NPK处理,NPK+CP和NPK+ST处理对玉米产量的提升在第一年即有明显效果,而NPK+BR处理对玉米产量的积极效果在4年后才表现出来。各处理平均玉米产量的高低表现为NPK+CP > NPK+ST > NPK+BR > NPK > CK。  【结论】  化肥配施生物炭对0—40 cm土层土壤有机碳的积累作用最突出,而配施秸秆和堆肥更利于提升土壤活性有机碳的含量。配施堆肥0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理,三者0—20 cm土层土壤有效磷含量无显著差异,但配施堆肥和生物炭20—40 cm土层有效磷含量显著高于配施秸秆处理。配施秸秆或生物炭增强了0—40 cm土层土壤纤维素酶活性,而蔗糖酶和磷酸酶活性以配施秸秆和堆肥处理为最高。随着土壤肥力的提高,配施有机物料处理促进了玉米产量的提升,以配施堆肥处理对玉米平均产量的增加幅度最高。因此,对于基础肥力较高的黑土而言,生物炭还田可实现黑土有机碳的快速提升,而堆肥和秸秆直接还田对玉米产量的促进作用更为明显。     

长期有机无机肥配施降低黄淮海区域小麦?大豆复种系统净温室效应

  【目的】  小麦?大豆系统是黄淮海区域重要的禾豆复种系统，综合评价该系统的净碳排放对于我国农田固碳减排具有重要意义。借助30年的长期定位试验，综合评价不同施肥处理下小麦?大豆复种系统的产量和净碳排放，旨在为该系统丰产低碳排放的施肥制度创新提供理论依据。  【方法】  试验包括单施牛粪 (M)、氮磷钾平衡施肥 (NPK)、氮磷钾加牛粪 (NPKM)、氮磷加秸秆 (NPS)、氮磷钾加饼肥 (NPKC)、氮磷钾加牛粪及饼肥 (NPKMC) 以及不施肥对照 (CK)，共7个处理。综合分析了各处理田间直接温室气体排放 (N₂O和CH₄)、农田投入导致的间接碳排放与土壤有机碳固定，估算了单施牛粪、单施化肥以及化肥与不同有机物料配施的净碳排放，同时将碳排放与作物产量和土壤有机质相结合，综合评价了不同施肥措施下的净温室效应。  【结果】  小麦?大豆复种系统中，小麦季施肥对大豆产量有显著后效，与单施NPK相比，NPKM、NPKC和NPKMC处理分别使大豆产量提高了31.0%、16.8%和24.0%，而M和NPS处理不利于大豆、小麦产量的提高。与NPK处理相比，M、NPKM、NPKMC处理的农田直接温室气体排放分别增加了49.4%、17.7%和12.4%，土壤有机碳年固定量分别显著提高了282.2%、137.3%和169.1%。M及NPKM处理的间接碳排放与NPK处理没有明显差异，而其他施肥处理的间接碳排放低于NPK处理。在各施肥处理中，由肥料投入导致的碳排放占总间接碳排放的比例最大，其次是灌溉用电和机械用柴油导致的碳排放。对净碳排放的估算结果表明，M处理的净碳排放为负值 (表现为碳汇)，而其他处理下小麦–大豆复种系统均表现为碳源，NPK与有机物料配施的处理净碳排放显著低于NPK处理。此外，与NPK处理相比，NPK与有机物料配施使碳排放强度显著降低了36.5%～113.2%，使单位土壤有机质提升的温室气体排放 (δGHG/δSOM) 降低了69.4%～93.2%。  【结论】  黄淮海区域小麦?大豆复种系统中，氮磷钾配施有机肥 (牛粪或饼肥) 可在保证小麦和大豆产量的同时，降低小麦?大豆复种系统的净温室效应。