应用Manure-DNDC模型模拟畜禽养殖氮素污染

畜禽养殖是重要的农业面源氮素污染源头,大量的畜禽粪便施入农田后,会加大农田氮素径流和淋溶损失强度。畜禽养殖废弃物氮素污染过程复杂,涉及到动物自身营养循环以及废弃物通过不同途径进入环境的过程,目前大多通过排放系数法估算畜禽养殖过程产生的氮素污染负荷。该文选用最新版Manure-DNDC模型,以山东小清河流域为例,模拟畜禽养殖及废弃物处理的生物地球化学过程,分析氮素在动物、畜禽粪便、农田之间的迁移转化,探讨该过程中氮素的主要损失途径以及污染物负荷的时空变化特征。模拟结果表明,小清河流域2008年畜禽养殖及粪便处理场所氮素径流损失4.66万t,粪便施入农田后的氮素径流和淋溶损失分别为0.1、0.51万t。     

生物炭基肥与紫云英联合还田对红壤区早稻干物质累积和氮素利用特征的影响

  【目的】  探讨生物炭基肥与紫云英联合还田对提高水稻产量与氮素利用率的影响，为同时实现稻区秸秆循环利用和降低氮肥用量提供参考。  【方法】  采用盆栽实验，设计不施氮肥 (CK₀)、施100%氮肥 (CK₁)、减施20%氮肥后分别施炭基肥 (BF)、紫云英 (MV) 以及两者联合还田 (BF + MV) 5个处理。分析了早稻地上部干物质累积量、产量构成及氮素吸收利用。  【结果】  与CK₁相比，减施20%氮肥后，紫云英和炭基肥单独或联合还田均可通过增加早稻千粒重和有效穗数而改善其产量构成；炭基肥单独或与紫云英联合还田不仅可有效提高早稻籽粒和地上部干物质量 (P > 0.05)，而且分别显著提高了籽粒中氮素生理利用率11.8%与7.52% (P < 0.05)；紫云英单独还田分别显著提高籽粒和地上部干物质量11.8%和7.62%，以及地上部氮素累积量10.9% (P < 0.05)。另外，由Pearson相关分析表明，减施20%氮肥条件下，紫云英还田与早稻千粒重和籽粒氮素累积量呈显著正相关关系，炭基肥还田与早稻地上部氮素生理利用率和干物质生产效率呈显著或极显著正相关关系。  【结论】  在确保红壤稻区早稻不减产的前提下，将秸秆炭化生产炭基肥与冬季豆科绿肥联合还田，既有利于提高作物秸秆资源利用率，又降低稻田氮肥用量，并提高氮素利用率，从而为水稻绿色生产开辟新途径和提供理论依据。     

海南农牧生产体系氮素养分流动时空变化特征

氮素是生命活动必须的元素之一,然而一定区域内过多的氮素输入可能会造成严重的环境污染。本研究以热带地区的海南岛为研究对象,明确其农牧生产体系氮素流动过程和特征,分析氮素输入和输出量变化关系及其利用效率的时空变化,以期优化农牧体系养分管理,为制定海南省农牧业发展政策提供科学依据。通过运用食物链养分流动模型（NUtrient flows in Food chains,Environment and Resources use,NUFER）并结合Origin和ArcGIS等软件分析海南地区1987-2016年间农牧生产体系氮素养分流动时空变化特征,同时首次对海南省农牧生产体系内部氮素流动在理想与实际情况下的时空变化做出了相关性分析。结果显示海南地区30年间农牧生产体系氮素总输入量由134.15 Gg增长到406.39 Gg,总输出氮素由84.75 Gg增长到307.77 Gg。30年来,农田生产子系统氮素利用效率由12.39%增长到20.54%,动物生产子系统氮素利用率由6.10%增长到13.88%,农牧结合体系氮素利用效率整体呈现上升趋势,由1987年的12.84%增加到2016年的21.63%。空间上,农田生产子系统中,氮素总输入与总输出项中增幅最高的分别是澄迈县和琼海市,五指山市两项增长均最低;动物生产子系统中,氮素总输入与总输出项增幅最高的分别是文昌市和儋州市,五指山市两项增长均最低。1987-2016年海南岛农牧生产体系氮素投入持续增长,氮素利用率低下,空间差异较大,土壤氮素盈余量较高。相关性分析表明,农田生产子系统与动物生产子系统出现较严重的脱节。因而,为提高海南地区氮素流动效率和促进可持续发展,应注重提高本地饲料产量、合理使用肥料、循环利用畜禽粪尿,进一步优化农牧业发展布局,建立农牧结合的高效生产体系。     

小兴安岭典型农田生产-畜禽养殖系统氮素流动特征

为了解小兴安岭地区农田生产-畜禽养殖系统氮素投入与利用情况,以伊春市带岭区为研究区域,采用物质流分析方法,分析了2007~2015年该区氮素输入、迁移、转化和输出过程,核算了该地区农田生产与畜禽养殖氮素流动通量、流动效率及环境负荷。结果表明：2007~2015年带岭区农田生产系统与畜禽养殖系统单位面积氮素流动通量均呈上升趋势,且在2007~2012年上升幅度较大；畜禽养殖数量、农作物种植结构是影响带岭区氮素流动通量的重要因素；农田生产系统氮素利用率平均为64%,作物能较有效利用氮素；畜禽养殖系统氮素利用率约为19%,存在着较大提升空间；带岭区环境氮负荷呈现逐年增加趋势,畜禽养殖数量增加过快,粪尿氮素损失是环境氮负荷增加的主要原因。建议加强畜禽养殖科学管理,合理控制养殖规模,提高粪尿利用率,同时尽可能减少化肥氮投入,促进农田生产-畜禽养殖系统向高效、可持续方向发展。     

基于GIS技术的中国农田氮素养分收支平衡研究

该文基于统计数据、调查数据、图形数据以及已经公开发表的文献资料中的数据，详细研究了中国2000多个县域单元农田氮素养分的收支平衡状况，并将研究结果利用GIS技术进行了空间表达。研究发现，中国农田氮素投入总量为34.22×10⁶ t，农田氮素支出总量为31.57×10⁶ t，农田氮素处于盈余状态，盈余总量为2.65×10⁶ t；在县域层面上，农田氮素处于亏缺的县域单元数占全部县域单元数的37.68%，其耕地面积占全国总耕地面积的43.10%，农田氮素处于盈余的县域无论在数量上还是在耕地面积上都占有绝对优势，亏缺的县域单元离散分布在几乎全国的每个省份；在全国层面上，化学氮肥、有机氮肥、生物固氮、其他来源的氮素养分投入分别占全部氮素投入的76.54%、16.26%、3.10%、4.09%，化学氮肥在所有氮肥总投入中占有绝对优势；人畜粪尿是有机氮肥投入的主要来源；全国农田氮素生物产出总量为19.87×10⁶ t，占农田氮素总支出的比重为62.85%，在省域水平上，黑龙江省农田氮素生物产出占全部氮素生物产出的比例最高，达85%。     

绿洲灌区春小麦产量和氮素利用率对绿肥还田量的响应

  【目的】   西北绿洲灌区小麦多连作种植,存在氮肥投入量大、利用率低等问题。研究麦后复种绿肥对小麦产量和氮素利用的影响,以期为该区小麦氮素高效利用技术的构建提供理论依据。   【方法】   2018—2020年,在河西绿洲灌区开展小麦复种绿肥田间试验,春小麦季设置不施氮肥 (N₀) 和传统施氮量180 kg/hm2 (N₁)处理,小麦收获后分别设置不复种绿肥 (G₀) 和复种毛叶苕子 (Vicia villosa Roth) 且盛花期还田处理,其还田量分别设置为15000 kg/hm2 (G₁)、30000 kg/hm2 (G₂)、45000 kg/hm2 (G₃),研究各处理对次年春小麦吸氮量、籽粒产量和氮肥利用率的影响。   【结果】   绿肥还田显著提高春小麦地上部氮素累积量。在小麦季施氮条件下,G₁、G₂、G₃处理后季小麦氮素积累量较G₀处理分别增加8.7%～9.3%、15.3%～16.6%、11.9%～12.3%,不施氮条件下,G₁、G₂、G₃处理较G₀处理分别增加3.3%～4.0%、4.6%～5.6%、5.9%～8.4%。施氮结合绿肥还田提高了春小麦营养器官氮素向穗部的转运量、转运率及对籽粒的贡献率,以G₂处理提高幅度最大。与G₀处理相比,G₂处理小麦叶部和茎部氮素向穗部的转运量分别提高38.8%～49.5%和49.1%～64.7%,转运率分别提高8.0%～21.5%和13.0%～14.9%,对籽粒的贡献率分别提高11.0%～26.0%和25.6%～31.3%;在春小麦传统施氮量条件下,G₂处理有较高的籽粒产量、氮素收获指数与氮肥利用率,较G₀处理分别提高18.4%～27.6%、3.4%～7.2%与82.1%～105.3%。   【结论】   在干旱绿洲灌区,绿肥还田30000 kg/hm2结合施氮180 kg/hm2是提高春小麦产量、氮肥利用率的高效农艺措施。     

春玉米产量和施氮量对氮素利用率的影响

提高氮素利用率是提高氮素收益、降低氮肥施用所带来的环境风险的重要途径。采用同一品种春玉米丰田6号,以无灌溉黑土为供试土壤,采用“3414”试验设计,经3年试验,对春玉米氮素利用效率与玉米产量和施氮量之间的关系进行了探讨。结果表明,氮肥利用率与产量呈显著的正相关,而与施氮量呈显著负相关。当玉米产量大于11 t/hm2,施氮水平控制在当地推荐施肥量时,氮肥利用率可高达45%以上;超过当地推荐施肥量,氮肥利用率随施氮量的增加急剧下降。当玉米产量低于6 t/hm2时,氮肥利用率徘徊在17%左右,并且随着施氮量的增加变化不明显。     

华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系的氮素循环与平衡

对华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田氮素输入输出的数量特征、平衡状况进行了分析,并评估其优化潜力。研究表明,华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田每年的氮素输入中,化学氮肥、农家肥、降水、灌溉、非生物固氮和种子带入农田的氮分别为545、68、21、15、15和5kghm-2a-1,氮素年输入总量为669kghm-2a-1;每年的氮素输出中,作物收获带走的氮为311kghm-2a-1,而氨挥发、反硝化和淋洗损失的氮分别为120、16和136kghm-2a-1,氮素年输出总量为583kghm-2a-1;氮素年盈余量为86kghm-2a-1。目前我国华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田氮素处于大量赢余状态,从而导致氮素大量损失。因此,加强氮肥管理,提高氮肥利用率,加大有机肥施用的力度,是华北地区农田氮素资源管理的长期任务。     

生长模型和15N示踪评价施肥处理对苹果树氮肥利用的影响

为提高果树氮肥利用率，探索一种简便易行的氮肥利用评价方法，该研究以田间5年生延长红（"长富2号"芽变品种）为研究对象，分别采用生长模型和15N示踪技术对比分析不施氮肥（CK）、常规高氮（N800）、优化减氮（N400）和有机无机配施（N200+O200）处理下苹果树对氮肥的吸收利用情况以及各器官氮素的分配特性的差异，结果表明：不同施肥处理对苹果的产量没有显著性的影响（31.7～37.3 t/hm2）；各施氮处理基于生长模型和15N示踪技术的果树氮肥利用率分别为13.13%～31.94%和11.64%～32.40%；基于生长模型，N400和N200+O200处理果树的氮肥利用率比N800处理高84.92%和143.26%；基于15N示踪技术，N200+O200处理的果树氮肥利用率比N800和N400高178.35%和69.28%；不同施肥处理对各器官氮素分配没有显著性的影响。两种评价方法对于果实和叶片的氮肥利用率、各器官氮素的分配情况分别存在显著差异（P<0.05）和极显著差异（P<0.01），但对植株总体氮肥利用率的评价结果无显著差异，平均仅相差3.10%。基于本试验的研究结果可以得出，利用生长模型可以估算苹果树的氮肥利用率。研究结果可为农田管理措施改善以及果树氮肥利用率评价提供理论参考。     

长期水稻-大麦轮作体系土壤供氮能力与作物需氮量研究

通过18年稻麦轮作,7个施肥处理,研究了水稻-大麦轮作系统中土壤生产力、氮素自然供应能力、作物氮素内部利用率及氮肥表观利用率。结果表明,在水旱轮作下,土壤对大麦产量的地力贡献率平均为69%,水稻为75%～81%; 肥料的增产贡献率分别为31%和19%～25%,可维持每年生产大麦2.3 t/hm2、稻谷6～7 t/hm2。土壤氮素自然供给力在大麦上平均为75.9%,比水稻的低3.3%～7.2%。在一年三熟水旱轮作制中,土壤和环境年供氮118～299 kg/hm2; 在一年二熟轮作制中为86～199 kg/hm2。施氮肥条件下,大麦的氮素内部利用率为31.0～56.3 kg/kg; 水稻在23.6～50.2 kg/kg之间变动; 大麦的氮肥利用率变幅在27.5%～41.2%,水稻为14.6%～41.2%。在稻麦轮作系统中,如果想获得作物产量12 t/hm2（4 t大麦和8 t 单季稻）,需要每年施氮肥 N 226～337 kg/hm2。为获得更高的作物产量,在氮肥推荐时不但要考虑作物的目标产量,作物对氮素的需要量,还要充分考虑土壤和环境氮素供应能力。     

2021-01期封面+目录

  【目的】   农田氨挥发是大气中氨的重要来源,其减排措施研究已成为国际研究热点。有机肥替代化肥的农田氨挥发减排潜力已得到广泛认可,然而年际间气候变化对其减排能力的影响研究报道较少。通过研究年际间有机替代对作物产量和氨挥发损失量的影响,为华北地区科学减少氨挥发损失提供理论依据   【方法】   本研究基于华北平原玉米长期田间定位试验 (2007年设置),针对不同施肥处理开展了连续3年 (2017—2019年) 的氨挥发监测,以明确年际间气候变化对有机替代氨挥发减排潜力的影响强度。试验共设置4个处理:不施氮肥处理 (PK)、单施化肥处理 (NPK)、半量有机肥氮替代化肥氮处理 (HONS)、全量有机肥氮替代化肥氮处理 (FONS)。   【结果】   有机替代可以提高玉米产量,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的玉米产量分别提高20.7%和30.9%。不同施氮处理的氮素偏生产力在35.6～46.7 kg/kg,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的氮素偏生产力分别提高20.8%和30.9%。年际间和各处理间的氨挥发规律基本一致,都是在施肥后的第2～4天出现排放峰值,之后氨挥发速率逐渐降低,并在9天内基本趋于稳定。施肥后前9天是农田氨挥发的主要排放时期,氨挥发量占基肥期氨挥发总量的70.1%;占追肥期的63.7%。华北平原春玉米农田氨挥发损失量较低 (10.6 kg/hm2),有机替代能够进一步显著降低农田氨挥发损失。与NPK处理相比,HONS和FONS处理对氨挥发损失的减排率平均分别可达33.5%和58.7%。有机替代处理农田氨挥发的年际间变化显著高于单施化肥处理。相比氨挥发损失较低的2019年,2018年NPK处理的氨挥发损失增加了12.3%,而HONS处理和FONS处理分别增加了91.2%和105.0%,相应的HONS处理和FONS处理的减排率,从2019年的54.3%和71.1%,降低到22.1%和47.2%。主成分分析表明,年际间大气温度变化和土壤湿度变化是导致年际间氨挥发损失量差异的主要原因。   【结论】   相比单施化肥,有机肥替代化肥能够提高作物产量;相比半量有机替代,长期全量有机肥替代化肥对作物产量的提升能力更强。华北平原旱地农田有机替代能有效降低氨挥发损失,但在氨挥发损失较高年份有机替代的减排潜力会减弱,因此,有机替代氨挥发减排潜力的估算需要考虑年际间的变化。     

不同有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响

【目的】探讨本地区主要类型有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响,为不同类型有机肥的科学施用提供理论依据。【方法】2014年10月—2015年9月在山东省中国农业科学院禹城试验基地进行了冬小麦–夏玉米田间小区试验,供试小麦品种为‘济麦22’,玉米品种为‘郑单958’。在常规施氮量 (N 225 kg/季) 基础上,设化肥 (CF)、鸡粪 (CHM)、猪粪 (PM) 和牛粪 (CM) 单施以及化肥分别与3种有机肥配施处理 (化肥氮分别占25%、50%、75%),13个处理;加倍施氮量下,有机肥和化肥单施 (DCF、DCHM、CPM、DCM) 4个处理;1个不施肥处理 (CK),共计18个处理。测定了小麦和玉米产量、N₂O排放通量和NH₃挥发通量。【结果】常规施氮量 (N 225 kg/hm2) 下,单施鸡粪或猪粪的小麦、玉米产量与化肥相当,单施牛粪比化肥处理减产。分别与CF、CHM、PM、CM相比,DCF、DCHM、DPM处理无增产效果,DCM处理玉米表现为增产。猪粪和鸡粪与化肥各配施比例处理的小麦、玉米产量间无显著差异,且均与单施化肥处理相当;牛粪与化肥配施处理的小麦产量随化肥配施比例的提高而提高,玉米产量各配施比例处理间无显著差异。CF处理周年NH₃挥发量为39.63 kg/hm2,是单施有机肥处理的37～53倍;单施化肥处理的NH₃排放系数接近9%左右,单施有机肥处理的NH₃排放系数只有0.2%左右。有机肥与化肥配施的处理周年NH₃挥发总量随化肥配施比例增加而明显增加,当化肥配施比例达到75%时,周年NH₃挥发总量与单施化肥处理相当。CF处理的周年N₂O排放总量为2.85 kg/hm2,高于单施有机肥处理,三种有机肥N₂O周年排放量由大到小依次为猪粪 (2.51 kg/hm2)>鸡粪 (1.91 kg/hm2)>牛粪 (1.85 kg/hm2) 处理;加倍施用化肥和有机肥的N₂O排放量平均为常规施氮量的1.5倍以上。有机肥与化肥配施的处理周年N₂O排放总量随化肥配施比例增加而明显增加,当化肥配施比例达到50%时,周年N₂O排放总量达到或超过了单施化肥处理。CF处理N₂O排放系数为0.4%左右,有机肥处理N₂O排放系数为0.3%左右。有机肥处理的NH₃挥发和N₂O排放主要发生在小麦季,化肥处理主要发生在玉米季。加倍施肥均会明显增加NH₃挥发总量和N₂O排放总量,但不影响二者的排放系数。【结论】不同粪肥与化肥配施对作物产量、田间N₂O排放和NH₃挥发的影响有明显差异。推荐施肥量下,鸡粪或猪粪不配施或配施少量化肥 (< 50%) ,牛粪配施75%左右的化肥可实现与化肥相当的作物产量,同时减少农田氮肥气态损失。     

长期单施有机肥和化肥对土壤养分和小麦产量的影响

【目的】等氮、磷、钾养分投入条件下,探索黄淮海小麦主产区化肥和有机肥施用对小麦的增产效果以及土壤养分的演变规律,为小麦科学施肥及土壤肥力的提升提供依据。【方法】本研究以8年长期定位试验为平台,在冬小麦—夏玉米的传统种植制度下,有机肥和化肥处理均分别设置5个施氮 (N) 量:0、120、240、360、600 kg/hm2,共9个处理。化肥处理的磷、钾用量等同各有机肥处理带入的量。于每年小麦收获期测定小麦产量和土壤养分含量。【结果】在土壤养分方面,土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量均随有机肥用量的增加而增加,并且呈逐年增长的趋势。化肥在提高土壤有机质及全氮方面与施肥量无明显关系,年际间差异不明显,基本处于同一水平。增施化肥在开始几年能够缓慢提高土壤有效磷和速效钾的养分含量,之后保持稳定。在同一施氮水平下,有机肥处理土壤有机质、全氮、有效磷钾养分含量均显著高于化肥各处理。在作物增产方面,施氮240、360、600 kg/hm2的有机肥处理小麦产量均显著高于施氮120 kg/hm2的有机肥处理,但三个处理之间差异不显著;化肥各处理间均差异不显著。除施N 120 kg/hm2水平下,化肥处理产量显著高于有机肥处理外,其他相同氮水平下化肥处理与有机肥处理无显著差异。【结论】有机肥在培肥土壤方面,效果明显优于化肥,并且有机肥处理随施肥量的增加能够持续提高土壤养分库容量,而化肥对于土壤养分的提升效果不大,始终处于一个相对较为稳定的水平。有机肥和化肥施用均对小麦产量具有显著的提升效果。在N 120 kg/hm2的低氮条件下,化肥对小麦的增产效果优于有机肥,而在高于N 240 kg/hm2的养分条件下,有机肥与化肥增产效果基本一致。另外,当产量提高到一定水平后,增加施肥量无助于作物产量的提高。     

控释氮肥与水溶肥配施减少设施土壤N2O排放的机理

【目的】控制N₂O排放是提高氮肥利用和环境效益的一个重要任务。在滴灌条件下,研究以控释氮肥替代尿素基施减少设施土壤N₂O排放的机制,并探讨减少氮肥投入的可能性。【方法】在大棚内布设小区试验,供试番茄品种为‘盛世辉煌’,氮肥40%基施,60%分3次随水滴灌追施。试验以不施氮肥为对照 (CK),设:常规化肥用量 (基施尿素,总N量440 kg/hm2,U);常规化肥用量减氮20% (基施尿素,总N量376 kg/hm2,–20%U);控释氮肥常规用量 (基施控释氮肥,总N量440 kg/hm2,CRU);控释氮肥常规用量减氮20% (基施控释氮肥,总N量376 kg/hm2,–20%CRU) 4个处理。施底肥后15天内每天取气体样1次;追肥后每2天取气体样1次,连续取样3次;其余时间间隔5～7天取气体样1次。静态箱–色谱法测定土壤N₂O排放通量;在定植后40、80和120天取土样测定土壤理化性质;用实时荧光定量PCR检测相关功能基因数量变化;收获后测产。【结果】控释氮肥与水溶肥配施导致基肥N₂O排放峰值出现时间从第8～13天延迟到第28～32天,并且显著降低了其N₂O排放峰值,所有处理追水溶肥后均在3～5天出现N₂O排放峰值,而控释氮肥与水溶肥配施降低了此阶段N₂O排放峰值。相同氮肥施用量条件下,控释氮肥与水溶肥配施显著降低了基肥期土壤N₂O排放通量和累积排放量,降低了追肥期土壤N₂O排放通量和累积排放量,显著降低了番茄生长季土壤NH₄+-N和NO₃?-N含量与微生物功能基因AOA amoA、AOB amoA和nirK数量,降低了nirS数量。与U处理相比,CRU处理增加番茄产量和经济效益,生长季土壤N₂O累积排放量减少了24.8%,差异显著,同时显著降低了N₂O排放强度;与–20%U处理相比,–20%CRU处理增加番茄产量和经济效益,N₂O累积排放量减少了22.1%,亦显著降低了N₂O排放强度 (P < 0.05)。【结论】在常规用氮量和减氮20%用量下,以缓释氮肥代替尿素基施,不仅可显著增加番茄的产量和效益,还显著推迟了番茄生长初期N₂O释放高峰的出现,减少了整个生育期N₂O的排放强度和累积排放量。其主要原因在于缓释氮肥有效控制了土壤中NH₄+-N和NO₃?-N含量的变化,进而减少了与硝化和反硝化相关的微生物数量。在使用缓释肥做基肥时,适当减少氮肥投入不会降低番茄的产量。     

有机肥和缓控肥替代部分化肥降低双季稻田综合净温室效应

  【目的】  秸秆还田是我国水稻生产中的常规土壤培肥措施，在此背景下，进一步研究有机肥和包膜尿素替代部分普通尿素，以及施用硅肥和微量元素对土壤固碳效应和温室气体排放的影响及机理，为实现稻田“固碳减排”提供依据。  【方法】  江西高安县的双季稻田间定位试验始于2013年。在秸秆全部还田、早稻施N165 kg/hm2和晚稻施N 195 kg/hm2条件下，设置4个氮素处理: 100%普通尿素氮 (CK)；用20%有机肥氮替代普通尿素氮 (N1)；在N1基础上增加Si、Zn和S肥 (N2)；在N2基础上用30%的包膜尿素氮替代普通尿素氮 (N3)。于收获期测定作物产量和地上部生物量，2016年测定了早稻和晚稻生育期温室气体 (CO₂、N₂O和CH₄) 排放量。  【结果】  与早稻季相比，晚稻季温室气体排放总量较高，其中晚稻季CH₄排放量是早稻季的4倍 (P < 0.05)，生态系统呼吸增加了7.5%～9.3% (P > 0.05)。同一季节4个处理间生态系统呼吸没有显著差异；N₂O排放量以CK 最高，其中早稻季CK处理比N1、N2和N3处理分别增加31.7%、27.2%和43.7%，晚稻季分别增加20.0%、31.5%和40.6% (P < 0.05)；与CK处理相比，有机肥替代处理显著增加了CH₄的排放量，其中早稻季N1、N2和N3处理分别增加了13.1%、13.9%和21.4%，晚稻季分别增加了19.4%、12.7%和13.7% (P < 0.05)。利用地上部生物量估计当季/年尺度土壤固碳效应，晚稻季有机肥处理 (N1、N2和N3) 与CK相比增加显著 (P < 0.05)；2016年早稻产量比晚稻提高30%，所以早稻季综合净温室效应是负值 (碳汇)，而晚稻季是正值 (碳源)，全年总计为碳源，这表明稻田产生温室效应。与CK处理相比，有机肥和包膜尿素配施处理 (N3) 显著降低了全年综合净温室效应。  【结论】  连续4年的田间试验结果表明，在秸秆还田基础上，用有机肥部分替代普通尿素可显著增加CH₄排放，但又显著降低N₂O排放且增加土壤固碳效应。综合考虑，有机肥投入会显著降低双季稻田综合净温室效应。使用包膜尿素替代部分普通尿素可有效降低施用有机肥产生的CH₄排放，且通过提高产量进一步降低双季稻生产系统的综合净温室效应。而施用中、微量元素肥料对综合净温室效应没有显著正效应。由于晚稻的温室气体排放量高于早稻，因此，通过优化施肥技术提高早稻产量是降低双季稻年度温室气体排放的有效措施。     

化肥减施下有机替代对小麦产量和养分吸收利用的影响

  【目的】  探讨化肥减施和氮肥有机替代对小麦产量、养分积累、运转和吸收利用的影响，为国家化肥零增长战略提供理论依据。  【方法】  于2017—2019年，定位研究了常规施肥 (CF)、等氮量有机替代 (有机替代30%N， CF+M)、化肥减施 (N、P₂O₅、K₂O分别减施25%、30%和16.7%，CFR)、减施替代 (有机替代30%N，CFR+M) 和单施有机肥 (M) 对小麦产量及其构成、生物量、不同生育期植株氮磷钾积累量、花前植株养分运转及花后养分积累、养分吸收利用的影响。  【结果】  与CF相比，CFR和CF+M处理小麦产量、成穗数和穗粒数均没有显著变化，千粒重有增加趋势；CFR提高了小麦拔节—开花阶段氮、磷、钾吸收量及其比例，CF+M与CF处理间各生育阶段尤其是拔节期后吸氮、钾量差异均不显著，而CFR处理开花—成熟期的氮磷吸收量显著降低，CF+M处理降低了花前茎叶氮运转量及花后氮磷积累量，CF+M、CFR和CF 3个处理间氮积累量差异不显著；CF+M提高了花前茎叶氮磷运转量对籽粒氮磷贡献率及花后氮积累量对籽粒氮的贡献率。籽粒氮素积累与各生育阶段氮素积累量、花前期茎叶氮素运转量及花后氮素积累量间呈显著或极显著正相关，籽粒磷素积累量仅与花后磷素积累量显著正相关，籽粒钾素积累量与返青—拔节阶段钾素积累量显著正相关，与花前颖壳+穗轴钾素运转量显著负相关。CFR和CF+M较CF提高了氮吸收、利用效率和氮肥偏生产力，CF+M较CF提高了钾素利用效率，降低了钾素吸收和钾素偏生产力。  【结论】  本试验的两年间，不同程度地减少氮磷钾化肥投入量，或不减少总氮量投入 (以30%有机氮替代化肥氮) 有利于花前期营养器官积累的养分向籽粒运转及籽粒对氮养分的吸收利用，都可以维持小麦产量。在减施氮肥量25%的前提下，用30%或者100%的鸡粪替代化肥则降低小麦各生育期干物质和氮磷钾养分的积累和运转，最终降低小麦的产量。因此，进行有机替代需要进一步研究适宜的氮肥减施比例。     

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。     

长期翻压绿肥河西绿洲灌区小麦的化肥减施潜力

【目的】研究长期翻压绿肥条件下减施化肥对小麦产量稳定性以及地力贡献的影响,为甘肃省河西绿洲灌区高效施肥和可持续发展提供理论依据。【方法】2009—2020年在河西绿洲灌区开展了12年的定位试验,供试作物为春小麦。试验处理包括不施肥对照(CK)、100%化肥(CF)以及翻压绿肥后化肥分别减量0%、10%、20%、30%、40%、100%。根据历年小麦产量,计算累积增产率、产量可持续性指数和变异系数;构建一元灰色线性模型,计算不同施肥长期趋势产量;计算累积土壤地力贡献率以及不同处理累积肥料贡献率。【结果】随着试验年限延长,除减施100%化肥处理外,各翻压绿肥处理肥料对小麦产量的累积贡献率均呈现增加的趋势,且处理间肥料对产量的贡献率无显著差异,2020年均达到60%左右。不施肥处理(CK)土壤地力对小麦产量的累积贡献率不断下降,从2009年的57.41%下降至2020年的34.24%。翻压绿肥基础上化肥减量40%以内,小麦12年平均产量高于100%化肥处理(CF)。一元灰色线性模型显示化肥减量40%以内,小麦产量变异系数随着化肥减施量的升高而不断升高,产量可持续指数则不断下降。化肥减量40%...     

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。