秸秆全量还田与氮肥用量对水稻产量、 氮肥利用率及氮素损失的影响

【目的】在我国水稻生产中探讨秸秆全量还田与氮肥配施的理论与技术,阐明秸秆还田对水稻产量、 氮素利用率及氮素损失的影响,对于提高水稻产量和氮素利用效率、 减少氮污染具有重要意义。【方法】2009~2011年,以水稻南粳46为材料,在江苏常熟农业生态实验站进行原状土柱模拟试验。试验采用裂区设计,主区为秸秆全量还田(S)和无秸秆还田(S0); 副区为氮肥用量(N),设置N 120、 180、 240和300 kg/hm2 4个氮水平,以不施氮肥(N0)为对照。分析了水稻基肥期、 分蘖期、 穗肥期的氨挥发量和土壤80 cm处渗漏水全氮含量,土壤0—15 cm全氮含量,水稻产量,以及水稻籽粒和秸秆氮含量,计算水稻生育期氮肥的氨挥发损失率、 淋溶损失率、 土壤残留率以及水稻的氮肥利用效率。【结果】水稻产量随氮肥适宜用量增加而增加,与单施氮肥相比,秸秆还田下水稻平均增产6.3%,其中N 240 kg/hm2 处理产量最高; 水稻的氮肥利用率随施氮量的增加呈下降趋势,秸秆还田能够提高水稻的氮肥利用率,氮肥农学效率和氮肥表观利用率较单施氮肥分别提高1.4~3.4 kg/kg和1.8%~4.2%; 水稻田氨挥发损失量、 氮肥淋溶损失量和土壤残留氮量均随施氮量的增加而增加,在N 240 kg/hm2水平下,秸秆还田氨挥发损失量增加18.2%、 土壤残留氮量增加10.1 kg/hm2,减少氮素淋溶损失量30.9%,氮肥总损失率降低6.0%。【结论】在秸秆全量还田下,配施适量的氮肥,可以提高水稻对氮肥的利用率,增加产量,同时减少氮肥损失。本试验中,以麦秸全量还田配施N 240 kg/hm2为最优组合。     

优化施氮条件下添加生物炭对宁夏灌区土壤条件和水稻生长的影响

以水稻品种宁粳43号为材料,在宁夏灌区就施用氮肥和添加生物炭进行田间裂区试验,设计不施氮（N0,0kg·hm-2）、优化施氮（N1,240kg·hm-2）和常规施氮（N2,300kg·hm-2）3个氮肥水平以及4个生物炭水平（C0,0kg·hm-2;C1,4500kg·hm-2;C2,9000kg·hm-2;C3,13500kg·hm-2）,共12个处理。在水稻收获期利用土钻取样,测定土壤基本性质;在分蘖期、拔节期、灌浆期随机取植株样,分别对水稻总根长、根系表面积、根尖数等根系生长指标和根冠比、植株地上生物量等水稻生长指标进行测定;成熟期采用五点取样法对各处理水稻产量进行测定,以探究不同施氮水平下添加生物炭对土壤条件和水稻生长的影响。结果表明,（1）施加氮肥无法改善土壤养分状况,而生物炭的添加可以增加土壤养分含量;（2）施用氮肥和添加生物炭均能促进水稻根系生长,且优化施氮水平与常规施氮处理间不存在显著差异;（3）优化施氮与常规施氮处理间水稻产量无显著性差异,而生物炭添加可以增加水稻产量,其中优化施氮处理中,9000kg·hm-2的生物炭添加水平增加了15.5%的理论产量。因此,生物炭的添加可改善土壤养分状况,促进水稻生长,进而增加水稻产量,可配合施用生物炭对宁夏稻田进行氮肥减量。     

15N示踪法研究生物炭施用对水稻—土壤系统氮肥去向的影响

为探究施用水稻秸秆生物炭对水稻产量、氮肥利用率、氮肥残留及损失的影响,采用盆栽试验结合¹⁵N示踪技术,分析了施用水稻秸秆生物炭对水稻生物量、氮素积累量、肥料氮去向以及氨氧化微生物的影响。研究共设置5个处理:不施氮肥(N0)、单施化肥(CF)、施化肥配施0.5%生物炭(BC1)、施化肥配施1%生物炭(BC2)和施化肥配施2%生物炭(BC3)。结果表明:与CF处理相比,BC2和BC3处理均显著提高水稻产量,增产率分别为19.3%和22.0%。施用生物炭显著增加水稻氮素积累量和表观利用率。施用生物炭的水稻籽粒肥料氮积累和总肥料氮积累量较CF处理分别提高18.6%~23.4%和18.5%~26.5%。然而,施用生物炭处理与CF处理之间的籽粒土壤氮吸收量没有显著差异。BC1、BC2和BC3处理的氮肥利用率分别为30.4%,28.5%和29.3%,均显著高于CF处理(24.1%)。施用生物炭有利于肥料氮在土壤中的 残留,从而减少损失。因此,施用生物炭的肥料氮损失率(25.7%~27.5%)显著低于单施化肥处理(38.4%)。与CF处理相比,高量施用生物炭(BC3)显著降低氨氧化细菌的amoA基因拷贝数,但施用生物炭对氨氧化古菌丰度没有显著影响。综上表明,施用水稻秸秆生物炭是提高水稻产量和氮肥利用率,同时还是有效减少氮素损失的一种有效措施。     

土壤高残留氮条件下施氮对夏玉米氮素平衡、利用及产量的影响

土壤残留氮是不容忽视的土壤氮素资源.通过田间小区试验研究了土壤高残留氮下不同施氮量(0、80、160、240和320 kg/hm2)对夏玉米土壤硝态氮积累、氮素平衡、氮素利用及产量的影响,分析了夏玉米的经济效益.结果表明,土壤剖面硝态氮积累量随施氮量的增加而增加,且施氮处理硝态氮积累量显著高于不施氮处理;各施氮处理土壤硝态氮在0-60 cm土层含量最高,在0--180 cm剖面呈先减少后增加的变化趋势.不施氮处理夏玉米收获后土壤无机氮残留量高达378 kg/hm2,随施氮量的增加,无机氮残留和氮表观损失显著增加.作物吸氮量、氮表观损失量与总氮输入量呈显著正相关,总氮输入量每增加l kg作物吸氮量增加0.156 kg,而表观损失量增加0.369 kg,是作物吸氮量的2.4倍.高残留氮土壤应严格控制氮肥用量,以免造成氮素资源的大量浪费.夏玉米籽粒吸氮量随施氮量的增加呈增加的趋势,氮收获指数呈降低的趋势.氮肥农学效率、氮肥生理利用率、氮肥利用率和氮素利用率在施氮量80 kg/hm2时最高,随施氮量的增加降低;增施氮肥能降低高残留氮土壤中氮肥的增产效果和利用率.综合考虑产量、氮素利用和环境效应,N 80 kg/hm2是氮素高残留土壤上玉米的合理施氮量.     

氮肥用量与运筹对水稻氮素吸收转运及产量的影响

应用15N示踪技术研究了大田条件下氮肥用量与运筹对水稻氮素吸收、转运及籽粒产量的影响。试验分别设置3个氮肥水平(0、150和240 kg/hm2N)和两种基追比例(即基肥:蘖肥穗粒肥分别为40%︰30%︰30%(A)和30%︰20%︰50%(B)),共5个处理,依次记作N0、N150A、N150B、N240A、N240B。结果表明,在0~240 kg/hm2范围内,提高氮肥水平,显著增加水稻吸收的肥料氮素、土壤氮素数量以及肥料氮在土壤中的残留量。成熟期高氮处理(240 kg/hm2)水稻吸收的肥料氮素、土壤氮素及肥料氮在土壤中的残留量较多,分别为110.25、65.91、32.69 kg/hm2,而氮素的吸收利用率和土壤残留率下降,氮素损失率增加。在相同的氮肥水平下,采用基肥蘖肥穗粒肥比例为30%︰20%︰50%时,水稻吸收的肥料氮数量显著增加,氮素吸收利用率和土壤残留率提高,氮素损失率降低。适量施氮并增加穗粒肥的施氮比例,可以显著增加水稻产量。在本实验条件下,施氮量为240 kg/hm2及基肥蘖肥穗粒肥为30%︰20%︰50%的施氮处理是兼顾产量和环境的最佳氮肥运筹方式。     

生物炭对引黄灌区水稻产量和氮素淋失的影响

为解决宁夏引黄灌区稻田因过量施肥导致的土壤质量降低和养分淋失加剧问题,通过田间小区试验研究了施用外源生物炭对水稻产量、氮素淋失和平衡特征的影响。结果表明:同等施氮条件下,施用生物质炭对水稻子粒产量有显著的影响,生物炭用量达13 500kg/hm~2时水稻增产显著。施用生物炭也提高了氮肥利用率,施用生物炭9 000kg/hm~2和13 500kg/hm~2处理,氮肥利用率分别提高了6.7和7.8个百分点。田面水中总氮(TN)浓度和土体中TN淋失量随着生物炭用量的增加而降低,TN淋失量降幅在8.03%~13.36%之间,施用生物炭处理的氮素表观损失量分别降低了11.8%~45.2%。综合考虑引黄灌区水稻产量和环境效益,生物炭施用量控制在9 000~13 500kg/hm~2效果最佳。     

不同氮肥施用对双季稻产量及氮肥利用率的影响

通过田间小区试验,研究了不同氮肥处理对双季稻产量及氮肥利用率影响。结果表明:增施氮肥处理比不施氮肥处理双季稻的有效穗数、每穗粒数均显著提高,早稻产量增产77.0%~127.1%,晚稻增加62.9%~108.0%;早稻中等量控释氮肥处理较普通尿素处理水稻单位有效穗数、每穗粒数、农学利用率均增加,同时增产5.0%,氮肥利用率提高18.0个百分点;减量控释氮肥处理与普通尿素处理比有效穗数、每穗粒数、产量、氮肥农学利用率有所下降但氮肥利用率提高18.6~20.2个百分点,晚稻中各控释氮肥处理较普通尿素处理每穗粒数增加、产量增产,增产率为9.7%~27.7%,氮肥利用率提高28~31.1个百分点,且农学利用率显著提高;不同用量控释氮肥处理间早稻有效穗数、产量随氮肥用量增加而增加,晚稻中当施氮水平≤162 kg/hm2(按纯氮算)时,水稻单位有效穗、每穗粒数、结实率、产量随氮肥增加而增加;当施氮水平162 kg/hm2(按纯氮算)时,随施氮量增加而减少。     

氮肥用量对双季稻产量和氮肥利用率的影响

试验采用田间小区试验,设置7个氮肥用量(N 0、 60、 120、 180、 240、 300和360 kg/hm2),研究了江西省高产田、 中产田和低产田双季稻最佳施氮量,以及不同施氮水平对水稻产量、 氮肥贡献率、 土壤氮素依存率和氮肥利用率的影响。结果表明,低产田、 中产田和高产田分别在施氮量为120、 180和240 kg/hm2处理取得高产; 氮肥贡献率在低产田和中产田上大于高产田,且分别在施氮处理为N 120、 180和240 kg/hm2达到最大;土壤氮素依存率为高产田中产田低产田,且在一定范围内随着施氮量的增加,土壤氮素依存率逐渐降低; 氮肥吸收利用率为低产田中产田高产田,氮肥农学效率、 氮肥生理利用率和氮肥偏生产力低、 中、 高产田间差异不大。高、 中、 低产田氮肥农学利用率、 氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力随氮肥用量增加而降低,而氮肥生理利用率各施氮处理间变化不大。综合产量和氮肥利用率得出,低产田、 中产田和高产田双季稻适宜施氮量分别为N 120、 180和240 kg/hm2。     

追施生物炭对稻麦轮作中麦季氨挥发和氮肥利用率的影响

【目的】利用田间定位试验,对比研究生物炭施入土壤经过三年老化及追施新生物炭对稻麦轮作体系中麦季土壤氨 (NH₃) 挥发、氮肥利用率和产量的影响。【方法】试验共设6个处理,其中对照处理2个为N0B0 (不施氮肥+不施生物炭)、N1B0 (单施N 250 kg/hm2);2012年施用生物炭处理2个为N1B1 (N 250 kg/hm2 + 生物炭20 t/hm2)、N1B2 (N 250 kg/hm2 + 生物炭40 t/hm2);2015年追施生物炭处理2个为N1B1 + B (N1B1 + 生物炭10 t/hm2)、N1B2 + B1 (N1B2 + 生物炭20 t/hm2)。【结果】与N1B0处理相比,N1B1和N1B1 + B处理NH₃挥发累积量分别减少36.6%、6.4%,氮肥利用率提高30.1%和14.1%,小麦产量增加55.6%和26.9%;而N1B2、N1B2 + B1处理NH₃挥发累积量分别增加20.3%、40.5%,氮肥利用率提高35.9%和14.3%,小麦产量增加72.5%和18.9%。与老化生物炭处理相比,追施生物炭处理显著增加了小麦季氨挥发累积量,并显著降低了小麦氮肥利用率和产量。【结论】农田中施用生物炭可明显增加小麦季产量和氮肥利用率。老化生物炭低施用量 (20 t/hm2) 处理能显著减少NH₃挥发损失,并且更有效的提高小麦氮肥利用率和产量。     

双季连作晚稻免耕抛秧氮钾肥施用技术的研究

研究了不同氮钾施用量对免耕抛秧双季连作晚稻的产量效应。研究表明,增施氮肥可以促进分蘖的发生和叶面积的扩展,增加单位面积的有效穗数,但成穗率下降;增施钾肥可适当提高单位面积的有效穗数和成穗率;各施氮处理水稻根系活力和剑叶叶绿素含量均明显高于无氮处理;随着氮肥用量的增加,水稻干物质的积累量增加,而收获指数减少;等氮条件,增施钾肥对水稻干物质的积累基本没有影响,但提高了氮肥的吸收利用率;氮肥的吸收利用率开始随着施氮量的增加而提高,至中氮处理达最大值,氮肥的生理利用率和农学利用率均随施氮量的增加而降低;氮(N)、钾(K2O)肥用量分别为150 kg/hm2和160 kg/hm2时,免耕抛秧稻的效果最佳。     

不同施氮水平下水稻的养分吸收、转运及土壤氮素平衡

【目的】为解决东北地区水稻合理施用氮肥问题,系统研究了不同施氮水平条件下,东北水稻产量及构成因素、养分吸收、转运、氮肥利用效率及土壤氮素平衡的变化,并探讨各养分间及其与产量间的关系,为东北地区水稻合理施氮提供理论基础。【方法】于2012~2013年在吉林省松原市前郭县红光农场,选用当地主栽水稻品种富优135和吉粳511为材料,设置施N 0、60、120、180和240 kg/hm25个水平。于水稻返青期、分蘖期、抽穗期、灌浆期及成熟期采集植株样本,分为茎鞘、叶片和籽粒三部分,测定氮、磷、钾含量,计算水稻主要生育期植株养分吸收、转运、氮素利用特性的相关参数及各养分吸收、转运与产量间的关系。水稻移栽前和收获后采集0—100 cm土壤样品,每20 cm为一层(共5层),测定铵态氮、硝态氮含量,并根据各层土壤容重计算0—100 cm土体无机氮积累量,分析土壤氮素平衡状况。【结果】施氮量60~180 kg/hm2范围内,水稻产量随着施氮水平的提高而增加,氮肥用量超过180 kg/hm2水稻产量下降。结合当年水稻和肥料价格,根据水稻产量(y)和施氮量(x)拟合方程,得出最高产量氮肥用量分别为212.8 kg/hm2和220.6 kg/hm2,施氮范围在202.2~231.6 kg/hm2之间,最佳经济产量氮肥用量分别为203.0和209.1 kg/hm2,施氮范围在192.9~219.6 kg/hm2之间。施用氮肥可显著提高水稻主要生育期氮、磷、钾吸收量,且能提高水稻抽穗期氮、磷、钾养分向籽粒的转运,施氮量180 kg/hm2处理抽穗期各养分累积量与籽粒转运量呈正比,当氮肥用量超过180 kg/hm2后,氮、磷、钾养分向籽粒转运出现负效应。氮素农学利用率和偏生产力随着施氮水平的提高而显著下降,氮肥当季回收率以施氮量180 kg/hm2处理最高。相关分析表明,水稻主要生育期氮、磷、钾的吸收、转运与产量间均存在显著或极显著的正相关性,其中灌浆期氮、磷、钾的吸收状况与产量间的相关系数最大。施用氮肥可显著提高收获后0—100 cm土壤中残留无机氮(Nmin),氮素表观损失量随施氮水平的提高而增加。【结论】适宜的氮肥用量可显著提高水稻产量,各生育时期养分吸收总量,提高水稻生育后期秸秆中氮、磷、钾向籽粒的转运量,并能降低土壤氮素表观损失量。综合考虑提高水稻产量、效益、氮肥当季回收率及维持土壤氮素平衡等因素,在本试验条件下,施氮范围在192.9~219.6 kg/hm2。     

生物炭和氮肥配施对粳稻产量形成、氮肥当季效应及其后效的影响

  【目的】  探究不同量生物炭与氮肥配合施用对北方稻田土壤氮含量、植株茎蘖生长、产量构成因素和氮肥的当季效应及后效的影响,为合理利用生物炭提高粳稻产量和氮素利用率提供理论依据。  【方法】  水稻定位试验于2019—2020年在沈阳农业大学水稻研究所进行。试验设置3个施氮水平:N₀ (不施氮肥对照)、N₁₈₀ (减施氮肥,N 180 kg/hm2)、N₂₂₅ (常规施氮,N 225 kg/hm2); 3个生物炭施用量:B₀ (不施生物炭)、B₁₅ (低施炭量,生物炭15 t/hm2)、B₄₅ (高施炭量,生物炭45 t/hm2),共组合为9个处理。氮肥每年按照基肥∶蘖肥∶穗肥比例3.6∶2.4∶4施用,生物炭于2019年施入,之后不再施用。于移栽后5天起,定期调查水稻茎蘖动态、生长状况和氮素含量,在收获期测产。在水稻主要生育期取样测定土壤养分含量的变化。  【结果】  1)生物炭提高了粳稻分蘖盛期和孕穗期稻田土壤全氮含量和碱解氮含量,对灌浆期全氮含量无显著影响,但降低了碱解氮含量。同一施氮量下,B₁₅和B₄₅之间全氮和碱解氮含量均无显著差异(P < 0.05)。2)施氮条件下,施用生物炭显著降低了最高分蘖数,但显著提高了有效分蘖数和成穗率(P < 0.05),获得了较高的总颖花数。在同一施氮水平下,相较于无炭处理,生物炭的增产效果均表现为低炭量好于高炭量。其中N₁₈₀B₁₅处理比N₁₈₀B₀处理增产4.4%,N₂₂₅B₁₅处理比N₂₂₅B₀处理增产3.2%,而N₁₈₀B₄₅与N₁₈₀B₀、N₂₂₅B₄₅与N₂₂₅B₀处理的产量水平无显著差异。氮肥减施后(N₁₈₀)产量显著低于常规施氮处理(N₂₂₅),配合B₁₅处理产量显著增加,达到了常规施氮条件下的产量水平(P < 0.05),而配合B₄₅处理较配合B₁₅处理降低了产量。3)生物炭对粳稻的氮素积累量影响表现出年际差异,施用生物炭的第一年(2019年),在N₁₈₀水平下,粳稻分蘖盛期至灌浆期的氮素积累量B₁₅处理显著高于B₄₅处理;在N₂₂₅水平下,B₁₅和B₄₅处理间无显著差异。在2020年,B₁₅和B₄₅处理之间无论氮肥水平高低,氮素积累量均无显著差异(P < 0.05)。B₄₅处理在第一年会降低生物炭的有益效果,其不利作用在第二年消失。4)生物炭促进了粳稻对氮素的吸收,提高了氮素利用率。其中氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力随施炭量增加呈先升高后降低趋势,且在N₁₈₀B₁₅处理下达到最高,两年趋势一致。  【结论】  适量的生物炭与氮肥组合在提高稻田土壤肥力、促进粳稻分蘖成穗和颖花分化方面有一定的正向耦合作用。高生物炭用量在施用当季不利于水稻生长和氮素吸收,但其增产和增效的后效与适宜生物炭用量没有明显差异。因此,减施氮肥(施氮量180 kg/hm2)条件下配合施炭15 t/hm2较为适宜。     

水洗生物炭配施化肥对水稻产量及养分吸收的影响

【目的】生物炭对水稻产量和养分吸收有良好的作用,本文研究生物炭水洗与否对其效果的影响,为生物炭的高效利用提供支持。【方法】采用盆栽试验,以竹炭和经去离子水冲洗后的竹炭为材料,在不施化肥和配施化肥两种条件下,研究了竹炭和水洗竹炭对水稻土壤理化性质、水稻秸秆和籽粒产量及N、P、K养分吸收的影响。【结果】竹炭经水洗后p H和K含量显著降低,C、N、P、S、Ca、Na和Mg含量,比表面积(BET),总孔容以及平均颗粒大小均没有显著变化。与不施肥对照相比,竹炭和水洗竹炭单施处理均显著提高土壤p H、有机碳、速效钾,且两种处理之间土壤速效钾差异显著;单施竹炭和水洗竹炭分别显著提高水稻秸秆产量12.7%和15.6%,水洗竹炭处理还显著提高水稻籽粒产量15.7%,水洗与不水洗之间没有显著差异;与化肥对照相比,竹炭和水洗竹炭配施化肥均显著提高土壤全氮,水洗竹炭配施化肥还显著提高土壤速效磷;竹炭和水洗竹炭处理分别显著提高水稻秸秆产量18.7%和33.1%,提高水稻籽粒产量16.7%和18.4%。在水稻养分吸收方面,竹炭和水洗竹炭单施显著提高秸秆氮素和钾素的吸收,水洗竹炭单施还显著提高籽粒氮素的吸收,但二者之间差异不显著;与化肥配合施用,竹炭和水洗竹炭均显著提高水稻秸秆和籽粒氮素和钾素的吸收,水洗竹炭显著提高籽粒磷素吸收,且水洗竹炭促进水稻秸秆和籽粒中氮素吸收的效果优于竹炭,但竹炭促进秸秆钾素吸收效果显著优于水洗竹炭,这可能与经水洗后竹炭钾素含量显著降低有关。【结论】竹炭和水洗竹炭单独施用和与肥料配施均可显著提高水稻的产量和对养分的吸收。二者相比,水洗提高了竹炭增加水稻氮素利用率和产量的效果,但降低了其补钾能力。从环保、减氮增效以及节约水资源角度考虑,实际生产中应慎重考虑是否对生物炭进行水洗。     

生物炭配施氮肥改善表层土壤生物化学性状研究

【目的】 探讨生物炭配施氮肥对土壤碳氮、生物学性质及春玉米产量的影响,阐明生物炭配施氮肥后,土壤碳氮含量及生化性质变化规律,旨在为合理培肥、改善土壤环境、增加春玉米产量提供科学依据。 【方法】 在内蒙古西部 (包头) 和东部 (通辽) 2个试验点进行大田试验,设生物炭用量0、8、16、24 t/hm2 4个水平 (分别记作C₀、C₈、C₁₆、C₂₄) ,设施氮量 0、150、300 kg/hm2 3个水平 (分别记作N₀、N₁₅₀、N₃₀₀) ,于成熟期测产,并于收获后分3个土层 (0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm) 测定土壤碳氮含量、微生物量及酶活性。 【结果】 生物炭和氮肥对2个试验点0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层有机碳、碳氮比、微生物量及酶活性均有极显著影响 (P < 0.01) ,且两者交互作用极显著。3个土层有机碳含量以及0—10 cm和10—20 cm土层全氮含量在各施氮水平随生物炭施用量的增加而增加。施加生物炭和氮肥均能显著提高3个土层的微生物量碳、微生物量氮、蔗糖酶活性、脲酶活性以及总体酶活参数,且随炭、氮施入量的增加呈先增后减的趋势;施用生物炭后0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量碳、微生物量氮以及蔗糖酶、脲酶活性均显著高于20—40 cm土层。生物炭配施氮肥可显著提高春玉米穗粒数、百粒重及产量,2试验点产量均以C ₈N₁₅₀最大,包头和通辽分别为15.51 t/hm2和16.43 t/hm2。通过相关分析可知,春玉米产量主要与0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量及酶活性有关。 【结论】 适量生物炭配施氮肥能够增加土壤碳氮储量、微生物量和酶活性,改善土壤微生态环境。炭氮配施能够提高土壤肥力,减少氮肥用量,本试验中以8 t/hm2生物炭配施150 kg/hm2氮肥为最佳施肥量。      

长期秸秆还田下基于东北水稻高产和钾素平衡的钾肥用量研究

  【目的】  通过5年定位试验，系统研究东北稻区秸秆还田条件下不同钾肥用量对水稻产量、钾素利用率和土壤供钾能力的影响，为秸秆还田下水稻钾肥合理施用提供科学依据。  【方法】  于2015—2019年在东北水稻主产区吉林省前郭县开展田间定位试验。共设6个钾肥用量 (K₂O) 处理，分别为0 (K0)、30 (K30)、60 (K60)、90 (K90)、120 (K120) 和150 kg/hm2 (K150)，水稻收获后，测定籽粒产量与生物产量、植株钾含量及0—20和20—40 cm土层土壤速效钾、缓效钾和全钾含量，并计算作物钾积累量、钾素利用效率和土壤-作物系统的钾素表观平衡状况。  【结果】  施钾可提高水稻籽粒产量和生物产量，与不施钾相比，平均增幅依次为7.6%～14.5%、6.3%～10.9%，以K60和K90处理籽粒产量和生物产量最高。不同施钾处理间收获指数没有显著差异。钾素表观回收率、农学利用率和偏生产力均随钾肥用量的增加而下降。K60、K90、K120和K150处理0—40 cm土壤速效钾和缓效钾含量高于K0和K30处理，全钾含量6个处理间没有显著差异。K90、K120和K150处理0—40 cm土壤速效钾和缓效钾含量间也没有显著差异。在5年试验中，K0和K30处理土壤钾素表观平衡均表现为亏缺，K60处理农田钾素投入量和输出量基本平衡，当钾肥用量增加至90 kg/hm2以上，农田钾素表观平衡呈现盈余状态，并随钾肥用量的增加显著增加。盈余率与钾肥用量、籽粒产量、土壤速效钾含量、钾素利用效率分别进行拟合得出，当盈余率为0时，钾肥用量为53.1 kg/hm2，籽粒产量为10035 kg/hm2，0—20和20—40 cm土壤速效钾含量分别为103.04和91.56 mg/kg，钾素表观回收率为40.4%，钾素农学利用率为21.2 kg/kg，钾素偏生产力为202.2 kg/kg。  【结论】  在秸秆还田条件下，施用钾肥对水稻依然有明显增产效果。年施K₂O 30 kg/hm2，土壤钾素处于亏缺状态；年施K₂O 60 kg/hm2增产效果最好，且土壤钾素处于基本平衡状态，土壤速效钾和缓效钾含量处于稳定状态；年施K₂O超过90 kg/hm2后，虽然钾盈余量增加，但对土壤速效钾和缓效钾含量没有进一步增加的效果，水稻产量甚至还有下降的趋势。以理论盈余率为0时钾肥用量的95%为置信区间，钾肥用量在50～56 kg/hm2范围内既可保证较高的水稻产量和钾素利用效率，又可维持土壤供钾能力，可作为东北稻区秸秆还田下水稻钾肥推荐用量。     

覆膜和施肥对玉米产量和土壤温度、硝态氮分布的影响

【目的】采用垄沟覆膜栽培技术,研究了西北黄土塬区不同施肥及覆膜处理对玉米(Zea mays L.)产量、土壤温度和土壤硝态氮分布的影响,为粮食安全和农业可持续发展提供依据。【方法】研究采用覆膜和施肥田间试验,小区试验设置了6个处理,1)对照不覆膜,不施肥;2)覆膜不施肥;3)不覆膜基施N 80 kg/hm2、P2O580kg/hm2,无追肥;4)覆膜基施纯N 80 kg/hm2、P2O580 kg/hm2,无追肥;5)不覆膜基施N 80 kg/hm2、P2O580kg/hm2,追施N 80 kg/hm2;6)覆膜基施N 80 kg/hm2、P2O580 kg/hm2,追施N 80 kg/hm2。【结果】1)覆膜对前期土壤温度的影响大于后期,在7月前,覆膜处理0—20 cm土壤温度平均增加2.3℃,对玉米的发芽和早期生长有良好的促进作用,7月后,覆膜处理对土壤温度增加的平均值为1.2℃。在6月中旬以前,施肥处理的土壤温度略高于不施肥处理;6月中旬以后差异减小,施肥处理对土壤温度的影响不明显。2)播种后一个月,施肥处理土壤硝态氮主要聚集在0—30 cm土层,以主根为中心,纵向近似对称分布,在根系下方40 cm处,形成一个孤岛,施肥处理是不施肥处理的1.65倍;播种后两个月,表层土壤硝态氮含量下降至30.77~48.67 mg/kg。覆膜处理在施肥初期有减缓硝态氮向下层迁移速度的作用,影响范围为0—80 cm深。3)水分利用效率(WUE)与施肥量呈正相关,最高为2.09 kg/m3。在相同施肥处理下,覆膜明显提高WUE,施基肥处理,覆膜比不覆膜的WUE提高12.8%~19.5%;施基肥和追肥处理,覆膜比不覆膜的WUE提高20.3%~27.4%。4)百粒重、穗粒重与产量呈正相关关系,产量提高是百粒重和穗粒重增加的直接结果,施肥和覆膜对百粒重和穗粒重的提高效果明显。覆膜在施肥处理下的增产效果显著,连续三年,施基肥处理下,覆膜处理增产10.61%、9.48%和15.36%;施基肥和追肥处理下,覆膜增产16.61%、20.94%和12.24%。【结论】施肥和覆膜处理比不施肥不覆膜处理产量增加23.42%~83.23%。综合考虑覆膜和施肥对土壤温度、土壤硝态氮含量和水分利用效率的影响,本试验推荐采用垄沟覆膜栽培技术,氮肥基肥和追肥各施N 80 kg/hm2。     

氮肥运筹方式及催芽氮肥用量对再生稻产量及品质的影响

  【目的】  催芽肥和促苗肥的合理施用是保障再生稻高产优质的重要途径,明确再生稻氮肥运筹方式及催芽氮肥适宜用量,对提高再生稻产量和氮肥利用率、优化再生稻米品质具有重要意义。  【方法】  本研究采用多年田间试验,以深两优5814为材料,设置5个再生季氮肥 (N)处理:不施氮肥 (N_0-0);催芽肥60 kg/hm2 (N_60-0)、促苗肥60 kg/hm2 (N_0-60)、催芽肥和促苗肥各60 kg/hm2 (N_60-60)、催芽肥和促苗肥分别为120、60 kg/hm2 (N_120-60)。  【结果】  3年试验产量存在较大差异,但同一年份的再生稻施氮处理均显示了显著的增产效果,N_60-0、N_0-60和N_60-60处理分别较N_0-0平均增产35.8%、40.9%和67.4%。催芽肥和促苗肥配施通过提高有效穗数和每穗粒数进一步提高再生稻产量。随催芽氮肥用量的增加,产量呈先升高后平台的趋势。适宜的催芽氮肥用量和促苗肥配施促进了再生芽的萌发、形成和生长发育,显著增加了倒2节和倒3节 (尤其是倒3节)的有效穗数和每穗粒数。养分吸收积累研究结果显示,随着氮肥用量的增加,再生稻地上部氮素积累量显著提高。与N_0-0处理相比,N_60-0、N_0-60、N_60-60和N_120-60处理氮素积累量分别平均增加51.31%、57.70%、91.33%和124.53%,但氮肥利用率则呈下降的趋势。品质分析结果显示,随着氮肥用量的增加,再生稻米的加工品质、外观品质、直链淀粉含量先提升后下降,蛋白质含量则呈逐渐增加的趋势。催芽肥和促苗肥配施且用量适宜 (N_60-60)时,再生稻米的加工品质、外观品质等较其他处理为最优。与N_0-0处理相比,N_60-60处理的糙米率、精米率和整精米率分别增加2.7%、1.3%和6.7%;垩白度和垩白粒率分别降低13.8%和22.6%。而催芽氮肥用量进一步增加 (N_120-60)时,稻米的加工品质和外观品质又有所下降,以其整精米率下降、垩白粒率增加最为显著。  【结论】  本试验条件下,施用催芽肥和促苗肥各60 kg/hm2与不施氮相比显著提高了再生稻产量和稻米品质,其氮肥利用率较高。     

不同地力水平和施氮量下水稻优质高产的氮肥有机替代比例

  【目的】  氮肥有机替代可减少化肥投入同时消纳有机废弃物,是促进水稻绿色生产的关键技术之一。然而,适宜的氮肥有机替代比例还有待进一步明确。  【方法】  本研究综合已发表有关水稻氮肥有机替代的71篇文章,分别获取水稻产量和籽粒含氮量田间试验相关数据412组和133组,通过整合分析(meta-analysis)量化不同氮肥有机替代比例对水稻产量和籽粒含氮量的影响,并探究不同土壤条件和施氮水平下适宜的有机替代比例。  【结果】  适宜的氮肥有机替代比例有利于水稻产量和籽粒含氮量的提升,土壤有机质含量高(>25 g/kg)、中(15～25 g/kg)、低(≤15 g/kg)水平下,获取最高水稻产量的适宜有机替代比例分别是60%、70%、30%;无论土壤全氮含量高(>1.5 g/kg)、中(1～1.5 g/kg)或者低(≤1 g/kg),适宜的有机替代比例均不超过60%。土壤速效氮含量高(>150 mg/kg)和低(≤90 mg/kg)水平下,适宜的有机替代比例均是10%～30%,速效氮中等水平下(90～150 mg/kg) 有机替代处理产量增加不显著。高水平施氮量(>250 kg/hm2)下产量最高的有机替代比例为20%,低水平施氮量(≤150 kg/hm2)下产量最高的有机替代比例为10%,中水平施氮量(150～250 kg/hm2)下产量最高的有机替代比例为70%。随着有机替代比例的增加,水稻籽粒含氮量呈现先增后降趋势,含氮量最高的有机替代比例为30%。  【结论】  土壤有机质和全氮含量高的地区,氮肥有机替代比例可以适当提高到60%～70%,中低水平地区有机替代比例则需降低至30%左右。土壤速效氮含量高和低水平下,有机替代比例超过30%,水稻增产不显著或显著降低。施氮量高和低水平下,维持水稻高产的适宜有机替代比例分别是20%和10%。在氮肥有机替代比例不超过30%的情况下,水稻籽粒的含氮量能显著提高。     

氮肥与生物炭施用对稻麦轮作系统甲烷和氧化亚氮排放的影响

【目的】以我国稻麦轮作系统为对象,研究氮肥和小麦秸秆生物炭联合施用对CH4和N2O排放规律的影响;结合小麦和水稻总产量进而评估对该生态系统综合温室效应(GWP)和温室气体强度(GHGI)的影响,为生物炭在减缓全球气候变化及农业生产中的推广应用提供科学依据。【方法】生物炭通过小麦秸秆在300 500℃条件下炭化获得。田间试验于2012年11月至2013年10月进行,为稻麦轮作体系。采用静态暗箱—气相色谱法观测CH4和N2O排放通量;试验共设置不施氮肥不施生物炭(N0B0)、不施氮肥施20 t/hm2生物炭(N0B1)、施氮肥不施生物炭(N1B0)、氮肥与20 t/hm2生物炭配施(N1B1)、氮肥与40 t/hm2生物炭配施(N1B2)等5个处理,各处理3次重复。【结果】单施氮肥(N1B0)与不施氮肥(N0B0)处理相比,增加了稻麦轮作产量82.8%,增加了CH4排放0.6倍,增加了N2O排放5.5倍。单施生物炭(N0B1)与不施生物炭(N0B0)处理相比,显著增产25.4%,却不能减少CH4和N2O的排放。在施氮的同时,配施20 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著增加稻麦轮作产量21.6%,小麦和水稻总产量也比配施40 t/hm2生物炭处理高;配施40 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著降低稻麦轮作系统CH4排放11.3%和N2O排放20.9%,CH4和N2O排放量也比配施20 t/hm2生物炭的排放量低。随着生物炭配施量的增加,CH4和N2O减排效果更明显。单施生物炭并不能有效地减少GWP,但却可以显著增加作物产量,从而减小GHGI。对N0B0、N0B1、N1B0、N1B1四个处理进行双因素方差分析发现,氮肥和生物炭在CH4和N2O排放、作物产量、GWP和GHGI方面都不存在明显的交互作用。各处理在100 a时间尺度上总GWP由大到小的顺序为N1B0N1B1N1B2N0B0N0B1,GHGI值由大到小的顺序则为N1B0N1B1N0B0N1B2N0B1。单施生物炭与配施生物炭都能降低稻麦轮作系统的GWP和GHGI,配施40 t/hm2生物炭处理降低效果更好。【结论】稻田麦季施用不同水平生物炭都能在保产或增产的同时,降低稻麦轮作系统CH4和N2O的排放及GWP和GHGI。在当前稻麦轮作系统中,与20 t/hm2的生物炭施用量相比,40 t/hm2的生物炭施用量显著降低GWP,但增产效果不明显,因此二者GHGI相当,需要根据温室效应与作物产量权衡选择生物炭实际施用量。     

控制灌溉条件下施氮量对杂交籼稻F优498氮素利用效率及产量的影响

【目的】 阐明控制灌溉条件下施氮量对杂交籼稻氮素利用效率及产量的影响,以期为杂交籼稻制定科学合理的灌溉方式和氮肥施用技术提供理论依据。 【方法】 2015—2016年,以超级杂交稻F优498为供试材料,采用单因素随机区组设计,在控制性灌溉方式下设置5个施氮水平处理为N 0、90、135、180和225 kg/hm2,调查了主要生育期水稻生长状况和氮素吸收及转运量。 【结果】 1) 控制灌溉条件下施氮量对水稻产量及氮素利用效率影响显著。在施N 0～180 kg/hm2范围内,水稻产量及灌溉水生产力随施氮量增加而提高,超过此范围则下降。2015年和2016年试验产量分别在施氮量为180 kg/hm2和135 kg/hm2时达到最大值,与土壤肥力和温光条件密切相关。2) 随着施氮量增加,成熟期水稻氮素积累量逐渐增加,氮肥回收利用率、氮肥农学利用率和氮收获指数先增加后降低,而氮肥偏生产力、氮素生产效率、氮肥干物质生产效率和土壤氮素依存率则逐渐降低。氮肥回收利用率与产量呈极显著正相关 (r = 0.92**),施氮量为135 kg/hm2时,2015年和2016年试验中氮肥回收利用率均达到最大值。3) 相关分析表明,控制灌溉条件下,抽穗期叶面积指数、高效叶面积指数、总根长、根表面积和根体积等与产量呈显著或极显著正相关,表明控制灌溉下适宜的施氮量能够促进地上部与地下部协同生长,有利于高产群体的构建。 【结论】 从两年的水稻产量和氮素利用效率来看,控制灌溉条件下,根据土壤肥力和温光条件,杂交籼稻F优498氮肥用量以135～180 kg/hm2为宜。