商品有机肥替代化肥对作物产量和土壤肥力的影响

【目的】通过连续3年定位监测华北平原冬小麦-夏玉米轮作区商品有机肥部分替代化肥施用后作物产量和土壤肥力的变化,探究商品有机肥替代化肥对作物产量及土壤肥力的影响,以期为该区域商品有机肥的科学施用提供理论依据。【方法】试验开始于2011年,于山东禹城设置3个不同施肥处理：不施肥对照（T1）;单施化肥（T2）;等养分条件下,有机肥部分替代化肥（T3）（氮、磷和钾替代比例分别为11.3%、13.7%和58.8%）。于2011-2014年连续3年进行田间取样,分析冬小麦-夏玉米轮作制度下,不同施肥处理对作物产量、产量构成以及土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾含量的影响。【结果】（1）商品有机肥部分替代化肥施用后,冬小麦和夏玉米3年平均产量分别为7 700和9 175 kg·hm^-2,与当地栽培条件下高产水平相当,但与单施化肥处理相比差异不显著。（2）与单施化肥相比,商品有机肥替代化肥处理对产量构成因素（有效穗数、穗粒数和千粒重）未表现出显著影响。（3）商品有机肥部分替代化肥施用3年后,与单施化肥相比,土壤有机碳增加了19.5%、土壤全氮提高了12.3%,显著高于单施化肥处理。【结论】商品有机肥部分替代化肥能保证华北平原小麦-玉米轮作体系的作物稳产、高产,并且能够培肥地力,有利于土壤可持续利用。     

不同比例有机肥替代化肥对水稻氮磷利用率和稻田氮磷平衡的影响

为了探究不同比例有机肥替代化肥条件下稻田氮磷养分利用特征,为肥料利用率提高和氮磷减排提供理论技术支撑,在云南省洱海流域进行田间试验,试验设置不施肥(CK)、单施化肥(CF)、30%有机肥替代(T1)、50%有机肥替代(T2)、70%有机肥替代(T3)、100%有机肥(T4)共6个处理。结果表明,T1～T4处理水稻总产量与CF相比分别下降9.74%、22.30%、27.26%和36.47%,施用有机肥水稻有效穗数下降趋势明显;随着有机肥替代比例增加,氮素农学利用率呈先下降后上升趋势,单施有机肥处理达到最大值14.63 kg/kg,磷素农学利用率呈持续下降趋势,氮素及磷素生理利用率均呈上升趋势,水稻氮素偏生产力呈先上升后下降的趋势,在50%有机肥替代下达到最大值39.24 kg/kg,磷素偏生产力呈不断下降趋势;单施化肥水稻氮素及磷素吸收利用率均达到最大值(43.63%和24.75%);氮素携出量随着有机肥配比增加而提高,与CF处理相比T1～T4提高16.21%～61.74%,而磷素携出量降低19.84%～23.80%,氮表观损失呈下降趋势,而磷表观损失呈上升趋势,单施化肥处理土壤氮素盈余...     

不同施肥水平对长期麦豆轮作体系土壤氮素及产量的影响

探索施肥对长期轮作下土壤氮素变化及产量的影响,对优化氮素管理具有重要作用。通过优化施肥方案,对关中地区冬小麦-夏大豆长期轮作模式下作物产量及土壤全氮、硝态氮、铵态氮、微生物生物量氮含量动态变化进行定位研究。结果表明：土壤全氮、硝态氮、铵态氮含量秋冬季较高,春夏季较低,微生物生物量氮变化趋势与之相反。土壤中氮素各组分含量均表现为表层土高于下层土,土壤全氮、硝态氮、铵态氮平均含量及铵态氮层化比、土壤硝态氮与铵态氮比值随着化肥施用量的增加而增加,硝态氮层化比随施肥量的增加而减少。与不施肥相比,优化施肥促进微生物生物量氮含量的提升,而常规施肥导致微生物生物量氮含量下降。试验连续运行9 a后,施肥导致土壤pH和水分含量下降,对小麦、大豆产量有显著影响,与不施肥处理相比,小麦、大豆平均增产50.20%、45.29%。麦豆长期轮作种植模式下优化施肥在基本保证作物产量的同时,降低土壤中全氮、硝态氮、铵态氮含量,增加微生物生物量氮含量,减少化肥施用量。     

不同植物轮作提取深层土壤累积硝态氮的效果

【目的】利用不同植物轮作,通过生物修复耗竭深层土壤剖面的累积硝态氮,从而控制集约化粮田过量施氮造成的硝酸盐淋洗。【方法】通过田间试验,比较小麦-玉米轮作、休闲-玉米、小麦-休闲、紫花苜蓿连作、紫花苜蓿+苇状羊茅间作、黑麦-苋菜轮作、黑麦-高丹草轮作、黑麦-甜高粱轮作对土壤剖面硝态氮累积和淋洗的降低效果。【结果】紫花苜蓿、高丹草、黑麦1-2 m土体根系占0-2 m土体总根系的比例最高;黑麦-苋菜、黑麦-高丹草和黑麦-甜高粱处理具有较高的年吸氮量（330-390 kgN•hm-2）;与小麦-玉米传统轮作相比,夏季休闲增加了土壤硝态氮淋洗。经过1年的田间试验,5个修复植物处理0-1 m、1-2 m的硝态氮累积量分别降低124.3和81.2 kgN•hm-2,其中苋菜、甜高粱、高丹草对深层土壤中硝态氮的消减作用较大;甜高粱、高丹草、苋菜种植下1 m处土壤溶液中硝态氮浓度一直处于最低水平,平均仅8.6 mg•L-1。【结论】在本试验条件下,黑麦-高丹草轮作是一年内提取深层土壤累积硝态氮效果最好的种植模式。     

有机肥替代部分化肥对稻麦轮作系统产量及土壤微生物区系的影响

[目的]本文旨在研究不同有机肥替代部分化肥对稻麦轮作系统产量及其构成因素、土壤微生物区系的影响,为找到合适的施肥措施来提高作物产量,培育高产土壤微生物区系提供理论依据。[方法]以江苏省金坛市的长期肥料试验点为研究对象,设置6个施肥处理:不施肥(CK),常规氮、磷、钾化肥(NPK),3 000 kg·hm~(-2)猪粪有机肥替代30%常规化肥施用量(NPKM1),6 000 kg·hm~(-2)猪粪有机肥替代50%常规化肥施用量(NPKM2),1 800 kg·hm~(-2)猪粪有机无机复合肥替代50%常规化肥施用量(NPKMOI1),3 600 kg·hm~(-2)猪粪有机无机复合肥替代70%常规化肥施用量(NPKMOI2)。测定水稻、小麦的有效穗数、每穗粒数、千粒质量、理论产量和实际产量;并利用氯仿熏蒸-硫酸钾浸提法和高通量测序测定土壤微生物生物量及微生物群落结构。[结果]与NPK处理相比,猪粪有机肥(NPKM1、NPKM2)和猪粪有机无机复合肥(NPKMOI1、NPKMOI2)替代部分化肥对水稻和小麦的产量构成因素、理论产量和实际产量无显著降低,且均能提高土壤微生物生物量碳、氮。NPKMOI1和NPKMOI2处理能够增加土壤细菌丰富度、多样性和均匀度指数,显著改变土壤细菌区系,且这种改变随着化肥替代量的增加而变大。[结论]3 600 kg·hm~(-2)猪粪有机无机复合肥替代70%常规化肥施用量处理能够提高作物产量,是一种具有培育高产土壤微生物区系潜力的施肥措施。     

低地力条件下有机肥部分替代化肥对作物产量和土壤性状的影响

在江苏省黄河故道低肥力土壤条件下,探究有机肥替代化肥对小麦玉米和水稻小麦轮作体系中作物产量及土壤养分的影响,以明确低肥力土壤中有机肥替代化肥的规律和潜力。田间试验于2017年10月布置,设置6个不同处理,分别为不施肥(CK)、常量化肥(F)、常量化肥+40%有机肥(FM_(0.4))、NPK总养分相等情况下分别用有机肥替代20%(F_(0.8)M_(0.2))、40%(F_(0.6)M_(0.4))及60%(F_(0.4)M_(0.6))化肥。结果表明:(1)小麦玉米轮作体系中,有机肥替代化肥在小麦季产量明显降低,其中有机肥替代60%化肥时,小麦产量显著降低而在玉米季产量无显著差异。在水稻小麦轮作体系中,不同比例有机肥替代化肥对作物产量的影响不显著。(2)施肥提升了小麦玉米和水稻小麦轮作体系中土壤有机质含量,小麦玉米轮作体系中土壤有机质提升8.07%～36.61%,水稻小麦轮作体系土壤有机质提升7.69%～40.22%。随着有机肥替代比例的增加,小麦玉米轮作体系中土壤全氮及速效钾含量呈降低趋势,而土壤磷素及碱解氮含量逐渐升高;水稻小麦轮作体系中土壤全氮含量逐渐降低,土壤全磷、碱解氮、速效钾含量逐渐升高。(3)相关性分析结果表明,作物产量与土壤全氮、碱解氮及速效磷含量均呈显著或极显著的正相关关系。综上所述,黄河故道地区由于基础地力较低,有机肥替代化肥并未表现出对作物的增产作用,但有机肥的投入有效地改善了土壤的养分状况,因此该区低肥力土壤在作物栽培中应当维持化肥用量并增施有机肥,以提升耕地质量。     

不同熟化垫料替代比例对稻麦轮作下作物产量、土壤肥力及重金属的影响

针对中国化肥施用量较高、大田作物畜禽粪污有机肥施用率低等问题,以稻麦轮作体系为研究对象,在相等的施氮量(稻季300 kg/hm2,麦季225 kg/hm2)条件下,以熟化垫料不同比例替代化肥[不施肥对照(CK)、施化肥(CF)、熟化垫料氮替代1/4氮素化肥氮(1/4DL)、熟化垫料氮替代1/2氮素化肥氮(1/2DL)、熟化垫料氮替代3/4氮素化肥氮(3/4DL)以及熟化垫料氮全量替代氮素化肥氮],研究了在相等施氮量条件下熟化垫料替代化肥对稻麦轮作体系作物产量、土壤肥力以及重金属的影响.结果表明,在水稻季施氮量300 kg/hm2条件下,熟化垫料替代处理的产量达到单施化肥处理的产量.不同处理间小麦产量差异极显著,随熟化垫料替代量增加,小麦产量表现出先增加后降低的趋势,1/2DL处理的小麦产量最高.稻麦轮作三季后,熟化垫料替代氮素化肥处理耕层0～20 cm土壤全氮含量、有机质含量、pH值均表现出先增加后降低的趋势,3/4DL处理最高,而磷含量及电导率则呈线性增加趋势.稻麦轮作三季后,耕层0～20 cm土壤铜、锌总含量均高于试验前土壤铜、锌总含量,各处理铜、锌、镉、砷、铅等指标均在土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB 15618-2018)范围内.稻麦轮作三季后,土壤内有效态铜、锌、镉、铅含量均高于试验前土壤,砷则相反.对于施肥处理,土壤内有效态铜、锌含量随熟化垫料施用量增加而增加,有效态铅含量则随垫料用量增加而降低,不同处理间有效态镉含量差异不显著.     

有机肥氮替代化肥氮提高玉米产量和氮素吸收利用效率

【目的】有机肥替代部分化肥是实现中国化肥零增长的重要技术途径之一。利用在紫色土上8年定位试验研究有机肥氮连续替代化肥氮玉米生产力和氮素吸收利用效率的变化,为紫色土区合理利用有机养分资源和玉米施肥结构的调整提供科学依据。【方法】本试验为8年定位试验,试验施肥模式有5种:不施氮肥对照(CK)、农民常规施肥(FP)、化肥优化施用(OP)、在化肥优化的基础上有机肥(鸡粪)氮替代50%化肥氮(MF)、有机肥(鸡粪)氮替代100%化肥氮(OM)。试验研究了不同施肥处理下玉米产量、生物量和氮素吸收利用的变化。【结果】有机肥氮替代部分化肥氮能够显著增加玉米籽粒产量和生物量。相比常规施肥(FP)、有机肥氮替代100%化肥氮(OM)和化肥优化施用(OP),有机肥氮替代50%化肥氮处理(MF)的8年玉米籽粒平均增产率分别为13.7%、13.5%和12.5%,地上部生物量增产11.3%、7.0%和8.6%。与对照相比,各施肥模式均降低了玉米产量年度变异系数,提高了可持续指数和收获系数,其中有机肥氮替代50%化肥氮(MF)年度变异最小、可持续指数和收获指数最高。有机肥氮替代部分化肥氮促进了玉米对氮的吸收累积和向籽粒的转运。与化肥优化施(OP)和有机肥氮替代100%化肥氮(OM)处理相比,有机肥氮替代50%的化肥氮处理(MF)籽粒中氮素累积吸收量增加7.0%和29.6%,氮的总表观利用率提高2.5个百分点和26.5个百分点。有机肥氮替代50%化肥氮处理(MF)的氮肥偏生产力、氮收获指数和氮肥贡献率分别比OP提高6.2 kg·kg~(-1)、3.5个百分点和6.3个百分点,比OM提高6.6 kg·kg~(-1)、0.8个百分点和5.8个百分点。不同施肥处理每生产1 t玉米对氮素的需求量存在明显差异,化肥优化(OP)和有机肥氮替代50%的化肥氮(MF)处理生产1 t玉米籽粒对氮素的需求量(9.4 kg和10.8 kg)明显低于FP和OM处理(14.5 kg和12.9 kg),提高了氮素的生产效率。【结论】有机肥氮替代50%化肥氮显著提高了玉米经济产量和生物产量,提高了产量的稳定性和可持续性;促进了玉米对氮素的吸收和向籽粒的转运,提高了氮的利用效率。有机肥氮替代部分化肥氮是西南紫色土地区玉米增产稳产、氮肥增效的合理施肥方式。     

太湖地区稻麦轮作系统不同氮肥管理模式对麦季氮素利用与流失的影响研究

通过对施氮管理模式的调整,研究太湖流域稻麦轮作系统不同模式下麦季氮素利用率以及土壤中氮素迁移对水体中氮的影响.试验设置6个处理:农户施肥处理、化肥减量处理、稻季按需施肥处理(麦季同化肥减最处理)、新型肥料处理、有机无机配施处理以及无氮处理.结果表明:有机无机配施处理在麦季持续减少25％施氮量的情况下不会影响产量及作物地上部分氮素总积累量,且氮素表观利用率显著高于其他处理,麦季径流与渗漏损失量主要受施氮量的影响,NO3-N是损失的主要形态;减氮处理可较农户处理降低7.7～12.0 kg·hm-2的氮素流失;麦季有机无机配施减量处理,能够保证作物产量与氮素吸收并且有效降低氮素的流失,具备可持续性发展的前景.     

施肥方式对黑土轮作区土壤及作物产量的影响

为探究适合黑土区玉米—大豆轮作体系下的施肥方式,在黑龙江省农业科学院克山分院试验基地进行田间试验,明确不同施肥方式对土壤及作物产量的影响。结果表明,施用有机肥替代部分化肥可使作物产量显著提高,同时提高土壤有机质含量,缓解土壤酸化,使土壤酸碱度保持平衡。有机肥和化肥配施较单施化肥可增加土壤中碱解氮、速效钾和速效磷的含量。本试验中,以1/3有机肥替代化肥的施肥方式在玉米—大豆轮作体系中效果最优。     

畜禽有机肥氮在冬小麦季对化肥氮的相对替代当量

【目的】不同类型畜禽有机肥氮素在组分和有效性方面存在明显差异，以化肥氮为参考标准，明晰不同畜禽有机肥氮素相对化肥氮的有效性，可为有机肥合理施用及有机无机科学配施提供理论依据。【方法】选取腐熟风干基猪粪、鸡粪、牛粪及化肥为材料，施氮（N）量均设置6个水平（0、40、80、120、160、200 mg·kg-1干土），采用田间土柱栽培试验，分析不同肥料处理对冬小麦产量和氮素吸收量的影响，利用作物吸氮量或产量与化肥施氮量之间的响应关系，研究估算3种畜禽有机肥氮素对化肥氮的相对替代当量。【结果】（1）化肥处理和有机肥处理的小麦籽粒和地上部生物量均随施氮水平的提高而增加。在40—120 mg·kg-1干土施氮水平下，化肥和猪粪处理对籽粒和生物产量的提升幅度高于鸡粪和牛粪；在160—200mg·kg-1干土施氮水平下，化肥、猪粪和鸡粪的籽粒产量无显著差异，但均显著高于牛粪处理。（2）等氮条件下，化肥处理对小麦籽粒/地上部氮吸收量的提升幅度高于有机肥处理；3种有机肥相比，小麦地上部氮吸收量由大到小的顺序为猪粪、鸡粪、牛粪；有机肥处理的氮素回收率随施氮水平增加呈先升高后降低趋势，而化肥处理呈逐渐降低的...     

有机无机肥料配施对土壤酶活性、微生物量及玉米产量影响

以玉米为供试作物,田间试验在黑龙江省海林农场玉米种植区完成,探讨有机肥与无机肥不同配比对玉米产量、土壤酶活性和微生物量影响。试验设5个处理,100%有机肥N+PK肥(T1)、20%有机肥N-80%无机肥N+PK肥(T2)、30%有机肥N-70%无机肥N+PK肥(T3)、100%无机肥N+PK肥(T4)和不施肥(T5)。结果表明,有机无机肥配施有利于玉米增产,T2产量为11 206.33 kg·hm-2,T3为10 862.25 kg·hm-2,分别较T1高62.1%和57.2%,较T4高10.5%和7.1%。T2和T3均有利于提高土壤酶活性及微生物碳、氮含量,其中T2处理土壤酶活性及微生物碳、氮含量均最高。可知,20%有机肥与无机肥配施是适宜的施肥方式,可通过调控土壤微生物区系提高作物产量。     

小麦播量与减氮对潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影响

【目的】以我国黄淮平原粮食主产区潮土为研究对象,通过探讨小麦-玉米轮作体系下,不同小麦播量与减量氮肥下,土壤微生物量碳、氮和酶活性的差异和变化,以了解小麦播量和氮肥对土壤微生物量的影响。【方法】试验设4个处理,分别为：（1）常规播量+常规施氮肥（CK）;（2）增播30%+常规施氮（T1）;（3）增播30%+减氮20%（T2）;（4）常规播量+减氮20%（T3）。2016—2018年3季作物收获后,采取不同土层土壤,测定有机碳（SOC）、全氮（TN）、微生物量碳氮（SMBC、SMBN）及其相关酶活性。【结果】总体上,3季中各处理土壤微生物量碳氮、有机碳、全氮以及3种酶活性均随土壤深度增加而下降。常规施肥处理（CK和T1）的SMBC的含量在2017年的小麦和玉米季0—20 cm土层以及2018年小麦季则0—30 cm基本表现为显著高于减氮处理（T2和T3）,其中T1处理最高为170.89 mg?kg ^-1。SMBN与SMBC表现出类似的趋势,在3季中均以常规施肥处理显著高于减氮处理,其中CK处理的SMBN在3季中0—30 cm土层均表现较高,最高为57.24 mg?kg ^-1。各处理SOC含量的差异在前两季主要集中在0—20 cm土层,而第3季则集中在10—30 cm土层;其中2017年玉米季0—20 cm土层减氮处理的SOC含量显著高于常规施肥处理,以T3处理SOC含量最高,为12.85 g?kg ^-1。2017年小麦季各处理TN含量在0—30 cm土层基本差异不显著;而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层均以CK处理TN含量显著高于其他处理,最高为1.57 g?kg ^-1。各处理土壤碳氮比（C/N）在2017年小麦季没有明显规律,而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层基本表现为减氮处理的C/N显著高于常规施肥处理。各处理的微生物熵（C_mic/C_org）、微生物量氮/全氮（N_mic/N_total）分别在0.5%—2.5%、2%—6%之间,微生物量碳氮比（C_mic/N_mic）在5﹕1以下。各处理C_mic/C_org除2017年小麦季10—20 cm土层,其他作物季节和土层均表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。各处理N_mic/N_total与C_mic/C_org类似,除2017年玉米季的10—20 cm和2018年小麦季处理间N_mic/N_total基本差异不显著,其他季节和土层则表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。2017年T1处理的C_mic/N_mic在0—20 cm土层均显著高于其他处理;而在后两季的0—10 cm处理间C_mic/N_mic均差异不显著。土壤脲酶活性在2018年小麦季显示增播处理显著高于常播处理。各处理蔗糖酶活性在玉米季明显高于小麦季,其中在2017年玉米季10—30 cm土层的减氮处理高于常规施肥处理。减氮处理的土壤中性磷酸酶活性在2017年小麦季0—30 cm土层均显著高于常规施肥处理。减氮处理2018年小麦季产量显著高于常规施肥处理,同时提高了地上部氮素积累量,最高达到了322.30 kg?hm ^-2。 【结论】在黄淮平原小麦-玉米轮作区,在供试条件下,减氮处理降低了土壤微生物量和全氮含量,但提高了土壤酶活性和地上部氮素积累量,能增加或维持小麦产量,其中小麦常规播量下减氮20%处理综合效果较好。     

长期不同施肥对小麦-玉米轮作体系土壤残留肥料氮去向的影响

【目的】研究残留肥料氮在不同肥力土壤中的去向。【方法】采用15N标记田间微区试验法研究小麦-玉米轮作下,施用的肥料氮在3种长期（19年）不同施肥处理土壤（不施肥土壤,No-F;施用氮、磷、钾化肥土壤,NPK;有机无机配施土壤,MNPK）连续3季作物收获后的去向。【结果】NPK和MNPK处理土壤3季作物对标记氮肥总利用率分别为57%和65%,均显著高于No-F处理土壤（28%）（P＜0.05）。No-F、NPK和MNPK处理土壤随后两季（第二季和第三季）作物对第一季收获后残留氮肥的利用率分别为17%、15%和8%,其中No-F处理土壤第三季作物对残留肥料氮的利用率为7%,显著高于NPK（2%）和MNPK处理（3%）。3季作物收获后,No-F、NPK和MNPK处理土壤施入氮肥在土壤和作物系统的总回收率分别为50%、77%和84%,损失率分别为50%、23%和16%。3季作物收获后三供试土壤标记氮肥残留率均约为20%,且主要分布在0—20 cm土层。【结论】长期平衡施肥尤其长期有机无机配施可显著提高肥料氮利用率,降低氮肥损失。     

有机无机肥配施对黑土酶活性及作物产量的影响

通过对嫩江县试验田0～20 cm土壤的测定和分析,探讨了有机无机肥配施对黑土酶活性和作物产量的影响。结果表明,有机无机肥配施有利于提高土壤酶活性,不同比例的有机无机肥配施均可使黑土过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性增加,以有机无机肥配施1 1处理最佳;有机无机肥配施能有效提高作物产量,其处理N3M3作物产量最高。     

渭北旱地麦田配施有机肥减量施氮的作用效果

为了探讨陕西渭北旱地冬小麦有机无机配施的减氮效应及机理,于2011年10月至2014年6月在陕西省渭南市白水县进行了连续三年的田间小区定位试验,探究不同氮肥用量(0、75、150、225、300 kg N·hm~(-2))与有机肥(猪粪30 t·hm~(-2))配施对冬小麦产量、氮肥利用率(NUE)、土壤硝态氮残留及土壤养分的影响,明确当地最适宜的有机无机配施比例。结果表明:有机无机配施处理的产量、地上部吸氮量和NUE较单施化肥处理分别提高6.9%、29.3%和34.3%,且以有机肥与150 kg N·hm~(-2)氮肥配施处理效果最佳;有机无机配施显著改善0~20 cm土壤养分状况,土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量分别较单施化肥处理提高6.1%、8.2%、90.4%和94.8%,但当施氮量大于150 kg N·hm~(-2)时,配施有机肥显著增加0~200 cm硝态氮残留量(43.7~188.8 kg·hm~(-2)),加大硝态氮淋溶风险;有机肥分别与75、150 kg N·hm~(-2)氮肥配施相比单独施用150、225 kg N·hm~(-2)氮肥处理在产量上无显著差异,却显著提高了NUE(27.4%和45.3%),并降低60 cm土层以下硝态氮含量。综合上述研究结果,在渭北旱地冬小麦生产中,在有机肥(猪粪)30 t·hm~(-2)的基础上配施75~150 kg N·hm~(-2)的氮肥(有机氮∶无机氮=1∶0.46~0.91),可以保证小麦高产优质,并降低氮素淋溶风险。     

Integrated application of February Orchid(Orychophragmus violaceus) as green manure with chemical fertilizer for improving grain yield and reducing nitrogen losses in spring maize system in northern China

The development of more efficient management systems is crucial to achieving high grain yields with high nitrogen use efficiency(NUE). February Orchid-spring maize rotation system is a newly established planting system with the benefits of ground cover and potential wind erosion in northern China. A field experiment was conducted to evaluate the effects of integrated application of February Orchid as green manure with reduction of chemical fertilizers(INTEGRATED) on spring maize yield, N uptake, ammonium volatilization, and soil residual mineral N in northern China. Compared to farmers' traditional fertilization(CON), integrated application of February Orchid as green manure with 30% reduction of nitrogen fertilizers(INTEGRATED) increased maize grain yield and biomass by 9.9 and 10.2%, respectively. The 0–100 cm soil residual Nmin at harvest was decreased by 58.5% and thus nitrogen use efficiency was increased significantly by 26.7%. The nitrogen balance calculation further demonstrated that the INTEGRATED approach performed better than CON with lower apparent nitrogen loss(decreased by 48.9%) which evidenced by the ammonium volatilization of top-dressing fertilizer was decreased by 31.1%, the N_(min) movement to the deeper soil layers was reduced, and the apparent nitrogen leaching loss nearly equal to 0 under the INTEGRATED treatment. Therefore, in northern China, integrated application of green manure and chemical fertilizers is an efficient management approach for improving maize yields and NUE simultaneously.     

氮肥施用下蚯蚓活动对农田氮转化影响的Meta分析

蚯蚓在自然土壤中既能促进植物氮(N)素利用、增加土壤N固持,也会导致土壤N素气逸和淋溶损失,但农田土壤中持续的N肥施用如何影响蚯蚓的这些作用却并不清楚。因此,本研究提取了52篇文献中的202对数据,利用Meta分析从N肥类型、施肥量和施肥方式3个方面进行研究,评估N肥施用下蚯蚓活动对农田N转化的影响。总体结果表明,N肥施用下蚯蚓活动显著增加了作物生物量(地上部、地下部分别增加了12.00%、19.30%)及作物总氮(TN)含量(地上部、地下部分别增加了20.35%、21.06%),显著增加了土壤可利用N(9.16%)、微生物生物量氮(MBN,23.19%)及脲酶活性(23.73%),但与此同时也导致土壤氧化亚氮(N₂O)排放和N淋溶增加了16.41%和16.15%。蚯蚓活动对不同肥料类型、施肥量及施肥方式下土壤N转化过程的影响不同。有机-无机N肥配施时,蚯蚓活动对作物生物量和TN含量均有显著的促进作用(地上部、地下部生物量分别增加了17.90%、18.03%;地上部、地下部TN含量分别增加了37.62%、25.76%);无论N肥施用量为多少,蚯蚓活动均显著增加了作...     

Dynamics of organic carbon and nitrogen in deep soil profile and crop yields under long-term fertilization in wheat-maize cropping system

Soil organic carbon (SOC) and nitrogen (N) are two of the most important indicators for agricultural productivity. The primary objective of this study was to investigate the changes in SOC and N in the deep soil profile (up to 100 cm) and their relationships with crop productivity under the influence of long-term (since 1990) fertilization in the wheat-maize cropping system. Treatments included CK (control), NP (inorganic N and phosphorus (P) fertilizers), NPK (inorganic N, P and potassium fertilizers), NPKM (NPK plus manure), and M (manure). Crop yield and the properties of topsoil were measured yearly from 2001 to 2009. C and N contents were measured at five different depths in 2001 and 2009. The results showed that wheat and maize yields decreased between 2001 and 2009 under the inorganic fertilizer (NP and NPK) treatments. The average yield between 2001 and 2009 under the NP, NPK, NPKM, and M treatments (compared with the CK treatment) increased by 38, 115, 383, and 381%, respectively, for wheat and 348, 891, 2 738, and 1 845%, respectively, for maize. Different long-term fertilization treatments significantly changed coarse free particulate (cfPOC), fine free particulate (ffPOC), intramicroaggregate particulate (iPOC), and mineral-associated (mSOC) organic carbon fractions. In the experimental years of 2001 and 2009, soil fractions occurred in the following order for all treatments: mSOC>cfPOC>iPOC>ffPOC. All fractions were higher under the manure application treatments than under the inorganic fertilization treatments. Compared to the inorganic fertilization treatments, manure input enhanced the stocks of SOC and total N in the surface layer (0–20 cm) but decreased SOC and N in the deep soil layer (80–100 cm). This reveals the efficiency of manure in increasing yield productivity and decreasing risk of vertical loss of nutrients, especially N, compared to inorganic fertilization treatments. The findings provide opportunities for understanding deep soil C and N dynamics, which could help mitigate climate change impact on agricultural production and maintain soil health.     

填闲种植对棚室菜田累积氮素消减及黄瓜生长的影响

【目的】在中国集约化蔬菜种植区,传统的高水肥投入导致土壤氮素大量累积,致使氮素淋洗到土壤深层或进入地下水,造成地下水硝酸盐污染。种植填闲作物可控制和减少土壤深层硝态氮的累积,因此,本研究探讨不同填闲作物种类对消减土壤剖面累积硝态氮及下季作物生长的影响,筛选出适宜的填闲作物种类。【方法】以华北平原传统棚室黄瓜菜田为对象,在蔬菜休闲期通过种植深根型填闲作物,利用其根系发达、生长迅速、吸氮量大的特点,促使土层中硝态氮大量消耗,以消减土壤剖面根层NO₃^--N累积和降低土壤剖面NO₃^--N淋失。以此为目标,设置甜玉米、苋菜、甜高粱及休闲田间小区试验,采集测定土壤、植株及根系样品,分析不同填闲作物的消减效果。【结果】在这3种填闲作物中,甜玉米的生物量和吸氮量最大,整体根长密度大于其它填闲种类。从对土壤剖面NO₃^--N的消减能力来说,甜玉米的消减能力最高。2008、2009及2010年,甜玉米对0-200 cm土层土壤NO₃^--N的消减量分别为153.8、605.7和56.3 kg·hm^-2。3年休闲期后,第一季前茬休闲处理的黄瓜产量、生物量及吸氮量均最高,在产量、吸氮量上与其他处理差异显著;第二季、第三季,前茬休闲的产量、生物量和吸氮量与其他处理差异不显著;填闲作物的种植并没有对黄瓜产量造成影响,并且黄瓜收获后土壤NO₃^--N含量明显降低。氮素表观平衡中0-200 cm土层,甜玉米-黄瓜的氮素亏缺量较大,说明甜玉米能显著降低土壤NO₃^--N的残留。种植填闲作物能够达到经济效益和生态效益的双赢,甜玉米、苋菜与甜高粱可分别为农民带来39 467、497和16 522元/hm²的净收入。【结论】棚室菜田夏季种植填闲作物不仅可以消减土壤剖面根层NO₃^--N累积,而且对下茬黄瓜产量未造成显著影响,黄瓜收获后土壤NO₃^--N含量也会明显降低;在设施蔬菜轮作体系中引入填闲作物具有可行性,甜玉米为较佳的填闲作物。