1985—2015年福建省农牧系统磷素流动特征及影响因素

【目的】探明福建省农牧系统磷素流动时间变化特征及其影响因素,为实施农牧系统养分资源综合管理和推进农业绿色发展提供科学依据。【方法】 通过整理福建省1985—2015年统计年鉴中农牧业产品活动数据和补充文献中农牧业产品养分参数,结合实地调研,使用NUFER (nutrient flows in food chain, environment and resources use) 模型,定量估算1985—2015年福建省种植业和养殖业磷素流动账户平衡、利用率与损失变化特征,明确影响农牧生产系统磷素流动的主要因素。【结果】 1985—2015年,福建省农牧生产系统磷素输入总量由63.1 Gg升至196.2 Gg,主要输入项为化肥投入及饲料进口,其中种植业单位面积化肥磷投入量由27.8 kg·hm^-2逐渐上升并稳定于60.4 kg·hm^-2,受福建省种植业及养殖业规模和结构变化影响,本地饲料磷供应量由3.33 Gg降至1.65 Gg,饲料磷进口数量由20.7 Gg增至70.2 Gg;农牧系统输出端,磷素输出总量由45.0 Gg增至90.9 Gg,主要输出项为作物主产品和粪尿损失,其中作物主产品变化较小,由24.3 Gg增至26.7 Gg,粪尿损失磷增加较多,由1.44 Gg增至25.8 Gg;在农牧系统内部,磷素的主要去向为土壤累积,且逐年上升,由18.1 Gg升至106 Gg,种植业磷素利用率（PUE_c）由36.1%降至16.6%,农牧系统的磷素利用率（PUE_c+a）变化趋势与PUE_c相仿,逐渐下降并最终维持于15.0%,同时单位农牧产品磷损失由0.3 kg P·kg^-1逐渐上升并稳定于1.3 kg P·kg^-1。在经济发展和种植结构方面,当人均生产总值（GDP）<1.1万元时,GDP与化肥磷投入数量呈显著正相关,当GDP<1.5万元时,与单位农牧产品磷损失之间呈显著正相关,人均GDP<1.3万元时,与PUE_c呈显著负相关;经济作物播种面积占比与单位农牧产品磷损失、化肥磷投入之间呈极显著正相关,与PUE_c之间呈极显著负相关。【结论】 当前福建省种植业结构特征为经济作物播种面积占比较高,同时单位面积化肥磷投入量较大,养殖业畜禽粪尿循环不充分,导致单位农牧产品磷损失较多,同时磷素利用率偏低。因此,控制磷肥的施用量、增强农牧业废弃物资源化利用程度,将是提高福建省农牧系统磷素利用率,促进农牧业可持续绿色发展的保障。     

连续秸秆还田对油菜水稻轮作土壤磷素有效性 及作物磷素利用效率的影响

【目的】探究长江流域水旱轮作制度下,化学磷肥和秸秆还田配施磷肥对作物生产力的贡献,以及对土壤磷有效性和磷素效率的影响,为农田土壤磷素管理提供科学依据。【方法】试验于2014—2018年在湖北省武汉市华中农业大学进行,选取定位试验中的3个处理,分别为：（1）不施磷（NK）;（2）施磷（NPK）;（3）施磷配合秸秆还田（NPK+S）。通过测定作物产量、磷含量及土壤有效磷,分析作物磷素利用效率,探讨土壤有效磷变化与磷累积盈亏的响应关系。【结果】与NK处理相比,NPK处理的油菜和水稻平均产量分别提高530.3%和35.9%,磷积累量分别提高495.3%和98.5%;与NPK处理相比,NPK+S处理的油菜和水稻平均产量分别提高19.1%和11.0%,磷积累量分别提高20.6%和11.7%;油菜产量和磷积累量对磷肥和秸秆的响应优于水稻。秸秆还田条件下,油菜和水稻的平均磷素农学效率分别提高6.8%和33.9%,油菜、水稻和周年的磷素累积利用率分别提高8.6%、17.0%和19.8%。秸秆还田对水稻磷素利用率和农学效率的影响更为显著。4年油菜水稻轮作后,不施磷处理土壤磷素累积亏缺110.2 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓为1.9 mg·kg ^-1;施磷处理土壤磷素累积盈余210.9 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓度（4.3 mg·kg ^-1）较不施磷处理提高126.3%;施磷配合秸秆还田处理土壤磷素累积盈余（222.1 kg P₂O₅·hm ^-2）较NPK处理增加5.3%,有效磷浓度（5.1 mg·kg ^-1）较NPK处理提高18.6%。秸秆还田显著提高了土壤有效磷浓度,但土壤磷盈余量没有明显增加。连续秸秆还田和施用化学磷肥条件下,水稻土每盈余100 kg·hm ^-2的磷,NPK和NPKS处理土壤有效磷分别提高1.8和2.0 mg·kg ^-1。秸秆还田促进了土壤磷素有效化。【结论】施磷显著增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提升了土壤磷盈余量和有效磷浓度;秸秆还田在施磷肥的基础上进一步增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提高了作物特别是水稻对磷素的利用率和农学效率,同时能够在避免土壤磷素过量积累的情况下提高土壤有效磷浓度。     

覆膜滴灌条件下基于玉米产量和土壤磷素平衡的 磷肥适用量研究

【目的】 针对东北半干旱区覆膜滴灌玉米生产中大量施磷导致的效率低与环境风险增大问题,通过3年定位试验,系统研究了覆膜滴灌条件下不同磷肥用量对玉米产量、磷肥利用效率和土壤供磷能力的影响,为该区域玉米磷肥合理施用提供科学依据。【方法】 于2015—2017年在吉林省半干旱玉米主产区（乾安县）布置定位田间试验。共设6个磷肥用量处理,分别为0（P₀）、40 kg·hm ^-2（P₄₀）、70 kg·hm ^-2（P₇₀）、100 kg·hm ^-2（P₁₀₀）、130 kg·hm ^-2（P₁₃₀）和160 kg·hm ^-2（P₁₆₀）,测定指标包括玉米产量及其构成、成熟期植株磷含量和土壤有效磷含量,并计算作物吸磷量、磷肥利用效率和土壤-作物系统的磷素表观平衡状况。【结果】 施磷可显著提高玉米产量,增幅依次为6.2%—21.2%（2015年）、9.0%—20.6%（2016年）和12.9%—30.3%（2017年）,3年平均增幅为9.2%—23.9%,增产的主要原因是施磷增加了穗粒数、百粒重和收获指数。玉米产量随磷肥用量的增加呈先升后降趋势,其中以P₁₀₀处理玉米产量最高。磷素表观回收率和磷素偏生产力均随磷肥用量的增加而下降,磷素农学利用率随磷肥用量的增加先升后降。与不施磷肥相比,随磷肥用量和施磷年限的增加,0—40 cm土壤有效磷含量呈增加趋势,其中P₁₀₀处理土壤有效磷含量与试验起始时土壤有效磷含量相近。连续种植3季玉米后,P₀、P₄₀和P₇₀处理土壤磷素表观平衡值均表现为亏缺,亏缺量随磷肥用量的增加而下降;P₁₀₀、P₁₃₀和P₁₆₀处理的土壤磷素表现为盈余,并随磷肥用量的增加而增加。将盈余率（x）与磷肥用量（y₁）、土壤有效磷含量（y₂）、磷肥利用效率（y₃）分别进行拟合,当x=0时,磷肥用量为92.4 kg·hm ^-2,玉米产量为12 497 kg·hm ^-2,0—20 cm和20—40 cm土壤有效磷含量分别为34.6 和28.4 mg·kg ^-1,磷素表观回收率为24.1%,磷素农学利用率为21.9 kg·kg ^-1,磷素偏生产力为146.1 kg·kg ^-1;其结果与最高产量处理（P₁₀₀）相对应的玉米产量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率结果相近;以理论盈余率为0时施磷量的95%为置信区间,得出最佳施磷范围在88—97 kg·hm ^-2。【结论】 本研究中磷肥用量88—97 kg·hm ^-2范围内不仅能获得玉米高产,还能维持土壤磷素平衡,可作为东北半干旱区覆膜滴灌条件下玉米高产与环境友好的磷肥管理参考依据。     

赤红壤蔗区11年连续增量施磷下磷素演变及其 对甘蔗产量与磷流失的影响

【目的】 系统分析连续11年增量施磷下赤红壤蔗地土壤全磷、Olsen-P以及地表径流磷流失量的变化特征和土壤磷素变化与磷盈亏、蔗茎产量的响应关系,为土壤磷素科学管理提供参考。【方法】 依托长期肥力及地表径流定位监测试验（2008年—）,选取不施肥（CK）、推荐施肥（OPT）和增量施磷（OPT+P）3个处理,测定土壤全磷、Olsen-P含量及地表径流磷流失量,分析土壤磷素变化与磷累积盈亏量的关系,采用Mitscherlich模型拟合蔗茎产量对Olsen-P的响应曲线,计算土壤Olsen-P农学阈值,并推算施肥处理土壤Olsen-P含量从第11年降至环境阈值所需的时间。【结果】 CK处理逐年降低土壤全磷含量,年降速率为0.0251 g·kg ^-1·a ^-1。施肥土壤全磷和Olsen-P含量随种植年限波动增加,土壤全磷和Olsen-P增速率OPT+P处理高于OPT处理。不施肥土壤表观磷盈亏10.2 kg·hm ^-2·a ^-1,施肥处理土壤表观磷盈余41.3—69.2 kg·hm ^-2·a ^-1,占施磷量的31.9%—35.6%,以OPT+P处理显著高于OPT处理67.5%。施肥下赤红壤蔗区土壤全磷和Olsen-P变化量均与土壤累积磷盈亏量呈显著正相关关系（P＜0.01）,土壤每累积盈余100 kg P·hm ^-2,OPT处理和OPT+P处理土壤全磷上升0.06 g·kg ^-1和0.09 g·kg ^-1,Olsen-P 含量上升11.0 mg·kg ^-1和9.1 mg·kg ^-1。土壤每累积亏缺100 kg P·hm ^-2,CK处理土壤全磷下降0.32 g·kg ^-1。Mitscherlich模型较好地拟合蔗茎产量与赤红壤Olsen-P含量的响应关系（P＜0.01）。其计算出的土壤Olsen-P 农学阈值为12.1 mg·kg ^-1。施肥显著提高地表径流磷流失量,且OPT+P处理也显著高于OPT处理。地表径流磷流失量与土壤Olsen-P含量显著正相关。基于土壤磷素变化与累积磷盈亏的关系推算得出第11年OPT和OPT+P处理Olsen-P水平降至环境阈值的时间分别需要12年和16年。 【结论】 在南方赤红壤区,施肥尤其增量施磷在提高土壤磷素累积的同时增加了地表径流磷流失风险。在本试验磷的基础养分条件下,按OPT处理施磷,并从甘蔗种植的第2—3年实行隔年施磷可维持土壤磷素处于农学阈值与环境阈值之间。     

施氮量对黄土高原旱地冬小麦产量和水分利用 效率影响的整合分析

【目的】明确氮肥在黄土高原地区不同种植条件下对冬小麦生产的影响及各条件下合理的施氮量。【方法】通过文献检索共获得82篇大田试验文献,包含355个独立研究的1 169组观测数据,采用整合分析比较氮肥在黄土高原不同区域、不同年均温、不同年降水量及不同耕层有机质含量下对冬小麦产量和水分利用效率的影响,并采用回归分析探究各分组产量和水分利用效率与施氮量间的关系。【结果】施氮整体上显著提高了黄土高原冬小麦产量和水分利用效率,相对增长率分别为66.09%和72.38%（P＜0.05）。施氮后西北部产量相对增长率（69.27%）高于东南部,水分利用效率增长率（65.53%）低于东南部;西北部在施氮量212 kg·hm ^-2时产量达到最高,东南部需多施15 kg·hm ^-2才能获得最高产量;西北部施氮232 kg·hm ^-2时水分利用效率最高,而东南部水分利用效率在施氮224 kg·hm ^-2时基本趋于稳定。施氮后年均温≤10℃地区产量和水分利用效率的相对增长率（79.12%,75.00%）均高于＞10℃地区;年均温＞10℃地区施氮189 kg·hm ^-2和187 kg·hm ^-2时产量和水分利用效率分别达到最高,而年均温≤10℃地区施氮225 kg·hm ^-2时产量才趋于最大,水分利用效率在施氮239 kg·hm ^-2时达到最高。施氮后在年均降水≤600 mm地区产量相对增长率（70.48%）更显著,而水分利用效率则在年均降水＞600 mm时更显著;年均降水≤600 mm地区在施氮量235 kg·hm ^-2和244 kg·hm ^-2时,产量和水分利用效率分别达到最高,年均降水＞600 mm地区实现高产的施氮量为250 kg·hm ^-2。施氮后耕层有机质含量≤12 g·kg ^-1条件下,产量和水分利用效率的相对增长率（78.24%, 86.55%）均高于＞12 g·kg ^-1条件,前者在施氮量226 kg·hm ^-2和212 kg·hm ^-2时产量和水分利用效率分别达到最高,而后者获得最高产量和最高水分利用效率的施氮量分别为163 kg·hm ^-2和175 kg·hm ^-2。【结论】在黄土高原,冬小麦在东南部和西北部获得高产的合理施氮量分别为227 kg·hm ^-2和212 kg·hm ^-2;年均温＞10℃地区合理施氮量为187 kg·hm ^-2,年均温≤10℃地区为239 kg·hm ^-2;年均降水＞600 mm地区合理施氮量为250 kg·hm ^-2,年均降水量≤600 mm地区为235 kg·hm ^-2;耕层有机质含量≤12 g·kg ^-1条件下的合理施氮量为226 kg·hm ^-2,高于12 g·kg ^-1时则为163 kg·hm ^-2。     

基于产量和养分含量的旱地小麦施磷量和土壤有效磷优化

【目的】 探讨长期定位施磷条件下小麦产量、土壤有效磷水平及籽粒养分含量变化,为旱地小麦合理施用磷肥,提高产量、改善品质提供理论依据。【方法】 基于2004年在黄土高原开始的长期定位试验,于2014—2015、2015—2016和2016—2017连续3年取样,研究不同施磷量对小麦产量,生物量,产量构成,籽粒氮、磷、钾含量,土壤有效磷含量及磷吸收利用的影响。【结果】 与不施磷相比,长期施磷使小麦产量平均提高67%,生物量提高58%,穗数和穗粒数分别增加64%和8%,而千粒重降低7%。施磷量与小麦产量、生物量呈抛物线关系,获得最高产量6 465 kg·hm ^-2的施磷量为144 kg P₂O₅·hm ^-2。籽粒氮含量随施磷量增加而降低,磷和钾含量随施磷量增加而提高。土壤有效磷含量与施磷量呈显著正相关,小麦获得最高产量时播前和成熟期有效磷含量分别为16.9和20.4 mg·kg ^-1。磷吸收利用效率随施磷量增加而降低,施磷量提高50 kg P₂O₅·hm ^-2,需磷量增加0.4 g·kg ^-1,磷收获指数降低1.3%,生理效率降低45.1 kg·kg ^-1。【结论】 综合考虑小麦的籽粒产量和关键养分含量,研究区域旱地小麦应以95%的最高产量为实际生产目标,施磷量为94 kg P₂O₅·hm ^-2,播前土壤有效磷为12.0 mg·kg ^-1,成熟期为13.8 mg·kg ^-1。     

滴灌水肥一体化配施有机肥对土壤N2O排放与酶活性的影响

【目的】 通过在有机肥基础上增施不同量无机氮,研究滴灌水肥一体化条件下温室番茄土壤N₂O排放和脲酶（UR）、硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（Ni R）以及羟胺还原酶（Hy R）活性的动态变化,分析各处理土壤N₂O排放特征及土壤UR、NR、Ni R和Hy R活性对土壤N₂O排放的影响,揭示在滴灌水肥一体化下N₂O排放过程机制。【方法】 试验共设CK（不施氮）、N1（200 kg·hm ^-2有机氮）、N2（200 kg·hm ^-2有机氮+ 250 kg·hm ^-2无机氮）、N3（200 kg·hm ^-2有机氮+ 475 kg·hm ^-2无机氮）4个处理。采用静态箱-气相色谱法,对番茄生育期内土壤N₂O排放、土壤酶活性、土壤温湿度等进行监测。【结果】 滴灌水肥一体化,各施氮处理均在施肥+灌溉后第1天出现N₂O排放高峰,随着时间推移不断下降,不同处理番茄整个生育期N₂O排放通量在0.98—1 544.79 μg·m ^-2·h ^-1。土壤N₂O排放总量差异显著,依次为N3（（7.13±0.11）kg·hm ^-2）>N2（（4.87±0.21）kg·hm ^-2）>N1（（2.54±0.17）kg·hm ^-2）>CK（（1.56±0.23）kg·hm ^-2）,与N3相比,处理N1、N2土壤N₂O排放总量分别降低了64.38%、31.70%。番茄生育期内N₂O季节排放特征明显,秋季高,冬季低。土壤氮素转化相关酶活性大致随施氮量的升高而增高。土壤N₂O排放通量与5 cm土壤温度、0—10 cm土层硝态氮含量、土壤NR活性及土壤Hy R活性均呈极显著正相关（P＜0.01）。【结论】 滴灌水肥一体化下,土壤微生物处于好气环境,土壤N₂O主要来自于硝化过程,减少了由反硝化过程所产生的N₂O排放。综合考虑番茄产量、品质、N₂O排放等因素,推荐北方温室秋冬茬番茄施用200 kg·hm ^-2有机氮+250 kg·hm ^-2无机氮,75 kg·hm ^-2 P₂O₅,450 kg·hm ^-2 K₂O较为适宜。     

再生稻和双季稻田CH4排放对比研究

【目的】 为了探索生态可持续的稻作模式,对比研究了长江中下游地区双季稻和再生稻稻作模式的产量潜力和CH₄排放特征,以此为选取绿色、生态经济可持续的稻作模式提供科学依据。【方法】 于2017—2018年依托湖南省益阳市大通湖区宏硕生态农业农机合作社科研基地,设置了双季稻和再生稻2种模式,对比分析了产量潜力、稻田生育期间CH₄排放动态和稻田生态系统CH₄季节性累积排放规律以及评估了单位产量稻田CH₄排放。【结果】 试验期间,从产量方面来看,双季稻早稻产量为7.37 t·hm ^-2,再生稻头季产量为8.84 t·hm ^-2,头季相比早稻增产19.95%。双季稻晚稻产量为6.82 t·hm ^-2,再生稻再生季产量为3.39 t·hm ^-2,再生季相比晚稻减产50.29%。综合两季,双季稻总产量为14.19 t·hm ^-2,再生稻总产量为12.22 t·hm ^-2;从生育期间CH₄排放动态来看,双季稻在分蘖期和齐穗期左右排放较强峰值,再生稻除了在分蘖期和齐穗期有较强的排放以外,其在施用促芽肥时也出现了小峰值。但总体双季稻的排放范围（- 0.06—1.30 μmol·m ^-2·s ^-1）要高于再生稻的排放范围（- 0.01—0.70 μmol·m ^-2·s ^-1）;从稻田CH₄季节性累积排放来看,双季稻CH₄累积排放要高于再生稻。再生稻头季累积排放范围在23.90—266.59kg·hm ^-2,再生季累积排放范围在0.00—46.14 kg·hm ^-2。双季稻早稻季节累积排放范围在为35.57—251.29kg·hm ^-2,晚稻季节累积排放范围在为10.74—321.59 kg·hm ^-2。双季稻CH₄季节累积排放A-B（两叶一心至分蘖后期）段>B-C（分蘖后期至齐穗期）段>C-D（齐穗期至成熟期）段,且全生育期双季稻累积排放达922.35 kg·hm ^-2。再生稻CH₄累积排放B-C段>A-B段>C-D段,且全生育期CH₄累积排放为609.74 kg·hm ^-2,即相比对照双季稻,再生稻CH₄累积排放降低了33.89%;最后通过评估单位产量CH₄排放可知,早稻单位产量CH₄排放为0.069 kg·kg ^-1,头季单位产量CH₄排放为0.062 kg·kg ^-1,头季相比早稻减少了10.14%;晚稻单位产量CH₄排放为0.061 kg·kg ^-1,再生季单位产量CH₄排放为0.018 kg·kg ^-1,再生季相比晚稻降低了70.49%。综合两季,双季稻单位产量CH₄排放为0.065 kg·kg ^-1,再生稻单位产量CH₄排放为0.050 kg·kg ^-1,再生稻相比双季稻降低了23.08%。 【结论】 从单位产量下CH₄排放角度来看,在长江中下游双季稻的主产区扩大种植再生稻是为良策。     

华北平原典型区域农牧系统氮素流动及其环境效应 ——以河北省为例

【目的】以华北平原典型地区河北省为例,明确农牧系统氮素养分流动特征和环境效应,分析农牧系统氮素循环利用率和农牧业结合的程度,探讨农牧系统氮素的优化管理途径,为农牧业养分循环和绿色可持续发展提供科学依据。【方法】以河北省“农田-畜牧”生产系统为边界,在整理统计资料、文献数据和调研数据的基础上,利用物质流分析方法,分别定量1980-2015年河北省农田体系、畜牧体系和农牧系统的各个氮素输入和输出项,同时利用氮素利用率、氮素盈余量和氮素回田率等指标分析氮素流动特征与环境效应。农牧系统的氮素输入项主要包括化肥、生物固氮、干湿沉降、灌溉、人粪尿还田、外源饲料;氮素输出项主要包括农田体系主产品的本地消费、外销,畜牧体系主产品的本地消费、外销,农牧系统大气排放、水体排放;内部的氮素循环项主要包括农田系统副产品还田、农田系统主、副产品作为本地饲料、畜牧系统副产品还田。【结果】1980-2015年,河北省农田生产体系氮素年均输入量增加1.9倍,而作物收获氮量仅增长1.5倍,导致农田氮盈余量和损失量分别增加1.7和1.9倍,氮素利用率由47.2%降至41.4%。与有机肥氮投入相比,化肥氮投入占农田总氮投入60%以上,近年来接近70%。区域间农田养分平衡差异大,氮素输入方面,邯郸市和唐山市较高（＞600 kg·hm^-2）,承德市最低（＜200 kg·hm^-2）;氮素盈余方面,唐山市最高,为267.8 kg·hm^-2,衡水市最低,为51.6 kg·hm^-2。畜牧体系氮素输入量也明显增加,在2005年达到最大值,为1980年的7.7倍;畜禽产品和粪尿氮素产生量同时呈现增加趋势,尤其是粪尿氮素产生量由21.8×10⁴ t增加到115.3×10⁴ t;各区域间动物粪尿氮素产生量存在明显差异,其中氮素产生量最高为邯郸市（377.3 kg·hm^-2）,最低为衡水市（122.6 kg·hm^-2）。外源饲料氮素依赖率由60.5%增至72.7%,畜牧粪尿氮素还田率由70.4%降至30.2%,但畜牧体系氮素利用率由6.4%增至16.3%。从农牧系统整体来看,1980-2015年氮素输入总累计量高达9 038.9×10⁴ t,化肥氮素投入量约占总氮素投入量的55.7%,外源饲料氮素投入量占总氮素投入量的33.1%,农牧产品累计总输出氮为2 537.4×10⁴ t,占总累计输入氮量的28.1%,向大气、水体累计排放的总氮量高达4061.2×10⁴ t,约占总累计输入氮量的44.9%。【结论】1980-2015年河北省农牧系统氮素投入量大幅度增加,氮素富集和环境排放严重,氮素利用率偏低,不同区域单位面积氮素平衡存在较大差异,农田生产与畜禽生产之间养分循环严重脱节。因此,应该充分利用本地饲料资源,提高有机肥的还田率,走农牧结合的道路,从而降低因“农牧分离”造成的“高投入-低效率”代价,促进农牧业可持续发展。     

宁夏引黄灌区春小麦氮磷钾需求及化肥减施潜力

【目的】明确宁夏引黄灌区春小麦氮、磷、钾肥的施用现状及需求情况,为合理施肥和科学减施化肥提供理论依据。【方法】通过农户调查和田间小区试验,分析宁夏引黄灌区春小麦产量水平及氮、磷、钾肥施用情况,阐明不同氮、磷、钾水平对春小麦产量构成及氮、磷、钾养分需求的影响。【结果】农户调查结果表明,宁夏引黄灌区春小麦产量平均为（6 985±867）kg·hm ^-2,偏高产及高产农户比例达82.7%;随着产量水平提高,氮、磷肥施用量和过量施肥量均呈降低趋势,钾肥施用量总体不足。平均来看,氮、磷、钾施用量分别为294、162和49 kg·hm ^-2;97.1%的农户氮肥投入过量,过量施氮量为69—114 kg·hm ^-2;20.5%的农户磷肥投入过量,过量施磷量为18—42 kg·hm ^-2;钾肥投入总体不足,比推荐施钾量少30—51 kg·hm ^-2。氮肥试验结果表明,当施氮量在120—240 kg·hm ^-2时,地上部生物量、籽粒产量、收获指数、穗粒数均显著增加,并在施氮量180 kg·hm ^-2时达到最高,此时籽粒吸氮量、吸磷量和吸钾量亦达到最大,分别为168.2、23.9和23.2 kg·hm ^-2;随施氮量增加,氮收获指数无显著变化,平均值为56.5%,磷收获指数呈增加趋势,钾收获指数表现为下降趋势。施氮180 kg·hm ^-2时,春小麦氮素需求量达45.8 kg·Mg ^-1,比对照增加19.6%;磷需求量从不施氮的6.0 kg·Mg ^-1显著降到高量施用氮肥（240 kg·hm ^-2）的5.3 kg·Mg ^-1,而钾需求量则从42.6 kg·Mg ^-1增加到49.7 kg·Mg ^-1。磷肥试验结果显示,施用磷肥时春小麦千粒重和收获指数明显增加,但地上部生物量和穗粒数均明显降低,因此籽粒产量无明显差异,平均为5 446 kg·hm ^-2。施用磷肥可显著提高籽粒吸氮量、氮素收获指数和氮素需求量,平均值分别为141.6 kg·hm ^-2、54.5%和25.9 kg·Mg ^-1,分别比不施磷肥提高28.6%、27.9%、26.2%;施用磷肥亦可促进磷素向籽粒转移并提高磷收获指数,籽粒吸磷量和磷收获指数分别比不施磷肥提高15.9%和15.2%,磷需求量呈增加趋势,但未达显著水平。 钾需求量随施磷量增加显著降低,从不施磷的68.1 kg·Mg ^-1降到施磷120 kg·hm ^-2的49.7 kg·Mg ^-1。钾肥试验结果发现,施钾量对生物量,籽粒产量,收获指数,每公顷穗数,籽粒氮、磷、钾含量均无显著影响,但高量施钾（75 kg·hm ^-2）可显著减少穗粒数,增加千粒重和氮、磷、钾收获指数,穗粒数比对照下降9.1%,千粒重比对照增加7.6%,氮、磷、钾收获指数分别可达57.2%、73.5%、7.3%。施钾60 kg·hm ^-2时,氮、磷、钾需求量均达最高,分别为55.3、5.5、57.6 kg·Mg ^-1,而高量施钾（75 kg·hm ^-2）时,氮和钾需求量显著降低20.6%和13.7%。可见适量施钾可提高氮、钾需求量,而高量施钾则降低氮、钾需求量。【结论】减少氮肥、调控磷肥、适当增加钾肥依然是宁夏引黄灌区春小麦化肥结构调整的主要方向。春小麦氮需求量为38.3—57.2 kg·Mg ^-1,在适量施用氮、磷、钾肥时可显著增加;磷需求量为5.1—6.0 kg·Mg ^-1,随氮肥用量增加而降低,对磷、钾肥无显著响应;钾需求量为42.6—68.1 kg·Mg ^-1,随施氮量增加呈升高趋势,随施磷量增加呈降低趋势,在高量施钾时显著降低。推荐氮肥适宜用量为120—180 kg·hm ^-2,比农户平均施氮量减少25%—60%;磷肥用量在48—96 kg·hm ^-2时,更有利于稳定春小麦产量并促进氮、磷向籽粒的转移,比农户平均用量减少40.7%—70.3%;钾肥用量在0—60 kg·hm ^-2时可稳产增质,在现有施肥水平上适量增加即可。     

海南岛1988—2018年畜禽粪尿氮磷负荷量及环境效应

【目的】揭示海南畜禽养殖业发展过程中粪尿氮磷养分流动情况及其对环境的影响,为区域农业发展规划和畜禽养殖结构调整提供参考。【方法】基于统计资料和文献数据,定量估算1988—2018年海南岛畜禽粪尿养分产生量、单位耕地面积养分承载量,并利用畜禽粪尿耕地负荷预警值和环境风险指数深入分析其对环境的影响,当畜禽粪尿耕地负荷预警值<0.4时,可认为对环境无威胁,而当环境风险指数在1.00以下时,对环境的风险可忽略,在安全数值以上即会对环境产生不同程度的影响。【结果】1988—2018年间,海南岛畜禽粪尿产生量变化经历了3个阶段,1988—2005年整体上升,2006—2008年下降较多,此后缓慢发展并趋于稳定,到2018年畜禽粪尿产生量为10.50×10⁶t,就养分产生量来看,粪尿氮磷年际间变化趋势相似,2005年产生量最多,2006年出现较大幅度下降,到2018年粪尿氮产生量为7.41×10⁴ t,粪尿磷产生量为1.01×10⁴t。单位耕地面积氮磷负荷量也经历了先增加后稳定的过程,到2018年耕地氮负荷168.80 kg·hm^-2,耕地磷负荷为23.05 kg·hm^-2。2018年区域间差异较大,东部和北部地区单位耕地面积氮磷负荷量较高,西部和中部地区偏低,其中氮和磷负荷最高的是定安（分别为288.50和40.35 kg·hm^-2）,最低的是东方（分别为61.66和8.83 kg·hm^-2）。就环境效应来看,1988—2018年海南岛畜禽粪尿耕地负荷预警值始终处于较高水平,大多数年份在1.0—1.5,分级标准中达到Ⅳ级,对环境有较严重的威胁。2018年,定安和澄迈等地预警值分别为2.66和4.59,预警分级达Ⅵ级,对环境有很严重的威胁,仅东方处于安全水平,数值为0.36,为Ⅰ级。就环境风险评价结果来看,海南岛耕地上畜禽粪污环境风险较高,近年随着养殖总量的控制有所降低,2018年环境风险指数下降到1.99（以氮计）和1.32（以磷计）。在区域水平上,就氮素的环境污染风险,2018年定安环境风险指数最高,为3.39,东方最低,为0.73;对于磷素的环境污染风险,东方环境风险指数最低,为0.50,可认为磷素对环境潜在威胁较低,对环境有严重影响的是定安,风险值高达2.31。总的来说,畜禽粪尿耕地负荷预警值和环境风险指数均表明海南岛畜禽粪污潜在环境风险大,从空间分布看,定安、万宁等东部市（县）环境风险要高于临高、东方等西部地区,并且大多数市（县）对环境均有较高程度的威胁。【结论】受养殖规模和耕地面积影响,海南岛单位耕地面积氮负荷较高,区域潜在环境风险不容忽视。因此,未来海南岛畜禽养殖发展规划更应着眼于污染物的控制以及区域优化布局和管理上,并通过减少畜禽粪尿环境排放和循环利用模式以实现海南岛畜禽粪污的资源化利用和绿色发展。     

Research on Optimum Phosphorus Fertilizer Rate Based on Maize Yield and Phosphorus Balance in Soil Under Film Mulched Drip Irrigation Conditions

【Objective】 In order to improve phosphorus efficiency and reduce environmental risk due to a large number of phosphorus application under mulched drip irrigation in northeast semi-arid region for maize production, a 3-year field experiment was conducted to investigate the effects of different phosphorus application rates on maize yield, phosphorus utilization efficiency and soil phosphorus supply ability, so as to provide scientific references for rational phosphorus fertilizer application in this region. 【Method】 The field experiment was conducted in semi-arid maize production region of Jilin province (Qian'an county) from 2015 to 2017. Six treatments of phosphorus application rate (P₂O) were designed in the field experiments, including 0 (P₀), 40 kg·hm ^-2 (P₄₀), 70 kg·hm ^-2 (P₇₀), 100 kg·hm ^-2 (P₁₀₀), 130 kg·hm ^-2 (P₁₃₀) and 160 kg·hm ^-2 (P₁₆₀), which were used for the calculation of phosphorus uptake, phosphorus utilization efficiencies and apparent phosphorus balance in the soil-crop system. The measurement indexes contained maize yield and its components, phosphorus content of plant at mature stage and soil available phosphorus concentration. 【Result】 The result showed that the maize yield with phosphorus application were significantly increased by 6.2%-21.2% (2015), 9.0%-20.6% (2016) and 12.9%-30.3% (2017) respectively, and increment by 9.2%-23.9% in average three years. The yield was enhanced by increasing grains per ear, 100-kernel weight and harvest index by applying phosphorus fertilizer. Maize yield increased at first and decreased later with increasing of phosphorus application rate, and the highest yield value was found under P₁₀₀ treatment. Phosphorus recovery efficiency and partial productivity declined, however, phosphorus agronomic efficiency increased at first and decreased later with increasing of phosphorus application rate. Available phosphorus content in soil layer (0-40 cm) was improved with the increasing of phosphorus application rate and period compared with P₀ treatment, and the content under P₁₀₀ treatment was very close to its initialization value. The apparent phosphorus balance in soil was negative in the P₀, P₄₀ and P₇₀ treatments after a three-year continuous maize-cropping, and the phosphorus deficient amount was decreased with the increment of phosphorus application rate. While the apparent phosphorus balance in soil was positive under the P₁₀₀, P₁₃₀ and P₁₆₀ treatments, and phosphorus surplus amount was increasing with the increment of phosphorus application rate. When surplus rate was 0, phosphorus application rate, maize yield, available phosphorus content in 0-20 cm and 20-40 cm soil, phosphorus recovery efficiency, agronomic efficiency and partial productivity were 92.4 kg·hm ^-2, 12 497 kg·hm ^-2, 34.6 mg·kg ^-1, 28.4 mg·kg ^-1, 24.1%, 21.9 kg·kg ^-1 and 146.1 kg·kg ^-1, respectively, by simulating between phosphorus application rate (y₁), soil available phosphorus content (y₂), phosphorus utilization efficiency (y₃) and surplus rate (x), respectively. These results were similar to maize yield, soil available phosphorus content and phosphorus utilization efficiency under the maximum yield under the P₁₀₀ treatment. The optimum phosphorus application rate was at the range of 88-97 kg·hm ^-2 under 95% confidence levels, when theoretical surplus rate was 0. 【Conclusion】 The results suggested that the recommended phosphorus application rate was at the range of 88-97 kg·hm ^-2, which could not only ensure higher maize yield, but also keep soil phosphorus balance under this experimental conditions. The research provided phosphorus fertilizer management for both high-yielding maize production and friendly environment under mulched drip irrigation conditions in northeast semi-arid region of Jilin province.     

Effect of Applying Chicken Manure and Phosphate Fertilizer on Soil Phosphorus Under Drip Irrigation in Greenhouse

【Objective】 Aiming at the problem of phosphorous accumulation in greenhouse soil, the effects of applying chicken manure and phosphorus fertilizer on phosphorus accumulation in soil under drip irrigation were studied.【Method】 The solar greenhouse in North China Plain using drip irrigation was taken as research object. Five treatments were designed, including no fertilizer (CK), single phosphate (P₁), single chicken manure (OM), chicken manure and reduced phosphate fertilization (OM+P₁), chicken manure and habitual phosphate fertilization (OM+P₂), to reveal the enrichment and transformation, migration and distribution in vertical section of soil at different growth stages and availability of inorganic phosphate form in soil.【Result】 The results showed that the combination of chicken manure and phosphate fertilizer significantly increased the accumulation and residue of total phosphorus, available phosphorus (Olsen-P) and inorganic phosphorus in soil. In the soil layer of 0-20 cm, total phosphorus content decreased with the development of cucumber growth period, highest in seeding stage and lowest in late fruiting stage period. Under different fertilization treatments, total phosphorus contents were significantly different, and the sequence of each growth period was OM+P₂ treatment>OM+P₁ treatment>P₁ treatment>OM treatment>CK treatment. The Olsen-P contents at different levels in the soil profile varied greatly. In seedling stage, the range was 44.43-86.08 mg·kg ^-1 at soil of 0-20 cm, 6.51-10.05 mg·kg ^-1 at soil of 20-40 cm, and there was very little variability in soil layer lower than 40 cm. The effect of water on the movement of phosphorus was slight under the condition of drip irrigation in greenhouse. So Olsen-P mainly concentrated in the soil layer of 0-20 cm, which accounted for 68.76-87.78% of the available phosphorus in soil profile of 0-100 cm in each growth period. Compared with CK, the other treatments increased the proportion of Olsen-P in total phosphorus by 1.23%-2.47%. The sequence of inorganic phosphorus content of different forms in soil layer of 0-20 cm was Ca₁₀-P>Ca₈-P>O-P>Ca₂-P>Al-P>Fe-P, among which, the proportion of Ca-P was the highest (79.55%-83.35%). As the amount of phosphorus fertilizer increased, so did the accumulation of phosphorus. The contents of Ca₈-P, Ca₂-P, Al-P, Fe-P and Ca₁₀-P under fertilization treatments were all significantly higher than that under CK, with Ca₈-P increased the most, followed sequentially by Ca₂-P, Al-P and Fe-P. Phosphate fertilizer would be converted into Ca₈-P through Ca₂-P soon after it was applied into the soil, which accumulated in the soil in a slow manner. Among all forms of inorganic phosphorus, Ca₈-P accumulated the most, Al-P and Fe-P also accumulated to a certain extent.【Conclusion】 Traditional excessive fertilization caused phosphorus remaining in the soil in the forms of Ca₈-P, Al-P and Fe-P, resulting in the accumulation of soil phosphorus and waste of phosphorus fertilizer. On the basis of 30,000 kg·hm ^-2 chicken manure, adding phosphate fertilizer had no significant effect on increasing yield but obviously increased the residual accumulation of phosphorus. If only chicken manure was applied, the dosage should not exceed 30 000 kg·hm ^-2. If inorganic phosphate fertilizer was combined, the amount of chicken manure should be reduced, while the inorganic phosphate fertilizer rate should be less than 300 kg·hm ^-2. The specific amount and proportion of fertilizer application need further study and discussion.     

温室滴灌条件下施用鸡粪和磷肥对土壤磷素的影响

【目的】 针对温室土壤磷素积累的问题,定位研究滴灌条件下施用鸡粪和磷肥对土壤磷素积累的影响。【方法】 以中国华北平原日光温室为研究对象,采用滴灌方式灌溉,设置不施肥（CK）、单施磷肥（P₁）、单施鸡粪（OM）、鸡粪和减量磷肥配合施用（OM+P₁）、鸡粪和习惯量磷肥配合施用（OM+P₂）共5个处理,研究不同施肥方式对黄瓜土壤无机磷各形态的转化积累、不同生育时期在土壤垂直剖面的运移分布及其有效性的影响。【结果】 鸡粪和磷肥配施显著增加了土壤中的全磷、有效磷（Olsen-P）及无机磷的积累和残留。在0—20 cm土层中,全磷含量随着黄瓜生育时期的推进呈下降趋势,苗期最高,产瓜末期最低。不同施肥处理下,土壤全磷含量明显不同,各生育时期顺序均为OM+P₂处理>OM+P₁处理>P₁处理>OM处理>CK处理;土壤剖面各层次有效磷含量差异很大,苗期0—20 cm土层有效磷含量范围为44.43—86.08 mg·kg ^-1,20—40 cm土层含量范围为6.51—10.05 mg·kg ^-1,40 cm以下土层黄瓜各个生育时期有效磷含量差异很小。在温室滴灌条件下水分对磷的运移影响较小,土壤有效磷主要集中在0—20 cm土层,各生育时期0—20 cm土层有效磷占土壤剖面0—100 cm土层有效磷的68.76%—87.78%。与CK相比,其他施肥处理均提高了有效磷占全磷的比重,提高范围为1.23%—2.47%。0—20 cm土层中不同形态无机磷的含量为Ca₁₀-P>Ca₈-P>O-P>Ca₂-P>Al-P>Fe-P,其中,Ca-P所占比例最大,为79.55%—83.35%。随着磷肥用量增加,磷的积累量也增加,Ca₈-P、Ca₂-P、Al-P、Fe-P和Ca₁₀-P含量均比不施磷的处理显著提高,以Ca₈-P增加最多,其次是Ca₂-P、Al-P和Fe-P;磷肥施入土壤后很快会经由Ca₂-P转化为Ca₈-P,而以缓效态累积在土壤中,各形态无机磷中以Ca₈-P积累最多,Al-P和Fe-P也有一定量的积累。【结论】 传统过量施肥造成磷素以Ca₈-P、Al-P和Fe-P等形态残留于土壤中,造成了土壤磷素的积累和磷肥的浪费。在30 000 kg·hm ^-2鸡粪的基础上增施磷肥并无显著增产效应,却显著增加了土壤磷素的残留积累量。如果只施鸡粪,用量不宜超过30 000 kg·hm ^-2;如果配施无机磷肥,则鸡粪减量,且无机磷肥在300 kg·hm ^-2的基础上减量,具体施肥量及配施比例有待进一步研究探讨。     

长期不同施肥红壤磷素变化及其对产量的影响

目的 定量长期不同施肥红壤磷素的演变特征,研究红壤磷素变化对生产力的影响,为红壤地区磷素管理提供理论依据。方法 利用持续26年的红壤旱地长期定位试验平台（1991—2016年）,比较长期不施磷肥（CK、N、NK）、施用化学磷肥（PK、NP、NPK）、化肥配合秸秆还田（NPKS）和化肥配施有机肥及有机肥（1.5NPKM、NPKM、M）土壤Olsen-P和全磷含量变化,分析土壤磷素对磷盈亏量的响应,采用不同模型拟合作物产量对有效磷的响应曲线,计算土壤有效磷农学阈值。结果 长期施用磷肥显著提高了土壤全磷和有效磷含量,提升了土壤磷素活化系数（PAC）。化肥配施有机肥及有机肥处理（1.5NPKM、NPKM、M）的PAC高于化肥配合秸秆还田（NPKS）和施用化学磷肥（PK、NP、NPK）。红壤地区土壤全磷和有效磷变化量与土壤磷盈亏量呈正相关关系（P＜0.01）,土壤每累积盈余100 kg P·hm ^-2,土壤Olsen-P含量上升3.00—5.22 mg·kg ^-1,全磷上升0.02—0.06 g·kg ^-1。土壤每累积亏缺磷100 kg P·hm ^-2,不施磷肥处理（CK、N、NK）土壤Olsen-P分别下降1.85、0.40、1.76 mg·kg ^-1。化肥配施有机肥及有机肥处理（1.5NPKM、NPKM、M）的小麦和玉米产量显著高于化肥配合秸秆还田（NPKS）以及施用化学磷肥（PK、NP、NPK）,显著高于不施磷肥（CK、NK、N）。化肥配施有机肥及有机肥处理（1.5NPKM、NPKM、M）的产量可持续指数也高于其他处理。3种模型（线性-线性模型、线性-平台模型和米切里西方程）均能较好地拟合作物产量与红壤有效磷含量的响应关系（P＜0.01）。在红壤地区推荐使用拟合度较好的线性-线性模型,其计算出小麦和玉米的土壤Olsen-P农学阈值分别为13.5和23.4 mg·kg ^-1。 结论 在南方红壤地区,化肥配施有机肥更有利于磷素累积和提升磷素有效性。化肥配施有机肥作物产量显著高于其他处理,且稳产性好。线性-线性模型可用于计算红壤地区有效磷的农学阈值。生产上应该根据土壤有效磷含量及其农学阈值调整磷肥施用量。     

华北地区夏玉米滴灌施肥的肥料效应

目的 通过研究华北地区中低产土壤条件下不同氮、磷、钾肥施用量在滴灌夏玉米上的肥料效应,从而优化滴灌施肥系统,为夏玉米高效滴灌施肥提供理论依据,推进水肥一体化技术。方法 通过两年田间试验,以郑单958为供试品种,滴灌带设置为一管带两行,氮磷钾分别设4个处理,其中氮肥处理为0、144、180、216 kg·hm ^-2（记为N0、N1、N2、N3）,磷肥处理为0、72、90、108 kg·hm ^-2（记为P0、P1、P2、P3）,钾肥处理为0、72、90、108 kg·hm ^-2（记为K0、K1、K2、K3）,氮磷钾肥料分4次滴施,以研究不同处理对夏玉米产量及不同生育时期干物质积累的影响,分析不同处理下肥料的利用率。结果 （1）华北地区中低产田条件下夏玉米产量随施氮磷肥的用量呈抛物线性变化,当施氮量为180 kg·hm ^-2,施磷量为90 kg·hm ^-2时,作物产量最高;当氮磷肥施用量超过最高产量施肥量时,作物产量随施氮磷用量的提高呈下降趋势,但氮肥处理的下降程度差异不显著,而磷肥施用量超过90 kg·hm ^-2时,作物产量随施磷量的提高显著下降（P＜0.05）;在本处理中,夏玉米产量随施钾量的提高,均呈增加趋势。（2）不同施肥处理对夏玉米生育前期干物质积累几乎没有影响,在灌浆期与收获期时干物质积累与施氮量、施磷量均呈抛物线性变化,变化趋势与产量基本相同。（3）不同处理的氮磷钾肥利用率不同,分别为33.39%—58.44%、14.15%—28.88%、54.70%—65.75%,当夏玉米产量最高时的氮、磷、钾肥利用率两年平均为51.21%、28.88%、65.75%;在最高产量条件下,氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为8.08、11.41和8.83 kg·kg ^-1;偏生产力分别为59.88、119.75和100.65 kg·kg ^-1。结论 在华北地区中低产土壤滴灌施肥条件下,最适宜的氮磷施用量分别为180 kg·hm ^-2和90 kg·hm ^-2,当施氮量超过180 kg·hm ^-2、施磷量超过90 kg·hm ^-2时,夏玉米产量会出现下降,但随施钾量的提高,产量有增加的趋势。滴灌施肥可获得较高的氮磷钾肥利用率,分别为51.21%和28.88%和65.75%。     

近20年重庆市农牧生产体系氮素流动特征及驱动力分析

【目的】通过评价重庆地区农牧系统的氮素流动特征,明确氮素的主要损失途径及驱动因素,提出未来农牧生产中氮素管理措施,为实现重庆地区农牧系统氮养分的高效利用提供数据支撑。【方法】通过查阅文献及统计数据并结合调查研究,采用NUFER（nutrient flow in food chain, environment and resources use）评价方法,以重庆市农牧生产系统为主要研究对象,定量1996-2015年间农牧系统的氮素流动特征,明确其环境代价。在此基础上,探讨人类活动与农牧系统氮素流动特征变化之间的关系,并通过对2020年不同氮素管理情景分析,探索区域氮素的可持续利用途径。【结果】1996-2015年,重庆市农牧系统氮素输入总量增长19.2%,2015年达到1 006 Gg,其中化肥贡献57%以上;氮素输出总量增长16.5%,2015年达到844 Gg,环境损失为最大的氮素输出项,占输出量的61.7%左右,其中农田生产和畜禽养殖系统分别贡献45.1%和54.9%;农牧系统内氮素循环总量增长42.7%,2015年达到448 Gg,其中秸秆还田和畜禽粪尿还田氮量分别达到32.7和95.0 Gg,20年间分别增长55%和44%。1996-2015年重庆市蔬菜瓜果等经济作物种植比例从10%升至28%,粮食作物种植比例从82%降至62%,肉蛋奶等动物主产品输出量增加83%。农牧生产结构的变化与氮素利用和损失的变化呈现显著的线性正相关关系,但人均GDP (gross domestic product)的增长与氮素利用和损失的变化没有呈现明显的线性关系,表明影响系统氮素流动特征的主导因素应该是农牧生产结构变化,而经济发展水平的变化只是起到了刺激农牧产品消费的作用。通过情景分析,若在2020年实现《重庆市农业农村发展“十三五”规划》的农产品生产目标,保持目前的氮肥投入和氮素管理现状,将会增加18 Gg氮素损失,同时降低氮素利用率1.2%;通过提高系统内部氮素循环利用率,优化作物生产养分管理,可在实现生产目标的同时,分别减少氮肥投入和氮素损失量15%和4.2%,提高农牧系统氮素利用率1.3%以上。【结论】在近20年中,重庆市农牧生产系统氮素流动特征发生了很大变化,氮素输入强度和环境损失在不断增加,而农牧生产结构改变是其变化的主要驱动力。在重庆未来农牧生产中,减少畜禽生产系统氮素的直接排放,加大畜禽粪尿和秸秆循环利用力度,优化作物生产系统氮素管理措施和提高氮素利用效率,是实现农牧生产和生态环境的平衡发展的有效措施。