长期定位施肥对土壤氮素矿化与作物产量的影响

揭示长期施用有机肥及配施氮肥对非石灰性潮土氮素矿化特性的影响,探索其与作物产量间的关系。以始于_1978年的莱阳长期定位施肥试验为基础,采用田间原位-离子交换树脂法(ISC-IERB)研究了长期定位施肥对土壤氮素矿化特性的影响,并对其与产量进行了相关分析。结果表明:长期施用有机肥及其配施氮肥可显著提高非石灰性潮土全氮、矿质氮、净氮矿化量、冬小麦或夏玉米吸氮量和产量,且在同一有机肥(氮肥)水平下,均随氮肥(有机肥)投入量的增加呈增加趋势,其中高量有机肥配施高量氮肥(M_2N_2)处理的增加幅度最高,冬小麦、夏玉米产量分别为6 803,_1_1 935 kg/hm_2;长期施肥使夏玉米季土壤氮净矿化量、净氮矿化率明显大于冬小麦季,施肥处理(M_1、M_1N_1、M_1N_2、M_2、M_2N_1、M_2N_2)的增幅分别为7.1%-2.7%,16.2%-76.0%;相关分析表明,冬小麦-夏玉米产量与当季冬小麦、夏玉米播前土壤全氮、矿质氮含量、氮净矿化量均存在极显著相关性,但与氮素表观淋失量相关不显著。研究表明,施用有机肥、氮肥是提高土壤供氮潜力、作物产量的有效手段,作物与季节是影响土壤氮素矿化的重要因素。     

施氮对夏玉米氮素利用及土壤硝态氮积累的影响

为了进一步研究施用氮肥对夏玉米氮素利用及土壤硝态氮积累的影响,寻求夏玉米合理施氮量,以‘郑单958’为试材进行大田试验,研究施氮量对夏玉米氮素利用及土壤硝态氮积累变化的影响。结果表明,施氮量在0~260 kg/hm2范围内,夏玉米产量随其增加显著提高,当施氮量高于260 kg/hm2时,产量有减少趋势;氮素的利用率随施氮量的增加也逐渐降低。在玉米整个生育时期土壤硝态氮含量呈现先下降而后缓慢上升的趋势,随着施氮量增加,各土层硝态氮含量而提高。适量施氮可促进玉米对氮素的吸收利用,进而提高玉米产量,但过量施氮导致硝态氮在土壤中大量积累,增大了污染环境风险。在超高产栽培条件下,从玉米产量、氮素利用率和土壤硝态氮积累情况综合考虑,夏玉米合理施氮量应控制在195~260 kg/hm2范围之内。     

综合农艺管理对夏玉米氮效率和土壤硝态氮的影响

通过对播种方式、播种时间、施肥时期及用量和收获时间等农艺措施的优化组合,设置综合农艺管理和施氮量试验,研究了对夏玉米氮效率和土壤硝态氮积累的影响。结果表明,随着施氮量的增加,氮肥偏生产力显著提高,氮肥农学利用效率显著下降,氮素利用效率和氮收获指数先增加后降低,施氮184.5 kg hm^-2时达到最高;施氮显著提高了花前氮素积累量和0~30 cm土层硝态氮累积量;0~30 cm土层硝态氮累积量随施氮量的增加逐渐提高,即单一氮肥运筹下,氮效率不能持续提高,且土壤硝态氮积累量却因增施氮肥而逐渐升高。综合农艺管理的再高产高效处理(Opt-2)的氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率、氮素利用效率和氮收获指数均最高;花前氮素积累量较低,收获后植株氮素积累总量高于农民习惯处理且低于超高产处理;玉米收获后,0~30 cm、30~60 cm和60~90 cm土层硝态氮累积量均低于农民习惯处理,即通过优化的综合农艺管理,夏玉米氮效率显著提高,生育期内氮素积累趋势合理,玉米收获后土壤硝态氮积累量较低。     

添加生物炭对设施菜田土壤氮迁移的影响

为探究生物炭田添加对设施菜田土壤氮迁移的影响,在设施黑土菜田进行常规水肥(WF)、常规水肥+生物炭(WFB)、80%水80%肥+生物炭(80%WFB)处理的田间对比试验,系统研究生物炭施加对土壤铵态氮、硝态氮迁移规律的影响。结果表明,在0~100 cm土层内,随着土层深度的增加土壤硝态氮含量逐渐降低,施加生物炭(WFB、80%WFB)可明显降低不同土层铵态氮、硝态氮淋失量;施加生物炭的WFB、80%WFB处理铵态氮淋失量在0~60 cm土层比对照(WF)降低了52.87%、49.39%(P<0.05);施加生物炭的WFB处理硝态氮淋失量在0~40 cm土层比对照(WF)降低了32.22%(P<0.05)。茄子生育期内,施加生物炭的WFB、80%WFB处理可以增加苗期、初果期土壤铵态氮含量、硝态氮含量,抑制土壤硝态氮淋失,对盛果期、拉秧期铵态氮、硝态氮含量无影响。综上,生物炭的施加能有效抑制设施菜田土壤氮的淋失迁移。     

限水条件下氮肥用量及施氮时期对冬小麦产量、土壤硝态氮含量的影响

在节水栽培条件下,研究了不同施氮量及氮肥施用时期对冬小麦产量、生育期间土壤硝态氮含量的影响。结果表明,冬小麦施氮处理产量均高于N0,N88.5 69处理产量最高,氮肥生理效率则随施氮量增加而显著降低。开花期以及成熟期各施氮处理0~100 cm土体硝态氮含量均明显高于N0,各生育期0~60 cm土层硝态氮含量均随施氮量增加而增加,开花期各处理2 m土体硝态氮含量达到最高值,成熟期20~60 cm土层相同施氮量(157.5,226.5kg/hm2)均表现为氮肥分次施用处理硝态氮含量高于一次性底施处理(N88.5 69>N157.5,N123 103.5>N226.5)。成熟期土壤硝态氮2 m土体累积量随施氮量增加显著增加,且等量氮肥分次施用显著高于一次性底施。     

有机无机肥料配施对设施番茄产量及土壤养分含量的影响

为研究有机无机肥减量及其配施等措施对设施栽培番茄产量及土壤养分含量的影响.在设施栽培条件下,以番茄为试验材料,采用田间小区试验方法研究了有机无机肥减量及其配施等措施对番茄产量及土壤养分含量的影响.与传统有机肥施用量105.00×103 kg/hm2相比,有机无机配施较番茄传统施肥模式增产12.99％;施用有机肥减量25％,50％时,番茄产量较传统施用有机肥分别增产8.55％,8.84％,施用无机肥减量至50％,番茄产量显著降低.在番茄生长中期,有机肥和无机肥减量施肥处理中土壤中各养分含量差异不显著,而当有机肥减量25％,土壤中有机质含量、全氮含量、速效钾含量较传统施用有机肥模式分别增加1.41％,2.64％,10.34％;在番茄收获后,各施肥处理土壤中养分含量随施肥量减少而降低,无显著性差异;与番茄生长中期相比,有机无机配施处理0～20 cm,20～40 cm土壤中硝态氮含量分别由67.33,28.93 mg/kg增至90.95,40.66 mg/kg,40～60 cm土壤中硝态氮含量由21.40 mg/kg降至14.97 mg/kg,而60～80 cm和80～100 cm土层中硝态氮含量基本持平;随施氮量减少,土壤中硝态氮累积量降低,也降低其淋溶风险.与传统施用量105.00×103 kg/hm2相比,当地设施番茄施肥总量可降低25％ ～50％,并适当采用有机无机肥料配施,既可使番茄略微增产、降低土壤中硝酸盐淋溶风险,也能使土壤养分含量更适宜作物生长,维持土壤生产力.     

滴灌条件下基肥减施后移对夏玉米养分吸收和根系生长的影响

为探明滴灌条件下基肥减施后移对夏玉米养分吸收和根系生长的影响,在大田条件下,以‘郑单958’为供试材料,研究基肥传统施用(CK)、基肥减施后移至拔节期(T1)及基肥减施后移至大喇叭口期(T2)对夏玉米干物质积累、根系生长、植株氮营养指数、氮素积累、土壤硝态氮含量及产量的影响。结果表明,T1和T2处理拔节期(V6)虽然植株氮营养指数低于1 (0.88),但地上部氮磷钾含量和干物质积累量与CK差异不显著,且T2处理吐丝期(R1)到成熟期(R6)植株氮素积累量高于对照(+33.39%)。处理间收获期夏玉米行间0~20 cm土层硝态氮含量差异显著,其中T2分别低于CK和T1处理41.85%和35.46%,深层80~100 cm土层硝态氮含量T1和T2处理分别低于CK 78.68%和56.02%,差异未达到显著水平。大喇叭口期(V12) 15~30 cm土层根系表面积密度为T2>T1>CK,其中T2和T1分别比CK高25.89%和36.17%,且T2处理30~45 cm土层根系表面积密度也较CK高68.59%。各处理间收获指数及产量差异不显著,但总体T2处理值最高,氮肥利用率比对照也增加12.13%。因此在滴灌水肥一体化条件下,夏玉米生产上应根据地力优化基追比,中高肥力农田玉米基肥可以适当减施后移至拔节期(V6)甚至大喇叭口期(V12),控前促后,降低土壤硝态氮残留,同时促进前期根系下扎。     

不同施氮量对华北平原作物产量及土体硝态氮分布和累积的影响

通过8年田间小区定位试验研究不同施氮量处理对土壤硝态氮分布、累积以及作物产量的影响。结果表明,在小麦-玉米轮作8个周期后,0～200 cm土体中各土层的硝态氮含量变化规律为N575>N400>N225>N0,随着土壤深度的增加,在0～80 cm土层各施氮量处理土壤硝态氮均呈下降趋势,各处理在60～80 cm降到最低。各施氮量处理在80～200 cm土壤硝态氮随着土壤深度的增加均呈先升高后降低的趋势,同一土层不同施氮量处理间硝态氮的差异明显增大。经过8个小麦玉米轮作周期后,N575处理100～200 cm土壤硝态氮累积量所占总累积量的比例提高15.18%。通过对施氮量与土壤硝态氮累积量用数学模型模拟,发现二者符合线性关系,施氮量与土壤硝态氮累积量的回归方程为y=1.34x+75.58(R2=0.84**)。从冬小麦-夏玉米轮作周期考虑,全年的适宜施氮量为400kg/hm2。综合考虑施氮量对土壤硝态氮的残留量与作物产量的影响,提出华北平原区小麦-玉米轮作周期中总施氮量应控制在225～400 kg/hm2之间,基本上能控制土壤硝态氮向深层土壤的淋失,能明显降低土壤硝态氮向地下水淋失的风险。     

氮肥施用量对华北集约化农区作物产量和土壤硝态氮累积的影响

为优化华北集约化农区冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥用量,通过田间小区试验研究不同氮肥用量对土壤硝态氮累积以及作物产量的影响。结果表明,试验区小麦籽粒产量最高施氮量为309 kg/hm2,最佳经济效益施氮量为291 kg/hm2。玉米籽粒产量最高施氮量为213 kg/hm2,最佳经济效益施氮量为199 kg/hm2。随着施氮量和种植年限的增加,0~200 cm剖面土壤硝态氮累积量明显增加。施氮量最高的N4处理(小麦季施氮量375 kg/hm2、玉米季施氮量300 kg/hm2)与种植第1季相比,第2季小麦收获后土壤硝态氮累积量增加56.06%,第2季玉米收获后增加62.07%。随着施氮量的增加,100~200 cm土壤硝态氮累积量所占总量的比例明显增加。小麦季和玉米季施氮量均为150 kg/hm2时,小麦和玉米的氮肥利用率最大,分别为46.61%和37.51%。综合考虑氮肥用量对作物产量以及土壤硝态氮的淋失风险,提出华北集约化农区小麦施氮量应控制为250~300 kg/hm2,玉米施氮量应控制为150~200kg/hm2,以保证作物高产,防止过量肥料氮累积,减少淋溶风险。     

不同施肥处理对新成片麻岩土壤谷子生长及土层硝态氮的影响

为了探明片麻岩新成土中土壤硝态氮时空分布规律,通过田间肥效试验,研究在不同施氮水平下配施磷和有机肥对土壤中硝态氮含量的影响。结果表明,施肥可以显著提高作物产量。氮磷配施作物产量显著高于单施氮肥和有机肥,各处理不同施氮水平作物产量差异不显著。苗期各剖面土壤硝态氮含量随着施氮量的增加而增大。拔节期随着土层深度的增加硝态氮含量先增加(0~60 cm)后降低(60~80 cm)。抽穗灌浆期单施氮肥,总体上随着施氮量的增加硝态氮含量升高,且各剖面的硝态氮含量高于其他2个处理。收获期土壤中各剖面硝态氮含量呈现单施氮肥>氮磷配施>配施有机肥的趋势。土壤中各剖面的硝态氮含量总体上苗期>拔节期>抽穗灌浆期>收获期,随着谷子生育期需氮量和降雨量的变化而逐渐减少。     

不同管理模式对春玉米土壤硝态氮累积与氮素利用率的影响

在高肥力(文水)、中肥力(祁县)、低肥力(东阳)条件下,研究了不同管理模式(无氮肥对照、农户习惯、优化处理、高产高效处理)对春玉米土壤剖面硝态氮分布、累积与氮素平衡以及氮肥利用率的影响。通过3年定位试验,结果表明,春玉米收获后0~200 cm土壤剖面硝态氮累积量,在2011,2012年3个试验点都表现为:农户习惯高产高效优化处理无氮对照。文水试验点硝态氮累积量最高,三季平均为287.7 kg/hm2,比东阳和祁县土壤硝态氮累积量分别高18.4%和11.6%。氮素表观损失在3个肥力水平都均表现为农户习惯高产高效优化处理无氮对照。作物携出量在3个肥力水平均表现为:高产高效优化处理农户习惯无氮对照。在2011,2012年氮素农学利用率均表现为:高产高效处理优化处理农户习惯,2013年氮素回收率最高为祁县。高产高效处理达67.6%。通过合理的管理模式,可以在提高产量的同时显著提高氮素的利用率,并降低土壤中硝态氮的残留量。     

长期施用不同剂量氮肥对高粱产量、氮素利用特性和土壤硝态氮含量的影响

To determine a suitable nitrogen fertilizer application rate, an experiment was conducted using Jinza 34, Liaoza 27, Jinsi 2, Jinnuo 3, and Fenjiuliang 1 with six nitrogen (N) fertilization levels, including 0 (N0), 75 (N75), 150 (N150), 225 (N225), 300 (N300), and 450 kg hm^-2 (N450). The effects of long-term nitrogen fertilization with different levels on sorghum grain yield, nitrogen use characteristics and soil nitrate nitrogen distribution were investigated. The grain yield, grain number and N accumulation of sorghum increased initially and then tended to be stabile with the increase of nitrogen fertilizer application. Among them, the maximum increase of sorghum under N75 treatment compared with that under N0 treatment was 23.68%, 48.05%, and 51.86%, respectively. With the increase of nitrogen fertilizer application, the grain starch content decreased, while the grain starch yield increased firstly and then decreased. Nitrogen apparent recovery rate, nitrogen fertilizer agronomic efficiency and nitrogen use efficiency which were accumulated for five years were reduced significantly with the increase of nitrogen fertilizer application. Compared with the N150 treatment, nitrogen use efficiency accumulated for five years under N75 treatment, which was 63.01%, was increased by 76.91%. When nitrogen fertilizer application was beyond 225 kg hm^-2, after four to five years later, nitrate nitrogen residue was increased rapidly in the 60-200 cm soil layer year by year, NO₃^--N accumulation peaks distributed in the 0-200 cm soil layer and the risk of nitrate nitrogen leaching was increased. In view of the yield, starch yield, nitrogen utilization and environmental benefit, the reasonable nitrogen fertilizer application for sorghum was between 75 kg hm^-2 and 150 kg hm^-2.     

施肥对甜菜生长季中黑土氮素时空变异特征效应

为揭示施肥对甜菜生长季节黑土氮形态动态变化规律,采用不同施肥处理研究甜菜生长季（5—9 月）东北黑土0~90 cm无机氮（铵态氮和硝态氮）和有机氮各组分（酸解总氮、氨态氮、氨基糖态氮、氨基酸态氮、酸解未知态氮及非酸解态氮）时空动态变异特征。结果表明,施肥处理在甜菜生育前期（5—7 月）对铵态氮和硝态氮时空变化有显著影响。土壤硝态氮主要分布在0~50 cm 且含量高于铵态氮,相比无肥有作物对照(CK2),施氮肥处理在甜菜幼苗期增加了土壤0~30 cm铵态氮和硝态氮含量,同时增加块根糖分增长期（7 月）土壤0~70 cm硝态氮的消耗。与不施氮相比,施氮肥可以增加0~30 cm土壤酸解总氮、氨态氮和氨基酸态氮的含量。土壤酸解总氮、氨态氮和氨基酸态氮含量在0~90 cm呈明显递减的空间梯度变化,但施氮肥处理可以平衡0~50 cm土壤氨基酸含量;土壤氨态氮随着甜菜生育时期进行呈先增加后下降的变化规律;土壤氨基糖态氮含量时空变化不显著;土壤未知态氮含量随时间变化与氨态氮、氨基糖态氮和氨基酸态氮含量变化趋势相反;施氮肥处理(N120)和无作物对照(CK1)土壤非酸解态氮在甜菜生长后期（7—9 月）均出现深层残留。有机氮各组分含量（除氨基糖态氮和氨基酸态氮外）随甜菜生育进程遵循三次曲线方程的分布规律;甜菜生长过程中,土壤酸解有机氮组分中的氨态氮和氨基酸态氮为无机氮主要贡献者。     

不同氮肥运筹模式对冬小麦籽粒产量品质和氮肥利用率的影响

在高肥力条件下,研究了不同氮肥运筹模式对冬小麦籽粒产量、品质、氮肥利用率和土壤中硝态氮累积量的影响。结果表明,在本试验条件下,施用氮肥对籽粒产量、籽粒蛋白质含量和湿面筋含量无显著影响,而作为籽粒蛋白质质量指标的沉淀值、面团形成时间和面团稳定时间均明显改善。与分次施用（50%作底肥,50%作追肥）比较,拔节     

Effects of Nitrogen Application Rates on Soil Nitrogen Content,Nutrient Uptake and Utilization of Cotton in Low Fertility Fields

[Objective] The effects of nitrogen (N) application rates on cotton yield, nutrient uptake and utilization rate, soil available N and urease activity were investigated in low-fertility cotton fields of the Yellow River Basin. [Methods] Six N application rate treatments, 0, 90, 180, 270, 360 and 450 kg·hm^－2 (N0, N90, N180, N270, N360 and N450, respectively), were established using cotton CCRI 79 in the field during 2016 and 2017. The cotton yield, dry matter quality, N, phosphorus and potassium accumulation levels, N use efficiency, 0–100-cm soil layer ammonium and nitrate N contents, 0–100-cm soil layer urease activity and other indicators were investigated. [Results] (1) Compared with N0, the N treatments significantly increased seed cotton yield, except the N90 treatment in 2016. Two years of N360 treatments significantly increased the number of bolls per cotton plant, while no significant differences were found among the seed cotton yields with other N treatments. The N application rates had no significant effect on lint percentage. (2) Compared with N0, N applications significantly increased the cotton dry matter accumulation. The accumulation of N, phosphorus and potassium in cotton increased along with the N application rates in the 90–360 kg·hm^－2 range. The levels of N, phosphorus and potassium in N450-treated cotton decreased compared with N360-treated cotton. As the N application rates increased, the N agronomic efficiency and N fertilizer partial productivity of cotton decreased. When the N application rates exceeded 360 kg·hm^－2, the N physiological efficiency began to decrease, but there were no significant differences among treatments. (3) The nitrate N contents in the 41–80-cm soil layers of the treatments, except for N90, significantly increased compared with N0. The nitrate N contents in the 41–80-cm soil layers of N270-, N360- and N450-treated cotton were significantly increased compared with those of N0, N90 and N180. However, N applications had no significant effects on the ammonium N contents in the soil. (4) The soil urease activities increased when N application rates were less than 360 kg·hm^－2, and then decreased when the N application rates were greater than 360 kg·hm^－2. [Conclusion] The optimum N application rate was 277.0 kg·hm^－2. When the N application rates were greater than 360 kg·hm^－2, the nitrate N contents in the soil increased. However, the nutrient accumulation levels and the N fertilization efficiencies decreased, and the soil urease activities were inhibited. No obvious increase in cotton yield was observed.