洞庭湖地区长期施肥条件下双季稻田生态系统净碳汇效应及收益评估

以农业部望城红壤水稻土生态环境重点野外观测试验站的长期定位肥力效应试验稻田为研究对象,利用历年作物产量、凋落物固碳和农田CO2排放等观测资料及生态系统的物质和管理投入等调查资料,估算了年碳汇平衡和经济收益,以及不同施肥处理的固碳速率、潜力及表土碳密度。结果表明,不同施肥处理下年碳汇量介于0．82～4．70tC·hm^-2·a^-1,增施有机肥（猪粪、稻草）的处理NPK＋RS、NK＋PM和NP＋RS的碳汇量分别是相应的仅施化肥处理NPK、NK和NP的1．1、1．7和1-4倍。不同处理生态系统物质投入的碳成本介于0．03-0．65tC·hm^-2．a^-1,人工管理的碳成本介于1．42—1．48tC·hm^-2·a^-1,年经济收益介于1．17×10^3～8．71×10^3 CNY·hm^-2·a^-1,有机肥配施的经济效益是单施化肥的1．1～1．6倍。不同施肥处理固碳速率介于25．83—51．98kg·hm^-2·a^-1,不同施肥处理表土碳密度介于29．21～43．24t·hm^-2,增施有机肥能够提高土壤固碳速率和表土碳密度。与单施化肥相比,有机无机配施处理的生态系统生产力较高,也表现出较高的碳汇效应和经济收益,是促进土壤固碳减排的一项重要措施。     

鄱阳湖地区长期施肥双季稻田生态系统净碳汇效应及收益评估

以江西省红壤所长期施肥红壤水稻土双季稻农田生态系统为研究对象,利用不同施肥处理作物产量及土壤有机质含量等测定数据结合调查获得的生态系统物质和管理投入资料,估算了不同施肥处理（不施肥（CK）、单施氮肥（N）、单施磷肥（P）、单施钾肥（K）、氮磷肥配施（NP）、氮钾肥配施（NK）、氮磷钾配施（NPK）、两倍氮磷钾配施（2NPK）、有机肥与氮磷钾肥配施（NPKM））双季稻生态系统的碳汇效应和经济效益。结果表明,有机肥和化肥配施（NPKM）既提高了系统的作物固碳量又显著增加了土壤的固碳量,使得其净碳汇效应最大,为8．78tC·hm^-2·a^-1;两倍氮磷钾配施（2NPK）系统的净碳汇效应为8．11tC·hm^-2·a^-1,二者均高于氮磷钾配施（NPK）处理的7．03tC·hm^-2·a^-1,不施肥及单施一种或两种无机肥配施系统的净碳汇效应均明显减弱,其中不施肥处理（CK）最小为4．52tC·hm^-2·a^-1,单施N肥比单施P、K肥在提高系统净碳汇效应上作用明显。配施有机肥（NPKM）稻田的作物产量和经济效益也高于无机肥配施处理（NPK和2NPK）,不施肥、单施一种或两种无机肥配施稻田的作物产量和经济效益明显偏低。因此,稻田施用一定量的无机肥是提高稻田生态系统碳汇效应和经济效益的保证,而配施有机肥可以明显提高稻田生态系统的碳汇效应和经济效益。     

鄱阳湖地区长期施肥双季稻稻田生态系统净碳汇效应变化特征

以江西省红壤所长期施肥红壤水稻土双季稻农田生态系统为研究对象,利用不同施肥年限作物的产量及土壤有机质含量等测定数据,结合调查获得的生态系统物质和管理投入资料,估算了不同施肥处理双季稻生态系统的碳汇效应和经济效益,并比较了不同施肥年限农田生态系统碳汇效应的变化特征。结果表明：有机肥与无机肥配施处理的净碳汇效应最强为-8.78 tC.hm-2.a-1,不施肥处理的净碳汇效应最弱为-4.86 tC.hm-2.a-1,加倍施加化肥虽提高了系统的净碳汇效应,但是作用不显著;不同施肥年限,相同施肥条件农田的作物固碳量和净碳汇效应没有显著性差异,但是土壤固碳量变化显著,施加有机肥可以维持和提高土壤的固碳能力平均达到0.41 tC.hm-.2a-1,在追求更高作物固碳量同时,提高和维持土壤的固碳能力也是提高农田碳汇效应的有效途径。有机肥与无机肥配施处理的平均经济效益为17 568 CNY.hm-.2a-1,也高于其他施肥处理。因此,适当施加有机肥不仅可以大幅提高农田生态系统的碳汇效应,还可以显著提高农业生产的经济效益,是实现低碳、高值农业的最有效措施之一。     

有机无机肥配施对我国主要粮食作物产量和氮肥利用效率的影响

  【目的】  近年来，化肥的投入使我国作物单位面积产量的大幅提高，但是化肥的过量施用也导致了土壤及生态环境一系列的问题。此外，我国有机物料的种类与数量不断丰富，而循环利用率较低，因此，开展有机物料农田投入对作物增产和氮肥替代能力的研究十分重要。  【方法】  本研究基于文献查阅，收集并整理了我国三大粮食作物 (小麦、玉米、水稻) 在不同施肥处理 (不施肥对照、化肥、有机肥、有机无机肥配施) 下的相关试验数据 (试验年限 ≤ 5)，旨在比较不同施肥处理下三大粮食作物的产量差异，并明确化肥与有机无机肥配施处理下的氮肥用量及氮肥利用效率。  【结果】  化肥、有机肥和有机无机肥配施处理较对照分别增产58.7%、32.1%和61.8%；与化肥处理相比，有机肥处理的作物产量无显著变化，而有机无机肥配施处理显著提高作物产量 (7.4%)，且不同的作物类型均表现出相似的规律。对同时设置对照、化肥、有机肥、有机无机肥配施4个处理的试验数据进行统计分析表明，4个处理的作物平均产量分别为4778、7000、6009和7422 kg/hm2。与对照相比，施肥显著提高了作物产量，化肥和有机无机肥配施处理间无显著性差异，但均显著高于有机肥处理。同时，研究发现不同处理的作物产量会受到作物类型、有机物料种类的影响。从氮肥施用总量分析，有机无机肥配施处理的化肥氮用量在小麦、玉米试验中与化肥处理基本相等，在水稻试验中则显著降低。总体来看，有机无机肥配施的氮肥偏生产力较化肥处理平均显著提高了32.5%，在小麦、玉米、水稻上，氮素偏生产力由化肥处理的35.0、45.2、42.8 kg/kg分别增加到有机无机肥配施处理的45.2、60.6、56.4 kg/kg。不同有机物料替代化肥提高氮肥偏生产力的潜力不同，秸秆还田、农家肥与化肥配施处理中，化肥氮用量未发生显著变化，而氮肥偏生产力显著提高9.4%、71.7%；配施堆肥的化肥氮用量也无显著降低，氮肥偏生产力较化肥处理没有明显提高；配施沼渣的处理中，氮肥用量显著降低，氮肥偏生产力显著提高 90.3%。  【结论】  综合我国历年田间试验中有机无机肥配施和化肥处理的结果，表明适宜的化学氮肥投入是保证我国小麦、玉米和水稻产量的重要措施。在当前我国土壤肥力条件下，在不减少化肥氮用量的前提下配施有机物料，可以进一步增加产量，提高土壤肥力。在总氮量不变的情况下，以有机物料替代部分化肥氮可以保证粮食产量不降低，且可提高氮肥偏生产力。在有机物料中，粪肥和沼渣替代部分化肥的效果较好，而配合秸秆还田应注意维持化肥氮素的投入量。     

长期不同施肥下太湖地区稻田净温室效应和温室气体排放强度的变化

利用田间观测和模型预测方法对太湖地区一个长期不同施肥处理的稻田生态系统进行了稻季温室气体排放观测和净温室气体排放强度分析。结果表明,不同施肥管理下,稻田土壤有机碳含量不同程度提高,有机无机肥料配施较单施化肥处理显著提高有机碳库储量,并且秸秆处理略高于猪粪处理。与不施肥处理相比,长期施用肥料显著提高了稻田生态系统CH4和CO2的排放量,有机肥料与化肥配施较单纯施用化学肥料下土壤碳（CO2和CH4）排放增加,但化肥配施秸秆与化肥配施猪粪下稻田生态系统CH4和CO2的排放没有显著差异。不同施肥处理下,稻田生态系统净温室效应表现为CFM≈CFS〉CF〉NF,但水稻生产的净温室气体排放强度并没有显著性差异。因此,在提高水稻产量的同时,有机无机配合施肥并没有提高净温室气体的排放强度。     

长期施肥红壤矿物颗粒结合有机碳储量及其固定速率

采用物理分组方法分析了长期不同施肥模式下红壤耕层（0—20cm）不同大小矿物颗粒结合态有机碳储量差异及其固定速率。结果表明,与不施肥相比,长期施肥均显著增加了耕层土壤砂粒、粗粉粒、细粉粒及粗黏粒结合有机碳的储量,且以配施有机肥（M、NPKM和1．5NPKM）效果最显著,固碳速率分别达到0．13-0．24、0．19-0．23、0．05-0．16及0．12～0．36Mg·hm^-2．a^-1;施化肥（NPK、NP、N）和秸秆还田（NPKS）有利于增加细黏粒有机碳储量,且固碳速率高于配施有机肥,分别达到0．08～0．13和0．11Mg·hm^-2·a^-1。17a有机肥配施有利于增加固存于粗粉粒（30．5％）和粗黏粒（30．7％）中的有机碳;而秸秆还田（NPKS）和化肥施用下,有利于增加固存于粗粉粒（32．9％）和细黏粒（42．9％）中的有机碳,说明无论化肥配施还是有机无机配施,红壤粗粉粒是固定新增有机碳的主要组分,而长期配施有机肥是提升红壤各级颗粒有机碳库的较好施肥模式。     

不同有机培肥模式下双季稻田碳汇效应与收益评估

本研究基于1981年开展的有机肥长期定位试验,研究了不同有机肥种类、用量和施用方式对稻田生态系统碳排放、系统碳固定与净碳汇的影响,并对各处理经济效益进行了比较,为实现农业低碳、高值、高效生产提供理论参考。本研究所选取的有机肥处理包括:不施肥对照(CK);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M1);早稻施用两倍绿肥紫云英30 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M2);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2和猪粪15 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M3);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2+晚稻施用猪粪15 t·hm-2和冬季稻草覆盖4 500 kg·hm-2(M4);长期施用化肥(NPK)等5个处理。每5年于晚稻收获后采集土样测定土壤有机碳含量,并测定每年的早晚季水稻产量与生物量,用于估算系统收益与碳收支(5年平均)。结果表明:与不施肥对照相比,各施肥处理水稻产量均显著提高(P0.05),增幅为30.88%~96.52%,且随着施肥年限的增加,M4处理增产作用最大。长期施用有机肥显著提高红壤稻田土壤固碳能力,且有机肥用量增加系统土壤固碳能力增强,M2、M3、M4处理土壤固碳量显著高于M1、NPK和CK处理;稻田植株固碳量也显著提高(P0.05),M4和M3最高,双季稻植株固碳量为6.76~8.83 t(C)·hm~(-2)·a~(-1)。长期施用有机肥下稻田系统净碳汇显著增加,与对照相比施肥处理(M1、M2、M3、M4、NPK)系统净碳汇增加1.43~3.93 t(C)·hm~(-2)·a~(-1),系统碳汇效应显著(P0.05)。同一处理不同施肥年限由生产活动所引起的碳排放量保持不变,系统净碳汇量差异主要表现在系统固碳量上,其变化趋势与水稻产量变化趋势基本一致。长期施用有机肥显著降低了化肥投入,稻田生态系统经济效益显著增加(P0.05),并以M4处理最高,达25 683.7$·hm~(-2)·a~(-1)。综上结果表明:长期施用有机肥显著提高双季稻田碳汇效应与经济效益(P0.05),绿肥紫云英与猪粪和秸秆配施稻田生态系统碳汇效益与经济效益较单施绿肥紫云英优势明显。     

施肥对土壤有机碳含量及碳库管理指数的影响

在华北夏玉米生产体系中,采用田间试验,研究了不同施肥措施下（不施肥、单施有机肥、推荐施肥、习惯施肥和单施化肥）,土壤有机碳含量、活性有机碳含量和碳库管理指数的变化。结果表明:与不施肥相比,单施有机肥土壤有机碳和活性有机碳含量分别增加 11.68%,21.71%。推荐施肥和习惯施肥土壤有机碳含量分别增加 6.57%,7.58%,活性有机碳含量分别增加 8.53%,4.26%。单施化肥土壤有机碳与活性有机碳含量均没有显著增加;施有机肥和推荐施肥土壤碳库管理指数比不施肥分别高 31.79,13.01。单施化肥土壤碳库管理指数没有显著变化;土壤活性有机碳与总有机碳、碳库管理指数、玉米子粒产量均存在极显著相关关系。碳库管理指数与玉米子粒产量极显著相关,能够指示土壤生产力的变化。可见在当地土壤肥力条件下,施有机肥或有机无机适当配施能提高土壤有机碳含量和土壤碳库管理指数,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力。     

长期不同施肥对新疆荒漠农田土壤碳含量及其剖面分布的影响

以建于1990年的新疆阜康荒漠生态系统观测研究站的长期施肥定位试验为平台，分析了不施肥（CK）、单施化肥（化肥常规NPK和化肥高量N2P2K）、化肥配施秸秆（化肥配施秸秆常规NPKS和化肥配施秸秆高量NPKS2）和化肥配施猪粪（NPKM）对农田土壤有机碳和无机碳含量与剖面分布及有机碳热稳定性的影响。结果表明：（1）长期施肥处理提高了土壤有机碳含量，其中耕层（0—20 cm）土壤有机碳响应最敏感，化肥配施秸秆还田处理下有机碳积累高于其他处理。（2）长期施肥处理均降低土壤有机碳稳定性，表明增加的土壤有机碳并不利于碳稳定。（3）长期施肥处理降低土壤无机碳含量，其降低程度随剖面呈下降趋势，可能由于灌溉淋洗导致深层土壤无机碳的净增加。（4）尽管长期施肥促进土壤有机碳累积，但由于降低无机碳含量及其储量，最终导致土壤全碳降低，表明土壤无机碳变化对干旱区土壤碳库变化具有决定性作用。结果表明，深入理解施肥措施对干旱区盐碱土的碳影响，需要同时考虑不同深度土壤有机碳和无机碳含量的变化。     

长期不同施肥管理对稻田土壤有机碳库特征的影响

以19年的长期定位施肥土壤为材料,研究不同施肥管理:不施肥(CK),施无机肥(N、NP、NK、NPK),施有机肥(OM),有机-无机配施(F、F')下稻田耕层土壤有机碳库组分及含量变化.结果表明:不同施肥方式对土壤有机碳及其组分有显著影响,土壤总有机碳(TOC)变化趋势为有机无机配施(平均12.34g/kg)>单施有机肥(平均12.15 g/kg)>无肥(平均10.56 g/kg)>化肥(平均9.78 g/kg);有机肥和化肥配施土壤徽生物量碳(SMBC)、水溶性有机碳(WSOC)、轻组有机碳(LFOC)及SMl3(2/TOC、WSOC/TOC、LFOC/TOC均显著高于单施化肥土壤的.与不施肥相比,化肥、有机肥的施用均显著增加了土壤重组有机碳(HFOC)和HFOC/TOC,其中,化肥的施用更有利于土壤重组有机碳(LFOC)的积累.单施有机肥或有机无机配施显著增加了较大粒级(>0.25 mm)水稳性团聚体及其TOC含量,而单施化肥则显著增加了较小粒级(<0.25 mm)及其TOC含量.因此,长期施用有机肥,特别是有机肥与无机肥配施能提高土壤活性碳含量和土壤团聚体稳定性,从而保持和提高了土壤质量和持续生产力.     

核素（210）Pb（ex）示踪法在小流域农业氮磷流失研究中的应用

利用210Pbex核素示踪和野外定位监测相结合的方法,通过研究吉林省长春市莫家沟小流域土壤流失厚度和土壤侵蚀模数,探讨土壤侵蚀与农业面源污染的输移关系,估算了农业面源颗粒态和水溶态污染负荷。结果表明,土壤流失厚度1.85mm·a^-1,土壤侵蚀模数为2331t·km^2·a^-1,属于中度-强烈侵蚀水平;研究区单位面积年均输入水库的农业面源污染物总氮（TN）、水溶态总氮（WEN）、氨氮（NH3-N）、硝态氮（NO-3-N）、总磷（TP）、水溶态总磷（WEP）、磷酸盐磷（PO3-4-P）负荷分别为29、0.097、0.025、0.059、12、0.004、0.003kg·hm^-2·a^-1;土壤流失的TN、TP分别占多年平均化肥施用量的22%和10%。流失土壤携带的颗粒态TN、TP污染负荷分别是能被降雨径流浸提形成水溶态氮磷WEN、WEP污染负荷的300倍和3000倍。侵蚀流失的土壤颗粒是N、P流失的主要载体,也是最大的面源污染。     

耕作、残茬及施肥管理对土壤有机质动态变化影响的情景分析

Based on data from 10-year field experiments on residue/fertilizer management in the dryland farming region of northern China, Century model was used to simulate the site-specific ecosystem dynamics through adjustment of the model＇s parameters, and the applicability of the model to propose soil organic carbon （SOC） management temporally and spatially, in cases such as of tillage/residue/fertilization management options, was identified v/a scenario analysis.Results between simulations and actual measurements were in close agreement when appropriate applications of stover,manure and inorganic fertilizer were combined. Simulations of extreme C/N ratios with added organic materials tended to underestimate the measured effects. Scenarios of changed tillage methods, residue practices and fertilization options showed potential to maintain and enhance SOC in the long run, while increasing inorganic N slowed down the SOC turnover rate but did not create a net C sink without any organic C input. The Century model simulation showed a good relationship between annual C inputs to the soil and the rate of C sequestration in the top 20 cm layer and provided quantitative estimations of changes in parameters crucial for sustainable land use and management. Conservation tillage practices for sustainable land use should be integrated with residue management and appreciable organic and inorganic fertilizer application, adapted according to the local residue resource, soil fertility and production conditions. At least 50% residue return into the soil was needed annually for maintenance of SOC balance, and manure amendment was important for enhancement of SOC in small crop-livestock systems in which crop residue land application was limited.     

肥水管理方式对蔬菜田N2O释放影响的模拟研究

通过田间静态箱监测和DNDC模型模拟的方法,对比研究了崇明岛东滩蔬菜田在常规肥水管理和精确滴灌施肥方式下N2O的排放情况,从排放特征、全年通量、单位氮肥N2O损失率以及单位作物产量排放量等方面分析了不同肥水管理方式对旱田土壤N2O排放的影响。 结果表明,基于土壤和作物养分平衡管理的精确滴灌施肥技术,由于减少了氮肥施用量并改进了肥水分配方式,提高了肥料的利用效率,在保持农作物产量的基础上减少了N2O的排放。与常规肥水管理方式相比,滴灌施肥区2006年和2007年的N2O排放通量分别减少6.2和6.8 kg N·hm^-2·a^-1,单位氮肥N2O损失率明显降低,2006年和2007年单位产量排放量分别削减53.2％和58.9％。     

皖南双季稻区长期施肥效应研究

在安徽休屯盆地进行的10年肥料定位试验结果表明,土壤对水稻产量的贡献率明显大于肥料,施肥的增产幅度随施肥年限有逐年降低趋势。氮磷钾肥增产效应依次为K＞N＞P。长期施用有机肥可保持水稻稳定增产,但在等养分条件下,紫云英与氮磷钾化肥配施（MNP）,早稻平均产量明显低于等养分的化服单施（NPK）,说明有机肥应提早施人,并增加氮肥作基肥的比例,以满足水稻幼苗对养分的需求。施用化肥或有机肥除有效钾外,土壤养分均有增加。因此从增产增收和养分平衡的意义上讲,必须重视稻田施用钾肥,适当控制磷肥用量。