施氮量对滴灌冬小麦–夏玉米周年产量及氮素利用效率的影响

  【目的】  当前华北平原冬小麦–夏玉米生产中,存在氮肥投入量大、氮肥利用效率低等问题,在滴灌水肥一体化条件下研究施氮量对冬小麦–夏玉米周年产量、氮素利用效率和土壤全氮含量、硝态氮残留的影响,以期为该地区小麦–玉米节肥、高产高效的栽培模式提供理论依据。  【方法】  于2018—2020年在青岛农业大学胶州现代农业示范园开展小麦、玉米滴灌施肥田间试验。设冬小麦/夏玉米生长季不施氮(N0)和施氮 150/150 kg/hm2 (N1)、210/225 kg/hm2 (N2) 和270/300 kg/hm2 (N3) 4个水平,以传统施肥方式和常规施氮量240/240 kg/hm2为对照(CK)。分析冬小麦和夏玉米产量、氮素吸收量和土壤氮素残留量。  【结果】  N2处理冬小麦、夏玉米产量最高,与N3处理无显著差异,但显著高于N0、N1和CK处理;N3处理冬小麦、夏玉米的干物质积累量、氮素吸收量最高,与N2处理差异较小,而显著高于N0、N1和CK处理。冬小麦、夏玉米氮肥偏生产力随着施氮量的提高而降低;冬小麦季氮素利用效率随着施氮量的提高而降低;夏玉米季,N2、N1和N0处理的氮素利用效率显著高于N3和CK处理,且N0、N1和N2处理间无显著差异;冬小麦、夏玉米氮肥农学利用率均随着施氮量的提高而降低,N2施氮水平下,氮素利用效率和氮肥农学利用率均表现较优。随着施氮量的增加,0—100 cm土层土壤全氮含量和硝态氮含量呈增加的趋势,全氮积累主要集中在0—40 cm土层,N3、N2和CK处理0—100 cm土层土壤全氮含量与N0和N1处理之间的差异随着轮作年数的增加而逐渐增大,N2处理较N3和CK处理有效抑制了硝态氮在表层土壤的积累和向深层土壤的迁移,降低了硝态氮淋失风险。  【结论】  冬小麦季施氮210 kg/hm2和夏玉米季施氮225 kg/hm2 (N2)可实现周年作物增产高效,提高氮素利用效率,显著降低硝态氮向深层土壤迁移,降低硝态氮淋失风险,是滴灌水肥一体化下华北平原麦玉周年轮作适宜的施氮量。     

黄土高原旱地冬小麦/夏玉米轮作体系土壤的氮素平衡

在黄土高原南部旱地,通过田间小区试验研究了传统施肥方式下冬小麦/夏玉米轮作体系中土壤的氮素平衡。结果表明:土壤残留矿质态氮(Nmin)对作物产量和施用氮肥效果有重要影响,前季作物残留土壤Nmin可以促进后季作物生长,使氮肥增产效应不明显;冬小麦生长季节施氮240.kg/hm2可以增加产量和作物吸氮量,但其氮肥利用率只有39.7%,大部分以Nmin残留于0200cm土壤中或以其他途径损失;由于冬小麦季节残留肥料氮的后效,使夏玉米生长季节的氮肥利用率很低,施氮120和240.kg/hm2的氮肥利用率分别只有22.4%和3.9%,而在0200cm土层残留率则达到51.1%和87.2%;经过冬小麦、夏玉米一个轮作周期后,施氮量为240、360和480.kg/hm2时作物的氮肥利用率平均为52.2%4、2.2%和28.0%,而相应的土壤残留率平均为12.4%、25.3%和49.8%,表观损失率平均为35.4%、32.5%和22.2%。表明在土壤残留Nmin较高的条件下,夏玉米生长季节施氮量较低时盈余氮素以表观损失为主,施氮量高时大部分氮素残留于土壤剖面。     

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.     

施氮与灌水对夏玉米土壤硝态氮积累、氮素平衡及其利用率的影响

通过田间裂区试验研究了不同施氮量(N 0、150、210和270 kg/hm2)和灌水量(900、1200、和1500 m3/hm2)对夏玉米土壤硝态氮分布累积、氮素平衡以及氮肥利用率的影响。结果表明,夏玉米收获期各处理土壤硝态氮在表层(0—20 cm)含量最高,在0—200 cm剖面均呈现先减少后增加再减少的变化趋势;土壤剖面NO3--N累积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。作物吸氮量、氮素表观损失量均与施氮量和总氮输入量呈显著相关,氮素输入量每增加1 kg,作物吸氮量仅增加0.301 kg,而表观损失量增加0.546 kg,是作物吸氮量的1.8倍左右。随施氮量的增加土壤剖面中NO3--N的损失量逐渐减少。夏玉米子粒吸氮量和收获指数随施氮量的增加有增加的趋势;氮肥回收效率和氮肥农学效率均以处理W1500N150最高,分别为46.15%和12.98kg/kg;氮肥生理效率以处理W1200N150最大,为34.49 kg/kg。本试验条件下,以水氮处理W1500N150的土壤硝态氮残留量、表观损失量较低,夏玉米氮肥回收效率和农学效率较高。     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系对氮素环境承受力分析

通过田间试验研究了华北地区冬小麦/夏玉米轮作体系对氮素的环境承受力。结果表明,冬小麦和夏玉米达到最高产量时的施氮量分别是112和180.kg/hm2。氮肥利用率和农学利用率随施氮量的增加而降低,生理利用率表现出抛物线的趋势。在农户习惯施氮条件下,冬小麦和夏玉米的氮肥利用率分别是10%和6%,每千克氮肥分别增产2和3千克。灌水和集中降雨是引起土壤硝态氮明显下移的主要因素。氮素平衡计算的结果表明,低施氮量时,氮素盈余以残留Nmin为主,高量施氮则以表观损失为主。将收获后090.cm土壤中的硝态氮的量控制到150kg/hm2,可以在兼顾环境的前提下获得较高的产量;此时冬小麦季的施氮量是122.kg/hm2,产量(干物重)达到最高产量4331.kg/hm2;夏玉米季的施氮量是145.kg/hm2,产量(干物重)是7965.kg/hm2,达到最高产量的97%。     

旱地土壤中残留肥料氮的动向及作物有效性

氮素是作物生长最重要的必需元素之一。合理施用氮肥能促进作物生长并提高产量,但是,过多施用氮肥则抑制作物生长并导致大量的肥料氮残留在土壤中,这部分氮素不但会引起土壤养分不平衡,而且为生态环境带来潜在威胁,因此,研究残留氮的动向及作物有效性可为合理施用化肥氮、高效利用土壤残留氮素和减少残留氮素的损失提供依据。应用~(15)N示踪技术,通过4年定位试验,研究了黄土高原南部旱地冬小麦/夏玉米轮作过程中土壤残留肥料氮的变化及作物吸收利用。在冬小麦和夏玉米轮作的第一个周期,为了制造高肥料氮残留背景,于冬小麦播种前向微区施入240 kg hm~(-2)的~(15)N标记氮素;在夏玉米拔节期,为了研究氮肥施入对残留肥料氮的影响,设置0和120 kg hm~(-2)两个氮水平,以普通尿素施入微区。在第2至第4个轮作周期内,为了分析残留肥料氮的动向及其对作物的有效性,微区内不施任何肥料。结果发现,冬小麦播种前施用的~(15)N标记氮肥于收获期在0~200 cm土壤剖面中均有残留,但大部分累积在0~40 cm土层中,累积总量达到200.9 kg hm~(-2),占当季施入量的83.7%。在随后的夏玉米生长季残留的肥料氮迅速减少,之后随生长季的后移缓慢减少,然后保持相对稳定。经过4年的冬小麦/夏玉米轮作,0~300 cm土壤剖面仍残留大量的~(15)N肥料,后季不追施氮肥和追施氮肥处理的残留量分别为47.1 kg hm~(-2)和54.0 kg hm~(-2)。可见,有一部分肥料氮被固定在土壤有机质中。作物对残留氮的回收量逐年减少,且因后季追施氮肥与否而异,4年中作物对肥料氮的总利用率不追施氮肥和追施氮肥处理的分别为46.9%和50.4%,其中在第1个轮作周期中,小麦和玉米的总利用率分别41.6%和42.0%,后3年利用率分别仅有5.3%和8.4%;4年中残留~(15)N的损失率分别达38.1%和29.7%,其损失主要发生在第1个轮作周期的夏玉米生长季节。说明,在旱地土壤上,氮肥的残留是不可避免的,残留肥料氮的有效性较低,只有少量被作物逐年吸收,一部分以有机形态残留在土壤剖面中,另一部分发生了无效损失。后季追施氮肥可促进作物对土壤残留肥料氮的吸收且增加肥料氮在土壤中的保留,减少残留肥料氮的无效损失,但是以自身的大量损失为代价的。     

传统和优化施氮对春玉米产量、氨挥发及氮平衡的影响

【目的】本文通过在陕西省长武县(CW)和吉林省梨树县(LS)的春玉米田间试验,研究了传统和优化施氮对春玉米产量、土壤氨挥发及氮平衡的影响,以探讨春玉米氮肥优化的潜力及其对农田氨减排的效果。【方法】试验设对照、传统施氮(长武N 250 kg/hm2,梨树N 300 kg/hm2)及优化施氮(N 200 kg/hm2)3个处理,分别以N0、Ncon、Nopt表示。氨挥发采用德尔格氨管法(简称DTM法)进行原位测定,通过田间气象因素的校正计算氨挥发累积量。【结果】长武和梨树点不同施氮处理下春玉米的产量结果表明,除对照(长武7.9 t/hm2、梨树3.8 t/hm2)外,传统和优化施氮处理间均无显著差异(长武10.6 10.8 t/hm2,梨树9.5 9.6 t/hm2)。玉米氮肥利用率表现为优化施氮(44.3%44.5%)显著高于传统施氮(33.6%36.4%),其中长武点氮肥利用率提高了8.1个百分点,梨树点氮肥利用率增加了10.7个百分点。氨挥发田间监测结果显示,基肥翻耕入土后,伴随降雨的产生,长武和梨树点均未产生氨挥发。喇叭口追肥期表施氮肥后,长武和梨树点均产生大量氨挥发(占追施尿素氮量的16%22%),减少追肥用量N 30 kg/hm2(长武点)和N 100 kg/hm2(梨树点)能显著减少氨挥发损失N 8和15 kg/hm2。土壤-春玉米系统氮平衡估算的结果显示,与长武点氮素表观矿化N 97 kg/hm2相比,梨树点仅为N 16 kg/hm2。优化施氮比传统施氮处理显著降低表观氮素盈余N 48 88 kg/hm2。长武点各施氮处理的表观氮素盈余中,约46%的氮素残留在0—1 m的土壤中,54%损失到环境中,氨挥发占总损失的15%30%;梨树点表观氮素盈余中,35%损失到环境中,其中氨挥发占总损失的54%75%,约有65%残留在0—1m的土壤中。梨树点传统施氮处理0—1 m土层的氮素残留达N 140 kg/hm2,部分残留在土壤中的氮素也将面临淋洗、硝化和反硝化等损失的风险。与优化施氮相比传统施氮氮素表观损失增加了约N 30 40 kg/hm2,除氨挥发损失外,淋洗和硝化/反硝化等也是土壤-春玉米系统中不可忽视的氮素损失途径。【结论】我国春玉米主产区农民传统的氮肥用量偏高,增产效应不明显,氮肥损失风险加剧,尤其是氨挥发损失较大,氮肥的优化潜力高达20%33%,相当于可减少施氮N 50 100kg/hm2。     

氮肥减量后移对土壤氮素供应和夏玉米氮素吸收利用的影响

采用田间试验研究了氮肥减量后移对土壤氮素供应和夏玉米氮素吸收利用的影响。结果表明,与农民习惯施肥（N 240 kg/hm2,基肥和大喇叭口追肥为1∶2）相比,氮肥减量后移（N 168 kg/hm2,基肥、大喇叭口肥和吐丝肥为1∶3∶1）处理的产量、植株干物质积累量、植株氮积累量和积累速率均没有降低,而氮肥利用率显著增加。氮肥减量后移可使耕层无机氮供应较好地与作物吸收同步,降低收获期0—100 cm土层硝态氮积累,减少氮素的田间表观损失。基于夏玉米不同生育阶段的氮素吸收特征进行氮肥减量后移可节省氮肥30%,是较为理想的氮素施用方式。     

不同施氮量对冬小麦田氮去向和气态损失的影响

该文研究氮肥对冬小麦田肥料氮素去向和气态损失的影响。通过布置田间微区试验,采用15N微区示踪技术和密闭室间歇通气法、密闭式静态箱法田间原位监测冬小麦氮肥的去向和气态损失。随着施氮量的增加,冬小麦产量和地上部吸氮量增加,但当施氮量高于150 kg/hm2时,产量出现降低的趋势,地上部吸氮比例也以土壤氮为主转变为肥料氮为主。4个施氮处理N75、N150、N225和N300的0-100 cm的土壤氮残留分别为32.6,26.8,34.7,40.6 kg/hm2。冬小麦田间土壤氨挥发排放总量随着施氮量的增加而增加,排放量在6.03～13.26kg/hm2之间,占施N量的5.4%～11.4%。N2O排放造成的氮素损失比例为0.08%～0.28%,苗期是冬小麦季N2O排放的主要时期。化肥氮在冬小麦当季作物吸收、土壤残留及损失量分别为37.2%～50.2%,26.7%～40.6%,17.4%～22.2%,且随着施氮量的增加而升高。在本试验条件下,150 kg/hm2是适宜的氮肥用量,产量最高,土壤氮残留最低,气态损失占肥料氮总损失的比例高于75 kg/hm2处理,但差异不显著(p0.05)。因此控制氮肥用量是提高氮肥利用率的一项关键措施。     

长期施用有机和无机肥对潮土氮素平衡与去向的影响

通过13年26季不同施肥方式对潮土土壤氮素平衡及去向进行定位监测的结果表明,不施氮肥土壤平均每年接受外源氮为N.23～24.kg/hm2,小麦和玉米带走N.82～88.kg/hm2,亏缺N.58.6～63.7.kg/hm2;各施氮肥处理平均每年实际盈余N.238.6～418.kg/hm2,其盈余多少顺序为1.5MNPKNNKMNPK(2)MNPKNPKNPSNPK。N、NK处理土壤接受外源氮N为4881和4876.kg/hm2,其中14.1%～20.7%被作物吸收利用,17.2%和5.2%残留在土壤,64%和72%损失;NP、NPK处理氮素去向基本一致,48%被作物利用,9.7%的残留在土壤中,55%损失;有机肥处理(MNPK)的氮素利用率、残留率和损失率分别为44.3%、23%和42%;有机肥用量增加,氮素利用率降低,损失率增加;秸秆还田(SNPK)氮素利用率最高,为51%;NK处理氮素损失最大。     

华北高产粮区基于种植制度调整和水氮优化的节水效应

冬小麦/夏玉米一年两熟是华北平原粮食作物主要的种植方式。冬小麦生育期降水少,春季灌溉是保证其高产的必要措施。基于上述问题,在华北平原高产粮区设置田间试验,研究了调整种植制度和水氮优化等措施下的节水效应。结果表明,将一年两熟的冬小麦套种夏玉米调整为冬小麦直播夏玉米,并结合水氮优化等措施,能降低作物耗水15%,提高灌溉水利用效率52%～54%,而产量并没有下降;而将一年两熟调整为两年三熟和一年一熟,尽管能降低作物耗水24%～31%,且能提高灌溉水利用效率58%～172%,但产量却下降16%～27%。综上所述,该区将现行的一年两熟制中的套种调整为直播,并加以水氮优化等措施,是目前较为适宜的种植方式。考虑到该区水资源严重短缺的现实,两年三熟制可能是未来的种植趋势,但需要挖掘其产量潜力。     

Taxonomic and functional diversity of the soil microbiome recruited from alternative crops in a rotation system

Intensive cropping is considered to contribute to negative effects both on soil physiochemical properties and on long-term grain yield, which can be alleviated by appropriate crop rotations. The soil microbial community can vary with different crop rotations, which in turn affect soil quality and grain yield. Therefore, it is of great significance to elucidate the response of the soil microbial community to crop rotation. In this study, the structural and functional changes of microbial community in different crop rotations were analyzed using high-throughput sequencing and metagenomics analysis in a field experiment. The continuous winter wheat-summer maize cropping system was the control, and three crop rotations were established in October 2016 as follows: (1) spring peanut→winter wheat-summer maize, (2) winter wheat-summer peanut→winter wheat-summer maize and (3) spring sweet potato→winter wheat-summer maize. Soil samples were collected in September 2021 for soil microbial assessment. The results showed that the relative abundance of Actinobacteriota in the soil of spring sweet potato→winter wheat-summer maize was significantly higher (15.2%) than that in the control. The relative abundance of Ascomycota was significantly higher (19.8%–23.2%) in the soil following crop rotation compared with the control. Compared with the control, spring peanut→winter wheat-summer maize enriched energy metabolism genes, and spring sweet potato→winter wheat-summer maize reduced the genes related to plant–pathogen interaction. Compared with the control, crop rotation significantly decreased the relative abundance of the inorganic phosphorus solubilization gene (gcd) and the phosphorus transport gene (upgE) and increased the abundance of organic phosphorus mineralization genes (phoA and phyA). Based on these results, we concluded that the composition of the soil microbial community and functional genes can be altered by crop rotation, and spring peanut→winter wheat-summer maize and spring sweet potato→winter wheat-summer maize had more significant effects. This study provided a reference for the selection of crop rotations in the North China Plain based on the soil microbial community and its function.     

潮土小麦–玉米轮作体系氮肥用量阈值及土壤硝态氮年际变化

  【目的】  合理施氮是粮食高产、稳产的重要保证。研究不同施氮水平下作物产量的可持续指数以及土壤硝态氮年际迁移特征，对指导黄淮海地区冬小麦–玉米轮作体系下农田氮肥的合理施用具有重要意义。  【方法】  长期定位试验始建于2006年，设置10个施氮水平:0、60、120、180、240、300、360、420、500和600 kg/hm2。测定冬小麦和夏玉米产量及土壤剖面 (0—200 cm) 硝态氮含量的年际变化特征。  【结果】  施氮水平显著影响冬小麦–夏玉米轮作体系下作物产量，施肥年限以及施肥年限与施肥量间的交互作用对小麦、玉米产量也存在极显著影响。施N 0～240 kg/hm2的处理，小麦、玉米产量随施氮量的增加逐渐增加；施N 300～600 kg/hm2的处理作物产量基本稳定，处理间差异不显著 (P > 0.05)。施氮能显著提高冬小麦产量的可持续性指数 (P < 0.05)，但对夏玉米产量的可持续指数影响较小。随着施氮量增加，土壤硝态氮含量呈现逐渐增加的趋势，且施N量低于300 kg/hm2时，0—200 cm土层硝态氮含量均处于较低水平，施氮量超过300 kg/hm2后，土壤硝态氮含量显著增加。另外，随着试验年限的延长，土壤硝态氮累积峰逐渐下移，2008、2011和2017年土壤硝态氮含量峰值分别在40—60 cm、80—120 cm和80—160 cm。  【结论】  黄淮海盐化潮土区，冬小麦–夏玉米轮作制度下氮合理用量在冬小麦上的阈值为240 kg/hm2、在夏玉米上的阈值为180 kg/hm2，在此氮肥用量下，长期施肥既可保证作物 (小麦、玉米) 稳产，又不会显著增加土壤硝态氮残留及向下迁移。     

不同种植制度与土下微膜覆盖的小麦玉米水分利用效果

针对华北平原北部水资源极度稀缺与小麦-玉米一年两熟生产水资源高耗的矛盾,在河北省平原代表性区域采用大田试验方法,在常规露地(-PM)和土下微膜覆盖(+PM)条件下设置冬小麦-夏玉米一年两熟(W-M)、冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟(W-M-M)2种种植制度,分析了不同种植模式的产量、水资源利用效果与土壤水分的时空变化动态。结果表明:土下微膜覆盖的冬小麦平均产量较露地降低3.9%~4.8%,夏玉米产量提高5.1%~6.0%,覆盖与露地的周年产量无显著差异;春玉米较夏玉米产量提高16.9%~24.6%,但两年三熟较一年两熟产量在2年周期内平均降低了13.4%。常规一年两熟平均年耗水量859.9mm,两年三熟周年比一年两熟平均减少耗水15.5%,因产量降低水分利用效率(WUE)未能显著提高;土下微膜覆盖可减少周年耗水200mm,WUE提高28.4%~36.0%,覆盖的节水效果冬小麦季好于夏玉米季,两年三熟下减少非生育期(上年夏玉米收获至翌年春玉米播种)耗水是节水的关键所在。常规露地条件下一年两熟农田水分亏损两年累计616.6~799.0mm,两年三熟比一年两熟可减少农田水分亏损38.6%~55.8%,覆盖比露地减少56.8%~73.5%,在年均降水560mm条件下土下微膜覆盖结合两年三熟基本可实现地下水和农田水分的平衡。土下微膜覆盖和减少熟制可有效平衡土体水分垂直分布、减少土壤表层水分损失。实施周年农田土下微膜覆盖结合小麦玉米两年三熟种植,是有效缓解华北水资源危机与稳定粮食生产的新型实践方法。     

基于APSIM的华北平原不同种植模式下主要温室气体排放效应评估

使用APSIM作物模型,模拟1981−2014年华北平原夏玉米、冬小麦−夏玉米、冬小麦−夏玉米−早播玉米1（提前10d）、冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）四种种植模式下土壤有机碳（SOC）变化、土壤氧化亚氮（N₂O）排放、土壤温室气体排放和产量的变化。结果表明：四种种植模式中,1981−2014年华北平原夏玉米种植模式下土壤N₂O排放量最小（514.81kg·hm⁻²）、土壤主要温室气体平均排放量最少（0.30MgCO_2-eq·hm⁻²）;冬小麦−夏玉米−早播玉米1（提前10d）种植模式下土壤有机碳平均变化量最少,为120.78kg·hm⁻²;冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）种植模式的土壤主要温室气体平均排放量次之,为0.76MgCO_2-eq·hm⁻²;四种种植模式中,冬小麦−夏玉米种植模式的平均产量最高,为23405.47kg·hm⁻²;夏玉米种植模式下土壤主要温室气体排放效应最好（GHG=0.02 MgCO_2-eq·hm⁻²）,冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）种植模式次之（GHG=0.04 MgCO_2-eq·hm⁻²）;在保证产量的前提下,考虑粮食安全、资源节约和环境友好各方面,冬小麦−夏玉米−早播玉米2（提前20d）两年三熟种植模式是华北平原较为理想的种植制度。     

不同施肥措施对沿淮区麦-玉周年产量及氮素利用的影响

沿淮砂姜黑土区,设置5种施肥措施(常规施肥、推荐施肥、推荐施肥+秸秆粉碎全量还田,推荐施肥+控失肥,推荐施肥+粉煤灰),探讨其对麦-玉轮作周年产量及氮素吸收与利用的影响。结果表明,麦-玉轮作周年产量以推荐施肥+秸秆粉碎全量还田处理最高(12921kg/hm2),推荐施肥+粉煤灰处理次之(12365kg/hm2),较常规施肥处理分别增产12.5%、7.7%。冬小麦季:籽粒产量、氮素累积量(NAA)、氮肥利用率(NUE)、氮素吸收效率(NUPE)均以推荐施肥+粉煤灰处理较高,分别为6134 kg/hm2、180.0 kg/hm2、42.1%、0.80 kg/kg;夏玉米季:籽粒产量、NAA、NUE、NUPE则以推荐施肥+秸秆粉碎全量还田处理较高,分别为6971 kg/hm2、176.5 kg/hm2、38.3%、0.65 kg/kg。本试验条件下,推荐施肥+粉煤灰处理对提高沿淮砂姜黑土区麦-玉轮作周年产量、麦-玉氮肥利用率及氮素吸收效率较好,而长期而言,推荐施肥+秸秆粉碎全量还田处理更适。     

基于DNDC模型的华北典型农田氮素损失分析及综合调控途径

氮素损失对农业生产造成的影响已成为当前研究的热点,模型是对氮素损失影响评价及定量化研究的有效手段。利用华北典型农田冬小麦-夏玉米轮作种植模式的作物产量、氮素淋失量等田间观测数据对DNDC模型进行了验证,并采用验证后的DNDC模型对该种植模式的氮素损失进行了定量评价,提出了综合考虑作物产量、氮素淋失量、N2O排放量以及NH3挥发损失的综合调控途径。结果表明,DNDC模型较好地模拟了冬小麦-夏玉米轮作系统作物的产量、氮素淋失的动态变化规律,以及土壤中NO3--N和NH4+-N的残留量,说明DNDC已具备模拟农田生态系统中土壤氮素生物地球化学过程的能力。模型模拟结果表明,在传统农业管理措施下,氮素通过淋失、N2O排放以及NH3挥发损失的量分别达到49.4 kg(N).hm-2.a-1、17.71kg(N).hm-2.a-1和144.8 kg(N).hm-2.a-1。综合考虑氮素损失途径,提出了适合当地农业生产条件的最优化管理措施,即减小当前常规施氮量到340 kg(N).hm-2.a-1,提高玉米秸秆还田率到100%,并保持灌溉量不变。相比常规管理措施,最优化管理措施氮素淋失量为14.1 kg(N).hm-2.a-1,降低71.5%,N2O排放量为14.91kg(N).hm-2.a-1,降低15.8%,NH3挥发损失量为117.2 kg(N).hm-2.a-1,降低19.1%,而对作物产量基本不造成明显影响。该评价结果可直接用于农业生产实践。     

高肥力土壤冬小麦/夏玉米轮作体系中化肥氮去向研究

冬小麦 夏玉米轮作是华北平原主要的耕作方式之一。本研究通过田间15N微区试验 ,研究了高肥力土壤条件下冬小麦 夏玉米轮作体系中化肥氮的去向。结果表明 ,在每季施氮量 1 2 0～ 3 60kg hm2 条件下 ,冬小麦对化肥氮的吸收率为 2 3 8%～44 5 % ,夏玉米为 2 6 5 %～ 5 1 1 % ,整个轮作周期为 2 8 0 %～ 5 1 6%。而后茬作物对化肥氮的吸收量较少 ,低于施氮量的 1 0 %。当季化肥氮的土壤残留率约占施氮的2 0 %～ 5 0 % ,轮作周期化肥氮的土壤残留率约占施氮的 3 0 %。当季和轮作周期化肥氮的损失量和损失率 ,均随着施氮量的提高而显著升高。当施氮量分别为 2 40kg hm2和 72 0kg hm2 时 ,整个轮作周期化肥氮的损失率分别为 1 9 0 %和 40 5 %。     

华北平原水氮优化条件下不同种植制度的水分效应研究

以华北平原冬小麦夏玉米一年两熟制、冬小麦夏玉米春玉米两年三熟制和春玉米一年一熟制轮作体系为对象,研究了不同种植制度下作物的产量、根层土壤水分动态变化和水分利用效率。结果表明,不同种植制度对产量、耗水和水分利用方面影响显著。一年两熟制下作物的产量、耗水量和水分利用效率均显著高于两年三熟制和一年两熟制,但是降雨量仅能满足总耗水量的72.9%,仍需较多地下水补充灌溉。两年三熟制降雨量能够满足作物耗水量80.4%,产量、耗水量和水分利用效率较一年两熟制分别减少23.1%,12.0%和15.8%。一年一熟制降雨量能够满足作物耗水量的89.2%,产量、耗水量和水分利用效率较一年两熟制分别减少45.2%,27.3%和30.7%。一年两熟制和两年三熟制的各层土壤水分在两年内呈现波浪型变化趋势,一年一熟制各层变化趋势较为平缓。两年三熟制和一年两熟制有利于提高土壤蓄水量,减少灌溉量,进而减少对地下水资源的抽取。两年三熟制降雨量能够较好地满足作物耗水量,产量和水分利用效率介于其它两种种植制度之间,与其它两种种植制度相比;能够兼顾水资源的可持续利用和粮食安全。春玉米高产的适宜栽培措施有待于进一步研究。