基于最小数据集的不同有机物料还田黑土土壤质量评价

【目的】研究不同种类有机物料还田对黑土质量的影响,并对土壤质量进行量化评价,为黑土资源的可持续利用提供理论依据。【方法】基于黑土区中部多年定位试验,选取无肥（CK）、单施化肥（NPK）、化肥配施玉米秸秆（NPK+JG）、化肥配施堆肥（NPK+DF）、化肥配施牛粪（NPK+NF）、化肥配施鸡粪（NPK+JF）和化肥配施猪粪（NPK+ZF）7个处理,研究不同种类有机物料还田后耕层（0～20 cm）土壤基本理化指标的变化,建立了土壤质量评价全量数据集,通过主成分分析法和皮尔森分析法筛选出最小数据集,计算各处理土壤质量指数（SQI）。【结果】不同种类有机物料对土壤基本理化指标的影响各异,NPK+DF处理土壤有机质与活性有机质含量显著高于其他处理,土壤全氮和全磷含量的最高值分别出现在NPK+DF和NPK+JF处理。土壤质量评价最小数据集是由全磷、容重和阳离子交换量三项指标组成。基于最小数据集计算出的土壤质量指数高低表现为：NPK+JF(0.780)> NPK+ZF(0.765)>NPK+DF(0.741)> NPK+NF(0.735)> NPK+JG(0.699)>...     

长期不同施肥下紫色土综合肥力演变及作物产量响应

为了综合评价长期不同施肥处理下紫色土肥力的变化趋势,寻求既能提高土壤肥力又能获得高产的紫色土科学施肥模式,该文以国家紫色土肥力与肥料效益监测基地长期定位试验数据为基础,运用内梅罗指数法对土壤综合肥力进行评价。结果表明,20 a间不同施肥处理土壤肥力发生了不同的变化趋势,长期不施肥(对照)与偏施化肥氮肥、氮钾肥土壤综合肥力指数(integrated fertility index,IFI)随着时间的推移逐渐下降,平衡施肥的氮磷钾、氮磷钾+牛粪、1.5倍氮磷钾+秸秆还田、氮磷钾+秸秆还田处理的IFI指数随着时间的变化有一定的波动,但相对于试验前都有不同程度的提高。各平衡施肥处理年均IFI值比对照分别提高34.5%,36.8%,52.3%,50.1%;通过IFI指数与各养分指标之间相关分析发现,土壤有机质、全磷、速效磷含量对紫色土土壤肥力的贡献较大;20 a产量变化趋势表明,平衡施肥产量明显高于偏施肥处理,其中长期秸秆还田配施NPK肥,增产效果最佳;相对产量与IFI指数呈S型曲线关系,紫色土IFI指数维持在1.63~2.01之间,可以实现相对最高产量;作物产量与土壤综合肥力指数二者之间呈显著的线性正相关关系,应用改良的内梅罗指数法计算的综合肥力指数能较好地反映土壤肥力状况。长期平衡施肥可以提高作物产量和土壤肥力,其中氮磷钾化肥配合秸秆还田是维持土壤肥力、实现作物高产的最佳培肥方式。     

基于主成分和聚类分析的黑土肥力质量评价

【目的】 以吉林省农业科学院 (公主岭) 国家黑土长期定位试验基地为研究平台,定量评价不同施肥措施对土壤肥力质量的影响,为建立东北黑土区合理施肥模式和土壤肥力质量定量评价体系提供科学依据。 【方法】 通过主成分和聚类分析,综合评价了长期不同培肥措施的土壤肥力质量差异。以欧氏距离作为衡量不同处理肥力差异的大小,采用最短距离法对各定位施肥处理进行系统聚类。 【结果】 长期不同施肥处理的玉米产量与土壤酶活性、土壤全量养分、速效养分、有机质、微生物碳和微生物量氮都表现出显著或极显著正相关,与土壤pH值表现出负相关趋势。玉米产量与土壤硝态氮、铵态氮没有明显的相关性。土壤生物肥力与化学肥力呈极显著的正相关关系。土壤肥力质量排序为 1.5 (NPK + M1) > NPK + M2 > NPK + M1 > NPK + M1 (R) > NPK + S > NPK > CK,其中R表示轮作。不同培肥措施的土壤肥力质量可聚为4类, 1.5 (NPK + M1) 和CK单独聚为一类,分别为土壤肥力质量最好 (一等) 和最差 (四等); NPK + M2、NPK + M1、NPK + M1 (R) 三个处理聚为一类,土壤肥力质量为二等; NPK + S和NPK聚为一类,土壤肥力质量为三等。 【结论】 长期有机肥与化肥配施土壤肥力质量明显优于秸秆还田和单施化肥处理,秸秆还田的土壤肥力质量优于化肥单施。因此,应提倡长期有机无机肥配施以提高土壤肥力质量,实现农田的可持续利用。      

不同有机物施用对油菜-红薯轮作模式下养分吸收利用的影响

探讨不同有机物施用对土壤肥力与作物养分吸收利用的影响,以达到农田培肥和提升作物养分利用效率的目的。2015年在江西省红壤研究所布置田间施肥试验,设置不施肥(CK)、常量化肥(CF)、减量化肥(RF)、全量化肥配施秸秆(CFR)、减量化肥配施秸秆(RFR)、全量化肥配施生物黑炭(CFB)、减量化肥配施生物黑炭(RFB)、减量化肥配施猪粪(RFP)、减量化肥配施蚓粪(RFV)9种不同施肥处理,研究全量化肥和减施40%化肥条件下配施不同有机物对土壤肥力及作物养分利用效率的影响。结果表明:施用有机物的各处理油菜籽粒和红薯产量较CF处理都有所增加,其中以RFP和RFV处理增产效果最为显著,其增幅分别为76.69%,75.01%和84.73%,69.72%;有机物的施用提升了土壤中有机质、全氮、全磷、速效磷和速效钾含量,在连续施肥下,土壤养分水平进一步提升;在红薯和油菜季,不论全量化肥还是减量40%化肥,配施有机物处理相比CF处理均不同程度提高了氮肥、钾肥的表观利用率和偏生产力,其中红薯季RFP处理提升效果最佳,分别达到43.22%,48.55%和22.00,21.45kg/kg,但其磷肥表观利用率和磷肥偏生产力较低,仅为1.91%和3.25kg/kg;油菜季RFV处理的肥料贡献率最高,达到80.41%,但其农学效率较低,为0.67kg/kg。因此,有机物的施用可以达到土壤培肥、增加作物产量和提高作物肥料养分利用率的目的,对于农业生产有重要意义。     

基于红壤稻田肥力与相对产量关系的水稻生产力评估

【目的】 土壤肥力是水稻产量提升的基础,研究土壤肥力质量指数与水稻产量的量化关系可以为稻田土壤培肥和产量提升提供理论参考。 【方法】 本研究基于位于江西省南昌市进贤县的红壤稻田长期肥料定位试验和县域尺度样点调研,长期试验包括不施肥 (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)、氮磷钾肥配施 (NPK)、2倍氮磷钾肥配施 (2NPK) 和有机无机肥配施 (NPKM) 处理,收集1981年、1985年、1989年、1995年、2002年、2005年、2012年和2017年的土壤pH、有机质、有效磷、速效钾和水稻产量;并于2017年在进贤县布置了58个代表性点位,获取土壤pH、有机质、有效磷、速效钾和晚稻产量数据。采用Fuzzy方法对长期试验不同施肥处理的土壤肥力质量指数进行计算,构建和验证土壤肥力质量指数与水稻相对产量的量化关系,并在进贤县进行了验证。 【结果】 在红壤性双季稻田,不同施肥处理显著影响水稻产量和土壤肥力质量指数,与CK处理相比,NPKM、2NPK和NPK处理的年平均产量分别增加了71.6%、59.1% 和36.5%;土壤肥力质量指数分别增加了64.1%、47.3% 和27.7%,且NPKM处理的水稻产量和土壤肥力质量指数分别比NPK处理增加了25.6% 和28.5%;同时,NP和NK处理的水稻产量和土壤肥力质量指数也显著低于NPKM处理,而N、P和K处理的水稻产量和土壤肥力质量指数则与CK没有显著差异。线性拟合方程发现,红壤稻田的土壤肥力质量指数增加0.1个单位,水稻相对产量增加7.2%～22.6%。县域尺度的验证结果表明,基于土壤肥力质量指数预测的水稻相对产量与实际相对产量高度吻合 (R2 = 0.5268,P < 0.01,RRMSE < 25%),表明基于土壤肥力质量指数可较准确地评估该区域的水稻生产能力。 【结论】 在红壤稻田上,化肥配施有机肥是提升土壤肥力质量和水稻产量的关键技术途径,且利用土壤肥力质量指数与水稻相对产量的量化关系可以指导该地区的土壤培肥管理和生产力评估。      

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。     

长期不同施肥模式下赤红壤旱地花生–甘薯轮作体系产量稳定性研究

  【目的】  研究不同施肥模式下赤红壤旱地花生–甘薯轮作体系中两种作物产量的稳定性，以优化作物养分管理。  【方法】  化肥定位试验和化肥配施有机肥定位试验在闽东南典型赤红壤旱地分别连续进行了15和13年，种植制度均为花生–甘薯轮作。化肥定位试验处理包括农民习惯施肥、推荐施肥以及在推荐施肥基础上不施氮、磷、钾的处理，以不施肥为对照；化肥有机肥定位试验处理包括农民习惯施肥、推荐施肥以及以商品有机肥、猪粪和稻草替代1/3推荐施氮量处理，以不施肥为对照。根据历年花生和甘薯产量，计算了产量的可持续性指数和变异系数，构建一元灰色线性模型，计算了不同施肥模式的长期趋势产量。  【结果】  长期化肥定位试验中，推荐施肥处理的花生和甘薯产量均值显著高于其它5个处理；在长期有机无机肥配合试验中，3个有机无机肥配施处理的产量均高于推荐施肥处理。花生和甘薯化肥推荐施肥的产量可持续指数 (SYI) 分别为0.729 ± 0.019和0.501 ± 0.028，化肥配施猪粪花生的SYI为0.689 ± 0.013，显著高于推荐施肥和化肥配施稻草处理，与配施商品有机肥处理差异不显著；化肥配施稻草甘薯的SYI为0.514 ± 0.029，显著高于推荐施肥处理和化肥配施商品有机肥处理，与化肥配施猪粪处理的差异不显著。一元灰色线性模型显示，推荐施肥处理的花生和甘薯趋势产量均值分别为3780和19408 kg/hm2，均显著高于其他化肥处理。化肥配施猪粪的花生趋势产量均值为3492 kg/hm2，在95%置信区间，显著高于推荐施肥和其余两个有机无机肥配施处理；化肥配施稻草处理甘薯的趋势产量均值为17567 kg/hm2，显著高于推荐施肥处理和化肥配施商品有机肥处理，与化肥配施猪粪处理没有显著差异。产量可持续性指数较变异系数可更加有效地区分不同处理之间的产量波动差异，与产量的绝对高低没有关系。  【结论】  化肥推荐施肥有利于提高赤红壤旱地轮作体系中花生和甘薯的产量；猪粪或商品有机肥替代1/3的化肥氮均可提高花生产量的稳定性和增产潜力，而稻草或猪粪替代1/3的化肥氮对甘薯产量及其稳定性最为有利。     

长期施肥红壤稻田肥力与产量的相关性及县域验证

  【目的】  土壤肥力是水稻生产可持续发展的基础资源，研究长期施肥下红壤稻田土壤肥力变化特征以及土壤肥力质量指数 (SFI) 和水稻产量之间的相关性，以期科学指导红壤稻田土壤培肥和评估区域水稻产量。  【方法】  本研究基于1982年开始的红壤稻田有机无机肥配施长期定位试验，采用模糊评判法计算不同施肥处理的SFI，建立SFI和水稻产量之间的拟合方程，并结合典型县域数据对拟合方程进行验证。  【结果】  经过30年的培肥，M (有机肥)、NKM (氮钾肥 + 有机肥)、NPM (氮磷肥 + 有机肥)、PKM (磷钾肥 + 有机肥)、NPKM (氮磷钾肥 + 有机肥)、NPK (氮磷钾肥) 处理的SFI随施肥年限延长均呈缓慢线性增长趋势，年均增长0.0035～0.0136，而不施肥对照的SFI逐年下降。PKM和NPKM处理的年均SFI最高，比CK处理分别增加了70.6%和68.4%。5个施有机肥处理的年均SFI均高于单施化肥的NPK处理。线性拟合结果发现，1984、1988、1994、1998、2004、2008、2012年等7个年份的年均SFI与年均水稻绝对产量、相对产量呈显著线性正相关关系 (P < 0.05)，相关系数分别为0.708、0.683。县域尺度的验证结果表明，基于SFI预测的水稻绝对产量、相对产量与实际的绝对产量和相对产量 (RRMSE均小于25%) 均高度相符。  【结论】  有机肥的投入是红壤稻田提高土壤肥力的有效措施，在红壤丘陵双季稻区，SFI和水稻产量之间存在显著的线性正相关关系，且SFI和水稻产量尚有一定的提升潜力。通过SFI和水稻产量的关系模型预测评估该稻区县域的水稻产量是可行的。     

长期定位施肥对两种小麦耕作系统土壤肥力的影响

为寻求既能提高土壤肥力又能改善土壤环境的科学施肥模式,本研究以黄土高原长武30 a长期小麦连作和小麦–豌豆两个轮作系统为研究对象,以长期肥料定位试验(包括氮磷+有机肥配施NPM、氮磷配施NP、单施磷肥P、单施氮肥N、单施有机肥M和CK)土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全磷和全钾为基础数据,应用土壤的综合肥力指标值(integrated fertility index,IFI)对长期定位施肥的土壤肥力进行定量综合评价。结果表明:①小麦-豌豆轮作系统在不同施肥处理下土壤养分含量普遍高于小麦连作系统,且在两种耕作系统下施用氮磷+有机肥各养分含量增幅明显。②各处理间土壤综合肥力指数表现为:小麦–豌豆轮作+NPM>小麦连作+NPM>小麦–豌豆轮作+NP、小麦连作+NP>小麦–豌豆轮作+P、小麦连作+P>小麦连作+M>小麦–豌豆轮作+不施肥>小麦连作+不施肥。③小麦连作系统有机质,全磷、全氮和速效磷与土壤综合肥力指数IFI之间呈显著相关关系,碱解氮和速效钾与IFI不相关;在小麦–豌豆轮作系统中,碱解氮与全磷对IFI呈显著正相关关系。综上,综合肥力指数能较好地反映土壤肥力状况,长期施用氮磷+有机肥相较单施氮磷肥、有机肥的土壤综合肥力要高,小麦–豌豆轮作系统土壤综合肥力优于小麦轮作系统,且不同耕作系统对土壤养分和土壤肥力的关系有一定的影响。     

基于CT扫描技术研究有机无机肥长期配施对土壤物理特征的影响

  【目的】  研究长期有机无机肥配施对土壤孔隙特征、土壤水分参数等土壤剖面物理特征的影响，深入认识有机无机肥配合施用效果的机理。  【方法】  试验基于渭北旱塬12年苹果园长期定位试验，设不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK) 和有机无机肥配施 (MNPK) 3个处理，采用CT扫描法定量分析了0—40 cm土壤样品中大孔隙 (>1000 μm) 的数量，计算了大孔隙度及大孔隙在土壤剖面中的分布特征, 同时采用常规方法测定了0—10、10—20和20—40 cm土壤样品的土壤容重、田间持水量及饱和导水率等。  【结果】  1) 相比NPK处理，有机无机肥配施对0—20 cm土层土壤大孔隙度有提高的趋势，在20—40 cm土层，有机无机肥配施相比单施化肥土壤大孔隙度提高了91.7% (P < 0.05)；MNPK处理土壤大孔隙数量在3个土层均为最大，在0—10和20—40 cm土层，分别较NPK处理提高了38.4%和54.8% (P < 0.05)。NPK处理大孔隙数量在0—10和10—20 cm分别显著高于CK。2) 与不施肥相比，单施化肥除10—20 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量有明显升高外，其它土层没有明显变化，而有机无机肥配施0—10、20—40 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量较不施肥均有明显提升；有机无机肥配施相比不施肥、单施化肥在不同土层的土壤容重均为最小，而20—40 cm土层单施化肥的土壤容重较不施肥提高了2.8% (P > 0.05)。3) 相关分析表明，土壤大孔隙数量、大孔隙度与田间持水量、土壤饱和导水率呈极显著正相关 (P < 0.01)，与土壤容重呈极显著负相关 (P < 0.01)，而与土壤机械组成无显著相关性。  【结论】  相比单施化肥，长期有机无机肥配施改善了苹果园0—40 cm土层土壤的大孔隙状况和土壤的持水、导水性能，在20—40 cm土层效果更明显，有机无机肥配施可改善渭北旱塬苹果园土壤物理性质。     

天津地区不同冬绿肥培肥土壤的效果

  【目的】  研究天津地区长期冬绿肥–春玉米轮作体系对土壤性质的影响,探讨该模式对土壤综合肥力的贡献。  【方法】  田间定位试验于2012—2019年在天津进行,供试作物为春玉米,冬绿肥处理包括冬绿肥二月兰(Orychophragmus violaceus L.)、毛叶苕子(Vicia villosa Roth L.)、黑麦(Secale cereale L.)、黑麦草(Lolium L.)、毛叶苕子二月兰混播、毛叶苕子黑麦混播及冬闲对照,共7个处理。测定土壤理化性质及酶活性,并通过主成分分析方法分析种植不同冬绿肥及其组合对土壤综合肥力的贡献。  【结果】  冬绿肥–春玉米轮作均显著增加了土壤有机质、全氮、全磷、有效磷、速效钾、微生物量碳、微生物量氮含量,同时增加了土壤饱和持水量,降低了土壤EC值。与冬闲–春玉米处理相比,冬绿肥–春玉米轮作土壤细菌数量、真菌数量、放线菌数量分别提高26.67%～75.89%、61.9%～97.9%和51.4%～92.1%,土壤脲酶活性显著增加6.59%～20.47%。毛叶苕子黑麦混播、毛叶苕子、黑麦处理显著提高土壤磷酸酶活性,黑麦、黑麦草处理显著提高土壤蔗糖酶活性,毛叶苕子二月兰混播、毛叶苕子处理显著提高土壤过氧化氢酶活性,毛叶苕子、黑麦草、二月兰和黑麦处理显著提高土壤多酚氧化酶活性。主成分分析结果表明冬绿肥种植显著提高土壤综合肥力,特别是冬绿肥混播种植,提升效果从高到低排序为毛叶苕子二月兰混播>毛叶苕子黑麦混播>毛叶苕子>二月兰>黑麦草>黑麦。  【结论】  华北春玉米种植区,长期冬绿肥种植显著改善了土壤理化性质和生物学性质,提高了土壤综合肥力水平,冬绿肥混播处理对土壤综合肥力贡献高于冬绿肥单播处理。     

连续种植翻压紫云英减施化肥对江西早稻产量、品质及土壤肥力的影响

  【目的】  研究化肥减施下紫云英不同翻压量对南方双季稻区早稻产量和稻米品质的影响,以期为南方稻田化肥减施和优质稻米生产提供理论依据。  【方法】  多年定位试验始于2008年,试验点位于江西省鹰潭市余江区,设冬闲不施肥对照(CK)、冬种紫云英不施肥(MV)、施用100%化肥(F₁₀₀,常规施肥)、施用15000 kg/hm2紫云英+80%化肥(G₁F₈₀)、22500 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G_1.5F₈₀)、30000 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G₂F₈₀)、37500 kg/hm2 紫云英+80%化肥(G_2.5F₈₀)共7个处理。分析了减施化肥条件下翻压不同量紫云英对水稻多年产量、产量构成以及2020年早稻稻米外观品质、淀粉、蛋白质、脂肪含量以及氨基酸组分的影响。  【结果】  化肥减量20%条件下,翻压不同量的紫云英提高了水稻产量和有效穗数,G₂F₈₀和G_2.5F₈₀处理相对常规施肥处理(F₁₀₀)水稻多年平均产量分别增加了6.3%和8.0%,其中G_2.5F₈₀处理的产量达7.17 t/hm2,有效穗数较F₁₀₀处理显著提高7.4%。翻压不同量紫云英能够影响土壤理化性质,其中G₂F₈₀处理能在维持土壤速效养分含量的基础上,较F₁₀₀处理显著提高土壤有机质13.1%、全氮12.8%。减量化肥条件下紫云英翻压量较低时,会降低稻米外观品质和蒸煮食味品质,G_2.5F₈₀处理稻米外观品质与蒸煮食味品质与F₁₀₀处理无显著差异。相较F₁₀₀处理,G_2.5F₈₀处理稻米蛋白质含量和氨基酸总量分别提高了19.1%和59.4%,MV处理的人体必需氨基酸含量提高了49.8%;G_1.5F₈₀处理的赖氨酸和异亮氨酸含量最高,相较F₁₀₀处理分别增加了147.6%和145.7%。  【结论】  化肥减施下翻压紫云英能够有效改善土壤肥力,进而提高水稻产量和稻米的营养品质,但紫云英翻压量较低时在一定程度影响了稻米的外观品质和蒸煮食味品质。其中翻压37500 kg/hm2紫云英配施80%化肥综合效果最好。     

河西绿洲灌区玉米间作绿肥根茬还田的氮肥减施效应

  【目的】  明确玉米与间作豆科绿肥根茬还田生产方式在河西绿洲灌区的氮肥减施效应。  【方法】  玉米间作豆科绿肥,绿肥(针叶豌豆和毛叶苕子)地上部乂割做饲草根部还田,定位试验位于甘肃河西绿洲,始于2011年,至本试验取样时已进行了10年。试验共设8个处理,包括无绿肥根茬还田条件下后茬玉米不施肥对照,施常规量氮肥(N 375 kg/hm2),只有针叶豌豆、毛叶苕子根部还田,以及根部还田配合常规氮肥量的80%、90%。于2020年玉米收获后测产,并测定了玉米秸秆和籽粒氮、磷、钾养分含量,同时分析了0—20 cm土壤有机质、速效氮磷钾含量及土壤氮库(全氮、有机氮、无机氮、颗粒态有机氮、可溶性有机氮、土壤微生物量氮)。  【结果】  与常规施氮肥相比,根茬单独还田降低了玉米产量;绿肥根茬配施80%、90%常规量氮肥处理之间的玉米籽粒产量没有显著变化,其中针叶豌豆配合80%常规量氮肥还显著增加了玉米产量7.6%;玉米地上部氮磷钾累积量略有增加,而籽粒氮、磷、钾养分累积量分别增加了31.7%～56.4%、37.8%～60.0%、61.7%～96.8%;玉米氮肥农学效率、偏生产力、氮素吸收效率和氮肥表观利用率均显著增加,以针叶豌豆根茬配施80%常规量氮肥处理的增加幅度最高,增加值分别为43.6%、34.5%、107.9%、35.8个百分点 (P<0.05)。采用改进的内梅罗指数法对土壤综合肥力进行评价,以针叶豌豆根茬还田配施80%常规量氮肥处理提升土壤肥力的效果最为显著,土壤综合肥力指数较常规施氮肥处理提升23.0%。偏最小二乘法路径模型和聚合增强树分析表明,施肥处理主要通过调节土壤氮贮量影响玉米产量,土壤全氮、无机氮对产量的贡献率较高,分别为36.5%、26.8%。  【结论】  绿肥根茬连续还田条件下,减少后茬玉米氮肥常规用量的20%可维持甚至提高玉米产量,大幅提升玉米的氮磷钾吸收量和氮肥表观利用率。根茬还田配合适量氮肥可以通过提升土壤氮库贮量提高土壤综合肥力。在河西走廊,玉米产量和环境效益俱佳的栽培管理方式是针叶豌豆根茬还田配合80%的常规氮肥用量,毛叶苕子根茬还田配合80%～90%的常规氮肥用量。     

土壤有机碳储量与外源碳输入量关系的建立与验证

  【目的】  土壤有机碳是土壤肥力的核心，外源碳的输入量是影响土壤有机碳的主要因素之一。建立外源碳输入量与土壤有机碳储量的内在联系，对深入了解土壤有机碳的形成和土壤肥力的定量提升具有重要意义。  【方法】  利用我国南方红壤典型农田长期 (25年) 和短期 (8年) 定位试验平台，选择25年长期施肥试验中CK (不施肥)、NP (氮磷化肥配施)、NPK (氮磷钾化肥配施)、NPKM₁ (NPK与有机肥配施)；1.5NPKM₁ (1.5倍NPKM₁) 和M₂ (单施有机肥) 6个处理的数据，建立外源碳输入量与土壤有机碳储量的变化量及土壤有机碳储量的关系；选择8年短期施肥试验中T₀ (氮磷钾配施)、T₁ (NPK与15 t/hm2有机肥配施)、T₂ (NPK与30 t/hm2有机肥配施) 和T₃ (NPK与45 t/hm2有机肥配施) 4个处理的数据，对长期试验建立的关系进行验证。  【结果】  与CK相比，长期施用化肥 (NP和NPK) 处理下年均根茬碳输入量显著增加了0.45～0.75 t/hm2；长期单施有机肥 (M₂) 及有机肥配施化肥 (NPKM₁和1.5NPKM₁) 处理下年均根茬碳输入量为1.59～9.36 t/hm2，显著高于CK、NP和NPK处理 (P < 0.05)；而短期化肥 (T₀) 和有机肥配施化肥 (T₁、T₂和T₃) 处理间年均根茬碳输入量没有显著差异。长期NP、NPK、NPKM₁、1.5NPKM₁和M₂处理下，土壤有机碳储量均能达到稳定值 (即有机碳储量不再随试验年限的增加而变化)，分别为24.01、25.16、48.44、48.46和49.83 t/hm2。长期不同施肥处理下土壤有机碳储量的矿化量平均为4.69 t/hm2，维持初始土壤有机碳储量需要累积外源碳输入的量为8.52 t/hm2；通过长期土壤有机碳储量的变化量与外源碳输入量的关系来预测土壤有机碳储量时存在17%的误差，并低估了土壤有机碳储量的增加量；在考虑初始土壤有机碳储量存在差异的情况下，通过土壤有机碳储量与外源碳输入量的关系来预测土壤有机碳储量时仅存在3%的误差；根据土壤有机碳储量与外源碳输入量的关系，维持初始有机碳储量 (SOC_a) 所需外源碳的量为54.35 × [34.62/(48.71 ? SOC_a) ? 1]，提升土壤有机碳储量到SOC_b时所需外源碳的量为1881.60 × (SOC_b ? SOC_a) / [(48.71 ? SOC_b) × (48.71 ? SOC_a)]。  【结论】  根据初始土壤肥力状况，通过土壤有机碳储量与外源碳输入量的关系，可以准确量化土壤有机碳提升所需外源碳输入量。     

长期翻压绿肥对提高灌漠土土壤肥力和作物产量的贡献

  【目的】  研究河西绿洲灌区灌漠土长期施用绿肥培肥土壤和作物增产的机理。  【方法】  灌漠土培肥武威长期定位试验始于1988年,种植制度为小麦/玉米间作,供试绿肥为箭筈豌豆。选择绿肥磷肥配施(GP)、绿肥氮磷配施[1/2 (G+N) P]、氮磷配施(NP)、空白对照(CK) 4个处理,调查了作物产量和产量构成因素;2018年取0—20 cm耕层土壤样品,测定pH、有机质和养分含量。  【结果】  GP和1/2 (G+N) P处理均显著提高了灌漠土土壤肥力和作物产量。与试验初始值相比,GP、1/2 (G+N) P处理土壤有机质31年后分别增加了68.8%、56.6%,全氮分别增加了75.8%、56.3%,全钾分别增加了16.1%、18.0%,而全磷分别降低了20.3%、27.8%;与NP处理相比,GP和1/2 (G+N) P处理土壤有机质分别增加了29.0%、19.6%,全氮分别增加了43.3%、27.4%,全磷分别增加了18.4%、7.2%,全钾分别增加了1.7%、3.3%。GP和1/2 (G+N) P处理的小麦产量与NP处理差异显著,分别较NP处理增加305 kg/hm2、248 kg/hm2,增幅分别为8.0%、6.5%。NP和1/2 (G+N) P处理的玉米产量与GP处理差异显著,分别较GP处理增加1538 kg/hm2、1503 kg/hm2,增幅分别为20.3%、19.8%。小麦/玉米间作体系下,GP、1/2 (G+N) P处理的31年肥料贡献率(FCR)平均分别为0.53、0.59,变异系数(CV)分别为0.23、0.20,可持续性指数(SYI)分别为0.54、0.62。  【结论】  绿肥与氮磷化肥配施均能持续显著提高土壤有机质、全氮、全钾含量,提高肥料贡献率及作物产量稳定性和可持续性。小麦、玉米产量与土壤全磷和有效磷含量显著相关。因此,采用适宜绿肥用量和增加氮磷化肥用量的绿肥化肥配施方式,是甘肃河西绿洲灌区灌漠土上小麦玉米生产经济和生态效益双赢的施肥方式。     

低肥力土壤施用氮磷钾肥影响柏木家系根系发育和养分吸收对钙肥的响应

  【目的】  探讨柏木(Cupressus funebris Endl)家系在不同养分条件下根系发育和营养吸收对钙添加的响应，为提高柏木苗木质量和林木生产力及造林地选择提供理论依据。  【方法】  以柏木5个家系的1年生幼苗为材料，分别在施3 g/kg NPK肥和未施NPK肥两小区内，设置施CaSO₄ 0、3和6 g/kg (依次记为Ca₀、Ca₃和Ca₆) 3 个水平，分析柏木家系生长与根系形态及氮磷钙吸收量对钙肥添加的响应。  【结果】  在施 3 g/kg NPK肥的小区中，添加钙对柏木的苗高、干物质量积累和氮磷吸收量影响不显著，抑制了D2和D3径级根系的发育；柏木钙吸收量在Ca₆处理下最高，比Ca₀处理提高73.86%；柏木苗高、干物质量及氮磷钙素的吸收量在家系间差异显著，T2家系表现最好。在未施NPK肥的小区中，Ca₃处理明显提高了柏木的苗高、根干物质量和茎干物质量，增加了磷和钙的吸收量，分别比Ca₀处理高出9.15%、19.85%、16.67%、27.46%和44.02%；Ca₆处理提高了钙吸收量，比Ca₀处理高出39.95%，但抑制柏木幼苗苗高和D1~D4径级根系的发育。不论施NPK肥与否，家系与钙处理对柏木的株高和根干物质量存在着显著的互作效应。  【结论】  在低肥力土壤上，施用氮磷钾肥会降低钙肥对柏木苗生长和养分吸收的影响，应选择优良家系进行育苗造林，不需要增加钙肥；在不施用氮磷钾肥时，应添加少量钙肥(CaSO₄ 3 g/kg)，以促进苗木对钙和磷的吸收。     

玉米–绿肥轮作体系下光叶紫花苕的氮肥替代和土壤肥力提升效应

  【目的】  研究光叶紫花苕 (Vicia villosa Roth var. glabrescens)不同 翻压量对玉米生长及土壤性状的影响,明确绿肥的养分供应潜力,为玉米–绿肥轮作系统中的化肥减施提供科学依据。  【方法】  于2018和2019年在云南省嵩明县开展玉米 (黑糯1号) 田间试验,共设5个处理:冬闲 (CK);不施氮肥但翻压绿肥光叶紫花苕15000 kg/hm2 (G1)、30000 kg/hm2 (G2)、45000 kg/hm2 (G3);冬闲+常规氮肥N 270 kg/hm2 (FN)。光叶紫花苕冬季种植,在玉米播种前翻压。在玉米收获期,测定玉米地上部氮、磷、钾含量和积累量,测定产量和产量构成因素,同时测定土壤全量和速效氮磷钾含量、pH和有机质含量。  【结果】  2018年各绿肥处理G1、G2、G3的玉米产量分别相当于FN处理的78.14%、88.88%及92.86%,2019年G1、G2、G3处理的产量水平相当于FN处理的98.92%、104.22%和113.91%,相较第一年,次年各绿肥处理产量水平有较大幅度增长;2018和2019年各绿肥处理株高、穗位高、秃穗长及单穗重等相较于FN多无显著差异;2018年FN处理籽粒氮含量显著高于其他各处理,秸秆氮含量显著高于CK和G1处理。2019年G3处理地上部氮积累量比FN、G1处理分别显著提高42.02%、33.91%。2018年玉米FN处理地上部磷积累量显著高于CK和G1处理,钾积累量各施肥处理间无显著差异。2019年,4个施肥处理间磷积累量无显著差异,3个绿肥处理的钾积累量均显著高于FN处理;2018年各处理土壤养分含量无显著差异,2019年随绿肥翻压量的增加土壤碱解氮、速效钾、全氮及有机质含量等显著增加,即土壤培肥效果随绿肥应用年限增加有所提升;聚合增强树分析表明,土壤全氮及单穗重对玉米产量的贡献率最大,均为20.89%。  【结论】  无需施用氮肥,第一年翻压高量光叶紫花苕,第二年翻压常量光叶紫花苕即可为玉米提供与常量氮肥相当的氮素养分,获得相近甚至更高的玉米产量。连续两年翻压绿肥后,土壤速效及全量氮、钾及有机质含量均有显著的提升效果。     

绿肥配施化肥对岩溶区水稻土壤细菌群落结构的影响

  【目的】  研究绿肥翻压对岩溶区稻田土壤养分状况和土壤细菌群落特征的影响,为岩溶区绿肥替代化肥提供理论依据和数据支撑。  【方法】  绿肥–水稻轮作田间试验连续进行了3年,供试绿肥为紫云英(桂紫7号)。试验共设置3个处理:单施化肥(CK)、单种绿肥(MV)和绿肥配施化肥(MF)。利用Illumina Novaseq PE250高通量测序技术测定了0—20 cm土壤细菌群落,分析了施肥方式对岩溶区水稻土壤细菌群落多样性和群落特征及共现网络模式的影响。  【结果】  与CK相比,MV和MF处理增加了土壤有机碳、全氮和碱解氮含量,降低了土壤pH、速效钾含量和C/N值。不同施肥处理的稻田土壤细菌多样性指数均无显著性差异。岩溶区稻田土壤优势细菌菌群为绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和酸杆菌门(Acidobacteria)等。在属水平上,地杆菌属(Geobacter)、厌氧绳菌属(Anaerolinea)、RBG-16-58-14等为岩溶区石灰性稻田土壤的优势菌属。与CK相比,MF处理显著增加了新鞘脂菌属(Novosphingobium)、互养棍状菌属(Syntrophorhabdus)、苯基杆菌属(Phenylobacterium)的相对丰度,降低了脱硫酸盐菌属(Desulfatiglans)的相对丰度。共现网络分析表明,CK和MV处理的细菌共现网络结构相似,而MF处理增加了土壤细菌网络复杂性及变形菌门、拟杆菌门等富营养性细菌的相对丰度。RDA分析结果表明,土壤速效钾、交换性钙离子和全氮是影响土壤细菌群落组成变化的关键环境因子。  【结论】  绿肥翻压配施化肥,可提高土壤养分和富营养性细菌的相对丰度,效果优于单施化肥和单种绿肥处理,对于维持岩溶区稻田生态系统的可持续发展有重要意义。     

绿肥生产利用方式对云南高原红壤理化性状及玉米产量的影响

[目的]比较不同绿肥作物及其不同翻压方式对云南高原红壤理化性状的作用,为云南高原红壤持续高产稳产制定简易高效的绿肥利用技术提供理论依据.[方法]2011—2019年以玉米为主要作物,在云南高原红壤上进行了绿肥生产利用田间定位试验,试验设冬闲–玉米(CK)、种植并翻压肥田萝卜–玉米(R)、种植并翻压光叶紫花苕子–玉米(V...