塿土冬小麦–夏玉米轮作体系有机肥替代化肥比例研究

【目的】 有机肥替代部分化肥是实现我国化肥零增长目标的重要措施之一。探讨特定环境条件下有机肥替代化肥比例的作物产量效应及氮效率,可为合理利用有机肥资源提供科学依据。 【方法】 通过两年不同有机无机配施比例探讨陕西关中塿土冬小麦–夏玉米轮作体系产量及氮效率的响应。试验设对照不施肥 (CK)、氮磷钾100%由化肥提供 (NPK)、75%NPK + 25%有机肥氮 (25%M)、50%NPK + 50%有机肥氮 (50%M)、25%NPK + 75%有机肥氮 (75%M) 和全部氮由有机肥提供 (100%M),共6个处理。 【结果】 与对照相比,各施肥处理均能不同程度地提高小麦、玉米产量及其总产量。在不同有机无机配比的处理中,随着有机氮替代比例的增加产量表现为先增加后降低的趋势,75%M处理的作物产量最高。不同施肥处理,两个轮作年氮回收率的变化范围分别为35%～43%和38%～61%;氮农学效率的范围分别为12.3～18.3 kg/kg和17～24 kg/kg;氮偏生产力范围分别为41.4～46.5 kg/kg和44～51 kg/kg;氮生理效率范围分别为31～47 kg/kg和34～46 kg/kg。总体而言,75%M处理的氮效率高于其它处理。小麦–玉米轮作两年之后,施肥处理0—100 cm土层硝态氮残留量为11～133 kg/hm2,以NPK处理最高。氮平衡结果显示,50%M、75%M和100%M均有一定的氮素盈余,盈余量为33～120 kg/hm2,其中以100%M处理的盈余量最大。25%M和NPK处理有一定亏缺,分别为N 19.6 kg/hm2和40.3 kg/hm2。另外,两个轮作年的年均经济收益大小为75%M > 50%M > 25%M > NPK > 100%M,其中75%M处理的年收益最高为19906元/hm 2,100%M处理的年收益最低为16634元/hm2。 【结论】 经过小麦–玉米两个轮作年,有机肥替代75%化肥氮可以提高作物产量和氮效率,增加年经济效益,同时有效减少土壤硝态氮的残留量。      

有机肥等氮量替代化肥对土壤养分及酶活性的影响

通过5年定位试验,研究有机肥等氮量替代化肥对玉米地土壤养分及酶活性的影响,探索有机肥等氮量替代化肥,实现化肥减量增效。田间试验设置5个不同施肥处理:(1)100%化肥氮(CK);(2)25%有机肥氮+75%化肥氮(M25);(3)50%有机肥氮+50%化肥氮(M50);(4)75%有机肥氮+25%化肥氮(M75);(5)100%有机肥氮(M100)。研究结果表明:与CK相比,有机肥替代处理的土壤全氮和碱解氮含量在2019年(施肥第4年)和2020年(施肥第5年)均无显著差异,全磷含量在2019年无显著差异,但在2020年有机肥替代处理的土壤全磷含量均比CK少,其中M50、M75、M100处理为0.89、0.91、0.90 g/kg,与CK相比分别显著减少17.87%、15.24%、16.47%,M25处理与CK相比差异不显著。在2019和2020年试验中,M100处理的土壤有效磷含量为31.03～36.37 mg/kg,与CK相比,M100处理显著提高了土壤有效磷含量;在2020年试验中,各有机肥替代处理的土壤有效磷含量显著大于CK。与CK相比,有机肥替代处理的土壤脲酶活性和磷酸酶活性均无显著差异。试验中,有机肥替代化肥处理的穗长、穗粗、穗行数、行粒数较CK均无显著差异,但有机肥替代处理的秃尖在2020年均比CK小,其中M25、M50、M75、M100处理比CK分别减少28.57%、26.53%、14.29%、24.49%,并且与CK相比,M75、M100处理的百粒重分别显著增加10.14%～14.17%、20.54%。与单施化肥相比,有机肥等氮量替代化肥不会降低土壤养分含量(除全磷含量有所降低)和土壤酶活性,还可以在一定程度上增加玉米籽粒百粒重,减少秃尖长,优化玉米穗部性状,减少化肥的施用。因此,有机肥等氮量替代化肥是一种节肥、增效、环保的施肥方式。     

有机肥替代化肥不同比例对黑土土壤微生物学性质及春麦产量品质的影响

有机肥替代化肥对于提高土壤质量、改善农村和农业生产环境具有十分重要的现实意义。研究通过分析有机肥不同比例替代化肥对黑土土壤微生物生物量碳氮、土壤酶活性以及春麦籽粒产量品质等方面的影响,探讨该地区适宜的有机肥替代化肥减施比例。试验设置了不施肥(CK)、100%化肥(100%NPK)、25%有机肥+75%化肥(25%M)、50%有机肥+50%化肥(50%M)、100%有机肥(100%M)5个处理,有机替代无机比例以氮素用量计算,即有机氮替代化肥氮素的25%、50%、100%。于2019年8月春麦收获期采集土壤样品(0～20 cm)和小麦籽粒样品,测定分析了土壤生物肥力指标、小麦籽粒产量、品质等指标,并进行综合评价。结果表明,1)不同施肥处理之间土壤微生物生物量差异不同。25%M处理微生物生物量碳氮均达到最大值,与CK相比,其土壤微生物生物量碳氮分别提高了9.67%、28.64%,适量的有机无机肥料配合施用可以使土壤保持较高的微生物生物量。2)不同施肥处理对土壤酶活性有显著影响,与CK相比,各施肥处理土壤β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶以及亮氨酸氨基肽酶活性均有不同程度的提高,其中全量有机肥和25%有机替代施肥处理显著提高了土壤酶活性。3)在小麦籽粒产量方面,处理间差异显著,与CK相比,各施肥处理产量增加了0.82%～24.34%,100%NPK和25%M这2个处理籽粒产量最高,二者差异不显著。作物氮肥农学效率、氮肥偏生产力与小麦产量对不同施肥处理的响应一致。100%NPK处理小麦籽粒、面粉及面团品质最高,有机肥处理(25%M、50%M和100%M)提升了小麦籽粒品质和面团品质的大部分指标,依然达到了优质中筋或强筋小麦的标准。4)通过对各处理经济效益的分析,从粮食增产的角度出发,以25%M处理投入产出比最小,可以有效提高肥料资源利用率,增加小麦产量,优化农业资源配置。综合分析有机肥替代化肥不同比例的3个处理,25%M处理在改善土壤生物学活性、增加春麦产量和改善品质方面的效果良好,同时可以提高氮肥农学效率和氮肥偏生产力,增加经济效益。     

有机-无机肥不同配施比例对水稻氮素吸收利用率的影响

在等氮量替代条件下,以武运粳29号为供试材料,设置不施氮肥(M0)作为空白对照,单施化肥(M1),以及25%有机肥(M2)、50%有机肥(M3)、75%有机肥(M4)、100%有机肥(M5)替代化肥6个处理,研究有机-无机肥不同配施比例对水稻氮素吸收利用率的影响。结果表明:(1)在水稻生育前期,化肥施用比例高的处理土壤速效氮含量高;到水稻生育后期,有机肥替代比例高的处理土壤速效氮含量高。(2)50%有机肥替代化肥水稻产量最高。(3)50%有机肥替代化肥能够显著提高水稻的氮素累积量。(4)100%有机肥替代化肥处理水稻氮素籽粒生产效率最低,单施化肥处理水稻氮素籽粒生产效率最高。(5)50%有机肥替代化肥,在保证水稻高产的同时,显著增加水稻氮素累积量,并使水稻氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力均得到明显提高。说明提高水稻氮素吸收利用效率,在等氮量替代条件下,50%有机肥替代化肥是一种相对适宜的比例。     

施氮量对砂姜黑土小麦-玉米轮作体系N_2O排放的影响

砂姜黑土是黄淮海平原重要的中低产土壤,由于其剖面含有砂姜层,易产生裂隙,影响了氮素在土壤剖面的迁移分布,可能导致砂姜黑土的N_2O排放存在一定的独特性。基于此,本研究以砂姜黑土小麦-玉米轮作体系为研究对象,设置4个处理,分别为不施肥(CK)、传统施肥(TR)、优化施肥(OPT)和再优化施肥(ZOPT),通过静态箱-气相色谱法结合常规土壤参数的监测与分析,探究砂姜黑土不同施氮条件下N_2O排放特征、累积排放量及关键驱动因素。结果显示,砂姜黑土小麦季的N_2O平均排放通量为14.2～21.6μg·m~(-2)·h~(-1),累积排放量为0.82～1.24kg(N)·hm~(-2);玉米季的N_2O平均排放通量为14.4～24.5μg·m~(-2)·h~(-1),累积排放量为0.42～0.71 kg(N)·hm~(-2);不同处理小麦季的N_2O累积排放量均高于玉米季。小麦季追肥期与基肥期的N_2O累积排放量分别为0.27～0.41 kg(N)·hm~(-2)和0.55～0.83 kg(N)·hm~(-2),玉米季分别为0.18～0.30 kg(N)·hm~(-2)和0.24～0.41 kg(N)·hm~(-2),追肥期N_2O累积排放量均高于基肥期。相关性分析结果显示, CK处理的N_2O排放量与土壤温度、含水量和硝酸盐含量均表现出明显的多元线性相关(P0.05), TR、OPT和ZOPT仅与土壤硝酸盐含量呈极显著多元线性相关(P0.01),而与土壤温度和土壤含水量未表现明显的相关性,说明施肥条件下,土壤硝酸盐含量的高低成为影响砂姜黑土农田土壤N_2O排放最关键的影响因素。除此之外,不同施氮量的N_2O累积排放量差别明显(P0.05), TR处理的N_2O排放量最高,小麦玉米季分别为1.24 kg(N)·hm~(-2)和0.71 kg(N)·hm~(-2),显著高于OPT处理[0.99 kg(N)·hm~(-2)和0.51 kg(N)·hm~(-2)]和ZOPT处理[0.82kg(N)·hm~(-2)和0.42 kg(N)·hm~(-2)]。无论小麦季还是玉米季N_2O的累积排放量均随施氮量的增加而呈指数增加趋势,相关性系数分别达0.997和0.977 (P0.05),说明砂姜黑土传统施氮N_2O存在过量排放问题。总而言之,尽管与其他土壤相比,砂姜黑土不属于N_2O高排土壤,但传统施氮量导致的N_2O排放量仍不可忽视。     

黄土高原黑垆土施肥的作物累积产量及土壤肥力贡献

施肥的作物产量和土壤肥力贡献是评价施肥是否科学的关键参数,为了给黄土高原黑垆土区施肥及农业可持续发展提供科学的决策依据,通过设置在黄土高原黑垆上的长期定位试验系统研究了不同施肥的作物产量和土壤肥力贡献。试验设不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、秸秆与氮磷配施(SNP)、单施有机肥(M)和有机肥与氮磷配施(MNP)6个处理。结果表明,所有处理玉米和小麦累积产量与种植年限显著正相关。MNP、SNP、NP、M4处理玉米年均产量分别为8 856、7 089、7 226、7 043 kg·hm~(-2),小麦年均产量分别为4 916、3 747、4 132、3868kg·hm~(-2),均显著高于对照(CK)。SNP、M和MNP处理玉米和小麦产量与NP处理相近或高于NP处理。氮肥、磷肥的作物累积产量贡献量与种植年限分别呈二次凹函数和凸函数关系。氮磷配施(NP)、秸秆还田的作物累积产量贡献量则与种植年限显著正相关,其年均玉米产量贡献量分别为3408、2191kg·hm~(-2),小麦产量贡献量分别为429、206kg·hm~(-2)。长期施用有机肥及秸秆还田可显著增加土壤有机质和全氮含量。长期施磷肥土壤有效磷含量显著增加,而长期施用有机肥土壤有效磷和速效钾含量均显著增加。总体而言,黄土高原黑垆土区长期平衡施用化肥、施用有机肥、秸秆与化肥配合施用及有机肥与化肥配合施用均可增加作物产量,提升土壤肥力质量,适宜化肥施用量为N 90kg·hm~(-2)、P_2O_5 75 kg·hm~(-2),秸秆还田可隔年施磷。     

有机肥替代化肥氮对苹果产量、品质及温室气体排放的影响

【目的】通过连续5年田间试验,研究有机肥替代化肥氮对苹果产量、品质以及果园温室气体排放及增温潜势的影响,以确定适宜的有机替代比例,为果园提质、增效、减排提供理论依据。【方法】田间试验于2016—2021年在河北省邢台市果园进行,供试材料为13年生富士苹果。试验设置4个处理,分别为农民传统施肥(CT)、推荐施肥(OPT)、推荐施肥基础上有机肥替代25%化肥氮(OPT25)、推荐施肥基础上有机肥替代50%化肥氮(OPT50),测定了历年苹果产量、品质,并在试验第5年监测了果园土壤的温室气体排放。【结果】1)与CT相比,OPT和OPT25处理苹果产量在后3年显著增加(P<0.05);OPT、OPT25和OPT50的苹果产量没有显著差异,产量均以OPT25最高,2021年相对CT处理显著增加28.42%(P<0.05)。2)有机肥替代处理的苹果品质优于传统施肥处理,且随试验年限的增加,较高比例的有机肥处理对苹果品质提升效果更显著;而施加有机肥显著提高了果实Vc含量、糖度与糖酸比,显著降低了果实酸度。3) OPT25处理土壤N₂O累积排放量最低,为2.40 kg...     

有机肥替代氮化肥对叶菜产量品质和土壤氮淋失的影响

有机氮替代化肥氮是化肥减施的措施之一。2015和2016年2 a连续种植5季叶菜类蔬菜,研究有机氮替代化肥氮对叶菜产量、品质和土壤氮淋失的影响。结果表明:小白菜和生菜有机肥氮替代化肥氮的比例达到25%,而大白菜秧替代比例达到25%～50%时能够获得与常规施肥相当的叶菜产量。有机氮替代比例达到50%以上可以显著降低小白菜硝酸盐含量,仅100%施用有机肥氮才能显著降低生菜和大白菜秧硝酸盐含量,而在第5季有机氮替代化肥氮处理均提高了小白菜Vc含量。不同施肥处理对生菜游离氨基酸、可溶性糖和糖酸比的影响较小,高量有机肥氮替代化肥氮比例(50%～100%)对小青菜可溶性糖和糖酸比的影响主要在第一季,100%施用有机肥氮才能增加大白菜秧可溶性糖和总酸的含量。随着有机氮替代比例的增加,土壤中铵态氮和硝态氮含量逐渐降低,与单施化肥相比,有机肥氮替代化肥处理0～20cm土壤硝态氮和铵态氮减少了10.67%～16.11%和23.13%～69.03%,而20～40cm土壤硝态氮和铵态氮减少了21.15%～60.77%和2.04%～10.20%。因此,对于叶菜类蔬菜而言,有机肥氮替代25%～50%化肥氮能够获得较好的产质量并减少硝态氮环境风险。     

模拟氮沉降对小兴安岭地区人工红松林土壤氮转化的影响

以我国小兴安岭地区凉水国家级自然保护区30年林龄的人工红松林为研究对象,建立对照(0 kg hm~(-2)a~(-1))、低氮(20 kg hm~(-2)a~(-1))、中氮(40 kg hm~(-2)a~(-1))和高氮(80 kg hm~(-2)a~(-1))四种模拟氮沉降水平的样地;采用室内培养试验,研究了短期模拟氮沉降对人工红松林土壤氮净矿化、净硝化速率和氧化亚氮排放的影响。结果表明,与对照处理相比,经过2年的模拟氮沉降处理,土壤的净矿化、净硝化速率都有降低趋势。与对照相比,低氮、中氮、高氮土壤净矿化速率分别降低了16.9%、20.6%和25.2%,土壤净硝化速率分别降低了16.7%、20.9%和25.5%,但是处理间差异没有达到显著水平。净硝化速率与净矿化速率呈显著正相关关系(P0.05),表明净矿化速率降低减少铵态氮供应量可能是氮沉降处理降低净硝化速率重要原因。另外,模拟氮沉降处理导致土壤p H降低也不利于硝化作用。中氮和高氮处理土壤氧化亚氮累积排放量分别比对照高84%和40%,但是差异不显著。高的氮沉降量使硝化过程中氧化亚氮的排放比例增加,可能是中氮和高氮处理下净硝化速率下降而土壤氧化亚氮排放量却增加主要原因。研究结果表明,氮沉降会影响我国小兴安岭地区森林土壤氮矿化和硝化过程,但是由于实验开展观测时间较短,其影响规律还需长期实验验证。     

等氮配施有机肥对喀斯特峰丛洼地农田作物产量与养分平衡的影响

基于自2006年在广西喀斯特峰丛洼地区开展的长期玉米/大豆套作定位施肥试验,选择2010—2014年监测数据,探讨等氮量投入条件下,不同比例有机肥替代无机氮肥对喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作系统作物产量及土壤养分的影响,为喀斯特峰丛洼地农田作物高效施肥及提高土壤肥力提供理论依据。试验选取4个处理:对照(不施肥,CK)、平衡施用化肥(NPK)、有机粪肥替代30%化肥氮(C7M3,按氮素计算,不足30%的PK用无机肥补充,肥料总量与NPK处理相同,有机粪肥为牛粪,下同)、有机粪肥替代60%化肥氮(C4M6,按氮素计算,不足60%的PK用无机肥补充),每个处理4次重复。于2010年、2012年、2014年大豆收获后采集土壤样品,测定土壤养分状况。结果表明:1)施肥处理土壤有机质、全氮、速效磷及速效钾含量均高于CK处理,其中C4M6处理有机质含量显著高于NPK处理(P0.05),全氮、速效磷和速效钾含量随着有机粪肥施用量的增加而增加。2)长期不同施肥处理玉米和大豆产量分别是不施肥处理的4.15~4.36倍、2.47~2.58倍。不同施肥处理的增产效果为C4M6NPKC7M3,但施肥处理间差异不显著(P0.05)。3)长期不施肥CK处理玉米产量随着试验年限推移呈下降趋势,降幅为5.45 g·m~(-2)·a~(-1),大豆产量却表现出增加趋势,增幅为1.50 g·m~(-2)·a~(-1)。长期施肥处理中,玉米和大豆产量总体呈增加趋势。4)施肥处理中,玉米季表现为钾素亏缺(NPK处理除外),大豆季表现为氮素亏缺。综合两季作物,只有C4M6钾素表现亏缺,亏缺量为7.9 kg·hm~(-2)。磷素在各施肥处理中盈余量较大,分别为81.2 kg·hm~(-2)(NPK)、83.4 kg·hm~(-2)(C7M3)和74.8 kg·hm~(-2)(C4M6)。综上,在喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作制度下,基于作物产量及土壤养分表观平衡特征提出有机粪肥可以代替部分化肥施用,在玉米季适当"减氮、稳磷和增钾",大豆季"稳氮、减磷和减钾"的施肥措施。     

有机无机肥配施对酸性菜地土壤硝化作用的影响

通过室内培养和田间试验, 研究了有机无机肥配施对酸性菜地土硝化作用的影响。培养试验条件为60%土壤最大持水量和25 ℃。 结果表明,土壤硝化作用模式为指数方程,延滞期10天。与纯化肥处理（NPK）相比,鲜猪粪配施无机肥（FPM+NPK）和猪粪堆肥配施无机肥（CPM+NPK）均能降低土壤硝化势和氨氧化潜势,猪粪堆肥配施无机肥还能增加土壤微生物量碳、 氮。鲜猪粪配施无机肥和猪粪堆肥配施无机肥处理在硝化培养和田间试验期间N2O释放量均没有差异,但硝化培养期间鲜猪粪配施无机肥的N2O释放量显著低于纯化肥处理,田间试验期间猪粪堆肥配施无机肥的N2O释放量显著低于纯化肥处理。培养试验结束后的土壤pH值与土壤硝化势间,以及硝化培养期间N2O累积释放量与土壤硝化势间均存在显著正相关关系。本研究表明, 有机无机肥配施显著影响土壤硝化作用以及硝化培养期间和田间N2O释放。     

不同施肥模式对小白菜生长、营养累积及菜地氮、磷流失的影响

在天然降雨条件下, 通过田间小区试验, 研究了7种不同施肥模式(不施肥, 化肥基施, 化肥基追肥各半, 化肥和双氰胺基施, 化肥和双氰胺基追肥各半, 化肥和有机肥各半, 有机肥)对小白菜植株株高、株重、产量、氮磷钾累积量、肥料利用率及菜地硝态氮、氨态氮及水溶性总磷随地表径流流失的影响.结果表明, 与不施肥对照处理相比, 化肥和有机肥各半、化肥和双氰胺基追肥各半2种施肥模式不仅能改善小白菜生长农艺性状, 可分别提高产量154.44%和172.18%, 增加植株氮、磷、钾累积量183.20%和327.21%、310.49%和247.67%、205.95%和189.39%, 蔬菜种植期间菜地土壤硝氨态氮总量、水溶性总磷随地表径流的流失量还能分别减少63.10%和56.53%、39.97%和48.44%, 从而明显减少了菜地土壤造成的农业面源污染, 因此, 该2种施肥模式值得在今后蔬菜生产上加以推广应用;而化肥基施的施肥模式明显促进了菜地土壤硝态氮、氨态氮和水溶性磷随地表径流的流失, 故此种施肥模式在蔬菜生产上应加以避免.     

Perennial kales: collection rationalization and genetic relatedness to other Brassica oleracea crop types

Perennial kale is a rare leafy vegetable and forage crop that is mainly vegetatively propagated and therefore expensive to conserve ex situ. A genebank collection of 47 perennial kales and 34 reference samples from the main Brassica oleracea crop types were characterized with seven microsatellite markers in order to verify potential redundancies and to obtain more insight in the position of perennial kales within B. oleracea. Based on the obtained results and on data from previous studies, the collection was reduced with 49% to 24 perennial kales. Considering this level of reduction, it was estimated that the investments made for the final verification by microsatellite analysis are returned after only 4-year time. A principal coordinate plot clearly separated the perennial kales from the other crop types of B. oleracea, except in one case. This deviating accession of vegetatively preserved perennial kale clustered closely together with the single seed-preserved accession of perennial kale included in the study. These two accessions occupied an intermediate position between the group of vegetatively propagated perennial kales and the group of seed-propagated Brassica accessions, suggesting a hybridization background with another B. oleracea crop type. The microsatellite study demonstrated a close genetic relationship among the investigated perennial kales and their unique position within B. oleracea.     

不同水肥处理对苕子和后茬玉米生长及土壤肥力的影响

在田间试验条件下,研究不同水肥处理对光叶紫花苕子(简称苕子)生长,及其翻压后对后茬玉米产量和土壤肥力的影响。结果表明,灌溉和施肥均显著促进苕子生长。在绿肥季,不论施肥与否,灌溉处理均可显著提高苕子的生物量、根系活力和N、P养分累积,NPW(绿肥季施氮磷肥和灌溉)和CKW处理(绿肥季不施肥,只进行灌溉处理)的苕子生物量、根系活力和N、P养分累积分别比相应的未灌溉处理提高34.58%和56.10%,26.49%和37.92%,43.47%和146.89%,103.84%和113.94%。苕子翻压的养分还田量为125.32～274.49kg/hm2,约占玉米季化肥总养分的26.95%～59.03%。与冬闲处理(CF)相比,不同施肥和灌溉处理的绿肥翻压均促进玉米产量和养分累积,以及土壤养分含量的提高,其中以NPW处理的提升效果最明显。周年等养分条件下,玉米季15.56%氮或50.00%磷肥料前移至绿肥季,可明显促进绿肥养分还田量的增加,后茬玉米产量(增幅为8.39%～31.19%)和养分累积量(增幅为7.31%～29.20%)也有不同程度的增加。综上,在适量灌溉和施肥条件下,苕子生物量明显增加,进而促进后茬玉米产量和养分累积量增加。研究结果可为我国绿肥农田应用及化肥减施提供数据支撑和实践依据。     

Decreased nitrous oxide emissions associated with functional microbial genes under bio-organic fertilizer application in vegetable fields

Bio-organic fertilizers enriched with plant growth-promoting microbes(PGPMs)have been widely used in crop fields to promote plant growth and maintain soil microbiome functions.However,their potential effects on N₂O emissions are of increasing concern.In this study,an in situ measurement experiment was conducted to investigate the effect of organic fertilizer containing Trichoderma guizhouense(a plant growth-promoting fungus)on soil N₂O emissions from a greenhouse vegetable field.The following four treatments were used:no fertilizer(control),chemical fertilizer(NPK),organic fertilizer derived from cattle manure(O),and organic fertilizer containing T.guizhouense(O+T,referring to bio-organic fertilizer).The abundances of soil N cycling-related functional genes(amoA)from ammonium-oxidizing bacteria(AOB)and archaea(AOA),as well as nirS,nirK,and nosZ,were simultaneously determined using quantitative PCR(qPCR).Compared to the NPK plot,seasonal total N₂O emissions decreased by 11.7%and 18.7%in the O and O+T plots,respectively,which was attributed to lower NH₄⁺-N content and AOB amoA abundance in the O and O+T plots.The nosZ abundance was significantly greater in the O+T plot,whilst the AOB amoA abundance was significantly lower in the O+T plot than in the O plot.Relative to the organic fertilizer,bio-organic fertilizer application tended to decrease N₂O emissions by 7.9%and enhanced vegetable yield,resulting in a significant decrease in yield-scaled N₂O emissions.Overall,the results of this study suggested that,compared to organic and chemical fertilizers,bio-organic fertilizers containing PGPMs could benefit crop yield and mitigate N₂O emissions in vegetable fields.     

Mitigating nitrous oxide emissions from a maize-cropping black soil in northeast China by a combination of reducing chemical N fertilizer application and applying manure in autumn

Abstract

Nitrous oxide (N₂O) emissions from agricultural soils, mainly caused by chemical nitrogen (N) fertilizer inputs, are major sources of N₂O in Chinese terrestrial ecosystems. Thus, attempts to reduce N₂O emissions from agricultural soils by optimizing N applications are receiving increasing attention. Further, organic fertilizers are being increasingly used in China to improve crop production/quality and prevent or reduce soil degradation. However, organic and chemical fertilizers are often both applied in spring in northeast China, which promotes N₂O emissions and may be sub-optimal. Therefore, we hypothesized that reducing applications of chemical fertilizer N and applying manure in autumn could be an effective strategy for mitigating N₂O emissions from cropped soils in the region. To test this hypothesis, we established a field trial to investigate the effects of different combinations of chemical N fertilizer applications and animal manure in autumn on both N₂O emissions and maize (Zea mays L.) grain yields in northeast China. The treatments, expressed as NxMy (where Nx and My denote the total amounts of chemical fertilizer nitrogen (N) and manure (M) applied in kg N ha^?1 and m³ M ha^?1, respectively), were N₀M₀, N₂₃₀M₀, N₂₇₀M₁₂, N₂₃₀M₁₅, N₃₂₀M₁₈ in 2010 and N₀M₀, N₂₃₀M₀, N₂₀₀M₁₂, N₂₀₀M₁₅, N₂₈₀M₁₈ in 2011. Measurements of the resulting N₂O emissions showed that pulse fluxes occurred after each chemical N fertilizer application, but not after manure inputs in autumn or during soil-thawing periods in the following spring. Emission factors for the chemical fertilizer N were on average 1.07% (1.00?1.10%) and 1.14% (0.49?1.83%) in 2010 and 2011, respectively. Furthermore, by comparing the nine pairs of fertilization treatments, the relative increase in cumulative nitrous oxide-nitrogen (N₂O-N) emissions was found to be proportional to the relative increase in urea application, but independent of the amount of autumn-applied manure. These findings imply that N₂O emissions from fertilized agricultural soils in northeast China could be mitigated by supplying manure in the autumn and reducing the total amount of chemical N fertilizer applied in the following year. Although no significant difference in maize grain yield was found among the fertilization treatments, the grain yield-scaled N₂O emissions for the treatments with a lower chemical N application (e.g., N₂₃₀M₁₅ and N₂₀₀M₁₅ treatments) were significantly lower than those with a higher chemical N application (e.g., N₃₂₀M₁₈ and N₂₈₀M₁₈ treatments). Meanwhile, under the condition of the same application amount of chemical fertilizer N, the grain yield-scaled N₂O emission decreased with the increase of manure application rate. Thus, the results support the hypothesis that combining reductions in chemical N fertilizer and applying manure in autumn could be an effective strategy for mitigating N₂O emissions from N-fertilized soils in northeast China.     

不同配方生物炭改良盐渍土对小白菜和棉花生长及光合作用的影响

针对盐渍土壤理化性质差、肥料利用率低和作物长势弱的问题,利用不同配方生物炭进行土壤改良。采用盆栽试验的方法,以小白菜和棉花为研究对象,设置5个不同的处理:不施肥(对照CK0)、常规施肥(CK)、常规施肥+生物炭(C1)、常规施肥+生物炭+硝化抑制剂(C2)和常规施肥+生物炭+硫酸钙(C3),研究不同配方的生物炭处理对小白菜和棉花生长及光合作用的影响。结果表明,与常规施肥比较,C3处理效果更明显。小白菜的株高和株重分别增加32.7%和112.0%,叶绿素含量与净光合速率分别提高45.5%与32.9%;胞间CO_2浓度和蒸腾速率分别下降15.0%和59.2%。光谱分析表明,C3处理反射率更高,叶片组织更完好。与CK比较,生物炭处理同样促进棉花生长,显著提高叶绿素含量,降低叶片中丙二醛含量和过氧化氢酶活性,增强抗逆性,减少棉花损伤。同时,降低了棉花叶片中胞间CO_2浓度,提高水分利用率。土壤分析表明,生物炭配施改良剂能显著改善土壤理化性质,与常规施肥相比,C2处理的土壤有机质、速效磷和碱解氮含量分别提高57.3%,22.9%和40.8%,而对土壤速效钾和pH影响较小,C3处理对土壤电导率有较大提高。因此,实践中在改良盐渍土壤时,需注意改良剂的合理施用,防止土壤盐分的进一步积累。     

鸡粪与化肥配施对杨树根际土壤生物学特征及养分吸收的影响

通过盆栽试验研究鸡粪有机肥(M)与化肥(N)配施对杨树根际土壤的微生物数量、酶活性及养分吸收的影响。结果表明:与单施化肥相比,鸡粪有机肥与化肥配施可不同程度提高根际土壤中的微生物数量,以30%M+70%N处理效果最显著,其中细菌数量比CK,100%N,10%M+90%N和50%M+50%N处理分别提高了108.21%,32.36%,22.09%和10.44%;配施鸡粪有机肥可不同程度增强土壤脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和蔗糖酶活性。30%M+70%N处理的酶活性显著高于其他4个处理;此外,鸡粪有机肥与化肥配施可显著提高根系的总吸收面积、活跃吸收面积和氮素利用率。其中30%M+70%N处理的氮素利用率为61.38%,分别比100%N,10%M+90%N和50%M+50%N处理提高了53.52%,26.53%和23.33%。与30%M+70%N处理相比,10%M+90%N和50%M+50%N处理对杨树根际土壤特征改善和养分吸收促进作用有所降低。综合分析认为,鸡粪有机肥与化肥以3∶7比例配施对杨树的根际区域生态环境改善和养分吸收作用效果最佳。     

有机肥与无机肥配施对菜地土壤N2O排放及其来源的影响

该研究采用同位素自然丰度法,通过室内培养试验研究北京地区菜地有机肥和无机肥配施对土壤释放N2O及同位素位嗜值SP（site preference）的影响,以期获得不同肥料及其配比下土壤N2O的来源及变化规律。结果表明：施用无机肥释放的N2O显著高于有机肥,其累积排放量是有机肥的6.63倍,且无机肥施用比例越高,排放量越大;各肥料组合在施用后7天内均以反硝化作用生成N2O为主,贡献最高达到78.89%,SP为6.97‰,之后硝化作用逐渐增强并成为主要途径,最高占比达76.48%,SP为25.24‰;培养期内施用无机肥可以促进反硝化作用,平均占比52.98%,SP为15.52‰,而有机肥会使硝化作用增强,平均占比71.35%,SP为23.55‰。因此,在北京潮褐土地区菜地土壤施用有机肥对N2O有良好的减排效果,可为蔬菜生产中肥料的合理应用提供科学依据。