中国与主要发达国家化肥施用配置及效率对比分析

结合前期创建的化肥配置效率评价模型，同时采用联合国粮农组织2002～2017年各国农用氮磷钾化肥数据和主要粮食作物收获面积和产量数据，对中国和8个主要发达国家(德国、法国、英国、荷兰、美国、加拿大、日本和韩国)的氮磷钾化肥施用配置及其效率进行研究，为中国农业生产节肥增效和高质量可持续发展决策提供学术参考。研究表明:从2002到2017年，中国和加拿大的化肥施用强度增加较为明显，但其他各国都有不同程度的下降。中国氮磷钾施用比例从1∶0.42∶0.31变化至1∶0.52∶0.46，化肥配置基本合理；德国、法国、英国磷钾施用比例甚低，氮磷钾比例平均从1∶0.25∶0.35变化到1∶0.17∶0.24，荷兰磷钾比例更低、下降更快；美国和加拿大氮磷钾比例变化不大，磷钾比例稍低，目前分别为1∶0.36∶0.40和1∶0.41∶0.17；日本和韩国的磷钾比例甚高，目前氮磷钾比例分别为1∶0.89∶0.81和1∶0.63∶0.65。各国不同的氮磷钾施用模式与其农业发展特点有关，2002～2017年各国化肥施用综合效率除荷兰明显上升外，其他各国基本在水平方向上不同程度地波动变化。中国、德国、法国、英国、荷兰、美国、加拿大、日本、韩国9个国家2015～2017年平均化肥综合效率分别为0.72、0.86、0.83、0.78、0.94、0.80、0.61、0.76、0.79。中国化肥施用是次高投入、中产出，综合效率中等；荷兰是高投入、高产出，综合效率最高；加拿大是低投入、低产出，综合效率最低；法国和德国化肥投入中等、产量高，综合效率高，环境风险小。与大多数发达国家相比，中国节肥增粮潜力很大，可借鉴法国和德国生态农业建设经验和技术，适当降低化肥施用量和磷钾比例，促进农业高质量可持续发展。     

中哈德3国化肥施用生态经济合理性动态比较与启示

基于环境安全阈值模型,建立化肥施用生态经济合理性评价方法,利用2002～2016年一带一路沿线中国、哈萨克斯坦和德国的农用化肥施用时间序列数据,对其化肥施用特点、环境安全阈值及施用生态经济合理性进行对比研究,为中国制定化肥施用政策和农业发展战略、加强国际合作提供参考。研究结果显示:①从2002年到2016年,中国化肥施用总量和施用强度一直增加至顶峰,近两年出现下降趋势;哈萨克斯坦则表现为快速大幅波动增长的变化,但消费总量和施用强度太小;德国的化肥施用总量和强度呈现总体平稳、微幅波动、稍有下降的趋势。15年来中哈德化肥施用强度分别从278.0、1.62、272.2 kg/hm2变为332.5、7.47、265.2 kg/hm2,分别增加了20%、360%、-2.6%;氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)比例分别从1∶0.42∶0.31、1∶0.85∶0.02、1∶0.18∶0.27调整到1∶0.51∶0.45、1∶0.36∶0.03、1∶0.14∶0.26。目前中国氮磷钾化肥施用结构比较合理,哈萨克斯坦比例严重失调,德国磷钾比例偏低。②近15年来中哈德氮磷钾总化肥施用环境安全阈值分别在227～272、96～120、323～373 kg/hm2范围变动;中国总化肥施用强度已经超过了环境安全阈值和作物需要水平,粮食产量较德国为低,总化肥施用为生态经济合理性2级水平,近些年略有改善,其中氮、磷、钾分别为3级(不合理)、2级(较合理)、1级(合理)水平;哈萨克斯坦施肥严重不足,粮食产量水平最低,氮、磷、钾施用均为生态经济合理性4级水平(很不合理);德国的总化肥施用为生态经济合理性2级水平,粮食产量最高,其氮肥施用适量,接近环境安全阈值,为生态经济合理性1级水平。总之,中国化肥减量增效势在必行,可借鉴德国的经验,大力发展生态农业,哈萨克斯坦则需增加施肥强度和改善施肥结构,中国与哈萨克斯坦加强农业国际合作有着广阔前景。     

中国粮食主产区化肥施用时空特征及生态经济合理性分析

研究粮食主产区化肥施用状况能够为化肥减量增效、防治化肥损失引起的面源污染、保障国家粮食安全提供决策参考。该研究在分析中国粮食主产区化肥施用强度的时空变化特征的基础上,根据大田粮食作物对氮磷钾的养分要求,提出化肥施用生态经济合理性评价方法,并对中国粮食主产区化肥施用生态经济合理性进行评价。研究表明:从1993到2017年,中国粮食主产区化肥施用强度从205.5 kg/hm~2增加到319.9 kg/hm~2,其中氮、磷、钾化肥的施用强度分别从133.8、48.0、23.7 kg/hm~2增加到162.6、84.2、73.2 kg/hm~2;总化肥及氮、磷、钾化肥施用生态经济适宜量分别从217.4、108.7、54.4、54.4 kg/hm~2增加到300.6、150.3、75.2、75.2 kg/hm~2;氮肥施用强度在1993年已经超过了其生态经济适宜量,磷肥从2001年开始超过了其生态经济适宜量,钾肥在2009年后逼近其生态经济适宜量;1993-2007年间,河南、山东、江苏一直是高强度施肥省份,其他次高强度施肥的省份由高强度施肥省份逐步向周围扩散。2017年,河南为化肥施用生态经济不合理区,化肥施用明显过量;河北、江苏、安徽、山东和湖北则属于经济合理生态不合理区,化肥施用有所过量;湖南、吉林、辽宁和内蒙古施肥适当,属于施肥生态经济合理区;黑龙江、四川和江西为施肥生态合理经济不合理区,化肥施用不足。因此,中国粮食主产区化肥施用强度及生态经济合理性差异较大,总体施肥过量,部分地区存在施肥不足的情况。节肥增效、防治农业面源污染要坚持分类指导、因地减量的原则,完善配方测土施肥政策和技术手段,大力推进信息技术和有机肥利用,走有机无机肥相结合道路。     

四川省化肥面源污染环境风险评估及趋势模拟

系统评估农业化肥过量施用对生态环境的潜在风险危害,可为制定下一阶段农业面源污染防治工作提供决策参考。本文基于2000—2015年化肥施用量和耕地面积等数据,采用化肥施用环境风险评价模型,探讨了四川省化肥施用及环境风险的时空变化特征;通过设置延续现状和政策干预两种情景,模拟了四川省2016—2018年执行化肥施用零增长行动期间的化肥施用环境风险变化趋势。结果表明:四川省化肥施用总量在2000—2015年间整体呈增加态势,2015年四川省化肥施用强度为376.63 kg?hm~(-2),超过了中国生态市建设的化肥施用强度250 kg?hm~(-2)的生态标准。四川省2015年化肥施用的环境总风险指数为0.69,处于中等风险程度;氮、磷、钾肥施用的环境风险指数分别为0.69、0.72和0.46。钾肥施用的环境风险处于安全状态;氮肥和磷肥的环境风险区域集中在成都平原经济区、川南经济区和川东北经济区,呈现中等风险程度并有成片聚集特征。延续现状情景下,四川各地区化肥施用环境总风险指数处于0.48~0.69,存在不同程度增加。与延续现状情景相比,四川在完成化肥施用零增长行动的任务规划前提下,2016—2018年政策干预情景的化肥施用环境总风险呈现下降趋势。以关键时间点2018年来看,川东北经济区化肥施用环境总风险下降最明显,较2015年执行化肥零增长时下降4.24%。但四川省多数地区仍存在不同程度的化肥施用环境污染风险,当地生态环境具有明显压力。建议省级部门加强对成都平原经济区和川东北经济区的化肥面源污染监测,根据各地区差异特征制定不同施肥方案,协调粮食增产和生态保护间的关系。     

山东省化肥使用时空分异及潜在环境风险评价

为了更为系统地认识农田化肥过量使用对生态环境的潜在威胁机理,加强化肥使用风险管控,该研究以山东省为实证对象,对其化肥使用的时空分异和环境风险进行评价。通过综合考虑化肥使用的强度、效率、环境安全阈值、环境效应权数及作物复种指数等因素,构建了化肥使用面源污染环境风险评价指数模型。结果表明:山东省的化肥使用明显过量。634.1 kg/hm~2的化肥使用强度是中国生态县建设标准250kg/hm~2的2.5倍。化肥使用强度最高的枣庄市878.7 kg/hm~2,是最低的滨州市473.7 kg/hm~2的1.85倍,区域差异不太悬殊。2012年山东省化肥污染的环境风险指数是0.75,总体处于中度风险程度。但是,烟台市处于严重风险,潍坊、济宁和枣庄处于重度风险。同时山东省存在磷肥污染严重环境风险,氮月巴污染重度环境风险,钾肥污染中度环境风险。山东省过量的化肥使用不仅存在较为严重的环境污染风险,并对生态环境产生了不利影响。国家和地方应该尽快实行地区化肥使用总量控制和分区管控指导,确保农业健康可持续发展。     

有机物料与化肥配施改良盐碱耕地的效果研究

为促进盐碱耕地的快速改良和高效利用,研究了鲁西北内陆盐碱耕地在等氮量投入条件下施用有机物配施化肥对盐碱耕地的改良作用和效果,试验设置了对照(不施肥),单施化肥,牛粪与化肥配施,麦秸与化肥配施共4个处理,各施肥处理按等氮量投入。结果表明,每公顷施用牛粪75 m~3配施化肥、麦秸75 000 kg与化肥配施的改良作用明显优于单施化肥和对照处理。(1)耕层0～20 cm土壤有机质变化:施用牛粪加化肥处理由8.07 g/kg提高到11.18 g/kg,增加了3.11 g/kg;麦秸加化肥处理由8.26 g/kg提高到10.16 g/kg,增加了1.90 g/kg;而单施化肥处理由8.16 g/kg提高到8.52 g/kg,增加了0.36 g/kg,与不施肥(对照)无显著差异;(2)耕层EC值改变:施用牛粪加化肥处理由1.08 dS/m降低到0.43 dS/m,减少60.8%,盐渍化等级由中度改良为轻度;麦秸与化肥配施由1.05 dS/m降低到0.68 dS/m,减少35.5%,盐渍化等级由中度改良接近为轻度;单施化肥由1.07 dS/m降低到0.88dS/m,降幅为17.8%;盐渍化等级无明显变化;(3)土壤物理性状:牛粪与化肥配施和麦秸配施化肥处理的土壤总孔隙度分别增加38.5%和23.0%,土壤真菌、细菌和放线菌数量均有大幅度增加,土壤转化酶活性有显著提高;(4)作物产量大幅提高:冬小麦季,对照为738 kg/hm~2,单施化肥为3 832 kg/hm~2,牛粪配施化肥达到6 386kg/hm~2,麦秸配施化肥达到4 418 kg/hm~2,与单施化肥产量相比,牛粪与化肥配施增产65%,麦秸与化肥配施增产15%;夏玉米季,对照为1 528 kg/hm~2,单施化肥为4 263 kg/hm~2,牛粪配施化肥达到7 616 kg/hm~2,麦秸配施化肥达到6 352 kg/hm~2,与单施化肥产量相比,牛粪与化肥配施增产79%,麦秸与化肥配施增产49%。因此,盐碱地采取牛粪或麦秸与化肥配合施用,可增加土壤微生物数量,改善土壤结构,降低土壤盐分,大幅提高作物产量,是快速、绿色、高效改良盐碱地的有效措施。     

中美肥料施用及产出效益对比分析

化肥为保障中国粮食安全做出了巨大贡献,然而盲目、过量施用化肥也带来一系列生态与环境问题。基于文献资料查询,系统分析了40 年来中美两国在化肥施用量、化肥利用效率等方面的差异。结果表明,中国单位面积耕地化肥施用量增长迅速,2015 年较1978 年增长了406%,达到峰值446 kg/hm²,接近国际公认化肥施用量上限的2 倍;而美国单位面积耕地化肥施用量呈现缓慢增加的趋势,2012 年较1978 年仅增长了38%,达到142 kg/hm²。中国小麦、玉米和水稻的化肥施用强度分别为美国的1.92、1.04 和0.97 倍,而化肥产出率仅为美国的84.2%、57.3% 和82.5%。中国化肥施用量大且效率低的主要原因是化肥施用政策起步较晚且体系不完整,施肥技术水平较低,尤其是在农业新技术的应用方面较为薄弱。今后应结合中国具体情况出台相关政策,加快技术研发与应用,形成科学施肥体系,以最大程度达到减肥增效的目的。     

东北高寒区沼渣连年施用对玉米产量、效益和土壤肥力的影响

为了阐明在东北高寒区连年施用沼渣对玉米产量、效益和土壤肥力的影响,于2013年5月至2014年10月在黑龙江省海林市海林农场的玉米试验田进行了沼渣和化肥配施的田间试验。结果表明:连续2年的施用沼渣以及沼渣与化肥配施均能够增加玉米产量,而施用45 000kg/hm~2的沼渣增产幅度最大,全量施用600kg/hm~2化肥的玉米产量小幅减少。施用1t沼渣可替代135.25kg尿素、180.18kg磷酸二铵和107.09kg硫酸钾,产生956.72元的直接经济效益。施用沼渣的各处理与不施肥处理相比,经济效益均显著增加,7 500kg/hm~2沼渣+450kg/hm~2化肥的处理经济效益最高,平均可达到18 066.2元/hm~2。沼渣单施及沼渣与化肥配施后表层土壤pH可提高0.02~0.28个单位,有机质可增加0.14~2.84g/kg,可在一定程度上增加表层土壤中养分的含量。因此,在东北高寒区实际生产中可以考虑合理的配施沼渣替代化肥,实现对沼渣的高效化和经济化的利用。     

山东省粮食作物的化肥施用状况分析

在农户抽样调查数据的基础上,分析了山东省粮食作物上施用化肥的状况。通过对山东省不同地区2003年施肥状况调查并结合统计资料分析表明,粮食作物上施肥占化肥总投入的比例逐年在下降,但单位面积化肥投入量却稳步提高。在氮肥的品种构成中,低浓度的碳酸氢铵提供了46.8%的施氮量,仍占有重要地位。山东省粮食作物单位面积化肥平均用量为251.1 kg/hm2,其中小麦平均施肥量最高,达到277.6 kg/hm2;另外就施氮量来说,玉米施氮量最高,平均用量为175.2 kg/hm2;小麦施磷量最高,平均用量为97.6 kg/hm2;薯类施钾量最高,平均用量为55.7 kg/hm2。从施肥的氮磷比例来看,小麦上施用化肥的氮磷比例为1∶0.7,高于推荐施肥比例,玉米上施用化肥的氮磷比例为1∶0.25,低于推荐施肥比例。     

不同施肥对河套灌区瓜田土壤养分及甜瓜生长和养分利用的影响

采用田间试验研究了内蒙古巴彦淖尔市河套灌区甜瓜一次性施肥、覆膜后灌水淋洗排盐传统种植模式下不同施肥对土壤养分及甜瓜产量、品质和养分利用的效应,不同施肥处理包括不施肥(CK)、常规施肥(CF,N 445.5 kg/hm~2,P_2O_5 399 kg/hm~2,K_2O 54 kg/hm~2)、优化减量施肥(RF,N 240 kg/hm~2,P_2O_5 150 kg/hm~2,K_2O 120 kg/hm~2)、控释肥(RSF,控释尿素N 240 kg/hm~2,P_2O_5 150 kg/hm~2,K_2O 120 kg/hm~2)、优化减量施肥+有机肥(RF+OM,增加有机肥15 t/hm~2)、控释肥+有机肥(RSF+OM)6个处理。结果表明:RSF在甜瓜生育期维持较高的土壤氮素水平,与单施化肥相比,RF+OM、RSF+OM处理可以维持土壤有机质含量,培肥土壤。各施肥处理与CK相比,甜瓜产量均显著增加(P0.05),RSF+OM处理产量显著高于CF处理,RF、RSF及RF+OM处理与CF处理相比产量和品质提高,但差异不显著。RF、RSF处理氮素利用效率比CF处理分别提高15.1,21.5个百分点,磷素利用效率分别提高20.4,18.8个百分点。化肥减施及施用控释肥对减少河套地区甜瓜农田灌溉退水中氮素汇入乌梁素海引起的面源污染具有重要的生态环境意义。     

中国农田氮肥投入和生产效率

过去40年,中国氮肥用量增加、氮肥效率下降引起了国内外普遍关注,但中国不同作物氮肥用量及其利用效率缺乏大样本数据研究。本文通过农户调查及文献资料,对1970~2009年,尤其是从2000到2009年,中国主要农作物施氮量(化肥氮)、产量、氮效率(氮肥偏生产力)进行了研究。与2000~2003年相比,2008~2009年粮食、蔬菜、果树平均氮肥用量增加,单产增加,氮效率提高。粮食、蔬菜、果树氮肥用量分别增加26、36、107 kg/hm~2,产量分别增加1 280、5 722、18 802 kg/hm~2,氮效率分别增加2.2、6.6、25.2 kg/hm~2。东北、华北和长江中下游三大粮食作物主产区的氮效率都显著提高,而西北、西南和华南等地没有提高。与2000~2003年相比,2008~2009年中国平均氮效率的上升主要是因为单产大幅提高,而非氮肥用量下降。中国粮食作物单产较低,而氮肥用量高,未来在稳定氮肥投入的情况下继续提高单产是增效的主要途径。中国蔬菜和果树氮投入量太高,应该加强管理降低氮肥用量。     

钵苗摆栽籼粳杂交稻和常规粳稻丰产优质适宜施氮量分析

研究钵苗摆栽下籼粳杂交稻、常规粳稻丰产优质施氮量及综合效益,提出安徽沿江地区钵苗摆栽下适宜粳稻类型及施氮量。于2016—2017年连续2 a开展大田试验,以当地主栽籼粳杂交稻甬优1540和常规粳稻镇稻18为供试品种,设置0、195、255、315、375 kg/hm~2共5个氮肥水平(分别用N0、N195、N255、N315、N375表示),研究不同施氮水平对钵苗摆栽下不同类型粳稻产量、品质、相关农艺性状及经济效益的影响。结果表明,籼粳杂交稻甬优15402a均在N315处理下产量最高,达到10.30～11.55t/hm~2。常规粳稻镇稻18各施氮处理下水稻产量无显著差异,产量为7.43～8.91 t/hm~2。增施氮肥,不同程度增加了2个品种的糙米率、精米率和蛋白质含量,提高了加工品质和营养品质,但垩白率和垩白度整体有所提高,直链淀粉含量增高,不利于外观品质和食味的改善。甬优1540在N315处理下的整精米率与N375无差异,且在N315处理下的垩白度与N195无显著差异。另外,镇稻18在N195处理下的整精米率、蛋白质含量、垩白度和直链淀粉含量与其他氮肥处理无显著差异。钵苗摆栽下籼粳杂交稻丰产优质施氮量为315kg/hm~2,常规粳稻为195 kg/hm~2。在适氮水平下,钵苗摆栽甬优1540较镇稻18提高水稻产量22.9%～23.2%,整精米率2.15%～4.50%,蛋白质含量30.44%～37.41%,经济效益51.07%～53.33%,同时降低垩白度9.52%～13.73%。总的来说,在适宜氮肥水平下,钵苗摆栽下籼粳杂交稻较常规粳稻提高了水稻产量、品质和经济效益。     

滴灌施肥水平对宁夏春玉米产量和水肥利用效率的影响

为探讨不同滴灌施肥水平对春玉米产量及水肥利用效率的影响,应用滴灌施肥技术于2016和2017年在宁夏旱作节水科技园区试验站开展大田春玉米小区试验。以"先玉335"为试验材料,设置4个灌水水平(D_(75):75%ET_c、D_(90):90%ET_c、D_(105):105%ET_c、D_(120):120%ET_c,ET_c为玉米需水量)和4个N-P_2O_5-K_2O施肥水平:2016年为60-30-30 kg/hm~2(F_(60))、120-60-60 kg/hm~2(F_(120))、180-90-90 kg/hm~2(F_(180))、240-120-120 kg/hm~2(F_(240)),2017年为150-70-70 kg/hm~2(F_(150))、225-110-110 kg/hm~2(F_(225))、300-150-150 kg/hm~2(F_(300))、375-180-180 kg/hm~2(F_(375)),以1个充分灌水(120%ET_c)无肥为对照(CK),共17个处理。研究不同水肥供应对春玉米株高、茎粗、叶面积指数(leaf area index,LAI)、地上部干物质累积量和产量的影响,并分析其水肥利用效率。2 a试验结果表明:灌水量和施肥量单因素对玉米株高、茎粗、LAI都有显著或极显著的影响,灌水量和施肥量耦合效应对玉米株高有极显著的影响;灌水量和施肥量对玉米成熟期地上部干物质的影响随着2 a施肥梯度的不同而有所差异,在低肥梯度的2016年,灌水量和施肥量对地上部干物质累积有显著的影响,其中D_(120)F_(180)处理籽粒地上部干物质最大,为12 691 kg/hm~2,在高肥梯度的2017年,随着灌水量和施肥量的增加,75%ET_c和105%ET_c处理的地上部干物质累积量有先增加后减小的趋势,D_(90)F_(300)处理下籽粒地上部干物质累积量最大,为14 912 kg/hm~2;在低肥梯度的2016年,灌水施肥量对春玉米产量有显著影响,D_(120)F_(240)处理产量最高,为14 400 kg/hm~2,而在高肥梯度的2017年,D_(90)F_(300)处理玉米产量最高,为16 884 kg/hm~2;2 a试验结果表明灌水量和施肥量对春玉米水分利用效率和肥料偏生产力都有极显著影响。基于春玉米产量和水分利用效率最大值的95%为置信区间优化水肥管理方案,兼顾节水节肥,推荐灌水量在323~446 mm、N-P_2O_5-K_2O施肥量在210-104-104~325-163-163 kg/hm~2。该研究结果对宁夏春玉米滴灌施肥管理具有重要指导意义。     

施磷量与小麦产量的关系及其对土壤、气候因素的响应

【目的】分析在有效磷含量不同的土壤中磷肥施用量对小麦籽粒产量的影响,探明在保证小麦高产的前提下,不同有效磷含量土壤中施磷量与小麦籽粒产量之间的关系,为小麦生产中合理施用磷肥、改善农田生态环境提供理论依据。【方法】本研究根据1990—2017年间已公开发表的有关中国磷肥田间试验的文献,建立土壤有效磷、施磷量和小麦籽粒产量的数据库。采用数据整合分析方法(Meta-analysis),研究在3个土壤有效磷梯度(< 10、10～20、> 20 mg/kg)下,不同施磷(P₂O₅)量(< 60、60～90、90～120、120～150、> 150 kg/hm2)对小麦籽粒产量的影响,分析施磷量与小麦籽粒产量之间的关系及其对环境因素的响应。【结果】1)除在有效磷 > 20 mg/kg的土壤上施用P₂O₅ > 90 kg/hm2的高量磷肥外,在其它有效磷含量土壤上施用磷肥对小麦籽粒产量的提高均具有正影响。具体表现为:在有效磷 < 10 mg/kg的土壤上,小麦籽粒产量随施磷量的升高而呈直线上升趋势,其中施P₂O₅ > 150 kg/hm2的磷肥对小麦的增产作用最强(36.6%);在有效磷含量为10～20 mg/kg的土壤上,90～120 kg/hm2的P₂O₅施用量对小麦的增产作用最强(25.8%);在有效磷含量 > 20 mg/kg的土壤上,小麦籽粒产量与施磷量的关系符合米歇里西方程,即小麦籽粒产量随施磷量先增加后达到平衡,且磷肥施用对小麦的有效增产作用相对较弱(< 8%)。2)在不同的环境因素下磷肥施用对小麦籽粒产量的提高均为正影响。具体表现为:在不同的气候类型条件下,亚热带季风气候条件下施用磷肥对小麦籽粒产量的提高幅度为19.4%,高于亚热带季风气候区(10.7%);在不同土壤类型条件下,黑垆土中磷肥施用对小麦籽粒产量的提高幅度为34.4%,显著高于黄棕壤(10.3%)、棕壤(9.2%)和褐土(15.6%);在不同小麦种植区中,春小麦区中磷肥施用对小麦籽粒产量的提升幅度为32.9%,显著高于北方冬小麦区(13.9%)和南冬小麦区(10.8%)。【结论】在试验前初始有效磷含量不同的土壤中,磷肥施用量对小麦籽粒产量的影响程度不尽相同,其中在亚热带季风气候、黑垆土、春小麦区条件下施磷的增产作用较强。因此,在小麦生产过程中施用磷肥时应充分考虑当地的土壤有效磷含量,适量施肥,减少磷素浪费,保护农业生态环境。     

玉米光能利用率和产量对密度、施氮量及其互作的响应

  【目的】  合理密植和施肥是提高雨养农业区作物产量和肥料利用效率的有效途径。我们研究了半湿润雨养黑土农业区玉米不同种植密度和施氮量及其互作对光能利用率和产量的影响,为进一步挖掘东北玉米产量潜力提供理论依据和数据支撑。  【方法】  于2017—2019年以郑单958 (ZD958)为供试品种进行了田间试验。试验采用裂区设计,种植密度为主区,分别为4.5×104株/hm2 (M4.5)、6.0 ×104株/hm2 (M6.0)、7.5 ×104株/hm2 (M7.5)和9.0 ×104株/hm2 (M9.0),施氮量为裂区,分别为N 120 kg/hm2 (N120)、180 kg/hm2 (N180)和240 kg/hm2 (N240),各处理均设3次重复。分析了玉米光能利用率(LUE),玉米地上部干物质累积量、籽粒产量、净光合速率(P_n)和叶面积指数(LAI)等指标。  【结果】  年度间玉米产量、干物质量、LAI、净光合速率(P_n)和光能利用率(LUE)差异均达显著水平。2017、2018、2019年玉米的光能利用率(LUE)平均分别为1.58%、1.99%和2.20%。种植密度对玉米产量、干物质量、LAI、光合速率(P_n)和LUE的影响均显著(P<0.05),在密度M7.5处理下,LUE和平均产量最高(2.07%和12219 kg/hm2),在光合辐射较低年份(如2019年)可通过适当增加种植密度来提高玉米的光能利用率(LUE)和产量。施氮量对玉米干物质量和LAI有显著影响(P<0.05),LUE在N180处理下最高,平均为2.0%。密度与施氮量互作对玉米产量、干物质量、LAI、光合速率(P_n)无显著影响,但对LUE影响显著,以M7.5+N240处理LUE平均值最高(2.16%),且密度对光能利用率(LUE)的影响(9.93%)大于施氮量的影响(6.01%)。  【结论】  在半湿润雨养黑土农业区,密度、密度与施氮量交互作用均显著影响玉米的光能利用率,密度的影响大于施氮量。适当增密(7.5×104株/hm2)和合理施氮量(N 180～240 kg/hm2)是实现玉米高产的重要措施。     

不同氮肥类型和用量对小麦产量和加工品质的影响

  【目的】   分析不同用量有机肥氮和化肥氮对小麦籽粒产量和品质的影响,为提升小麦品质提供科学施肥依据。   【方法】   不同氮肥类型长期定位试验位于山东陵县,始于2006年。肥料分为有机肥氮和化肥氮两大类,用量均设定为0、60、120、180、240、300、360、420、500、600 kg/hm2。2018年取样测定小麦产量和籽粒品质指标,运用多元统计分析方法评价了长期施用不同量有机肥氮和化肥氮对济麦22产量和品质的影响。   【结果】   氮肥类型对小麦籽粒容重、出粉率两个磨粉品质指标无显著影响,氮肥用量对籽粒容重、出粉率影响显著,施氮量越高,容重越低,出粉率越高。氮肥类型和用量对营养品质和加工品质影响显著。施氮量低于300 kg/hm2时,有机肥氮处理小麦的蛋白质含量、沉淀值、湿面筋含量、面团吸水率、面团形成时间均小于化肥氮处理;施氮量高于300 kg/hm2,有机肥氮和化肥氮处理的小麦品质指标差异较小。相关性分析表明,蛋白质含量、湿面筋含量、沉淀值与大多数品质指标存在显著的相关性。主成分分析表明,蛋白质含量因子对品质变异的贡献率为57%,显著大于其他主成分因子。品质指标综合分析表明,无论有机肥氮还是化肥氮,施氮量越大品质综合得分越高,相同施氮量下化肥氮处理小麦的品质综合得分大于有机肥氮处理,且施氮量越大差距越小。综合产量和籽粒品质的聚类分析表明,19个施肥处理可分为4类:第一类为不施氮和施有机肥氮60 kg/hm2 处理,为低产低质型;第二类为有机肥氮120 kg/hm2和化肥氮60 kg/hm2处理,为低产中质型;第三类为有机肥氮180、240 kg/hm2和化肥氮120 kg/hm2处理,为中产中质型;第四类为有机肥氮 ≥ 300 kg/hm2和化肥氮 ≥ 180 kg/hm2的处理,为高产高质型。   【结论】   氮肥类型对小麦籽粒产量和品质的影响与用量有关,有机肥氮低于300 kg/hm2或化肥氮低于180 kg/hm2,产量和品质均较差,且有机肥氮处理的小麦产量和籽粒品质低于化肥氮处理,有机肥氮用量 ≥ 300 kg/hm2或化肥氮用量 ≥ 180 kg/hm2时,可确保高产优质。     

北方麦区土壤有效磷阈值及小麦产量、籽粒氮磷钾含量对监控施肥的响应

  【目的】  分析我国北方麦区不同土壤有效磷水平下,监控施肥后小麦籽粒产量与养分吸收利用变化,为保证减施磷肥后小麦的丰产、优质、绿色生产提供理论依据。  【方法】  于2018—2020年在我国北方麦区49个地点进行了田间试验。所有试验均设农户施肥(FF)、监控施肥(RF)和监控无磷(RF-P) 3个处理,监控施肥的磷(P₂O₅)肥用量较农户施肥平均减少60 kg/hm2,相当于减少了46%。在小麦成熟期调查了土壤不同磷素水平下,小麦产量、产量构成、籽粒氮磷钾含量,并计算了磷素养分吸收利用率;在小麦收获期,采样测定土壤有效氮磷钾含量。  【结果】  当土壤有效磷<15 mg/kg时,小麦产量最低,为5155 kg/hm2;当土壤有效磷在25～30 mg/kg时,产量达到最高,为7217 kg/hm2;有效磷过高并不能持续提高小麦产量,反而因穗数、千粒重低导致产量降低。土壤有效磷<15、15～20、20～25、25～30和>30 mg/kg时,监控施肥处理小麦产量与农户施肥处理相比差异虽然未达显著水平,但小麦的磷肥吸收效率与磷肥偏生产力平均分别为1.03和104.7 kg/kg,分别较农户处理显著提高了119.6%和112.2%,籽粒氮磷钾含量与农户施肥处理相比无显著差异。当土壤有效磷<15 mg/kg,或速效钾达171和200 mg/kg、有效磷为15～20和>30 mg/kg时,不施磷肥小麦显著减产;但土壤速效钾为147和158 mg/kg、有效磷在20～25和25～30 mg/kg时,不施磷肥不减产。土壤有效磷含量越高,小麦籽粒平均氮含量越低、磷含量越高,籽粒平均钾含量在有效磷为20～25 mg/kg时达到最高。  【结论】  在北方麦区,过高的土壤有效磷含量有降低小麦氮素营养的风险,适当降低磷肥用量在保证产量的同时,还可大幅提高磷肥的利用率。土壤有效磷维持在20～30 mg/kg时,减施或不施磷肥依然可以实现小麦高产,但若速效钾>170 mg/kg时不施磷肥小麦有减产风险。因此,应基于对小麦目标产量、籽粒养分含量和土壤有效磷钾的监控,确定合理的磷肥用量,实现北方麦区化肥减施,小麦稳产提质增效和绿色生产。     

不同施肥量对旱作沟垄集雨种植农田土壤水分及玉米产量的影响

  【目的】  沟垄集雨种植是西北旱作农田广泛运用的高效节水栽培模式。研究不同施肥处理对旱作沟垄集雨种植农田土壤水分及玉米产量的影响,为优化施肥配置,进一步提升其增产效能提供科学依据。  【方法】  以玉米为供试作物,在宁夏回族自治区固原市进行了连续5年的田间定位施肥试验。试验玉米栽培采用集雨沟垄栽培技术,设置4个施肥水平处理:无肥对照 (CK),低肥 (N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2),中肥 (N 300 kg/hm2、P₂O₅ 150 kg/hm2),高肥 (N 450 kg/hm2,P₂O₅ 225 kg/hm2)。在玉米生长关键期,取0—200 cm深土壤不同层次的土壤样品,测定了土壤含水量、农田耗水量、水分利用效率,调查了玉米产量。  【结果】  无论缺水年、平水年还是丰水年,随施肥量的增加,农田耗水量、玉米干物质累积量均呈提高趋势,高、中、低水平施肥处理的农田耗水量较CK分别平均提高了8.8%、7.7%和5.3%,玉米干物质累积量分别显著 (P < 0.05) 提高了38.3%、35.8%和31.2%。在各年份,各处理土壤含水量从四叶期到抽雄吐丝期均随施肥量的增加呈降低的趋势,而在收获期,各施肥处理土壤含水量均显著 (P < 0.05) 低于CK,高、中、低水平施肥处理分别平均降低24.7%、24.2%和17.7%。综合来看,中肥处理5年平均籽粒产量最高 (11.4 t/hm2),产量变异系数最小 (12.9%)。在丰水年,低肥处理玉米产量及籽粒水分利用效率均高于高肥和中肥处理,而在平水年和干旱年,中肥处理可获得较高的籽粒产量和水分利用效率。  【结论】  在半干旱地区,施肥量对沟垄集雨种植模式春玉米产量及水分利用效率的影响受制于降雨量。在丰水年,较低的施肥量 (N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2) 即可获得理想产量和水分利用效率,而在平水年和干旱年,中量施肥水平 (N 300 kg/hm2、P₂O₅ 150 kg/hm2) 获得的产量和水分利用效率最高。高施肥量 (N 450 kg/hm2、P₂O₅ 225 kg/hm2) 会造成土壤水分的大量消耗。     

不同覆盖类型下减量施肥对油菜产量及水肥利用效率影响

为了探讨覆盖与缓释肥(节水节肥)技术对西南旱地油菜生长及水肥利用效率的影响,设置了由3种栽培模式(传统平作栽培、秸秆覆盖和沟垄集雨节水栽培)和3种施肥模式(习惯施肥、减施缓释肥、不施肥)组成的双因素大田定位试验,比较分析2a不同降水年型下覆盖与缓释肥技术对油菜生长的调控效应。结果表明,2016-2017年苗期降水异常偏多,2017-2018年偏少。苗期降水异常偏多对油菜生长的影响大于季节性干旱,2017-2018年苗期根冠比2016-2017平均增加83.55%。多雨年型(2016-2017)下产量及其构成值均低于季节性干旱年型(2017-2018)。单一的节水技术在季节性干旱发生时无显著的增产效应。季节性干旱和降水异常偏多均会影响油菜品质,且多雨会进一步降低了含油量及某些脂肪酸含量;干旱对脂肪酸构成影响更大。2 a节水节肥处理总耗水量均较习惯栽培加传统施肥显著减少,节水节肥处理水分利用效率较习惯栽培加传统施肥高8%～40%,并显著增加肥料利用效率。综上,单一的节水或节肥技术难以满足西南旱地油菜生产面临的复杂环境,通过秸秆覆盖和沟垄集雨与缓释肥集成的双节技术,能适宜不同降水年型下的油菜生产并兼顾环境效应,缓解生育期降水异常对作物生长的影响,实现节本增效的目标。