连年翻压紫云英对稻田土壤养分和微生物学特性的影响

【目的】紫云英（Astragalus sinicus L.）是南方稻区主要的冬种绿肥作物。本研究通过紫云英-化肥配施比例不同对水稻产量、 土壤养分和微生物学特性的影响探讨化肥的合理施用量,以期最大限度地减少化肥投入。【方法】紫云英水稻长期轮作定位试验始于2009年,试验设5个处理,对照（不施紫云英和化肥,CK）,全量化肥（100%F）,紫云英18000 kg/hm2+全量化肥（MV+100%F）,紫云英18000 kg/hm2+60%化肥（MV+60%F）,单施紫云英18000 kg/hm2（MV）。每个处理3次重复,小区面积15 m2。2012年10月份于水稻收获后采集土壤样品, 测定水稻产量、 土壤养分、 微生物量碳氮、 可培养微生物数量和土壤酶活性。【结果】1）与单施化肥相比,在翻压紫云英的条件下,化肥减量40%,对水稻产量没有影响,紫云英可替代部分化肥,达到减少化肥用量,保持产量的目的。2）不同施肥制度对土壤养分含量有一定的影响。与100%F处理相比,化肥结合翻压紫云英和单施紫云英处理能够提高土壤有机质和全氮含量; 施肥模式对土壤全磷和全钾含量无显著影响。与100%F处理相比, MV+100%F处理土壤的有效氮含量显著提高; 与100%F处理相比,MV和MV+60%F处理的速效磷含量显著减少; 100%F处理的土壤速效钾含量最高。不同施肥模式对土壤pH无显著影响。3）100%F、 MV+100%F处理的细菌数量较CK分别增加了102.3% 、 138.8%,而MV+60%F和MV处理与CK无显著差异,说明细菌对土壤养分有很强的依赖性。单施化肥或单施紫云英都不利于真菌和放线菌的生长,而化肥与翻压紫云英配合能显著提高其数量。4）相关性分析可以看出,细菌数量与土壤有效氮、 速效钾、 速效磷含量呈显著或极显著正相关; 真菌和放线菌的数量与铵态氮含量呈显著或极显著正相关,说明氮、磷、钾养分对土壤细菌数量的影响较大,而真菌和放线菌的数量主要受NH+4-N的影响。5) 与100%F处理相比,化肥配施紫云英可以显著提高微生物生物碳量（SMBC）和微生物生物氮量（SMBN）的含量。6) 除了过氧化氢酶,转化酶、 脲酶和酸性磷酸酶总体表现为紫云英与化肥混施大于单施化肥或紫云英。7)土壤酶活性、微生物生物量与土壤氮素的相关性最强。土壤转化酶、脲酶和酸性磷酸酶与水稻产量呈显著或极显著正相关,说明转化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性的大小可作为衡量水稻产量多少的依据之一。【结论】MV+60%F处理在保证水稻产量的同时能够减少40%的化肥用量,是一种高效节能的培肥模式。单施化肥不利于土壤有机质、 全氮和有效氮的积累,同时不利于微生物的生长和酶活的提高。MV+60%F 培肥模式有利于改良土壤的生物学性状,值得推广并有待今后进一步观察验证。     

紫云英配施化肥对我国水稻产量效应的整合分析

定量分析我国不同条件下紫云英配施化肥对水稻产量的影响,为紫云英配施化肥模式在稻田的推广应用提供科学依据。以单施化肥为对照,通过搜集整理已发表的田间试验数据,运用整合分析(Meta-analysis)的方法,明确紫云英配施化肥对水稻产量的综合效应,量化分析了水稻种植模式、化肥配施比例、紫云英翻压量、施肥量、土壤理化性状对紫云英配施化肥增产效应的影响。结果表明:与单施化肥相比,紫云英配施化肥显著提高了水稻产量,增产率为4.47%(95%CI,3.16%～5.77%),其中单季稻增产率为4.89%(95%CI,3.01%～6.76%),双季稻增产率为4.06%(95%CI,2.26%～5.87%)。水稻增产率随化肥配施比例的增加呈逐渐上升趋势,当化肥配施比例≤0.4时,水稻减产4.58%(95%CI,-2.26%～-5.87%)。水稻增产率随紫云英翻压量增加呈先上升后下降趋势,以紫云英翻压量为22500～37500 kg/hm²时,增产率较高。稻田施氮量>180 kg/hm²、施磷量30～60 kg/hm²、施钾量60～120 kg/hm²时,紫云英配施化肥的水稻增产率较高;土壤有机质含量<20 g/kg,土壤全氮含量<1.5 g/kg,土壤有效磷含量为10～20 mg/kg,土壤速效钾含量<50 mg/kg,土壤pH 6.5～7.5时,紫云英配施化肥的水稻增产率较高。综上所述,与单施化肥相比,紫云英配施化肥可显著提高水稻产量,且在土壤有机质、全氮含量较低,土壤pH偏中性条件下增产效果较好。紫云英配施化肥条件下,化肥减施20%～40%,紫云英翻压22500～37500 kg/hm²仍能保证水稻增产。     

长期不同施肥对红壤性水稻土磷素及水稻磷营养的影响

【目的】合理的土壤磷素管理对作物生产和环境保护具有重要意义。南方双季稻田土壤磷素特征及磷素吸收信息相对缺乏,本文利用江西省稻田土壤质量演变定位监测试验为平台,系统分析长期不同施肥措施下土壤全磷、磷活化系数及水稻磷素吸收量的变化特征和全磷与磷盈亏的响应关系等,为指导磷肥合理施用提供重要科学依据。【方法】从1984年开始在江西省南昌市进行长期定位试验,设置8个处理,分别为不施肥对照(CK),PK、NP、NK、NPK、70%化肥氮+30%有机肥氮(70F+30M)、50%化肥氮+50%有机肥氮(50F+50M)、30%化肥氮+70%有机肥氮(30F+70M)。早稻施用纯N、P2O5和K2O量分别为150、60和150 kg/hm^2,晚稻分别为180、60和150 kg/hm^2。早、晚稻施用的氮、磷、钾化肥均分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾,有机肥分别为紫云英(N、P2O5、K2O含量分别为0.30%、0.08%、0.23%)和腐熟猪粪(N、P2O5、K2O含量分别为0.45%、0.19%、0.60%)。除30F+70M处理,其余处理均为等氮磷钾设计。于1984-2012年每年早、晚稻收获期采集秸秆和稻谷计产,并于晚稻收获后,测定土壤全磷和有效磷含量。分析土壤全磷、磷活化系数(PAC)及早、晚稻磷素吸收量随种植年限的变化规律,研究土壤全磷含量与磷累积盈亏的响应关系。【结果】经29年连续试验,NK处理土壤全磷含量以每年4.6 mg/kg的速度下降,而含磷化肥处理土壤全磷含量升高速率为3.3~19.4 mg/(kg·a)。有机无机配施处理(70F+30M、50F+50M和30F+70M)升高速率平均为16.1 mg/(kg·a),是施NPK肥处理的4.89倍。施磷土壤全磷含量平均增至1.07 g/kg (2010-2012平均值),较初始值提高了1.18倍。不施磷肥处理土壤磷活化系数(PCA)由试验初始的4.24%下降至2.5%左右,施磷肥处理则均显著升高,其中有机无机配施处理平均升高至8.51%,平均年升高速率是施NPK处理的2.89倍。早、晚稻磷素吸收量,施磷肥(PK、NP和NPK)和化肥配施有机肥处理(70F+30M、50F+50M和30F+70M)均显著高于CK,提高幅度分别为29.9%~124%和28.6%~103%,均衡施肥(NPK、70F+30M、50F+50M和30F+70M)磷素吸收量显著高于不均衡施肥(PK和NP)处理,前者平均分别较后两者提高了38.7%和32.9%。早、晚稻产量与磷素吸收量呈极显著线性正相关关系,每吸收磷(P) 1 kg,早稻和晚稻产量分别可提高115和106 kg/hm^2。不施肥(CK)条件下,土壤全磷变化与累积磷盈亏间无显著相关关系,施NK肥处理土壤中每亏缺磷100 kg/hm^2,土壤全磷含量降低6.0 mg/kg,施化学磷肥的3个处理,土壤中每盈余磷100 kg/hm^2,平均提高9.3 mg/kg,而3个有机–无机配施处理,土壤中每盈余磷100 kg/hm^2,平均增加63.3 mg/kg,是无机磷肥的6.78倍。【结论】无论是单施化学磷肥,还是有机无机配施均有效提高土壤全磷含量及磷活化系数,且在等磷量投入条件下,有机无机配施较单施化肥的效果更优。建议减少中国南部红壤性稻田土壤的总磷输入量和提高有机肥施用比例,以改善粮食生产和保护环境。     

长期不同施肥下南方黄泥田有效磷对磷盈亏的响应特征

【目的】黄泥田为南方主要中低产田类型之一。通过研究长期施肥条件下南方黄泥田土壤磷素累积盈亏与有效磷的关系,为黄泥田科学施用磷肥提供理论依据。【方法】基于连续33年水稻长期定位试验,研究了不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施牛粪 (NPKM)、化肥配施秸秆 (NPKS) 四个处理土壤有效磷的变化规律及土壤磷累积盈亏状况,计算有效磷–磷盈亏响应系数。【结果】各施肥处理双季稻年份 (1983～2004年) 土壤有效磷与全磷含量呈年际上升趋势,以NPKM增幅最为明显,改为单季稻后 (2005～2015年) 则呈下降趋势,也以NPKM降幅最为明显。试验至2015年,NPK、NPKS处理有效磷含量分别为9.7 mg/kg、8.7 mg/kg,较试验初期分别下降8.3 mg/kg、9.3 mg/kg,NPKM处理与试验初期持平。CK、NPK、NPKM、NPKS处理的磷素活化系数 (PAC) 总体呈年际下降趋势,其多年平均磷素活化系数值 (PAC) 分别为2.9%、3.5%、4.7%、4.1%,其中NPKM与NPKS处理显著高于NPK与CK处理。除双季稻NPKS处理外,不同施肥模式下双季稻与单季稻年份的土壤有效磷增减与土壤累积磷盈亏均呈显著正相关,其中双季稻年份土壤磷素 (P) 每盈余100 kg/hm2,NPK、NPKM处理有效磷分别增加4.5 mg/kg与11.2 mg/kg,而单季稻年份土壤磷素每亏缺100 kg/hm2,NPK、NPKM、NPKS处理有效磷分别减少14.6 mg/kg、23.9 mg/kg、25.9 mg/kg。双季稻磷肥年施用量 (P) 为26.2 kg/hm2时,土壤磷素呈盈亏持平状态。【结论】有机无机肥配施比单施化肥能够显著提高黄泥田土壤有效磷、全磷含量和磷素活化系数,有效磷含量与磷素累积盈亏密切相关,等磷素盈亏量下,有机无机肥配施的有效磷响应系数要高于单施化肥,而磷累积亏缺下,有效磷降幅响应比磷累积盈余下有效磷增幅响应大。     

紫云英还田配施化肥对单季晚稻养分利用和产量的影响

研究旨在探讨紫云英较高鲜草翻压量条件下配施不同比例常规用量化肥对单季晚稻养分吸收、养分利用效率和产量的影响。试验设置7个处理:CK(不翻压紫云英和不施化肥),CF(常规用量施肥)及翻压45 t hm-2(GM45)紫云英鲜草配施0、20%、40%、60%和80%常规用量化肥(CF)。在浙江省金华市蒋堂农业科学试验站进行为期2年的田间试验,结果表明,在所有的紫云英翻压配施化肥处理中,虽然水稻N、P、K的总吸收量以GM45+80%CF处理最高,但稻谷P、K养分最高吸收量出现在GM45+40%CF处理中,水稻养分内部利用效率随化肥配施量的增加而降低;水稻的N、P和K的农学利用效率和稻谷产量均以GM45+40%CF处理最高。从提高肥料利用率和降低环境风险的角度出发,紫云英鲜草异地还田量为45 t hm-2时,以配施N 80.6 kg hm-2、P2O521.5 kg hm-2和K2O 43.3 kg hm-2为宜。与CK处理相比,CF和紫云英鲜草翻压配施化肥处理的稻谷产量分别提高13.7%和8.5%～17.4%。在紫云英—单季晚稻耕作制中,紫云英异地还田量45 t hm-2不会使单季晚稻苗期产生僵苗现象。     

配施有机肥对潜育化水稻土的培肥效果

为探索潜育化水稻土的培肥措施,通过田间试验研究了有机无机肥配施对潜育化低产水稻土产量和土壤养分有效性的影响。结果显示:连续2季施用有机肥后,潜育化水稻土产量显著提高,以早稻配施紫云英-晚稻配施猪粪处理的产量最高。添加有机肥降低了潜育化水稻土耕层土壤p H值。早稻配施紫云英,晚稻配施猪粪处理的有机质提高明显,比NPK处理提高了15.22%;早稻配施紫云英,晚稻配施猪粪处理的潜育化水稻土全氮含量比单施化肥处理提高4.19%;早稻配施紫云英,晚稻单施化肥处理的潜育化水稻土有效磷含量提高最多,比NPK处理提高了4.92%;相比于NPK处理,早稻配施紫云英,晚稻单施化肥处理的土壤速效钾含量比两季均单施化肥处理提高了13.2%。因此,潜育化水稻土适当配施有机肥可以提高土壤养分有效性,增加水稻产量,可以作为培肥改良潜育化水稻土的参考方法。     

秸秆还田配施化肥对土壤温度、根际微生物及酶活性的影响

以单施秸秆为对照,研究秸秆还田配施不同比例化肥对土壤温度、土壤根际微生物和酶活性的影响。结果表明:(1)在水稻不同生育期,与对照相比秸秆还田配施化肥各处理在8:00和20:00均提高了土壤温度,而在14:00降低了土壤温度。从地温日较差分析可知,秸秆还田配施化肥处理的整日地温变化幅度低于对照,且差异显著。此外随着土层深度的增加,秸秆还田配施化肥处理与对照间的差距逐渐减少,调温作用逐渐减弱。(2)秸秆还田配施化肥各处理能够增加根际土壤总细菌、放线菌、真菌、氨氧化细菌、好气性自生固氮菌、亚硝酸细菌、磷细菌和好气性纤维素分解菌的数量,但普遍区组间差异不显著。除了秸秆还田配施低量NP处理(SNP1,秸秆3 000 kg hm-2+N 150 kg hm-2+P2O575 kg hm-2)以外,秸秆还田配施化肥各处理的过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性均高于对照,但区组间均未达到显著差异。因此,秸秆还田配施化肥能合理调节土壤温度,显著提高土壤微生物的数量与活性,有利于土壤生态环境的改善,其中秸秆还田配施NPK处理(SNPK1,秸秆3 000 kg hm-2+N 150 kg hm-2+P2O575 kg hm-2+K2O 37.5 kg hm-2;SNPK2,秸秆3 000 kg hm-2+N 225 kg hm-2+P2O5112.5 kg hm-2+K2O 56.3 kg hm-2)效果最为显著。     

减量化肥配施不同量紫云英对土壤磷素形态及水稻产量的影响

通过8年长期定位试验,以不施肥(CK)为对照,研究减量20%化肥配施22.5、30、37.5、45 t·hm~(-2)紫云英(CF_(0.8)G_(22.5)、CF_(0.8)G_(30)、CF_(0.8)G_(37.5)、CF_(0.8)G_(45))及单施化肥(CF)对豫南稻区土壤无机磷形态及水稻产量影响。结果表明:与不施肥相比,减量20%化肥配施22.5～45 t·hm~(-2)紫云英及单施化肥均显著增加土壤Al-P、Fe-P、Ca-P、O-P、有效磷、碱解氮、速效钾含量及水稻产量。减量20%化肥配施不同量紫云英(CF0.8G)较单施化肥提高土壤Fe-P、Al-P、Ca-P含量及组成比例,降低土壤O-P含量及组成比例。相关性分析、通径分析及逐步回归分析结果显示,土壤Fe-P为最有效磷源,土壤Al-P、Ca-P为缓效磷源,土壤O-P为非有效磷源。土壤Al-P、Fe-P、Ca-P与水稻产量及土壤无机磷、碱解氮呈显著或极显著相关性。减量20%化肥配施紫云英较不施肥处理水稻产量提高24.26%～26.01%,较单施化肥处理水稻产量提高3.75%～5.38%,以配施30 t·hm~(-2)紫云英处理水稻产量最高。综合考虑土壤磷素有效性、水稻产量及土壤养分,以减量20%化肥配施22.5～30 t·hm~(-2)紫云英效果较好。     

紫云英还田量对稻田土壤微生物数量及活度的影响

采用田间小区试验,进行了紫云英不同翻压量对水稻不同生育期的土壤微生物数量和微生物活度的影响研究。结果表明,紫云英还田显著提高土壤微生物数量。以紫云英22 500 kg.hm-2配施当地大田化肥用量70%处理的土壤微生物数量最多;紫云英还田使土壤好气性细菌、真菌数量增加,放线菌数量减少。在早稻分蘖盛期好气性细菌,真菌数量升到最大,放线菌数量降到最低;紫云英翻压还田能提高微生物活度。以紫云英22 500 kg.hm-2配施当地大田化肥用量70%处理的微生物活度最强。     

长期不同施肥模式红壤性水稻土磷素变化

【目的】研究红壤性水稻土长期不同施肥模式下耕层土壤有效磷含量与全磷含量的变化特征,以及有效磷含量与累积磷盈亏的关系,分析不同形态磷肥对土壤磷素有效性影响的差异,找出最有效的红壤性水稻土磷素培肥施肥方式。【方法】供试土壤取自1981~2012年在江西进行的红壤双季稻稻田长期定位试验。试验自始至终保持水分、农药等日常田间管理与当地习惯相同,统一水稻品种并定期更换。试验设5个处理:施氮钾肥(NK);氮磷钾化肥(NPK);两倍氮磷钾化肥(NPK2);早稻氮磷钾化肥配施紫云英,晚稻氮磷钾化肥配施猪粪(NPKM);长期不施肥(CK)。分析了耕层土壤有效磷含量和全磷含量计算了有效磷增量与累积磷盈亏的相互关系。【结果】试验32年后对照土壤磷年均亏缺22.7 kg/hm2,有效磷含量在低水平下维持平衡;NK处理磷素年均亏缺27.9kg/hm2,显著高于不施肥处理,全磷含量缓慢降低32年累计降低了8.6%,有效磷含量呈持平趋势。NPK、NPK2、NPKM处理土壤磷素均有盈余,年均盈余量分别为33.3、39.0、41.0 kg/hm~2,全磷含量分别增加了32.1%、89.4%、165.1%,有效磷含量分别增加了2.2、6.9、15.3倍,年上升速率分别为0.30、1.18、1.79 mg/kg,有效磷增量与累积磷盈余呈显著正相关。NPK化肥配施有机肥处理不仅提高土壤有效磷及全磷的含量,还显著提高磷素有效性。水稻产量增加量随累积磷投入量和有效磷的增加而增加,前期增加较快后期增加较慢,有效磷含量具有明显的拐点,其值超过20 mg/kg后产量就增加缓慢。【结论】红壤性水稻土在双季稻种植模式下,长期不施磷肥处理土壤全磷含量缓慢降低,有效磷含量可维持低水平下的平衡。施磷处理土壤全磷含量,有效磷含量以及磷素有效性均呈上升趋势且无机磷肥与有机磷肥配施处理上升最快。无机磷肥与有机磷肥配合施用在提高土壤全磷含量的同时也提高磷素的有效性。土壤有效磷超过20 mg/kg后相对产量提高缓慢。氮磷钾化肥与有机肥配合施用是提高耕层土壤磷素库容和提高磷素活化能力的有效措施。