新疆伊犁垦区有机水稻生产养分平衡及氮素污染风险分析

为研究肥料使用过程中养分效率和氮素污染风险,在伊犁河南岸新垦区,针对有机水稻,通过2 a的田间试验,分析有机肥和化肥投入对于水稻产量及构成因子、土壤养分平衡以及养分利用效率的影响。结果表明,有机水稻生产条件下,施用牛羊粪主要通过穗粒数和千粒质量增加水稻产量,而常规水稻生产则通过增加单位面积穗数（分蘖数）和穗粒数。高量有机肥处理对土壤有机质增加显著,不同有机肥水平和化肥处理对全氮都没有显著影响。有机水稻生产中N、P、K养分盈亏量分别在106～678 kg/hm2、26～166 kg/hm2和79.5～627.3 kg/hm2之间。有机水稻N素表观利用效率、农学利用效率分别为低量有机肥处理17.7%、10.6 kg/kg和高量有机肥处理8.7%、4.9 kg/kg。在伊犁地区高量有机肥投入条件下,水稻产量可以达到当地常规生产的80%。高量有机肥可以维持或提高水稻产量,但养分资源利用效率低,潜在的农业面源污染值得重视。该文对新疆伊犁垦区土地开发过程中协调农业生产和水土资源保护具有一定参考意义。     

山西省农牧生产体系磷流动空间变异特征

为揭示山西省农牧生产体系磷流动空间分布特征,进一步为养分资源综合管理提供科学建议,本研究使用食物链养分流动模型(NUFER)与Arc GIS相结合,以2011年山西省11个地市农牧生产体系为研究对象,计算了农牧生产体系中的磷流动、损失及账户平衡,并对各个生产体系的磷利用效率(PUE)、有机废弃物中磷的循环利用效率、磷的损失途径等重要指标进行了综合评价,描述了2011年山西省各地市农牧生产体系与区域尺度的磷流动变化特征。研究结果表明,山西省各地市农牧体系磷的投入和损失差异较大,农田生产体系投入范围在22.5~83.0 kg·hm~(-2),而整个农牧生产体系损失区间在2.7~8.8 kg·hm~(-2);磷的投入和损失均总体呈现东南部高、西北部低的空间分布格局;各地市农田磷素均有盈余但程度不均,为9.4~48.4 kg·hm~(-2)。农田生产系统的磷素利用效率(PUEc)高于全国平均水平;农牧生产体系的磷利用效率(PUEc+a)较低,全省平均水平仅为30.3%,主要是由于农牧分离较为严重;有机废弃物的循环利用效率较低(60%)。省域东南部存在潜在环境风险,晋城、晋中等地市有大量的粪尿磷未得到回收利用,可作为周边农业主产区的农田养分资源。因此通过提高农牧生产体系的养分管理水平和区域间养分资源协同管理,能够大幅提高磷的利用效率,同时有效降低环境风险,实现山西农业可持续发展。     

我国不同区域小麦施肥资源环境影响的生命周期评价

以河南、江苏和陕西三省的小麦生产体系为例,以生产1 t小麦为评价的功能单元,应用生命周期评价（LCA）方法,比较了不同生态区小麦施肥的资源环境影响潜力。结果表明,三省环境影响综合指数大小依次为江苏0.288、河南0.201、陕西0.180。几种资源环境影响中,潜力大小依次是富营养化、环境酸化、温室效应、土地利用和能源消耗,其中施用氮肥引起的氨挥发是导致富营养化和酸化的主要因素。农户间生产的资源环境影响潜力差异很大,环境影响综合指数变异范围在34.9%～57.3%,陕西最高,江苏最低。如果将小麦追肥由撒施都改为沟施,三省的环境影响综合指数将降低28.0%～45.4%。     

不同缓释有机复肥对夏玉米产量及氮素利用效率的影响

采用田间小区试验,研究了不同缓释有机复肥对夏玉米产量和氮素利用效率的影响。结果表明,以污泥滤饼(沼渣)为主要有机原料生产的胶结型、胶结-包膜型和混合型(30%胶结型缓释肥+70%胶结-包膜型缓释肥)有机复肥较等氮等磷等钾养分用量的常规施肥(化肥+有机肥)分别增加夏玉米产量7.9%、14.9%和20.1%,分别提高氮素利用率8.5、18.0和25.3个百分点,分别提高氮素农学效率0.71、1.33和1.77倍。本试验条件下,混合型缓释有机复肥能保证养分释放动态与夏玉米需肥规律基本吻合,因而增产效果最好,并显著提高了氮素利用效率。     

黄河流域九省区农业水资源利用效率评价和障碍因子分析

为了解黄河流域九省区农业水资源利用现状,明晰提高九省区农业水资源利用效率障碍因子。基于熵权Topsis模型,以黄河流域九省区为评价单元,从资源利用效率、经济效益、生态效益准则层中选取14个评价指标,构建九省区的农业水资源利用效率的综合评价指标体系,评价黄河流域九省区2004年、2009年、2014年、2019年的农业水资源利用效率,并对九省区的农业水资源利用效率进行障碍因子诊断。结果表明:(1)2004—2019年,青海、内蒙古、河南、山东的农业水资源利用效率较高,陕西、甘肃、山西的农业水资源利用效率相对较低。(2)2004—2019年,各省区的农业水资源利用效率整体提高,且九省区之间的农业水资源利用效率差异逐渐减小。(3)地均水资源占有量(A6)、人均生态环境用水量(A13)是山西、山东、河南、四川、陕西、甘肃、宁夏的主要障碍因子,人均生态环境用水量(A13)、农业水资源利用效率系数(A4)是青海的主要障碍因子,地均水资源占有量(A6)、用水的农业生产总值(A9)是内蒙古主要障碍因子。因此,九省区水资源禀赋及生态环境用水量是影响其农业水资源利用效率的主要因素。     

太湖地区高产水稻生命周期评价

以太湖地区高产水稻典型管理措施为例,应用生命周期评价方法,以生产1t水稻为评价的功能单元,把水稻生命周期划分为原料阶段、农资阶段和种植阶段进行清单分析与影响评价,考虑了能源消耗、水资源消耗、温室效应、环境酸化和富营养化5种环境影响类型。结果表明,太湖地区高产水稻生命周期环境影响潜力大小依次是水资源消耗、富营养化、温室效应、环境酸化和能源消耗,环境影响指数分别为1．45、0．54、O．52、0．32和0．05,环境影响综合指数为0．54。降低稻田水肥投入,提高水分和养分生产效率是控制太湖地区水稻生产体系生命周期环境影响的关键,它在直接减少种植环节资源消耗与污染排放的同时,也间接减轻了上游生产环节的环境影响,从而减缓生命周期的环境影响。     

小麦大豆间作条件下作物养分吸收利用对间作优势的贡献

采用田间小区试验和田间微区根系分隔试验 ,通过间作与相应单作成熟期氮磷钾养分吸收量和利用效率 (单位养分吸收量所能生产的干物质量 )的比较研究了小麦大豆间作中养分吸收和利用效率的变化。结果表明 ,间作作物氮、磷、钾养分吸收总量分别高出相应单作 24%～39% ,6%～27%和24%～64% ;而间作氮、磷和钾的利用效率分别比单作低5%～20%、5%～7%和 6%～32%。间作优势主要表现在养分吸收量的增加。间作大豆养分收获指数的提高使间作子粒产量优势比生物学产量优势更明显。种间根系分隔微区试验表明 ,间作作物养分利用效率的降低与两作物根系相互作用有关     

京郊典型作物生产体系施肥环境影响的生命周期评价

以北京市顺义区冬小麦-夏玉米轮作和露地蔬菜两种作物生产体系为对象,采用生命周期评价（LCA）方法,综合考虑全球变暖、环境酸化、水体富营养化、土壤毒性、能源消耗和淡水资源消耗6种环境影响类型,分别以年产1t作物产品干物质和种植1hm2作物为评价功能单元,系统研究了施肥的资源环境影响潜力。结果表明：对于大田作物和露地蔬菜生产系统,年产1t产品（干物质）施肥的综合环境影响指数分别为0.46和2.11,种植1hm2作物施肥的综合环境影响指数则分别为4.74和26.77;农田种植环节环境影响潜力的贡献分别占大田作物和露地蔬菜整个生命周期环境影响潜值的95.1%和99.1%,远远大于肥料生产环节;大田作物和露地蔬菜生产过程中的环境影响潜力均表现为水体富营养化〉环境酸化〉全球变暖〉淡水资源消耗〉能源消耗〉土壤毒性;肥料氨挥发是引起水体富营养化和环境酸化的主要途径,硝态氮和总磷的淋洗径流损失也是水体富营养化的主要来源。优化施肥量是控制作物生产施肥潜在环境影响的关键。     

浙江省浦江县作物氮磷投入效应的TechnoGIN分析

该文以浦江县近10a作物种植结构变化为基础,以农户农业生产调查为样本数据,运用TechnoGIN模型对浦江县近十年的经济作用养分投入情况分析,对照经典试验数据得出经济作物养分投入已严重过剩,仅浦江县2006年水果、蔬菜和苗木的养分过剩量分别占浦江县该年氮肥、磷肥总投入量的35.2%和28.6%,养分利用效率均低于20%。因此,如何规范经济作物的农业养分投入不仅是减少生产成本增加农业经济效益的重要途径,更是减少农业面源污染的的迫切需要。     

作物调亏灌溉的适宜时间与调亏程度的研究

作物调亏灌溉是建立在作物与水分关系基础上的一种节水高产灌溉技术。根据陕西长武、甘肃民勤等地的田间试验资料分析了适度缺水对作物产量的有益效应,表明调亏灌溉的适宜时段应该在作物的早期生长阶段。陕西长武和甘肃民勤小麦和棉花的试验结果表明,其水分亏缺程度可达到田间持水量的45%～50%,而对作物的产量没有不利影响,但可明显提高作物水分利用效率。并且讨论了调亏灌溉目前存在的一些问题。     

两种水稻生产方式的生命周期环境影响评价

以湖南水稻生产体系为例,应用生命周期评价方法,对两种水稻生产方式进行生命周期资源消耗与污染物排放清单分析,在此基础上进行了生命周期环境影响评价。结果表明,两种生产管理措施下潜在环境影响较大的均是富营养化、水体毒素、土壤毒素和环境酸化,其中传统生产方式下4项潜在环境影响指数分别为1．606、0．868、0．309和0．262,推荐生产方式下各项环境影响指数分别下降至1．277、0．489、0．260和0．211。经加权评估后,两种模式的生命周期环境影响综合指数分别为0．3634和0．2676。潜在富营养化主要来自于作物种植阶段农田NH3挥发和NO3-N淋失;水体毒素和土壤毒素主要来自农药使用;环境酸化主要来自施氮导致的NH3挥发和农用化学品生产中排放的SOx。水稻生产的管理方式需要在推荐生产方式的基础上做重大改进,实施清洁生产方式,减少氮肥、农药的使用量,是控制水稻生命周期环境影响的关键。     

陕西省苹果主产区土壤有机质、氮磷钾养分含量与分布特征

【目的】研究陕西省苹果主产区土壤养分状况,为陕西省苹果主产区施肥策略的合理制定及土壤养分管理提供科学依据。【方法】自2012～2016年,在陕西省延安、铜川、渭南、咸阳和宝鸡5个苹果主要生产地区选取典型果园,样点数依次为17208、2634、8589、14723和303个,采集0—40 cm土层土壤样品,测定土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量,并利用现有果园土壤养分分级标准,比较分析各地区土壤养分分布状况。【结果】目前,陕西省苹果主产区土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量平均值分别为11.5 g/kg、57.1 mg/kg、13.0 mg/kg和160.4 mg/kg,较低和低等水平所占比例分别为33.3%、61.8%、85.0% 和50.4%。不同地区土壤养分存在一定差异,从全区来看,基本呈西、南高,东、北低的分布特征,即宝鸡是果园土壤养分含量最高的地区,咸阳、渭南和铜川次之,延安果园土壤养分含量最低。延安地区果园土壤平均有机质含量9.5 g/kg、碱解氮49.4 mg/kg、有效磷9.0 mg/kg和速效钾140.0 mg/kg,处于较低和低等养分水平的果园百分比分别为61.6%、77.7%、99.3%和67.5%。铜川地区果园土壤有机质平均含量为14.2 g/kg,有机质达中等及以上水平果园占88.9%;碱解氮含量均值为62.0 mg/kg,46.4%的果园处于较低和低等水平;有效磷含量均值为13.9 mg/kg,75.3%的果园处于较低和低等水平;速效钾含量均值为181.6 mg/kg,处于中等及以上水平的果园所占比例为67.2%。渭南地区果园土壤有机质含量均值为13.1 g/kg,有机质达中等及以上水平果园占83.2%;碱解氮含量均值为61.6 mg/kg,54.6%的果园处于较低和低等水平;有效磷含量均值为13.7 mg/kg,81.0%的果园处于较低和低等水平;速效钾含量均值为170.1 mg/kg,42.6%的果园处于较低和低等水平。咸阳地区果园土壤有机质含量均值为12.3 g/kg,有机质达中等及以上水平的果园占85.7%;碱解氮含量均值为62.7 mg/kg,49.4%的果园处于较低和低等水平;有效磷含量均值为16.7 mg/kg,74.2%的果园处于较低和低等水平;速效钾含量均值为173.2 mg/kg,处于中等及以上水平果园所占比例为60.9%。宝鸡地区果园土壤有机质含量均值为17.5 g/kg,有机质达中等及以上水平果园占97.4%;碱解氮含量均值为78.3 mg/kg,21.7%的果园在较低和低等水平;有效磷含量均值为23.4 mg/kg,64.9%的果园在中等及以上水平;速效钾含量均值为179.2 mg/kg,处于中等及以上水平果园所占比例为70.0%。【结论】陕西省苹果主产区土壤养分含量总体较低,不同地区苹果园土壤有机质和氮磷钾有效养分含量差异较大,需因地制宜确定合理的施肥方案。     

渭北旱塬红富士苹果不同时期叶片营养诊断

为推动渭北旱塬苹果合理施肥,通过测定红富士苹果不同时期叶片养分含量,并运用Beaufils、Jones和Elwali&Gascho提出的3种DRIS指数计算法对红富士苹果营养状况进行诊断。结果表明,从6月到8月红富士苹果叶片各养分元素含量变化存在差异,高产果树(单株产量>25 kg)叶片N含量呈先降低后升高趋势,P含量逐渐降低;低产果树(单株产量≤25 kg)叶片N含量一直降低,P含量变化则与高产叶片N相同。其他元素在两种果树中的变化趋势一致,K和Zn含量降低,Ca和Mg含量升高,Cu、Fe和Mn呈先升高后降低趋势。不同时期根据DRIS标准程序确定的重要诊断参数不同;与Elwali&Gascho提出的DRIS诊断指数计算法相比,采用Beaufils和Jones的方法得出的各元素诊断指数不但与其含量相关性高,且需肥顺序差异不大,Beau-fils方法得出高产果树6月到8月最缺乏的元素为K、Fe、Ca+Mg,Jones方法为K、Ca、Ca+Mg,低产果树均为K、Fe、N。综上,本研究建议针对不同时期进行红富士苹果叶片营养状况评价。     

辽宁省育肥猪生产环境影响的生命周期评价

采用生命周期评价方法,以1 000 头出栏育肥猪的规模化养殖场为功能单位,对辽宁地区育肥猪生产进行污染物排放清单分析,评价其环境影响。结果表明,1 000 头育肥猪生产的生命周期环境影响综合指数为56.59,环境影响大小依次为富营养化、酸化、全球变暖,环境影响指数依次为36.31、13.84和6.44;富营养化影响主要来源于猪粪尿中氮、磷的排放,酸化影响主要来源于猪粪尿中NH3的排放,全球变暖影响主要来源于种植饲料作物使用的化肥生产过程中NOx的排放。因此,加强养猪粪污无害化处理,促进养殖业废物资源化,增加育肥猪饲料中青饲料比例,提高饲料作物生产过程中化肥利用率是降低辽宁地区育肥猪生产环境负荷的主要措施。     

陕西省果园磷素投入特点及磷负荷风险分析

以陕西果园调查数据为基础,采用盈余法从果树种类和区域尺度分析果园生产体系中的磷素输入输出特点及盈余状况。结果表明:陕西果园磷肥投入过量与不足并存,调查中55.8%果园施肥处于过量,不足占27.8%。化学磷肥平均投入量为366.1 kg/hm²,通过有机肥投入的磷仅为72.8 kg/hm²。果园土壤磷盈余与亏缺并存,80.3%的果园处于盈余,其盈余量超过300 kg/hm²,占43.1%。19.7%的果园处于亏缺,平均亏缺量为-25.8 kg/hm²。不同类型果园比较,猕猴桃果园盈余量较高,为472.3 kg/hm²,而葡萄园和苹果园盈余量分别为365.9 kg/hm²,355.6 kg/hm²。不同区域比较,关中灌区盈余量（351.8 kg/hm²）高于渭北旱塬（315.5 kg/hm²）。调查区果园磷肥的不合理投入将会给果园土壤环境带来较大的环境负荷。     

海南农田养分平衡状况及环境风险评价

  【目的】  海南是我国区域经济作物种植面积占比最高的省。以海南主要农作物为对象,研究海南农田养分投入强度和作物养分平衡状况,从活性氮损失、温室气体排放和水体富营养化等方面评价施肥引起的环境风险。  【方法】  根据《海南统计年鉴》中的农作物种植结构,将海南省农作物分为粮食、蔬菜、水果和其他经济作物4类。采用随机抽样方法进行大样本农户问卷调研,共获取1199个有效样本。通过统计分析定量了海南岛主要农作物和各市县养分投入强度,化肥、有机肥施用结构,计算海南岛典型农作物体系水稻–辣椒轮作、香蕉和菠萝的氮磷养分平衡;采用相应环境模型,定量评价由于施肥带来的活性氮损失、温室气体排放以及富营养化效应等环境影响。  【结果】  目前海南主要作物化肥N、P₂O₅、K₂O养分的平均投入分别为261、206、225 kg/hm2,分别高出全国平均水平10%、101%、148%,其中蔬菜磷和钾养分投入量分别高出全国平均水平164%和138%。全海南省各市县相比,沿海市县化肥养分施用强度高于中部市县,以昌江、海口的氮磷钾养分投入量大,高于投入最低的白沙、琼中等市县1.0～2.2倍。单质化肥以尿素、过磷酸钙和氯化钾为主,复合肥主要为N–P₂O₅–K₂O 15–15–15型。有机肥占总养分投入比例较低,粮食、蔬菜和水果的有机氮投入量分别为粮食、蔬菜和水果类作物总氮投入量的4%、20%和12%,低于全国平均水平。水稻–辣椒轮作、香蕉、菠萝种植体系的氮素单季盈余分别为N 520、675和668 kg/hm2,磷素单季盈余分别为P 217、277 和228 kg/hm2,香蕉和菠萝种植体系氮素盈余是环境安全阈值的8倍以上。3个作物体系中,菠萝生产的单位面积活性氮损失、单位面积温室气体排放和富营养化效应最高,分别达到N 201 kg/hm2、CO₂-eq 13112 kg/hm2和PO₄-eq 121 kg/hm2。活性氮损失的4个途径中,贡献最大的是施用环节,硝酸盐淋洗高达85%,其次是氨挥发、氧化亚氮排放和肥料生产运输阶段产生的活性氮损失。肥料生产运输过程产生的温室气体排放与施用阶段相当。肥料施用阶段排放带来的单位面积富营养化潜值大于生产阶段,氮肥和磷肥施用对富营养化效应的贡献度分别为62.5%和35.7%。  【结论】  海南省农业生产中经济作物占比高,养分投入强度大,磷、钾施用过量问题尤为突出,有机肥施用占比低,养分总体盈余高。由于经济作物多分布于沿海市县,沿海地区的养分盈余大于中部。养分施用阶段带来的环境风险远大于生产阶段。硝酸盐淋洗是活性氮损失的主要形式,氮肥和磷肥是水体富营养化的主要贡献者。菠萝生产体系的环境风险最高,其养分管理模式亟需优化。     

陕北黄土丘陵区山地苹果园的土壤水分动态研究

掌握土壤水分特征是实现果园科学管理、有限雨水资源合理高效利用、保证果树高产优质的关键。以陕北米脂山地6年生红富士苹果园为研究对象,于2015年4月—2016年6月采用FDR、中子水分仪和烘干法相结合的土壤水分监测方法,分析了山地苹果园的土壤水分总体特征、单株不同位点的水分动态以及不同旱作措施(秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨、有机肥覆盖)的土壤水分环境效应。结果表明:陕北山地果园时段干旱严重,最严重的为苹果树新梢生长和幼果发育期;春季土壤干旱程度取决于上年入冬前土壤储水量高低。果园0~60 cm土层(根系分布集中层)水分随降雨量而变化,表现为较一致的季节变化特征;土壤水分的变化滞后于降雨变化,且降雨对土壤水分的影响随土层加深而减弱,100 cm深土层受降雨影响减弱,土壤剖面200 cm以下土层土壤含水量保持相对稳定。6年生山地苹果园土壤已经出现干化现象,且在90~300 cm存在明显的低湿层,土壤体积含水量常年处在12%以下。苹果树单株尺度范围内,土壤含水量随距树干距离增加单调递增;土壤水分的平均值处在距树干105 cm处;沿行向距树干不同距离位点的土壤含水量显著高于沿株向距树干等距离位点的含水量(P0.05)。秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨和有机肥覆盖措施相较于空白对照(不覆盖、不灌溉)均能有效改善土壤水分环境,缓解果树生育期内水分供需矛盾,其中起垄覆膜垄沟集雨措施的保墒效果最佳,建议陕北黄土丘陵区山地雨养苹果园采用起垄覆膜垄沟集雨的保墒措施。     

Negative and positive contributions of arbuscular mycorrhizal fungal taxa to wheat production and nutrient uptake efficiency in organic and conventional systems in the Canadian prairie

Improving technologies and the challenge of producing more bio-products while reducing the environmental footprint of humans are shifting paradigms in agricultural research. Harnessing the microbial resources of arable soils is a new avenue to improve the efficiency of nutrient use in agriculture. The objective of this study was to define how crop management influences the contribution of resident AM fungi to nutrient efficiency and crop productivity. The AM fungal communities of 72 organically and 78 conventionally managed wheat fields of the Canadian prairie were described by 454 pyrosequencing and related to crop productivity and N and P use efficiency. Conventional management reduces soil pH and increases the fluxes of all soil nutrients except S, B, and K. Organic management increased the abundance of Claroideoglomus reads. The efficiency of N and P uptake from soil by organic wheat was 2.3 and 1.8 times higher than that of conventional systems. This high N and P uptake efficiency in organic wheat crops was mainly attributable to the low soil fertility of organic fields, as wheat biomass production was 1.44 times greater in conventional than organic systems. Overall, the amounts of N and P taken up by conventional and organic wheat crops were similar. Plant nutrient balance and the abundance of Paraglomus drove conventional wheat production, whereas organic production depended mainly on soil moisture, plant nutrient balance, and abundance of Glomus, which was associated with reduced and nutrient-inefficient wheat production. The high nutrient concentrations at maturity and the low productivity of organic wheat fit a model of limiting CO₂-assimilation. The trade-off between nutrient use efficiency and productivity in low input wheat production could be relieved by reducing the abundance of Glomus species, increasing soil moisture and early N availability, or by improving the inherent CO₂ assimilation capacity of wheat.