生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】 生物质炭显著影响土壤氧化亚氮 (N₂O) 排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N₂O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N₂O排放的微生物作用机理。 【方法】 在田间一次性施入生物质炭 40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照 (CK)、氮肥 (N)、生物质炭 (Bc) 和氮肥 + 生物质炭 (N + Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌 (AOA)、氨氧化细菌 (AOB) 功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因 (nirK、nirS) 以及N₂O还原酶基因 (nosZ) 等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮 (铵态氮、硝态氮) 含量及N₂O排放。 【结果】 与CK相比,生物质炭 (Bc) 处理的土壤有机碳 (SOC) 提高了27.1%,总氮 (TN) 提高了8.2%,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nosZ基因丰度增加了21.2% (P < 0.05),N ₂O排放没有显著变化 (P > 0.05)。与CK相比,施用氮肥 (N) 显著降低土壤pH ( P < 0.05),显著增加土壤无机氮含量、 nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N₂O累积排放量 (P < 0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用 (N + Bc) 处理显著增加 amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4% (P < 0.05),但 ( nirK + nirS)/nosZ的比值降低,同时N₂O累积排放量显著降低33.3% (P < 0.05)。室内培养期间N ₂O排放峰出现在1～5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为 N 1.70 × 103和1.76 × 103 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N₂O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数 (P < 0.05)、NH ₄+-N含量 (P < 0.01) 呈显著正相关,与pH呈显著负相关 ( P < 0.01)。 【结论】 在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N₂O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK + nirS)/nosZ比值降低。      

不同配比有机无机肥料对菜地N2O排放的影响

【目的】 采用静态暗箱-气相色谱法,研究有机无机肥料配施对菜地N₂O排放的影响。【方法】 试验期间连续种植了4季蔬菜,分别为香菜、空心菜、菜秧、菠菜,其中香菜和菠菜种植期间有塑料大棚覆盖。每季蔬菜收获后至下季蔬菜种植前有时间不等的休耕期。每季蔬菜种植前肥料作为基肥一次性施入,施肥量均为N 250 kg/hm2,其中空心菜在第二茬收获后追施N 250 kg/hm2一次,整个观测期共施肥5次,总施氮量为N 1250 kg/hm2,同时施入等量P₂O₅、K₂O。试验共设4个处理:不施氮对照（CK）、单施化肥（NPK）、有机无机肥料1:1配施（M1N1）和有机无机肥料2:1配施（M2N1）。N₂O排放通量测定频率为每周一次,每次施肥后则每2天测定一次。【结果】 观测期内各处理菜地N₂O排放主要集中在4~10月份,并与10 cm土层土壤温度呈显著正相关;NPK处理菜地N₂O排放通量与土壤无机氮含量显著相关,其他处理N₂O排放通量与土壤铵态氮、硝态氮以及无机氮含量间无显著相关。整个观测期内土壤充水孔隙度（WFPS）介于39%~59%之间,土壤水分含量的变化对N₂O排放通量无显著影响。与NPK处理相比,M1N1和M2N1处理均能保证蔬菜产量稳定,并显著提高空心菜的产量。与NPK处理相比,M1N1处理显著降低菜地N₂O周年累积排放量36%,显著降低N₂O周年排放系数64%。与M2N1处理相比,M1N1处理的N₂O周年累积排放量和周年排放系数分别显著降低29%和56%;而M2N1处理较NPK处理的减排效果不显著。【结论】 在集约化菜地适宜的无机有机肥料配比既能保证蔬菜产量,又能减少N₂O排放,不施或施用有机肥比例过高均不利于减少N₂O周年排放。本试验条件下,有机无机肥料以1:1配施是合适的稳产减排措施。     

长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N₂O排放的影响，于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理：无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm²·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明，BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N₂O总排放量与CK没有显著差异，但是BC3处理的N₂O总排放量比CK提高了245.31%，并显著高于其他处理。BC3处理的N₂O总排放量和施氮肥后N₂O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm²和3.3...     

控释氮肥与水溶肥配施减少设施土壤N2O排放的机理

【目的】控制N₂O排放是提高氮肥利用和环境效益的一个重要任务。在滴灌条件下,研究以控释氮肥替代尿素基施减少设施土壤N₂O排放的机制,并探讨减少氮肥投入的可能性。【方法】在大棚内布设小区试验,供试番茄品种为‘盛世辉煌’,氮肥40%基施,60%分3次随水滴灌追施。试验以不施氮肥为对照 (CK),设:常规化肥用量 (基施尿素,总N量440 kg/hm2,U);常规化肥用量减氮20% (基施尿素,总N量376 kg/hm2,–20%U);控释氮肥常规用量 (基施控释氮肥,总N量440 kg/hm2,CRU);控释氮肥常规用量减氮20% (基施控释氮肥,总N量376 kg/hm2,–20%CRU) 4个处理。施底肥后15天内每天取气体样1次;追肥后每2天取气体样1次,连续取样3次;其余时间间隔5～7天取气体样1次。静态箱–色谱法测定土壤N₂O排放通量;在定植后40、80和120天取土样测定土壤理化性质;用实时荧光定量PCR检测相关功能基因数量变化;收获后测产。【结果】控释氮肥与水溶肥配施导致基肥N₂O排放峰值出现时间从第8～13天延迟到第28～32天,并且显著降低了其N₂O排放峰值,所有处理追水溶肥后均在3～5天出现N₂O排放峰值,而控释氮肥与水溶肥配施降低了此阶段N₂O排放峰值。相同氮肥施用量条件下,控释氮肥与水溶肥配施显著降低了基肥期土壤N₂O排放通量和累积排放量,降低了追肥期土壤N₂O排放通量和累积排放量,显著降低了番茄生长季土壤NH₄+-N和NO₃?-N含量与微生物功能基因AOA amoA、AOB amoA和nirK数量,降低了nirS数量。与U处理相比,CRU处理增加番茄产量和经济效益,生长季土壤N₂O累积排放量减少了24.8%,差异显著,同时显著降低了N₂O排放强度;与–20%U处理相比,–20%CRU处理增加番茄产量和经济效益,N₂O累积排放量减少了22.1%,亦显著降低了N₂O排放强度 (P < 0.05)。【结论】在常规用氮量和减氮20%用量下,以缓释氮肥代替尿素基施,不仅可显著增加番茄的产量和效益,还显著推迟了番茄生长初期N₂O释放高峰的出现,减少了整个生育期N₂O的排放强度和累积排放量。其主要原因在于缓释氮肥有效控制了土壤中NH₄+-N和NO₃?-N含量的变化,进而减少了与硝化和反硝化相关的微生物数量。在使用缓释肥做基肥时,适当减少氮肥投入不会降低番茄的产量。     

有机肥和秸秆炭分别替代部分尿素和秸秆降低黑土温室效应的效果

【目的】 农田条件下研究用有机肥替代部分尿素、用秸秆生物炭替代秸秆对黑土有机质提升和温室气体排放的影响,为秸秆有效还田和“固碳减排”提供理论依据。 【方法】 2013—2015年在东北典型春玉米区进行田间定位试验,所有处理采用相同方法施用同量磷钾化肥,磷肥为磷酸氢二铵 (P₅O₂ 60 kg/hm2),钾肥为硫酸钾 (K₂O 75 kg/hm2),在施用4 t/hm2玉米秸秆前提下,设置:1) 不施尿素氮 (N0);2) 尿素氮100% (N 165 kg/hm2,N1);3) 尿素氮60% + 有机肥氮20% + 缓释氮20% (N2)。另外,处理4) 除了用2 t/hm2玉米秸秆炭替代4 t/hm2玉米秸秆外,其他与N2一致 (N3)。各生育期测定生态系统温室气体 (CO₂、N₂O和CH₄) 排放量,收获期测定作物产量和地上部生物量。 【结果】 N1、N2、N3处理间玉米产量差异不显著。在等氮条件下,N1、N2、N3处理生态系统CO₂排放分别为13170、10521、9994 kg/hm2,N2和N3处理降低CO₂排放的效果显著好于N1,N2和N3处理差异不显著 (P < 0.05),N1、N2、N3处理N ₂O累积排放分别为6.092、6.597、3.604 kg/hm2,N3降低N₂O累积排放的效果显著好于N1和N2处理;N1、N2、N3处理CH₄累积排放分别为0.694、1.652、–2.107 kg/hm2,N3处理降低CH₄累积排放的效果显著好于N1和N2处理。农田系统净碳收支 (NECB,除土壤固碳外,作物?土壤系统产生的碳收支,如作物光合、呼吸和产量移出等),N2处理为C 766.5 kg/hm2,是碳汇,而N1和N3处理是碳源 (C ?621.3 kg/hm 2和?673.3 kg/hm2)。当季作物尺度上用NECB估算的土壤固碳效应N1、N2和N3处理分别为C ?142.9、176.3、1385.1 kg/hm 2,N3处理土壤固碳效应显著好于N2和N1处理。在化肥生产和运输以及农事操作等投入产生的间接碳排放量方面,化肥氮是农业投入的主要碳源,分别占N1、N2和N3处理农业投入的73%、71%和66%。综合考虑农事操作带来的碳排放,化学品投入带来的碳排放,以及农田系统温室气体排放和土壤固碳的收支,综合净温室效应N1、N2、N3处理分别为2535.2、1488.2、–3769.7 CO₂ eq. kg/hm2,只有N3处理是碳汇。 【结论】 在供试黑土条件下,用有机肥替代部分化肥增加生态系统净碳收入;用秸秆生物炭替代秸秆显著增加土壤固碳效应、减少N₂O排放;从综合净温室效应看,有机肥与秸秆生物炭分别替代部分化肥与秸秆“固碳减排”效果最佳。      

生物质炭和腐殖质对稻田土壤CH4和N2O排放的影响

为探讨生物质炭与腐殖质单独施用与配合施用对稻田土壤CH₄和N₂O气体排放以及水稻产量的影响。以浙江临安潜育性水稻土的稻田系统为研究对象,设置2个水稻秸秆生物质炭添加水平(0,20 t/hm²)和3个腐殖质水平(0,0.6,1.2 t/hm²),共6个处理,分别为:(1)B0F0(对照,不添加生物质炭和腐殖质);(2)B0F1(腐殖质用量为0.6 t/hm²);(3)B0F2(腐殖质用量为1.2 t/hm²);(4)B1F0(生物质炭用量为20 t/hm²);(5)B1F1(生物质炭和腐殖质用量分别为20,0.6 t/hm²);(6)B1F2(生物质炭和腐殖质用量分别为20,1.2 t/hm²),研究生物质炭和腐殖质输入对水稻产量、稻田CH₄和N₂O气体排放的影响。结果表明:(1)与B0F0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或生物质炭与腐殖质配施均降低了土壤CH₄累积排放量,但增加了土壤N₂O累积排放量;(2)生物质炭处理对GWP(global warming potential)和GHGI(greenhouse gas intensity)没有显著影响(P>0.05),腐殖质处理显著降低了GWP和GHGI(P<0.05),生物质炭和腐殖质对GWP和GHGI存在显著交互作用(P<0.05);(3)与B0F0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或者生物质炭与腐殖质配施均能在一定程度上减少单位水稻产量的温室气体排放强度(GHGI),B0F2处理的GHGI最低,表明单施腐殖质处理(腐殖质用量为1.2 t/hm²)稻田土壤的减排效果和环境效应最好。研究结果为进一步探讨稻田土壤固碳减排提供数据支撑和理论依据。     

土壤N2O排放量和小麦、玉米效益俱佳的吡啶喷涂尿素适宜用量研究

【目的】 粮田过量施用氮肥造成土壤向大气排放N₂O增多,土壤氮素表观损失提高,为实现粮田安全生产,研究吡啶喷涂尿素对冬小麦/夏玉米轮作系统内土壤N₂O排放和氮素表观损失、籽粒产量和净收益的影响。【方法】 按照1.1‰的比例将2-氯-6-三氯甲基吡啶喷涂在尿素表面制成吡啶喷涂尿素,进行了玉米、小麦田间试验。在磷、钾养分用量相同的条件下,设置4个吡啶喷涂尿素施用水平,玉米分别为0、180、270和360 kg/hm2,小麦分别为0、150、225和300 kg/hm2,调查作物产量和施肥效益;在2茬作物生长期间采用静态箱法收集气体,测定土壤N₂O排放量和排放强度。【结果】 各处理玉米和小麦季基肥和追肥后均出现显著的N₂O排放峰,土壤N₂O排放、氮素表观损失、N₂O排放强度等均随施氮量增加而增加。玉米季,吡啶喷涂尿素用量270和360 kg/hm2间无显著差异,2处理玉米分别较不施氮肥净增收5208.0和5425.4 yuan/hm2;小麦吡啶喷涂尿素用量为225 kg/hm2时,籽粒产量和净收益均最大。整个轮作季,与N₃处理（玉米和小麦季分别施用吡啶喷涂尿素360和300 kg/hm2）相比,N₂（玉米和小麦季分别施用吡啶喷涂尿素270和225 kg/hm2）处理的作物产量相当,但土壤N₂O排放量减少1.51 kg/hm2,土壤氮素表观损失减少39.4 kg/hm2,施氮肥量减少165 kg/hm2,净增收提高405.3 yuan/hm2。【结论】 玉米-小麦轮作季吡啶喷涂尿素用量分别为270和225 kg/hm2时增产增收,且土壤N₂O排放和氮素表观损失较少。     

2050年农田土壤温室气体排放及碳氮储量变化SPACSYS模型预测

【目的】 优化华北平原农田土壤的施肥措施,实现维持农田作物产量、提升土壤肥力的同时减少温室气体排放。 【方法】 基于长期定位试验观测数据,选取氮磷钾化肥 (NPK)、有机肥配施化肥 (NPKM) 和单施有机肥 (OM) 三个试验处理来评价和验证过程模型 (SPACSYS) 对不同施肥措施下的作物产量、土壤有机碳 (SOC) 和土壤全氮 (TN) 储量及土壤CO₂和N₂O排放动态变化的模拟效果,并预测至2050年不同施肥情景和肥料配施情景下作物产量、SOC、TN储量及土壤CO₂和N₂O排放量。 【结果】 统计分析结果表明,SPACSYS模型的小麦和玉米产量模拟值与实测值的相关系数R2为0.63～0.78,RMSE为3.78%～4.86%,EF为0.59～0.73;土壤有机碳和全氮储量模拟值与实测值的R2为0.73～0.89,RMSE为2.69%～3.79%,EF为0.67～0.82;土壤CO₂和N₂O排放量模拟值与实测值的R2为0.16～0.80,RMSE为4.03%～9.99%,EF为0.24～0.78,相关性均达到显著水平,表明SPACSYS模型模拟值的可靠性和准确性较高。利用该模型进行预测,结果显示到2050年,在当前施氮水平下,减氮50%会显著降低玉米产量约9%;减氮25%,与单施化肥处理相比,有机肥配施化肥处理和单施有机肥处理分别显著提高SOC年均储量约31%和62%,提高TN年均储量约18%和6%,而CO₂和N₂O年均排放量均没有显著增加。 【结论】 SPACSYS模型可以模拟中国华北平原典型农田冬小麦?夏玉米轮作体系的农作物产量、SOC和TN储量以及土壤CO₂和N₂O的排放情况。但是模型低估了OM处理的全氮储量,下一步研究需对模型做相应改进。至2050年,施用化肥和有机肥均可不同程度地提高有机碳和全氮储量,且该地区可适当降低氮肥施用量 (减氮25%),并采用有机肥配施化肥或单施有机肥的方式来维持作物产量、提升土壤肥力,同时降低温室气体排放。      

吉林春玉米氮磷钾养分需求与利用效率研究

【目的】 明确吉林春玉米的氮、磷、钾养分需求和利用效率,为区域春玉米的高效合理施肥提供技术参数。 【方法】 整理2005—2013年国家测土配方施肥项目在吉林省开展的680个 “3414”田间试验,选取N₀P₀K₀、N₀P₂K₂、N₂P₀K₂、N₂P₂K₂和N₂P₂K₀ 5个处理,研究氮、磷、钾肥对春玉米籽粒产量、植株养分吸收量的影响,明确产量、养分吸收量与土壤基础养分供应能力的关系,评估春玉米的氮、磷、钾养分需求量和利用效率。 【结果】 吉林春玉米在氮磷钾配施处理 (N₂P₂K₂) 获得最高的籽粒产量和植株养分吸收量,平均产量达9.6 t/hm2,玉米氮、磷、钾养分平均吸收量分别为N 190.8 kg/hm2、P₂O₅ 87.0 kg/hm2和K₂O 215.1 kg/hm2。与不施肥处理相比,氮磷钾配施处理平均增产42.5%,植株氮、磷、钾养分吸收量平均分别提高57.5%、64.2%和49.5%。在其他养分充分供应基础上,增施氮、磷、钾肥平均分别增加吸收N 57.2 kg/hm2 (42.9%)、P₂O₅ 19.2 kg/hm2 (28.4%) 和K₂O 32.1 kg/hm2 (17.5%)。以缺素处理植株养分吸收量表征土壤养分基础供应能力,发现氮磷钾配施处理玉米产量和养分吸收量均随土壤基础养分供应能力的提高而逐渐上升,变化趋势均符合显著的对数关系。经测算,吉林春玉米氮磷钾配施处理生产百公斤籽粒平均需吸收N 1.98 kg、P₂O₅ 0.90 kg和K₂O 2.24 kg,比例为1∶0.45∶1.13。减氮、减磷和减钾处理的百公斤籽粒氮、磷、钾素需求量平均分别为N 1.69 kg、P₂O₅ 0.79 kg和K₂O 2.11 kg,与氮磷钾配施处理相比均显著下降,而且试验点间变异也明显增大。目前,吉林春玉米生产中氮、磷、钾肥的平均养分回收利用效率分别为33.7%、27.5%和45.3%,而平均生理利用效率分别为28.8、52.8和28.3 kg/kg。 【结论】 吉林春玉米对肥料养分的依存度较高,合理施肥是保持高产高效的重要前提。      

基施控释氮肥提高华北露地大白菜产量并减少土壤NH3和N2O排放

  【目的】  控制土壤氮素气态损失是提升菜地氮肥利用和环境效益的一个重要措施。在滴灌条件下,研究控释氮肥一次性基施和减少氮肥投入对华北地区大白菜土壤NH₃和N₂O排放及其经济效益的影响,为华北地区大白菜生产提供最优氮肥管理方案。  【方法】  在河北赵县设置田间小区试验,4个处理分别为:不施氮(CK);常规施氮(施用尿素,总施氮量为N 400 kg/hm2,基施氮∶追肥氮=4∶6,U);优化施氮(在常规施氮的基础上减氮10%,总施氮量为N 360 kg/hm2,基施氮∶追肥氮=4∶6,90U);控释氮肥一次性基施(减氮10%,总施氮量为N 360 kg/hm2,90CRU) 。采用通气法和密闭式静态箱–气相色谱法,分析了不同处理下土壤NH₃和N₂O排放动态变化及大白菜产量和氮素吸收的差异。  【结果】  U、90U处理基肥期土壤NH₃排放峰出现在基施后3～6天,追肥后峰值出现在施肥后3～5天,而90CRU处理峰值延迟到基施后9～11天出现,且其峰值显著降低。与U处理相比,整个生育期90U处理土壤NH₃排放通量和总量分别降低了11.0%和10.4%,而90CRU处理其排放通量和总量分别显著降低了46.9%和27.6% (P< 0.05)。U、90U处理基肥期土壤N₂O 排放峰值出现在基施后7～9天,追肥后峰值出现在4～6天,而90CRU处理峰值出现在基施后14～17天,其峰值显著降低。施氮处理基肥期NH₃和N₂O排放峰值均高于追肥后。与U处理相比,90U处理土壤N₂O 排放通量和总量分别降低了11.1%和8.8%,90CRU处理其排放通量和总量分别显著降低了50.5%和23.2% (P<0.05)。与U处理相比,90CRU处理大白菜氮素利用率提高了5.7个百分点,产量和净经济效益分别增加了7.8%和8.0%,但差异不显著。相关分析表明,土壤温度和湿度与NH₃和N₂O排放通量成线性正相关关系,由于基肥期土壤温度和湿度高于追肥期,因此基肥期NH₃和N₂O排放通量高于追肥期。土壤脲酶活性与NH₃排放通量间呈线性正相关关系,90CRU处理通过降低其活性而显著降低了NH₃排放通量;土壤NO₃–-N含量和功能基因AOB-amoA和nirK数量与N₂O排放通量呈线性正相关关系,90CRU处理通过降低上述指标而显著降低了N₂O排放通量。  【结论】  控释氮肥一次性基施在减少氮肥和劳动力投入、提高大白菜产量、经济效益与降低土壤NH₃和N₂O排放通量方面起到积极作用,为华北地区秋季大白菜种植提供了有效的氮肥管理方式。     

生物炭与氮肥配施改善枣区土壤微生物学特性

【目的】 探究生物炭与氮肥配施对华北平原枣区土壤微生物学特性的影响,从微生物学角度揭示其对土壤质量的改良状况,为生物炭在果园地区的应用提供科学依据。 【方法】 2013―2015年,在位于华北平原枣区的河南省濮阳市林科院进行了生物炭与氮肥配合施用的田间定位试验。生物炭用量设0、2.5、5和10 t/hm2 4个水平 (以C₀、C₁、C₂、C₃表示),氮素用量设300、450和600 kg/hm2 3个水平 (以N₁、N₂、N₃表示),加上1个完全空白处理CK (不施生物炭和氮肥),共计13个处理。在红枣收获后,采集0—20 cm土壤样品测定各配施处理下土壤微生物量、酶活性和微生物数量。 【结果】 生物炭对土壤微生物量碳、氮含量有极显著影响,且微生物量随生物炭用量的增加而增加。所有施生物炭处理的土壤微生物生物量较C₀均显著增加。在2.5 t/hm2生物炭 (C₁) 水平下,不同施氮处理间微生物生物量差异不显著;微生物量碳、氮含量分别以C₃N₂和C₃N₃处理增幅最大,分别较对照提高了208.6%和159.4%。与对照相比,土壤脲酶活性随生物炭与氮肥用量的增加而显著增加,最大增幅为91.7%,但生物炭与氮肥配合总体上对土壤碱性磷酸酶和蔗糖酶活性没有显著影响。生物炭用量、施氮水平及其交互作用对土壤细菌、真菌和放线菌均有极显著影响。与对照相比,细菌、真菌和放线菌的增幅分别为10.9%～80.4%、6.6%～143.1%和50.6%～115.2%。相关性分析表明,土壤微生物生物量、土壤酶活性及微生物数量三者之间存在显著或极显著的正相关关系。 【结论】 生物炭与氮肥配施总体上提高了枣区土壤微生物生物量、酶活性及微生物数量,三者共同促进了土壤微生物生态系统的改良,配施处理可作为改良枣区土壤质量的有效措施之一。综合试验结果及实际生产成本,10 t/hm2的生物炭,配施N 300 kg /hm2的氮肥为该地区最佳配比施肥量。      

不同有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响

【目的】探讨本地区主要类型有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响,为不同类型有机肥的科学施用提供理论依据。【方法】2014年10月—2015年9月在山东省中国农业科学院禹城试验基地进行了冬小麦–夏玉米田间小区试验,供试小麦品种为‘济麦22’,玉米品种为‘郑单958’。在常规施氮量 (N 225 kg/季) 基础上,设化肥 (CF)、鸡粪 (CHM)、猪粪 (PM) 和牛粪 (CM) 单施以及化肥分别与3种有机肥配施处理 (化肥氮分别占25%、50%、75%),13个处理;加倍施氮量下,有机肥和化肥单施 (DCF、DCHM、CPM、DCM) 4个处理;1个不施肥处理 (CK),共计18个处理。测定了小麦和玉米产量、N₂O排放通量和NH₃挥发通量。【结果】常规施氮量 (N 225 kg/hm2) 下,单施鸡粪或猪粪的小麦、玉米产量与化肥相当,单施牛粪比化肥处理减产。分别与CF、CHM、PM、CM相比,DCF、DCHM、DPM处理无增产效果,DCM处理玉米表现为增产。猪粪和鸡粪与化肥各配施比例处理的小麦、玉米产量间无显著差异,且均与单施化肥处理相当;牛粪与化肥配施处理的小麦产量随化肥配施比例的提高而提高,玉米产量各配施比例处理间无显著差异。CF处理周年NH₃挥发量为39.63 kg/hm2,是单施有机肥处理的37～53倍;单施化肥处理的NH₃排放系数接近9%左右,单施有机肥处理的NH₃排放系数只有0.2%左右。有机肥与化肥配施的处理周年NH₃挥发总量随化肥配施比例增加而明显增加,当化肥配施比例达到75%时,周年NH₃挥发总量与单施化肥处理相当。CF处理的周年N₂O排放总量为2.85 kg/hm2,高于单施有机肥处理,三种有机肥N₂O周年排放量由大到小依次为猪粪 (2.51 kg/hm2)>鸡粪 (1.91 kg/hm2)>牛粪 (1.85 kg/hm2) 处理;加倍施用化肥和有机肥的N₂O排放量平均为常规施氮量的1.5倍以上。有机肥与化肥配施的处理周年N₂O排放总量随化肥配施比例增加而明显增加,当化肥配施比例达到50%时,周年N₂O排放总量达到或超过了单施化肥处理。CF处理N₂O排放系数为0.4%左右,有机肥处理N₂O排放系数为0.3%左右。有机肥处理的NH₃挥发和N₂O排放主要发生在小麦季,化肥处理主要发生在玉米季。加倍施肥均会明显增加NH₃挥发总量和N₂O排放总量,但不影响二者的排放系数。【结论】不同粪肥与化肥配施对作物产量、田间N₂O排放和NH₃挥发的影响有明显差异。推荐施肥量下,鸡粪或猪粪不配施或配施少量化肥 (< 50%) ,牛粪配施75%左右的化肥可实现与化肥相当的作物产量,同时减少农田氮肥气态损失。     

生物炭配施氮肥改善表层土壤生物化学性状研究

【目的】 探讨生物炭配施氮肥对土壤碳氮、生物学性质及春玉米产量的影响,阐明生物炭配施氮肥后,土壤碳氮含量及生化性质变化规律,旨在为合理培肥、改善土壤环境、增加春玉米产量提供科学依据。 【方法】 在内蒙古西部 (包头) 和东部 (通辽) 2个试验点进行大田试验,设生物炭用量0、8、16、24 t/hm2 4个水平 (分别记作C₀、C₈、C₁₆、C₂₄) ,设施氮量 0、150、300 kg/hm2 3个水平 (分别记作N₀、N₁₅₀、N₃₀₀) ,于成熟期测产,并于收获后分3个土层 (0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm) 测定土壤碳氮含量、微生物量及酶活性。 【结果】 生物炭和氮肥对2个试验点0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土层有机碳、碳氮比、微生物量及酶活性均有极显著影响 (P < 0.01) ,且两者交互作用极显著。3个土层有机碳含量以及0—10 cm和10—20 cm土层全氮含量在各施氮水平随生物炭施用量的增加而增加。施加生物炭和氮肥均能显著提高3个土层的微生物量碳、微生物量氮、蔗糖酶活性、脲酶活性以及总体酶活参数,且随炭、氮施入量的增加呈先增后减的趋势;施用生物炭后0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量碳、微生物量氮以及蔗糖酶、脲酶活性均显著高于20—40 cm土层。生物炭配施氮肥可显著提高春玉米穗粒数、百粒重及产量,2试验点产量均以C ₈N₁₅₀最大,包头和通辽分别为15.51 t/hm2和16.43 t/hm2。通过相关分析可知,春玉米产量主要与0—10 cm和10—20 cm土层的微生物量及酶活性有关。 【结论】 适量生物炭配施氮肥能够增加土壤碳氮储量、微生物量和酶活性,改善土壤微生态环境。炭氮配施能够提高土壤肥力,减少氮肥用量,本试验中以8 t/hm2生物炭配施150 kg/hm2氮肥为最佳施肥量。      

基于DNDC模型的冬小麦?夏玉米农田滴灌施肥优化措施研究

【目的】滴灌施肥是一种具有节水、节肥等优点的水肥一体化田间管理措施,然而其对N₂O排放和经济效益的影响仍存在不确定性。针对我国重要的粮食生产方式—冬小麦?夏玉米轮作,优化设计适宜的滴灌施肥管理制度,对于提高水肥资源利用效率,减少环境污染,提高经济效益具有重大的实际意义。 【方法】在山东桓台冬小麦?夏玉米典型农田上设置试验,进行不同灌溉系数和不同施氮量处理对农田土壤N₂O排放和作物产量影响的研究。根据田间实测数据对DNDC模型进行校正和验证,利用验证后的模型定量评估滴灌施肥对N₂O排放的影响,综合考虑作物产量和N₂O减排效果和经济效益,最终提出华北平原冬小麦?夏玉米体系的优化滴灌施肥措施。 【结果】DNDC模型具备模拟滴灌施肥一体化管理措施下冬小麦、夏玉米生长情况和产量的能力,模型校正后能较好地模拟滴灌施肥条件下冬小麦/夏玉米农田土壤N₂O排放特征。在田间试验筛选出的最佳滴灌量和施氮量的基础上设置不同的滴灌量、施氮量以及玉米季施氮次数、施氮时间模拟情景,经过模型情景模拟最终筛选出的最优滴灌施肥措施是冬小麦季分4次滴灌施肥,滴灌量130 mm,随水施N 189 kg/hm2,夏玉米避开雨季分4次滴灌施肥,滴灌量19 mm,随水施N 231 kg/hm2。该模型模拟出的最优措施能够在不影响作物产量的基础上比田间试验筛选出的最佳滴灌和施氮量处理减少16%的N₂O排放。 【结论】与当地习惯漫灌撒肥措施相比,优化后的滴灌施肥管理全年共节水58.6%、减氮30.0%、减少50% N₂O排放,同时净收益增加了1336.41元/hm2,增加投资部分的收益率为230.34%,远大于部分预算法中100%的新技术采用标准。研究结果可为滴灌施肥技术在华北农田推广应用提供实际参考。     

北京设施菜地N2O和NO排放特征及滴灌优化施肥的减排效果

【目的】量化设施菜地N₂O、NO排放特征,分析其影响因素,以期为科学评估农田生态系统N₂O、NO排放提供关键参数。【方法】以黄瓜品种‘金胚98’为供试材料,在北京房山区窦店乡的温室大棚内进行了田间试验,供试土壤类型为石灰性褐土,质地为壤土。试验共设4个处理:漫灌,不施氮肥 (CK);漫灌,农民习惯施肥 (FP);滴灌,农民习惯施肥 (FPD);滴灌,优化施氮 (OPTD)。常规氮肥施用量为N 1200 kg/hm2,优化后氮肥施用量为N 920 kg/hm2。70%的化肥氮和钾肥,分6次随灌溉追施。采用自动静态箱–氮氧化物分析仪法,对黄瓜生长季的N₂O、NO排放量进行了田间原位观测,同时监测了5 cm深土壤温度、0—15 cm土层土壤孔隙水分含量,分析了N₂O、NO季节排放与土壤温度和湿度的相关性,比较了不同处理措施的减排效果。【结果】施肥和灌溉后1～2天,N₂O会出现明显的排放高峰,NO排放峰出现在施肥和灌溉后2～4天,对照无明显N₂O、NO排放峰值。CK、FP、FPD和OPTD处理N₂O季节排放量分别为N 7.32、28.69、18.62、12.16 kg/hm2;NO季节排放量分别N 0.32、0.86、0.77和0.70 kg/hm2; NO排放量分别占 (N₂O + NO) 总量的4.2%、2.9%、4.0%、5.4%。相同氮肥施用量条件下,滴灌施肥处理 (FPD) 相比漫灌施肥 (FP),不仅能保持作物产量,而且能减少N₂O、NO排放总量34.4%、9.0%;滴灌施肥条件下,减少40%氮肥投入 (OPTD) 比FPD分别减少N₂O和NO排放34.7%和9.1%。FP、FPD和OPTD处理的N₂O排放系数依次为1.78%、0.94%、0.53%,NO排放系数依次为0.08%、0.06%和0.09%。【结论】京郊设施菜地夏季N₂O排放强,NO排放弱。在不改变施肥量前提下,采用滴灌施肥可在保持作物产量的同时,显著减少N₂O和NO排放。采用滴灌的同时,优化肥料施用量可以进一步减少N₂O、NO排放。