不同绿肥和覆膜措施对渭北旱塬冬小麦产量和土壤水分动态的影响

  【目的】  冬小麦—绿肥轮作在干旱贫水年份易导致冬小麦减产,我们研究了平水年和干旱年旱地绿肥和覆膜措施相结合对小麦产量及水分利用率的影响,为建立科学高效的小麦–绿肥轮作体系奠定基础。  【方法】  田间试验于2017—2019年布设在陕西省永寿县御驾宫乡御中村,试验采用裂区试验设计,以轮作不同绿肥品种(黑麦豆、油菜,夏休闲为对照)为主处理,覆膜措施为副处理,设常规耕作和垄覆沟播两个水平。在冬小麦返青期、开花期、收获期调查小麦苗期生长状况、产量形成、水分利用效率和麦田0—200 cm土壤水分动态变化。  【结果】  1)平水年和干旱年,轮作油菜的冬小麦产量高于轮作黑麦豆,两年间轮作油菜处理比轮作黑麦豆处理的冬小麦产量分别高出 9.3%和43.5% (P<0.05)。2)采用垄覆沟播,轮作绿肥显著降低了冬小麦生育期耗水量,平水年提高了冬小麦的水分利用效率。平水年轮作油菜的水分利用效率最高[14.3 kg/(hm2·mm)],比夏休闲处理增加了7.4%;而干旱年轮作绿肥降低了冬小麦的水分利用效率,与夏休闲相比轮作黑麦豆和油菜处理分别降低58.5%和38.3% (P<0.05)。轮作绿肥与垄覆沟播对提高小麦水分利用效率有显著的交互作用。3)轮作绿肥并垄覆沟播的栽培模式加重了土壤水分的消耗。相比于夏休闲,平水年冬小麦播前0—200 cm土壤贮水量平均降低10.1% (P<0.05),干旱年平均降低15.7% (P<0.05)。  【结论】  我国渭北旱塬地区在平水年采用种植油菜+垄覆沟播新型种植模式,可以在保证不减产的情况下提高冬小麦的水分利用效率,但干旱年小麦产量和水分利用效率均会受到负面影响。     

覆盖作物翻压对华北平原春玉米产量和土壤养分的影响

冬季覆盖作物-春玉米种植模式是减缓华北平原冬小麦减少导致的耕地裸露及其环境影响的新型农业生产方式,但其翻压后对华北平原下一季春玉米生长季作物产量和土壤养分及微生物学性质的影响研究鲜见。本研究以华北平原冬闲田-玉米(WFM)为对照,设置毛叶苕子-玉米(VrM)、二月兰-玉米(OvM)以及冬油菜-玉米(BcM)3个覆盖作物处理,通过盆栽试验研究了冬季种植覆盖作物翻压对玉米生长季土壤理化性质、微生物量和玉米生长特性的影响。结果表明:(1)翻压覆盖作物显著提高了玉米产量以及作物养分吸收量。与WFM处理相比,OvM处理秸秆产量和籽粒产量提高幅度最大,分别为33.3%和35.5%(P0.05);BcM处理地上部氮、磷、钾和地下部磷素吸收量显著提高(P0.05),分别为30.7%、74.7%、57.6%和171.4%。(2)翻压覆盖作物能显著提高0～10和10～20 cm土层有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮和全钾含量(P0.05)。此外,翻压覆盖作物能显著降低玉米幼苗期土壤NH_4~+-N和NO_3~--N含量(P0.05),范围为0.50～3.52和21.40～33.13mg·kg~(-1)。(3)在玉米的不同生育期,覆盖作物翻压处理的SMBC、SMBN和SMBP均显著高于冬闲处理(P0.05)。综合翻压覆盖作物对华北平原玉米产量及土壤理化性质和微生物量含量的影响,华北平原冬油菜-玉米和二月兰-玉米轮作模式效果较好。     

绿洲灌区玉米产量及水分利用对绿肥还田方式的响应

针对绿洲灌区小麦-玉米长期连作,麦后休闲期长、光热水资源利用效率不高等问题,研究麦后复种绿肥对轮作玉米产量及水分利用效率的影响有重要意义。在石羊河流域,于2017—2019年度通过田间试验研究了麦后复种绿肥的不同还田利用方式(全量翻压、地表覆盖免耕、地上部收获后根茬翻压、地上部收获后免耕和不复种绿肥传统翻耕对照)对后茬玉米产量形成和水分利用特征的影响。两年试验结果表明,绿肥地表覆盖免耕和全量翻压处理玉米籽粒产量平均达14 274.9kg·hm~(-2)和14 687.5kg·hm~(-2),较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高18.2%和20.4%(P0.05)。绿肥地表覆盖免耕条件下,玉米穗数、穗粒数、百粒重分别较不复种绿肥翻耕处理(对照)平均高5.4%、9.6%、20.8%(P0.05),且较根茬还田处理(翻压、免耕)增幅显著。与此同时,绿肥地表覆盖免耕和全量翻压显著增加玉米叶面积指数、干物质累积量和平均净同化率。绿肥地表覆盖免耕处理水分利用效率平均达24.4kg·hm~(-2)·mm~(-1),较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高29.9%(P0.05),该处理较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高玉米播前土壤贮水量26.9%(P0.05),平均达280.7mm,且该条件下玉米全生育期耗水量显著低于其他绿肥还田处理。绿肥根茬还田处理(翻压、免耕)下,玉米平均水分利用效率分别较不复种绿肥翻耕处理显著高16.7%、16.0%(P0.05)。因此,在干旱绿洲灌区,麦后复种绿肥地表覆盖免耕获得玉米高产的同时,实现了水资源的高效利用。     

华北冬小麦-夏玉米系统有机态氮替代的产量及肥料效应

通过多年定位试验,探讨了秋施基肥有机态氮替代化肥态氮对冬小麦-夏玉米轮作系统粮食产量的影响,为华北地区冬小麦-夏玉米轮作合理施用氮肥提供理论依据。试验开始于2010年6月,只对秋施基肥进行有机态氮替代化肥态氮。试验处理如下:CK,不施肥处理;M_0C_(100),零有机肥替代;M_(20)C_(80),20%有机肥替代;M_(50)C_(50),50%有机肥替代;M_(100)C_0,100%有机肥替代。试验结果显示,与M_0C_(100)相比,不同量有机态氮替代对冬小麦产量没有显著差异,产量均处在6 633.3~7 600 kg/hm~2之间。但是,有机态氮替代对夏玉米产量影响较显著,M_(100)C~0夏玉米产量最高,为7 416.7~9 575 kg/hm~2,M_0C_(100)最低,只有6 583.3~7 060 kg/hm~2,M_(20)C_(80)和M_(50)C_(50)夏玉米产量处在两者之间。同时,有机态氮替代提高了夏玉米的氮肥贡献率、偏生产力以及农学效率。在冬小麦-夏玉米轮作系统中,秋施基肥有机态氮替代提高了整个轮作系统的粮食产量,尤其对下茬作物夏玉米产量影响较大,因此,秋施基肥有机态氮替代在华北冬小麦-夏玉米轮作系统中是可行的。     

黄土高原设施农业种植制度探析

对黄土高原日光温室黄瓜与其他作物建立的不同种植制度研究表明,冬春茬黄瓜收获后采用不同轮作体系可显著减少土壤微生物数量;休闲降低土壤细菌和真菌数量效果最佳,其次为种植豇豆或与其他豆科作物轮作。翻青玉米、翻青黑豆和种植豇豆处理黄瓜产量较高,其次为夏季休闲,而种植番茄和小白菜处理黄瓜产量较低。并提出黄瓜与翻青玉米、豇豆、翻青黑豆轮作是有效预防和克服土壤连作障碍的较佳种植制度。     

潮土小麦–玉米轮作体系氮肥用量阈值及土壤硝态氮年际变化

  【目的】  合理施氮是粮食高产、稳产的重要保证。研究不同施氮水平下作物产量的可持续指数以及土壤硝态氮年际迁移特征，对指导黄淮海地区冬小麦–玉米轮作体系下农田氮肥的合理施用具有重要意义。  【方法】  长期定位试验始建于2006年，设置10个施氮水平:0、60、120、180、240、300、360、420、500和600 kg/hm2。测定冬小麦和夏玉米产量及土壤剖面 (0—200 cm) 硝态氮含量的年际变化特征。  【结果】  施氮水平显著影响冬小麦–夏玉米轮作体系下作物产量，施肥年限以及施肥年限与施肥量间的交互作用对小麦、玉米产量也存在极显著影响。施N 0～240 kg/hm2的处理，小麦、玉米产量随施氮量的增加逐渐增加；施N 300～600 kg/hm2的处理作物产量基本稳定，处理间差异不显著 (P > 0.05)。施氮能显著提高冬小麦产量的可持续性指数 (P < 0.05)，但对夏玉米产量的可持续指数影响较小。随着施氮量增加，土壤硝态氮含量呈现逐渐增加的趋势，且施N量低于300 kg/hm2时，0—200 cm土层硝态氮含量均处于较低水平，施氮量超过300 kg/hm2后，土壤硝态氮含量显著增加。另外，随着试验年限的延长，土壤硝态氮累积峰逐渐下移，2008、2011和2017年土壤硝态氮含量峰值分别在40—60 cm、80—120 cm和80—160 cm。  【结论】  黄淮海盐化潮土区，冬小麦–夏玉米轮作制度下氮合理用量在冬小麦上的阈值为240 kg/hm2、在夏玉米上的阈值为180 kg/hm2，在此氮肥用量下，长期施肥既可保证作物 (小麦、玉米) 稳产，又不会显著增加土壤硝态氮残留及向下迁移。     

华北平原不同种植制度对粮食作物氮素利用和土壤氮库的影响

冬小麦-夏玉米一年两熟是华北平原粮食作物的主要种植制度，存在氮肥利用率低、土壤氮素过量累积问题。为探索华北平原氮素高效利用的适宜种植制度，采用15N示踪技术，基于3 a田间定位试验，对一年两熟冬小麦-夏玉米的常规水氮和优化水氮、两年三熟冬小麦-夏玉米-春玉米与冬小麦-夏大豆-春玉米及一年一熟春玉米3种种植制度的作物产量、15N利用率、氮素去向和土壤氮库表观平衡进行研究。结果表明，两年三熟的冬小麦-夏玉米-春玉米产量为32 248.52 kg/hm2，分别比一年两熟和一年一熟提高22.16%和52.88%；15N利用率为33.36%，比一年一熟提高26.12%。3种植制度的氮肥去向最高为土壤残留，其次为作物吸收和损失，两年三熟冬小麦-夏玉米-春玉米的作物吸氮量最高为151.82 kg/hm2，土壤氮库表观盈余量为21.22 kg/hm2，显著低于其他种植制度。综合分析，冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟在稳产高产和提高氮素利用率上具有可持续的潜力，是华北平原未来较为理想的种植制度。     

中层黑土不同耕作方式下玉米和大豆产量及经济效益分析

为探索免耕与常规耕作下玉米和大豆的产量和经济效益，2001年秋开始在吉林省德惠市中层黑土上进行免耕、秋翻和垄作耕作方式下的不同轮作试验。试验结果表明：免耕玉米和大豆的田间作业次数比垄作、秋翻的作业次数分别减少3～6次。不同耕作方式对玉米产量的影响直到2006年才逐渐显现出来，垄作玉米年均产量最高，为10136kg&#183;hm^-2，比产量最低的免耕玉米连作高12．3％，但几种耕作方式间玉米和大豆年均产量均无显著差异。按农业生产成本排序，玉米为秋翻〉免耕〉垄作，大豆为秋翻〉垄作〉免耕。按经济效益排序，玉米为垄作轮作〉免耕轮作〉秋翻轮作〉免耕连作〉秋翻连作，大豆为免耕轮作〉垄作轮作〉秋翻轮作。除玉米连作外，免耕不会降低作物产量，其中免耕玉米-大豆轮作可获得与常规耕作相当的玉米产量和较高的大豆产量。从生产成本和经济效益来看，免耕处理在人工和农机上的生产费用比其他处理少，且免耕轮作的经济效益明显大于秋翻，但长期效果如何还有待于进一步的试验和观测。     

两种轮作模式下秸秆还田对土壤呼吸及其温度敏感性的影响

通过分析不同作物轮作模式下秸秆还田对土壤呼吸及其温度敏感性的影响,为深入探究关中地区农田生态系统碳循环提供理论依据。试验设置于陕西省杨凌地区,在2012年10月至2014年9月期间以冬小麦-夏玉米轮作模式和冬小麦-夏大豆轮作模式作为研究对象,分别设置秸秆还田(SM)和秸秆不还田(NS)两个处理,测定分析不同处理下土壤呼吸、土壤温度及土壤含水量的变化趋势和差异,并估算土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))。结果表明:土壤呼吸存在明显的季节变化,在作物生育期大部分时间内,SM处理的土壤呼吸速率均显著高于NS处理(P0.05),且SM处理的作物生育期土壤呼吸平均速率及土壤呼吸累计排放量也极显著高于NS处理(P0.01);不同作物生育期土壤呼吸平均速率依次为夏玉米夏大豆冬小麦,土壤呼吸总量表现为冬小麦夏玉米夏大豆、冬小麦-夏玉米轮作冬小麦-夏大豆轮作。冬小麦-夏玉米轮作与冬小麦-大豆轮作的土壤温度间存在差异;其中,在冬小麦生育前期,冬小麦-夏玉米轮作的土壤温度显著高于冬小麦-大豆轮作;第2季夏玉米生育期内5 cm深度的土壤温度显著低于同季的夏大豆;相比NS处理,SM处理能提高冬季土壤的温度,并降低春季和夏季的土壤温度;在高温少雨的时期内,SM处理能够提高0~30 cm土壤的平均含水量,不同的前茬作物引起两种轮作模式中冬小麦耕作层土壤含水量间明显的差异,夏玉米耕作层土壤含水量显著高于夏大豆。相关分析表明,土壤呼吸与5 cm和10 cm土壤温度均存在极显著的正相关性,且与5 cm土壤温度的相关性更好;但土壤呼吸与0~30 cm的土壤平均含水量无显著相关性。5 cm和10 cm土壤温度变化能够分别解释土壤呼吸变化的64.6%~67.3%和51.5%~59.6%。整个研究周期内,温度敏感性(Q_(10))为1.70~2.01,冬小麦-夏玉米轮作的温度敏感性显著高于冬小麦-大豆轮作,且同一轮作模式下SM处理的温度敏感性显著低于NS处理。因此,秸秆还田能够提高农田的土壤呼吸作用,降低土壤呼吸的温度敏感性,同时能够调节土壤的水热状况。     

氮肥分配对冬小麦-夏玉米轮作产量和氮肥效率的影响

通过田间小区试验研究了控制氮肥总量(N 420 kg/hm2)条件下氮肥分配对冬小麦/夏玉米轮作体系内的作物生物量、产量、纯收益、农学效率及肥料利用率的影响,结果表明,氮肥在冬小麦/夏玉米轮作体系的分配量及比例显著影响冬小麦/夏玉米轮作的产量、纯收益和氮肥的效率,冬小麦季施总氮55％ (N 231 kg/hm2)、夏玉米季施总氮45％ (N 189 kg/hm2)时,获得最高的轮作总产量(13 026 kg/hm2)和最大的净收益(22 146元/hm2),氮肥的农学效率和利用率较其它分配方式均有所提高,是晋南地区冬小麦/夏玉米轮作氮肥分配的适宜比例.就单季小麦而言,施N 189 kg/hm2可以获得较高的产量和较高的氮肥效率.值得指出的是,由于作物生长期间受春寒和夏旱的影响,冬小麦/夏玉米轮作体系内的氮农学效率和氮肥利用率均表现较低,仅分别为4.6 kg/kg和20.8％.     

长期氮磷化肥配施对不同种植体系土壤水分的影响

利用长期定位实验,在黄土高原旱地研究了22a氮磷化肥配施下不同种植体系土壤水分的变化状况,为合理利用水肥资源提供参考。在小麦连作、豌豆-小麦（2a）＋糜子轮作、红豆草-小麦（2a）轮作、豌豆-小麦（2a）＋玉米轮作、玉米-小麦（2a）＋糜子轮作、小麦（2a）＋糜子-玉米轮作6个不同种植体系中,测定土壤剖面（0-300cm）含水量、储水量。结果表明：不同种植体系土壤含水量在土壤剖面上的分布不同,所有处理在土壤剖面140-300cm土层含水量均低于0-140cm土层含水量。不同种植体系在土壤剖面不同土层的储水量不同,在0-300cm土壤储水量各处理表现为豌豆-小麦（2a）＋玉米轮作（644.8mm）〉小麦（2a）＋糜子-玉米轮作（599.6mm）〉豌豆-小麦（2a）＋糜子轮作（582.3mm）〉红豆草-小麦（2a）轮作（574.0mm）〉玉米-小麦（2a）＋糜子轮作（550.8mm）〉小麦连作（536.9mm）。轮作体系0-300cm土壤储水量均高于小麦连作。粮豆轮作土壤储水量高于小麦连作,是黄土高原地区较好的种植方式。     

旱地不同绿肥品种和种植方式提高土壤肥力的效果

【目的】黄土高原旱地土壤贫瘠，夏闲期雨热资源难以被充分利用。本研究通过田间试验研究不同夏季绿肥品种及其种植方式对绿肥鲜重、绿肥养分还田量、土壤养分含量、土壤酶活性、土壤水溶性有机碳和微生物量碳含量的影响，旨在筛选出适宜当地夏闲期种植的绿肥品种及种植方式，为促进黄土高原地区农业可持续发展提供理论依据和技术支持。 【方法】本研究采用随机区组设计，以夏季裸地休闲为对照，设绿肥 (绿豆、长武怀豆、毛叶苕子、油菜) 和绿肥种植方式 (麦后播种、麦田套种) 为研究因素，共 9 个处理。绿肥盛花期全区齐地收割地上部并称重计鲜草产量，分析绿肥地上部氮磷钾含量；每个小区采集 50 株绿肥下长、宽、深均为 20 cm 的土体中的根系，称重并进行分析；绿肥收获翻压 20 天后，于各小区采集 0—20 cm 土壤样品，测定土壤养分含量，土壤微生物量碳，土壤水溶性有机碳含量以及主要酶含量。【结果】绿肥麦后播种生物量要高于麦田套种；麦后播种以怀豆和油菜生物量较高，套种以油菜生物量显著高于其他处理。不同种植方式下绿肥总养分还田量与生物量规律类似；麦后播种长武怀豆显著提高了氮素和磷素还田量，麦后播种油菜显著提高了磷素和钾素还田量；套种时氮、磷和钾还田量由高到低顺序为油菜 > 毛叶苕子 > 绿豆 > 长武怀豆，不同绿肥间差异达到显著水平。翻压油菜土壤有机质、速效磷及速效钾含量都要显著高于休闲处理；麦后播种长武怀豆并翻压 2 年后，0—20 cm 土壤有机质、总氮、矿质氮、速效磷及速效钾含量较休闲分别提高了 12.4%、22.2%、95.9%、28.6% 和 11.2%。种植绿肥与休闲相比，土壤水溶性有机碳和微生物量碳含量均有所提高，其中套种油菜增加达显著水平，麦后播种各绿肥间土壤微生物量碳含量差异不显著，但都显著高于休闲。与休闲相比，麦后播种绿肥均提高了土壤酶活性；套种绿肥除绿豆处理的脲酶和过氧化氢酶低于休闲外，其他处理均提高了土壤酶活性。土壤各测定指标与绿肥生物量之间均有显著或极显著的正相关关系，表明土壤肥力的提高主要取决于还田绿肥的生物量。【结论】长武怀豆和油菜翻压入土后，能够增加土壤的养分含量和酶活性，培肥效果优于绿豆和毛叶苕子。麦后播种绿肥的生物量、养分还田量显著高于套种，土壤养分含量及土壤酶活性也较高。所以在黄土旱塬地区可选择麦后播种长武怀豆和油菜可有效改善土壤肥力。     

渭北旱地夏闲期秸秆还田和种植绿肥对土壤水分、养分和冬小麦产量的影响

研究渭北旱地秸秆和绿肥还田土壤水分、养分的变化,对黄土高原旱区作物高产稳产有重要意义。以夏季裸地休闲为对照,研究免耕小麦秸秆还田和种植豆科绿肥及二者混合对渭北旱地冬小麦产量,播前、开花期和收获后土壤水分、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾数量的影响。试验结果表明,秸秆还田和种植绿肥对冬小麦籽粒产量和生物量无影响;夏闲期种植绿肥和秸秆＋绿肥处理使播前和开花期60—160cm土壤贮水减少;种植绿肥处理表层0-20cm土壤硝态氮在播前显著增加10．7kg·hm-2,收获期增加18．4kg·hm-2;开花期种植绿肥土壤有效磷提高43．4kg·hm-2,收获期有效磷数量仍较对照高24．4kg·hm-2;秸秆还田和种植绿肥对土壤铵态氮和速效钾没有显著影响。可见,一年秸秆还田和种植绿肥对冬小麦产量没有产生显著影响,种植绿肥降低了土壤贮水,但提高了表层土壤硝态氮和有效磷数量,不同栽培方式对土壤铵态氮和速效钾含量没有影响。     

Summer fallow soil management – impact on rainfed winter wheat

Summer fallow soil management is an important approach to improve soil and crop management in dryland areas. In the Loess Plateau regions, the annual precipitation is low and varies annually and seasonally, with more than 60% concentrated in the summer months from July to September, which is the summer fallow period in the winter wheat-summer fallow cropping system. With bare fallow in summer as a control, a 3-year location-fixed field experiment was conducted in the Loess Plateau to investigate the effects of wheat straw retention (SR), green manure (GM) planting, and their combination on soil water retention (WR) during summer fallow, winter wheat yield, and crop water use and nitrogen (N) uptake. The results showed that SR increased soil WR during summer fallow by 20 mm on average compared with the control over 3 experimental years but reduced the grain yield by 8% in the third year and the grain N content by 6–15% in all 3 years. In contrast, GM planting markedly reduced soil WR by 16 mm and 33 mm in the first and third year, respectively, but increased water use efficiency (WUE) by 16% in the third year and nitrate N accumulation in 0–100 cm soil at winter wheat sowing. Their combination did not significantly affect the soil WR or the soil nitrate N content in any of the 3 years, but did increase WUE by 11% in the third year and grain yield by 2.6% in the second year. In conclusion, the combination of SR and GM planting mitigated the negative effects of the individual measures, providing a feasible method for summer fallow management in the semiarid Loess Plateau in China and other similar regions.     

种植制度和施肥对半干旱区土壤中锰形态及有效性的影响

Manganese(Mn) deficiencies are common in soils on the Loess Plateau of China. This research provided essential information on improving Mn availability in semiarid soils through agricultural practices. Twelve cropping system and fertilization treatments were designed in a 28-year experiment. The cropping systems included long-term fallow, continuous winter wheat cropping, pea(1 year)-winter wheat(2 years)-millet(1 year) rotation(crop-legume rotation) cropping, and continuous alfalfa cropping. The fertilizer treatments under the cropping systems included no-fertilizer control(CK), application of P fertilizer(P), application of N and P fertilizers(NP), and application of N and P fertilizers and manure(NPM), but the NP treatment was excluded in the continuous alfalfa cropping system. Available Mn and Mn fractions of soil samples(0–20 and 20–40 cm depths) were measured and further analyzed quantitatively using path analyses. Results showed that the crop-legume rotation and continuous alfalfa cropping systems significantly increased available Mn compared with the fallow soil. Compared with the no-fertilizer control, manure application increased available Mn in soil of the continuous wheat cropping system. Across all treatments, the averaged content of mineral-, oxide-, carbonateand organic matter-bound and exchangeable Mn accounted for 42.08%, 38.59%, 10.05%, 4.59%, and 0.09% of the total Mn in soil,respectively. Cropping significantly increased exchangeable Mn in soil and the highest increase was 185.7% in the continuous wheat cropping system at 0–20 cm depth, compared with the fallow soil. Fertilization generally increased exchangeable and carbonate-bound Mn in soil. Carbonate-bound Mn was the main and direct source of available Mn in soil, followed by exchangeable and organic matterbound Mn. These results indicated that crop-legume rotation cropping, continuous alfalfa cropping and application of manure, have the potential to promote Mn availability in soils of rainfed farmlands.     

Changes in Soil Iron Fractions and Availability in the Loess Belt of Northern China After 28 Years of Continuous Cultivation and Fertilization

Iron(Fe) deficiency in calcareous soils of the Loess Plateau of China is a wide spread issue and primarily affects agricultural production due to the relatively higher soil pH and carbonate content. Understanding the relationships between Fe distribution in soil fractions, Fe availability, and their responses to cropping and fertilization could provide essential information for assessing Fe availability in soils and managing soils to improve Fe availability. A long-term field experiment was established in 1984 in a split-plot design using cropping systems as main plots and fertilizer treatments as subplots on a farmland in the Loess Plateau. The cropping systems included fallow, continuous wheat cropping, continuous alfalfa cropping, continuous maize cropping, and a rotation system that included a legume. Various fertilization treatments using chemical and/or manure fertilizers were included in each cropping system. Soil samples were collected from 0–10 and 20–40 cm depths in 2012. Long-term planting of crops significantly increased the concentrations of available Fe in the soils. The largest increase was observed in the continuous alfalfa cropping system. Long-term cropping significantly increased the concentrations of Fe associated with carbonates and organic matter, but decreased the concentration of Fe associated with minerals in the soils. The effect of fertilization on the distribution of Fe in the soil fractions varied with cropping system and soil depth. The fertilization treatment with manure generally increased the concentrations of Fe associated with the soil fractions.Long-term cropping and fertilization in the highland farmland significantly affected the availability of Fe and the distribution of Fe fractions in the soil.     

轮作模式与周期对黄土高原旱地小麦产量、养分吸收和土壤肥力的影响

【目的】粮草轮作、粮豆轮作是黄土高原旱地区常见种植制度,本文利用长期定位试验探索该地区轮作制度和茬口年限对小麦产量、养分吸收和土壤肥力的影响,以期优化旱地作物种植制度。【方法】长期定位试验始于1984年,试验设8个处理:对照(小麦连作,CK),粮草长周期轮作(3组种植方式:2茬小麦→4茬苜蓿→1茬马铃薯→小麦,WAT1;小麦→4茬苜蓿→1茬马铃薯→2茬小麦,WAT2;4茬苜蓿→马铃薯→3茬小麦,WAT3),粮草短周期轮作(2组种植方式:小麦+红豆草→红豆草→小麦,WST1;红豆草→小麦→小麦+红豆草,WST2),粮豆轮作(2组种植方式:小麦+糜子→豌豆→小麦,WPT1;豌豆→小麦→小麦+糜子,WPT2)。小区面积66.69 m2,每个处理重复3次,随机区组排列。小麦收获后采集植物及土壤样品,测定小麦产量、籽粒和秸秆养分含量、土壤肥力性质。【结果】与小麦连作相比,轮作小麦籽粒增产1.47%~29.66%,秸秆增产2.17%~29.77%,粮草轮作增产效果更显著,轮作优势在豆科牧草后第二年最高,第三年减弱。粮草长周期轮作有利于小麦对N、K、Fe、Cu、Zn的吸收,吸收量在苜蓿茬后第三年第二年第一年;粮草短周期轮作可提高小麦对N、K、Fe的吸收量,红豆草茬后第1年吸收量稍高于后第二年;粮豆轮作有利于小麦吸收N、K、Fe、Mn,豌豆茬后第二年吸收量大于第一年。轮作制度和茬口年限对小麦微量元素养分收获指数的影响程度大于大量元素,粮豆轮作有利于N、P、Cu向籽粒转移,3种轮作制度下小麦K收获指数均低于连作小麦,粮草轮作中小麦Fe收获指数低于连作小麦。轮作后,土壤全氮增加11.54%~20.51%,碱解氮提高9.66%~21.56%;粮草短周期轮作对土壤有机质、氮素和速效钾的提升作用突出,但有效磷亏缺23.97%;粮豆轮作对土壤磷素累积和有效化作用明显,其有效磷比小麦连作增加45.52%。【结论】黄土高原旱地区增加小麦产量、改善籽粒矿质营养,实现土壤培肥的较优轮作模式为红豆草(2~4年)→小麦(2年),以4~6年为一个轮作周期,同时注意增施磷肥。     

不同绿肥种植模式下玉米秸秆腐解特征研究

【目的】玉米是中国第一大粮食作物,如何处理大量的玉米秸秆成为玉米种植区面临的关键问题之一,深入研究冬种绿肥对玉米秸秆腐解释放的影响,对农业可持续发展具有重要意义。【方法】采用尼龙网袋法,通过对红壤旱地空闲 (YCK)及紫花苜蓿(YZ)、 黑麦草(YH)、 肥田萝卜(YL)绿肥种植模式下玉米秸秆177 d的腐解量和养分释放的监测,分析玉米秸秆腐解速率及碳、 氮、 磷、 钾的释放规律。【结果】四种种植模式下,玉米秸秆腐解及养分释放均呈现前期快后期慢的规律,7 d的腐解和养分释放速率均达到最大。翻压177 d时,四种种植模式下(YCK、 YZ、 YH、 YL)玉米秸秆累积腐解量分别为23.41、 21.22、 20.86和20.95 g,玉米秸秆碳累积释放量分别为12.38、 11.07、 11.18、 11.36 g ,与YCK种植模式相比,YZ、 YH、 YL种植模式秸秆累积腐解量分别显著降低了9.3%、 10.9%、 10.5%,碳累积释放量则分别显著降低了10.6%、 9.7%和8.3%; 各处理氮累积释放量分别为479.46、 513.04、 442.58和530.20 mg,相比YCK种植模式,种植绿肥对玉米秸秆氮累积释放量的影响不显著,而YH种植模式较YZ和YL种植模式则显著降低了13.7%和16.5%。各处理磷累积释放量分别为58.10、 57.91、 58.47和59.47 mg,且YL种植模式较YCK种植模式显著提高了2.35%; 翻压 28 d时,各处理钾累积释放量为487.20、 444.85、 456.94和434.55 mg,分别占加入量的100.0%、 91.3%、 93.8%和89.2%,且三个种植模式均显著低于YCK种植模式,42 d时各处理的钾均全部释放。从玉米秸秆碳与氮、 磷、 钾比来看,翻压177 d时,与YCK种植模式相比,YZ和YL种植模式玉米秸秆碳氮比显著增加了102.8%、 91.6%; YZ、 YH、 YL种植模式碳磷比分别显著增加了48.4%、 72.4%、 147.0%。翻压 28 d时,YH种植模式玉米秸秆碳钾比较YL种植模式显著提高。【结论】玉米秸秆腐解及其养分释放速率均在翻压后第7天达到最大值,之后腐解和养分释放速率减缓。与空闲相比,种植绿肥能显著减缓玉米秸秆腐化和秸秆中碳和钾的释放,而种植紫花苜蓿和肥田萝卜能促进玉米秸秆氮素释放,种植黑麦草则减缓了玉米秸秆氮素释放。种植肥田萝卜能显著促进玉米秸秆磷素释放。冬季种植肥田萝卜既对玉米秸秆还田后氮素释放有一定促进作用,又能增加红壤中磷的有效性,同时还能减缓玉米秸秆钾的释放,使钾释放更为长效,是一种土壤培肥和秸秆养分释放较好的绿肥种植模式。     

长期定位施肥对两种小麦耕作系统土壤肥力的影响

为寻求既能提高土壤肥力又能改善土壤环境的科学施肥模式,本研究以黄土高原长武30 a长期小麦连作和小麦–豌豆两个轮作系统为研究对象,以长期肥料定位试验(包括氮磷+有机肥配施NPM、氮磷配施NP、单施磷肥P、单施氮肥N、单施有机肥M和CK)土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全磷和全钾为基础数据,应用土壤的综合肥力指标值(integrated fertility index,IFI)对长期定位施肥的土壤肥力进行定量综合评价。结果表明:①小麦-豌豆轮作系统在不同施肥处理下土壤养分含量普遍高于小麦连作系统,且在两种耕作系统下施用氮磷+有机肥各养分含量增幅明显。②各处理间土壤综合肥力指数表现为:小麦–豌豆轮作+NPM>小麦连作+NPM>小麦–豌豆轮作+NP、小麦连作+NP>小麦–豌豆轮作+P、小麦连作+P>小麦连作+M>小麦–豌豆轮作+不施肥>小麦连作+不施肥。③小麦连作系统有机质,全磷、全氮和速效磷与土壤综合肥力指数IFI之间呈显著相关关系,碱解氮和速效钾与IFI不相关;在小麦–豌豆轮作系统中,碱解氮与全磷对IFI呈显著正相关关系。综上,综合肥力指数能较好地反映土壤肥力状况,长期施用氮磷+有机肥相较单施氮磷肥、有机肥的土壤综合肥力要高,小麦–豌豆轮作系统土壤综合肥力优于小麦轮作系统,且不同耕作系统对土壤养分和土壤肥力的关系有一定的影响。     

Changes in soil properties and the availability of soil micronutrients after 18 years of cropping and fertilization

Micronutrient deficiencies are common in many parts of China's Loess Plateau. The objective of this experiment was to study the effects of long-term cropping and fertilization practices on soil properties and micronutrient availability in this region. The field plot experiment began in 1984. It included five cropping systems and four fertilizer treatments. In September 2002, soil samples were collected and soil pH, organic matter content, available P, and CaCO₃ were measured. Total and available Zn, Cu, Mn, and Fe were also determined. The relationship between soil properties and available micronutrients was determined by correlation and path analysis. After 18 years, soil pH and CaCO₃ levels were lower in the cropped and fertilized treatments compared to the fallow treatment. In contrast, soil organic matter and available P levels were higher in cropped compared to fallow treatments. A comparison of unfertilized treatments indicated that available Zn and Cu levels in cropped treatments were lower compared to the fallow treatment, probably due to the removal of these micronutrients from the system through crop uptake and harvest. In contrast, available Mn and Fe levels were higher in cropped treatments compared to the fallow treatment. The impacts of fertilization on available micronutrients varied with cropping systems. Generally, available Zn and Fe were higher in fertilized compared to unfertilized treatments, but available Cu was not significantly influenced by fertilization. Fertilization tended to increase available Mn in continuous wheat and maize, but reduced available Mn in continuous clover and the crop–legume rotation. The total (plant available + unavailable) micronutrient contents were lower in the four cropped-treatments compared to the fallow treatment. The addition of manure or P fertilizer increased total Zn, Fe, and Mn, but had no significant effect on total Cu. The results of correlation analysis and path analysis indicated that soil organic matter exerts a significant and direct effect on the availability of Zn, Mn, and Fe, but has little influence on available Cu. The effects of available P, CaCO₃, and pH on micronutrient availability were indirect, passing through soil organic matter. The results of this study suggest that long-term cropping and fertilization altered several important soil properties and increased the plant available micronutrient content of this loess-derived soil.