秸秆还田与氮肥配施对中南地区稻田土壤固碳和温室气体排放的影响

秸秆还田和氮肥施用是影响稻田土壤固碳潜力和温室气体排放的重要农作措施。通过研究油菜秸秆全量还田并配合施入不同量氮肥(150、225、300 kg·hm~(-2)和375 kg·hm~(-2))对稻田土壤固碳量和温室气体排放的影响,评估综合增温潜势,对分析秸秆还田配施氮肥对稻田固碳效果有重要作用。结果表明,与单施氮肥和单施秸秆处理相比,秸秆还田配施氮肥显著增加土壤固碳量,秸秆配施氮肥处理固碳量最高值为147.74 kg·hm~(-2),比单施氮肥处理平均高出38%。在降低温室效应方面,与单施氮肥相比,秸秆配施氮肥处理显著降低N_2O的累积排放量;与单一秸秆还田处理相比,秸秆配施氮肥处理显著提高水稻产量,降低CO_2的累积排放量,但在一定程度上增加了CH_4的排放。秸秆配施氮肥处理的温室气体强度和综合温室效应分别为0.372、5 394.22 kg CO_2-eq·hm~(-2),显著低于单施氮肥处理的0.630、9 339.94 kg CO_2-eq·hm~(-2),以及单一秸秆还田处理的0.816、9 872.2 kg CO_2-eq·hm~(-2),因此,秸秆还田配施氮肥是降低温室气体排放强度、减缓净温室效应的有效措施。     

秸秆还田配施氮肥改善土壤理化性状提高春玉米产量

为了探明秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量及土壤物理性状的影响,2014-2015年在辽宁铁岭设置了秸秆0 kg/hm~2+纯N 0 kg/hm~2(S0F0),秸秆9 000 kg/hm~2+纯N 0 kg/hm~2(SN0),秸秆9 000 kg/hm~2+纯N 112.5 kg/hm~2(SN1),秸秆0 kg/hm~2+纯N 225 kg/hm~2(S0N2)(当地传统种植方式,CK),秸秆9 000 kg/hm~2+纯N 225 kg/hm~2(SN2),秸秆9 000 kg/hm~2+纯N 337.5 kg/hm~2(SN3)6个处理开展了研究。结果表明,秸秆还田配施氮肥耕层构造对春玉米产量、土壤物理性状、根系形态等指标影响显著(P0.05)。全量还田9 000 kg/hm~2和配施纯氮225 kg/hm~2产量最高,比秸秆不还田2 a增产1.10%~11.56%,但产量并未随着施氮量的增加而持续增加;群体生物产量随着施氮量的增加而增加,收获指数在0.46~0.59之间。秸秆还田配施氮肥耕层构造可显著提高土壤含水量,降低土壤容重,调节土壤三相比;秸秆还田配施氮肥耕层构造春玉米根数、根长、根体积、根干质量等根系形态指标均优于秸秆不还田,且随着氮肥施入量的增加,各项指标均表现越好。因此,综合分析认为,秸秆还田量9 000 kg/hm~2和配施氮肥225 kg/hm~2是辽北棕壤区比较理想的耕层构造模式和秸秆还田技术,在该区域农业发展中具有一定的应用价值。     

秸秆还田对免耕稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响

秸秆还田影响免耕稻田土壤固碳潜力,相应地改变了温室气体的排放,从而影响秸秆还田后稻田土壤固碳减排对减缓全球变暖的贡献。通过研究不同油菜秸秆还田量（0、3000、4000kg·hm-2和6000kg·hm-2）对免耕稻田温室气体（CO2、CH4和N2O）排放和土壤碳固定的影响,评估秸秆还田后温室气体增排的综合增温潜势对稻田固碳减缓全球变暖的贡献的抵消作用。结果表明,秸秆还田显著提高CO2和N2O排放,降低CH4排放,显著提高土壤有机碳含量,有效地提高土壤碳固定,从而有效地提高稻田土壤碳固定对温室气体增排的温室效应抵消作用。随着秸秆还田量的增加,稻田土壤固碳减缓全球变暖的贡献相应增加,因此必须考虑免耕稻田秸秆还田量的问题,以有效发挥免耕稻田秸秆还田的固碳潜力和降低温室气体的排放。     

不同耕作措施下小麦–玉米轮作农田温室气体 交换及其综合增温潜势

研究不同耕作措施下小麦-玉米轮作农田N_2O、CO_2和CH4等温室气体的综合增温潜势,有助于科学评价农业管理措施在减少温室气体排放和减缓全球变暖方面的作用,为制定温室气体减排措施提供依据。基于2001年开始的位于华北太行山前平原中国科学院栾城农业生态系统试验站的不同耕作与秸秆还田方式定位试验,应用静态箱/气相色谱法于2008年10月冬小麦播种时开始,连续两个作物轮作年动态监测了秸秆整秸覆盖免耕播种(M1)、秸秆粉碎覆盖免耕(M2)、秸秆粉碎还田旋耕(X)、秸秆粉碎还田深翻耕(F)和无秸秆还田深翻耕(CK,代表传统耕作方式)5种情况下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤N_2O、CO_2和CH4排放通量,并估算其排放总量。试验期间同步记录每项农事活动机械燃油量、灌溉耗电量、施肥量,依据燃油、耗电和单位肥料量的碳排放系数统一转换为等碳当量,测定作物产量、地上部生物量,估算农田碳截存量,根据每个分支项对温室效应的作用估算了5个处理的综合增温潜势。结果表明,华北小麦-玉米轮作农田土壤是N2O和CO2的排放源,是CH4的吸收汇,每年M1、M2、X、F和CK农田土壤N2O排放总量依次为2.06 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、2.28 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、2.54 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、3.87 kg(N2O-N)·hm~(-2)和2.29 kg(N2O-N)·hm~(-2),CO_2排放总量依次为6904 kg(CO_2-C)·hm~(-2)、7 351 kg(CO2-C)·hm~(-2)、8 873 kg(CO_2-C)·hm~(-2)、9 065 kg(CO2-C)·hm~(-2)和7 425 kg(CO2-C)·hm~(-2),CH4吸收量依次为2.50 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.77 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.33 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.38 kg(CH4-C)·hm~(-2)和1.57kg(CH4-C)·hm~(-2)。M1和M2处理农田生态系统综合增温潜势(GWP)均为负值,表明免耕情况下农田生态系统为大气的碳汇,去除农事活动引起的直接或间接排放的等当量碳,每年农田生态系统净截留碳947~1 070 kg(C)·hm~(-2);其他处理农田生态系统的GWP值均为正值,表明温室气体是由系统向大气排放,CK、F和X每年向大气分别排放等当量碳3 364 kg(C)·hm~(-2)、989 kg(C)·hm~(-2)和343 kg(C)·hm~(-2)。故华北小麦-玉米轮作体系中,秸秆粉碎还田旋耕是最优化的耕作措施,其温室效应相对较低,而又能保证较高的经济产量。     

基于DNDC模型的东北地区春玉米农田固碳减排措施研究

春玉米是我国东北地区主要粮食作物,但由于连年耕作和氮肥的高投入,春玉米农田也可能成为重要的温室气体排放源。因此,通过优化田间管理措施在保证作物产量的同时实现固碳减排,对于春玉米种植系统的可持续发展具有重要意义。过程模型（Denitrification Decomposition, DNDC）是评估固碳减排措施的有效工具,本研究在对DNDC模型进行验证的基础上,应用模型研究不同施氮和秸秆还田措施对东北地区春玉米农田固碳和氧化亚氮（N2O）排放的长期综合影响。模型验证结果表明,DNDC模拟的不同处理下土壤呼吸季节总量、 N2O排放季节总量和春玉米产量与田间观测结果较一致;同时模型也能较好地模拟不同处理下土壤呼吸和N2O排放季节变化动态。这表明DNDC模型能较理想地模拟不同施氮和秸秆还田措施对春玉米农田土壤呼吸、 N2O排放和作物产量的影响。利用模型综合分析不同管理情景对产量和土壤固碳减排的长期影响,结果表明: 1）与当地农民习惯施肥相比,优化施氮措施不会明显影响作物产量,能减少N2O排放,且对土壤固碳影响很小,因而能降低温室气体净排放,但净排放降低幅度有限（8%~13%）; 2）在优化施氮措施的同时秸秆还田能在保障供试农田春玉米产量的同时大幅度减少春玉米种植系统温室气体净排放,甚至可能将供试农田由温室气体排放源转变为温室气体吸收汇。本研究结果可为优化管理措施实现春玉米种植系统固碳减排提供科学依据。     

秸秆还田配施氮肥对宁夏扬黄灌区滴灌玉米产量及土壤物理性状的影响

针对宁夏扬黄灌区土壤质地黏重、土壤水分匮乏等导致作物产量低下等问题,研究秸秆还田配施氮肥对土壤物理性状的改良效应。本试验设计在玉米秸秆全量粉碎还田(12 000 kg/hm~2)的同时配施4种纯氮施用水平(0、150、300、450kg/hm~2),以秸秆不还田常规施氮225kg/hm~2为对照,研究秸秆还田配施不同量氮肥对玉米产量及土壤物理性状的影响。结果表明:与处理前相比,施用纯氮300 kg/hm~2和450 kg/hm~2可分别降低0~20 cm土层土壤容重1.25%和3.20%,土壤孔隙度2.69%和1.89%。与秸秆不还田处理相比,秸秆还田配施氮肥300 kg/hm~2和450 kg/hm~2可使0～20 cm土层2～5 mm、5 mm机械稳定性团粒结构显著增加。秸秆还田配施氮肥可显著增加土壤含水量,尤其在作物生长前期,秸秆还田配施氮肥300kg/hm~2较对照可显著增加土壤含水量13.64%。秸秆还田配施氮肥条件下玉米产量及产量构成因素较秸秆不还田均有增加趋势,秸秆还田配施纯氮300kg/hm~2可提高玉米产量20.21%,增加玉米百粒重9.37%,以及增加穗粒数37.91%。可见,秸秆还田配施纯氮300 kg/hm~2具有较好的蓄水保墒效果,其增产效果显著,可为该区土壤培肥提供参考。     

秸秆还田配施氮肥对冬春季稻虾田水质、土壤养分及酶活性的影响

为探究稻虾种养模式冬春季节合理的秸秆还田方式,本研究以秸秆还田配施氮肥调节C/N为切入点,在2017年12月—2018年5月通过田间试验,设秸秆不还田不施氮肥(对照, CK)、秸秆还田C/N为35(S)、秸秆还田配施氮肥C/N为25(SN1)、秸秆还田配施氮肥C/N为15(SN2)以及单施氮肥处理(N1)。探讨秸秆还田不同C/N对冬春季稻虾田养殖水体、土壤养分及酶活性的影响。结果表明:1)CK处理后期的水体总磷含量最低,各处理水体总氮含量在还田前期变化幅度不大;不同处理水体铵态氮含量低于克氏原螯虾安全耐受限度。2)秸秆还田后,SN2处理显著增加了土壤有机质含量,同时土壤硝态氮含量较还田前增加240%;秸秆还田降低了土壤容重,SN2处理组容重最低。3)N1和SN2处理提高了土壤多酚氧化酶活性,其中SN2处理组酶活性最高。在3种秸秆还田处理中, SN2处理土壤脲酶活性高于其他处理, N1处理前期表现出较高酶活性,后期开始降低。综上,秸秆还田配施氮肥调节C/N为15在稻虾田土壤养分含量、酶活性等方面优于其他处理。     

长期施肥下黑土玉米田土壤温室气体的排放特征

研究不同施肥措施下东北黑土区玉米农田温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放量及其增温潜势,将为制定农业温室气体减排措施提供理论依据。本研究以国家(公主岭)黑土长期定位试验为平台,采用静态箱-气相色谱法对不同施肥措施下玉米农田土壤温室气体排放通量进行了监测,并分析了不同施肥处理间玉米田的综合温室效应差异。结果表明:各施肥处理土壤温室气体CO_2和N_2O的排放高峰均出现在玉米拔节期。农家肥和化肥配施(M_2NPK)处理土壤CO_2、N_2O排放通量和CH_4吸收量均显著高于施化肥处理(P0.05);施用化肥处理土壤CO_2、N_2O排放通量高于不施肥处理;撂荒区土壤CO_2排放通量最高,而土壤N_2O排放通量显著低于施肥处理;等施氮量条件下,化肥(NPK)处理土壤N_2O排放通量明显高于秸秆还田(SNPK)处理,而土壤CH4净吸收量结果则截然相反。从土壤综合温室效应和温室气体强度可分析出,与不施肥(CK)比较,偏施化肥N和NPK处理的综合温室效应(GWP)分别增加了142%和32%,SNPK综合温室效应降低了38%;尤其是有机无机配施(M_2NPK)处理的综合温室效应为负值,为净碳汇。平衡施肥NPK和有机无机肥配施(SNPK和M_2NPK)温室气体排放强度(GHGI)较弱,显著低于不施肥(CK)和偏施化肥(N)处理,其中M2NPK为-222 kg CO_2-eq·t~(-1)。因此,为同步实现较高的玉米产量和较低的温室气体排放强度,有机无机肥配施是东北黑土区较为理想的土壤培肥方式。     

不同农业废弃物还田对土壤碳排放及碳固定的影响

在玉米生长季,采用静态箱法,在氮磷钾等养分量(N 240kg/hm~2,P2O5100kg/hm~2,K2O 120kg/hm~2)的条件下,研究秸秆、牛粪、鸡粪与化肥配施还田,对土壤CO_2排放及碳固定的影响。研究结果表明:施肥促进土壤CO_2排放,其中100%秸秆粉碎还田配施化肥(S1)对土壤CO_2排放的促进作用最为明显,平均排放通量达389.0mg/(m~2·h);其次为单施化肥(S4)。S1、S2、S3和S4处理在6,7,8三个月份CO_2平均排放通量表现为S4S1S3S2,分别占整个生长季排放总量的80.1%,78.9%,78.8%和83.7%,表明单施化肥处理(S4)在玉米生长旺季CO_2排放通量最高达624.9mg/(m~2·h)。各施肥处理在玉米生长季出现2个CO_2排放高峰阶段,与2次氮肥(尿素)追施密切相关,2次追施氮肥后CO_2排放通量平均值均表现为S4S1S3S2,表明用农业废弃物中的氮部分代替化肥氮,可减少CO_2排放量。50%牛粪有机氮还田配施50%化肥氮(S2),能明显提高土壤有机碳含量。50%鸡粪有机氮还田配施50%化肥氮(S3)可明显提高玉米各器官及植株含碳量,其中S3处理植株含碳量最高为9.59t/hm~2,促进玉米碳固定;而100%秸秆粉碎还田配施化肥氮(S1),并不能提高玉米各器官及植株含碳量,甚至低于单施化肥(S4)。     

秸秆还田施氮调节碳氮比对土壤无机氮、 酶活性及作物产量的影响

秸秆的质量,特别是C/N是影响秸秆分解速率和养分释放的重要因素。在秸秆还田条件下,如何科学合理地施用氮肥是秸秆利用和优化施肥研究的关键问题。本研究以秸秆还田施入碳氮的C/N为切入点,于2012—2013年通过田间试验(设秸秆不还田不施肥、秸秆还田不施氮、秸秆还田施用无机氮肥调节C/N为10∶1、16∶1和25∶1以及秸秆还田施用有机氮肥调节C/N为25∶1处理),研究秸秆还田不同氮输入对小麦-玉米轮作田土壤无机氮、土壤微生物量氮、酶活性以及作物产量的影响。结果表明:1)在C/N为25∶1下,施用有机氮肥和无机氮肥对土壤无机氮含量无显著影响;在施用无机氮肥的情况下,C/N越低土壤无机氮含量越高。2)秸秆还田施氮提高了土壤微生物量氮含量,但是各秸秆还田施氮处理之间差异不显著;秸秆还田不同施氮处理对脲酶活性无显著影响;秸秆还田施氮提高了FDA水解酶活性,并随C/N降低呈升高趋势,施用无机氮肥的效果强于施用有机氮肥的。3)秸秆还田施用无机氮肥显著提高了小麦和玉米地上部生物量,施用无机氮肥调节C/N为10∶1和16∶1相比于C/N为25∶1提高了小麦和玉米的苗期和成熟期地上部生物量;施用有机氮肥调节C/N为25∶1相比秸秆还田不施氮对地上部生物量无显著影响。秸秆还田施用无机氮肥提高了作物产量,施用无机氮肥调节C/N为16∶1产量最高,而施用有机氮肥调节C/N为25∶1有降低作物产量的趋势。综合以上结果来看,施用无机氮肥调节C/N为16∶1较为合理。     

施氮水平对太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作体系土壤温室气体通量的影响

应用静态明箱-气相色谱法对4 个施氮肥水平N0 [0 kg(N)·hm^-2]、N200 [200 kg(N)·hm^-2]、N400 [400kg(N)·hm^-2]、N600 [600 kg(N)·hm^-2]的夏玉米-冬小麦季轮作体系2008~2010 年的土壤温室气体(CH₄、CO₂ 和N₂O)排放通量进行研究, 同时观测5 cm 土层土壤温度并记录降水量。结果表明: 太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作农田生态系统为CH₄ 吸收汇, CO₂ 和N₂O 排放源。随着氮肥施入量的增加土壤对CH₄ 的吸收速率降低, 而CO₂ 和N₂O 的排放速率增加。冬小麦季施氮处理土壤对CH₄ 的吸收速率显著低于无氮肥的N0 处理, 而N600处理土壤CO₂ 和N₂O 排放速率显著高于N0 处理(P<0.05)。施肥和灌溉会直接导致土壤CO₂ 和N₂O 的排放通量增加, 同时土壤对CH₄ 的吸收峰值减小。土壤温度升高和降水量增加以及干湿交替加剧均会造成N₂O 和CO₂排放速率增加。同时在持续干燥和低温条件的冬季不施氮处理观测到土壤对N₂O 的吸收现象。N0、N200、N400 和N600 处理土壤CH₄ 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为-1.42、-0.75、-0.82、-0.92(2008~2009 年)和-2.60、-1.47、-1.35、-1.76(2009~2010 年), N0、N200、N400 和N600 处理土壤CO₂ 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为15 597.6、19 345.6、21 455.9、29 012.5(2008~2009 年)和10 317.7、11 474.0、13 983.5、20 639.3(2009~2010年), N0、N200、N400 和N600 处理土壤N₂O 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为1.05、2.16、5.27、6.98(2008~2009年)和1.49、2.31、4.42、5.81(2009~2010 年)。     

秸秆覆盖对旱作冬小麦农田土壤呼吸、作物产量及经济 环境效益的影响

基于2009-2011年田间试验, 研究了黄土旱塬区不同秸秆覆盖措施下冬小麦农田土壤呼吸和小麦产量变化, 计算了生产每千克籽粒产量下土壤CO₂的释放量, 并以此比较了处理间的经济 环境效益值。试验包括4个处理: 无覆盖对照(CK)、全年9 000 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₉₀₀₀)、全年4 500 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₄₅₀₀)和夏闲期秸秆覆盖(SF)。结果表明: 冬小麦生育期内土壤CO₂累积释放量在处理间无显著差异, 但第1年生育期为14.92~17.43 t(CO₂)·hm^-2, 显著高于第2年[12.95~13.69 t(CO₂)·hm ^-2](P<0.05), 处理和年份的交互作用不显著。与CK(产量5.03 t·hm^-2)相比, 秸秆覆盖降低了作物产量, 其中M₉₀₀₀ (4.71 t·hm^-2)与CK差异显著。经济 环境效益值计算结果显示, 冬小麦生育期内生产每千克籽粒释放2.96~3.16 kg CO₂, 处理间无显著差异。从各处理平均值看, 小麦产量以及经济 环境效益值均存在显著的年际差异, 降水偏少的第1年度作物产量(4.60~4.98 t·hm^-2)显著低于降水相对丰富的第2年度(4.50~5.47 t·hm^-2), 但经济 环境效益值(3.03~3.69 kg·kg 1、2.45~2.88 kg·kg^-1)结果相反。处理和年份对作物产量和经济 环境效益值具有显著的交互影响, 在缺水年份秸秆覆盖能够提高作物产量, M₉₀₀₀处理具有最优的经济 环境效益; 而在丰水年份, 秸秆覆盖导致产量显著下降, CK具有更好的经济 环境效益。     

有机物料还田对冬小麦农田土壤温室气体排放影响的研究

探讨有机物料还田对冬小麦田温室气体排放特性的影响,对提高经济效应和环境效应有积极意义。本研究应用静态箱-气相色谱法对秸秆还田（J）、秸秆还田+牛粪（JF）和秸秆还田+菌渣（JZ）3种有机物料还田下分别施氮肥243 kg （N）·hm^-2（减氮10%,N1）、216 kg （N）·hm^-2（减氮20%,N2）对冬小麦农田N₂O、CO₂和CH₄的排放通量进行监测,探讨了不同施肥措施对麦田温室气体累积排放量、增温潜势的影响。试验期间同步记录每项农事活动机械燃油量、施肥量和灌溉量,测定产量,地上部生物量,估算农田碳截留。结果表明,冬小麦农田土壤N₂O和CO₂是排放源,是CH₄的吸收汇,氮肥施入、灌溉以及强降水促进了土壤N₂O和CO₂的生成,却弱化了CH₄作为大气吸收汇的特征。牛粪+秸秆（JF）处理N₂O和CO₂排放总量最高,分别为3.5 kg （N₂O-N）·hm^-2和19 689.67 kg （CO₂-C）·hm^-2,但CH₄的吸收值最大,为5.33 kg （CH₄-C）·hm^-2,均显著高于菌渣+秸秆（JZ）和秸秆（J）处理（P<0.05）;各处理N₂O和CO₂的总量随施氮量的增加呈升高趋势,CH₄的总量随施氮量的增加而呈降低趋势。JFN2、JN2和JZN2处理农田综合增温潜势（GWP）均为负值,表明有机物料还田且减氮20%条件下农田生态系统为大气的碳汇,麦季净截留碳1 038~2 024 kg·hm^-2,其他处理GWP值均为正。JZN2处理小麦产量为8 061 kg·hm^-2,显著高于JFN2处理（P<0.05）。综上所述,JZN2处理不仅能够保证小麦产量,且对环境效应最有利,为本区域冬小麦较优的施肥管理模式。     

施肥对青岛市设施蔬菜产量、净产值及土壤环境的影响

为进一步提高设施蔬菜的施肥效率, 减少肥料成本和对环境的污染, 对青岛市设施蔬菜施肥状况及其对产量、净产值和土壤环境的影响进行了研究。结果表明, 设施黄瓜和番茄氮、磷、钾肥施用均明显过量。黄瓜N、P₂O₅、K₂O年施用量分别为1 841.5 kg·hm^-2、864.0 kg·hm^-2和1 978.7 kg·hm^-2, 番茄N、P₂O₅、K₂O年施用量分别为1 436.7 kg·hm^-2、833.6 kg·hm^-2和1 643.7 kg·hm^-2。施肥中有机/无机肥料养分比例较为合理, 重视了有机肥的施用。年度施用N、P₂O₅、K₂O量及其总量对年度蔬菜产量、净产值有明显影响, 存在着线性方程关系。随着年度施氮量的增加, 土壤NO₃^--N含量明显增加, 31.4%的农户设施蔬菜田土壤NO₃^--N含量居高和较高水平。土壤速效磷含量随年度施磷量的增加而增加, 74.3%的农户设施蔬菜田土壤速效磷为高水平。68.6%的农户设施蔬菜田土壤为酸性和微酸性, 有向酸性发展的趋势。生产中应适量减少氮、磷和钾肥投入, 推广测土配方施肥、水肥一体化、秸秆生物处理等技术, 促进青岛市设施蔬菜生产的可持续发展。     

秸秆还田与施氮对冬小麦生长发育及水肥利用率的影响

田间试验研究了小麦-玉米一年两熟耕作区玉米秸秆还田与氮肥配施和化肥单施对冬小麦生长发育、籽粒产量及氮肥表观利用率和水分利用效率的影响。结果表明, 施氮量相同时, 秸秆与氮肥配施越冬前和拔节期冬小麦总茎数和单株分蘖数低于化肥单施, 施氮量在75~225 kg·hm^-2 时, 植株干重高于化肥单施; 孕穗期到成熟期植株干重、成穗率和产量构成因素秸秆与氮肥配施处理高于化肥单施处理, 籽粒产量增加58.9~339.6kg·hm^-2, 水分生产率提高0.026~0.083 kg·m^-3。施氮量在75 kg·hm^-2 时, 秸秆与氮肥配施的氮肥表观利用率低于化肥单施; 在150~300 kg·hm^-2 时高于化肥单施。因此, 针对目前黄淮海麦区小麦-玉米一年两熟种植制度下, 秸秆还田前期生物争氮、后期供肥能力增强的特点, 秸秆连续还田后配施纯氮225 kg·hm^-2, 可有效提高灌水和氮肥利用率, 实现冬小麦高产高效栽培。     

生物炭和秸秆还田对干旱区玉米农田土壤温室气体通量的影响

为了研究生物炭及秸秆还田对干旱区玉米农田温室气体通量的影响,以内蒙古科尔沁地区玉米农田为试验对象,采用静态箱-气相色谱法对分别施入生物炭0 t·hm^-2（CK）、15 t·hm^-2（C15）、30 t·hm^-2（C30）、45 t·hm^-2（C45）及秸秆还田（SNPK）的土壤进行温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）通量的原位观测,并估算生长季CH₄和N₂O的综合增温潜势（GWP）与排放强度（GHGI）。结果表明：添加生物炭能够显著减少土壤CO₂和N₂O的排放量,并促进土壤对CH₄的吸收作用。其中处理C15对CO₂的减排效果最好,与对照相比CO₂排放量降低21.16%。随着施入生物炭量的增加,生物炭对N₂O排放的抑制作用不断增强,处理C45对减排效果最好,与对照相比N₂O排放量降低86.25%。处理C15对土壤吸收CH₄的促进效果最好,CH₄吸收量增加56.62%;处理C45对CH₄的排放有促进作用,使生长季土壤吸收CH₄减少81.36%。SNPK对温室气体的减排作用接近处理C15。添加生物炭和秸秆还田对提高玉米产量和降低农田GWP与GHGI均有显著效果,施用生物炭及秸秆还田均有效提高了科尔沁地区的玉米产量,且玉米产量随着施入生物炭含量的增大而提升。从GWP上来看,施用15 t·hm^-2生物炭对温室气体减排的整体效果最好。从GHGI上来看,施用生物炭及秸秆还田均具有一定的经济效益和减排意义,其中施用15 t·hm^-2生物炭的综合效益最高。因此综合经济效益与环境因素,建议科尔沁地区农田在种植玉米时添加15 t·hm^-2生物炭,如不具备购买生物炭条件,可以考虑秸秆还田来实现玉米增产与温室气体减排。     

灌淤土区长期施钾对作物产量与养分及土壤钾素的长期效应研究

通过在宁夏灌淤土区长达14年的连续施钾和小麦秸秆还田试验, 研究钾素投入对作物产量、养分和土壤钾素状况的影响.结果表明:小麦秸秆还田和长期施用钾肥均可不同程度提高小麦和玉米的经济产量, 其中施钾年平均增产小麦244 kg·hm-2, 玉米397 kg·hm-2, 处理之间产量表现为氮磷钾肥配合秸秆还田>施用氮磷钾肥>氮磷肥配合秸秆还田>只施用氮磷肥.定位后8～10年施钾肥开始显著有效, 玉米显效时间早于小麦;秸秆还田和钾肥的投入均可提高籽粒和秸秆的钾素吸收量, 秸秆含钾丰富, 籽粒钾含量仅占植株钾总量的13%～17%;施用钾肥可提高作物籽粒大中微量元素含量而降低秸秆中、微量元素含量, 促进籽粒对大部分元素的吸收;长期不施钾肥处理(NP和NP+St)0～20 cm土层土壤速效钾和缓效钾含量较定位开始时下降; 所有处理土壤全钾含量均表现下降, 下降幅度为0.8～1.2 g·kg-1.     

华北平原高产农区冬小麦农田土壤温室气体排放及其综合温室效应

研究不同农业管理措施下小麦农田N2O、CO2、CH4等温室气体的综合增温潜势,有助于科学评价农业管理措施在减少温室气体排放和减缓全球变暖方面的作用,为制定温室气体减排措施提供依据。本研究采用静态明箱气相色谱法对华北平原高产农区4种农业管理措施下冬小麦农田土壤温室气体(CO2、CH4和N2O)季节排放通量进行了监测,估算了不同农业管理措施下小麦季的综合温室效应。结果表明,华北太行山前平原冬小麦农田土壤是CO2、N2O的排放源,CH4的吸收汇。不同农业管理措施对不同温室气体的排放源和吸收汇强度的影响不同,增施氮肥、充分灌溉促进了土壤CO2、N2O的生成,强化了土壤CO2和N2O排放源的特征;但却抑制了土壤对CH4的氧化,弱化了土壤作为大气CH4吸收汇的特征。2009—2010年和2010—2011年冬小麦生长季T1(传统模式)、T2(高产高效模式)、T3(再高产模式)和T4(再高产高效和土壤生产力提高模式)处理土壤排放的温室气体碳当量分别依次为8 880 kg(CO2).hm 2、8 372 kg(CO2).hm 2、9 600 kg(CO2).hm 2、9 318kg(CO2).hm 2和13 395 kg(CO2).hm 2、12 904 kg(CO2).hm 2、13 933 kg(CO2).hm 2、13 189 kg(CO2).hm 2。各处理间温室气体排放差异主要是由于施肥和灌溉措施的不同引起的,秸秆还田与否是造成年度间温室气体排放存在差异的主要原因。T2处理综合增温潜势相对较低,产量和产投比相对较高,为本区域冬小麦优化管理模式。     

不同秸秆还田年限对稻麦轮作系统温室气体排放的影响

为揭示稻麦轮作系统不同秸秆还田年限下温室气体排放特征及减排调控机制,本研究采用大田小区试验,考察了稻麦轮作不同秸秆还田年限[空白对照(CK)、常规处理秸秆不还田(NT)、1年秸秆还田(SR1)和5年秸秆还田(SR5)]对CH4、CO2和N2O 3种温室气体排放规律的影响,同时测定了土壤固碳量,估算了秸秆焚烧产生的温室气体排放量,综合计算了4种处理对全球变暖的贡献。试验结果表明,SR1和SR5均显著提升CH4和CO2的排放通量,分别高出NT、CK处理73.52%、309.49%和13.29%、13.06%;同时显著降低N2O排放通量,较NT降低29.68%和42.55%;但SR1和SR5之间温室气体排放通量差异不显著;与NT相比,SR1和SR5可以显著提高土壤固碳量517.9%和709.03%,SR5土壤固碳量高出SR1达30.93%;NT秸秆焚烧产生的全球气温变暖贡献为9 698.49 kg(CO2-eqv)·hm?2,比CK高126.98%。综合分析温室气体排放、土壤固碳以及秸秆焚烧3个因素,SR1全球升温贡献最低,显著低于NT 4.72%。短期全量秸秆还田有助于降低总体温室气体排放,长期进行秸秆还田后降低幅度会逐步减小。     

秸秆还田方式和氮肥类型对黄淮海平原夏玉米土壤呼吸的影响

为了研究黄淮海平原不同秸秆还田方式和施氮类型对夏玉米农田生态系统土壤呼吸的影响,于2010年6—10月,采用LI-COR-6400-09土壤气室连接红外线气体分析仪(IRGA)对玉米农田行间掩埋秸秆区的土壤呼吸作用进行了连续测定。结果表明,常规施肥下,玉米生育期内秸秆行间掩埋处理(ISFR)的平均土壤呼吸速率显著高于秸秆移除(NSFR)和秸秆覆盖(SFR)处理(P<0.05)。秸秆行间掩埋配合施用化学氮肥处理中,配施50.4 kg(N).hm 2处理(ISF3)的平均土壤呼吸速率为(178.85±46.60)mg(C).m 2.h 1,显著高于配施33.6 kg(N).hm 2处理(ISF2)的(124.11±23.18)mg(C).m 2.h 1(P<0.05)。秸秆行间掩埋配合施用鸡粪处理中,鸡粪施用量为33.6kg(N).hm 2(ISOM2)处理的平均土壤呼吸速率为(208.08±31.54)mg(C).m 2.h 1,施用16.8 kg(N).hm 2(ISOM1)和50.4 kg(N).hm 2(ISOM3)处理的为(135.07±21.97)mg(C).m 2.h 1、(171.43±43.31)mg(C).m 2.h 1,相比ISOM2处理,ISOM1和ISOM3处理的平均土壤呼吸速率降低了35.09%和17.61%。ISOM2处理玉米季CO2排放累积量为499.39 g(C).m 2,显著高于ISF2处理的297.86 g(C).m 2。秸秆行间掩埋配合施用化学氮肥对土壤呼吸速率的影响小于配合施用鸡粪的影响,配合施用16%总氮的鸡粪,即33.6 kg(N).hm 2时C/N比最适宜土壤微生物的代谢活动。