秸秆还田方式与施氮量对春玉米产量及干物质和氮素积累、转运的影响

【目的】 探讨秸秆还田方式与施氮量对东北春玉米产量、干物质和氮素积累、转运的影响,明确适宜的秸秆还田方式及施氮量。 【方法】 连续两年在辽宁铁岭市进行了田间试验。设置秸秆还田方式 (旋耕、翻耕) 与施氮量两因素田间定位试验,研究了春玉米产量及干物质和氮素积累、转运特性。 【结果】 秸秆旋耕和翻耕还田产量和籽粒氮素积累量差异并不显著,但前者显著增加了地上部干物质和氮素积累量,及花后氮素积累量、花后干物质积累对籽粒干物质积累贡献率、花后氮素积累对籽粒氮素积累贡献率,而后者则显著提高了花前营养器官干物质、氮素转运量和转运率,花前营养器官干物质和氮素转运对籽粒干物质和氮素积累贡献率分别达到了12.4%、44.1%。随着施氮量的增加,产量和籽粒氮素积累量,地上部干物质和氮素积累量呈逐渐增大的趋势。但施氮量超过262.5 kg/hm2后,产量和籽粒氮素积累量差异则不显著。施氮量262.5 kg/hm2时,花前营养器官干物质和氮素转运量和转运率最高,花前营养器官干物质和氮素转运对籽粒干物质和氮素积累贡献率分别达到了16.7%、45.2%。 【结论】 短期秸秆旋耕和翻耕还田,春玉米产量和籽粒氮素积累量差异不显著,然而秸秆旋耕还田作业成本较低,且配施262.5 kg/hm2氮产量较高,可作为秸秆还田初期推荐施氮量。      

浅层淹水条件下不同施肥处理对黑土氮素净转化的影响

以东北旱作黑土为对象,在25℃和浅层淹水条件下开展了为期35 d的室内培养试验,研究不同施肥处理对黑土矿化作用和硝化作用的影响。结果表明,浅层淹水条件下土壤矿化作用和硝化作用仍能进行。与不施肥对照处理相比,施用氮肥抑制了培养初期的有机氮矿化,但对后期氮矿化没有影响。氮肥施用初期对硝化作用没有影响,但2周后显著促进了硝化作用的进行。培养期间单施氮肥处理的平均净矿化速率为N 1.07 mg/(kg·d),与对照处理没有显著差异;平均净硝化速率为N 4.50 mg/(kg·d),是对照处理的2.43倍。浅层淹水条件下氮肥配施有机物料显著促进了土壤无机氮的生物固定,培养初期氮肥配施秸秆处理的无机氮固定量大于氮肥配施猪粪处理,后期则相对稍低,氮肥配施猪粪和配施秸秆处理的平均净氮矿化速率分别为N-5.61和-3.15 mg/(kg·d),两者间差异显著。与单施氮肥处理相比,浅层淹水条件下氮肥配施有机物料显著抑制了土壤硝化作用,培养期间氮肥配施猪粪和氮肥配施秸秆处理的平均净硝化速率分别为N 0.29和0.18 mg/(kg·d),分别比单施氮肥处理下降了93.5%和96.0%。     

水分条件对不同类型土壤氮矿化及酶活性的影响

针对凉攀烟区立体气候特征明显，干湿分明特征，从水分变化角度研究植烟土壤氮素矿化及其酶活变化特征，为合理调控土壤氮素供应提供科学依据。以凉攀烟区土壤为研究对象，通过室内培养法研究了不同水分条件培养下（60%田间持水量（60%WHC），淹水状态（FS）），土壤（红壤、紫色土）氮矿化动力学及酶活性特征。结果表明，（1）与60%WHC相比，FS培养条件提高了土壤NH4+-N含量，且培养期内紫色土NH4+-N平均含量较红壤增加6.0%~9.0%； 60%WHC培养下土壤NO3--N含量明显高于FS，且培养期内红壤NO3--N平均含量（40.7~64.1 mg/kg）高于紫色土（38.0~56.4 mg/kg）；（2）FS培养提高了土壤氨化速率，紫色土平均氨化速率均高于红壤，60%WHC培养提高了土壤硝化速率，且红壤平均硝化速率高于紫色土；（3）培养期内，60%WHC培养下土壤无机氮累积矿化量明显高于FS，红壤氮矿化潜力强于紫色土，其中红壤在60%WHC培养下的土壤无机氮累积矿化量最大（42.12~394.06 mg/kg），其次是同一水分条件培养下的紫色土；（4）土壤脲酶、蛋白酶和亚硝酸还原酶的活性与土壤无机氮矿化累积量存在显著的相关性，红壤的脲酶活性强于紫色土，尤其是在60%WHC培养的效果更为显著；紫色土的蛋白酶活性和亚硝酸还原酶活性高于红壤，尤其是在FS培养下的效果显著。总体上，凉攀烟区红壤氮矿化潜力强于紫色土，尤其是在60%WHC条件下，在推荐氮肥施用量时，不仅要考虑不同土壤类型，而且还应该注意土壤水分状况的调控，防止烤烟生长后期氮素供应能力过强，影响烟叶成熟落黄和香气物质形成。     

不同施氮量对林地和农田黑土净氮转化速率的影响

用在土壤含水量为田间持水量60%、温度20℃恒定条件下进行室内培养的方法,研究不同NH_4~+-N施用量(0、40、60、80 mg kg~(-1))对林地和农田黑土净氮转化速率的影响。结果表明,在不施氮的条件下林地黑土的净氮矿化速率为负值,表现为对氮的净固定;在施氮条件下林地黑土的净氮矿化速率为正值,表现为对氮的净矿化,且随NH_4~+-N施用量(0～60 mg kg~(-1))的增加而增加,但NH_4~+-N施用量超过60 mg kg~(-1)后土壤净氮矿化速率反而稍有降低。施氮对农田土壤氮矿化的影响与林地土壤相反,不施氮的农田土壤净氮矿化速率为正值,施氮后土壤净氮矿化速率为负值,且随NH_4~+-N施用量(0～80 mg kg~(-1))的增加而降低。施用NH_4~+-N肥显著促进了林地和农田土壤硝化作用,但对农田土壤的促进程度更大。对于林地土壤而言,施氮处理土壤的净硝化速率是不施氮处理的1.52～1.70倍,不同施氮量处理间差异不显著。对于农田土壤而言,施氮处理土壤的净硝化速率是不施氮处理的16.7～26.4倍,且随施氮量的增加而显著增加。施氮降低了林地土壤的硝化率,但是对农田土壤的硝化率没有显著影响。     

蚕豆绿肥利用方式对紫色土氮素矿化和硝化特征的影响

豆科绿肥对紫色土土壤氮素转化具有重要影响,而氮素矿化和硝化是决定土壤有效氮含量多少的重要环节。本文选取川、渝两地常见的蚕豆作为绿肥材料,分别以0.6 g/100 g、1.8 g/100 g和3.0 g/100 g(豆科绿肥干重/风干土重量)进行绿肥翻压(FY)和绿肥覆盖(FG),通过室内恒温好气培养法来研究蚕豆绿肥对紫色土氮素矿化和硝化特征的影响,测定了不同绿肥利用下的土壤铵态氮、硝态氮、全氮、有机质含量和氨氧化潜势及硝化强度,并计算土壤氮素矿化量和硝化率。结果表明,与不施绿肥对照相比,绿肥翻压和覆盖下土壤净氮矿化量和硝化率均明显提高,且在一定范围内有随绿肥施用量增加而增加的趋势。其中,FY1.8处理土壤净氮矿化量最高达304.21 mg/kg,与CK相比增加了302.70 mg/kg。土壤氮素最终硝化率达到了91.04%～96.80%,表现为FG3.0最高,FY3.0次之,FG0.6最低。中高量绿肥覆盖或翻压均显著提高了土壤全氮和有机质含量、土壤氨氧化潜势和土壤硝化强度;在相同绿肥用量下,绿肥翻压处理显著高于绿肥覆盖处理(P0.05)。相关分析表明,土壤净氮矿化量与铵态氮、全氮和有机质呈极显著的正相关关系,与硝态氮呈极显著的负相关关系;土壤的硝化率、土壤氨氧化潜势和土壤硝化强度与土壤pH值呈显著正相关关系。综上,蚕豆绿肥覆盖或翻压是提高紫色土土壤供氮能力的一种有效途径,其效应因利用方式和施用量不同而异。     

缓释氮肥与尿素掺混对玉米生理特性和氮素吸收的影响

【目的】 研究不同施氮量下尿素与缓释氮肥掺混对大田玉米生理特性、氮素吸收和土壤硝态氮残留的影响,以期探索减少土壤硝态氮淋失、提高氮肥利用效率的高效施氮管理模式。 【方法】 试验在西北农林科技大学节水灌溉试验站进行,供试土壤质地为壤土,玉米品种为郑单958。设置了3种氮肥类型为尿素 (U)、缓释氮肥 (S)、尿素和缓释氮肥以 3∶7比例掺混 (SU); 4 个施氮 (N)水平为 90 kg/hm2 (N1)、120 kg/hm2 (N2)、180 kg/hm2 (N3)、240 kg/hm2 (N4),以不施氮肥 (N0) 为对照,共13个处理。在生育期内对玉米的产量和生理指标进行观测,并测定玉米主要生育期植株养分和土壤硝态氮含量。 【结果】 尿素掺混缓释氮肥 (SU) 处理的玉米生长后期叶绿素总量最大值分别比尿素 (U) 处理和缓释氮肥 (S) 处理最大值提高7.7%和1.3%。各生育期尿素掺混缓释氮肥 (SU) N3处理的净光合速率和蒸腾速率最高,分别高于其他处理6.9%～88.6%和3.4%～90.3%。尿素掺混缓释氮肥 (SU) 处理能够更好地促进玉米对氮素的吸收利用,其中尿素掺混缓释氮肥 (SU) N3处理氮素吸收量和籽粒的氮素分配量达最大,分别为156.0 kg/hm2和79.7 kg/hm2,高于其他处理8.1%～67.3%和6.2%～54.1%。尿素 (U) N3处理与缓释氮肥 (S) N2处理的氮素吸收量和籽粒的氮素分配量无显著差异;尿素掺混缓释氮肥 (SU) 在N3施氮量下,产量达到最高为 6200.4 kg/hm2,比尿素 (U) N3处理和缓释氮肥 (S) N2处理的产量分别增加了20.7%和19.8%。与单施尿素 (U) 和缓释氮肥 (S) 处理相比,尿素掺混缓释氮肥 (SU) 处理能充分利用0—40 cm土层养分,减少土壤氮素向更深土层淋失,提高氮肥利用率,降低土壤环境污染的风险。 【结论】 尿素与缓释氮肥掺混条件下,施氮量180 kg/hm2是提高试验区玉米叶绿素含量和光合作用,促进氮素吸收,减少硝态氮向土壤深层淋失的最佳施肥管理模式。      

不同轮作和氮肥分配季节下土壤氮素供应和油菜氮素吸收差异

【目的】土壤氮素供应受到土地利用方式影响,明确土壤氮素供应特性是合理施肥的基础。研究不同轮作方式下油菜季土壤氮素供应特征和油菜氮素吸收规律,可以为油菜氮肥施用提供科学依据。【方法】本试验为同田对比田间试验,采用裂区试验设计,主处理为两种轮作方式,即水旱轮作 (水稻?油菜轮作) 和旱地轮作 (棉花稻?油菜轮作);副处理为氮肥 (N 150 kg/hm2) 施用季节。每种轮作方式下设3个氮肥施用季节处理,分别为:1) 两季均不施氮肥(N_0-0);2) 水稻/棉花季施氮,油菜当季不施氮(N_150-0);3) 水稻/棉花季不施氮,油菜当季施氮(N_0-150)。通过原位矿化培养方法测定油菜不同生育期土壤氮素净矿化量,同时测定油菜在不同生育期内氮素吸收量。【结果】与两季均不施氮相比,油菜季施氮,稻油轮作下土壤氮净矿化累积量显著增加101.2 kg/hm2,油菜氮素吸收增加76.8 kg/hm2;棉油轮作条件下,土壤氮净矿化累积量显著增加了110.0 kg/hm2,油菜氮素吸收增加96.2 kg/hm2。从分配比例上分析,在油菜苗期—薹期,稻油轮作土壤氮素净矿化量占累计矿化量的52.3%,棉油轮作为64.5%,棉油轮作高于稻油轮作;然而在油菜花期—成熟期,稻油轮作土壤氮素净矿化量高于棉油轮作。与土壤氮素净矿化相一致,在油菜苗期—薹期,棉油轮作油菜氮素吸收量比稻油轮作高37.1 kg/hm2,棉油轮作有利于油菜前期氮素吸收;而油菜生长后期稻油轮作比棉油轮作多吸收氮素18.2 kg/hm2。稻油轮作有利于油菜后期氮素吸收。【结论】棉油轮作条件下,残留棉花叶片养分释放快,有利于油菜生长前期 (苗期—薹期) 土壤氮素供应;而稻油轮作条件下,残留水稻根茬养分释放慢则有利于油菜生长后期 (花期—成熟期) 土壤氮素供应。因此棉油轮作有利于油菜前期生长,稻油轮作有利于油菜后期生长。稻油轮作条件下在油菜生长前期可适量增加氮肥供应,后期降低氮肥供应;棉油轮作下在油菜生长前期适量降低氮肥供应,后期增加氮肥供应。     

基于不同降水年型渭北旱塬小麦–土壤系统氮素表观平衡的氮肥用量研究

【目的】 研究渭北旱区不同降水年型氮肥用量对小麦–土壤系统氮素表观平衡的影响规律,以实现作物稳产、平衡土壤氮素携出、避免过多氮肥残留累积为目标,通过3年田间定位试验,探讨渭北旱区冬小麦稳产增效的最佳氮素投入量。 【方法】 2011年7月—2012年6月降水量为710.1 mm,高于年均降水量 23.1%,属于丰水年;2012年7月—2013年6月降水量为391.4 mm,低于年均降水量 32.2%,属于欠水年;2013年7月—2014年6月降水量为603.8 mm,高于年均降水量 4.6%,属于平水年。本研究设置5个氮肥水平 N 0、75、150、225、300 kg/hm2,分别以N0、N75、N150、N225、N300表示,研究不同施氮量对冬小麦产量、吸氮量、氮素表观平衡及收获后土壤硝态氮残留量的影响。通过保证土壤氮素的输入和携出平衡确定氮肥用量,并通过该施氮量下吸氮量、产量及收获后100 cm土层硝态氮累积量加以验证。 【结果】 连续3年的定位试验结果表明,产量随降水量的增加而提高。相同降水量条件下,产量随施氮量增加呈先增加后降低的趋势,3年小麦产量均在N225水平达到最大值,但N225与N150水平之间差异不显著,小麦地上部吸氮量与籽粒产量有相似的规律;小麦收获后0—100 cm土层硝态氮残留量也随施氮量的增加而升高。其中50.8%～75.5%的集中在0—40 cm,并且随着年限的延长逐渐减少,3年平均值分别为63.8%、66.1%和53.6%,而40—100 cm土层硝态氮残留量逐年升高且有向下淋溶的趋势;3种降水年型,土壤氮素盈余量 (土壤氮素输入 – 输出) 为0 kg/hm 2的氮素盈余指标下的氮素投入量有所不同:丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为127、54和103 kg/hm2;在考虑到维持作物产量和土壤肥力而允许氮素表观盈余指标为N 40 kg/hm2时,丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为170、99和150 kg/hm2。此时的作物吸氮量 (130、59、110 kg/hm2) 和产量 (6267、2309、4502 kg/hm2) 均能保持在较高水平,与理论最高吸氮量和最高产量值接近,而施氮量与理论最高吸氮量和产量时的施氮量相比有不同程度降低,分别减少了4.7%、142%、21.3%和5.3%、120%、30.7%。小麦收获后100 cm土层硝态氮累积量分别为101.4、104.2和113.7 kg/hm2,不仅可以保持土壤氮库的稳定,还能将残留硝态氮基本维持在安全阈值内 (N 90～100 kg/hm2)。 【结论】 综合考虑不同降水年型氮肥用量下冬小麦–土壤系统氮素表观平衡的变化,建议在渭北旱区丰水年、欠水年和平水年施氮量分别为170、99和150 kg/hm2,以保证作物稳产和氮素高效吸收利用。      

添加硝化抑制剂DMPP对红壤水稻土硝化作用及微生物群落功能多样性的影响

通过室内培育试验,研究了不同施氮水平下添加硝化抑制剂(DMPP)处理对红壤水稻土NH4+-N、NO3–-N含量、微生物生物量碳及微生物群落功能多样性的影响。结果表明:56天培养期内,不同处理的NH4+-N含量总体呈下降趋势,而NO3–-N含量呈上升趋势。随施氮水平提高,培养期内NH4+-N平均含量从0 mg/kg处理的24.10 mg/kg增加到400 mg/kg处理的412.10 mg/kg,NO3–-N平均含量从0 mg/kg处理的41.88 mg/kg增加到400 mg/kg处理的99.83 mg/kg。添加DMPP显著抑制硝化作用进行,抑制效果随施氮量增加而提高,400 mg/kg施氮水平下,添加DMPP硝化率和硝化速率比不添加DMPP处理分别下降了29.0%和44.3%,下降幅度远大于其他施氮水平处理。施氮水平也影响土壤微生物生物量碳和微生物群落功能多样性。施氮量从0 mg/kg增加到400 mg/kg,土壤微生物生物量碳下降了12.5%,AWCD值下降了78.4%,Shannon指数下降了22.3%;与不添加DMPP处理相比,添加DMPP处理的土壤微生物生物量、AWCD值、Shannon指数分别提高了2.1%、23.9%、7.8%,尤其在400 mg/kg施氮水平下,提高的幅度更加明显。     

无机氮与蔬菜废弃物耦合对土壤氮矿化的影响

为探明有机废弃物添加量与不同无机氮水平耦合对土壤氮矿化的影响,设计了3个甘蓝废弃叶添加量[B1:200 g.kg 1(土),B2:400 g.kg 1(土),B3:550 g.kg 1(土)]和4个无机氮水平[N0:0 mg.kg 1(土),N1:25mg.kg 1(土),N2:50 mg.kg 1(土),N3:100 mg.kg 1(土)]交互的控制培养试验(25℃,65%的田间持水量)。试验结果显示:各氮处理下土壤净累积氮矿化量是空白对照的4～5倍,N1水平下土壤净累积氮矿化量显著高于其他氮水平。各甘蓝废弃叶添加量处理下土壤净累积氮矿化量是空白对照的3～5倍,且B2添加量下土壤净累积氮矿化量显著高于B1和B3。统计分析表明,氮处理和甘蓝废弃叶添加量之间的交互效应不显著(P=0.275),甘蓝废弃叶的添加是影响氮矿化的主要因素(Eta2=0.16),而供氮水平为次要因素(Eta2=0.07)。B1添加量下,培养前期(0～20 d)土壤净累积矿化量逐渐升高,后期保持稳定水平;但B2和B3添加量下,培养前期(30 d)土壤呈现矿化、固持、再矿化现象,后期土壤净累积矿化量逐渐升高。氮矿化速率结果说明,甘蓝废弃叶添加后氮素矿化主要发生在培养前30 d。对培养期间土壤净累积氮矿化量随时间变化做一级动力方程模拟,拟合效果良好(R2=0.62～0.89)。     

长期施肥下黑土不同团聚体氮组分的植物有效性差异

【目的】 土壤团聚体组分形成机制不同,其所含有的氮的转化和有效性也不同。阐明不同团聚体中氮素有效性差异,可为科学施肥、培育高效的土壤结构、提高氮肥利用率提供重要的理论依据。 【方法】 依托吉林黑土长期定位试验,于2014年进行了室内土壤培养试验和黑麦草盆栽试验。供试土壤选择的定位试验处理包括不施肥 (CK)、氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS)、氮磷钾 + 农家肥 (NPKM)。采集1000 g土样于2 L塑料瓶内,加入15N丰度为20.12%的尿素0.247 g,置于25℃培养箱中恒温控湿培养40天。培养完成后将土样风干,将有机物分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (iPOM,53～250 μm) 和矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm),矿物结合有机物又进一步分为团聚体内矿物结合有机物 (MOMi) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOMo),分析了不同团聚体组分中15N的固持量。称取各粒级土壤样品40 g,分别与20 g细石英砂混匀,于80 mL小塑料盆中,每盆黑麦草定苗7株于温室内培养,20天时加入适量磷、钾营养液。培养30天后,分别采集黑麦草地上部和根系,烘干、称重、研磨,测定养分含量及15N丰度。 【结果】 在NPK处理和NPKM处理的土壤中,植株生物量分别在MOMo和cfPOM下最高,分别为每盆100.2 mg和99.8 mg。黑麦草尿素氮含量在MOMo的NPK处理最大,在其他三个组分均表现为CK > NPK > NPKS > NPKM,其中cfPOM组分氮固持量与黑麦草氮含量表现一致;黑麦草吸收的氮素主要来自cfPOM和MOMo组分中 (0.1～0.21 mg/pot),在其他组分下不足0.05 mg/pot;cfPOM、iPOM、MOMi和MOMo中的氮素利用率分别为14.1%～19.3%、5.5%～15.4%、3.1%～4.9%和12.7%～23.6%,在NPKM处理下,以cfPOM组分中最高,为19.3%,在NPK处理下以MOMo组分最高,为23.6%。 【结论】 施用有机肥可促进外源氮肥保存在粗游离颗粒中,其固持的氮有效性最高,有利于后季养分的供应。单施化肥处理团聚体外部矿物结合有机物中固持氮的有效性最高;团聚体内部矿物结合有机物组分虽固持氮含量较高,但氮有效性很低。      

苏打盐碱化稻田土壤氮素矿化和硝化特征及其影响因子

  【目的】  为探明土壤盐碱化对氮素转化的影响,研究了不同盐碱化条件下氮素的矿化和硝化特征以及这些特征与土壤盐分、养分含量的关系,为盐碱化土壤养分的科学管理提供理论依据和数据支撑。  【方法】  随机采集了30个不同盐碱化程度的稻田土壤 (0—20 cm)样品,根据盐碱化程度将采集的土壤样品划分为轻度(含盐量0.1%～0.3%,碱化度5%～15%)、中度(含盐量0.3%～0.5%,碱化度15%～30%)和重度(含盐量0.5%～0.7%,碱化度30%～45%)盐碱土3类,每个类别中依据最小归类样品数选取盐碱化程度接近的3个土样作为3次重复,进行氮素矿化和硝化室内培养试验(25℃,24 h光照)。于培养的第0、3、6、9、15、21天取样测定土壤铵态氮、硝态氮含量及脲酶和碱性蛋白酶活性。通过相关性分析研究土壤各指标与氮素矿化、硝化过程间的相关关系,采用逐步回归分析筛选影响氮素矿化和硝化过程的主要因子。  【结果】  随着土壤盐碱化程度的加剧,氮素矿化和硝化作用显著下降(P<0.05)。与轻度盐碱土相比,中度和重度盐碱土的氮素最大净矿化速率分别低12.7%和29.8%,累积矿化氮量分别低15.7%和25.2%,最大净硝化速率分别低15.4%和23.1%,累积硝化氮量分别低15.4%和23.1%,最大脲酶活性分别低16.0%和34.8%,最大碱性蛋白酶活性分别低6.0%和15.6%。逐步回归分析表明,土壤电导率(EC)、pH、CO₃2–、Na+、全氮和有机质是影响土壤氮素矿化作用的主要因子,EC、pH、CO₃2–、Na+和有机质是影响土壤氮素硝化作用的主要因子。  【结论】  随着土壤盐碱化程度的增加,土壤氮素净矿化速率、净硝化速率、累积矿化氮量、累积硝化氮量、脲酶和碱性蛋白酶活性不断下降,土壤盐碱化显著抑制了氮素的矿化和硝化作用。     

添加不同外源氮对长期秸秆还田土壤中氮素转化的影响

【目的】秸秆还田能够改变土壤中各活性氮库的含量与比例,进而影响土壤氮素供应能力。本文研究了长期秸秆还田条件下添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的影响,旨在明确长期秸秆还田土壤活性氮库的含量差异。【方法】长期定位施肥试验点位于湖南省望城县(112°80′N、28°37′E,海拔高度100 m)。试验开始于1981年,供试土壤为第四纪红色黏土发育的水稻土,轮作制度为稻—稻—冬闲。2014年晚稻收获后,采集单施化肥和长期秸秆还田配施化肥两个处理的耕层土壤样品,开展室内培养试验。每个土壤样品设置灭菌和不灭菌两组主处理,在主处理下设:对照(CK)、添加尿素(N 150 kg/hm^2,U)、添加秸秆(N 150 kg/hm^2,S)和添加尿素和秸秆(N 300 kg/hm^2,U+S)四个副处理,4次重复。在25℃下恒温培养5、10、20、30、50、90、130天时,分析土壤铵态氮、硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量。【结果】1) U、S和U+S处理均显著提高土壤铵态氮和硝态氮含量,高低顺序为U> U+S> S> CK。非灭菌条件下,U处理的土壤铵态氮含量较其他处理高出90.8%~288%。2)灭菌后土壤铵态氮长期维持在较高水平,其向硝态氮转化过程受阻。在培养90天内,土壤硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量均处于较低水平。3)而不灭菌条件下,各处理土壤硝态氮均在培养50天后迅速增加,至培养结束土壤硝态氮达最大值(117.43~243.17 mg/kg)。4)土壤微生物氮和可溶性有机氮分别于培养20天(106.72~244.01 mg/kg)和30天(95.76~140.63 mg/kg)时达到最大值。5)至培养结束,灭菌条件下长期NPKS土壤中U+S处理可溶性有机氮显著高于其他处理,较U和S处理分别提高51.55%和29.96%。【结论】添加不同外源氮有利于提高长期秸秆还田土壤中活性有机氮的含量,尤其是添加秸秆和尿素处理,能够显著提高土壤氮素的供应能力。     

黑土有机氮肥替代率演变及其对土壤有机碳的响应

【目的】 探索长期有机培肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力的量化关系,为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。 【方法】 本研究依托公主岭黑土肥力长期试验的32年定位观测数据,选取其中的4个处理即不施肥 (CK)、单施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施常量有机肥[30 t/(hm2·a),M1]和单施高量有机肥[60 t/(hm2·a),M2],试验用化肥为尿素、过磷酸钙和硫酸钾,年施用N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2。分别测定作物产量、植株含氮量以及土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有机碳含量。基于作物氮素养分吸收量,探讨长期高产条件下施用不同量有机肥其替代率的变化特征,在分析高产条件下有机肥替代率与土壤肥力的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。 【结果】 基于作物氮素养分吸收量,长期高产条件下高量有机肥处理 (M2) 的有机肥替代率高于常量有机肥处理 (M1),且高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关 (P < 0.01);通径分析和多元逐步回归分析结果表明,土壤有机碳含量对高产条件下有机肥替代率有显著正效应,是决定高产条件下有机肥替代率差异的主要土壤肥力要素,决定了高产条件下有机肥替代率70%的变异。长期施用常量和高量有机肥处理 (M1和M2),黑土土壤有机碳含量显著增加 ( P < 0.01);土壤有机碳含量与高产条件下有机肥替代率非线性相关,并达到了极显著水平 ( P < 0.01)。 【结论】 化肥氮的有机氮替代率70%取决于土壤有机碳含量的高低。长期施用有机肥能显著提高土壤有机碳含量,在提升土壤肥力的同时,提升了有机氮对玉米吸收的贡献,减少了对化肥氮的依赖。黑土土壤有机碳含量达到24.89 g/kg时,有机肥对化肥的替代率趋近95%,达到最大值。      

膜下滴灌氮肥分期追施量对玉米氮效率及土壤氮素平衡的影响

【目的】 探讨膜下滴灌栽培模式下氮肥分期追施量对玉米产量、氮素吸收积累与分配、氮素在土壤中的残留特征、土壤–作物系统的氮素平衡以及氮肥利用效率的影响,为松嫩平原半干旱区精准、高效地实施玉米膜下滴灌施肥管理提供科学依据。 【方法】 于2015年和2016年,以玉米为供试作物,进行了大垄双行膜下滴灌田间试验。设置3个氮肥追施水平为90、120和150 kg/hm2,分别以T90、T120、T150表示,在叶龄指数为30% (拔节期)、60% (大喇叭口期) 和100% (吐丝期) 时追施。追施氮肥在三个时期的分配比例设为5∶5∶0 (A1)、3.3∶3.3∶3.3 (A2)、4∶5∶1 (A3)、3∶5∶2 (A4)、2∶5∶3 (A5),设置不施氮肥为对照 (CK)。调查分析了玉米产量、氮素吸收积累与分配、土壤中0—100 cm无机氮含量,计算了土壤–作物系统的氮素平衡以及氮肥利用效率。 【结果】 2015年、2016年两年试验结果表明,两年不同处理产量较对照增幅分别为13.88%～75.72%、13.73%～88.50%,其中T120A4处理玉米籽粒产量增幅最为明显,两年不同处理产量分别为11643、12952 kg/hm2,显著高于其它处理。同时其可有效调控玉米植株的氮素吸收积累与分配,使玉米营养器官氮素积累量在拔节后45、60、75天较其他处理分别增加3.23～50.49、4.61～40.70、2.65～25.48 kg/hm2,籽粒氮素积累量在拔节后75天较其他处理显著提高8.51%～74.90%。土壤-作物系统氮素平衡方面,T120A4处理植株氮素积累量显著高于其他处理5.58%～65.01%,玉米农田中0—100 cm土层无机氮残留总量为123.75 kg/hm2,0—60 cm土层无机氮残留比例为78.33%,均处中等水平,同时T120A4处理土壤-作物系统中的氮素盈余量与损失量分别为9.94、133.70 kg/hm2,均处最低水平,有效降低了氮素淋失的风险。T120A4处理氮肥偏生产力、农学利用率、表观利用率较其他处理增幅分别为8.66～31.53 kg/kg、11.76～26.28 kg/kg、3.54%～52.89%,且其氮素土壤依存率低于其他处理1.70%～32.64%,显著提高了玉米植株吸收来自肥料氮的比例。 【结论】 综合考虑玉米籽粒产量、氮素平衡和玉米氮素吸收与利用效率,在本试验条件下追施氮肥120 kg/hm2,在30%、60%、100%叶龄指数时期追氮量分配比例3∶5∶2是最佳的氮肥分期追施方式。      

西部地区紫色土近30年来土壤肥力与生产力演变趋势分析

【目的】 紫色土在我国分布范围广泛,面积约1889 × 104 hm2,近年来紫色土面临着土壤肥力和质量下降等问题。本研究以我国西部地区的8个紫色土长期定位试验监测点为对象,对近30年来紫色土的养分和生产力数据进行分析,以期探明农民长期常规施肥管理模式下紫色土肥力的演变特征,为土壤养分的管理和可持续利用提供科学性的指导。 【方法】 利用时间趋势分析和中值分析的方法,分别总结了紫色土土壤有机质 (SOM)、全氮 (TN)、有效磷 (AP)、速效钾 (AK)、pH、碳氮比以及小麦、玉米、甘薯产量在不同监测阶段的演变特征和总体变化趋势,分析了紫色土常规施肥管理模式下土壤养分和作物产量的变化趋势;运用主成分分析和冗余分析方法,分别对上述6个肥力因子和三种作物产量进行分析,探究了紫色土土壤肥力的主要贡献因子和紫色土作物产量的主要影响因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,29年常规施肥下紫色土有机质和全氮含量无显著变化,但有效磷和速效钾含量均以不同程度增加。土壤有效磷含量在 2011—2016 监测阶段的平均值为15.34 mg/kg,比初始监测阶段 (6.10 mg/kg) 显著提高了151.4%;土壤速效钾含量在 2011—2016 年的平均值比初始监测阶段 (1988—1992年) 增加了17.23 mg/kg (提高了23.1%)。29年常规施肥管理模式下紫色土pH呈现显著的下降趋势,比初始监测阶段降低了0.24个单位。主成分分析结果表明,紫色土土壤肥力的两个决定因子是土壤有效磷和速效钾,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。冗余分析结果表明,影响紫色土整体作物产量的主要环境因子分别为土壤pH、有效磷和有机质含量。对小麦产量影响最大的肥力因子为土壤pH,对玉米产量影响最大的肥力因子为土壤有效磷,对甘薯产量影响最大的肥力因子为土壤速效钾。 【结论】 近29年来,在常规施肥管理模式下土壤有效磷和有效钾含量显著上升,一方面提高了玉米、甘薯生产力,但却导致了养分的不平衡,紫色土全氮含量和pH出现了下降,导致小麦产量出现下降风险。紫色土肥力的障碍因子是较低的土壤全氮和有机质含量。所以农民常规施肥不利于紫色土的培肥,应该注重平衡施肥,增施有机肥,在提高土壤磷和钾有效性的同时,保持土壤全氮和有机质的平衡。      

不同土壤水分状况下实现夏玉米高产及氮素高效的控释尿素用量研究

【目的】 水分和氮肥运筹是提高玉米产量的重要措施。本文研究了不同土壤水分状况下适宜的控释尿素用量,为控释肥大面积高效应用和玉米轻简化栽培提供科学依据。 【方法】 本研究以‘郑单958’为试验材料,采用旱棚土柱试验,两因素裂区设计。主区为水分处理:重度水分胁迫 (最大田间持水量的35%±5%,W1),轻度水分胁迫 (55%±5%,W2),正常水分 (75%±5%,W3)。副区为控释尿素处理:不施氮 (N0),低氮 (施纯氮105 kg/hm2,N1) ,中氮 (施纯氮210 kg/hm2,N2),高氮 (施纯氮315 kg/hm2,N3)处理。分别在吐丝期 (R1)、籽粒建成期 (R2)、乳熟期 (R3)、蜡熟期 (R5) 和完熟期 (R6),取植株样,称量茎鞘、叶片、籽粒和穗轴的生物量,在收获期测产。采用CAIPOS土壤墒情监测系统控制土壤水分,每天早晨和傍晚各读取一次以确定每天的浇水量。 【结果】 相同水分条件下,夏玉米产量随着控释尿素施氮量的增加而增加,相同氮素水平,各处理产量呈现随着土壤水分含量的增加而增加的趋势。重度水分胁迫下,植株干物质和氮素积累整体水平较低,尤其是花后干物质和氮素的积累所占比例较低;2014年N1、N2和N3之间的产量差异不显著,2015年氮素籽粒生产效率和氮肥利用率随施氮量增加而显著降低。轻度水分胁迫下,夏玉米干物质、氮素积累和产量随着施氮量的增加呈显著增加的趋势,花后干物质和氮素的积累所占比例较高;N3处理产量和氮素积累量与正常水分条件下N3处理差异不显著;2014年N3与N2处理之间氮素籽粒生产效率和氮肥利用率差异均不显著,2015年N3处理的氮肥利用率显著高于N2处理。正常水分条件下,N3与N2处理产量差异不显著,但显著高于N1处理;N2处理的花后干物质与氮素积累所占比例、氮肥农学效率、氮肥利用率和氮肥生理效率显著高于N3处理。 【结论】 水氮互作对夏玉米产量和氮肥利用具有显著影响,轻度水分胁迫下,适当提高氮肥用量 (W2N3),或者正常供水下配合适量氮肥 (W3N2),水氮互作效应最显著,能够保持氮素的高效释放,有利于花后植株中干物质与氮素的积累,从而提高夏玉米产量和氮肥利用率。本试验条件下,在土壤水分含量为最大田间持水量的75% ± 5%时,控释尿素施氮量以纯氮210 kg/hm2为最佳;在土壤水分含量为最大田间持水量的55% ± 5%时,控释尿素施氮量以纯氮315 kg/hm2为宜。      

近30年我国典型水稻土肥力演变特征

【目的】 水稻土是我国面积最大、分布最广的耕地土壤类型,水稻产量约占全国粮食总产量的二分之一,明确水稻土养分演变规律对其质量建设和生产力输出有重要意义。本研究拟以136个国家级水稻土长期定位监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的水稻土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国水稻土肥力和生产力的演变特征,为水稻土合理培肥管理提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析结合平均值及中值分析的方法对水稻土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了水稻土有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH以及作物产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和冗余分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出水稻土肥力演变的主要贡献因子和影响水稻土作物产量的主控肥力因子。 【结果】 近30年常规施肥下水稻土肥力监测结果显示,与监测初期相比,水稻土有机质 (31.3～32.2 g/kg) 和全氮 (1.88～1.92 g/kg) 含量基本稳定,土壤速效养分含量明显升高。2012—2016年间水稻土有效磷平均含量 (20.1 mg/kg),比监测初期平均值 (15.2 mg/kg) 显著提高了32.2%;2012—2016年间水稻土速效钾平均含量 (92.1 mg/kg) 比监测初期 (77.8 mg/kg) 提高了18.4%。经过近30年施肥,水稻土pH值下降了0.35个单位。主成分分析结果表明,水稻土肥力提高的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷。冗余分析结果表明,影响作物产量的主要肥力因子是土壤速效钾、有效磷和有机质。 【结论】 近30年农民习惯施肥管理模式下,水稻土整体肥力略有提高,生产力水平明显提高,但土壤pH值降低,有酸化趋势;水稻土肥力演变的主要障碍因子是土壤有机质和全氮,所以水稻土培肥应该在平衡施用氮磷钾肥的基础上合理配施有机肥或秸秆。      

近30年来典型黑土肥力和生产力演变特征

【目的】 东北黑土区是我国粮食生产优势区和最重要的商品粮供应基地,明确黑土肥力现状及演变规律对黑土区耕地质量建设和粮食安全生产有重要意义。本研究拟以13个国家级黑土长期定位试验监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的黑土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国黑土肥力和生产力的演变特征,为黑土耕地质量管理和培肥提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析和平均值及中值分析的方法对近30年黑土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了黑土有机质 (SOM)、全氮、有效磷、速效钾、pH以及玉米产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和相关分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出黑土土壤肥力的主要贡献因子和影响黑土作物产量的主要肥力因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,黑土有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有提高,土壤速效养分含量增幅明显,2012—2016年黑土有效磷含量平均值为37.73 mg/kg,较监测初期的平均值 (17.38 mg/kg) 显著提高了117.1%;土壤速效钾含量也显著升高,2012—2016年速效钾的平均含量 (224.31 mg/kg) 较监测初期 (171.50 mg/kg) 提高44.9%。黑土的pH值呈现下降趋势,经过近30年长期施肥,黑土的pH值下降了0.59个单位。主成分分析结果表明,黑土土壤肥力整体增加的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。相关分析结果表明,影响玉米产量的主要肥力因子是土壤有机质和全氮含量。 【结论】 在农民习惯施肥管理模式下,近30年黑土肥力和生产力水平整体提高,但持续提升肥力后效不足,同时土壤pH值降低,存在酸化的风险;黑土肥力提升的主要障碍因子是土壤全氮和有机质含量,所以黑土耕地培肥应该在平衡配施氮磷钾肥的基础上增加有机物料投入。