施氮方式对玉米氮吸收及土壤养分、N2O排放的影响

通过3年定位试验,研究不施氮肥、农民传统施氮、比传统施氮减量20%、减氮20%配合秸秆还田、减氮20%施用包膜尿素处理对玉米年际产量、植株氮吸收、土壤养分变化及N2O排放的影响。结果表明:包膜尿素处理产量最高,比空白处理增产18.50%,比产量次高的秸秆还田处理仅增产0.51%,二个处理间产量差异不显著;包膜尿素处理和秸秆还田处理可增加植株氮的吸收固定;秸秆还田处理的肥料利用率和植株总氮积累量高于包膜尿素处理,但其氮收获指数最低,为0.606,从注重品质角度,包膜尿素处理的效果略好于秸秆还田处理;各施肥处理都比空白处理提高了土壤主要养分含量,但从有机质、全氮、有效磷和速效钾含量提升综合评价,包膜尿素处理和秸秆还田处理对土壤的培肥作用好于农民习惯施肥处理;秸秆还田处理的N2O-N季节排放总量和排放系数都最高,分别为N 1.50 kg·hm-2·季-1和0.27。因此,从保产稳产、培肥地力、提升品质、减少N2O排放综合考虑,建议推广比农民习惯施肥量减少氮量20%的包膜尿素一次性施入在玉米生产中的应用。     

秸秆还田配施缓控释肥对土壤养分和作物产量的影响

研究基于一个长期定位的裂区试验,其中两个主区为秸秆还田区和秸秆不还田区,每个主区设7个处理,分别为施用180、375和600 kg ha-1控释肥和相应的化肥以及对照,以冬小麦—夏玉米轮作体系为研究对象,主要研究秸秆还田和控释肥对土壤养分变化以及作物产量的影响。研究结果表明:秸秆还田可以提高土壤有机质和全氮含量,其中有机质含量比不还田区增加了10.65%、全氮含量增加了18.68%;土壤速效磷和速效钾含量分别由不还田区的9.17 mg kg~(-1),152.29 mg kg~(-1)提高到秸秆还田区的10.83 mg kg~(-1)和253.66 mg kg~(-1);施用控释肥处理的有机质含量都高于施用化肥的处理;施用控释肥对土壤全氮、速效磷和速效钾含量影响不大。从2009年到2016年,秸秆还田配合施用控释肥的各处理小麦产量高于秸秆还田配施化肥的处理,也高于秸秆不还田的控释肥处理和化肥处理,增加幅度为1.61%~23.59%。秸秆还田配施控释肥的各处理较化肥处理的玉米产量高,也较秸秆不还田下控释肥处理和不还田配施化肥处理高,增加幅度为2.22%~15.06%。秸秆还田配施180 kg ha~(-1)缓控释肥的小麦和玉米多年平均产量为最高。     

黄土高原南部旱地冬小麦生长期N2O排放特征与基于优化施氮的减排方法研究

为了解陕西黄土高原南部旱地冬小麦季N2O排放规律,探索旱地N2O减排方法,采用密闭式静态箱法,以不同施氮处理[CK:对照,不施氮;CON:当地农民习惯施氮,施氮量220 kg·hm-2;OPT:优化施氮加秸秆还田,施氮量150 kg·hm-2;OPT+DCD:优化施氮加秸秆还田,同时施用施氮量5%的硝化抑制剂DCD;OPT(SR):优化施氮(所用肥料为包膜型缓控释肥)加秸秆还田]为基础,研究黄土高原南部旱地冬小麦农田N2O季节排放特征和减排措施。结果表明:黄土高原南部旱地冬小麦季N2O排放具有首月持续、大量排放,末月雨后瞬间排放,中期低排放的特点。各处理中,OPT+DCD和OPT(SR)在播种—返青期能显著减少N2O排放水平,而返青—成熟期,各优化处理差异不显著。从整个小麦季N2O排放总量来看,各优化处理能够减少N2O排放量,提高作物产量,降低单位产量N2O排放量。具体表现为:1与CON处理的N2O排放量相比,OPT、OPT+DCD和OPT(SR)处理分别减排29.2%(P0.01)、38.7%(P0.01)和39.3%(P0.01),但3个优化处理间差异不显著;2与CON处理的产量相比,OPT、OPT+DCD和OPT(SR)处理分别增产3.8%(P0.05)、15.2%(P0.05)和9.5%(P0.05);3与CON处理的单位产量N2O排放量相比,OPT处理单位产量N2O排放量减少31.7%(P0.05);而相对于OPT处理,OPT+DCD处理和OPT(SR)处理分别减少了单位产量排放量的22.1%(P0.05)和18.9%(P0.05)。本研究表明,减少施氮量至150 kg·hm-2,并施用秸秆是减少N2O排放的重要手段,而施用缓控释肥或一定量的DCD可提升作物产量。     

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。     

施氮方式对玉米产量影响及其培肥效果评价

通过3年定位试验,研究不同施氮方式对耕型壤质草甸土区玉米产量及其土壤养分变化的影响,对不同施氮方式的培肥能力做出评价,结果表明:3年平均产量为减氮20%的缓控释肥处理与秸秆还田配化肥处理居高,二者之间无差异显著性,分别比不施氮对照增产18.5%和17.9%,比农民习惯施肥增产3.30%和2.77%。各处理经过3年的试验,全量及速效氮磷钾及土壤有机质含量都较试验之初有所降低。土壤全氮与水解氮含量呈正相关关系,相关系数达0.68。缓控释肥处理土壤养分综合评价指标最高,为83.5。因此减氮20%的缓控释肥一次性施入可代替农民习惯施肥方式,既增产又提升土壤肥力。     

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)。     

秸秆全量还田条件下配施化肥对沿淮砂姜黑土培肥及玉米产量的影响

通过2010年玉米季田间试验,初步探讨了秸秆全量还田下配施化肥对沿淮砂姜黑土培肥效果和玉米产量的影响.结果表明:秸秆全量(7 500kg/hm2)还田配施化肥条件下,耕层土壤有机质和土壤氮磷钾养分相对不施肥CK显著提高(P＜0.05),且相对单施化肥有一定程度的提高.产量上,单施化肥相对CK增产玉米50.7％;秸秆全量还田配施氮肥处理的玉米单产为6644.4～7 562.9 kg/hm2,较单施化肥处理增产11.51％ ～ 26.92％.值得一提的是,玉米单产以秸秆全量还田下配施化肥(N-P2O5-K2O为135-60-90 kg/hm2)最高,且显著高于单施化肥处理(P＜0.05).     

施肥处理和环境因素对华北平原春玉米田N2O排放的影响——以山西晋中为例

采用静态箱自动采样监测系统,对生长季内华北平原春玉米田在不同施肥处理下（化肥、有机肥、有机无机配施和不施肥）的土壤N2O排放通量进行监测,分析各处理的土壤N2O排放量和变化规律,探讨土壤温度、水分和有效氮含量对土壤N2O排放通量的影响,并在相同施氮量条件下寻求既能增产又能减少N2O排放的施肥措施。结果表明：不同施肥处理下N2O排放通量存在显著差异（P〈0.05）,其中施肥处理的农田N2O-N排放总量为0.99～1.17kg.hm-2,占总施氮量的0.45%～0.55%;N2O通量与土壤铵态氮含量呈极显著正相关（P〈0.01）;土壤含水量是影响农田N2O排放的一个主要因子,N2O通量与土壤含水量呈显著正相关;在产量无显著下降的情况下,有机无机配施的减排效果最好。     

控释氮用量及生物炭对玉米产量及土壤生物化学性质的影响

为探明控释氮肥、生物炭及秸秆还田对作物产量及土壤的作用,通过玉米盆栽试验研究不同施氮量普通尿素与控释肥、添加生物炭及秸秆还田对玉米产量及土壤性质的影响。研究结果表明:控释肥和秸秆还田能够显著提高玉米产量,推荐施氮量控释肥(100%CRF)、70%推荐施氮量控释肥(70%CRF)和推荐施氮量普通尿素+秸秆还田(100%Urea+S)处理玉米产量比推荐施氮量普通尿素(100%Urea)处理分别提高46.62%,22.12%和27.24%;70%CRF比70%推荐施氮量普通尿素(70%Urea)处理产量提高36.37%;添加生物炭增产不显著,但显著提高土壤pH;控释肥及添加生物炭处理提高土壤氮素有效性;生物炭和秸秆还田提高土壤中有机碳的含量;控释肥和秸秆还田提高土壤脱氢酶、脲酶、中性磷酸酶活性,添加生物炭提高土壤脲酶活性,抑制土壤脱氢酶和中性磷酸酶活性;所有不同处理间土壤过氧化氢酶活性差异不显著。     

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。     

黑垆土有机氮组分对可矿化氮的关系

Mineralizable N and organic N components in different layers (0-15, 15-30, 30-45, 45-60, 60-80 and 80-100 cm) of six soils with different fertilities sampled from Yongshou County, Shaanxi Province, China,were determined by the aerobic incubation method and the Bremner procedure, respectively. Correlation,multiple regression and path analyses were performed to study the relation of minerallzable N to organic N components. Results of correlation and regression analyses showed that the amounts of the N mineralized were parallel to, and significantly correlated with, the total acid hydrolyzahle N, but was not so with the acid-insoluble N. Of the hydrolyzable N, the amino acid N and the ammonia N had a highly consistent significant correlation with the mineralized N, and their partial regression coefficients were significant in the regression equations, showing their importance in contribution to the mineralizable N. The amino sugar N, on the other hand, had a relatively high correlation with the mineralized N, but their partial regression coefficients were not significant in the regression equations. In contrast, the hydrolyzable unknown N had no such relations.Path analysis further indicated that the amino acid N and ammonia N made great direct contributions to the mineralized N, but the contributions of the amino sugar N were very low. These strongly suggested tha tthe mineralized N in the soils tested was mainly from the hydrolyzable N, particularly the amino acid N and ammonia N which are the major sources for its production.     

精确和常规施氮对水稻产量与氮肥利用率的影响

以武香粳14为供试材料,研究精确施氮和常规施氮对水稻产量与氮肥利用率的影响。结果表明,精确施氮处理的穗数极显著地低于常规施氮处理;精确施氮处理的水稻产量高于常规施氮处理,但未达到显著水平;精确施氮处理的氮肥当季利用率比常规施氮处理高8.8%。     

N Mineralization as Affected by Long-Term N Fertilization and Its Relationship with Crop N Uptake.

A field experiment established in 1997 was conducted to study the effect of long-term N fertilizer application on N mineralization in a paddy soil determined using a laboratory anaerobic incubation followed with a field incubation and to measure the relationship between in situ N mineralization and crop N uptake. To estimate N mineralization in the laboratory, soil samples were collected from plots with N application at different rates for six years and were incubated. Soils treated with fertilizer N mineralized more N than unfertilized soils and mineralization increased with N application rates. Also, the fraction of total N mineralized increased with increasing N fertilizer application. These findings meant that a substantial portion of previously applied N could be recovered slowly over time in subsequent crops. The field incubation of the plot receiving no fertilizer N showed that the NH4^＋-N concentration varied greatly during the rice-growing season and seasonal changes of N mineralization were due more to accumulation of NH4^＋-N than NO3^-N. Hice N uptake increased up to a maximum of 82 kg N ha^-1 during the season. The close agreement found between in situ N mineralization and rice N uptake suggested that the measurement of in situ N mineralization could provide useful recommendations for adequate fertilizer N application.     

氮肥施用对冬小麦籽粒产量和氮素表观损失的影响

Excessive nitrogen （N） fertilizer application to winter wheat is a common problem on the North China Plain. To determine the optimum fertilizer N rate for winter wheat production while minimizing N losses, field experiments were conducted for two growing seasons at eight sites, in Huimin County, Shandong Province, from 2001 to 2003. The optimum N rate for maximum grain yield was inversely related to the initial soil mineral N content （Nmin） in the top 90 cm of the soil profile before sowing. There was no yield response to the applied N at the three sites with high initial soil mineral N levels （average 212 kg N ha^-1）. The average optimum N rate was 96 kg N ha^-1 for the five sites with low initial soil Nmin （average 155 kg N ha^-1） before sowing. Residual nitrate N in the top 90 cm of the soil profile after harvest increased with increasing fertilizer N application rate. The apparent N losses during the wheat-growing season also increased with increasing N application rate. The average apparent N losses with the optimum N rates were less than 15 kg N ha^-1, whereas the farmers＇ conventional N application rate resulted in losses of more than 100 kg N ha^-1. Therefore, optimizing N use for winter wheat considerably reduced N losses to the environment without compromising crop yields.     

缓/控释氮肥对夏玉米氮代谢、氮素积累及产量的影响

采用田间试验研究了缓/控释氮肥和不同施氮次数对夏玉米氮代谢、氮素吸收及产量的影响。结果表明,施氮显著增加了穗位叶硝酸还原酶活性、游离氨基酸含量、叶绿素含量和氮素积累量,提高了百粒重,增产20.93%~27.04%。与习惯两次施氮相比,一次性施用缓/控释氮肥和"苗肥30%+大口肥30%+吐丝肥40%"三次施氮的灌浆期游离氨基酸含量分别高2.77 mg g-1和4.07 mg g-1,氮素积累量分别提高了4.18%和9.74%,氮肥利用率分别提高了2.95和6.88个百分点,产量分别增加了4.88%和5.05%,实现了夏玉米增产和高效施肥。     

氮肥减施对稻-麦轮作体系作物氮素吸收、利用和土壤氮素平衡的影响

田间试验研究了稻-麦轮作体系中减施氮肥对作物氮素吸收、利用和土壤氮素平衡的影响。结果表明,与当地习惯施肥(小麦:N 225 kg/hm2,基肥与分蘖肥各半;水稻:N 210 kg/hm2,基肥和分蘖肥为3∶2)相比,减氮20%～30%处理产量并没有降低,而氮肥当季利用率、氮素农学利用率以及氮素偏因子生产力则有所增加;而且,氮肥分次追施,能增加子粒产量,并减少氮肥成本。虽然减氮20%～30%处理0—40 cm土层无机氮含量较习惯施肥处理降低,但是并没有降低植株地上部对氮素的吸收。在小麦和水稻收获期,减施氮肥处理0—100 cm土壤无机氮残留量低于习惯施肥处理;且稻-麦轮作系统中氮的表观损失主要发生在水稻季。初步认为,在长江中下游平原稻-麦轮作体系氮素过量施用地区,第一个轮作周期减施氮肥20%～30%不仅不影响产量,而且可提高氮素利用率,有利于保护环境。     

施氮水平对水稻氮肥利用率和径流负荷的影响

氮肥的过量施用导致显著的氮素损失,降低了环境质量。减少氮肥投入使其与作物需求相匹配对于保持农业生产的可持续发展具有至关重要的作用。为了评估不同施氮水平对水稻生产过程中的氮肥利用率和径流负荷的影响,利用长期实验基地开展了相关研究,实验共设置了4个施氮水平,即0、100、200和300 kg/hm~2。结果显示,随着施氮量的增加,粮食产量显著提高,而农学效率和偏肥生产力却呈相反趋势。作物地上部氮肥回收率则呈先增加后减少的趋势,并在200 kg/hm~2时达到峰值;氮素径流损失随施氮量的增加而增加。     

不同施氮水平对冬小麦季化肥氮去向及土壤氮素平衡的影响

采用田间微区15N示踪技术,研究了冬小麦季化肥氮去向及土壤氮素平衡。结果表明,在供试土壤肥力水平和生产条件下,N 150 kg/hm2的施肥量已达到较高产量,再增加氮肥用量小麦产量不再增加。随着施肥量的增加,地上部吸氮量有所增加,氮肥的表观利用率和农学利用率持续下降,而生理利用率则表现为低—高—低的变化趋势。在低施氮条件下,小麦主要吸收土壤氮的比例高于化肥氮;在高施氮条件下,小麦吸收土壤氮的比例下降。冬小麦收获后,仍有26.7%4~0.6%的氮肥残留在0—100 cm土层中,17.4%2~4.8%的氮肥损失。残留在土壤剖面中的氮肥主要分布在表土层。随着施氮量的增加,土壤氮素总平衡由亏缺转为盈余;土壤根区硝态氮也由播前消耗转为在播前的基础上累加,两个小麦品种表现为相同的趋势。     

土壤全氮含量和施氮水平对棉花产量及氮肥利用效率的影响

为探讨不同土壤全氮含量水平下棉花的氮肥施用效应,采用盆栽试验,研究不同土壤全氮含量(0.58、0.64、0.74、0.83、1.29 g·kg~(-1))和施氮水平(每盆施加量分别为0、1.75、3.50 g)对棉花籽棉产量、氮素吸收、氮肥利用率的影响。结果表明,棉花单株籽棉产量和干物重随施氮量增加而显著增加,土壤全氮含量与施氮水平对棉株根、茎、铃壳部位的干物质积累具有显著的互作效应。同一土壤条件下,棉花单株氮素积累量随施氮水平增加而显著增加。氮肥表观回收率随土壤全氮含量上升呈先降后升的变化趋势,且在土壤全氮含量0.74 g·kg~(-1)时较低,但土壤全氮含量在0.58~0.83 g·kg~(-1)内,不同施氮处理间氮肥表观回收率差异不显著。氮肥农学利用率随土壤全氮含量增加呈下降趋势。土壤全氮含量0.74 g·kg~(-1)时的氮肥生理利用率高于土壤全氮含量0.58、0.64和0.83 g·kg~(-1)。土壤全氮含量1.29g·kg~(-1)条件下,低氮水平氮肥利用效率(表观回收率、农学利用率、生理利用率)显著优于高氮水平;土壤全氮含量0.58~0.74 g·kg~(-1)时,高氮可实现增产增效;土壤全氮含量0.83~1.29 g·kg~(-1)时,低氮能维持较高的产量和氮肥利用率。本研究结果为不同土壤全氮条件下棉花氮肥投入提供了参考。