长期不同培肥措施下玉米产量稳定性及棕壤氮素累积分布特征

  【目的】  研究长期不同培肥措施下玉米产量的稳定性、可持续性和土壤矿质氮累积分布、微生物量氮含量特征,为制定合理的施肥措施和保证东北棕壤地区农业的可持续绿色发展提供理论依据。  【方法】  棕壤肥料长期定位试验始于1979年。选取其中的12个处理:不施肥对照(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量有机肥(M1)及其与化肥配施(M1N、M1NP和M1NPK)、高量有机肥(M2)及其与化肥配施(M2N、M2NP和M2NPK),分析长期施肥下玉米产量的变化,并于2018年在玉米收获期采集植株和土壤样品,阐明玉米地上部吸氮量变化,0—100 cm土层土壤矿质氮分布、累积及微生物量氮含量的差异。  【结果】  长期不同施肥下玉米产量呈波动变化,且在1979—1998年内玉米产量变化趋势较平稳,1999—2018年内变幅较大。M1NPK、M2NPK处理玉米平均产量最高,在试验前20年较NPK处理分别提高了10.3%、11.7%,后20年分别提高了17.1%、19.4%。随着试验年限增加,玉米产量的稳定性和可持续性增加,有机肥配施化肥各处理高于单施化肥处理,在试验前20年和后20年玉米产量的可持续性指数(SYI)介于0.43～0.58和0.50～0.67,低量有机肥配施处理高于高量有机肥配施处理。配施有机肥各处理肥料贡献率高于单施化肥处理,且试验后20年M1NPK处理肥料贡献率最高,达54%。施肥40年后(2018年)玉米地上部吸氮量以M1NPK处理最高(302 kg/hm2),与M2NPK处理差异不显著。配施低量有机肥玉米收获期80—100 cm土层土壤矿质氮含量较低,M1NPK处理 0—100 cm土层土壤矿质氮贮量为127 kg/hm2,显著低于M1N和M1NP处理。而高量有机肥配施各处理0—100 cm土层土壤矿质氮贮量较化肥试区和低量有机肥试区分别增加了324.5%和172.9%,增加了氮素损失风险。此外,长期配施有机肥处理0—40 cm土层土壤微生物量氮含量增加,但低量和高量有机肥试区各处理间差异不显著。  【结论】  长期不同培肥措施会影响玉米产量的稳定性和可持续性,改变土壤氮素分布和累积,进而影响玉米氮素吸收。低量有机肥(13.5 t/hm2)配施氮磷钾化肥可促进玉米生长和氮素吸收,降低0—100 cm土层土壤矿质氮贮量,降低氮素损失风险,增加微生物量氮含量,较高的微生物量氮又可作为有机氮库来增加土壤供氮并固持易损失的矿质氮和肥料氮,以保证玉米的高产稳产和环境友好。     

西南黄壤性水稻土长期不同施肥模式下作物产量及氮肥利用率演变特征

为了解西南黄壤性水稻土长期施肥效应,通过连续19年长期定位试验,分析了西南黄壤性水稻土单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、1/2有机肥和1/2化肥配施(0.5MNPK)、全量有机肥和全量化肥配施(MNPK)4种施肥模式对作物产量、氮肥利用率的影响及变化特征。结果表明:长期施用化肥或有机肥可显著增加作物产量,NPK、M、0.5MNPK、MNPK比CK分别显著增产56.2%、57.8%、65.0%、74.0%;各施肥处理氮肥偏生产力(PFP_N)、氮肥内部利用率(IE_N)、氮肥回收利用率(RE_N)、氮肥累积利用率(ARE_N)分别为10.9~20.7kg·kg~(-1)、44.7~53.8 kg·kg~(-1)、13.6%~19.6%、12.0%~16.9%,均以0.5MNPK最高,MNPK最低,高量氮肥施用导致氮肥利用率较低;长期单施化肥处理氮肥利用率随时间保持持平或呈下降趋势,施用有机肥的各处理氮肥利用率随时间呈显著上升趋势,尤其是氮肥累积利用率呈极显著上升趋势。长期施用有机肥尤其是有机无机配施作物产量稳定且氮肥利用率稳步提高。因此,常年高量施氮的黄壤性水稻土可适量减少氮肥用量,相应的进行有机无机肥料的合理配施是提高作物产量和肥料利用率的有效措施。     

有机肥与化肥长期配施对作物产量和灌漠土养分库的影响

根据河西走廊灌漠土上连续27 a的长期定位试验数据,研究了河西绿洲区灌漠土有机肥和化肥长期配施对作物产量和土壤养分库的影响。结果表明,有机肥与化肥长期配施增加了作物产量和产量的稳定性;7种施肥方式(单施氮、NP配施、NPK配施、单施有机肥、有机肥+N、有机肥+NP、有机肥+NPK)中,以有机肥与NP或NPK肥配施效果为最佳。长期有机肥和化肥配施增加了N,P,K养分投入量、养分携出量和盈余量;有机肥与化肥配施21~25 a后,土壤有机质、全氮和全磷含量分别提高了10.0%~16.0%,58.1%~69.0%和13.4%~31.1%,速效氮、速效磷和速效钾含量分别提高了45.7%~79.0%,172.2%~287.8%和21.4%~38.8%,均显著高于对照和单施化肥处理;有机肥与化肥配施处理中,以有机肥与NPK肥配施改善土壤肥力的效果最理想。     

有机肥施用模式对环水有机蔬菜种植氮磷径流的影响

在水环境敏感区域以有机生产代替常规集约化农业,对保护生态环境、提高水库水质和保障居民饮用水安全具有重要意义。实际生产中,如果为追求产量盲目施用有机肥会增加氮磷径流流失风险。为在保障产量的前提下减少氮磷流失,本研究于昆明松华坝水库集水区,以不施肥(CK)和常规施用化肥(CF)为对照,在有机生产方式下设置不同类型有机肥[牛粪(DMC)、鸡粪(CMC)以及二者与豆饼的混合有机肥(HH)]及用量(与CF处理等氮素投入100%、80%和60%)的有机肥施用模式,共计11个处理(CK、CF、0.6DMC、0.8DMC、DMC、0.6CMC、0.8CMC、CMC、0.6HH、0.8HH、HH),分析其对土壤径流氮磷流失阻控效果和作物产量的影响。研究结果表明,在有机种植方式下,施用有机肥可使施肥初期(0～25d)总氮径流浓度比常规施化肥降低26.3%～73.9%,生育期总氮累积浓度降低32.8%～67.0%。单施牛粪和鸡粪导致径流水总磷浓度比CF提高49.1%和12.3%,施用混合有机肥或减氮施用牛粪和鸡粪总磷浓度则比CF处理降低15.8%～52.5%。氮素投入水平和施肥类型对径流水氮磷浓度、土壤硝态氮和速效磷含量有显著影响。等氮素投入下不同肥料类型的径流水总氮浓度为化肥牛粪混合有机肥鸡粪,总磷浓度为牛粪鸡粪混合有机肥化肥;土壤硝态氮含量为化肥牛粪、鸡粪混合有机肥,速效磷含量为鸡粪牛粪混合有机肥化肥。以60%氮素水平施用有机肥对径流水氮磷累积浓度和土壤硝态氮含量削减效果最佳,但土壤速效磷仍有累积风险。混合有机肥处理的青花菜产量最高,而单施牛粪或鸡粪存在减产风险。综合来看,与常规施用化肥相比, 60%氮素投入加牛粪、鸡粪和豆饼混合有机肥的施肥模式可在产量提高16.7%的前提下,使径流水总氮、硝态氮、氨态氮浓度分别降低66.5%(18.94mg·L~(–1))、67.2%(11.11 mg·L~(–1))和66.2%(6.57 mg·L~(–1)),总磷降低52.5%(0.5 mg·L~(–1)),可作为推荐施肥类型和用量在松华坝流域有机蔬菜生产进行推广。     

长期有机无机肥配施对红壤性水稻土微生物生物量和有机质结构的影响

为研究长期有机无机肥配施对红壤性水稻田作物产量、土壤微生物生物量及有机碳分子结构的影响,以始于1984年的江西红壤性水稻田长期定位试验为平台,选取的试验处理包括:不施肥(CK)、单施化肥(NPK)和等养分条件下70%化肥配施30%有机肥(NPKM1)、50%化肥配施50%有机肥(NPKM2)、30%化肥配施70%有机肥(NPKM3),采用固体~(13)C核磁共振测定了土壤有机碳组分含量,分析了土壤化学指标和土壤微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和微生物生物量氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)。结果表明,连续34年的不同施肥处理显著影响了水稻产量、土壤微生物生物量及土壤有机碳(SOC)分子结构。与NPK处理相比,有机肥配施(NPKM1、NPKM2、NPKM3)提高了水稻产量,增幅为6.5%～7.7%(P0.05),中低有机肥配施比例(30%和50%)稳产效果更优。长期单施化肥使土壤严重酸化,而配施有机肥可减缓土壤酸化。长期施肥处理MBC和MBN较CK处理分别显著提高17.0%～71.1%和104.1%～267.0%,但MBC/MBN下降,有机无机肥配施处理较NPK处理提高了微生物熵。长期单施化肥主要提高了烷基碳的相对含量,而配施有机肥同时提高烷基碳和烷氧碳(甲氧基/含氮烷基碳)含量,有利于土壤活性有机质累积。Pearson相关性分析表明土壤微生物生物量与SOC、氮磷养分指标及甲氧基/含氮烷基碳呈显著或极显著正相关,与芳基碳和羧基碳呈显著负相关。冗余分析显示SOC、有效磷、速效钾及烷基碳等对水稻产量的影响较大。研究表明,在供试条件下,长期实行中低比例有机肥配施化肥有利于提高土壤养分和土壤微生物生物量,并改善土壤有机质结构,是维持作物高产和提升土壤质量的有效施肥措施。     

水稻产量对长期不同施肥和环境的响应

以开始于1982年的不同施肥长期定位试验为平台,选择氮磷钾肥(NPK)、有机肥(牛粪,M)、氮磷钾肥+有机肥(NPKM)、氮磷肥+有机肥(NPM)、氮钾肥+有机肥(NKM)和磷钾肥+有机肥(PKM)共6个处理,采用产量年际变化、变异系数(CV)、产量可持续指数(SYI)、肥料增产贡献率及AMMI模型对影响双季稻稻谷总产量稳定性的施肥处理、环境和二者互作进行综合分析,研究历年稻谷产量(1982—2012年)对长期不同施肥和环境的响应特征。结果表明:NPKM处理稻谷产量最高;在养分投入量相同的情况下,单施有机肥和单施化肥对于早稻产量的影响效果一致,但单施有机肥较单施化肥有利于提高晚稻稻谷产量。不同施肥处理稻谷产量CV随试验时间延长逐渐降低,有机无机配施相比较单施化肥能够减小产量CV,各处理晚稻产量的CV大于早稻,但其SYI值小于早稻。NPKM处理的SYI值最高,为0.51;M和NPK处理的SYI值分别为0.44和0.42。肥料对于产量的贡献率表现为:有机肥化肥氮化肥磷化肥钾。AMMI模型交互效应主成分(IPCA)表明,不同施肥处理在不同试验年份对环境的响应不一样。综合以上分析结果,氮磷钾完全肥基础上配施有机肥(NPKM)是该区域双季稻高产和稳产的最佳施肥措施。     

雨养烟叶种植田无机氮淋溶特征

为了解烤烟种植下土壤氮淋溶与大田作物差异,评价烟田常规养分管理,探寻烟田无机氮淋溶的阻控策略。以贵州龙岗长期定位试验为平台,于2015—2017年开展常规管理下烟田氮素淋失及其影响因素研究。试验设5个处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥+厩肥(NPK+M)、化肥+连作(NPK+L)、化肥+生物有机肥(NPK+BM)。结果表明,烟田全年无机氮淋溶量为3.62~6.08 kg/hm^2,氮肥净淋溶率为0.09%~3.29%。无机氮的淋溶损失主要发生在烤烟生长季,尤其是5—6月,其占总淋溶量的40.33%~65.86%。烟田淋溶液中氮素形态主要是有机态,无机氮的比例平均仅为29.83%,缓苗期和旺长期(5—6月)淋溶液中无机氮比例高于烤烟成熟期(7—8月),前者无机氮比例平均33.00%,后者其平均为26.67%。降雨是影响烟田淋溶损失的主要因素,无机氮淋溶量与月降雨量呈非线性相关。施用化肥导致无机氮淋溶显著升高,有机肥配施化肥降低了土壤溶液淋溶,降低了氮肥淋溶损失。与烤烟玉米轮作处理相比,烤烟连作处理显著降低了土壤水淋溶,使氮肥净淋溶率降低59.57%。综上,目前烤烟常规管理下,雨养农业区烟田无机氮淋溶强度不高,受降雨影响大,应注重有机无机配施降低无机氮淋溶,在养分管理中考虑如何降低有机氮淋溶,以提高氮素养分供应量。     

小麦-玉米轮作期间不同施肥处理氮素的淋溶形态及数量

利用大型回填土渗漏池研究了陕西关中平原小麦-玉米轮作年生长周期内塿土不同施肥处理氮素淋溶的动态变化。结果表明,小麦-玉米期间土壤淋溶的氮素以硝态氮（NO3--N）为主,溶解性有机氮（DON）次之,铵态氮（NH4＋-N）最低,占淋失总氮的比例平均分别为72.1%、26.2%和1.7%,说明除NO3--N外,DON也是不可忽视的土壤氮素淋失形态。与施氮磷化肥（NP）相比,氮磷化肥和有机肥配施处理（NPM）明显降低了淋溶到100 cm深度土层的氮量;在小麦-玉米生长期间,NPM处理NO3--N、DON和NH4＋-N的累积淋溶量比NP处理分别降低了64.4%、42.9%和54.8%,这与配施有机肥后提高了土壤的持水保肥能力有关,说明有机肥与化肥合理配合施用可以降低氮素的淋溶损失。     

长期施用有机肥增加黄壤稻田土壤微生物量碳氮

【目的】微生物量碳、氮是土壤中易于利用的养分库及有机物分解和矿化的动力,与土壤养分循环密切相关,其变化可反映土壤耕作制度和土壤肥力的变化。本研究旨在揭示长期施肥对贵州黄壤稻田土壤微生物生物量碳 (SMBC) 和土壤微生物生物量氮 (SMBN) 的影响,并探讨其合理培肥模式。【方法】以贵州黄壤肥力与肥效长期定位监测基地为依托,采用氯仿熏蒸—K₂SO₄提取法,重点研究不同施肥条件下土壤微生物生物量碳氮的变化及其与全量有机碳氮的关系。试验处理包括不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施有机肥 (M)、低量有机无机肥配施 (0.5MNPK) 和高量有机无机肥配施 (MNPK)。【结果】长期不同施肥处理下,SMBC的变化范围在423.87～695.04 mg/kg之间,SMBN的变化范围在44.36～91.65 mg/kg之间。施用化肥 (NPK) 和施用有机肥及两者配施 (M、0.5MNPK和MNPK) 能增加SMBC和SMBN含量,其中MNPK处理较CK处理SMBC含量增幅最高,达64.0%,显著高于NPK和0.5MNPK处理,但与M处理差异不明显;M处理较CK处理SMBN含量增幅最高,达106.6%,显著高于NPK和0.5MNPK处理,但与MNPK处理差异不明显;长期单施化肥 (NPK) 仅对SMBN含量有显著提高作用 (44.1%),对SMBC作用不明显。SOC、TN和微生物熵 (qMB) 的变化与SMBC一致,均表现为MNPK处理最高,其次为M和0.5MNPK处理,NPK处理最低;所有施肥处理下的SMBC/SMBN无显著性差异且均低于CK处理。【结论】土壤微生物碳、氮量和微生物熵的显著提高均与土壤有机质和全氮的含量变化呈正相关,单施有机肥和高量有机无机肥配施是提高土壤微生物生物量的有效途径。     

不同养分管理措施下常年菜地蔬菜生长及氮素径流特征

【目的】蔬菜生产超量施肥现象十分普遍,由此导致的面源污染问题日益严重。研究探讨常年菜地的合理施肥技术,明确蔬菜合理的氮肥投入阈值范围,从污染源头控制氮的迁移、流失,对于降低氮肥对水体的污染风险具有积极意义。【方法】本试验采用大田小区试验方法,设置不施肥对照和不同用量化肥配施有机肥处理(N0,化肥氮空白;CON,习惯施肥;OPT,优化施肥;OPT+N,优化增氮;OPT+P,优化增磷;OPT+NPK,优化增氮磷钾),研究了不同养分管理措施对常年菜地甘蓝—茄子—甘蓝轮作模式下蔬菜生长及氮素径流流失的影响。【结果】连续三茬、为期一年的蔬菜试验,共采集径流样品18次。整个试验期间,不同处理的菜地地表径流铵态氮浓度均低于2.0mg/L的地表水V类水标准限值,且施肥对铵态氮的影响无明显规律性。地表径流硝态氮和总氮具有相似的浓度变化特征,浓度范围分别为0.03 28.43 mg/L和1.06 31.79 mg/L,硝态氮是土壤矿质氮流失的主要氮素形态。施氮不同程度增加总氮和硝态氮浓度,且化肥氮的作用尤为明显。几乎所有径流样品的总氮浓度均超过2.0 mg/L的地表水V类水的标准限值,OPT+NPK处理总氮浓度及硝态氮超标率均最高。对照处理的菜地总氮年流失负荷为30.8 kg/hm2,化肥氮空白处理与对照间无显著差异。其他有机无机肥配施处理中CON、OPT、OPT+N、OPT+P和OPT+NPK处理总氮年流失负荷分别为69.81、54.95、76.6、55.45和90.73 kg/hm2,分别较对照显著提高126.51%、78.29%、148.54%、79.92%和194.39%,且以OPT+NPK处理的流失负荷(90.73 kg/hm2)最高、OPT处理负荷较低(54.95 kg/hm2)。菜地施肥处理的氮肥流失系数在1.47%3.44%之间,总体随化肥氮用量增加而升高。施肥显著增加蔬菜产量,化肥氮空白处理的甘蓝和茄子产量较相应对照处理分别增加67.50%和114.20%,其他有机无机肥配施处理下两种蔬菜产量的增幅分别为5.1 5.5倍和4.5 5.9倍。相同有机肥用量条件下,施用氮、磷、钾化肥对蔬菜的增产作用明显,且以氮、磷、钾肥用量均最高的OPT+NPK处理的蔬菜产量增幅最大。【结论】从兼顾经济效益和环境效益角度出发,综合分析蔬菜产量、肥料投入成本及总氮流失负荷,优化施肥(OPT)处理可作为常年菜地推荐施肥技术方案。     

不同肥料结构对红壤稻田氮素迁移的影响

不同肥料结构对红壤稻田淹水层、不同深度渗漏水、外排水和土壤剖面中氮素的含量、形态及其动态变化的影响研究结果表明 ,各处理淹水层、外排水和渗漏水中NH4+-N含量明显高于NO3--N。淹水层中N的含量 ,水稻生育前期以单施化肥的高 ,约相当于配施有机肥的 1.18～ 1.20倍 ,而水稻生育后期 ,后者为前者的 1.11～ 1.2 1倍。各处理外排水中N素的输出量均以苗期最高 ,单施化肥明显大于配施有机肥。土壤剖面中NH4+-N向下迁移比碱解N更为明显 ,且配施有机肥的远高于单施化肥的 ,而NO3--N则相反。不同深度渗漏水中NO3--N的比例 ,上层 (30cm)低于下层 (50cm) ,随水逸出的N量各处理渗漏水均小于外排水 ;随水输入的N量远低于随水输出的N量 ,且以单施化肥的N亏损最大。水稻未利用的N量也以单施化肥的最大 ,约为配施有机肥的 1.0 9倍。     

中国洞庭湖区稻田土壤氮素淋溶损失的系统研究

A two-year lysimeter study was conducted to study the effects of different fertilizers and soils on nitrogen leaching loss in a double rice cropping system by considering three major types of paddy soils from the Dongting Lake area. The results showed that N concentration in the leachate did not differ significantly among the treatments of urea, controlled release N fertilizer and pig manure and that all these fertilizers produced higher total nitrogen (TN) concentrations in the leachate compared to the case where no fertilizer was applied. The TN leaching loss following urea treatment accounted for 2.28%, 0.66%, and 1.50% of the amount of N applied in the alluvial sandy loamy paddy soil (ASL), purple calcareous clayey paddy soil (PCC), and reddish-yellow loamy paddy soil (RYL), respectively. Higher TN loss was found to be correlated with the increased leachate volume in ASL compared with RYL, and the lowest TN loss was observed in the PCC, in which the lowest leachate volume and TN concentration were observed. Organic N and NH4+ -N were the major forms of N depleted through leachate, accounting for 56.8% and 39.7% of TN losses, respectively. Accordingly, soil-specific fertilization regimens are recommended; in particular, the maximum amount of fertilizer should be optimized for sandy soils with a high infiltration rate. To avoid a high N leaching loss from rice fields, organic N fertilizers such as urea or coated urea should primarily be used for surface topdressing or shallow-layer application and not for deep-layer application.     

不同施肥措施对洞庭湖区旱地肥力及作物产量的影响

应用长期定位试验方法,研究了洞庭湖区非粮食作物棉花-油菜轮作下,农民习惯施肥(TF)、配方施肥(NPK)及有机肥和化肥不同配比模式[有机肥来源氮占配方肥总氮量的50%(50%OM)、30%(30%OM)和10%(10%OM)]的作物产量和土壤养分的变化,以期为相应作物种植制度下的合理施肥提供参考。研究结果表明:在本试验施肥量及有机无机肥配比下,有机肥和化肥配施显著提高了棉花和油菜的产量,且以50%OM处理产量最高,各处理产量的顺序为50%OM30%OM10%OMNPKTFCK(不施肥对照);当有机氮施用量占总氮量的50%时(50%OM处理),棉花和油菜产量分别比NPK处理高24.52%、29.57%,比习惯施肥(TF)处理分别高46.03%和49.07%。同时,施用有机肥各处理作物产量的年际变化均不到20%,明显小于NPK、TF和CK处理,即施用有机肥不仅能促进旱地作物高产,同时也能保证其稳产。有机肥与化肥配施能增加土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量,且以50%OM处理效果最好,与试验前比较的增加幅度分别达57.5%、38.2%、65.1%和48.1%;土壤有效磷含量有随施入磷素量的增加而增加趋势;而CK处理土壤有机质和养分含量则均呈逐年下降的趋势。各处理土壤有机质和养分含量(Y)随试验年限(X)的变化均可用方程式Y=a X+b来表示。在洞庭湖区肥力较高的旱地土壤中,合理的有机肥和化肥施用比例对保障非粮作物高产稳产和耕地地力提升尤为重要,且本试验条件下当有机肥来源氮占总施氮量的50%时能获得最佳效果。     

Long-term fertilization and residue return affect soil stoichiometry characteristics and labile soil organic matter fractions

Ecological stoichiometry provides the possibility for linking microbial dynamics with soil carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) metabolisms in response to agricultural nutrient management. To determine the roles of fertilization and residue return with respect to ecological stoichiometry, we collected soil samples from a 30-year field experiment on residue return (maize straw) at rates of 0, 2.5, and 5.0 Mg ha^-1 in combination with 8 fertilization treatments:no fertilizer (F0), N fertilizer, P fertilizer, potassium (K) fertilizer, N and P (NP) fertilizers, N and K (NK) fertilizers, P and K (PK) fertilizers, and N, P, and K (NPK) fertilizers. We measured soil organic C (SOC), total N and P, microbial biomass C, N, and P, water-soluble organic C and N, KMnO₄-oxidizable C (KMnO₄-C), and carbon management index (CMI). Compared with the control (F0 treatment without residue return), fertilization and residue return significantly increased the KMnO₄-C content and CMI. Furthermore, compared with the control, residue return significantly increased the SOC content. Moreover, the NPK treatment with residue return at 5.0 Mg ha^-1 significantly enhanced the C:N, C:P, and N:P ratios in the soil, whereas it significantly decreased the C:N and C:P ratios in soil microbial biomass. Therefore, NPK fertilizer application combined with residue return at 5.0 Mg ha^-1 could enhance the SOC content through the stoichiometric plasticity of microorganisms. Residue return and fertilization increased the soil C pools by directly modifying the microbial stoichiometry of the biomass that was C limited.     

不同培肥模式下闽东茶园水土及其氮磷流失特征

[目的]研究不同培肥模式对闽东茶园水土及其氮磷流失的影响,为该区茶园水土流失评价及防控提供科学依据。[方法]通过径流小区试验,设置6个处理:全量化肥(NPK),半量化肥+半量有机肥(1/2NPKOM),全量有机肥(OM),全量化肥+豆科绿肥(NPKL),半量化肥+半量有机肥+豆科绿肥(1/2NPKOM+L)和不施肥(CK)。[结果]不同培肥处理下径流流失量的大小顺序为:OM1/2NPKOMCKNPKL1/2NPKOM+LNPK,泥沙流失量表现为:OM1/2NPKOMNPKLCKNPK1/2NPKOM+L;OM处理中径流携带的全氮、可溶性氮、硝态氮、铵态氮、全磷、可溶性磷等氮磷组分的流失量均较高,而1/2NPKOM+L中这些氮磷组分流失量则相对较低,且泥沙结合态的全氮、全磷流失量在各处理中也有类似的变化规律。[结论]1/2NPKOM+L处理在减控茶园水土及其氮磷流失方面具有良好的保土保肥效果。     

不同生物炭添加量下植烟土壤养分的淋失

【目的】我国南方植烟土壤养分淋失严重尤其是氮、钾,不仅造成资源浪费和潜在环境威胁,还严重制约了烟叶的可持续生产。生物炭比表面积大、孔隙多、稳定性强,施入土壤后可增加对养分的吸附,延长肥效和减少养分损失。本文研究了添加不同水平生物炭对植烟土壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,为充分发挥生物炭提高养分利用率的作用提供依据。【方法】采用土柱淋洗模拟方法,试验共设5个处理,包括不施肥对照(CK)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+10%生物炭(10%B)、氮磷钾肥+20%生物炭(20%B)、氮磷钾肥+40%生物炭(40%B),每个处理重复4次,随机排列。【结果】不同生物炭添加量下,土壤硝态氮、磷、钾的淋失量在培养期间呈先增加后减少的趋势。与NPK处理相比,添加生物炭处理在培养21天之后减少了硝态氮淋失量,在整个培养期间延缓和减少了磷的淋失量;与NPK处理相比,10%B、20%B和40%B处理硝态氮淋失总量分别显著降低13%、18%和25%,磷素淋失总量分别显著降低46%、61%和73%,10%B和20%B处理的钾素淋洗量略高,但差异未达显著水平,而40%B处理的钾素淋洗量则显著高于前3个处理,比NPK处理高47%。培养结束后,由于生物炭本身偏碱性,随着生物炭添加量的增加,土壤p H显著升高。表明添加生物炭条件下,土壤硝态氮淋失量的减少主要是生物炭的吸附作用所致;磷素淋失量的减少除了与生物炭的吸附作用有关外,也可能与土壤p H的升高有关;钾素淋失量的增加可能与生物炭本身携带的钾素有关。施用生物炭对土壤硝态氮、磷、钾养分淋失影响的机制还需进一步验证。【结论】施用生物炭能够有效减少植烟土壤硝态氮和磷素的淋溶损失,进而节约氮、磷肥料和提高养分利用效率,降低地下水污染风险,促进烟叶可持续优质生产,在一定范围内其施用量越高效果越好。生物炭的适宜添加量还需综合考虑氮磷钾3个元素的淋失而继续试验。     

长期定位试验中氮肥与磷肥有机肥联合施用通过刺激根的生长增加玉米产量和养分吸收

Imbalanced application of nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizers can result in reduced crop yield, low nutrient use efficiency, and high loss of nutrients and soil nitrate nitrogen (NO₃^--N) accumulation decreases when N is applied with P and/or manure; however, the effect of applications of N with P and/or manure on root growth and distribution in the soil profile is not fully understood. The aim of this study was to investigate the combined effects of different N and P fertilizer application rates with or without manure on maize (Zea mays L.) yield, N uptake, root growth, apparent N surplus, Olsen-P concentration, and mineral N (Nmin) accumulation in a fluvo-aquic calcareous soil from a long-term (28-year) experiment. The experiment comprised twelve combinations of chemical N and P fertilizers, either with or without chicken manure, as treatments in four replicates. The yield of maize grain was 82% higher, the N uptake 100% higher, and the Nmin accumulation 39% lower in the treatments with combined N and P in comparison to N fertilizer only. The maize root length density in the 30--60 cm layer was three times greater in the treatments with N and P fertilizers than with N fertilizer only. Manure addition increased maize yield by 50% and N uptake by 43%, and reduced Nmin (mostly NO₃^--N) accumulation in the soil by 46%. The long-term application of manure and P fertilizer resulted in significant increases in soil Olsen-P concentration when no N fertilizer was applied. Manure application reduced the apparent N surplus for all treatments. These results suggest that combined N and P fertilizer applications could enhance maize grain yield and nutrient uptake via stimulating root growth, leading to reduced accumulation of potentially leachable NO₃^--N in soil, and manure application was a practical way to improve degraded soils in China and the rest of the world.     

华北山前平原农田生态系统氮通量与调控

针对华北太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作农田, 研究农田常规施肥[400 kg(N)·hm^-2·a^-1]条件下作物氮素吸收与损失通量过程, 并根据各氮素输出通量特征开展管理调控。研究结果表明, 全年小麦-玉米轮作农田系统氮输入总量为561~580 kg(N)·hm^-2, 输出量468~494 kg(N)·hm^-2, 两季作物总盈余86~93 kg(N)·hm^-2, 其中有机氮为24~36 kg·hm^-2。氨挥发和NO₃^--N 淋溶损失是该区域农田氮素损失的主要途径, 是氮肥利用率低的重要原因。平均每年因氨挥发而造成的肥料氮损失量为60 kg(N)·hm^-2, NO₃^--N 淋溶损失量为47~84kg(N)·hm^-2, 两者占施肥总量的30%。每年因硝化-反硝化过程造成的肥料损失很小, 仅为5.0~8.7 kg(N)·hm^-2。通过施肥后适时灌水、合理调控灌水时间与用量, 以及利用秸秆还田与肥料混合施用等管理措施可改善氮素的迁移和转化规律, 有效减少氨挥发和NO₃^--N 淋溶损失, 并结合缓/控释肥与精准施肥技术, 充分利用土壤本身矿质氮素, 可有效提高养分利用效率和作物产量, 改善农田生态环境与促进农业持续和谐发展。     

Mechanisms of soil N dynamics following long-term application of organic fertilizers to subtropical rain-fed purple soil in China

In this study, a ¹⁵N tracing incubation experiment and an in situ monitoring study were combined to investigate the effects of different N fertilizer regimes on the mechanisms of soil N dynamics from a long-term repeated N application experiment. The field study was initiated in 2003 under a wheat-maize rotation system in the subtropical rain-fed purple soil region of China. The experiment included six fertilization treatments applied on an equivalent N basis (280 kg N ha⁻¹), except for the residue only treatment which received 112 kg N ha⁻¹: (1) UC, unfertilized control; (2) NPK, mineral fertilizer NPK; (3) OM, pig manure; (4) OM-NPK, pig manure (40% of applied N) with mineral NPK (60% of applied N); (5) RSD, crop straw; (6) RSD-NPK, crop straw (40% of applied N) with mineral NPK (60% of applied N). The results showed that long-term repeated applications of mineral or organic N fertilizer significantly stimulated soil gross N mineralization rates, which was associated with enhanced soil C and N contents following the application of N fertilizer. The crop N offtake and yield were positively correlated with gross mineralization. Gross autotrophic nitrification rates were enhanced by approximately 2.5-fold in the NPK, OM, OM-NPK, and RSD-NPK treatments, and to a lesser extent by RSD application, compared to the UC. A significant positive relationship between gross nitrification rates and cumulative N loss via interflow and runoff indicated that the mechanisms responsible for increasing N loss following long-term applications of N fertilizer were governed by the nitrification dynamics. Organic fertilizers stimulated gross ammonium (NH₄⁺) immobilization rates and caused a strong competition with nitrifiers for NH₄⁺, thus preventing a build-up of nitrate (NO₃⁻). Overall, in this study, we found that partial or complete substitution of NPK fertilizers with organic fertilizers can reduce N losses and maintain high crop production, except for the treatment involving application of RSD alone. Therefore, based on the N transformation dynamics observed in this study, organic fertilizers in combination with mineral fertilizer applications (i.e. OM, OM-NPK, and RSD-NPK treatments) are recommended for crop production in the subtropical rain-fed purple soils in China.     

北京地区潮土表层中NO3--N的转化积累及其淋洗损失

本试验利用渗滤池设施，采用化学分析和同位素技术相结合的方法研究了北京地区潮土表层中施用氮肥后ＮＯ３＾－－Ｎ转化积累及其１３０ｃｍ土体的淋洗状况。常规分析结果表明，在春小麦和夏玉米的生育前期可以观察到氮素明显地向ＮＯ３＾－－Ｎ的转化积累，其强度随尿素施用量的增加而明显增加，而尿素、硝铵、硫铵等不同氮肥品种处理之间有差异但大多不显著。同时夏玉米期间转化积累作用比春小麦期间强烈。＾１５Ｎ标记试验结果表明