东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征

【目的】玉米的总产量在我国三大主粮作物中最高,位居世界第二位。东北三省玉米种植面积占全国的39%,而资源投入相对较低。本研究旨在明确东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征。【方法】基于生命周期评价（life cycle assessment）方法,采用适用于东北三省玉米生产的活性氮损失模型,定量化评价东北三省2007—2016年玉米生产系统的资源投入（肥料、农药和柴油等）及其相关的活性氮损失和温室气体排放等环境风险。【结果】东北三省玉米生产资源投入在时空尺度上均存在较大差异。吉林省玉米生产的平均总施肥量为400 kg·hm^-2,单产为7 065 kg·hm^-2,平均单位面积温室气体（GHG）排放量为2 965 kg CO₂ eq·hm^-2,均为三省最高,而碳、氮足迹较低,平均单位面积活性氮（Nr）损失量为中间水平且年际间变化不大。辽宁省的平均氮肥投入量为198 kg·hm^-2,Nr损失量为20.8 kg N·hm^-2,碳、氮足迹为493 kg CO₂ eq·Mg^-1和3.53 kg N·Mg^-1,均为最高。单产为5 966 kg·hm^-2,处于中等水平,GHG排放量年际间变化不大。黑龙江省平均施氮量为149 kg·hm^-2,单产水平为5 318 kg·hm^-2,Nr损失量和GHG排放量等均为三省最低,碳、氮足迹均处于中等水平。时间尺度上,2008—2015年东北三省玉米种植面积逐年增大,累积增加了5.73 Mhm²。2015年东北三省玉米产量最高,达91.2 Mt（百万吨）;2007—2016年玉米平均总产量占全国的32%,其中黑龙江省、吉林省和辽宁省分别占13.9%、11.7%和6.7%;10年平均种植面积占全国的30%,其中黑龙江省、吉林省和辽宁省分别占14.7%、9.3%和6.4%。东北三省玉米10年平均单产为6 116 kg·hm^-2,平均单产最高年份为2013年,为6 824 kg·hm^-2。2007—2016年10年间东北三省玉米生产的肥料投入整体呈上升趋势,氮肥稳中有降,磷钾肥逐年升高,2014—2016年3年肥料增长趋势大幅减缓,逐渐趋于稳定,10年间氮、磷、钾肥平均用量分别为177、101和70.2 kg·hm^-2。2007—2016年,东北玉米生产农药投入量呈现稳步上升趋势;柴油投入量前4年较为稳定,后逐渐上升。东北玉米生产10年间的平均农药用量为10.2 kg·hm^-2,平均柴油用量为94.6 L·hm^-2。10年间玉米生产（2007—2016）平均单位面积Nr损失量和GHG排放量分别为19.0 kg N·hm^-2和2 770 kg CO₂ eq·hm^-2。Nr损失量10年间较为稳定。2007—2008和2009—2011年玉米生产的平均GHG排放量呈下降趋势,2012—2016年呈稳定上升趋势,2016年达到最高的3 045 kg CO₂ eq·hm^-2。氮肥田间施用产生的氨挥发是玉米生产中活性氮损失的主要途径,硝酸盐淋洗损失次之,而氧化亚氮排放占比最低。温室气体的主要排放环节为肥料生产运输与田间施用。10年间,东北玉米生产的平均氮足迹和碳足迹分别为3.16 kg N·Mg^-1和459 kg CO₂ eq·Mg^-1。【结论】东北三省玉米生产的资源利用和环境代价在空间尺度上差异较明显,吉林省的平均肥料投入量比黑龙江省高124 kg·hm^-2,GHG排放量高524 kg CO₂ eq·hm^-2;在时间尺度上,10年间东北三省玉米生产的氮肥投入量为170—182 kg·hm^-2,Nr损失量变化范围为18.4—19.4 kg N·hm^-2,为我国玉米主产区中较低的氮肥投入与损失量。玉米生产碳、氮足迹的高低主要取决于资源投入（尤其是氮肥投入）与单产水平之间的平衡。东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征分析有助于明确现阶段限制因素与主控因子,为优化养分管理实现粮食安全和碳减排的双赢提供理论支撑。     

晋南黄土旱塬小麦养分投入与化肥减施经济环境效应评价

【目的】明确晋南黄土旱塬冬小麦养分投入现状,为当地旱作冬小麦稳产增产、减肥增效和控制农田面源污染提供理论依据。【方法】通过连续9年对黄土旱塬984个小麦种植户进行施肥调查,采用基于冬小麦产量确定的推荐施肥量,评价农户施肥,分析农户施肥的减肥潜力及其经济和环境效益。【结果】调研农户小麦籽粒平均产量3 711 kg·hm^-2,其中属于低产（≤3 200 kg·hm^-2）和中产（3 200—4 220 kg·hm^-2）的农户比例分别占56.0%和18.1%。农户氮肥、磷肥和钾肥的平均用量分别为292.3 kg N·hm^-2、159.8 kg P₂O₅·hm^-2和92.0 kg K₂O·hm^-2。随着产量水平提高,施肥过量（即高投入+很高投入）的农户比例增加,其中氮肥、磷肥和钾肥施用过量的农户比例分别为68.7%、65.1%和57.9%。在各产量水平投入高和很高的农户减肥潜力较大,其中高投入的农户氮肥、磷肥和钾肥减施量为24.1 kg N·hm^-2、12.8 kg P₂O₅·hm^-2和6.2 kg K₂O·hm^-2,减少比例依次为15.9%、16.7%和16.7%;很高投入的农户氮肥、磷肥和钾肥减施量为250.9 kg N·hm^-2、205.7 kg P₂O₅·hm^-2、124.6 kg K₂O·hm^-2,减少比例依次为66.5%、76.7%和80.0%。进一步分析表明,高投入和很高投入的农户化肥减施后经济效益可增加251和3 425元/hm²,即分别增加4.0%和55.0%;高投入的农户氮肥、磷肥和钾肥的农学效率可分别提高18.8%、23.2%和22.1%,很高投入的可分别提高192.5%、321.3%和388.1%;高投入的农户氮肥、磷肥和钾肥的偏生产力可分别提高20.2%、23.7%和19.2%,很高投入的可分别提高210.4%、317.9%和388.1%。同时,合理降低高投入和很高投入的农户施氮量,N₂O排放可分别减少0.3和6.3 kg N₂O·hm^-2,减少幅度为11.2%和72.5%;NH₃挥发分别减少14.1和90.7 kg NH₃ hm^-2,减幅为20.8%和62.8%;NO₃^--N淋洗减少3.1和231.1 kg NO₃^--N·hm^-2,减幅为4.9%和79.6%;整体上,总氮污染物（包括N₂O排放、NH₃挥发和NO₃^--N淋洗）可分别减少17.4和328.1 kg·hm^-2,减幅13.1%和74.0%,节约氮肥12.5和130.9 kg N·hm^-2,减少氮肥投入65.0和683.3 元/hm²。【结论】通过基于产量的农户施肥评价、减肥潜力估测、化肥减施后的经济效益和氮化合污染物的减排效应分析,明确了高和很高投入的农户氮磷钾减施潜力分别为24.1—250.9 kg N·hm^-2、12.8—205.7 kg P₂O₅·hm^-2、6.2—124.6 kg K₂O·hm^-2,且化肥减施后农户的经济收益提高251—3 425元/hm²,氮、磷、钾肥的农学效率分别提高18.8%—192.5%、23.2%—321.3%、22.1%—388.1%,同时,氮、磷、钾偏生产力提高20.2%—210.4%、23.7%—317.9%、19.2%—388.1%,还能减少包括N₂O排放、NH₃挥发、NO₃^--N淋洗等总氮污染物的排放17.4—328.1 kg·hm^-2。该研究全面系统地揭示了当前旱作小麦生产中存在的资源环境问题、面临的挑战与机遇,为节本、增效的环境友好型施肥提供一定的理论依据。     

北方麦区小麦产量与蛋白质含量变化对土壤硝态氮的响应

【目的】分析我国北方麦区不同土壤硝态氮残留梯度下减施氮肥后小麦籽粒产量、蛋白质含量变化,为保证合理减施氮肥,有效降低麦田土壤硝态氮残留提供理论依据。【方法】于2018—2019年在我国北方麦区43个地点进行田间试验,研究不同硝态氮残留情况下氮肥减施对小麦产量、蛋白质含量、产量构成及氮素吸收利用的影响。【结果】与农户施肥相比,监控施肥的氮肥用量减少55 kg·hm^-2（26%）,产量为5 885 kg·hm^-2,比农户施肥增产3.1%,籽粒蛋白质含量为132.4 g·kg^-1,与农户施肥相比无显著差异。当1 m土层硝态氮残留量<55 kg·hm^-2时,小麦产量最低,为4 252 kg·hm^-2,硝态氮残留在55—100 kg·hm^-2时,产量达到最高,为7 186 kg·hm^-2,硝态氮残留量过高并不能持续提高小麦产量;当土壤硝态氮残留量<100 kg·hm^-2时,不施氮肥小麦产量会显著降低,但采用监控施肥技术合理减施氮肥,无论土壤硝态氮残留多少,均不会减产。土壤硝态氮残留>300 kg·hm^-2时,小麦籽粒的蛋白质含量达到最高,平均为146.93 g·kg^-1;当土壤硝态氮残留量<200 kg·hm^-2时,不施氮肥会显著降低籽粒蛋白质含量,但通过监控土壤硝态氮合理减施氮肥,无论硝态氮残留高低,均不会降低籽粒蛋白质含量;硝态氮残留介于55—100 kg·hm^-2时,农户与监控施肥处理的小麦籽粒蛋白质含量分别为124.5和123.1 g·kg^-1。采用监控施肥技术,小麦氮肥吸收效率（地上部吸氮量/施氮量）与氮肥偏生产力分别为1.36 和45.7 kg·kg^-1,较农户施肥显著提高61.5%和57.1%。【结论】综合考虑维持北方麦区小麦较高的产量和蛋白质含量,收获期1 m土层硝态氮残留量应介于55—100 kg·hm^-2。基于小麦目标产量、籽粒蛋白质含量和土壤硝态氮监控,确定合理的氮肥用量,对实现小麦氮肥减施、绿色生产有重要意义。     

施磷水平对不同茬口下冬小麦生长发育及产量的影响

【目的】研究施磷水平对不同茬口下冬小麦生长发育及产量的影响,探明小麦合理轮作制度和磷肥管理。【方法】于2018—2019和2019—2020连续两年在花生（PCR）、玉米（MCR）和花生‖玉米（ICR）茬口下种植冬小麦,分别设P₀（0 kg P₂O₅·hm^-2）、P₉₀（90 kg P₂O₅·hm^-2）、P₁₈₀（180 kg P₂O₅·hm^-2）和P₂₇₀（270 kg P₂O₅·hm^-2）4个施磷水平,研究施磷水平对不同茬口下冬小麦分蘖及成穗率、灌浆速率、干物质积累与分配、产量及产量构成的影响。【结果】（1）同一茬口下,随着施磷量的增加,冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数、干物质积累量和单穗干重均呈P₂₇₀>P₁₈₀>P₉₀>P₀处理;冬小麦穗粒数、干物质向籽粒中分配率和产量呈先增加后降低的趋势,P₁₈₀施磷水平下达到最大值。（2）不同茬口下,各施磷水平冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数均表现为PCR>ICR>MCR;在不施磷（P₀）和低磷（P₉₀）水平时,花生茬口下的冬小麦各时期干物质量、产量均大于花生‖玉米茬口和玉米茬口,但在P₁₈₀、P₂₇₀施磷水平时,花生‖玉米茬口下的冬小麦各时期干物质量、产量则均大于花生茬口和玉米茬口。（3）结合施磷量与产量拟合曲线,花生茬口冬小麦最高产量为10 493.6 kg·hm^-2,最佳经济产量施磷量为177.0 kg·hm^-2;花生‖玉米茬口最高产量为10 749.8 kg·hm^-2,最佳经济产量施磷量为178.9 kg·hm^-2;玉米茬口最高产量为9 936.2 kg·hm^-2,最佳经济产量施磷量为189.3 kg·hm^-2。【结论】花生茬口及花生‖玉米茬口的冬小麦分蘖成穗、干物质积累与转移、籽粒灌浆和产量形成方面均优于玉米茬口,冬小麦产量潜力大,最佳经济产量施磷量低,为177.0—178.9 kg·hm^-2。     

覆膜时期和施氮量对陇东旱塬玉米产量和水氮利用效率的影响

目的以抗逆性强的紧凑型玉米品种先玉335为供试作物,研究施氮量、覆膜时期及其互作对陇东旱塬玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的影响,以期为陇东旱塬区玉米高产高效栽培提供理论依据。方法2012年11月至2019年11月,连续设置覆膜时期（春季覆膜和秋季覆膜）和施纯N量（0、75、150、225、300、375、450 kg·hm^-2）两因子的长期定位裂区试验,分析不同处理玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的变化。结果覆膜结合合理施氮可提高玉米光合速率和叶片叶绿素相对含量（SPAD值）,延长叶片持绿期,有效协调源库关系,增加穗粒数和百粒重。年份、施氮量及年份与施氮量互作均极显著影响玉米产量、穗粒数和百粒重,三者均随施氮量增加呈先增加后降低趋势。黄土旱塬玉米产量在施氮量150—450 kg·hm^-2范围内均显著高于75 kg·hm^-2的产量,以施氮量300 kg·hm^-2最高,为15 142.5kg·hm^-2,与施氮量225 kg·hm^-2无显著差异,显著高于施氮75 kg·hm^-2,施氮量进一步增加,增产效应逐渐降低,甚至减产。降雨年型及关键生育期降雨量与产量变化关系密切。尤其是7—9月降水量,特别是7月上旬（玉米抽雄—吐丝期）降雨量及降雨年型对陇东旱塬玉米产量影响较大。年份、覆膜时期、施氮量及年份与施氮量互作也极显著影响水分利用效率,秋覆膜较春覆膜水分利用效率显著增加8.6%。与施氮300 kg·hm^-2相比,施氮225 kg·hm^-2氮肥偏生产力、氮素生理利用效率分别提高28.6%、20.1%,平均氮肥利用率从34.8%提高到35.8%,可实现产量和氮素效率的同步提高。结论覆膜结合施氮150—225 kg·hm^-2可作为陇东旱塬雨养农业区较理想的高产高效栽培模式,干旱年份秋覆膜的增产效应更突出,生产中建议结合气象预测预报的降雨年型选择适宜的施氮量和覆膜时期。     

秸秆还田和氮肥用量对冬小麦产量和氮素利用的影响

【目的】在陕西关中小麦-玉米轮作区通过连续7年田间定位试验,探索秸秆还田配施化学氮肥对冬小麦产量、籽粒蛋白质含量、地上部吸氮量、收获期土壤硝态氮残留量及土壤氮素平衡的影响,为小麦增产及氮素高效利用提供科学依据。【方法】试验采用裂区设计,主处理为玉米秸秆还田和不还田,副处理设置5个施氮水平,分别为0（N0,不施用氮肥）、84 kg·hm^-2（N84,当地推荐氮肥用量的一半）、168 kg·hm^-2（N168,当地推荐氮肥用量）、252 kg·hm^-2（N252,高氮肥用量）、336 kg·hm^-2（N336,超高氮肥用量）。【结果】与秸秆不还田处理相比秸秆还田未提高冬小麦籽粒产量,施用氮肥较不施氮肥小麦增产18%—29%,而超高氮肥用量较推荐氮肥用量有减产风险。秸秆还田和氮肥用量对小麦产量有交互效应。与秸秆不还田处理相比,秸秆还田在氮肥用量为252和336 kg·hm^-2时,公顷小麦穗数增加5%—7%,产量平均增加5%—6%。秸秆还田对小麦籽粒蛋白质含量无显著影响,施用氮肥的籽粒蛋白质含量较不施用氮肥增加16%—33%。秸秆还田对小麦地上部吸氮量无显著影响,施用氮肥的地上部吸氮量较不施用氮肥增加36%—72%。秸秆还田和氮肥用量对小麦地上部吸氮量有交互效应。与秸秆不还田处理相比,秸秆还田在氮肥用量为252和336 kg·hm^-2时地上部吸氮量平均增加5%—8%。与秸秆不还田相比,秸秆还田使土壤硝态氮残留量平均增加18%,增加的硝态氮含量主要分布在70—170 cm土层。N168处理在秸秆不还田条件下土壤氮处于亏损状态,秸秆还田后有效地弥补了氮亏缺,进一步增加氮肥用量,将大幅增加土壤氮盈余量。相对于秸秆还田,氮肥用量对土壤氮盈余量的影响更大。【结论】秸秆还田配施高氮肥用量能增加小麦产量和地上部吸氮量,但同时增加了土壤硝态氮残留量和氮盈余量。综合考虑小麦籽粒产量、土壤硝态氮残留和土壤表观氮平衡等,秸秆还田配施168 kg·hm^-2氮肥更利于维持小麦产量和保护生态环境。     

北方麦区小麦产量与籽粒氮磷钾含量对监控施钾和土壤速效钾的响应

【目的】分析我国北方麦区监控施钾下小麦产量与养分吸收分配变化与土壤速效钾的关系,为节约钾资源,实现小麦丰产优质可持续发展提供理论依据。【方法】于2018—2020年在我国北方麦区43个地点进行田间试验,研究不同土壤速效钾水平下监控施钾对小麦产量、产量构成、籽粒氮磷钾含量及养分吸收分配的影响。【结果】北方麦区农户小麦施钾不足和过量问题同时存在。小麦产量随土壤速效钾含量升高显著增加,在土壤速效钾含量150—180 mg·kg^-1时,小麦产量达到最高,为6 340 kg·hm^-2。土壤速效钾过高并不能持续提高小麦产量,当土壤速效钾含量>180 mg·kg^-1时,小麦产量显著降低,平均为5 409 kg·hm^-2。与农户施肥相比,在土壤速效钾含量<90、90—120、120—150和>180 mg·kg^-1时采用监控施肥技术增加了钾肥用量,在速效钾含量150—180 mg·kg^-1时减少了钾肥用量,各土壤速效钾水平下采用监控施肥技术施用钾肥均提高了小麦产量,且在速效钾含量<90和>180 mg·kg^-1时显著增产。土壤有效磷含量>30 mg·kg^-1时,土壤速效钾含量120—150或>180 mg·kg^-1时,不施钾肥小麦产量有降低的趋势。土壤速效钾含量升高显著提高了小麦籽粒氮含量,农户施肥和监控施肥处理的籽粒氮磷钾含量无显著变化,速效钾含量>180 mg·kg^-1时不施钾肥的小麦籽粒磷钾含量显著降低。速效钾含量>150 mg·kg^-1时,监控施肥的钾肥偏生产力与钾肥吸收效率较农户施肥显著提高。【结论】在北方麦区,土壤速效钾含量150—180 mg·kg^-1时,合理施肥可使小麦产量达较高水平,但当土壤有效磷较高,超过30 mg·kg^-1时,不施钾肥小麦有减产风险。应根据土壤速效磷钾和小麦产量水平监控施肥,合理确定钾肥用量,实现北方麦区小麦丰产高效生产。     

陕西省小农户作物生产的减肥潜力及经济效益评价

【目的】小农户在农业生产中投入的生产资料普遍过高,随种植业结构演变,肥料投入也势必会发生变化。明确小农户经营模式下粮食、油料和经济作物的施肥现状和经济效益,能为小农户作物生产的养分管理、肥料减施和经济效益提高提供参考。【方法】2018年对陕西省的主要农作物生产情况进行问卷调查,以粮食（小麦、玉米、水稻、谷子、马铃薯）、油料（油菜、大豆）、经济（苹果、西红柿、烤烟）作物为研究对象,共获得1 709份调研问卷。基于此调研结果,以产量水平为分类依据,分析小农户的施肥现状、减肥潜力和经济效益。【结果】小麦、玉米、水稻、谷子和马铃薯的平均产量分别为4.6、7.3、8.3、3.7和19.8 t·hm^-2,氮肥用量分别为177、247、186、255和209 kg N·hm^-2,磷肥用量分别为102、103、88、142和125 kg P₂O₅·hm^-2,钾肥用量分别为37、47、64、53和110 kg K₂O·hm^-2。油菜和大豆的平均产量分别为2.4和2.7 t·hm^-2,氮肥用量分别为156和99 kg N·hm^-2,磷肥用量分别为80和63 kg P₂O₅·hm^-2,钾肥用量分别为56和26 kg K₂O·hm^-2。苹果、西红柿和烤烟的平均产量分别为23.8、93.5和2.7 t·hm^-2,氮肥用量分别为731、471和108 kg N·hm^-2,磷肥用量分别为482、387和118 kg P₂O₅·hm^-2,钾肥用量分别为535、447和132 kg K₂O·hm^-2。对大多数作物,氮磷肥普遍过量施用、钾肥施用过量与不足并存。粮食作物氮磷钾减肥潜力分别为28%—60%、52%—66%和11%—51%。油料作物油菜可减少氮磷钾肥料用量33%、37%和46%,然而大豆需增加磷钾肥用量11%、28%。苹果和西红柿等高产经济作物的氮磷钾减肥潜力分别为41%—67%、65%—70%和49%—64%。烤烟生产需减少磷肥53%,然而中、高产农户氮肥施用不足,分别需增施22%、11%。复合肥和单质肥是作物氮素的主要来源,复合肥是作物磷钾的主要来源。氮以基施为主、追施为辅,磷钾肥几乎全部作为基肥一次施用,鲜有追施。粮食、油料和经济作物的平均净经济效益分别0.44×10⁴—1.63×10⁴、0.75×10⁴—0.84×10⁴和4.19×10⁴—15.05×10⁴元/hm²,肥料占总投入比例分别为31%—52%、57%—59%和48%—65%。苹果、西红柿等高产经济作物的净经济效益远高于粮食和油料作物,成为小农户经营者的首选。然而,在经济作物生产中过量的肥料施用产生了巨大的环境风险。【结论】低中产组小农户是化肥减量和收益提升的主要对象,苹果、西红柿等经济作物的净经济效益高,但单位面积施肥量大、减肥潜力大。值得注意的是,农作物生产中也存在施肥不足的现象,例如大豆和烤烟。由此可见,小农户作物生产的肥料管理变异大,提高小农户的肥料管理水平有利于增加作物产量和经济效益、助力农业可持续发展。     

浙江省2016年畜禽粪便产生量估算及环境效应分析

根据2015、2016年浙江省畜禽存栏量和畜禽粪便排泄参数,估算各市和全省畜禽养殖业粪便产生量,并对由此产生的环境效应进行评价。结果表明,2016年浙江省养殖业共产生1 966.2×10⁴ t粪便,粪便中含氮8.66×10⁴ t、磷2.79×10⁴ t。畜禽粪便及其中的氮、磷纯养分平均耕地负荷分别为9.9 t·hm^-2、43.6 kg·hm^-2、14.3 kg·hm^-2。2016年浙江省各市畜禽粪便耕地负荷未超过国家有关规定,畜禽粪便中氮、磷耕地负荷低于欧盟的农业政策规定。     

滴灌水肥一体化下施钾量对宁夏春玉米叶绿素荧光特性与产量的影响

通过2018—2019年田间试验,研究不同施钾量对宁夏春玉米叶绿素荧光特性及产量的影响。以天赐19号为试验材料,采用随机区组试验设计,设6个梯度钾肥量处理,K0(0 kg· hm^-2)、K1(60 kg·hm^-2)、K2(120 kg·hm^-2)、K3(180 kg·hm^-2)、K4(240 kg·hm^-2)、K5(300 kg·hm^-2)。结果表明,施用钾肥可增强玉米的荧光特性,提高宁夏春玉米产量,施钾180 kg·hm^-2时,叶绿素相对含量(SPAD)、最大荧光(F_m)、PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ综合性能指数(PI)、单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)等指标均达到最优;施钾量为0~180 kg·hm^-2时,玉米产量随着施钾量的增加而增加,当施钾量超过180 kg·hm^-2,春玉米产量开始下降。相关分析表明,产量与SPAD、F_m、最小荧光(F_o)、F_v/F_o、F_v/F_m、PI、ABS/RC均有不同程度的正相关关系,因此,施钾量180 kg·hm^-2是该区最佳的钾肥施用量。     

西北地区玉米生产投入及生态环境风险评价

[目的]明确西北地区玉米生产的投入与生态环境风险.[方法]基于生命周期评价(LCA)方法对西北地区六省或自治区(新疆、陕西、山西、宁夏、内蒙古、甘肃)15年间(2004-2018年)玉米生产的投入(肥料、农药、柴油、地膜、种子及人工)与生态环境风险(温室气体排放、土壤酸化、水体富营养化及人体毒性)进行评价,定量化该地区...     

陕西省粮食生产的减肥潜力及经济环境效益

【目的】农户经营是我国农业的主体,肥料资源的不合理应用是限制作物生产的重要因子。本研究旨在评估主产区农户粮食生产的减肥潜力及经济环境效益。【方法】2018年对陕西省各县（市、区）的主要农作物生产情况进行问卷调查,以三大粮食作物为研究对象,基于产量水平评价农户的施肥现状、减肥潜力、环境代价和经济效益。【结果】农户作物产量存在显著差异,小麦平均产量为4 573 kg·hm^-2,高低产量相差2 619 kg·hm^-2;玉米平均产量为7 319 kg·hm^-2,高低产量相差5 388 kg·hm^-2;水稻平均产量为8 340 kg·hm^-2,高低产量相差2 893 kg·hm^-2。小麦的氮磷钾肥用量分别为177 kg N·hm^-2、102 kg P₂O₅·hm^-2和37 kg K₂O·hm^-2;玉米分别为247 kg N·hm^-2、103 kg P₂O₅·hm^-2和47 kg K₂O·hm^-2;水稻分别为186 kg N·hm^-2、88 kg P₂O₅·hm^-2和64 kg K₂O·hm^-2。3种作物产量与施肥量无显著相关。氮磷肥普遍过量施用、钾肥过量与不足并存,低产农户过量施肥问题严重。对于氮磷钾肥的减施潜力,小麦分别为41%、59%和59%;玉米分别为55%、73%和66%;水稻分别为38%、64%和58%。施用的肥料形态均表现氮以单质肥为主、复合肥为辅;磷钾以复合肥为主;有机肥养分供应量很低。肥料结构均表现为重基施轻追施,氮以基施为主、追施为辅;磷钾肥鲜有追施。生产1.0 t小麦、玉米和水稻的活性氮损失量分别为6.9、3.8和3.3 kg,低产组的活性氮损失强度比高产组分别高52%、85%和74%,降低损失的潜力分别介于16%—33%、31%—50%和4%—38%。小麦、玉米和水稻生产的经济效益分别为4 468、9 091和20 020 元/hm²,高产组比低产组分别高459%、128%和52%;减肥增效后总效益分别为4 919、9 905和20 543 元/hm²,高产组比低产组分别高290%、106%和48%。【结论】基于产量水平深入剖析了陕西省农户的生产行为,低中产组为化肥减量和收益提升的重点。农户氮磷钾肥减施潜力分别为45%、65%和61%;小麦、玉米和水稻因化肥减施而降低活性氮损失的潜力分别为26%、45%和18%;提高环境经济效益的潜力分别为10%、9%和3%。     

秸秆还田配合氮肥减量对稻田土壤养分、碳库及水稻产量的影响

通过大田定位试验,研究秸秆还田和氮肥减量对稻田土壤养分、碳库及水稻产量的影响。结果表明,采用适当的秸秆还田配合氮肥减量处理可以有效改善土壤理化性状,提高水稻产量。与单施纯氮270 kg·hm^-2处理相比,等氮量的秸秆还田配施纯氮240 kg·hm^-2处理的稻田土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、总有机碳含量分别显著(P<0.05)增加了33.86%、13.83%、54.64%、21.60%、33.81%,而铵态氮、可溶性有机碳和微生物碳含量分别显著(P<0.05)减少了13.69%、49.22%和32.36%。在产量方面,秸秆还田配施纯氮240 kg·hm^-2的产量最高,较秸秆不还田不施氮肥处理和秸秆还田不施氮肥处理分别显著(P<0.05)增产57.90%、62.22%。在本试验条件下,秸秆还田配施纯氮240 kg·hm^-2为最优的秸秆还田配合氮肥减量模式,对改善土壤养分、增加土壤碳库、提高水稻产量具有一定作用。     

生物炭结合氮肥减量对玉米产量和氮效率的影响

为明确施用生物炭条件下氮高效品种玉米的氮效率和适宜减氮量,以氮高效品种郑单958(ZD)和氮低效品种先玉508(XY)为试验材料,以氮肥用量为主区、品种为副区开展裂区试验设计.试验主区共设置5个处理:C0,不施生物炭,施纯N 300 kg·hm-2;C1,施生物炭3000 kg·hm-2和纯N 300 kg·hm-2;...     

我国北方麦区小麦生产的化肥、农药和灌溉水使用现状及其减用潜力

【目的】化学品和灌溉水资源的不合理使用是限制小麦生产的重要因子。本研究旨在查明我国北方麦区小麦生产化肥、农药和灌溉水使用现状及其减施潜力,并尝试阐述农田经营规模对小麦生产的影响,为小麦可持续生产提供参考依据。【方法】于2018—2019年在我国北方七省开展的大范围小麦生产中化肥、农药和灌溉水使用现状,基于小麦产量形成的养分需求评估北方麦区的化肥减施潜力、基于标准推荐用药量评估农药减施潜力、基于Penman-Monteith估算节水潜力,并尝试分析农田经营规模对小麦产量、化肥和灌溉水投入成本的影响。【结果】各麦区产量间差异较大,春麦区、汾渭平原灌区、黄土高原旱地和绿洲灌区平均产量分别为3.0、7.6、4.7和7.4 t·hm^-2。春麦区氮磷钾用量分别为87 kg N·hm^-2、91 kg P₂O₅·hm^-2和1 kg K₂O·hm^-2,汾渭平原灌区氮磷钾用量分别为280 kg N·hm^-2、133 kg P₂O₅·hm^-2和1 kg K₂O·hm^-2,黄土高原旱地氮磷钾用量分别为178 kg N·hm^-2、117 kg P₂O₅·hm^-2和25 kg K₂O·hm^-2,绿洲灌区氮磷钾用量分别为225 kg N·hm^-2、168 kg P₂O₅·hm^-2和15 kg K₂O·hm^-2。氮磷肥用量偏高,钾肥用量不足普遍存在。汾渭平原灌区的氮、磷肥减施潜力分别为25%和40%,黄土高原旱地的氮、磷肥减施潜力分别为24%和57%,春麦区和绿洲灌区的磷肥减施潜力分别为65%和54%。不同麦区农药喷施的次数差异较大。春麦区、汾渭平原灌区、黄土高原旱地和绿洲灌区的平均喷药次数分别为1.8、1.4、1.6和1.6次。春麦区、汾渭平原灌区、黄土高原旱地和绿洲灌区的减药潜力分别为40%—70%、54%—83%、40%—65%和50%—83%。施用农药的种类为杀虫杀菌剂和除草剂,杀虫杀菌剂的施用频次较高,占比为73%。杀虫杀菌剂中吡虫啉和三唑酮的用药频次较高,在杀虫杀菌剂中占比分别为32%和12%,除草剂中苯磺隆、2,4-D丁酯和二甲四氯钠用药频次较高,在除草剂中占比分别为48%、15%和19%。调研农户小麦生产的灌水次数多为2—4次,汾渭平原灌区灌溉次数较少,为2.2次,均采用河水灌溉;绿洲灌区灌溉次数最多,为3.5次,均采用井水灌溉。汾渭平原灌区和绿洲灌区的节水潜力分别为14%和42%。各麦区中小规模经营占比最大,经营碎片化现象明显。相对于农田小规模经营,大规模经营在增产7%—36%的同时可使肥料和灌溉成本降低17%—19%。【结论】本研究查明了我国北方麦区小麦产量及其生产过程中的化肥、农药和灌溉水使用现状,发现不同农户、不同区域间的用量存在较大变异,同时具有较大的减用潜力;并与农田经营规模结合,发现农田适度规模经营能在增产的同时减少投入成本,这为我国北方麦区优化经营规模提供参考。     

轮作体系下麦/油减量施氮与水稻氮肥运筹对作物产量和氮素吸收的影响

为了研究麦/油-稻轮作体系麦/油减量施氮与水稻氮肥运筹对作物产量、氮素吸收和氮肥偏生产力的影响,于2017—2018年开展麦-稻轮作和油-稻轮作的田间试验,在麦/油季设置常规施氮(小麦,N 150 kg·hm^-2;油菜,N 180 kg·hm^-2)、减量施氮(小麦,N 120 kg·hm^-2;油菜,N 150 kg·hm^-2)2个处理,在水稻季N 150 kg·hm^-2用量基础上设置3个运筹M1~M3,基肥、分蘖肥、穗肥的用量比分别为2∶2∶6、3∶3∶4和4∶4∶2。结果表明:在麦-稻轮作体系下,小麦季减量施氮小麦产量、地上部生物量和地上部氮素吸收量分别显著(P<0.05)降低15.36%、14.21%和17.14%,小麦氮肥偏生产力显著(P<0.05)增加5.79%。小麦季常规施肥处理下,M3运筹的水稻产量最高,而减量施氮处理下,M2运筹的水稻产量、地上部氮素吸收量和氮肥偏生产力最高。在油-稻轮作体系下,油菜季减量施氮显著(P<0.05)降低了油菜的产量和地上部氮素吸收量,降幅分别为14.28%和16.76%。无论油菜季减氮与否,M3运筹的水稻产量、地上部生物量和氮肥偏生产力均最高。