不同来源养分对稻田施肥周期内田面水氮含量的影响

施肥导致的水体氮流失是重要的面源污染源。开展不同养分来源下,基肥和追肥下不同施肥模式下稻田田面水中的铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)、总氮(TN)及可溶性生物量氮(DON)的含量监测研究。结果显示:稻田田面水NH_4~+-N、TN浓度随尿素用量增加而增加,无论是单施尿素还是增施猪粪或继续增施秸秆,NH_4~+-N及TN浓度峰值均出现在施肥后4~5 d,基肥施用后的前10 d,田面水以NH_4~+-N为主,基施尿素的NH_4~+-N及TN峰值分别达47.6、54.5 mg/L。NO_3~--N浓度变化不如NH_4~+-N明显,且流失风险较小;DON在施肥后10 d增至峰值后缓慢下降,但占总氮比较高。提高尿素用量或增施猪粪用量,田面水NH_4~+-N、TN及DON都呈增加趋势,增施秸秆虽然提高田面水的NH_4~+-N和TN,但NO_3~--N和DON含量呈下降趋势。以上结果表明,施肥后的10 d内NH_4~+-N是重点需要关注的氮形态,增施猪粪增加氮流失风险,尿素配合猪粪和秸秆施用,可降低田面水的NO_3~--N和DON含量。     

免耕稻田田面水磷素动态及其淋溶损失

以免耕和翻耕稻田为研究对象,通过大田试验与室内分析,研究了不同耕作方式下稻田田面水和渗漏水的淋溶损失及其对环境的影响。试验共设4个处理,分别是免耕+不施肥(NT0)、翻耕+不施肥(CT0)、免耕+复合肥(NTC)和翻耕+复合肥(CTC)。结果表明,施磷肥显著提高稻田田面水以及渗漏水各形态磷浓度。施磷肥2d后田面水总磷(TP)浓度、颗粒态磷(PP)浓度和溶解磷(DP)浓度即达到最大值,此后由于水中颗粒或表土对田面水磷素的固定,磷素的淋失,水稻生长吸收及前期的稻田排水和灌水稀释,1周后迅速降低并趋于稳定;渗漏水TP浓度和溶解磷(RP)浓度在施磷肥2d后达到最大值,渗漏水TP浓度在施肥后一个半月达到最低值,而渗漏水RP浓度在施肥4d后就降低到最低值。处理NTC田面水TP、DP与PP显著高于处理CTC,而处理NT0与处理CT0之间无差异;与翻耕相比,免耕不影响渗漏水TP与RP浓度及磷下渗淋失。对田面水磷素及渗漏水磷素变化动态分析表明,施磷肥后的1周左右是控制磷素流失的关键时期。     

施肥后稻田田面水的养分变化特征

通过田间试验观察了施肥后稻田田面水中几种养分动态变化特征。结果表明,基肥施入后8d内田面水中的总氮、总磷含量呈现明显衰减,并于施肥后第8d趋于稳定,处于较低水平;分蘖肥(尿素)施用后3d天以内田面水的氮、磷含量再次升高,接着呈现下降趋势,10d后趋于稳定。为防止氮、磷素大量流失,建议在施肥后10d内严格控制田间排水。对于鱼塘-稻田系统,鱼塘水通过稻田表面流异位处理应在施肥后养分衰减稳定后进行。     

施用猪粪和化肥对稻田土壤表面水氮磷动态的影响

2005年在利用渗漏池模拟长江中游双季稻地区两种主要水稻土壤的基础上,进行了施用化肥和配施等P2O5猪粪对稻田氮、磷等养分动态特征影响的研究。结果表明,表面水电导率(EC)、总氮(TN)、总磷(TP)浓度和NH 4-N浓度在施肥后1～3d达到最高,然后均随着时间的延长迅速下降,至7～15d逐渐接近CK。7～15d内表面水pH逐渐升高,至30d后逐渐趋于平缓。与施用化肥相比,峰值时猪粪处理的表面水TN浓度降低了28.9%～62.9%;NH4 -N浓度降低了43.7%～48.8%,但NO-3-N却远高于施用化肥,且晚稻较早稻平均升高56.5%;晚稻表面水TP浓度提高51.2%。而且早、晚稻在7～50d期间维持TP浓度均高于化肥。河沙泥的表面水TN、TP浓度高于红黄泥,但两种土壤的表面水铵氮、硝氮差异不显著。     

玉米秸秆生物炭对稻油轮作农田磷流失风险的影响

以云南大理洱海流域典型稻油轮作模式为研究对象,通过2年田间定位试验,研究生物炭(玉米秸秆制备)、玉米秸秆与化肥配施对我国稻油轮作模式农田磷流失风险的影响。田间小区试验包括常规施用化肥(NPK)、生物炭与化肥配施(NPK+C)、生物炭与化肥减半配施(1/2NPK+C)、玉米秸秆与化肥配施(NPK+S)四个处理,通过比较不同处理间土壤有效磷含量、作物产量、吸磷量和水稻生长期间土壤有效磷、田面水总磷、可溶性总磷的动态变化特征,分析施用玉米秸秆生物炭和直接施用玉米秸秆对土壤、作物和磷流失风险的影响。结果表明,与NPK处理相比,增施生物炭和玉米秸秆,可显著提高水稻和油菜产量,但对水稻季田面水磷浓度无显著影响;施用生物炭条件下减施化肥,短期内未造成水稻和油菜减产,却降低了水稻整个生育期内田面水总磷(TP)和可溶性总磷(TDP)浓度;各处理水稻季田面水TP和TDP浓度在栽秧后第1 d内达到峰值,4~5 d内浓度迅速降低,7 d之后浓度趋于稳定。在此过程中,田面水TP下降64.2%~79.1%,TDP下降63.1%~82.4%。上述研究结果表明,为降低稻油轮作农田磷流失风险,可以考虑在水稻季施用生物炭的条件下减施化肥磷,并且在水稻栽秧后7 d内控制田面水外流。     

种植方式对稻田氨挥发及氮磷流失风险的影响

研究洞庭湖双季稻区不同种植方式下,稻田氨挥发量变化、田面水氮磷浓度动态特征以及不同土壤深度养分含量差异,可为水稻机械化精准施肥,防控面源污染提供理论依据。研究采用田间试验方法,设置农民习惯+直播(T1)、控释尿素减氮10%+直播(T2)和机插一次性施肥减氮10%(T3)3个处理,原位监测早稻基肥期稻田氨挥发,取样监测施肥后田面水总氮、总磷及不同形态氮磷浓度,收获期计产,并取0～20 cm和20～40 cm土壤测定其基本理化性状。结果表明,与T1相比,T3和T2田面水NH_4~+-N平均浓度分别降低46.04%和27.03%,氨挥发量分别降低18.62%和15.61%;田面水总氮平均浓度分别降低53.55%和22.96%,总磷浓度分别降低30.23%和11.63%;T3和T2均可显著增加稻田0～20 cm和20～40 cm土壤中有机碳含量,提高全氮、全磷、碱解氮和有效磷含量,水稻产量分别增加6.63%和5.98%。与T1相比,T3和T2两种施肥种植方式均能显著降低稻田氨挥发以及稻田田面水总氮、总磷浓度,能有效增加0～20 cm和20～40 cm土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量。在3种种植方式中,T3在降低农田氮、磷流失风险、维持土壤肥力、促进水稻增产方面效果更显著。     

控释氮肥和氮磷减量对水稻产量及田面水氮磷流失的影响

为探明氮磷减量对降低水稻田氮磷流失风险的影响,在湖南省毛里湖地区,通过常规施肥(T_1)、控释氮肥减氮20%(T_2)、控释氮肥和过磷酸钙各减量20%(T_3)这3个处理,研究水稻产量、氮磷利用率和田面水氮磷养分浓度的变化。结果表明,与常规施肥处理相比,减氮20%或减氮减磷各20%对产量没有显著影响,而肥料偏生产力(PFP)显著提高,T_2和T_3处理氮肥偏生产力(NPFP)分别较T_1处理提高了35.37%和31.31%,磷肥偏生产力(PPFP)分别提高了8.29%和31.30%。在试验期间,施肥后,T_1处理田面水氮含量呈逐渐下降趋势,而T_2和T_3处理呈先增加后降低趋势;施用控释氮肥的处理(T_2和T_3)总氮含量远低于施用普通尿素的处理(T_1),在施肥后27 d,T_2和T_3处理的田面水总氮、铵态氮和硝态氮含量分别比T_1处理下降了89.11%和89.42%、89.89%和89.64%、61.69%和58.93%。所有处理在施基肥后1 d全磷含量达到最高值,随后缓慢下降,磷肥减量处理全磷含量低于磷肥常量处理。研究结果显示,控释氮肥减量和磷肥减量既可以保证高产稳产,又可以有效降低稻田氮磷素径流损失风险。     

长期施肥对红壤旱地有机碳、氮和磷的影响

通过长期田间定位实验研究了不同施肥处理对红壤旱地土壤养分库累积和养分供给的影响。研究结果表明:长期单施氮肥易造成土壤酸化和土壤磷库消耗;不施氮肥土壤的氮库会发生明显耗竭,导致土壤水溶性氮含量下降;施用磷肥土壤的速效磷含量有所增加;施用有机肥(猪粪)可以显著增加土壤氮库、磷库和碳库,并缓解土壤酸化;有机肥施用使土壤速效磷含量大幅度增加,可能会导致磷素流失风险。     

长期施肥对红壤旱地有机碳、氮和磷的影响

通过长期田间定位实验研究了不同施肥处理对红壤旱地土壤养分库累积和养分供给的影响。研究结果表明:长期单施氮肥易造成土壤酸化和土壤磷库消耗;不施氮肥土壤的氮库会发生明显耗竭,导致土壤水溶性氮含量下降;施用磷肥土壤的速效磷含量有所增加;施用有机肥(猪粪)可以显著增加土壤氮库、磷库和碳库,并缓解土壤酸化;有机肥施用使土壤速效磷含量大幅度增加,可能会导致磷素流失风险。     

不同施肥模式对早稻季农田氮磷径流流失的影响

为探究湖南双季稻区早稻季防控稻田氮、磷养分流失污染的施肥模式,通过田间试验,设置了不施氮磷肥处理(CK)和常规施肥(CF)、有机肥替代(OM)、控释肥减施(CRF)、绿肥还田(GM)4种施肥模式,研究了不同施肥模式对稻田氮、磷养分径流流失的影响。结果表明:相较于常规施肥模式,有机肥替代、绿肥还田和控释肥减施模式稻田总氮径流流失量分别减少了12.80%、16.62%、28.55%,各施肥处理早稻总氮素流失率大小表现为:常规施肥有机肥替代绿肥还田控释肥减施,氮素流失形态主要以可溶性氮为主,占流失总氮的80.48%~91.96%,可溶性氮中以铵态氮为主。控释肥减施和绿肥还田模式均能减少稻田磷素径流损失量,与常规施肥模式相比,总磷径流流失量分别减少了6.26%和28.30%;有机肥替代模式稻田总磷径流损失量较常规施肥模式增加26.33%;各施肥处理早稻总磷流失率表现为:有机肥替代常规施肥绿肥还田控释肥减施,磷素流失形态前期以颗粒态磷流失为主,后期以可溶态磷为主。在4种施肥模式中,控释肥减施和绿肥还田模式能降低稻田氮磷径流流失量,在南方双季稻区推广这两种施肥模式可有效防控农田氮、磷流失污染风险。     

亚热带低丘区氮磷流失浓度和形态的季节性变化特点*

为了解不同利用方式土地氮磷流失的规律,对位于亚热带低丘区的3种不同土地利用方式小沟谷中不同季节的溪流水样进行了动态分析。结果表明,地表径流中氮磷的化学形态和浓度因流域土地利用方式、地表径流强度和季节的不同有较大的变化。总磷(TP)浓度一般是旱地>水田>林地,非雨期(地表径流强度较低)地表径流磷主要以溶解态排出,雨期(地表径流强度较高)磷主要以颗粒态(PP)排出；地表径流中TP浓度：雨期>>非雨期,夏季>秋季>春季>冬季,TP的流失具冲刷型特征；可溶性总磷(DTP)：水田>旱地>林地,雨期略高于非雨期,夏、秋季>春季>冬季；PP／TP：雨期>非雨期。可溶性全氮(DTN)浓度：水田>旱地>林地,夏、秋季>春季>冬季,非雨期>雨期；有机氮(OM－N)浓度：水田>林地>旱地；NH₄－N占DTN的比例：水田>旱地>林地；NO₃－N占DTN的比例：旱地>林地>水田。     

长期施肥紫色水稻土磷素累积与迁移特征

【目的】探讨长期不同施肥对钙质紫色水稻土磷素累积与迁移的影响。【方法】以长期肥料定位试验不同施肥处理的土壤为研究对象,试验处理包括不施肥（CK）、氮肥（N）、氮磷肥（NP）、氮磷钾肥（NPK）、有机肥（M,鲜猪粪）、有机肥+氮肥（MN）、有机肥+氮磷肥（MNP）和有机肥+氮磷钾肥（MNPK）8种施肥方式,研究不同施肥处理条件下钙质紫色水稻土磷素平衡、累积和去向状况,以及不同施肥方式对耕层（0-20 cm）土壤全磷、有效磷演变规律及土壤剖面（0-100 cm）全磷、有效磷迁移特征。【结果】钙质紫色水稻土33年不施用磷肥（CK和N）作物籽粒和秸秆磷素携出总量为613.12 kg·hm^-2,种苗、根茬、雨水及灌溉水带入土壤总磷量为106.61 kg·hm^-2,长期不施用磷肥土壤磷素表现出亏缺状况,年亏缺量为15.35 kg·hm^-2,且土壤磷含量随种植年限延续而下降,土壤全磷含量年均减少量为0.0011 g·kg^-1、有效磷含量年均减少量为0.029 mg·kg^-1;33年单施无机磷肥（NP和NPK）土壤磷素投入总量为1 880.03 kg·hm^-2、作物携出磷量为1 275.40 kg·hm^-2,有机肥处理（M和MN）土壤投入磷量为2 532.68 kg·hm^-2、携出磷量为757.50 kg·hm^-2;有机无机磷肥配施（MNP和MNPK）土壤投入和携出磷量分别为4 305.11和1 436.64 kg·hm^-2;不同施肥处理土壤磷素投入量都明显高于作物携出量,导致单施无机磷肥、单施有机磷肥和有机无机磷肥配施处理土壤磷素年盈余量分别为18.32、53.79和86.92 kg·hm^-2,年未知去向磷量分别为4.99、34.96和59.39 kg·hm^-2,土壤全磷含量年增加量分别为0.015、0.0018和0.018 g·kg^-1,有效磷含量年增加量分别为1.13、0.032和1.17 mg·kg^-1。长期不施用磷肥钙质紫色水稻土全磷含量随土层深度增加而降低,土壤有效磷含量则相反;长期施用磷肥土壤全磷和有效磷含量在土壤剖面都呈现出上下层高、中间低的空间分布格局。施用无机磷肥土壤磷素可迁移至60-80 cm土层,施用有机磷肥或有机无机磷肥配施土壤磷素可迁移至100 cm以下;随着磷肥施用年限持续,土壤磷素迁移深度和迁移量将会更大,有机肥的施用促使磷素向土壤下层迁移。【结论】连续数年施用磷肥后,土壤磷含量达到一定水平时应考虑减少磷肥用量,减少因有机肥过量施用导致的磷素快速积累和淋失。     

聚天门冬氨酸/盐对水稻田面水氮素变化及养分利用的影响

为探究聚天门冬氨酸/盐(PASP)对稻田氮素流失及水稻养分利用的调控作用,本研究以普通聚天门冬氨酸钙/锌盐和改性聚天门冬氨酸钙/锌盐为供试材料,在干旱棚条件下,通过水稻桶栽试验研究了PASP对水稻田面水氮浓度变化和水稻生长、氮磷钾养分吸收及土壤养分的影响。结果表明,与常规尿素对照处理相比,各聚天门冬氨酸/盐处理降低了田面水氮素浓度,尤其在施肥后第3 d和第5 d,铵态氮和硝态氮浓度显著降低了16.8%～44.7%和20.4%～42.8%。聚天门冬氨酸/盐的施用有利于水稻生长及产量提高,水稻株高、有效穗数、秸秆产量和籽粒产量以及氮、磷、钾养分吸收量均表现出增加趋势,其中改性聚天门冬氨酸钙盐处理显著增加了水稻株高(12.0%)、有效穗数(13.8%)、秸秆产量(9.26%)及籽粒氮含量(8.32%),氮肥表观利用率提高了8.4%,但差异不显著。聚天门冬氨酸/盐处理土壤氮含量也有所增加,尤其是NH4+-N含量显著增加,但土壤有效磷和速效钾含量受影响不大。综合水稻产量、养分吸收利用以及田面水氮素流失风险,改性聚天门冬氨酸/盐处理效果优于普通聚天门冬氨酸/盐,且改性聚天门冬氨酸钙盐处理最好。田间应用效果有待进一步验证。     

秸秆还田影响长江下游稻田周年氮磷径流风险

为了阐明秸秆还田模式和施氮量对稻田周年氮磷径流风险的影响,于2014年11月—2015年10月通过监测稻田在稻季田面水和麦季径流中的氮磷浓度,研究了秸秆不还田配施推荐施氮(N1)、麦秸还田配施推荐施氮(WN1)、稻秸还田配施推荐施氮(RN1)、稻秸麦秸均还田配施推荐施氮(WRN1)和稻秸麦秸均还田配施常规施氮(WRN2)5处理对长江下游稻田周年氮磷径流风险的影响。结果表明,秸秆还田增加小麦和水稻周年产量,增幅约9.03%～18.5%,其中WRN1和RN1处理增产效果显著高于WN1处理;与WRN2处理相比,WRN1处理可以维持稻田高产。在推荐施氮条件下,秸秆还田分别降低稻季田面水和麦季径流中溶解态总氮(DTN)浓度约5.17%～14.9%和12.3%,降低稻田氮径流风险;但增加溶解态总磷(DTP)浓度,增幅分别为6.67%～33.3%和30.0%,增加稻田磷径流风险。RN1处理下稻季田面水中DTN和DTP浓度均低于WRN1和WN1处理,且其DTP浓度与N1处理间无显著差异。在稻秸麦秸均还田下,WRN1处理下稻季田面水DTP浓度与WRN2处理没有显著差异,但能有效降低田面水DTN浓度的12.4%。研究表明,在长江下游稻-麦轮作农田推荐采用"RN1"模式,该模式可以维持稻田的周年高产和有效降低稻田的周年氮径流风险,同时对稻田的磷径流风险影响不显著,是一种兼顾粮食生产和生态环境效益的耕作模式。     

长期不同施肥下紫色土-作物体系镉累积及安全性评估

【目的】利用连续施肥23年(1991—2014)的稻麦长期定位试验,研究长期不同施肥对土壤-小麦/水稻轮作体系镉(Cd)累积的影响,为西南紫色土地区农产品质量安全和合理施肥提供科学依据。【方法】利用8个长期不同施肥处理:(1)CK(不施肥对照);(2)N(只施氮肥);(3)NK(只施氮、钾肥);(4)NPK(施氮、磷、钾肥);(5)NPK+M(化肥+猪、牛粪);(6)NPK+S(化肥+稻草还田);(7)1.5NPK+S(1.5倍化肥+稻草还田);(8)(NK)_(Cl)P+S(含氯化肥+稻草还田)。分别测定不同年际间土壤中全镉和有效镉含量以及作物中的镉含量,并评估镉的累积程度。【结果】随着施肥年限的增加,土壤全镉含量逐年提高;长期不施磷肥的CK、N、和NK处理土壤全镉累积提升较慢,施用磷肥、有机肥及含氯化肥处理提升较快,其中以NPK+M、1.5NPK+S和(NK)_(Cl)P+S处理土壤全镉含量提升最快,23年后分别增加了1.18、1.18、1.15 mg·kg~(-1);除不施磷肥处理外,其他所有处理土壤全镉含量均超过土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618—2018)中的土壤镉污染风险筛选值0.6mg·kg~(-1)。长期施肥处理的土壤有效镉含量均明显高于不施肥对照,其中长期施用N、(NK)_(Cl)P+S和1.5NPK+S处理土壤有效镉含量提升幅度较大。随着试验年份的增加各施肥处理水稻籽粒中镉含量呈上升趋势,但均未超过食品安全国家标准(GB 2762—2017,Cd≤0.2 mg kg~(-1));小麦籽粒中镉含量在不同年际间没有明显变化,除长期施用含氯化肥(NK)_(Cl)P+S处理籽粒中镉含量超过食品中污染物限量标准外(GB 2762—2017,Cd≤0.1 mg kg~(-1)),其他处理均未超标。【结论】本试验条件下,长期不同施肥、特别是施用磷肥和猪、牛粪有机肥均提高了土壤全镉含量,增加了其生态风险;而长期施用含氯化肥因使土壤p H下降而提高了有效镉含量,并导致小麦籽粒中镉含量超标。因此,防止镉因施肥等途径进入农田,是保证农产品安全生产的重要环节。     

化肥配施生物炭对稻田田面水氮磷流失风险影响

在控制外源氮输入相同的前提下,通过大田试验研究生物炭部分替代化肥作为底肥,不同生物炭施用量(5、10、20 t·hm~(-2))对水稻生长期内稻田田面水氮磷迁移转化特征的影响。研究结果表明:各处理的田面水总氮、硝氮、铵氮浓度在施肥后第3 d达到最高,然后迅速下降,并逐渐稳定;田面水总磷浓度在施肥后2~4 d内增幅较小,而后迅速下降至稳定,施加生物炭对田面水总磷的影响不大;可溶性磷浓度在施肥后2~4 d内处于平稳下降的状态,之后迅速下降至稳定。稻田施肥后10 d内是控制氮磷流失的最佳时段。采用生物炭代替部分化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田田面水的氮磷浓度,稻田退水氮、磷的输出负荷分别减少了39%~50%和38%~50%,显著提高了水稻生态效益。通过综合效益评估可知,施加5 t生物炭代替化肥是综合效益最高的施肥方法,该施肥方式下氮、磷的年输出负荷分别为16.83、1.89 kg·hm~(-2)。     

Effect of Long-Term Fertilization on Soil Productivity and Nitrate Accumulation in Gansu Oasis

A long-term （1982-2001） field experiment was conducted in a calcareous soil under wheat （Triticum aestivum L.）-wheat （Triticum aestivum L.）-maize （Zea mays L.） rotation system at Zhangye, Gansu Province, China to determine the effects of long-term fertilization on crop yield, nutrients interactions, content and accumulation of nitrate-N in soil profiles. Twenty- four plots in a split-plot factorial with a combination of eight treatments （from nitrogen （N）, phosphorus （P）, potassium （K） and farmyard manure （M） applications） and 3 replications were selected. Main treatments were M and without M, and the sub-treatments were no-fertilizer （CK）, N, NP and NPK. When P and K fertilizers were part of treatments, their ratio to N was 1N：0.22P：0.42K. All M, P and K fertilizers were applied as the basal dressing. The grain yield was harvested each experimental period and straw yield for the period from 1988 to 1997. After crop harvest in 2000, the soil was sampled from the 0-20, 20-60, 60-100, 100-140 and 140-180 cm depths to determine NO3^--N content. Maize yield of CK in 2000 was only 28.2% of that in 1984, and wheat in 2001 was 25.7% of that observed in 1982. Average impact of fertilizers on grain yield decreased in the order of N 〉 M 〉 P 〉 K. Yield response to N and P fertilizers increased with progress of the experiment. The impact of K fertilizer showed no increase in grain yield during the initial 6 years （1982-1987）, moderate increase in the next 5 years （1988-1992）, and considerable increase in the last 9 years （1993-2001）. The straw yield trend was similar to grain yield. Accumulation and distribution of NO3^--N in soil was significantly affected by annual fertilizations. Mineral fertilizers （NP and NPK） led to NO3^- -N accumulation in most subsoil layers, with major impact in the 20-140 cm depth. The combination of mineral fertilizers and farmyard manure （MNP and MNPK） reduced soil NO3^--N accumulation in comparison to mineral fertilizers, It can be argued that long-term fertilization significantly enhanced grain and straw yield in this rotation scheme. The findings of this research suggest that it is important to balance application of mineral fertilizers and farmyard manure in order to protect soil and underground water from potential NO3^--N pollution while sustaining high productivity in the oasis agro-ecosystem.     

长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响

【目的】研究长期增施有机肥/秸秆还田对作物产量及土壤氮素淋失风险的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量及降低农业面源污染风险提供依据。【方法】以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台,研究长达27年不同施肥处理对冬小麦-夏玉米产量、土壤肥力、氮素淋失风险和土壤氮素剖面分布的影响,试验共设置5个施肥处理,即：对照（CK）;氮磷钾（NPK）;氮磷钾+有机肥（NPKM）;氮磷钾+过量有机肥（NPKM+）;氮磷钾+秸秆还田（NPKS）。【结果】（1）在27年的不同施肥处理中,长期增施有机肥/秸秆还田均能使作物增产,改善土壤肥力。其中,增施有机肥处理尤为显著,与NPK相比,NPKM、NPKM+处理提高小麦和玉米产量分别为41%-50%和30%-32%;增加0-20 cm表层土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量分别为62%-121%、107%-187%;但降低小麦、玉米氮肥偏生产力（PFP_N）分别达22%-32%、27%-41%。而NPKS处理对作物增产及提升土壤肥力的作用低于增施有机肥处理,对小麦产量、玉米产量、SOC、TN含量的增幅分别为24%、6%、9%、97%,但提高小麦季PFP_N为216%、降低玉米季PFP_N为40%。（2）长期增施有机肥/秸秆还田处理中,0-20 cm表层土壤SOC、TN、硝态氮（NO₃^--N）、可溶性碳氮等养分含量以及氮矿化速率、硝化潜势等微生物学过程显著高于20-200 cm,说明长期增施有机肥/秸秆还田等外源碳的添加对土壤养分及微生物学过程的影响主要发生在表层。（3）与NPK相比,NPKM处理能够显著增加100-200 cm深层土壤中NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为17.8-26.1 mg·kg^-1;而NPKS处理在一定程度上能够增加0-100 cm土层NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为3.6-13.4 mg·kg^-1,表明增施有机肥会促进土壤NO₃^--N的向下迁移,而秸秆还田对土壤NO₃^--N具有一定的固持作用。此外,由于有机肥和秸秆带入的氮素, NPKM、NPKM+、NPKS处理氮盈余比NPK处理增加312%、1 037%、953%,大大增加了土壤氮素淋失风险。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥/秸秆还田会提高作物产量、增强土壤肥力,但会提高土壤氮盈余量,提高氮素淋失风险,尤其是增施有机肥会大大增加氮素淋失风险。     

Improvement of soil fertility and rice yield after long-term application of cow manure combined with inorganic fertilizers

Fertilization is an effective technique to improve soil fertility and increase crop yield. The long-term effects of different fertilizers on soil considerably vary. Over 38 consecutive years of different fertilization positioning experiments in a double cropping rice field of Qiyang Red Soil Experimental Station, seven different fertilization treatments including CK (no fertilization), NPK (nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizer), M (cow manure), NPKM (nitrogen, phosphorus, and potassium with cow manure), NPM (nitrogen and phosphorus with cow manure), NKM (nitrogen and potassium with cow manure), and PKM (phosphorus and potassium with cow manure) were applied to study the effects on rice yield, soil fertility, and nutrient apparent balance in a paddy field. The results showed that the annual average yields of rice in NPKM, NPM, NKM, PKM, M, NPK and CK treatments ranged from 6 214 to 11 562 kg ha^–1. Yields under long-term organic and inorganic treatments (NPKM, NPM, NKM and PKM) were 22.58, 15.35, 10.53 and 4.41%, respectively, greater than under the NPK treatment. Soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), available nitrogen (AN) and available potassium (AK) concentration with long-term organic and inorganic treatment (NPKM, NPM, NKM and PKM) were significantly higher than in inorganic fertilizer (NPK) treatments. Soil total phosphorus (TP) and available phosphorus (AP) contentration with organic fertilizer combined with inorganic N and P fertilizer treatment (NPKM, NPM and PKM) were significantly higher than with inorganic fertilizer alone (NPK treatments). The average annual rice yield (11 562 kg ha^–1), SOC (20.88 g kg^–1), TN (2.30 g kg^–1), TP (0.95 g kg^–1), TK (22.50 g kg^–1) and AP (38.94 mg kg^–1) concentrations were the highest in the NPKM treatment. The soil AN concentration (152.40 mg kg^–1) and AK contentration (151.00 mg kg^–1) were the highest in the NKM treatment. N and P application led to a surplus of nitrogen and phosphorus in the soil, but NPKM treatment effectively reduced the surplus compared with other treatments. Soils under all treatments were deficient in potassium. Correlation analysis showed that SOC, TN, AN, TP, and AP contentration was significantly correlated with rice yield; the correlation coefficients were 0.428, 0.496, 0.518, 0.501, and 0.438, respectively. This study showed that the combined application of N, P, and K with cow manure had important effects on rice yield and soil fertility, but balanced application of N, P, and K with cow manure was required.