辽河三角洲稻区两种合理氮肥推荐阈值的方法研究

为研究辽河三角洲单季稻区合理氮肥投入阈值，于2012、2014、2016、2018年依托长期田间定位试验，借助不同的分析方法，即产量-效应曲线法和土壤氮素平衡法，研究不同施氮水平（纯氮0~420 kg·hm^-2）对水稻产量、氮肥利用率以及土壤氮素平衡的影响。结果表明：采用产量-效应曲线法得出辽河三角洲地区的理论施氮量为217 kg·hm^-2，采用土壤氮素平衡方法得出的理论施氮范围为221~235 kg·hm^-2。当施氮量为210~260 kg·hm^-2时，水稻产量（10 071~10 227 kg·hm^-2）及氮肥利用率（36%~43%）均较高，施氮量超过260 kg·hm^-2时，水稻氮肥利用率显著降低。综合考虑水稻产量、氮肥利用率以及土壤氮素平衡三个指标，目标产量超过10 000 kg·hm^-2时，辽河三角洲地区氮肥施用推荐阈值为217~235 kg·hm^-2。本研究得到的推荐氮肥用量比当地农民常规用量（270~300 kg·hm^-2）降低了13%~28%，有效减少了氮素在土壤中的盈余与淋失风险，为该地区水稻减氮高产栽培提出了切实可依的理论依据。     

基于产量和环境友好的黄土高原半干旱区玉米氮肥投入阈值研究

为确定黄土高原半干旱区玉米的合理氮肥投入阈值,采用田间试验和室内分析方法,在甘肃省定西市安定区连续3年定位研究了不同施氮量对玉米产量、土壤矿质氮累积量、土壤氮素表观平衡等的影响。结果表明,施用氮肥对玉米有显著的增产作用,施氮量为243.72 kg·hm^-2时,玉米产量最高,为8 139.65 kg·hm^-2。之后随施氮量的增加,玉米产量不增反降,产量与施氮量呈显著的二次抛物线关系;土壤矿质氮累积量与施氮量呈极显著指数相关关系,在200 cm土层内的累积量随施氮量及施氮年限的增加而增大,施氮量为270 kg·hm^-2时,矿质氮累积量为563.01 kg·hm^-2,显著高于施氮量为180、225 kg·hm^-2处理的矿质氮累积量（410.88、480.97 kg·hm^-2）;氮表观平衡值与施氮量呈极显著线性正相关。氮素表观平衡值为0时,施氮量为179.50 kg·hm^-2。施氮量在179.50~243.72 kg·hm^-2时,玉米产量为7 925.14~8 139.65 kg·hm^-2,土壤矿质氮累积量为409.83~513.08 kg·hm^-2,氮素平衡值为0~49.15 kg·hm^-2。综合分析提出,施氮量为179.50~243.72 kg·hm^-2是黄土高原半干旱区既保证玉米高产稳产又保证土壤氮素盈余及矿质氮残留较少,可实现环境安全的氮肥投入阈值。     

河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮素平衡及氮肥投入阈值研究

为确定河西绿洲灌区膜下滴灌条件下基于产量及环境安全的水稻氮肥投入阈值,于2020、2021年在张掖节水农业试验站开展水稻膜下滴灌栽培田间试验,研究不同施氮水平（纯氮0、135、225、315、405 kg·hm^-2）对水稻产量、土壤矿质氮累积及土壤氮素平衡的影响。结果表明,水稻产量与施氮量呈显著的二次抛物线关系,最佳经济效益氮肥用量为222 kg·hm^-2,对应水稻产量为5 684 kg·hm^-2（最高产量的99.7%）。土壤矿质氮累积量与施氮量呈显著的指数相关关系,施氮量为225 kg·hm^-2时,矿质氮累积量为119 kg·hm^-2,与135 kg·hm^-2施氮量处理差异不显著,施氮量达到315 kg·hm^-2时,矿质氮累积量显著增加,并且出现由浅层向深层迁移的趋势;氮表观平衡值与施氮量呈显著线性正相关,土壤氮素达到表观平衡时,对应的施氮量为171 kg·hm^-2。综合考虑产量、矿质氮累积量、土壤氮盈余与施氮量的关系,得出河西绿洲灌区膜下滴灌水稻合理氮肥投入阈值为171~222 kg·hm^-2。该施氮量比最高产量氮肥用量降低10.8%~31.3%,既保证了水稻高产稳产,又有效降低了氮素在土壤中的盈余与淋失风险,为该区域水稻减氮高产高效栽培提供了理论依据。     

稳定氮肥用量对夏玉米产量和氮肥利用率的影响

通过大田小区试验,研究了稳定氮肥不同用量对夏玉米产量、养分累积量、氮肥利用效率及经济效益的影响。结果表明,与不施稳定氮肥相比,稳定氮肥施氮量90、150、210 kg·hm^-2和270 kg·hm^-2分别增产36.7%、62.1%、76.6%和81.9%,地上部氮素总累积量分别增加39.0%、60.3%、79.0%和113.4%,经济效益分别增加36.1%、61.2%、72.7%和77.1%;与农民习惯施用氮肥相比,高量稳定氮肥用量210 kg·hm^-2和270 kg·hm^-2分别增产7.3%和10.5%,地上部氮素总累积量分别增加3.2%和23.0%,经济效益分别增加9.7%和11.4%。施用稳定氮肥促进夏玉米对氮素的吸收累积,高量210 kg·hm^-2和270kg·hm^-2处理较习惯施氮提高总吸氮量。施用稳定氮肥各处理氮肥表观利用率和农学效率显著高于农民习惯施氮,偏生产力高于农民习惯施氮,生理效率除270 kg·hm^-2处理外,高于农民习惯施氮。稳定氮肥施氮量在210 kg·hm^-2时,能较好地协调玉米高产与稳定氮肥合理利用的统一。     

不同氮肥管理方式对华北粮田N2O排放和作物产量的影响分析

通过华北小麦和玉米田已发表文献分析,明确不同施氮量、氮肥基追比及氮素调控措施对土壤N₂O排放和作物产量的影响。结果表明：高氮水平下减少氮肥用量并调整基追比有助于减少土壤N₂O排放;添加硝化抑制剂双氰胺（DCD）对小麦和玉米产量的提高和土壤N₂O的减排效果均较好。兼顾华北粮田N₂O减排和作物产量,小麦季推荐合理施氮量167～174 kg·hm^-2,基追比1∶1,添加DCD,土壤N₂O总排放量为 0.31 kg·hm^-2,籽粒产量6200 kg·hm^-2以上;玉米季推荐合理施氮量177～181 kg·hm^-2,基追比2∶3～1∶2,添加DCD,土壤N₂O总排放量1.70 kg·hm^-2,籽粒产量9000 kg·hm^-2以上。     

长期配施有机肥对宁夏引黄灌区水稻产量和稻田氮素淋失及平衡特征的影响

在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,通过4年的田间定位试验研究了长期配施有机肥对水稻籽粒产量、氮素吸收利用和氮素淋失特征的影响。试验共设置5个处理:不施用氮肥(T₁)、常规化学氮肥300 kg·hm^-2(T₂)、优化化学氮肥210 kg·hm^-2+有机肥氮肥90 kg·hm^-2(T₃)、优化化学氮肥240 kg·hm^-2(T₄)、优化化学氮肥195 kg·hm^-2+有机肥氮肥45 kg·hm^-2(T₅).用稻田退水采集装置收集20、60 cm和100 cm深度的淋溶水,计算氮素淋失量。试验结果表明:在常规施氮和优化施氮水平下配施有机肥,水稻籽粒产量没有降低,氮肥利用率分别提高了5.2、1.9个百分点;配施有机肥可以显着降低田面水中的总氮浓度和土体中氮素淋失量,20 cm土层中总氮淋失量分别降低了9.99%和6.02%,100 cm土层中总氮淋失量分别降低了17.9%和9.3%;氮平衡特征计算结果表明,同等施氮水平下配施有机肥氮素表观损失量分别降低了12.1%和12.5%.与常规只施用化肥比较,配施有机肥可以显着降低氮素的淋洗损失,优化施氮水平下配施有机肥(T₅处理)为协调水稻产量和环境安全的合理选择。     

水氮处理对复播油葵产量和水氮利用效率的影响

为探明不同水氮处理对复播油葵生长、产量及水氮利用效率的影响,采用裂区设计,设置不同灌水处理:低水处理(2 250 m³·hm^-2)、中水处理(3 750 m³·hm^-2)、高水处理(5 250 m³·hm^-2)和不同施氮处理:不施氮处理(0 kg·hm^-2)、低氮处理(120 kg·hm^-2)、中氮处理(240 kg·hm^-2)、高氮处理(360 kg·hm^-2)进行大田小麦复播油葵试验。结果表明:复播油葵氮素吸收量、氮肥利用效率随灌水量的增加而增加;施氮量在0~240 kg·hm^-2时,复播油葵的产量随着施氮量的增加而增加,施氮量超过240 kg·hm^-2时增加不显著;随灌水量的增加,复播油葵耗水量增加,水分利用效率先增加后降低,且均在施氮240 kg·hm^-2和360 kg·hm^-2处理间无显著差异。本试验条件下,生育期内灌水5 250 m³·hm^-2(高水)、施氮360 kg·hm^-2(高氮)时,复播油葵的产量为3 598 kg·hm^-2,生育期内中水3 750 m³·hm^-2、中氮240 kg·hm^-2时,复播油葵的单盘粒重、千粒重和产量表现一致,产量为3 518 kg·hm^-2,综合考虑各因素,中水中氮的处理为产量和效益兼优的最佳组合。     

春玉米产量、氮肥效率及土壤矿质氮对施氮的响应

为了提高氮肥增产效益,减少对环境的污染,通过田间试验研究了施氮量对春玉米产量、氮肥效率及土壤矿质氮的影响。结果表明,施氮量较低时,春玉米籽粒产量随施氮量增加显著增加,当施氮量高于180 kg·hm^-2时,产量保持不变或有减少趋势。氮肥农学利用率、氮素吸收效率、氮素偏生产力和氮收获指数均随着施氮量增加显著降低,氮肥表观利用率和氮肥生理利用率均先增加后降低。从苗期到收获期,施氮处理0~60 cm土层硝态氮含量呈现"上升-下降-上升-下降-稳定"的变化趋势,而60~120 cm土层硝态氮在春玉米生长后期有增加的趋势。随着土层加深,土壤硝态氮含量呈波浪式下降,施氮量240 kg·hm^-2和300 kg·hm^-2处理在60~100 cm土层硝态氮含量均显著高于其他处理。随着施氮量增加,0~120 cm土层硝态氮累积量显著增加,当施氮量超过240kg·hm^-2时,土层中累积的硝态氮存在着较大的淋溶风险。综合考虑产量、氮肥效率和环境效应,179~209 kg N·hm^-2是本试验条件下春玉米的合理施氮量。     

秸秆还田下氮肥用量对玉米产量及土壤无机氮的影响

研究连续2年秸秆还田下氮肥用量对玉米产量、氮肥利用率及土壤硝态氮的影响,结果表明,玉米产量随着施氮量的增加逐渐增加,施氮量达到216 kg·hm^-2时,产量最高,施氮量超过216 kg·hm^-2时产量有降低的趋势。相同施氮处理玉米产量年际变化明显,2010年较2009年产量提高0.69%~4.75%。氮肥利用率、氮肥农学利用率和氮收获指数随着秸秆还田年限的增加,均有不同程度的增加。2年0~100 cm土层土壤硝态氮含量均以施氮240 kg·hm^-2最高,且有向土壤深层迁移的趋势,对浅层地下水构成潜在的威胁。与施氮240 kg·hm-2相比,施氮168、192 kg·hm^-2和216 kg·hm^-2处理0~100 cm土壤无机氮残留量2年平均减少39.87%、35.84%和29.38%。相同施氮处理,0~100 cm土壤无机氮累积量2010年较2009年略有降低。综合考虑玉米产量、氮肥利用率与生态环境效益,该地区最适施氮量200 kg·hm^-2左右。     

秸秆还田与氮肥配施对中南地区稻田土壤固碳和温室气体排放的影响

秸秆还田和氮肥施用是影响稻田土壤固碳潜力和温室气体排放的重要农作措施。通过研究油菜秸秆全量还田并配合施入不同量氮肥（150、225、300 kg·hm^-2和375 kg·hm^-2）对稻田土壤固碳量和温室气体排放的影响,评估综合增温潜势,对分析秸秆还田配施氮肥对稻田固碳效果有重要作用。结果表明,与单施氮肥和单施秸秆处理相比,秸秆还田配施氮肥显著增加土壤固碳量,秸秆配施氮肥处理固碳量最高值为147.74 kg·hm^-2,比单施氮肥处理平均高出38%。在降低温室效应方面,与单施氮肥相比,秸秆配施氮肥处理显著降低N₂O的累积排放量;与单一秸秆还田处理相比,秸秆配施氮肥处理显著提高水稻产量,降低CO₂的累积排放量,但在一定程度上增加了CH₄的排放。秸秆配施氮肥处理的温室气体强度和综合温室效应分别为0.372、5 394.22 kg CO₂-eq·hm^-2,显著低于单施氮肥处理的0.630、9 339.94 kg CO₂-eq·hm^-2,以及单一秸秆还田处理的0.816、9 872.2 kg CO₂-eq·hm^-2,因此,秸秆还田配施氮肥是降低温室气体排放强度、减缓净温室效应的有效措施。     

山东省冬小麦-夏玉米轮作体系土壤氮素盈余指标体系的构建与评价——以德州市为例

山东省德州市是我国重要的粮食生产基地,大量施用氮肥以及氮素流失是该地氮素污染的重要原因,设定合理的氮素盈余指标体系迫在眉睫。本研究以田间试验研究和文献荟萃为基础,探究德州市冬小麦-夏玉米轮作氮素盈余情况,建立该地氮盈余指标体系,并运用欧氏距离法对德州市当前氮素管理指标进行评价。结果表明:德州市整个冬小麦-夏玉米轮作体系轮作周期氮素盈余量为196.84 kg N·hm~(-2)·a~(-1),小麦季氮素盈余量为111.07 kg N·hm~(-2),玉米季氮素盈余量为85.77 kg N·hm~(-2)。氮素盈余量在30～70 kg N·hm~(-2)·a~(-1)时为德州市整个轮作周期氮素盈余量推荐值;德州市小麦季氮素盈余量推荐值为10～50 kg N·hm~(-2);德州市玉米季氮素盈余量推荐值为20～60 kg N·hm~(-2)。在氮素的损失方面,氨挥发以及淋洗是氮素损失的主要去向。小麦季的氮素污染程度高,玉米季氮素污染程度相对较低。运用欧氏距离法计算德州市氮素管理水平(A值)为0.63,属于中级管理水平。综上,德州市冬小麦-夏玉米轮作体系农田氮素含量较高,从而导致氮素大量损失。加强氮素管理水平,提高氮素利用率是德州市氮素资源管理的长期任务。     

长三角地区蔬菜生产的活性氮损失和温室气体排放估算

基于相关统计数据,本文采用生命周期评价(LCA)方法,研究了长三角地区三省一市蔬菜生产的活性氮损失和温室气体排放。结果表明:长三角地区蔬菜生产的活性氮损失和温室气体排放潜值较高,2012—2016年平均分别为103 kg N·hm~(-2)和5 930kg CO_2-eq·hm~(-2);不同年份间活性氮损失和温室气体排放差异显著,2015年活性氮损失和温室气体排放潜值最低,分别为95 kg N·hm~(-2)和5 618 kg CO_2-eq·hm~(-2),其活性氮损失和温室气体排放潜值分别较其他年份低6.5%～12.3%和3.5%～9.0%;5 a平均活性氮损失和温室气体排放潜值露地蔬菜分别为106 kg N·hm~(-2)和5 157 kg CO_2-eq·hm~(-2);设施蔬菜分别为93 kg N·hm~(-2)和8 760 kg CO_2-eq·hm~(-2);与该区其他省市蔬菜生产相比,浙江5 a平均活性氮损失低2.8%～13.7%,安徽温室气体排放潜值低1.4%～10.7%。针对蔬菜生产高氮肥投入、活性氮损失以及温室气体排放问题,在田间管理时可采取控制氮肥用量、优化施用氮肥、合理使用增效氮肥等措施。     

亚热带丘陵小流域氮平衡及调控对策

以位于湖南省长沙县的两个亚热带丘陵小流域(约50 km2)为目标区域,综合2012—2014连续3年的野外定位观测、入户调查及统计数据资料,建立氮素收支框架模型,定量分析了农区和森林-农区小流域氮素的输入、输出特征及主要影响因素。结果表明:农区小流域氮素的输入、输出以及盈余强度平均分别为312.0、165.1、146.9 kg·hm~(-2)·a~(-1);森林-农区小流域氮素的输入、输出以及盈余强度平均分别为160.2、83.3、76.9 kg·hm~(-2)·a~(-1)。两个小流域具有较为类似的输入输出结构:饲料与肥料是亚热带小流域N输入的主要来源,合计占73.4%(农区)和63.9%(森林-农区);氨挥发与反硝化等N的气态损失是流域N输出的主要形式,平均占50%以上,而产品输出仅占N输出的1/4~1/3。减少化肥投入与适当控制畜禽养殖规模是控制小流域氮输入的主要途径,采取相应的技术措施减少N气态损失及增强N的流域内循环是提高小流域N利用效率和防控农业面源污染的主要措施。     

应用于水稻生产的增效减负环保型施肥技术比对——以宁夏引黄灌区为例

过量施肥及盲目灌溉导致宁夏引黄灌区水稻种植中氮素淋失严重,氮肥利用率低下.探索能够在保障水稻产量前提下减少氮素淋失、提高氮素利用率的环保型施肥技术是该区域实现农业可持续发展的现实需求.本研究在前期研究的基础上,就不同施肥技术对灌区水稻生育期内氮素淋失、氮素利用率及水稻产量的影响效果进行比对,旨在为后续工作中技术筛选及推广提供依据.试验共设置4个处理,分别是(1)无肥对照(CK):不施氮肥;(2)常规施肥(FP):施用氮肥300 kg N·hm^-2, 60%作为基肥,分蘖和孕穗期各追肥20%;(3)侧条施肥(SD):施用水稻专用控释肥120 kg N·hm^-2,水稻插秧时将肥料一次性施入;(4)育苗箱全量施肥(NB):施用水稻专用控释肥,用量为120 kg N·hm^-2,育秧时一次性全量施入育秧盘.结果表明,采用SD和NB在氮素用量较FP降低60%的情况下,水稻产量都不会下降.SD可以显着降低稻田氮素淋溶损失,FP水稻生育期内可溶性总氮(TN)、硝态氮(NO₃-N)和铵态氮(NH₄⁺-N)淋失量分别为39.89、26.22 kg·hm^-2和5.49 kg·hm^-2,SD和FP相比,TN、NO₃-N和NH₄⁺-N的淋失量分别减少18.97、11.18 kg·hm^-2和2.27 kg·hm^-2;同时SD可以显着提高宁夏灌区水稻氮素利用率,较FP提高21.4%. NB和FP相比,TN、NO₃-N和NH₄⁺-N淋失量分别减少14.36、10.14 kg·hm^-2和1.84 kg·hm^-2,氮素利用率亦提高15.7%,但是TN、NO₃-N和NH₄⁺-N淋失量较SD处理分别增加4.61、1.04 kg·hm^-2和0.43 kg·hm^-2,同时氮素利用率亦减少5.7%.综合考虑水稻产量和环境效益,SD更适合在宁夏灌区水稻种植中推广应用.     

内蒙古河套灌区主要作物农田氮素平衡及潜在污染状况分析

为从氮素平衡的角度研究河套灌区氮素潜在污染风险,本文以河套灌区主要种植作物玉米和向日葵为研究对象,分析了传统种植模式下玉米和向日葵收获期农田土壤无机氮残留现状,并从氮素平衡角度利用氮素盈余、氮素潜在损失对玉米和向日葵种植的环境污染风险进行了分析。结果表明：河套灌区农田土壤残留无机氮随着施氮量的增加而增加,玉米田和向日葵田0~90 cm土壤无机氮（以N计）平均残留量分别为66.11 kg·hm^-2和45.53 kg·hm^-2。灌区中部的五原县玉米田土壤无机氮残留量最高,可达336.93 kg·hm^-2,向日葵田以东部乌拉特前旗最高,残留量达273.66 kg·hm^-2。玉米田和向日葵田平均氮素年输入总量分别为514.81 kg·hm^-2和314.73 kg·hm^-2,以化肥氮为主,占总氮素输入的85%以上。氮素输出主要是作物吸收带走,玉米和向日葵平均氮素年输出总量为362.10 kg·hm^-2和209.65 kg·hm^-2。过高的氮素输入导致玉米和向日葵年平均氮素盈余分别高达235.71 kg·hm^-2和168.08 kg·hm^-2,并伴随着每年169.60 kg·hm^-2和122.55 kg·hm^-2潜在损失的氮素。通过氮素平衡的综合分析得出,内蒙古河套灌区保持现有产量水平的玉米氮肥推荐用量约为280 kg·hm^-2,向日葵为150 kg·hm^-2,与目前河套灌区玉米和向日葵氮肥投入相比,分别节约198 kg·hm^-2和128 kg·hm^-2,同时该施用量也可以显著降低潜在损失的氮,降低环境压力。     

化肥减量替代对华北平原小麦-玉米轮作产量及氮流失影响

为降低氮素流失风险,提高肥料利用效率,在华北平原采用田间定位试验研究了不同施肥措施对小麦-玉米产量、周年氮素淋溶和径流损失的影响。结果表明,相比当地常规施肥处理(CON),减施氮肥150 kg·hm~(-2)的条件下,单施化肥(RF)和10%比例沼液替代(RFM)不会降低小麦和玉米产量。相较于CON处理的氮素年均盈余量218.1 kg·hm~(-2),RF和RFM处理氮盈余量分别显著降低了66.7%和55.9%。CON处理总氮平均淋失浓度和年均淋失量分别为33.70 mg·L~(-1)和22.01 kg·hm~(-2),与之相比,RF处理总氮平均淋失浓度和年均淋失量分别降低了31.45%和30.58%,而RFM处理分别降低了40.65%和43.39%。试验期间径流产流只发生2次,氮素淋溶发生次数和氮损失量远高于径流损失,因此淋溶是氮素流失的主要途径。CON处理总氮平均径流浓度和年均径流流失量分别为23.0 mg·L~(-1)和0.095 kg·hm~(-2),与之相比,RF处理总氮平均径流浓度和年均径流流失量分别降低了32.9%和30.5%,而RFM处理分别降低了45.5%和50.5%。由于施肥量较高,CON处理氮淋溶表观流失率为4.19%,而RF和RFM处理氮淋溶表观流失率分别降低了2.86%和20.76%。NO_3~--N是氮素流失的主要形态,分别占淋溶和径流总氮流失量的66.3%和73.3%,其与总氮流失变化趋势一致。综上,化肥减量配施沼液在保证作物产量的情况下,是降低氮素流失的有效措施。