华北平原氮肥周年深施对冬小麦-夏玉米轮作体系土壤氨挥发的影响

氮肥深施能有效减少土壤氨挥发，然而目前国内外关于小麦-玉米轮作体系氮肥深施缺乏周年系统性研究。本试验于2018年10月—2019年10月在中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作农田进行，利用动态箱法研究不同深施模式氨挥发损失率、氨挥发特征，旨在探讨冬小麦-夏玉米轮作体系下土壤氨排放对氮肥深施的响应，为减少农业源氨排放和优化农田施肥提供理论依据。试验设置5个处理：不施肥（CK）、常规肥料表施（T₁）、缓释肥表施（T₂）、缓释肥基追肥分层深施（T₃）、缓释肥一次性分层深施（T₄）。结果表明：氨挥发主要发生在玉米追肥季，占全年氨挥发量的84.84%；T₁、T₂、T₃和T₄处理的周年氨挥发累积量分别为22.75 kg·hm^-2、6.17 kg·hm^-2、2.25 kg·hm^-2和0.55 kg·hm^-2，分别占总施肥量的4.86%、1.32%、0.48%和0.13%。与常规肥料表施（T₁）相比，缓释肥处理（T₂、T₃和T₄）分别降低72.88%、90.11%和97.32%的氨挥发损失；一次性深施处理（T₄）能避开土壤氨高挥发期，周年氨挥发累积量与不施肥处理（0.43 kg·hm^-2）没有显著差异，且显著低于表施处理。CK、T₁、T₂、T₃和T₄全年产量分别为8.31 t·hm^-2、13.20 t·hm^-2、12.66 t·hm^-2、14.42 t·hm^-2和14.22 t·hm^-2；与常规肥料表施（T₁）相比，缓释肥深施（T₃和T₄）均可提高作物产量，分别增产9.25%和7.75%。而缓释肥表施（T₂）产量略有降低。综合考虑土壤氨排放和作物产量，缓释肥表施（T₂）可以显著降低土壤氨挥发，但是作物产量不稳定；而氮肥深施（T₃、T₄）能在保证作物高产的基础上显著降低土壤氨排放，是一种高效、简便、环境友好的施肥方式。     

北方冬小麦-夏玉米复种区生物炭与明矾配施对土壤碳氮状况影响研究

旨在为大田施用土壤调理剂改善土壤碳氮状况提供理论依据。在北方冬小麦-夏玉米种植区,选用生物炭和明矾作为土壤调理剂材料,设计T1（对照）、T2（生物炭）、T3（明矾）、T4（生物炭+明矾）4个处理的两茬定位试验。结果表明,T2（生物炭）与T4（生物炭+明矾）处理改善土壤碳氮状况、提高作物产量和氮素养分吸收的效果较好。经过两茬作物种植后,T4（生物炭+明矾）处理土壤有机碳含量有所提高,为15.82 g/kg,表层土壤C/N增加为10.88。土壤硝态氮经两茬作物种植后,T4（生物炭+明矾）处理改善效果最好,0~30、30~60、60~90²最高,其次为T4（生物炭+明矾）处理,而小麦以T4（生物炭+明矾）处理产量最高,为10.28 t/hm²。T4（生物炭+明矾）处理夏玉米和冬小麦的吸氮量均最高,分别为168.32 kg/hm²和35.49 kg/hm²。总体来看T4（生物炭+明矾）处理对改善农田土壤碳氮状况效果较好。     

华北平原春绿豆-夏玉米种植模式经济效益和碳足迹评价

华北平原是我国重要的粮食生产基地,长期集约化的冬小麦-夏玉米种植导致氮肥施用过量、地下水超采及碳排放增加等生态环境问题日益突出。因此,调整现有种植结构,构建资源节约型种植制度对缓解该区域生态环境问题具有重要意义。为明确新型春绿豆-夏玉米模式的可行性,本研究基于大田试验和生命周期评价方法(life cycle assessment, LCA),定量评估了春绿豆-夏玉米模式与冬小麦-夏玉米模式的产量、经济效益、碳排放和碳足迹。结果表明,春绿豆-夏玉米模式中绿豆与玉米的产量分别为1 760.1 kg·hm~(-2)和8 775.8 kg·hm~(-2),当量产量(换算为玉米产量)为18 833.4kg·hm~(-2),比冬小麦-夏玉米模式低20.4%(P0.05);周年净收入为27 085$·hm~(-2)(包括每年7 500$·hm~(-2)的冬季休耕补贴),比冬小麦-夏玉米模式高20.2%;周年碳排放为4 642.1 kg(CO2-eq)·hm~(-2),比冬小麦-夏玉米模式低36.1%;单位产值碳足迹为0.17kg(CO_2-eq)·$~(-1),比冬小麦-夏玉米模式低48.5%(P0.01)。综合来看,在华北平原引入春绿豆-夏玉米模式部分替代传统冬小麦-夏玉米模式,能够改善种植结构,同时提高农民收入、降低农业生产系统碳排放和碳足迹。     

前茬冬小麦栽培措施对后茬夏玉米光合特性及产量的影响

为了明确前茬冬小麦施氮和种植方式对后茬夏玉米光合特性及产量的影响,于2013-2015年华北平原冬小麦-夏玉米轮作区进行裂区试验。冬小麦施氮112.5 kg/hm2(N1)和225.0 kg/hm2(N2)为主处理,冬小麦等行距(U)改为夏玉米等行距(UR),20+40沟播(F)改为垄作(BP)的种植方式为副处理。结果表明,与UR和N1相比,BP和N2提高夏玉米叶面积指数(LAI)、叶绿素含量指数(CCI)、净光合速率(Pn)及干物质重(DM),且减缓LAI、CCI和Pn后期降低幅度。冬小麦季,与U相比,F种植方式增产3.1%、穗数提高6.9%、穗粒数提高2.4%。与N1相比,N2处理增产5.0%、穗数提高13.8%、穗粒数提高4.9%;夏玉米季,与UR比,夏玉米BP种植方式增产7.1%、穗粒数提高2.4%、收获指数提高5.9%。与N1相比,N2处理增产13.0%、穗粒数提高9.2%、收获指数提高11.9%。在华北冬小麦-夏玉米轮作区,冬小麦季施氮225.0 kg/hm2的条件下,氮肥后效明显,结合沟播冬小麦收获后在垄上直播夏玉米的种植方式是一种全程简化、高效、丰产的栽培措施,在华北平原冬小麦-夏玉米轮作区有很高的实践意义。     

太行山山麓平原30年间土壤养分与供肥能力变化

采用大面积土壤养分定位监测和肥料定位试验相结合的方法,研究了太行山山麓平原17个县851个点在1978—2008年的土壤养分动态变化及1996—1999年、2010—2012年两时段土壤供肥能力的变化。研究结果:1978—2008年间,太行山山麓平原冬小麦-夏玉米轮作区土壤有机质、全氮、有效磷的含量分别增加了7.67 g kg-1、0.31 g kg-1、17.77 mg kg-1;其中,1993—2008年间的变化量分别占1978—2008年间变化量总量的70.8%、60.0%、75.5%。土壤速效钾含量在1978—1993年间降低了16.45 mg kg-1,而在1993—2008年期间增加了14.40 mg kg-1。同时,土壤有机质、有效磷和速效钾含量的空间变异正在逐渐增加,土壤全氮含量的变化在逐渐减小。目前土壤供氮、磷、钾能力在冬小麦茬口分别为89.3%、84.6%、96.6%,较1996—1999年期间分别增加37.9、0.7、2.1个百分点;土壤供氮、磷、钾能力在夏玉米茬口分别为72.8%、90.2%、86.1%,比1996—1999年期间土壤供氮、磷、钾分别增加18.0、7.1、-4.8个百分点。土壤氮磷钾输入量超过作物需求量从而导致土壤有机质、有效磷和速效钾等肥力指标逐渐升高,作物产量对肥料养分的响应日趋迟钝,肥料利用率逐渐降低。     

麦季牛场肥水灌溉对冬小麦–夏玉米轮作土壤氮素平衡的影响

规模化畜禽养殖废弃物已成为当前重要的污染来源,为有效控制畜禽养殖污水面源污染,将处理后的养殖肥水作为水、氮资源进行农田灌溉,在华北冬小麦–夏玉米轮作灌溉区,连续3 a进行牛场肥水灌溉田间定位试验,研究冬小麦季牛场肥水灌溉对作物产量、氮表观利用率、土壤无机氮残留及轮作体系氮平衡的影响。结果表明,肥水灌溉能显著提高作物产量,肥水灌溉处理(冬小麦生育期内肥水灌溉带入氮为160、240和320 kg/hm2)冬小麦和夏玉米3 a产量平均增幅分别为36.78%和40.82%。随着牛场肥水灌溉年限的推移作物增产效果逐渐明显,冬小麦–夏玉米轮作体系作物累计氮利用率逐年升高,6季作物收获后氮累计利用率达47.87%~67.63%,肥水氮后效明显。肥水灌溉增加了100 cm土体内无机氮残留,NO3--N残留量显著高于NH4+-N。对冬小麦–夏玉米轮作体系氮平衡分析表明,随牛场肥水灌溉带入氮量增加,作物氮累计吸收增加,在冬小麦生育期内肥水氮带入量为160 kg/hm2夏玉米生育期内不施氮处理(T1),氮表观利用率显著高于其他肥水灌溉处理(T2和T3),100 cm土体无机氮残留率和氮表观损失率均显著低于T3处理,与T2处理差异不显著。该试验条件下,综合产量、氮累计利用率及土壤无机氮残留考虑,冬小麦–夏玉米轮作体系肥水灌溉适宜氮带入量为160~240 kg/hm2。适量牛场肥水灌溉冬小麦–夏玉米能够增加作物产量,增加作物对肥水氮的利用率,减少氮在土壤中的积累。     

不同栽培模式对小麦—玉米轮作体系土壤硝态氮残留的影响

在陕西关中地区研究了有限灌溉与旱地蓄水保墒栽培相结合的不同栽培模式和施氮量对冬小麦夏玉米轮作体系中硝态氮残留的影响。结果表明,种植五季作物后不同栽培模式0200.cm土壤剖面残留硝态氮平均在2183～29.kg/hm2之间,且残留的硝态氮主要集中在100200.cm土层。不同栽培模式相比,垄沟模式0200.cm土层的硝态氮残留量最高。随着种植年限和施氮量的增加,0200.cm土层硝态氮残留量随之显著增加。施用240kg/hm2氮肥,第五季作物收获后0200.cm土层硝态氮的残留量达477.kg/hm2;从第三季作物收获到第五季作物收获,残留硝态氮的增加量占这一时期氮肥施用量的比例高达51.6%。种植作物五季后,常规、节水和覆草模式在080.cm土层硝态氮残留量相对较低,而80.cm以下土层硝态氮残留量随着施氮量的增加明显增加。垄沟栽培模式在0200.cm土壤剖面残留硝态氮的量随施氮量增加显著增加,且在0120.cm土层硝态氮残留量明显高于其它模式。     

基于CiteSpace的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析

为探究华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的节水潜力,基于文献计量学方法,系统梳理了1995—2020年有关华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的文献发文量、被引量、高影响力期刊、作者、研究单位、高频词、试验站点,以分析其研究态势,并利用CiteSpace进行了可视化与关联分析。在此基础上,进一步整理了该模式中高灌溉需水量作物冬小麦的关键节水技术,包括了工程节水技术(喷灌、滴灌、微喷灌)、生物节水技术(品种选育)与典型农艺节水技术(优化灌溉制度)等,系统分析了各节水技术对冬小麦产量、耗水量、水分利用效率的影响。结果表明:1)华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度研究的相关发文量在近年来呈明显增加趋势,发展态势良好,但同时缺乏高被引论文。中国农业大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心、河南农业大学发文数量排在前三位,分别占总发文数的27%、10%和10%,在该领域具有较高的活跃度;2)从高频词来看,该领域主要聚焦于水分利用效率、产量、光合特性、生长特性、模型模拟等。但相关领域也存在问题,如主要作者、一些研究机构间合作不够密切,田间实验站点分布不均匀且缺少长期稳定的定位观测试验等;3)对于高灌溉需水量作物冬小麦的文献计量研究表明,喷灌、滴灌、微喷灌、选用抗旱节水品种等技术,可降低田间耗水量7%~13%、产量不同程度增加2%~10%,水分利用效率提高约5%~28%。优化灌溉制度,减少灌溉次数,且根据不同降水年型保证冬小麦关键生育期的需水,可降低田间耗水9%~25%,产量降低2%~18%,水分利用效率提高约6%~9%。综上,为进一步保证粮食生产与水资源安全,应将冬小麦-夏玉米一年两茬作为一个整体来充分考虑周年的水分利用,合理优化周年的灌溉制度,构建整合配套的农艺节水技术体系和灌溉设备与技术。     

冬小麦-夏玉米轮作中的磷肥推荐

本文以1986～1988年度冬小麦、夏玉米3×3多点试验数据分别建立了冬小麦、夏玉米包括土壤测试值(土壤全氮含量、Olsen-P 含量)在内的综合推荐施肥模型。通过1992年～1993年度冬小麦-夏玉米轮作施肥试验对模型进行了校验,以土壤 Olsen-P 含量变化规律将两种作物的综合推荐施肥模型联立起来。形成轮作综合推荐施肥模型。由轮作综合推荐施肥模型推导出冬小麦施用磷肥对夏玉米的后效效益方程,它与轮作试验结果十分吻合。