基于地区和土类的吉林省农田耕层土壤氮素时空变化特征

为明确吉林省农田耕层土壤氮素营养的时空变化特征,基于2005—2013年间测土配方施肥项目测定的土壤全氮和碱解氮数据,分析吉林省不同地区、土类农田耕层土壤氮素养分的空间变异特征,并与第2次土壤普查数据对比,探讨土壤氮素养分的时间变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤全氮含量为0.4~3.9g/kg,平均为(1.62±0.60)g/kg,碱解氮含量为15~360 mg/kg,平均为(145.0±59.5)mg/kg。不同土类之间全氮和碱解氮含量的高低顺序一致,均以暗棕壤最高,平均分别为(2.02±0.57)g/kg和(190.2±72.80)mg/kg,其后依次为白浆土、水稻土、黑土、草甸土、黑钙土和风沙土;空间变异方面,吉林省农田耕层土壤氮素营养水平呈自东向西逐渐下降的分布特征,全氮和碱解氮含量在县域尺度上存在显著正相关关系;时间变化方面,吉林省农田耕层土壤全氮和碱解氮含量相比第2次土壤普查均呈明显上升趋势,中部地区变化最显著,西部地区变化相对较小。不同土类之间,黑土、黑钙土、草甸土和风沙土呈上升趋势,而暗棕壤、白浆土和水稻土出现下降,其中以风沙土的增加和暗棕壤的下降最明显。综上所述,吉林省农田耕层土壤氮素营养状况在空间上存在显著差异,时间上也发生了巨大变化。建议中部粮食主产区应严格控制作物施氮量以提高氮肥效率,降低环境风险,东、西部地区应因地制宜优化氮肥管理以提升地力,实现增产增效。     

吉林省玉米施肥效果与肥料利用效率现状研究

【目的】本研究通过收集整理2005~2013年国家测土配方施肥项目在吉林省布置的1110个“3414”田间试验,分析了施用氮、磷、钾肥对玉米产量、经济效益的影响,测算了氮、磷、钾肥的利用效率,目的在于明确当前生产条件下吉林省玉米的施肥效果与肥料利用效率,为肥料的合理施用与配置提供依据。【方法】选取玉米“3414”田间试验的处理1（N₀P₀K₀）、处理2（N₀P₂K₂）、处理4（N₂P₀K₂）、处理6（N₂P₂K₂）和处理8（N₂P₂K₀）,分别记为不施肥（CK）、不施氮（-N）、不施磷（-P）、氮磷钾配施（NPK）和不施钾（-K）处理,研究不同施肥处理下的玉米产量、产值、施肥利润和产投比,比较增施氮、磷、钾肥的增产效应以及不同肥料的农学效率、偏生产力和肥料贡献率。另外,分析不施肥处理（缺素处理）玉米产量与相应肥料贡献率之间的关系,并利用模型进行模拟。【结果】不施肥条件下,当前吉林省玉米的平均产量和产值分别为6.6 t/hm2和1.21×103 yuan/hm2。施肥可显著提高玉米的产量和经济收益,其中以NPK处理的玉米产量和施肥利润最高,平均分别为10.1 t/hm2和5.07×103 yuan/hm2,其后分别为-K处理（8.9 t/hm2、3.27×103 yuan/hm2）、-P处理（8.7 t/hm2、2.83×103 yuan/hm2）和-N处理（7.7 t/hm2、1.39×103 yuan/hm2）。在其他养分施用基础上,增施氮、磷、钾肥可平均分别增产2.36 t/hm2（35.1%）、1.39 t/hm2（18.0%）和1.18 t/hm2（14.9%）,平均施肥利润分别为3.68×103、2.24×103和1.80×103 yuan/hm2。当前生产条件下,吉林省玉米在氮磷钾配施条件下的肥料农学效率、偏生产力和肥料贡献率分别为11.4 kg/kg N、32.8 kg/kg和34.7%,而增施氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为14.3 kg/kg N、20.5 kg/kg P₂O₅和17.2 kg/kg K₂O,平均偏生产力分别为61.1、146.4和142.4 kg/kg,平均肥料贡献率分别为23.4%、14.1%和11.9%。分析发现,氮磷钾肥配施（或某一肥料）的肥料贡献率随不施肥处理（或相应缺素处理）玉米产量的提高而显著下降,且关系符合对数函数模型,说明提高基础地力可减少对外源肥料的依赖。【结论】吉林省玉米氮磷钾肥的增产效果和肥料利用率相比全国平均水平较高,但仍需重视氮肥管理以稳产增效,继续大力推广平衡适量施肥理念及相应技术,在实现作物增产的同时提高肥料利用效率并促进土壤培肥。     

固定化藻球的强化研究

为解决褐藻胶球在含磷污水中结构易疏松、小球藻易泄漏及胶球易破碎的问题,进行了添加质量分数为1%的活性炭和CaCl2溶液浸泡固定化藻球的加固强化的试验。结果表明,采用添加活性炭的方法可以很好地改进固定化小球的性能,其最佳的添加量为海藻酸钠凝胶的1%;加固胶球系统对氨氮(NH4+-N)的去除率持续增加,最高可增至80%左右;对正磷酸盐(PO43--P)也有较好地去除效果,去除率可达96%以上;胶球经过加固后,胶球内藻细胞密度得到较大提高,固定化性能得到改善。     

吉林省农田耕层土壤pH的时空变化特征

本研究通过分析2005~2013年测土配方施肥项目在吉林省采集的大量土壤样品,明确了不同地区农田耕层土壤pH的空间变异特征,并与第二次土壤普查数据对比探讨了土壤pH的变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤pH分布在3.8~9.1之间,平均值为6.5。不同类型农田土壤pH的高低顺序为:黑钙土风沙土草甸土黑土白浆土≈暗棕壤水稻土。空间上,吉林省农田耕层土壤呈现自西向东逐渐降低的分布特征,以西部白城市的通榆县最高而东部延边朝鲜族自治州的汪清县最低。时间上,与第二次土壤普相比,吉林省各种土类的pH存在共性的土壤酸化趋势。不同土类间pH的降幅存在较大差异,代表性的黑土下降约0.5个单位,酸化程度较大的草甸土和水稻分别下降了1.4和1.6个单位,而酸化程度较小的白浆土下降了0.1个单位。吉林省农业生产中应控制化肥用量,调整肥料品种,合理增施有机肥,大力推广秸秆还田,从而缓解土壤酸化趋势,改善土壤肥力。     

秸秆不同还田模式下磷钾释放特征及其对玉米产量的影响

连续两年(2021—2022年)在吉林省四平市设置田间定位试验,采用尼龙网袋法测定覆盖(SM)和翻压(SB)两种秸秆还田方式和不施氮肥(N0)、180 kg·hm^-2(N180)两种施氮水平下秸秆磷、钾释放率,旨在明确黑土区玉米秸秆磷、钾释放规律对还田方式和氮肥管理的响应及其对玉米产量的影响。结果表明,还田方式与施氮显著影响秸秆磷、钾释放,SB处理秸秆磷两年累积释放率平均为69.7%,显著高于SM处理的54.5%;与N0处理相比,施氮处理秸秆磷释放率提高了12.3%。SB处理秸秆钾两年累积释放率平均为95.6%,显著高于SM处理的94.2%;而施氮对秸秆钾累积释放影响同样显著,肥料氮素投入使秸秆钾累积释放率提高1.1%。通过对秸秆磷、钾替代潜力的估算,认为秸秆磷对磷肥(P₂O₅)替代潜力较低,为9.1 kg·hm^-2;但秸秆钾对钾肥(K₂O)替代潜力较高,为141.0 kg·hm^-2。两年间还田方式对玉米产量无明显影响,但玉米穗粒数存在一定差异。SB处理玉...     

基于产量、氮效率和经济效益的春玉米控释氮肥掺混比例

设置多年多点大田试验,研究多环境条件下控释氮肥与普通尿素不同掺混比例对春玉米拔节期生长发育、成熟期产量及产量构成因素、氮素利用效率和经济效益的影响,并建立产量、氮肥偏生产力和施肥利润与控释氮肥掺混比例之间的关系以确定最佳掺混比例。结果表明,增加控释氮肥掺混比例可促进春玉米拔节期生长发育,其中显著增加叶片数并改善叶片氮营养状况。9个试验综合显示,春玉米产量和施肥利润随控释氮肥掺混比例的增加而显著提高并均在30%时达到最高,分别为10.12 t hm-2和5 071元hm-2,较普通尿素全施处理分别增加了0.98 t hm-2(10.8%)和1 639元hm-2(47.8%)。提高控释氮肥掺混比例获得增产的主要原因是显著增加了春玉米成熟期的穗粒数,同时对收获穗数也表现出积极影响。控释氮肥掺混比例增加显著提高春玉米的氮肥偏生产力,同时土壤氮素依存率则显著下降,两指标均在掺混比例超过30%后不再明显变化。各试验点春玉米的产量、氮肥偏生产力和施肥利润在整体上与控释氮肥掺混比例均存在极显著的一元二次关系,基于此三项指标推算得出适宜掺混比例平均分别为35.1%、35.2%和33.7%。可见,控释氮肥掺混施用有利于促进春玉米生长发育,获得增产增收并提高氮素效率,综合各方面表现确定控释氮肥的最佳掺混比例为30%~35%。     

不同施肥方式对东北黑土春玉米连作体系土壤氮素平衡的影响

通过三年定位试验,在东北春玉米连作区比较了农民习惯（一次性施肥）与优化施肥条件下土壤作物系统的氮素表观平衡及氮素在土壤中的残留特征,以期评价两种施肥方式对黑土氮素矿化、残留及氮素平衡的影响。研究结果表明:优化施氮（根据土壤无机氮测试推荐追肥量,Opt）处理玉米产量、生物量、吸氮量最高。农民习惯施肥1（85%基肥+15%种肥,Tra1）和农民习惯施肥2（氮肥全部作为基肥施入,Tra2）处理土壤残留无机氮含量变化受降水量影响较大,残留硝态氮下移明显。与Opt处理相比,三年连作后3060 cm土层硝态氮含量增加约2.0倍,6090 cm硝态氮含量增加约2.4～3.3倍。Opt处理可显著降低肥料氮在土壤中的残留。在氮素输出项中,作物携出量因施肥方式不同而差异显著,氮盈余量随施氮量的增加而急剧增加,最高达400.9 kg/hm2。Tra2处理氮盈余最小,但以残留Nmin为主。氮肥一次性基施使氮素在土壤中累积较多,且易导致土壤残留硝态氮下移,从而对东北黑土地区的生态环境造成一定的威胁。而在基肥的基础上,根据土壤无机氮测试推荐追肥可以提高氮肥利用率,减少氮损失。     

不同施肥管理对东北黑土区氮损失的影响

为了明确不同施肥管理的肥料利用率及其氮损失对环境的影响,采用自然降雨条件下土槽模拟试验方法,系统研究了在东北黑土玉米单作体系下不同施肥管理(尿素、秸秆还田和缓控释肥)在一次性施用条件下的农田氨挥发、氮径流淋溶损失及土壤硝态氮累积特性。结果表明:农民习惯施肥、秸秆还田施肥及控释肥氨挥发总量分别为26.1、24.2、23.9 kg N·hm-2,占化肥施用量的10.9%、10.1%、10.0%;氮径流淋溶损失分别占化肥施用量的1.4%、1.5%、0.9%,且以氮径流损失为主;土壤0~50 cm土层氮残留分别为42.2、42.3、54.6 kg N·hm-2。秸秆还田处理可以在保证产量的前提下,减少土壤氮残留、提高肥料利用率;控释肥在降雨量少的条件下氮残留相对较高,应适当降低施氮量。     

东北玉米化肥减施增效技术途径探讨

减肥增效是提高我国玉米竞争力、保护生态环境的重大需求。论文重点以东北玉米为研究对象,从玉米养分需求规律、养分高效品种的节肥潜力、化肥高效施用的4R技术、化肥的有机替代技术等方面论述减肥增效的技术途径。研究表明,东北地区每生产100 kg玉米籽粒产量的平均N、P_2O_5、K_2O的需求量范围分别为1.56—1.89、0.60—0.88和1.27—2.30 kg;吐丝后对氮磷的需求量分别占全生育期需求量的20%—30%和20%—40%,对籽粒氮磷的贡献率分别为20%—30%和30%—38%。在目前东北土壤生产力状况下,实现玉米12 000 kg·hm~(-2)的产量水平平均氮肥投入量约为180 kg·hm~(~(-2))。应用不同类型新型肥料的节约氮肥潜力为9—25 kg·hm~(-2),应用磷酸二铵和硫酸铵+过磷酸钙做启动肥可以促进苗期生长。应用高地隙追肥机可以有效延长追肥的适宜期,有利于使"养分供应匹配养分需求"。滴灌施肥技术适宜在风砂质地土壤及干旱频繁发生地区推广,实现增产19%—128%,产量可达12 000—13 000 kg·hm~(-2)。地下滴灌施肥技术增产效果相同,应该大力推广。利用主动冠层传感器Greenseeker,可以在春玉米V5-V8期很好地估测叶面积指数、地上部生物量以及植株吸氮量,并应用于变量、精准的氮肥推荐。因地制宜地应用秸秆还田技术,可以节省肥料投入,提升土壤质量。其中秸秆覆盖条耕技术(Strip-till)可以协调传统耕作与免耕的优点,有很好的应用前景。未来应该从农民实际应用的角度出发,将技术研究与技术推广相结合,针对不同的栽培耕作技术模式,建立农民可应用、或在不久的将来可应用的技术规程,实现大面积应用,达到区域性减肥增效的目标。