深耕结合秸秆还田提高作物产量并改善耕层薄化土壤理化性质

  【目的】  小麦–玉米轮作区土壤耕层变薄，直接深耕往往导致土壤肥力降低。在存在该类问题的土壤上，研究不同耕作方式和秸秆还田对作物产量和土壤理化性质的影响，以期实现在增加耕层厚度的同时维持作物产量，并提升土壤肥力。  【方法】  试验于2012—2016年在华北平原南部濉溪县进行，供试土壤为砂姜黑土。在人工剥离5 cm土层的耕层薄化土壤上开展试验，设旋耕 (RT)、深耕 (DT)、旋耕 + 秸秆还田 (RTS)、深耕 + 秸秆还田 (DTS) 4个处理。在每年玉米和小麦成熟期进行田间测产；在第4季小麦收获后采集0—10和10—20 cm土层土样，分析土壤有机碳各组分和土壤养分含量、土壤团聚体分布。  【结果】  与旋耕 (RT) 相比，单纯深耕 (DT) 不能明显提高玉米和小麦产量，显著降低土壤总有机碳含量、0—10 cm土层有机碳各组分含量和土壤速效钾含量，并显著降低10—20 cm土层胡敏酸与富里酸比值及各土层粒径 > 0.25 mm水稳性团聚体的比例。深耕配合秸秆还田 (DTS) 处理玉米和小麦4季平均分别增产7.72%和8.06%，旋耕配合秸秆还田 (RTS) 处理分别增产7.55%和7.05%。在0—10 cm土层，DTS和RTS处理均明显提升土壤胡敏酸与富里酸比值，提高总有机碳及多数组分碳含量、提高土壤养分含量，RTS处理效果好于DTS处理；而在10—20 cm土层，DTS处理显著提高土壤胡敏酸、全氮和有效磷含量，效果好于RTS处理。DTS和RTS处理均可以显著提高粒径 > 0.25 mm水稳性团聚体的比例，在0—10 cm土层，以DTS处理效果最高，比RT处理增加23.09%，而在10—20 cm土层，以RTS处理效果最好，相比RT处理增加6.32%。  【结论】  在耕层薄化处理的土壤上，单纯深耕提升作物产量的效果不显著，也不利于土壤有机碳及各组分含量、土壤养分含量的提升，还破坏了土壤团粒结构。秸秆还田配合深耕或者旋耕均能显著提高作物产量，秸秆还田配合旋耕能有效培肥0—10 cm土层土壤，但对10—20 cm土层土壤肥力改善效果有限；秸秆还田配合深耕在增加耕层厚度的同时，还改善了土壤养分状况，明显减弱了单纯深耕对10—20 cm土层土壤结构稳定性的不利影响。     

滇池流域设施条件下生菜氮磷减控研究

对滇池流域大渔乡的保护地生菜不同氮、磷、钾配比研究的结果表明：氮、磷化肥投入量比习惯施肥量减少48．7％,生菜增产29．6％。适量和合理的氮、磷、钾配比能提高生菜的紧实度、叶球大小、降低生菜食用部分硝酸盐,改善生菜品质。减少氮磷化肥用量可以大幅度降低氮磷在土壤中的累积和硝酸盐的含量,减少氮磷的流失风险。     

滇池流域西芹保护地氮氧化物排放量分析

利用密闭箱法对滇池流域西芹保护地在不同肥料用量下的氮氧化物排放量进行研究。结果表明,滇池流域蔬菜地通过反硝化途径损失的氮为4.47～11.88kg/hm^2,同时该值受施肥量的影响最大,其次土壤干湿交替作用影响也较大。在整个作物生育时期内,NOx-N排放通量的变化与施肥量和作物地上部分的生物产量呈正相关关系。     

滇池流域集约化菜田NO与NO_2排放的研究

采用密闭通气气室法,在滇池流域旱季和雨季开展了2个生长周期内集约化西芹地NO/NO2排放研究。结果表明,NO/NO2排放速率的日变化规律受温度的影响较为明显,中午时段最高,凌晨时段最低。西芹生育期间,CK处理（裸地）的NO/NO2排放速率维持在一定水平,中后期NF处理（不施氮）NO/NO2排放速率有所升高;LF（N450 kg/hm^2）和HF（N 1200 kg/hm^2）处理受西芹的生长和频繁氮肥追施的影响,生育期NO/NO2排放速率逐渐升高。旱季与雨季CK处理NO/NO2排放量分别为1.30和NOx-N 1.51 kg/hm^2,NF处理分别较CK高出NOx-N 1.0和1.44kg/hm^2。LF处理旱季与雨季NO/NO2排放量分别为NOx-N 4.88和5.67 kg/hm^2,其损失率分别为0.79%和0.92%;HF处理旱季和雨季NO/NO2排放量分别为NOx-N 7.58和10.19 kg/hm^2,其损失率分别为0.63%和0.85%,说明氮肥用量较高时,土壤-作物系统的NOx-N损失量也较高,但其损失率并不随施氮量的升高而升高。     

有机替代对长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响

为探明有机替代对我国长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响,本研究通过搜集已发表的文献,建立了207组包含不施肥（CK）、单施化肥（NPK）和有机肥替代部分化学氮肥（NPKM）处理下水稻产量和籽粒含氮量的数据库。采用整合分析的方法,定量计算了有机替代在不同施肥措施、土壤性质和气候因素下对长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响;采用随机森林模型明确了影响有机替代效果的主控因素。结果表明,施肥能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量,NPK处理下产量和籽粒含氮量较CK处理分别提高了2.3 t·hm^-2和1.2 g·kg^-1。与NPK相比,NPKM处理下水稻的产量和籽粒含氮量分别显著提升了3.7%和1.9%。NPKM处理对产量和籽粒含氮量的影响存在区域差异。NPKM处理在总施氮量低于250 kg·hm^-2、替代比例30%~60%时能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量。NPKM处理在土壤养分含量较高的条件下有利于水稻产量的提升,在土壤养分含量较低的条件下有利于籽粒含氮量的提升。在年均降雨量≤1 200 mm、年日照时数>1 800 h、年均温>15℃条件下,NPKM处理能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量。影响NPKM处理水稻产量的主要因素是替代比例、土壤pH和年均降雨量,而影响籽粒含氮量的主要因素是土壤有效磷、全氮含量以及土壤pH。综上所述,有机肥替代部分化学氮肥能够显著提高我国长江流域水稻的产量和籽粒含氮量,在中游地区提升效果更佳,有机替代总氮施用量应低于250 kg·hm^-2,替代比例以30%~60%为宜。     

旱地土壤易分解与耐分解碳氮组分的高效筛分方法

土壤易分解与耐分解碳、氮组分是表征土壤有机碳、氮转化特征的一项重要指标,但如何高效获得该组分的大量样品是当前的一个难题。本文改进传统少量筛分法,设计一次性大量筛分设备,对我国两种典型旱地土壤黑土与潮土的不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4个处理土壤分别进行一次性大量(100、200和300 g)筛分,并比较与传统(50 g)筛分法的差异,了解该设备大量筛分样品的工作效率与可行性。结果表明:黑土或潮土大量(300 g)筛分时,与筛分量200和100 g的质量、全碳和全氮回收率无显著差异,均在97%以上;3个筛分量下同一处理的黑土或潮土的易分解碳、氮或耐分解碳、氮含量基本无显著差异。与传统筛分法相比,黑土或潮土筛分量为300 g的质量回收率比50 g的质量回收率提高1%~3%,全碳和全氮回收率提高1%~8%;易分解碳、氮或耐分解碳、氮含量基本无显著差异,以黑土CK处理为例,筛分量为300 g与50 g的土壤易分解组分氮含量分别为0.12和0.14 g/kg,两者无显著差异;与传统筛分法相比,筛分量由50 g提高到300 g,单位时间获得土壤易、耐分解碳、氮组分样品的效率提高了5倍。因此,改进设备后的筛分法可以一次性筛分300 g旱地土样,且土壤质量、全碳和全氮回收率提高1%~8%,是一种获取旱地土壤易、耐分解碳、氮组分较为简单高效的方法。     

小麦季磷肥施用对后作玉米的效果及土壤中无机磷形态转化的影响

在河北衡水潮土上进行田间试验,研究小麦/玉米轮作体系下,小麦季施用磷肥对玉米的后效及土壤中无机磷形态转化的影响。结果表明,与高施磷量(187.5 kg hm-2 P2O5)相比,小麦季磷肥施用量减少20%或40%,甚至当年不施磷,对后作玉米籽粒产量、生物量、植株吸磷量均无明显影响。从玉米苗期到成熟期,土壤中各形态无机磷下降幅度表现为Ca2-P最大,其次是Ca8-P,再次为Al-P。随着施磷量的减少,土壤Olsen-P、Ca2-P含量开始呈现下降趋势。与单施无机磷肥150.0 kg hm-2 P2O5相比,用有机肥猪粪磷替代其中20%无机磷肥,显著提高了土壤Olsen-P、Ca2-P和Ca8-P含量。本文结论认为在高肥力的华北地区小麦/玉米一个轮作周期中,小麦季减少磷肥用量,对后作玉米生长和产量尚未产生明显的影响。适当配施猪粪,减少无机磷肥,可以提高土壤中的Olsen-P和Ca2-P含量,较好地维持玉米季土壤中磷素肥力水平。     

滇池流域集约化西芹地的N2O排放

集约化菜田的土壤养分和水热条件适合土壤的硝化反硝化作用,而我国集约化菜田N2O排放的研究少见报道.本文采用密闭式箱法,在滇池流域旱季(95 d)和雨季(99 d)开展了2个生长周期内两芹地N2O排放的监测研究,结果表明,在集约化菜田土壤氮素养分含量较高的情况下,(1)N2O排放的日变化规律受温度的影响较为明显,中午时段N2O排放速率最高,凌晨时段最低;(2)N2O排放的季节性变化规律是在种植后不久,出现1个小的N2O排放高峰外,随后CK处理(裸地)的N2O排放速率维持在一定的水平,而种植作物的不施肥(NF)、推荐施肥(LF)和习惯施肥(HF)处理受西芹的生长及频繁氮肥追施的影响,中后期N,2O排放速率有所升高;(3)在中后期,不施用氮肥的NF处理较CK的N,2O排放速率高;旱季与雨季,CK处理N,2O排放量分别为2.79和2.66kgN2O-N·hm-2;NF处理分别为3.07和3.67 kgN2O-N·hm-2远高于粮田1.0 kgN2O-N·hm-2·a-1的N2O背景排放量;(4)LF处理旱季与雨季为5.25和6.66 kgN2O-N·hm-2其损失率分别为1.17%和1.48%;HF处理旱季和雨季N,2O排放量分别为9.35和12.12 kgN2O-N,其损失率分别为0.78%和1.01%,说明氮肥施用量较高时,土壤-作物系统的N,2O-N损失量也较高,但是N2O-N损失率并不随施氮量的升高而升高.     

我国不同地区土壤养分的差异及变化趋势

对我国东北、西北、华北、西南、中南和华东地区农田的190个土壤质量监测点20多年来的土壤养分观测数据进行区域统计分析,结果表明,中南、华北区耕层土壤有机质含量在1986～1997年有显著的上升趋势,华东、东北区有下降趋势,西北、西南区基本稳定;1998～2006年各区变化不大,基本平稳.全氮、碱解氮与有机质含量变化存在显著相关关系,变化趋势也基本一致.20年来不同地区耕层土壤有效磷含量各区域均稳中有升.1986～1997年除西北耕层土壤速效钾含量有一定的下降趋势外,其他区域基本稳定;1998～2006年,土壤速效钾的平均含量变化也不大.总之,不同地区的土壤有效磷呈稳中有升的趋势,其它土壤养分指标不同地区存在一定的差异.     

长期施肥旱地土壤易分解与耐分解氮的矿化特性

【目的】土壤易分解氮库和耐分解氮库是土壤有机质的重要组分,其矿化能力的大小可反映土壤有机氮的周转性能。论文旨在研究长期不同施肥制度下土壤易分解氮库与耐分解氮库的矿化特性,为了解不同培肥措施及其氮素供应提供依据。【方法】以中国长期不同施肥处理的2种旱地土壤（黑土和潮土）为例,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4个处理,采用颗粒密度法,将土壤有机氮分为易分解氮和耐分解氮2个组分,室内培养分析不同组分氮的矿化特性。【结果】筛分及培养结果显示,黑土和潮土的平均质量回收率和氮回收率均超过97%,易分解和耐分解氮组分矿化量之和占原土矿化量的平均比例为99.91%（99.89%-99.93%）,是一种研究土壤易分解和耐分解氮组分矿化特性的可行方法。2种旱地土壤NPK、NPKS和NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势（除黑土NPK处理差异不显著）较CK处理显著提高26.82%-137.10%;不同施肥处理对旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势影响显著,其中,黑土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.48 mg?kg^-1?d^-1,显著优于NPKS（1.02 mg?kg^-1?d^-1）与NPK（0.75 mg?kg^-1?d^-1）处理;潮土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.17 mg?kg^-1?d^-1,显著优于NPKS（0.89 mg?kg^-1?d^-1）与NPK（0.76 mg?kg^-1?d^-1）处理;旱地土壤各处理耐分解氮组分净氮矿化潜势之间差异不显著,其中,黑土各处理耐分解氮组分平均净氮矿化潜势为0.58 mg?kg^-1?d^-1（0.52-0.63 mg?kg^-1?d^-1）,潮土为0.51 mg?kg^-1?d^-1（0.40-0.62 mg?kg^-1?d^-1）。不同施肥处理旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势均显著大于同处理耐分解氮组分净氮矿化潜势,NPKM处理两者显现出最大差异,其中,黑土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理（按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序）耐分解氮组分的1.41、1.39、1.75和2.35倍,潮土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理（按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序）耐分解氮组分的1.22、1.33、1.56和1.87倍。土壤矿化过程中易分解组分对原土矿化贡献率受施肥措施显著影响,其大小按CK、NPK相似文献