中国农田小麦和玉米产量时空演变及驱动因素

探究中国小麦和玉米产量的时空变化特征和关键驱动因素,为粮食安全战略决策提供理论依据.基于农业农村部近30年(825个点位,1988-2019年)全国农田监测数据,分析了小麦和玉米产量的时空变化特征,利用逐步回归和随机森林模型探究施肥、气候和土壤属性对产量变化的影响,最后通过偏最小二乘法探究各指标影响产量变化的主要调控路...     

中国稻田土壤有效态中量和微量元素含量分布特征

基于全国282个水稻土监测点,分析土壤有效态中、微量元素含量及区域特征(东北、长三角、长江中游、西南、华南),结合丰缺标准,揭示中、微量元素丰缺程度。结果表明:东北水稻土交换性镁和有效硼含量高于其他地区,有效锌含量最低;长三角有效锰含量最高、有效硫含量最低;长江中游有效铜含量最高,有效态铁、锰和钼含量最低;西南交换性钙含量高于其他地区,有效铜含量则低于其他地区;华南有效态铁、钼含量均高于其他地区,而交换性钙、镁含量低于其他地区。中国水稻土交换性钙、镁及有效铁、锰、铜含量整体丰富;长三角和华南缺硫水稻土比例分别为42.2%和41.8%;东北、长三角、长江中游、西南和华南缺锌水稻土比例分别为75.0%、52.3%、31.9%、53.2%和10.4%,缺硼分别为38.5%、65.2%、92.2%、88.6%和78.3%,缺钼28.6%、60.4%、82.6%、42.0%和33.4%。可见,东北和长三角水稻土以缺锌为主;长江中游以缺硼、钼为主;西南以缺硼为主;华南以缺硼为主。研究可为全国和区域尺度水稻土中微量元素的管理和合理施用提供依据。     

中国稻田土壤有机质时空变化及其驱动因素

【目的】评价中国稻田土壤有机质时空变化特征,为提高耕地质量,应对种植结构调整及气候变化等提供支撑。【方法】基于1988—2017年开展的338个国家级定位监测点,分析稻田耕层土壤有机质含量变化特征、驱动因素以及对土壤容重影响。【结果】近30年全国稻田耕层土壤有机质平均提高了3.49 g·kg^-1,年均增速0.09—0.12 g·kg^-1。稻田耕层土壤有机质含量年均增速高低依次为东北、长江下游、长江中游、华南和西南。目前,全国稻田耕层土壤有机质平均含量32.4 g·kg^-1,从高到低依次为长江中游、华南、东北、西南和长江下游。气候、土壤类型、氮肥投入以及种植制度等对土壤有机质产生影响。西南稻区和高纬度的东北稻区,稻田土壤有机质含量与年均气温显著负相关（P<0.05）,东部地区和低纬度的地区稻田土壤有机质含量与年均气温显著正相关（P<0.05）。潜育型水稻土有机质平均含量显著高于其他类型水稻土。合适的氮肥投入量（200—300 kgN·hm^-2·a^-1）有利于土壤有机质累积。土壤容重及耕层深度与土壤有机质存在显著响应关系（P<0.01）。【结论】我国稻田耕层土壤有机质含量整体呈上升趋势,年均增速呈现从南到北依次增加的趋势。年均气温和降水量,土壤类型,氮肥用量和种植制度等管理措施是区域土壤有机质含量分异的主要驱动因子。     

1988―2019年中国农田表土有机碳库密度变化及其主要影响因素

  【目的】  研究中国农田土壤有机碳(SOC)密度时空变化特征及其主要驱动因素,为土壤肥力提升、固碳减排和粮食安全提供理论依据。  【方法】  基于1988至2019年农业农村部全国农田监测数据(1298个点位),分析水田、旱地和水旱轮作下SOC密度时空变化特征,利用方程拟合和提升回归树模型探究气候、施肥和土壤属性对SOC密度变化的影响。  【结果】  1988―2019年全国农田表层(0―20 cm) SOC密度平均为35.13 t/hm2,不同土地利用方式下表现为水田>水旱轮作>旱地,水田和水旱轮作较旱地分别高53.2%和24.9%。SOC密度随监测时间的延长呈先降低后增加的趋势,其中水田、旱地和水旱轮作分别在2000、1998和2004年之前呈下降趋势,之后呈上升趋势。不同利用方式水田SOC密度随监测时间的变化趋势在东北地区逐渐增加,华南地区逐渐降低,西南和长江中游地区则先降低后增加,转折点分别在1995和2002年;旱地SOC密度的变化趋势在西北、华北和华南地区逐渐增加,东北、长江中游和长江下游地区先降低后增加,转折点分别在2008、2004和2004年;水旱轮作下SOC密度的变化趋势在长江中游、下游地区先降低后增加,转折点分别在2001和2013年,在西南地区呈先上升后微弱下降趋势,转折点在2012年。提升回归树结果显示,水田SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量在西南、东北和华南区是年均温,在长江中游和下游分别是钾肥用量和土壤速效钾含量;旱地SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量在东北为年均温,华北和华南为年均降雨,长江中游、下游区为氮肥,西北为有效磷;水旱轮作SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量,在西南、长江中、下游地区分别为年均降雨、有效磷、氮肥。  【结论】  1988―2019年全国农田表层SOC密度除华南水田外,整体上呈先降低后增加,水田、旱地和水旱轮作土壤的转折点分别在2000、1998和2004年,旱地SOC密度的提升快于水田和水旱轮作。影响表土SOC密度提升的主要因素,东北和西南地区水田和旱地为年均温,长江中、下游地区水田为钾肥投入和土壤速效钾含量,旱地为氮肥投入;华南地区水田为年均温,旱地为年降雨量;华北和西北地区旱地为年均降雨和土壤有效磷含量;西南和长江中游水旱轮作区为土壤有效磷含量,而长江下游为土壤速效钾含量。     

我国水稻秸秆钾资源分布及其还田对土壤钾平衡的重要性

  【目的】  我国钾肥资源不足但秸秆资源丰富,有待科学高效循环利用。本研究估算了我国水稻秸秆钾养分的量和空间分布特征,为利用水稻秸秆还田保持土壤钾素平衡提供参考。  【方法】  本研究基于《中国农村统计年鉴》和其他文献资料数据,结合草谷比法对我国各省份不同季别水稻秸秆钾资源量及还田情景下的土壤钾输入量进行测算。  【结果】  2019年我国水稻秸秆钾(K₂O)养分总产量为493.9万t,其中早稻、晚稻和中晚稻秸秆钾养分量的占比分别为13.1%、14.6%和72.4%。不同稻区的水稻秸秆钾资源量占总量的比例为:长江中游(33.4%)?长江下游(21.7%)?西南(15.3%)?东北(13.1%)?华南(12.8%)?华北(3.7%)。早稻和晚稻秸秆钾养分主要源自湖南(25.2%和24.7%)、江西(23.8%和24.4%)、广东(18.6%和19.5%)及广西(17.2%和14.8%)。中晚稻秸秆钾养分资源在主产省区间的分布表现为:江苏(14.3%)?黑龙江(12.9%)?湖北(12.2%)?四川(10.7%)?安徽(10.5%)?湖南(8.8%)。在双季稻主产省区湖南、江西、广东和广西,早稻秸秆还田可向土壤输入钾量分别为148.7、140.6、143.9和145.0 kg/hm2,早稻籽粒钾的携出量分别为25.6、24.2、24.8和25.0 kg/hm2;晚稻秸秆还田可向土壤输入钾量分别为153.4、145.3、146.3和131.1 kg/hm2,晚稻籽粒钾的携出量分别为30.3、28.7、28.9和25.9 kg/hm2;不施钾肥条件下,4个省区双季稻体系秸秆不还田的土壤钾素周年亏缺量分别为357.9、338.8、343.9和327.0 kg/hm2,秸秆还田后的土壤钾素周年亏缺量分别降至55.9、52.9、53.6和50.8 kg/hm2。中晚稻主产区为东北、长江下游、长江中游和西南稻区,中晚稻秸秆钾养分资源量分别为125.8、203.8、201.1和189.0 kg/hm2,相应的籽粒钾携出量分别为32.6、29.4、29.0和27.3 kg/hm2,说明如果秸秆全部还田,可以提高土壤钾素盈余。  【结论】  我国70%以上的水稻秸秆钾养分资源来自于中晚稻,50%以上的水稻秸秆钾养分资源分布在长江中游和长江下游稻区。早稻和晚稻秸秆还田可以大大降低土壤钾素亏缺,而中晚稻秸秆全部还田则可以提升土壤钾素的年盈余量。     

不同腐秆剂施用对安徽沿淮稻田土壤养分及活性有机碳库的影响

为探明安徽沿淮地区麦秆粉碎还稻田时配施不同的腐秆剂对土壤养分以及活性有机碳的影响,遴选出适合该区域使用的腐秆剂,通过安徽省霍邱县的秸秆促腐还田定位试验,比较了秸秆还田+优化平衡施肥+不施腐秆剂(SF)、秸秆还田+优化平衡施肥+腐秆剂1号(SFD1)、秸秆还田+优化平衡施肥+腐秆剂2号(SFD2)和秸秆还田+优化平衡施肥+腐秆剂3号(SFD3)4个处理在耕层土壤养分、总有机碳、活性有机碳、微生物生物量碳、不同形态碳素有效率和碳库管理指数等方面的差异。结果表明,配施腐秆剂处理中SFD1和SFD2的土壤碱解氮含量显著高于不施腐秆剂处理SF(P<0.05),分别增加了14.3%和15.6%;SFD1和SFD2处理较SF处理活性有机碳、微生物生物量碳、活性有机碳有效率和微生物生物量碳有效率分别显著提高了18.8%、48.0%、6.5%、33.3%和18.0%、51.0% 、5.2%、37.5%(P<0.05),SFD3较SF处理微生物生物量碳及有效率显著降低了52.2%和41.7%(P<0.05);配施腐秆剂SFD1和SFD2处理的土壤碳库管理指数(CPMI)值整体显著高于不施腐秆剂处理SF,均增加了22.4%(P<0.05);土壤总有机碳能够表征土壤养分及碳素动态变化。综上可知,安徽沿淮稻田秸秆还田配施1号或2号腐秆剂均有利于提高土壤养分,提升土壤碳库管理指数。     

过氧化钙及硅钙肥改良潜育化稻田土壤的效果研究

【目的】潜育化水稻土是我国最主要的低产水稻土类型,长期渍水导致的土壤缺氧及活性还原物质过度积累是其最主要特征,这严重影响了水稻的根系发育和产量提高。本研究以鄱阳湖区潜育化稻田土壤为对象,通过田间试验研究过氧化钙和硅钙肥单施或配施对潜育化稻田土壤的改良效果,旨在为探索潜育化稻田的轻简化改良方法提供理论依据。【方法】田间试验于2012 2013年在鄱阳湖区潜育化双季稻田进行,试验设单施化肥(T1)、化肥+硅钙肥(T2)、化肥+过氧化钙(T3)和化肥+硅钙肥+过氧化钙(T4)4个处理。通过2年4季的田间试验研究了过氧化钙和硅钙肥单施或配施对鄱阳湖区潜育化稻田水稻产量、土壤还原物质总量及土壤物理化学性质的影响,分析了过氧化钙和硅钙肥改良潜育化稻田土壤的效果和应用前景。【结果】过氧化钙和硅钙肥单施或配施均可以提高潜育化稻田的水稻产量,二者配施每季可以提高水稻产量1.06 t/hm22.06 t/hm2,并可促进磷、钾养分向籽粒转移。施硅钙肥对土壤还原物质总量没有明显影响,而施过氧化钙可以显著降低土壤还原物质总量,二者配施可以减少耕层土壤还原物质总量1 cmol/kg以上。随着土层的加深,土壤还原物质总量呈增加的趋势。硅钙肥与过氧化钙配施可以明显提高小于10 mm的中小团聚体的含量。施硅钙肥或过氧化钙对土壤养分含量没有明显影响,但二者配施可以明显提高土壤有机碳、速效磷的含量,但对腐殖质碳、速效钾和全氮含量影响不明显。【结论】施用硅钙肥可以提高潜育化稻田的水稻产量,但对土壤还原物质总量没有明显影响。施用过氧化钙既可以提高水稻产量,又可以降低潜育化稻田的潜育化程度。而硅钙肥和过氧化钙配施不仅可以明显提高水稻产量、降低潜育化稻田的潜育化程度,还可以改善土壤养分供应状况和土壤结构。因此,施用过氧化钙和硅钙肥可以作为改良鄱阳湖区潜育化稻田土壤的一种参考方法。     

长期施肥红壤钾素在有机无机复合体中的分布

【目的】土壤中的有机无机复合体是承载土壤养分的重要结构单元,土壤钾素含量的变化反映在不同粒级有机无机复合体中。本研究选用始于1990年(祁阳)和1986年(进贤)的旱地红壤长期定位试验,研究长期不同施肥对土壤交换性钾、非交换性钾、全钾在不同粒级有机无机复合体中分布的影响。【方法】祁阳和进贤试验点均选择不施肥(CK)化学氮、磷肥配施(NP)、NP基础上施用化学钾肥(NPK)及NPK基础上配施有机肥(NPKM)四个处理,采集0-20 cm深度的土壤样品通过Stokes定律计算各粒级复合体沉降速率,采用虹吸管法分离出不同粒级有机无机复合体。采用1.0 mol/L中性醋酸铵浸提土壤交换性钾,1.0 mol/L沸硝酸浸提土壤非交换性钾,氢氧化钠710℃提取土壤全钾钾离子浓度采用火焰光度计测定。【结果】两试验点土壤96.4%~98.9%的交换性钾、87.9%~96.7%的非交换性钾和95.1%~96.7%的全钾存在0~50μm粒级复合体中,尤其2μm粒级复合体是三种形态钾素的主要贮存库76.3%~92.3%的交换性钾、45.8%~73.7%的非交换性钾和49.4%~70.6%的全钾集中在该粒级。两试验点NP处理与CK相比,2μm粒级复合体中非交换性钾含量降低5.4~8.3 mg/kg.降低幅度为8.2%~16.3%。施钾肥主要改变2 m粒级复合体中交换性钾和非交换性钾含量进贤NPK与NP处理相比分别增加36.7和9.5 mg/kg,增加幅度分别为64.5%和15.7%;而NPKM处理则较NP处理分别增加147.4和91.2 mg/kg增幅分别为258.9%和151.1%。祁阳NPK与NP处理相比,2μm粒级复合体中交换性钾和非交换性钾含量分别增加52.9和20.3 mg/kg增加幅度分别为104.9%和47.6%;NPKM与NP处理相比分别增加219.5和41.3 mg/kg增幅分别为435.9%和96.9%。长期施肥对两试验点各粒级复合体中全钾含量的影响不大。2、2~10及10~50μm粒级复合体三种形态钾素含量较高,是供给植物生长的主要钾源,其中2μm粒级复合体中交换性钾、非交换性钾含量与产量之间均存在显著正相关关系(P0.05)。【结论】2μm粒级复合体是土壤钾素的主要贮存库。在长期不施钾肥条件下土壤2μm粒级复合体中交换性钾和非交换性钾含量降低,施钾有利于该粒级复合体中交换性钾和非交换性钾积累。旱地红壤2、2~10及10~50μm粒级复合体钾素含量高且与产量之间存在显著的正相关关系是植物钾素主要供源。     

赣东北地区水稻土的有机质变化及其与产量和肥料利用率的相互关系

研究了赣东北地区11个试验地土壤有机质的变化,及其与产量和肥料利用率的相互关系。结果表明:该地区的水稻土有机质普遍偏低,其中土壤有机质30 g/kg以下的比例达62.7%。土壤有机质与CK、OPT处理的水稻产量相关性不显著,这可能与土壤性质有关。然而,水稻土的有机质含量与缺磷处理的水稻产量呈显著正相关,但与缺钾处理的产量则相关性不显著,表明土壤磷素是限制赣东北地区水稻产量的关键因子,因此,在有机质含量较低的水稻土上,增施磷肥是提高水稻产量的重要措施。土壤有机质含量与磷肥农学效益呈显著负相关,这说明在土壤有机质含量较低时,磷肥的施用对水稻的产量具有重要作用,而随着土壤有机质的提高,磷肥的利用效益呈逐渐下降的趋势。因此,在赣东北地区,磷肥的施用量应根据土壤有机质含量高低而做适当调整。     

再生稻轻简化种植技术研究进展

再生稻具有生育期短、资源利用率高、生产成本低、经济效益好等优势,可通过提高复种指数来显著提高水稻产量。轻简化栽培可显著降低生产投入,进而提高生产效益。发展再生稻轻简化种植对于稳定水稻产量和经济效益,尤其对南方光温资源一季有余两季不足及"双改单"稻区水稻增产具有重要意义。本文综述了我国再生稻轻简化种植技术的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望。