有机肥和秸秆炭分别替代部分尿素和秸秆降低黑土温室效应的效果

【目的】 农田条件下研究用有机肥替代部分尿素、用秸秆生物炭替代秸秆对黑土有机质提升和温室气体排放的影响,为秸秆有效还田和“固碳减排”提供理论依据。 【方法】 2013—2015年在东北典型春玉米区进行田间定位试验,所有处理采用相同方法施用同量磷钾化肥,磷肥为磷酸氢二铵 (P₅O₂ 60 kg/hm2),钾肥为硫酸钾 (K₂O 75 kg/hm2),在施用4 t/hm2玉米秸秆前提下,设置:1) 不施尿素氮 (N0);2) 尿素氮100% (N 165 kg/hm2,N1);3) 尿素氮60% + 有机肥氮20% + 缓释氮20% (N2)。另外,处理4) 除了用2 t/hm2玉米秸秆炭替代4 t/hm2玉米秸秆外,其他与N2一致 (N3)。各生育期测定生态系统温室气体 (CO₂、N₂O和CH₄) 排放量,收获期测定作物产量和地上部生物量。 【结果】 N1、N2、N3处理间玉米产量差异不显著。在等氮条件下,N1、N2、N3处理生态系统CO₂排放分别为13170、10521、9994 kg/hm2,N2和N3处理降低CO₂排放的效果显著好于N1,N2和N3处理差异不显著 (P < 0.05),N1、N2、N3处理N ₂O累积排放分别为6.092、6.597、3.604 kg/hm2,N3降低N₂O累积排放的效果显著好于N1和N2处理;N1、N2、N3处理CH₄累积排放分别为0.694、1.652、–2.107 kg/hm2,N3处理降低CH₄累积排放的效果显著好于N1和N2处理。农田系统净碳收支 (NECB,除土壤固碳外,作物?土壤系统产生的碳收支,如作物光合、呼吸和产量移出等),N2处理为C 766.5 kg/hm2,是碳汇,而N1和N3处理是碳源 (C ?621.3 kg/hm 2和?673.3 kg/hm2)。当季作物尺度上用NECB估算的土壤固碳效应N1、N2和N3处理分别为C ?142.9、176.3、1385.1 kg/hm 2,N3处理土壤固碳效应显著好于N2和N1处理。在化肥生产和运输以及农事操作等投入产生的间接碳排放量方面,化肥氮是农业投入的主要碳源,分别占N1、N2和N3处理农业投入的73%、71%和66%。综合考虑农事操作带来的碳排放,化学品投入带来的碳排放,以及农田系统温室气体排放和土壤固碳的收支,综合净温室效应N1、N2、N3处理分别为2535.2、1488.2、–3769.7 CO₂ eq. kg/hm2,只有N3处理是碳汇。 【结论】 在供试黑土条件下,用有机肥替代部分化肥增加生态系统净碳收入;用秸秆生物炭替代秸秆显著增加土壤固碳效应、减少N₂O排放;从综合净温室效应看,有机肥与秸秆生物炭分别替代部分化肥与秸秆“固碳减排”效果最佳。      

温室番茄对温度与二氧化碳耦合的响应

[目的]为了解高温下增施二氧化碳对温室番茄高温危害的影响。[方法]以番茄‘鸿途’为试验材料,于2017年4月7日至8月2日在自然光照生长室内(长3m、宽2.4m、南侧屋面高1.5m,北侧屋面高2.3m)进行试验。试验设置高温(37~40℃)处理,以常温(25~27℃)为对照,每个温度处理下设置一个常CO2浓度(300~400μL·L-1)和一个高CO2浓度(700~900μL·L-1)。[结果]在两种CO2浓度处理下,与常温相比,高温处理使植株在整个生长期叶片面积平均减少10%,但是果实成熟提早,前三个月的平均单株产量较常温处理高34%。然而试验结束时高温处理反而与常温处理单株产量相接近,并且果实中所含VC和可溶性蛋白质含量平均降低约24%和21%。在高温下,增施CO2后,番茄叶片面积平均增加9%,产量增加不明显,果实中所含VC和可溶性蛋白质平均增加42%和28%;在常温下,增施CO2番茄叶片面积平均增加10%,产量增加13%,果实中所含VC和可溶性蛋白质平均增加31%和24%。[结论]增施CO2,可以促进植株生长,改善果实品质,在常温下增施CO2可以提高番茄产量,高温下,增施CO2可以缓解高温危害。     

优化氮肥用量和基追比例提高红壤性水稻土肥力和双季稻氮素的农学效应

【目的】 优化氮肥用量和基追比例是实现氮肥减施和提高肥料利用率的重要途径。本研究在南方典型双季稻种植区进行定位试验,通过对土壤肥力与氮素农学效益进行综合评价,以期提出适合当地土壤和水稻种植条件的氮肥减施模式。 【方法】 以南方典型红壤区双季稻种植体系为研究对象,于 2014～2015 连续进行了 4 季大田定位试验,设处理:1) 不施氮肥 (T1);2) 当地农民习惯施氮 (T2),早稻、晚稻各施 N 165 和 195 kg/hm2,基肥∶蘖肥∶穗肥比分别为 60∶40∶0、40∶30∶30;3) 在 T2 处理基础上减施氮肥 20% (T3),即早稻施 N 135 kg/hm2,晚稻施 N 165 kg/hm2,基肥∶蘖肥∶穗肥比均为 40∶30∶30,并以 20% 有机氮代替普通化肥氮。分析了成熟期水稻产量和植物样氮素含量,测定了 0—20 cm土壤微生物量碳、氮含量,土壤 pH、有机质、全氮、速效钾和有效磷等理化指标,计算了累计氮肥利用率和氮肥农学效率,分别利用内梅罗指数法和灰色关联度法综合评价了土壤肥力效应以及各施肥模式的综合效益。 【结果】 1) 各处理土壤综合肥力指数 (IFI) 值由高到低为 T3 > T2 > T1;与 T2 处理相比,优化氮肥用量和基追比例的 T3 处理 IFI 值提高 2.34%,土壤微生物量碳含量提高了 4.37%～25.39%,土壤微生物量氮含量提高了 17.85%～29.24% (P < 0.05)。2) 与 T2 处理相比,2014–2015 年 T3 处理累计氮肥农学效率显著提高了 29.66% (P < 0.05),累计氮肥表观利用率显著提高了 28.82% (P < 0.05);2014 年各处理水稻总产量无显著差异,2015 年水稻总产量 T3 处理比 T2 处理提高了 5.26%,两年水稻总产量,T3 处理提高了 2.38%。3) 对土壤养分指标、土壤微生物指标和氮素农学效率指标进行关联度分析,2014～2015 年 T3 处理关联度最大,分别为 0.9999 和 1.0000,在土壤肥力和氮肥农学效应综合评价中最优,表明优化氮肥用量和基追比例能够实现氮肥减施以及肥料利用率的提高。 【结论】 在当地农民习惯施氮的基础上减施 20% 化肥氮,以有机氮替代,并适当提高化肥氮在抽穗期的比例,能够保证土壤综合肥力的可持续性、氮素养分持续高效利用和水稻持续稳产。      

不同来源氮素配合施用提高东北春玉米氮素利用与改善土壤肥力的可持续性研究

【目的】研究不同氮素形态对东北春玉米氮素利用和土壤肥效的影响,为氮素养分持续高效利用和培肥土壤提供理论依据。 【方法】2013～2015 年连续三年在东北典型春玉米种植区开展田间定位试验,在相同磷钾肥施用前提下,试验设 4 个处理:1) 50% 玉米秸秆氮 (N0);2) 100% 速效氮 165 kg/hm2 (N1);3) 60% 速效氮 + 20% 有机肥氮 + 20% 缓释氮,施氮量 165 kg/hm2 (N2);4) N2 + 生物炭,生物炭量相当于 50% 玉米秸秆 (N3)。收获期测定耕层土壤基本理化指标、作物产量及氮素利用率、基肥和追肥后土壤 N₂O 排放量。 【结果】1) 三年玉米平均产量 N1、N2 和 N3 处理分别比 N0 处理显著增加了 62.7%、67.7% 和 80.1% (P < 0.05);N2 和 N3 处理分别比 N1 处理增产 3.0% 和 10.7%;N3 处理玉米产量可持续性指数 (SYI) 最高,产量可持续性最好。2) 与 N1 处理相比,2013 年和 2014 年累计化肥氮利用率 N2 和 N3 处理分别增加了 8.4% 和 12.7%、10.2% 和 15.5%,2015 年分别显著增加了 8.4% 和 12.7% (P < 0.05)。N2 和 N3 处理累计化肥氮利用率呈现逐年增加的趋势,且 N3 处理增加幅度大于 N2 处理,说明 N3 处理氮肥的后效更加明显。3) 施氮处理显著提高了土壤 N₂O 累积排放量 (P < 0.05),N3 处理较 N1 处理显著降低了 53.2%;4) N3 处理的综合土壤肥力指数 (IFI) 最高,N3 处理在农学、土壤肥力和环境效应评价中最优。 【结论】在总氮施用量不变的前提下,以添加适宜比例生物炭、有机肥和缓释氮肥替代部分速效化肥氮,可协同实现东北春玉米持续稳产、氮素养分持续高效利用和土壤肥力的可持续改善。     

土壤-植物体系中农药和重金属污染研究现状及展望

农药、重金属已成为当今农业生态系统中重要的污染物质,国内外科学家对其进行了大量卓有建树的研究,特别是在土壤-植物系统中的研究受到较多关注.通过就农药和重金属对土壤微生物、土壤动物、土壤酶活性和植物的生理生化指标的影响进行的综合分析和阐述,系统剖析了其产生毒害机理和影响的因素,在此基础上提出今后相关研究中有待加强的重点,包括农药对非靶标生物毒害机理、农药降解中间产物的环境风险以及农药和重金属的迁移转化机理等.     

多功能固沙保水剂性能及其效果的研究

采用液相化学方法,微乳化、高剪切和非均相混聚技术,以风化煤和废弃塑料为主要原料,研制了集提供养分、固沙保水、改良土壤、修复荒漠化土壤作用于一体的3种多功能固沙保水剂,通过试验研究,优化出一组固沙保水剂.结果表明,该固沙保水剂的胶团粒径为20～60 nm,固结层抗压强度为5.30～16.10 MPa,抗冻融性能和耐老化性能良好,在风速15 m·min-1和25 m·min-1连续吹30 min、在风速30 m·min-1吹5 min均未见起尘及风蚀现象,抗风蚀性能显著.     

土壤-植物体系中农药和重金属污染研究现状及展望

农药、重金属已成为当今农业生态系统中重要的污染物质,国内外科学家对其进行了大量卓有建树的研究,特别是在土壤-植物系统中的研究受到较多关注。通过就农药和重金属对土壤微生物、土壤动物、土壤酶活性和植物的生理生化指标的影响进行的综合分析和阐述,系统剖析了其产生毒害机理和影响的因素,在此基础上提出今后相关研究中有待加强的重点,包括农药对非靶标生物毒害机理、农药降解中间产物的环境风险以及农药和重金属的迁移转化机理等。     

施氮模式对番茄氮素吸收利用及土壤硝态氮累积的影响

采用田间小区试验,以番茄为指示植物,研究不同施氮模式：农民习惯施肥（N—hmxer）、减施化肥氮26％（74％N-farmer）、减施化肥氮26％结合调节土壤C／N（74％N—farmer＋S）、减施化肥氮26％结合调节土壤C／N和采用滴灌（74％N-farmer＋S＋D）、减施化肥氮45％结合调节土壤C／N和采用滴灌（55％N-farmer＋S＋D）的集成模式对设施番茄氮素吸收利用及土壤硝态氮累积的影响。结果表明。55％N-farmer＋S＋D模式下番茄产量最高为108349kg·hm^-2,产投比最高为26．1;与N—farmer模式相比,74％N-farmer、74％N—farmer＋S、74％N-farmer＋S＋D和55％N—farmer＋S＋D模式的氮素利用率和氮素农学利用效率均有增加,其中55％N—farmer＋S＋D模式的氮素当季利用率为9．56％,氮素农学效率为43．67kg·kg^-1,均显著高于N—farmer模式（P〈0．05）;氮肥生理利用效率在各施氮模式间没有显著差异,55％N-farmer＋S＋D模式的效率最高为598．06kg·kg^-1;55％N-farmer＋S＋D模式的氮素果实生产效率和收获指数分别为493．81kg·kg^-1和53．84％,均高于N—farmer模式。氮平衡结果表明,N—farmer模式的表观损失最高,55％N-farmer＋S＋D模式显著低于N—farmer模式;相同土壤剖面中不同模式硝态氮含量随番茄生育进程均呈先增高后降低的趋势;番茄盛果期和拉秧期,74％N—farmer＋S、74％N—farmer＋S＋D和55％N-farmer＋S＋D模式在0～100cm剖面累积的硝态氮含量均低于N—farmer模式,拉秧期N—farmer模式累积的硝态氮含量最高达705．24kg·hm^-2,74％N-farmer＋S＋D模式累积的硝态氮含量最低为453．75kg·hm^-2;番茄在3个不同生育期,土壤硝态氮多累积在0—40cm土层,硝态氮的相对累积量约为50％。综合以上分析结果,集成模式55％N—farmer＋S＋D具有明显优势,能够提高氮肥的吸收和利用效率,减少土壤硝态氮的残留。     

低磷胁迫下不同基因型玉米籽粒磷含量及品质性状分析

从我国北方和西南各地共收集129个自交系玉米品种,通过田间试验,研究了正常磷（120kg P₂O₅/hm2）和低磷（0kg P₂O₅/hm2）2种施磷水平下,依据百粒重筛选出的15个耐低磷基因型玉米品种及5个磷敏感基因型玉米品种的籽粒磷含量及品质性状的变化情况。结果表明,低磷胁迫对于磷敏感基因型玉米籽粒中磷含量、粗淀粉、粗油分含量变异程度的影响明显大于耐低磷基因型玉米,对粗蛋白含量变异程度的影响则低于后者。相关性分析结果表明,在2种施磷水平下的籽粒粗淀粉与籽粒粗蛋白质含量都呈极显著负相关,籽粒粗淀粉与籽粒粗油分含量不相关。低磷胁迫下,各典型自交系玉米品种的磷含量与粗淀粉、粗油分、粗蛋白之间,粗蛋白与粗油分之间的相关性都比正常施磷水平增加。通过研究筛选出的20个典型自交系玉米品种,籽粒中粗淀粉、粗油分、粗蛋白含量在不同磷水平下的变化有着极显著的基因型差异（P＜0.01）,具有进一步的研究价值。