基于红壤稻田肥力与相对产量关系的水稻生产力评估

【目的】 土壤肥力是水稻产量提升的基础,研究土壤肥力质量指数与水稻产量的量化关系可以为稻田土壤培肥和产量提升提供理论参考。 【方法】 本研究基于位于江西省南昌市进贤县的红壤稻田长期肥料定位试验和县域尺度样点调研,长期试验包括不施肥 (CK)、单施氮肥 (N)、单施磷肥 (P)、单施钾肥 (K)、氮磷肥配施 (NP)、氮钾肥配施 (NK)、氮磷钾肥配施 (NPK)、2倍氮磷钾肥配施 (2NPK) 和有机无机肥配施 (NPKM) 处理,收集1981年、1985年、1989年、1995年、2002年、2005年、2012年和2017年的土壤pH、有机质、有效磷、速效钾和水稻产量;并于2017年在进贤县布置了58个代表性点位,获取土壤pH、有机质、有效磷、速效钾和晚稻产量数据。采用Fuzzy方法对长期试验不同施肥处理的土壤肥力质量指数进行计算,构建和验证土壤肥力质量指数与水稻相对产量的量化关系,并在进贤县进行了验证。 【结果】 在红壤性双季稻田,不同施肥处理显著影响水稻产量和土壤肥力质量指数,与CK处理相比,NPKM、2NPK和NPK处理的年平均产量分别增加了71.6%、59.1% 和36.5%;土壤肥力质量指数分别增加了64.1%、47.3% 和27.7%,且NPKM处理的水稻产量和土壤肥力质量指数分别比NPK处理增加了25.6% 和28.5%;同时,NP和NK处理的水稻产量和土壤肥力质量指数也显著低于NPKM处理,而N、P和K处理的水稻产量和土壤肥力质量指数则与CK没有显著差异。线性拟合方程发现,红壤稻田的土壤肥力质量指数增加0.1个单位,水稻相对产量增加7.2%～22.6%。县域尺度的验证结果表明,基于土壤肥力质量指数预测的水稻相对产量与实际相对产量高度吻合 (R2 = 0.5268,P < 0.01,RRMSE < 25%),表明基于土壤肥力质量指数可较准确地评估该区域的水稻生产能力。 【结论】 在红壤稻田上,化肥配施有机肥是提升土壤肥力质量和水稻产量的关键技术途径,且利用土壤肥力质量指数与水稻相对产量的量化关系可以指导该地区的土壤培肥管理和生产力评估。      

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。     

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。     

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。     

太湖地区稻麦轮作系统有机氮肥替代率的演变特征及其影响因素

有机肥替代化肥是化肥减量的关键措施。本研究的主要目标是明确太湖地区稻麦轮作体系中有机氮肥替代率的主要限制因素,为提高有机氮肥替代率提供理论基础。依托40 a长期定位观测试验,分别选择不施肥(CK)、单施化肥(NPK)和单施有机肥(OM)3个处理,研究有机氮肥替代率与土壤碳氮关系。其中,化肥采用尿素、过磷酸钙和氯化钾,年均施氮225～300 kg/hm²,年均施磷(P₂O₅)119.4 kg/hm²,年均施钾(K₂O)179.1 kg/hm²;有机肥采用猪粪和菜籽饼,年均折合施氮103.1 kg/hm²,折合施磷(P₂O₅)82.7 kg/hm²,折合施钾(K₂O)70.1 kg/hm²。测定指标包括土壤有机碳、总氮,计算有机氮肥替代率和土壤碳氮比。结果表明,长期施肥提高了土壤有机碳水平,OM、NPK和CK处理土壤有机碳含量可用...     

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。     

红壤稻田长期施用猪粪的生态效益及承载力评估

【目的】有机粪肥还田是实现废弃物资源循环利用的重要途径之一,大量研究证实,猪粪还田施用可以显著提高土壤肥力和作物产量,但是,由于饲料添加剂含有较高的Cu、Zn、As等重金属元素,再加上养猪业中饲料添加剂的广泛应用,猪粪长期还田也可能导致土壤中重金属元素大量累积,从而威胁土壤质量和粮食安全。因此,利用长期定位探讨和综合评价长期施用猪粪下红壤稻田的生态效益就显得十分重要。【方法】以始于1981年的红壤性水稻土有机肥定位试验为载体,分析了长期施用猪粪30年间红壤稻田的水稻产量和土壤有机碳含量影响,以期明确猪粪对水稻产量的增产幅度和对土壤有机碳的贡献潜力,同时分析不同猪粪施用年限（包括试验前、试验5年、16年、22年和30年）的土壤重金属Cu、Zn、Cr和As等含量变化,基于国家土壤质量二级标准（GB 15618-1995）的土壤重金属含量的临界值,利用本研究中土壤重金属的累积速率对红壤稻田施用猪粪的超标时间进行估算,并进一步探讨猪粪的安全用量。【结果】施用猪粪显著提高了水稻产量和土壤有机碳含量,与施化肥处理（NPK）相比,产量增加了10.3%-12.0%,土壤有机碳含量增加了18.8%-23.7%,但是猪粪施用对红壤稻田的酸化阻控作用较小。在试验30年后,分别在早稻和晚稻施用猪粪的处理（OM1和OM2）的土壤pH值与未施肥对照无显著差异。此外,施用猪粪的土壤Cu、Zn、Cr和As含量亦显著增加,与施用化肥处理相比,OM1和OM2的Cu、Zn、Cr和As含量分别增加了72.0%-82.6%、29.1%-55.2%、194.8%-262.6%和90.5%-192.7%,但是未超过国家土壤环境质量二级标准（GB15618-1995）。按照现行猪粪施用量（22.5 t•hm-2•a-1）推算,土壤Cu、Zn、Cr和As含量确保安全水平的施用时间分别还有22、67、44和14年。若确保连续施用猪粪50年土壤Cu、Zn、Cr和As含量不超标,则红壤稻田每公顷最多猪粪施用量应不超过6.40 t•hm-2•a-1。【结论】在红壤稻田上,猪粪长期还田虽然能够显著提高稻米产量和土壤肥力（尤其是土壤有机碳含量）,但也同时导致土壤Cu、Zn、Cr和As含量大幅增加,从而可能引起土壤出现重金属污染风险,进而威胁稻米质量和人类安全。因此,权衡稻田长期施用猪粪对作物产量、土壤肥力和重金属累积的生态效益,确定土壤对猪粪的最大环境承载力将为科学合理的利用猪粪以实现区域农业的可持续发展提供依据。     

不同有机培肥模式下双季稻田碳汇效应与收益评估

本研究基于1981年开展的有机肥长期定位试验,研究了不同有机肥种类、用量和施用方式对稻田生态系统碳排放、系统碳固定与净碳汇的影响,并对各处理经济效益进行了比较,为实现农业低碳、高值、高效生产提供理论参考。本研究所选取的有机肥处理包括:不施肥对照(CK);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M1);早稻施用两倍绿肥紫云英30 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M2);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2和猪粪15 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M3);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2+晚稻施用猪粪15 t·hm-2和冬季稻草覆盖4 500 kg·hm-2(M4);长期施用化肥(NPK)等5个处理。每5年于晚稻收获后采集土样测定土壤有机碳含量,并测定每年的早晚季水稻产量与生物量,用于估算系统收益与碳收支(5年平均)。结果表明:与不施肥对照相比,各施肥处理水稻产量均显著提高(P0.05),增幅为30.88%~96.52%,且随着施肥年限的增加,M4处理增产作用最大。长期施用有机肥显著提高红壤稻田土壤固碳能力,且有机肥用量增加系统土壤固碳能力增强,M2、M3、M4处理土壤固碳量显著高于M1、NPK和CK处理;稻田植株固碳量也显著提高(P0.05),M4和M3最高,双季稻植株固碳量为6.76~8.83 t(C)·hm~(-2)·a~(-1)。长期施用有机肥下稻田系统净碳汇显著增加,与对照相比施肥处理(M1、M2、M3、M4、NPK)系统净碳汇增加1.43~3.93 t(C)·hm~(-2)·a~(-1),系统碳汇效应显著(P0.05)。同一处理不同施肥年限由生产活动所引起的碳排放量保持不变,系统净碳汇量差异主要表现在系统固碳量上,其变化趋势与水稻产量变化趋势基本一致。长期施用有机肥显著降低了化肥投入,稻田生态系统经济效益显著增加(P0.05),并以M4处理最高,达25 683.7$·hm~(-2)·a~(-1)。综上结果表明:长期施用有机肥显著提高双季稻田碳汇效应与经济效益(P0.05),绿肥紫云英与猪粪和秸秆配施稻田生态系统碳汇效益与经济效益较单施绿肥紫云英优势明显。     

蜜桔喷施微量元素水溶肥效应研究

在蜜桔上进行喷施微量元素水溶肥试验,结果表明:喷施微量元素水溶肥500mL和300mL处理的蜜桔产量分别增加12.97%和4.13%,增产均达显著水平;糖度分别提高3.03和1.40个百分点;每667m2净增收967.5元和286.8元。