培肥模式对旱作全膜双垄沟播玉米生长及土壤呼吸的影响

针对旱作全膜双垄沟播玉米培肥模式单一及碳排放理论薄弱的问题,依托大田试验研究了不施氮肥对照(CK)和等氮(纯N 200 kg·hm~(-2))条件下3个不同氮源(单施化肥,N;商品有机肥配施化肥, NM;单施有机肥, M)对玉米生长、产量、土壤呼吸速率及碳排放量的影响。结果表明:土壤呼吸速率随玉米生育时期的推进呈先增大后减小的趋势,开花期是土壤呼吸的峰值期,土壤呼吸速率达5.38μmol·m~(-2)·s~(-1);土壤碳排放总量与玉米干物质积累、生长速率、叶面积指数及净同化率均呈极显著正相关关系;玉米产量、碳排放量和碳排放效率在商品有机肥配施化肥和单施化肥处理间无显著差异,分别较对照增加了121.2%、41.9%、54.5%和151.4%、31.9%、92.9%。说明商品有机肥配施化肥在增加了碳排量的同时增加了玉米的产量,进而提高了碳排放效率。     

不同比例有机肥替代化肥对玉米生长及水分利用效率的影响

为了探索黄土高原半干旱区全膜双垄沟播玉米适宜的有机氮替代无机氮水平,于2018—2019年通过大田试验研究了单施化肥(F100M0)、有机肥50%替代(F50M50)、有机肥37.5%替代(F62.5M37.5)、有机肥25%替代(F75M25)以及有机肥12.5%替代(F87.5M12.5)化肥和不施肥(CK)对玉米耗水特性、籽粒产量及水分利用效率的影响。结果表明：两个丰水年,玉米耗水差异主要表现在播种期50~110 cm土层和成熟期10~30 cm土层;与对照相比,F62.5M37.5和F87.5M12.5处理的籽粒产量和生物产量分别较对照增加100.6%、122.0%和132.7%、156.8%,水分利用效率和降水利用效率分别增加了73.1%、165.1%和93.6%、179.8%,水分利用效率和降水利用效率增加的原因主要是F62.5M37.5和F87.5M12.5处理协调了籽粒产量与耗水量之间的关系,使玉米水分利用效率和降水利用效率较对照分别增加。所有处理中,F87.5M12.5处理表现出与单施化肥相当的经济效益。因此,在200 kg·hm^-2施氮水平下,适度降低有机肥替代比例能提高玉米的水分利用效率和经济效益,本研究推荐有机肥替代化肥的水平为12.5%~37.5%。     

中国苜蓿产量及水分利用效率对种植年限响应的Meta分析

为探究种植年限对苜蓿产量和水分利用效率(WUE)的影响,确定不同生境下苜蓿最适宜的种植年限,本研究以中国为研究区域,以3~5年生苜蓿为对照,通过检索文献整合已发表的相关田间试验数据,截至2019年5月共获得80篇文献、1496组苜蓿产量和220组WUE试验数据,将数据按照年降水量(<200 mm,200~400 mm,400~800 mm和≥800 mm)、施肥措施(施肥和不施肥)、水分管理(灌溉和雨养)进行分组,采用整合分析方法(Meta-analysis,包括异质性检验、综合效应量计算、发表偏倚检验和亚组分析),系统探究了种植年限对苜蓿产量和水分利用效率的时空效应与影响因素,并定量分析了环境因子与不同种植年限苜蓿产量以及WUE的关系。本研究结果表明,随种植年限的延长草产量和WUE呈现先升后降的趋势,3~5龄为苜蓿盛产期,而6~8龄苜蓿WUE最高。苜蓿种植年限受环境因素及水肥措施影响,干旱、半干旱区,苜蓿最适宜的种植年限为3~5年;半湿润区,苜蓿最适宜的种植年限可延长至6~8年,但湿润区由于温湿度过高,使得苜蓿最适宜的种植年限缩短至3~5年。施肥可适当延长苜蓿种植年限,但灌溉并不能有效延长苜蓿种植年限。     

有机肥替代化肥对陇中旱区玉米生长及农田碳排放的影响

  【目的】  为降低陇中旱农区化肥氮用量且确保该区玉米持续绿色高产,开展了有机肥替代化肥对玉米生长、农田碳排放影响及机理的研究。  【方法】  试验采用单因素随机区组设计,在等氮 (N 200 kg/hm2) 条件下,设5个有机肥氮替代化肥氮比例处理:0 (T1)、50.0% (T2)、37.5% (T3)、25.0% (T4)、12.5% (T5),同时设置一个不施肥处理 (T6)。在玉米拔节期、大喇叭口期、灌浆期、成熟期,取样测定玉米叶面积指数和干物质量,成熟期测产,并测定不同土层土壤pH、有机碳和全氮含量。在玉米播种后至收获,每隔15天测定一次CO₂通量。  【结果】  玉米叶面积指数、干物质积累量、生长率及籽粒产量表现为T1≈T5≈T3>T4>T2>T6。收获后,T3处理土壤pH与T1处理在0—5、5—10、10—30 cm土层差异均不显著。土壤有机质含量在0—5 cm土层中最高,T3较T1、T4、T5处理分别显著提高34.5%、9.9%、38.8%;5—10 cm土层内,T3处理的有机质含量与单施化肥T1处理差异不显著,T2、T3、T4处理间有机质含量差异不显著;10—30 cm土层T3较T1显著提高土壤有机质含量31.4%,较T5处理显著提高26.1%。全氮含量在5—10 cm土层中最高,T3较T1处理显著降低23.6%,各有机肥替代化肥比例处理间差异不显著。与T6处理相比,所有施肥处理均增加了玉米全生育期的总碳排放量,而在所有施肥处理中,T1、T3与T5碳排放总量较低且相互之间无显著差异。所有施肥处理较不施肥处理(T6)均提高了净生态系统生产力(NEP)和土壤碳平衡(SCB),T3处理2019和2020年2年平均SCB高于其他所有处理,玉米农田均为大气CO₂的“汇”,T3表现出最强碳汇效应。相关性分析结果表明,土壤碳排放与土壤有机质含量(r=0.56*)、土壤温度(r=0.93**)呈显著或极显著正相关;与土壤pH呈极显著负相关(r= –0.77**);叶面积指数(r=0.75**)、干物质(r=0.75**)、籽粒产量(r=0.93**)与土壤碳平衡呈极显著正相关;土壤理化指标中全氮 (r=0.72**)、温度(r=0.84**)与碳平衡间呈极显著正相关。  【结论】  在丰水年,陇中旱农区在施纯N 200 kg/hm2的水平下,37.5%左右有机肥替代化肥比例较单施化肥可使玉米稳产,改善土壤pH、提高土壤肥力,土壤CO₂排放总量较单施化肥处理没有显著增加,为陇中旱农区全膜双垄沟播玉米有机肥替代化肥的适宜比例。     

耕作方法对黄土高原旱作玉米产量和土壤水温特性的影响

全膜双垄沟播是黄土高原旱作玉米主要生产技术,但此技术的土壤耕作主要依赖传统耕作和旋耕,在形成犁底层的同时造成耕层变浅,影响玉米生长、产量形成以及土壤健康。本文以打破犁底层、改善土壤结构、提高黄土高原旱地玉米(Zea may L.)产量和有限降水资源利用效率为目标,布设大田定位试验,比较研究了深松耕、免耕、旋耕和传统耕作对旱地全膜双垄沟播玉米土壤水分、温度、土壤容重、产量以及水分利用效率的影响。结果表明:全膜双垄覆盖条件下,深松耕和免耕较旋耕和传统翻耕能有效增加0~30 cm土壤贮水量,其0~30 cm土层土壤含水量较翻耕、旋耕分别增加50.0%、43.7%和14.8%、10.3%;深松耕能有效降低5~30cm土层土壤容重,其5~10 cm和10~30 cm土层土壤容重,深松耕较传统耕作分别降低10.9%和12.9%,随着土层的加深,深松耕、免耕的土壤容重呈降低趋势,旋耕和传统翻耕呈增大趋势;深松耕在苗期、拔节—抽雄期较传统翻耕分别具有明显的增温和降温作用,有利于玉米生长和产量提高;2个平水年,深松耕处理的玉米生物产量、籽粒产量和水分利用效率分别较传统翻耕增加6.1%~5.6%、18.6%~28.8%和28.1%~32.9%,具有明显的增产和提高水分利用效率的作用。因此,在黄土高原半干旱区同等降雨条件下,深松耕能有效增加全膜双垄沟播玉米的土壤贮水量,改善土壤结构,协调水温关系,有利于增产和提高水分利用效率,是全膜双垄沟播玉米一项理想的土壤耕作方法。     

Meta分析有机肥施用对中国北方农田土壤CO2排放的影响

为了探明中国北方地区不同气候类型、施肥措施、有机肥类型和试验年限下,有机肥施用(单施有机肥、有机无机肥配施)对生育期农田土壤CO_2排放量的影响,该研究以不施肥、施用无机肥分别作为对照,根据已发表的相关田间试验数据,采用Meta分析方法,定量研究有机肥、有机肥配施无机肥对农田土壤CO_2排放量的影响。结果表明:与不施肥、施用无机肥相比,有机肥施用总体上显著提高了农田土壤CO_2排放量,分别提高了50.6%和36.3%;有机肥施用下,农田土壤CO_2排放量依次减少的顺序为:单施有机肥、有机无机配施、无机肥+有机肥+缓释肥;采用有机肥+无机肥+缓释肥配施,土壤CO_2排放量未显著增加;相比牛粪、猪粪和商品有机肥,鸡粪类有机肥对土壤CO_2排放正效应最大;有机肥施用下,灰漠土农田土壤CO_2排放量相对高;农田土壤CO_2排放量与年均气温正相关,与年均降水量负相关。从环境的角度考虑,建议在中国北方采用无机肥+有机肥+缓释肥配施技术,不建议鸡粪大量施用及在灰漠土农田大量施用有机肥。该研究成果可为有机肥替代部分化肥在中国北方地区的推广应用提供参考。     

氮肥运筹对旱作覆膜玉米产量及固碳减排效应研究

在黄土高原雨养农业区,依托布设于2012年的定位试验研究氮肥运筹对全膜双垄沟播玉米固碳效应和NH3挥发的影响。采用裂区设计,主处理施氮水平:不施氮对照(N0)、低施氮100 kg·hm-2(N1)、中施氮200kg·hm-2(N2)和高施氮300 kg·hm-2(N3);副处理为施肥时期及比例:设基肥∶拔节肥=1∶2(T1)和基肥∶拔节肥∶大喇叭口肥=1∶1∶1(T2)。结果表明:将200 kg·hm-2氮肥以基肥∶拔节肥=1∶2的比例施用能显著提高全膜双垄沟播玉米的籽粒产量和生物产量,分别较对照增加197%和131%,氮肥偏生产力和氮肥农学效率较高施氮水平分别降低48%和47%。氨挥发排放主要集中在追肥后的一周,穴施追肥后,NH3挥发速率迅速升高,1～4 d内达到峰值,随后逐渐降低至对照水平,且施氮水平越高排放峰值越大。高、中、低施氮水平的NH3挥发量较不施氮对照分别增加6.5、5.9、5.4倍;T1处理较T2处理显著降低了37%;N3T2的NH3挥发量最多,较其他处理显著增多了13%～47%。NH3挥发损失率变幅在13%～60%,随施氮水平增加而降低,高、中施氮水平较低施氮水平降低了59.6%和44.6%;与T2相比,T1处理NH3挥发损失率显著降低了40.4%,增加施氮水平和追肥次数潜在增加NH3挥发损失。综上所述,在黄土高原雨养农业区种植全膜双垄沟播玉米时,能提高玉米籽粒产量和土壤固碳减排能力的适宜施肥制度为:施纯氮200 kg·hm-2,全部氮肥按基肥∶拔节肥=1∶2的比例施用。     

耕作措施对陇中旱农区土壤细菌群落的影响

为探究耕作措施对陇中旱农区麦豆轮作系统土壤细菌多样性的影响,借助2001年在陇中旱农区建立的不同耕作措施长期定位试验,应用高通量测序技术比较传统耕作(T)与3种保护性耕作(免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆覆盖(NTS))对麦豆轮作体系土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮及细菌群落结构影响。结果表明:1)相对于传统耕作,秸秆还田显著增加0～10 cm、10～30 cm土壤有机碳、全氮、微生物量碳和微生物量氮含量,其中NTS处理0～10 cm、10～30 cm土层有机碳、全氮、微生物量碳和微生物量氮含量较传统耕作分别提高28.27%、114.16%、13.51%、49.14%和39.86%、98.05%、10.78%、40.72%。2)酸杆菌门(26.42%)、变形菌门(19.86%)和放线菌门(19.44%)为陇中旱农区麦豆轮作系统土壤细菌的主要优势种群,NTS处理下酸杆菌门、放线菌门和变形菌门丰度较传统耕作显著提高35.11%、33.77%和30.17%。3)与传统耕作相比,保护性耕作提高了0～30cm土层土壤细菌的Observedspecies指数、Chao指数、香农指数、辛普森指数,以NTS处理提高最为显著。因此,在陇中旱农区推广以免耕秸秆覆盖为主的保护性耕作措施有利于增加土壤碳氮固存、提高土壤细菌群落丰度和多样性和土壤的生物活性,促进农业的可持续发展。     

长期不同耕作措施对黄绵土体积质量和作物水分利用效率的影响

借助2001年在陇中黄土高原建立的不同耕作措施长期定位试验,研究5种保护性耕作[免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕+秸秆覆盖(NTS)、传统耕作+地膜覆盖(TP)、免耕+地膜覆盖(NTP)]和传统耕作(T)对黄绵土体积质量、水分含量、作物耗水量、产量及水分利用效率的影响。结果表明:保护性耕作均可降低0~30cm土层土壤体积质量,提升土壤孔隙度;其中NTS显著降低0~10cm土层土壤体积质量,并显著提升该土层土壤孔隙度,且随着应用年限的延长,效果更为突出。保护性耕作显著提高播种期0~10cm土层土壤含水量,尤以NTS和NTP效果最佳。与传统耕作相比,NTS和NTP在增加作物耗水量的同时也提高了作物产量和水分利用效率,但NTP不利于土壤结构的持续改善。因此,长期施用免耕秸秆覆盖耕作措施能显著改善土壤结构,提高土壤水分利用效率,进而提高作物产量,促进农业可持续发展。     

长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤物理质量的影响

本研究通过设置在陇中黄土高原半干旱区的小麦→豌豆和豌豆→小麦轮作系统的长期定位试验,探讨了不同耕作方式对耕层土壤物理质量的影响。6种耕作方式包括:传统耕作(T)、免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)和免耕地膜覆盖(NTP)。结果表明,不同耕作方式下耕层土壤容重、孔隙度、坚实度和饱和含水量差异显著,团粒结构、有效水分、水分利用率和饱和导水率差异极显著,耕作方式对土壤温度和田间持水量的影响不明显。通过加乘法则和加权综合法2种模型评价了不同耕作方式下土壤物理质量,P→W(豌豆→小麦)轮作序列下表现为NTS>NTP>NT>TS>T(TP)>TP(T),W→P(小麦→豌豆)轮作序列下表现为NTS>NTP>TS>NT>TP>T,说明免耕的基础上进行秸秆覆盖,有助于形成良好的土壤结构,提高土壤入渗,减少土壤侵蚀,促进土壤物理质量提高。