华北旱作区夏播单间作种植模式吸氮效果及后茬效应

为筛选能够降低土壤硝态氮残留量并具有显著经济效益的华北旱作区夏播种植模式,在河北省徐水县设置夏播作物的不同单间作模式田间对比试验。结果显示,各处理中,玉米大豆间作的作物总吸氮量最大,使土壤硝态氮残留量明显降低并有较好的经济效益,其土地当量比也大于1,且在提高后茬冬小麦籽粒产量、秸秆产量、作物吸氮量方面效果较好。与玉米单作比较,玉米大豆间作模式0～200 cm土层硝态氮残留量降低56.66 kg.hm-2,作物整体吸氮量提高6.17 kg.hm-2,经济效益增加2054.62元.hm-2;后茬冬小麦的籽粒产量、秸秆产量、作物吸氮量分别提高了197、673 kg.hm-2和5.91 kg.hm-2。     

玉米大豆间作降低小麦玉米轮作体系 土壤氮残留的效应与机制

【目的】阐明夏播玉米大豆间作对小麦玉米轮作体系产量、吸氮量、土壤含水量和硝态氮残留的影响,明确间作地上部和地下部因素对间作优势的相对贡献率,为优化资源配置、提高土地生产力提供科学依据。【方法】2011年6月至2012年10月,在河北省徐水县代表性农田设置玉米单作（T1）、大豆单作（T2）、玉米与大豆间作根部不分隔（T3）、玉米与大豆间作根部分隔（T4）4个处理,并对关键生育时期的作物生长、土壤水分和硝态氮含量进行实时观测。【结果】相对作物单作种植模式,间作产量优势明显,玉米大豆间作种植的土地当量比（LER）大于1,间作模式总吸氮量（256.1 kg·hm^-2）显著高于玉米单作种植（159.7 kg·hm^-2）。玉米大豆间作主要通过促进玉米生长和氮素吸收来提高间作系统生产能力,其中地上部因素对间作玉米生物量、产量和吸氮量提高的贡献率分别为81.6%、83.4%和75.7%,而地下部因素的贡献率仅为18.4%、16.6%和24.3%。间作玉米条带土壤含水量显著低于单作玉米,隔根间作玉米土壤含水量显著低于不隔根间作玉米,单作大豆与间作大豆土壤含水量无显著差异,隔根对间作大豆土壤含水量无显著影响。相对单作种植,间作系统降低了玉米收获后各层土壤硝态氮含量,而提高了大豆条带土壤硝态氮含量;相对不隔根处理,间作隔根对玉米土壤硝态氮含量影响不大,但降低了间作大豆土壤硝态氮含量。夏季无论是单作种植还是间作种植,其后茬小麦产量和吸氮量均无显著差异,但间作可以显著降低小麦收获后土壤硝态氮残留量（P＜0.05）,相对玉米单作,间作种植的后茬小麦收获后0-100 cm土层硝态氮残留量降低了87.2 kg·hm^-2,其中地上部因素贡献率为77.5%,地下部因素对此贡献仅为22.5%。【结论】夏播间作种植产量优势明显,间作模式整体吸氮量高于玉米单作,其中地上部因素对间作优势的贡献大于地下部因素,并且夏播间作种植对后茬小麦产量和吸氮量均无显著影响。相对单作种植,间作种植降低了玉米条带土壤含水量而对大豆条带无显著影响,间作玉米条带土壤硝态氮含量显著降低而大豆条带土壤硝态氮含量显著提高,但间作系统当季及后茬作物收获后的整体土壤硝态氮残留显著降低。     

秸秆还田提高水稻-油菜轮作土壤固氮能力及作物产量

为探讨西南山区水稻-油菜轮作模式下秸秆还田对作物产量和土壤氮素固持能力的影响,于2013-2015年在洱海流域稻油轮作农田中设置空白处理(CK)、单施化肥(CF)、化肥+玉米秸秆(CFMS)以及化肥+蚕豆秸秆(CFBS)4个处理,测定分析了作物产量、土壤微生物量及土壤理化性质等关键指标。结果表明,与CF处理相比,秸秆还田提高水稻、油菜产量及其地上部含氮量,增加氮素有效输出。不同处理土壤微生物量碳、氮质量分数存在差异,其大小顺序为:CFMSCFBSCFCK。与土壤碳氮比相比,土壤微生物熵和微生物量C/N对秸秆还田做出快速响应,秸秆还田提高土壤微生物熵,降低微生物量C/N。此外,秸秆还田显著降低油菜收获后的土壤硝态氮残留(P0.05),与CF相比,玉米秸秆和蚕豆秸秆还田分别使土壤硝态氮残留量减少11.6%~55.0%和13.7%~52.3%。可见,中国西南山区稻油轮作模式下秸秆还田能提高作物产量和含氮量,增强土壤微生物氮素固持能力,有效降低土壤氮素流失风险,且玉米秸秆在增产、固氮方面的作用优于蚕豆秸秆。结果可为提高西南山区水稻、油菜产量,增强土壤氮素固持能力,降低土壤氮素流失风险提供参考。     

不同施肥年限下作物产量及土壤碳氮库容对增施有机物料的响应

【目的】研究不同年限下增施有机肥及秸秆还田对作物产量及剖面土壤碳氮库容的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量提供依据。【方法】以农业部昌平潮褐土生态环境重点野外科学观测试验站为平台,分别在长达11年和27年的2个不同施肥年限试验区采集4个施肥处理,即氮磷钾（NPK)、氮磷钾+22.5 t·hm ^-2有机肥（NPKM）、氮磷钾+33.75 t·hm ^-2有机肥（NPKM+）、氮磷钾+秸秆还田（NPKS）不同土层深度的土壤样品,分析冬小麦-夏玉米产量和土壤碳氮库容剖面分布特征。 【结果】（1）增施有机肥及秸秆还田处理对作物的增产效应随施肥年限的延长而逐渐增强。与NPK处理相比,施肥11年限的NPKM、NPKM+和NPKS处理分别提高小麦和玉米产量为18.6%、15.8%、3.5%和39%、42%、35%;而27年的各施肥处理对小麦和玉米产量的增产幅度分别为41%、51.5%、23%和31%、33%、58%。（2）随着施肥年限的延长,增施有机肥及秸秆还田均能持续提升土壤碳、氮库容。连续施肥11年后,土壤碳、氮库容分别为25—114 Mg·hm ^-2、2.2—9.0 Mg·hm ^-2;而27年后土壤碳、氮库容分别为29—146 Mg·hm ^-2、2.5—12.1 Mg·hm ^-2。随着土壤剖面的加深,不同施肥年限中土壤碳、氮库容均表现为先逐渐增加后逐渐降低的趋势,均在80 cm处达到峰值。在80 cm土层峰值处,27年施肥处理中NPK、NPKM、NPKM+、NPKS土壤碳库和氮库分别为102、128、146、123 Mg·hm ^-2和8.3、9.7、12.1、9.1 Mg·hm ^-2,而11年施肥年限内各处理土壤碳、氮库均表现为差异不显著（P>0.05）。和NPK相比,不同年限中增施有机肥及秸秆还田均降低了不同土层的土壤碳氮比。同时,随着施肥年限的延长,土壤碳氮比越稳定。（3）随着施肥年限的延长,各处理土壤累积碳、氮库均呈现增加趋势。连续施肥11年后,NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为5.2%、11.2%、9.2%和21.2%、26.6%、38.8%;连续施肥27年后NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为26.3%、41.1%、21.8%和26.2%、44.9%、4.0%,且随着施肥年限的延长,施用有机肥对土壤累积碳库容的提升高于秸秆还田的趋势愈加明显,而对土壤累积氮库容的提升效果低于秸秆还田。 【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥及秸秆还田会提高作物产量、增强土壤碳氮库容、提升土壤肥力,且随着施肥年限的延长,效果愈加明显。同时,施用有机肥对作物产量、碳库的增强效应强于秸秆还田,而对氮库的提升效果低于秸秆还田。     

设施菜地夏季休闲期甜玉米经济产量及环境效益分析

在北京市门头沟、房山、大兴和通州等4个区选择15个典型设施菜地,设置田间观察对比试验,研究在北方设施菜地夏季甜玉米作为填闲作物的实际经济、环境综合效益。试验结果表明,种植甜玉米有较好经济效益,经济产量达15 168.0～20 332.8kg/hm2。在环境效益方面,种植甜玉米后可有效减少浅层土壤中的硝态氮含量,降低淋溶风险。与常规休闲(休闲期不种植作物)相比,种植甜玉米可使设施菜地0～100cm土层中的硝态氮含量平均减少290.4kg/hm2。在夏季休闲期种植甜玉米是北方设施菜地兼顾经济和环境效益的有效种植措施之一。     

洱海流域北部农田养分平衡及残留特性研究

为减少农田氮磷流失,改善洱海水质、遏制富营养化发展,以洱海流域北部8个乡(镇)为研究区域,采用现场调查与分析测试相结合的方法研究了洱海流域北部10种典型轮作模式的施肥量、作物养分吸收量、农田养分盈余量以及土壤养分残留状况,对不同轮作模式农田养分平衡及残留特性进行了分析评价.结果表明,水稻-大蒜轮作模式下有机肥和氮肥的投入量显著高于其他模式,水稻-蔬菜作物轮作模式的磷肥投入量显著高于其他模式;不同轮作模式间土壤养分残留差异性以硝态氮最为突出:水稻-大蒜轮作条件下土壤硝态氮残留量达43.4 mg·kg-1,明显高于其他轮作模式;10种轮作模式均处于养分盈余状态,以水稻-大蒜轮作模式养分盈余量最大,为1258.8 kgN·hm-2和1472.7 kgP2O5·hm-2;养分盈余量差异主要凸现在小春季作物上;土壤中易流失的硝态氮、铵态氮和速效磷与氮磷肥的投入量和养分盈余均呈显著相关.表明水稻-大蒜和水稻-蔬菜轮作是洱海流域农用环境污染风险较高的种植模式,需要重点防控.     

高原农业流域磷流失风险评价及关键源区识别——以凤羽河流域为例

以Iowa磷指数模型为基础,根据中国高原特征并参考其他磷指数模型评价体系对其进行简化和修正,建立了中国高原农业流域磷指数评价体系,并以洱海源头典型小流域凤羽河流域为例,分别对溶解态磷和颗粒态磷面源流失风险进行了评价及关键源区的识别。结果表明,两种形态的磷流失较高和最高风险区均分布于河流两侧100 m的范围内。溶解态磷流失较高和最高风险区主要为河流中下游的农田区,而颗粒态磷流失较高和最高风险区在河流上游草地和河流中下游的农田区均有分布;溶解态磷流失关键源区为中下游河流两侧100m范围的农田区,颗粒态磷流失关键源区为上中下游河流两侧100 m范围的草地和农田。研究结果为实现流域面源磷流失高效防控奠定了基础,同时表明新建立的磷指数评价体系适用于高原流域开展磷流失风险评价及关键源区识别。     

洱海北部地区不同轮作农田氮、磷流失特性研究(英文)

[目的]本文通过研究洱海北部地区不同轮作模式下农田氮、磷流失特征以期为环境污染风险评估和制定相关措施控制由农业造成的面源污染提供参考。[方法]试验中通过调查采自洱海北部地区7个乡镇4种不同种植模式下的水样及施肥情况分析了田面水和沟渠水的氮、磷含量动态变化情况,以及肥料的投入量与田面水和沟渠水中氮、磷浓度的关系。[结果]田面水中,不同轮作模式下氮素的流失差异显著,蚕豆-水稻比大蒜-水稻模式减少氮素流失风险38%。水溶态氮是氮流失的主要形态。可溶性氮浓度以大蒜-水稻模式最高。不同轮作模式下田面水中氮浓度基本趋势为:大蒜-水稻>黑麦草-水稻>蚕豆-水稻>油菜-水稻。磷素流失总量偏低,且以泥沙结合态为主,不同轮作模式间各种形态的磷流失无显著差异。田面水中氮磷含量比沟渠水高,对总氮和总磷的增荷率分别为73%和82%。追肥是导致农田水对沟渠水增荷的关键因素。[结论]本研究中,大蒜-水稻是洱海流域农田氮磷流失风险最高的轮作模式。因此,应该综合考虑环境效益和经济效益,合理安排轮作模式。本研究为控制洱海流域农田面源污染和改善洱海水质提供了参考。     

辽河三角洲稻区缓释肥施用下氮肥减施潜力研究

为明确辽河三角洲典型单季稻区氮肥减施潜力,采用区域施肥调查和田间试验相结合的方法,以了解区域施肥现状以及不同缓释肥减量替代化肥对产量、氮素供给和流失风险的影响。结果表明,目前辽河三角洲单季稻氮肥施用量主要分布在200～350 kg·hm-2之间,区域平均施氮量为294.5 kg·hm-2,区域平均经济产量为10479.9 kg·hm-2,依据水稻需氮量计算得出适宜的施氮量为182～202 kg·hm-2。经研究表明,根据目前区域内可选择的肥料类型选择适宜的缓释肥料,减氮潜力在19.2%～30.8%之间,在保证作物产量的条件下,可以提高1.39%～15.79%的氮肥利用率,维持土壤养分含量,有效降低田面水中68.4%～79.6%的氮含量,增加541.4～5816.6元·hm-2的经济效益。综上,在减氮潜力较高的地区,适当减氮条件下施用缓释肥可以在保证作物产量的同时降低氮素损失的环境风险,减少人工成本,提高经济效益。     

江汉平原稻田田面水氮磷变化特征研究

在江汉平原地区,因水肥管理粗放,特别是人为排放刚施肥泡田水,水稻种植引发的氮磷面源污染问题比较严重,迫切需要掌握稻田氮、磷动态特征,并据此进行科学的肥水管理。采用大田试验的方法,设置不同氮磷梯度,研究了江汉平原稻田田面水氮磷形态与浓度动态变化特征及施肥的影响。结果表明:施尿素后,田面水可溶性总氮(DTN)、可溶性有机氮(DON)和铵态氮(NH_4~+-N)占总氮(TN)的比例分别在88.0%、44.7%和31.6%以上,且随施氮量增加而增大;施磷肥后,田面水中颗粒态磷(PP)占总磷(TP)的比例为76%～93%,且随施磷量的增加而降低。田面水中氮素浓度与施氮量之间呈分段线性相关关系,当施氮量分别超过287.8、289.9、231.5和336.7kg·hm-2后,TN、DTN、NH_4~+-N和DON的浓度会跃增;田面水中各形态磷素浓度均随施磷量的增加而线性增加。施氮肥后,田面水中TN和DTN浓度均在施肥后1 d达到峰值,在基肥和分蘖肥后5 d、穗肥后2 d降低至与不施氮肥基本接近;NH_4~+-N浓度在基肥和分蘖肥后2d、穗肥后1d达到峰值,基肥和分蘖肥后5 d、穗肥后2 d后降低至与不施氮肥趋同。施磷肥后TP、PP和可溶性总磷(DTP)的浓度均在施肥后1 d达到峰值,3 d后急剧降低,降幅均在79.0%以上。可见,在江汉平原地区,施尿素后田面水中氮素以DTN为主,尤其是DON和NH_4~+-N,施磷肥后以PP为主。减少氮、磷肥用量可降低稻田氮、磷损失,且氮肥施用量应尽可能控制在231.5 kg·hm-2以内。施基肥和分蘖肥后5 d内、施穗肥后2 d内是江汉平原稻田氮素损失的关键控制期,施磷肥后3 d内是磷素流失的关键控制期。