长江流域油?稻与麦?稻轮作体系周年养分收支差异

【目的】 评估1990—2017年长江流域不同轮作体系周年养分收支平衡,比较油?稻与麦?稻轮作体系养分收支差异,为提高周年养分利用效率、优化水旱轮作区域养分资源的合理分配提供依据。 【方法】 收集了长江流域[四川、重庆、贵州、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、浙江和上海等省 (市)] 513个试验的油?稻与麦?稻轮作体系各季作物施肥量、生物量 (含秸秆和根茬及落叶归还)、养分含量、积累量,分析了油?稻与麦?稻轮作体系周年氮、磷、钾养分收支平衡,比较和评估了两种轮作体系氮的损失量 (包含NH₃挥发、N₂O排放以及氮的径流和淋溶)。 【结果】 油?稻轮作周年平均化肥投入量为N 378.5 kg/hm2、P₂O₅ 169.9 kg/hm2和K₂O 225.7 kg/hm2,麦?稻轮作为N 394.4 kg/hm2、P₂O₅ 172.5 kg/hm2和K₂O 210.8 kg/hm2,两种轮作方式施肥量未表现出明显差异。油?稻轮作还田生物量 (18984 kg/hm2) 高于麦?稻轮作 (18123 kg/hm2)。油?稻轮作周年养分归还量为N 142.5 kg/hm2、P₂O₅ 46.4 kg/hm2和K₂O 441.3 kg/hm2,较麦?稻轮作分别高出9.7%、6.7%和27.4%。落叶是油菜季养分归还量的重要部分,其带入的氮、磷、钾养分分别占到油菜还田养分总量的29.3%、18.5%和16.3%,使得油菜季养分输入量明显高于小麦季;而小麦由于群体生物量大,两种轮作模式水稻季的养分输入以麦?稻轮作优势明显 (钾素除外)。麦?稻轮作周年地上部养分带走量为N 333.9 kg/hm2、P₂O₅ 125.8 kg/hm2和K₂O 379.3 kg/hm2,分别较油?稻轮作高出14.6%、2.1%和?13.4%。油?稻与麦?稻轮作周年氮损失量分别为N 96.7和88.8 kg/hm2,占周年施氮量的22.5%～25.5%。油菜季氮损失量平均N 34.5 kg/hm2,略高于小麦季的N 29.8 kg/hm2。水稻季氮损失量明显高于旱季作物,两种轮作体系相差较小 (N 59.0～62.2 kg/hm2)。不同氮损失途径中,NH₃挥发损失的氮所占比例最大,占各季施氮量的7.2%～18.4%;其次是氮的淋溶和径流损失,约为6.7%～12.7%;N₂O排放所占比例最小 (1.1%～2.1%)。秸秆不还田时,油?稻轮作体系氮素盈余N 37.3 kg/hm2,麦?稻体系持平或略有亏缺 (N ?6.0 kg/hm2),两种轮作体系P₂O₅盈余53.3～58.4 kg/hm2、K₂O亏缺138.3～145.0 kg/hm2。秸秆还田后,油?稻轮作体系周年养分收支平衡量为N 133.0 kg/hm2、P₂O₅ 93.1 kg/hm2和K₂O 229.0 kg/hm2,分别较麦?稻轮作高出30.9%、3.2%和28.7%。 【结论】 水旱轮作体系在秸秆不还田时,油?稻体系氮盈余,麦?稻体系氮持平或略有亏缺,两个体系磷均有盈余而钾素处于亏缺状态。秸秆还田时,两种轮作体系氮、磷、钾均表现为盈余,说明秸秆还田能够增加养分输入,维持土壤养分的平衡。由于油菜落叶归还大量氮素,油?稻轮作较麦?稻轮作体系氮素盈余量高,因此,油?稻轮作可考虑降低氮肥的施用。      

不同轮作和氮肥分配季节下土壤氮素供应和油菜氮素吸收差异

【目的】土壤氮素供应受到土地利用方式影响,明确土壤氮素供应特性是合理施肥的基础。研究不同轮作方式下油菜季土壤氮素供应特征和油菜氮素吸收规律,可以为油菜氮肥施用提供科学依据。【方法】本试验为同田对比田间试验,采用裂区试验设计,主处理为两种轮作方式,即水旱轮作 (水稻?油菜轮作) 和旱地轮作 (棉花稻?油菜轮作);副处理为氮肥 (N 150 kg/hm2) 施用季节。每种轮作方式下设3个氮肥施用季节处理,分别为:1) 两季均不施氮肥(N_0-0);2) 水稻/棉花季施氮,油菜当季不施氮(N_150-0);3) 水稻/棉花季不施氮,油菜当季施氮(N_0-150)。通过原位矿化培养方法测定油菜不同生育期土壤氮素净矿化量,同时测定油菜在不同生育期内氮素吸收量。【结果】与两季均不施氮相比,油菜季施氮,稻油轮作下土壤氮净矿化累积量显著增加101.2 kg/hm2,油菜氮素吸收增加76.8 kg/hm2;棉油轮作条件下,土壤氮净矿化累积量显著增加了110.0 kg/hm2,油菜氮素吸收增加96.2 kg/hm2。从分配比例上分析,在油菜苗期—薹期,稻油轮作土壤氮素净矿化量占累计矿化量的52.3%,棉油轮作为64.5%,棉油轮作高于稻油轮作;然而在油菜花期—成熟期,稻油轮作土壤氮素净矿化量高于棉油轮作。与土壤氮素净矿化相一致,在油菜苗期—薹期,棉油轮作油菜氮素吸收量比稻油轮作高37.1 kg/hm2,棉油轮作有利于油菜前期氮素吸收;而油菜生长后期稻油轮作比棉油轮作多吸收氮素18.2 kg/hm2。稻油轮作有利于油菜后期氮素吸收。【结论】棉油轮作条件下,残留棉花叶片养分释放快,有利于油菜生长前期 (苗期—薹期) 土壤氮素供应;而稻油轮作条件下,残留水稻根茬养分释放慢则有利于油菜生长后期 (花期—成熟期) 土壤氮素供应。因此棉油轮作有利于油菜前期生长,稻油轮作有利于油菜后期生长。稻油轮作条件下在油菜生长前期可适量增加氮肥供应,后期降低氮肥供应;棉油轮作下在油菜生长前期适量降低氮肥供应,后期增加氮肥供应。     

添加不同外源氮对长期秸秆还田土壤中氮素转化的影响

【目的】秸秆还田能够改变土壤中各活性氮库的含量与比例,进而影响土壤氮素供应能力。本文研究了长期秸秆还田条件下添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的影响,旨在明确长期秸秆还田土壤活性氮库的含量差异。【方法】长期定位施肥试验点位于湖南省望城县(112°80′N、28°37′E,海拔高度100 m)。试验开始于1981年,供试土壤为第四纪红色黏土发育的水稻土,轮作制度为稻—稻—冬闲。2014年晚稻收获后,采集单施化肥和长期秸秆还田配施化肥两个处理的耕层土壤样品,开展室内培养试验。每个土壤样品设置灭菌和不灭菌两组主处理,在主处理下设:对照(CK)、添加尿素(N 150 kg/hm^2,U)、添加秸秆(N 150 kg/hm^2,S)和添加尿素和秸秆(N 300 kg/hm^2,U+S)四个副处理,4次重复。在25℃下恒温培养5、10、20、30、50、90、130天时,分析土壤铵态氮、硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量。【结果】1) U、S和U+S处理均显著提高土壤铵态氮和硝态氮含量,高低顺序为U> U+S> S> CK。非灭菌条件下,U处理的土壤铵态氮含量较其他处理高出90.8%~288%。2)灭菌后土壤铵态氮长期维持在较高水平,其向硝态氮转化过程受阻。在培养90天内,土壤硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量均处于较低水平。3)而不灭菌条件下,各处理土壤硝态氮均在培养50天后迅速增加,至培养结束土壤硝态氮达最大值(117.43~243.17 mg/kg)。4)土壤微生物氮和可溶性有机氮分别于培养20天(106.72~244.01 mg/kg)和30天(95.76~140.63 mg/kg)时达到最大值。5)至培养结束,灭菌条件下长期NPKS土壤中U+S处理可溶性有机氮显著高于其他处理,较U和S处理分别提高51.55%和29.96%。【结论】添加不同外源氮有利于提高长期秸秆还田土壤中活性有机氮的含量,尤其是添加秸秆和尿素处理,能够显著提高土壤氮素的供应能力。     

油菜专用控释尿素用量对冬油菜产量和氮素吸收的影响

【目的】明确不同冬油菜种植区域油菜专用控释尿素用量对冬油菜产量和氮素吸收的影响,验证油菜专用控释尿素一次性施用的可行性和适宜用量,为指导冬油菜轻简化生产提供依据。【方法】于2015-2016年分别开展油菜专用控释尿素静水释放试验和田间埋袋养分释放以及控释尿素用量施用效果田间试验。油菜专用控释尿素用量试验布置于冬油菜3个主产地区--湖南衡阳、江西九江和湖北武穴。试验共设5个氮肥用量梯度,分别为0、60、120、180和240 kg N·hm^-2,探究油菜专用控释尿素对不同区域冬油菜产量和氮素吸收的影响。【结果】田间埋袋试验结果表明,油菜专用控释尿素的缓释期在150 d左右,累积释放量为83.4%,与冬油菜氮素需求吻合。施用油菜专用控释尿素可以调控收获密度,增加冬油菜的单株角果数和每角粒数。与不施氮处理相比,单株角果数、每角粒数分别增加15.0-81.5角/株和0.2-2.4粒/角,收获密度随氮肥用量增加或降低协调群体与个体。3个产地的籽粒产量均在施氮量达到180 kg N·hm^-2时最高,分别较不施氮增产1 118、1 088和2 049 kg·hm^-2。用线性加平台模型拟合的最佳控释尿素用量,湖南衡阳、江西九江和湖北武穴分别为174、180和192 kg N·hm^-2。油菜专用控释尿素施用显著增加地上部生物量、氮素含量和氮素积累量。在收获期时,随氮肥用量增加,茎秆中的氮素分配比例逐渐增加,籽粒中氮素积累分配比例减小,而角壳的氮素分配比例保持在10%左右。不同时期氮肥利用率存在差异,苗期最小,花期最大,收获期居中,分别为19.20%-23.45%、50.69%-56.89%和39.39%-46.71%。苗期和花期的氮肥利用率随着施氮量的增加,出现先增加后降低的趋势,在控释尿素用量为180 kg N·hm^-2时达到最大;收获期的氮肥利用率随着施氮量的增加呈降低趋势。【结论】油菜专用控释尿素一次性施用可以增加油菜各生育时期的氮素吸收、促进油菜生长发育,提高收获密度、单株角果数和每角粒数,增加油菜产量。不同冬油菜主产区所需专用控释尿素推荐用量差异不大,平均为180 kg N·hm^-2。     

长江流域农民习惯施肥与推荐施肥的冬油菜产量与养分效率差异分析-基于大样本田间试验

【目的】合理施肥是保证和维持油菜产量的关键。面对目前集约化的种植管理模式,肥料的粗放管理和施用势必造成养分效率的下降,从而影响油菜产量。本研究通过比较长江流域冬油菜种植区域农民习惯施肥与推荐施肥的产量和养分利用效率差异,为冬油菜肥料合理施用、提高肥料利用效率提供策略。【方法】选取2005—2016年长江流域(包括四川、贵州、湖北、湖南、安徽、江苏和浙江7个省份)的535个油菜田间试验,分析不施肥(CK)、农民习惯施肥(FP)和推荐施肥(RF)处理间以及长江流域各区域间的油菜产量和产量分布特征,比较不同施肥处理的增产效果,以及氮、磷、钾肥料用量和偏生产力的差异,计算RF处理与FP处理间施肥量的差值,评估长江流域氮、磷、钾肥的减施潜力。【结果】长江流域CK处理冬油菜产量主要分布在500—1 500 kg·hm~(-2),FP处理主要分布在1 500—3 000 kg·hm~(-2),RF处理最高,集中在2 000—3 000 kg·hm~(-2),土壤基础地力对RF处理油菜产量的贡献率为45.1%—49.7%;3个不同处理在区域间油菜的平均产量均表现为长江下游中游上游。长江上、中、下游FP处理油菜产量均值分别为2 033、2 182和2 542 kg·hm~(-2),RF处理油菜产量较FP分别增产16.7%、16.5%和13.9%,增产点比例达77.5%—94.9%。随着地力水平的提升,各个处理油菜增产率均表现出逐渐下降的趋势,RF处理在不同地力水平下亦呈现出明显的优势。比较RF与FP处理施肥量发现,长江流域FP处理施肥量均值为162.5—239.5 kg N·hm~(-2)、58.6—82.0 kg P_2O_5·hm~(-2)和45.5—60.8 kg K_2O·hm~(-2),而RF处理施肥量均值则为162.2—233.6 kg N·hm~(-2)、67.2—94.1 kg P_2O_5·hm~(-2)和73.6—108.5 kg K_2O·hm~(-2),两种施肥处理氮肥用量未表现出显著的差异,FP处理磷、钾肥用量偏低。与RF处理相比,PF处理氮肥可减施的点位比例最大,长江流域45.6%的点位能够减氮,25.6%的点位可以减磷,钾肥减施点位的比例仅为13.2%。同时,需要增施氮、磷、钾肥的比例分别为37.8%、60.0%和75.9%。区域间肥料用量以长江下游适宜点位比例最大,氮、磷、钾肥适宜用量的点位比例分别为25.0%、22.8%和17.1%。长江流域FP处理的氮、磷、钾肥偏生产力均值分别为11.1—14.2、28.6—45.8和38.3—47.6 kg·kg~(-1)。RF在FP处理的基础上提高了氮肥偏生产力12.9%—15.9%,但与其他发达国家相比仍处于较低水平;而RF处理的磷、钾偏生产力与FP相比有所下降,平均降低幅度分别为6.9%和19.6%,也表明目前推荐的施肥量仍然存在减肥的空间。【结论】与农民习惯施肥相比,推荐施肥显著增加了油菜产量,且农民习惯的肥料用量存在较大的调整空间。     

不同施肥方式下氮肥用量对直播稻根系形态及氮素吸收的影响

采用盆栽试验,研究施肥方式(点施于距土表1、5 cm土柱中心位置,分别记为M1、M2;距土表0~5、0~10 cm土壤与氮肥混匀施用,分别记为M3、M4)和氮肥用量(N 0、0.3、0.6、0.9、1.2 g/盆)对直播稻苗期生物量、根系形态及氮素吸收的影响,以期为直播稻科学施用氮肥提供理论依据。结果表明,M1、M2施肥方式下N0.6处理地上部和根系生物量都显著高于其他处理,增幅分别为17.8%~84.8%和13.9%~46.9%,根系形态指标表现为N0.3和N0.6高于N1.2处理;M3、M4施肥方式下N1.2处理地上部和根系生物量都显著高于其他处理,增幅分别为32.6%~36.3%和14.9%~16.2%,根系形态指标有随着施氮量增加而增加的趋势。施肥方式和氮肥用量对氮素吸收量的影响趋势与生物量表现一致,氮素吸收利用率表现为点施条件下M1M2,混施条件下M3M4。相关分析结果表明,水稻地上部生物量及其氮素吸收与根系形态参数及氮素吸收量存在显著正相关关系。综上所述,低氮条件下浅层点施、高氮条件下浅层混施有利于促进水稻苗期的生长发育,稳固良好的根系形态特性,增强其对养分的吸收利用。     

油菜轮作对后茬作物产量的影响

【目的】明确长江流域多熟制轮作区油菜轮作对后茬作物产量的影响,验证油菜种植提高后茬作物产量是一种普遍现象,为油菜作为换茬作物促进粮油兼丰、周年丰产稳产提供依据。【方法】在长江流域不同地区开展不同轮作模式的同田对比试验,选取长江上游重庆北碚油菜-水稻和小麦-水稻轮作、四川盐亭油菜-玉米和小麦-玉米轮作,中游湖北沙洋油菜-水稻和小麦-水稻轮作、油菜-玉米和小麦-玉米轮作、湖南衡阳油菜-早稻-晚稻和冬闲-早稻-晚稻轮作、河南信阳油菜-水稻和小麦-水稻轮作,下游江苏如皋油菜-水稻和小麦-水稻轮作。比较冬季作物小麦（或冬闲）和油菜在相同施肥水平下对后茬作物水稻或玉米产量及产量构成因子、养分吸收量的差异。【结果】北碚、沙洋、信阳和如皋油-稻轮作的稻谷产量较麦-稻轮作分别提高323、483、1 569和569 kg·hm^-2,相应增产4.6%、6.6%、17.3%和6.0%;盐亭和沙洋油-玉轮作的玉米产量较麦-玉轮作分别提高487和579 kg·hm^-2,分别增产7.0%和14.8%;衡阳油-稻-稻轮作的早稻和晚稻的稻谷产量较闲-稻-稻轮作分别提高718和726 kg·hm^-2,分别增产11.1%和10.5%。沙洋和信阳油-稻轮作水稻的有效穗数和每穗粒数较麦-稻轮作分别增加7.0、27.7万穗/hm²和18.1、20.2粒/穗。沙洋和北碚试验点油-稻轮作的水稻生物量较麦-稻轮作分别提高1 711和2 625 kg·hm^-2,氮素累积量分别较麦-稻轮作增加23.9和23.2 kg·hm^-2。【结论】在长江流域不同种植区域内,油菜在不同轮作模式中均可提高后茬作物的产量及养分累积量,是一种良好的轮作换茬作物。     

油菜与小麦秸秆浸出液对水稻种子萌发及幼苗生长的影响

为了解油菜-水稻与小麦-水稻两种轮作体系中水稻生长的差异，分析油菜作为良好茬口的原因，以秸秆 在土壤中腐解的溶液为材料，研究多熟种植体系对后作水稻的增产趋势。采用多因素随机区组设计，包括秸秆类 型、添加液类型和秸秆浓度三种因素，其中秸秆类型为油菜、小麦秸秆，添加液类型为蒸馏水和营养液，秸秆浓度分 别为空白对照（0 g/L）、低浓度（1 g/L）、中浓度（5 g/L）和高浓度（20 g/L），对应田间秸秆还田量0 kg/hm2、1500 kg/hm2、 7500 kg/hm2和30 000 kg/hm2。结果表明，秸秆类型、添加液类型及浓度对水稻发芽无显著影响，而对水稻幼苗生长 具有显著改变。秸秆浓度为1和5 g/L时，蒸馏水作为添加液条件下，油菜秸秆处理的水稻幼苗干重较小麦秸秆处 理显著提高10.7%~44.4%；以营养液作为添加液时，油菜秸秆处理的水稻幼苗干重比小麦秸秆处理高2.2%~12.1%。 与蒸馏水作为添加液相比，营养液处理的稻苗干重极显著增加，增幅达53.7%~130.0%。不同秸秆浓度培养液间以 5 g/L时水稻幼苗干重和株高达到最大。蒸馏水作为添加液时，水稻幼苗养分积累量与干重表现出一致的趋势，其 中氮积累量间的差异最为显著；而以营养液作为添加液时，仅在播种后第12 d，5 g/L秸秆浓度培养液处理的水稻幼 苗氮、钾积累量表现出显著差异。与蒸馏水作为添加液相比，营养液处理的稻苗氮、磷、钾养分累积量增加了2.0~ 3.0倍、1.0~2.0倍和1.4~1.7倍。水稻幼苗氮、钾积累量均以秸秆浓度为5 g/L时最高，磷累积量差异不大。与营养液 相比，蒸馏水作为添加液时，油菜与小麦秸秆浸出液敏感指数差异更大。油菜和小麦两种秸秆，它们的浸出液均能 促进水稻幼苗生长，油菜秸秆浸出液对水稻幼苗生长的促进效果显著强于小麦。     

长江流域不同种植区气候因子对冬油菜产量的影响

气象因子对长江流域油菜（Brassica napus L.）主产区影响很大。为明确长江流域影响油菜生长的关键气象因子，基于长江流域259个气象站1961-2015年的气象数据及1437个田间试验冬油菜产量数据，分析5个不同区域（长江上游低海拔区、长江上游高海拔区、长江中游二熟区、长江中游三熟区和长江下游）冬油菜生育期内气候因子的时空分布特征，结合产量数据分析不同种植区油菜产量的气候限制因子。结果表明：长江流域冬油菜生育期 内平均气温为13.2℃，≥0℃积温为3620℃，昼夜温差7.8℃，总日照时数984h，太阳辐射量为2631 MJ·m-2。油菜生育期内热量资源呈现增加的趋势，平均气温每10年升高0.37℃，而昼夜温差每10年缩小0.21℃；而日照资源则逐年降低，每10年日照时数降低45h。油菜全生育期总降水量平均为680 mm，且呈现逐年增加的趋势。长江流域气象因 子与油菜产量的关系主要表现为：平均气温和≥0℃积温与产量呈现负相关关系，其中长江中游二熟区生育前期（9 月-11月）和长江中游三熟区生育后期（3月-5月）平均气温每增加0.1℃，油菜分别减产53和40 kg·hm-2；昼夜温差大有利于油菜增产，其中长江上游低海拔区后期昼夜温差每增加0.1℃，产量增幅为39 kg·hm-2；降水量与产量主要呈现负相关关系，尤其是后期降水量每增加10 mm，油菜减产约12～39 kg·hm-2。从整个生育期来看，长江上游（低海拔区、高海拔区）主要影响油菜产量的气象因子为昼夜温差、降水量和日照时数；长江中游二熟区主要受气温、积温、降水量和太阳辐射的影响；长江中游三熟区的限制因子为气温和积温；而长江下游则受到降水量、日照时数和太阳辐射的影响。     

不同水分状况对红壤和黄褐土速效钾含量的影响

通过120 d的实验室恒温（25±1℃）培养试验,研究了不同水分条件（含水量0、25%和40%及干湿交替）对红壤和黄褐土速效钾（K）变化的影响。结果表明,无论施钾与否,红壤恒湿处理（25%和40%）的速效K高于干燥土壤,并且随着培养时间的延长有增加的趋势;黄褐土与红壤相反,恒湿处理的速效钾低于干燥土壤。同一土壤25%和40%含水量恒湿处理的速效钾含量差异不显著,表明土粒表面水膜的厚薄不是影响土壤钾有效性的控制因素。干湿交替条件下,红壤速效钾变化不明显,黄褐土速效钾逐渐增加,干燥过程可促进黄褐土层间K+的释放。随着干湿交替次数的增加,红壤固钾能力有增加的趋势,黄褐土的固钾能力逐渐下降。