不同还田方式下北方旱作小麦秸秆腐解规律研究

为揭示不同还田方式下北方旱作小麦秸秆腐解规律,以小麦秸秆为试验材料,采用尼龙网袋法,于2014-2015年度在山西临汾保护性耕作长期定位试验区进行试验,设置秸秆还田旋耕(SRT)、秸秆覆盖免耕(SNT)2个处理,分析不同耕作方式下小麦秸秆的纤维素、半纤维素、木质素、有机碳、全氮含量以及秸秆腐解率、有机碳矿化率、全氮释放率的变化。结果显示,经过375 d的田间腐解,SRT秸秆腐解率为50%,SNT秸秆腐解率为31%。SRT秸秆的纤维素、半纤维素、木质素的平均腐解率分别为65%、45%、53%,SNT分别为56%、30%、39%;SRT秸秆有机碳的矿化率为57%,SNT为40%;SRT秸秆全氮素释放率为15%,SNT为36%。研究表明,SRT可加快秸秆腐解与组成成分的分解,SNT有利于秸秆氮素的释放,可减少农田氮投入。SNT秸秆有机碳矿化率低可减少农田碳循环速率,提高麦田固碳能力。本研究结果对我国北方旱作小麦秸秆还田管理具有一定的借鉴参考价值。     

栖霞市苹果园氮磷养分平衡及环境风险评价

栖霞市是中国最主要的苹果产区之一,近年来果园单位面积养分的大量投入造成了区域氮、磷元素的过量富集,进而对当地的土壤、水资源、大气等环境要素造成一定的污染。因此,了解苹果主产区施肥现状,并科学评价其环境风险具有重要的现实意义。以栖霞市为研究区域,通过实地调研、田间试验、室内模拟等方法,分析了苹果园氮磷养分的输入量及输出量,进而构建养分平衡模型,对区域环境风险进行了综合评价。研究结果表明:1)2018年栖霞市苹果园养分投入量为:有机质5360.28 kg/hm^2,N 545 kg/hm^2,P2O5568.76 kg/hm^2,K2O 712.57 kg/hm^2;2)氮素的气态损失、果实及枝条带走量各占输入总量的6.49%、24.34%、3.12%,盈余率达66.04%(402.97 kg/hm^2);磷素被果实和枝条带走量分别占输入总量的12.33%和2.55%,盈余率达85.12%(484.75 kg/hm^2);栖霞市氮、磷盈余量均超出环境安全的阈值,分别属于中风险和高风险范围。因此,在保证果园产量与品质的前提下,适当减少化肥使用量、逐步建立水肥一体化的果园施肥模式、提升果农科学的管理经验,应成为果园可持续发展的主攻方向。     

长期绿肥与氮肥减量配施对水稻产量和土壤养分含量的影响

为探明湘南双季稻区绿肥还田下的氮肥适宜施用量,设计了始于2008年冬季开展的长期田间定位试验(2009-2017),研究绿肥与氮肥减量配施对双季稻的产量、氮肥农学效率、氮肥偏生产力以及2017年稻田耕层土壤养分含量的影响。共设计6个施肥处理:不施氮肥空白对照、仅紫云英、习惯施肥、紫云英与100%无机氮配施、紫云英与80%无机氮配施、紫云英与60%无机氮配施。结果表明:与习惯施氮量相比,绿肥结合习惯施肥以及绿肥与化肥氮减量20%~40%配施均能保持甚至提高2009-2017年稻谷周年产量,显著提高早、晚稻氮肥偏生产力和氮肥农学效率。绿肥与化肥氮减40%时,产量变异系数最低和产量可持续指数最高。试验9 a后,与2008年相比,稻田土壤有机质和全氮含量呈上升趋势。与习惯施肥相比,绿肥与化肥氮减量20%~40%能维持土壤磷素与钾素的供给。综合考虑,紫云英还田下,化肥氮减施40%仍能获得高产稳产,且氮肥利用率最高,产量稳定性最好,并可缓慢提高土壤肥力,是湘南双季稻种植区较好的施肥模式。     

菌根化育苗对玉米生长和养分吸收的影响

【目的】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)侵染作物根系形成菌根共生体系对于作物吸收磷具有重要作用,但该结果大多来源于室内受控试验,有限的田间试验因环境条件、试验材料与接种技术等差异致使AMF菌剂应用效果不一。本研究通过玉米菌根化育苗和田间移栽,分析了接种AMF对玉米生长、养分吸收、籽粒产量及养分含量的影响,以期推进菌根技术的实际生产应用。【方法】以自交品系玉米B73为供试作物,于2018年5月至10月在北京市延庆区进行了田间试验。田间小区设置基施磷(+P)和不施磷(–P)处理。供试AMF为Rhizophagus irregularis Schenck&Smith BGC AH01。玉米种子催芽后,分别播入加入AMF菌剂(+M)和菌剂过滤液(–M)的育苗钵内,培养两周后移栽至田间。玉米在田间条件下生长至拔节期时,使用便携式光合仪测定叶片光合速率与气孔导度,取样测定地上部与根部干重和养分元素含量,同时测定菌根侵染率;在玉米完熟期取样,测定籽粒百粒重、籽粒产量及养分含量。【结果】无论田间施磷与否,接菌植株根系的菌根侵染强度和丛枝丰度均显著高于不接菌植株。不施磷情况下,+M处理显著提高了玉米根系干重,玉米生长的菌根依赖性(163.7%)显著高于施磷情形(124.1%)。–P–M处理玉米叶片的光合速率和气孔导度显著低于其他3个处理。–P+M处理玉米叶片的光合参数、玉米地上部和根部磷含量与+P+M均无显著差异。与–P–M处理相比,–P+M显著提高了玉米籽粒产量和百粒重,同时也提高了籽粒中锌、锰、镁等矿质养分的含量,且与+P+M处理相比均无显著差异。【结论】玉米幼苗接种AMF后再移栽到田间,可以显著提高拔节期玉米根系的菌根侵染率,促进玉米地上部和根部对磷及锌、锰和镁的吸收,进而促进玉米的生长,提高籽粒产量和养分含量。本试验条件下,菌根化育苗可以达到与施磷同样的效果,在保障作物不减产的前提下减少磷肥施用量。     

秸秆还田对再生稻田土壤有机碳组分的影响

  【目的】  在再生稻系统下，探讨秸秆还田对再生稻田土壤有机质组分及其养分含量的影响。  【方法】  试验设置秸秆不还田(CK)、水稻秸秆半量还田(SH)、水稻秸秆全量还田(SW)和水稻秸秆全量还田配施腐熟剂(SWF)共4个处理，分析各处理土壤有机碳及其组分和土壤速效养分含量。  【结果】  与秸秆不还田相比，秸秆还田能提高土壤有机碳及其组分含量。与CK处理相比，在头季和再生季水稻收获期，秸秆还田处理(SH、SW、SWF)土壤中水溶性有机碳含量分别增加了19.62%～22.63%、20.99%～41.48%；土壤中颗粒有机碳含量分别增加了8.47%～20.62%、24.71%～30.90%；三个施秸秆的处理间土壤总有机碳、胡敏酸和富里酸含量无明显差异。秸秆还田可以改变水溶性有机质结构，使其结构趋于简单。秸秆还田下土壤碱解氮、有效磷、速效钾和铵态氮含量均呈增加趋势；在头季水稻收获期，SWF处理的碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于CK处理。在再生季水稻收获期，与头季稻收获期相比，CK处理土壤速效养分含量呈下降趋势，而秸秆还田下各处理速效养分含量均呈增高趋势。  【结论】  秸秆还田可以提高再生稻田土壤有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳以及腐殖酸组分的含量，促进水溶性有机质结构的变化，从而有效改善土壤养分的供给能力。     

煤矿复垦区不同有机物料的分解特征

  【目的】  研究不同有机物料在矿区复垦土壤中的分解速率及养分释放特征，为合理利用有机资源培肥矿区复垦土壤提供科学依据。  【方法】  在山西黄土丘陵区矿区复垦长期试验点进行大田填埋分解试验。采用尼龙网袋法，将供试的4种有机物料小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪烘干后过2 mm筛，均按等有机碳量 (8 g) 称取后装入尼龙网袋埋入试验地15 cm深。在填埋后的第12、23、55、218、280、365天采样，分析4种有机物料的干物质残留量和氮、磷、钾及半纤维素、纤维素、木质素含量，计算C/N值和木质素(Lignin)/N值。  【结果】  秸秆和粪肥在矿区复垦土壤中的分解速率均在第12天达到最大，然后迅速下降，分解第365天时，小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪的质量残留率依次为49.8%、55.1%、79.2%和54.0%，有机碳残留率依次为48.8%、53.4%、63.9%和51.8%。供试有机物料的养分释放率存在差异，在最初分解的第23天，玉米秸秆的氮、磷养分出现了明显富集，氮、磷养分残留率分别达到了131.0%和152.7%，小麦秸秆、牛粪和猪粪的氮素残留率依次为93.0%、81.3%和67.8%，磷素的残留率依次为92.5%、98.8%和84.3%，分解第365天时，小麦秸秆中养分释放速率大小表现为钾 > 磷 > 氮，其他3个物料中养分释放速率大小均表现为钾 > 氮 > 磷。从整个分解过程来看，玉米秸秆中氮素和磷素在矿区复垦土壤中表现出先富集再释放的模式，其他3个物料中氮素和磷素均表现为直接释放模式。采用地积温方程能较好地拟合有机物料的分解过程，由方程可知，秸秆和粪肥的分解速率常数 (K) 大小顺序为猪粪 > 小麦秸秆 > 玉米秸秆 > 牛粪。有机物料的分解速率与养分和木质素等成分的含量相关，全磷、半纤维素含量越高分解越快，木质素含量、C/N和Lignin/N越高分解越慢。  【结论】  秸秆和粪肥在山西矿区复垦土壤中的分解速率在填埋后第12天达到最大值，之后分解速率减缓。与秸秆相比，粪肥的有机碳残留率较高，氮、磷养分释放快，其中以牛粪的分解速率最慢，有机碳残留率最高，因此，牛粪可作为矿区复垦土壤培肥的首选有机物料。     

基于产量反应的东北一季稻推荐施肥方法的可行性

  【目的】  推荐施肥是提高作物产量和肥料利用率的有效措施。基于产量反应的养分专家系统 (Nutrient Expert for Rice，NE) 易于操作，便于推广。通过大量田间试验，验证了其在东北一季稻上的应用效果。  【方法】  于2013—2018年在东北水稻主产区黑龙江省和吉林省共开展了115个田间试验，每个试验包括6个处理:1) 基于水稻养分专家系统推荐施肥处理 (NE)；2) 农民习惯施肥措施处理 (FP)；3) 基于测土配方施肥或当地农技部门推荐施肥的处理 (ST)；4)～6) 分别为基于NE的不施氮 (N)、不施磷 (P) 和不施钾 (K) 处理，用于计算养分利用率。水稻收获期调查产量，依据肥料成本，计算净效益和肥料利用率。  【结果】  NE、FP和ST处理间的水稻产量无显著差异 (P = 0.185)，但以NE处理的产量较高，平均为9068 kg/hm2，与FP和ST处理相比，分别增加了344和196 kg/hm2，其产量差随着NE系统不断优化趋于稳定。虽然NE处理的肥料成本 (TFC) 最高，但其净效益 (GRF) 比FP和ST处理分别高1043和537元/hm2，这部分效益都来自于产量的增量。养分回收率 (RE) 均以NE处理最高，与FP和ST处理相比，氮素回收率分别提高了3.3和2.3个百分点，磷素回收率分别提高了3.5和3.6个百分点，钾素回收率分别提高了7.3和4.6个百分点。与FP处理相比，NE处理的氮和磷的农学效率 (AE) 分别显著提高2.7 kg/kg (P = 0.022) 和4.1 kg/kg(P = 0.030)，3个处理的钾素农学效率无显著差异。肥料偏生产力 (PFP) 的大小与施肥量呈显著负相关，NE和ST处理N的偏生产力显著高于FP处理 (P = 0.004)，ST处理磷素偏生产力显著高于NE和FP处理 (P = 0.001)，但FP处理钾素偏生产力高于NE和ST处理，并与NE处理差异达到了显著水平 (P = 0.028)。  【结论】  与以常规测土施肥为基础的推荐施肥相比，基于产量反应的养分专家系统 (NE系统) 的推荐施肥量和比例更符合作物对养分的需求，在吉林和黑龙江两个省份的大田试验中均获得了相同或更高的水稻产量。由于NE系统无论是否进行土壤测试都可用来进行推荐施肥，因而是更加方便和可行的一季稻施肥推荐方法。     

冬小麦养分专家推荐施肥系统在长江流域的可行性研究

  【目的】  采用基于产量反应和农学效率的冬小麦养分专家系统的推荐施肥方法 (Nutrient Expert for wheat, NE)，在长江流域开展田间试验，并通过与该地农民习惯施肥方法的比较，确定该系统在长江流域冬小麦应用的可行性。  【方法】  2019年于长江流域的四川、云南、安徽、湖北、江苏和浙江6省共布置了50个冬小麦田间试验，每个试验包括5个处理:小麦养分专家系统推荐施肥处理 (NE)、农民习惯施肥处理 (FP)，以及基于NE处理的不施氮、不施磷和不施钾肥处理，从产量、经济效益、肥料利用率、氮损失和温室气体排放5个方面，比较了NE与FP的差异。  【结果】  与FP处理相比，NE处理显著降低了N、P₂O₅和K₂O施用量57、10和8 kg/hm2 (P < 0.001)，降幅分别达到了26.6%、13.3%和12.9%；小麦产量明显提高 (P < 0.001)，平均增产365 kg/hm2，增幅为7.9%；显著降低了肥料成本 (P < 0.001)，平均减少了429 元/hm2，降幅为20.9%；显著提高了经济效益，平均增加了1446 元/hm2，增幅为17.7%，且所有增加经济效益中有55.5%来自于产量的增加 (P < 0.001)。NE处理显著提高了长江流域冬小麦的肥料利用效率 (P < 0.001)，与FP处理相比，氮、磷和钾农学效率分别提高了6.5、8.3和8.6 kg/kg，增幅分别为67.7%、143.1%和159.3%；氮、磷和钾偏生产力分别增加了10.9、17.9和24.8 kg/kg，增幅分别为49.1%、28.8%和34.4%；氮、磷和钾回收率分别增加了15.3、11.9和27.2个百分点，增幅分别为52.9%、132.2%和87.7%。NE处理较FP处理显著增加了地上部氮素吸收量 (P < 0.001) ，且显著减少了氮素损失 (P < 0.001)，地上部氮素吸收量平均增加了3.0 kg/hm2，增幅为2.5%；活性氮损失强度平均减少N 4.0 kg/t，降幅为37.7%；N₂O总排放量平均减少了0.7 kg/hm2，降幅为28.0%；温室气体排放强度平均减少CO₂ eq 308.4 kg/t，降幅为36.5%。  【结论】  在长江流域冬小麦生产中，采用基于小麦产量反应和农学效率的NE推荐施肥方法，可较农民习惯施肥 (FP) 平均分别降低26.6%、13.3%和12.9%的氮磷钾肥施用量，同时提高冬小麦产量7.9%，显著提高经济效益和肥料利用率，并有效地降低活性氮损失强度和温室气体排放量，适用于我国长江流域冬小麦的推荐施肥。     

化肥减施下有机替代对小麦产量和养分吸收利用的影响

  【目的】  探讨化肥减施和氮肥有机替代对小麦产量、养分积累、运转和吸收利用的影响，为国家化肥零增长战略提供理论依据。  【方法】  于2017—2019年，定位研究了常规施肥 (CF)、等氮量有机替代 (有机替代30%N， CF+M)、化肥减施 (N、P₂O₅、K₂O分别减施25%、30%和16.7%，CFR)、减施替代 (有机替代30%N，CFR+M) 和单施有机肥 (M) 对小麦产量及其构成、生物量、不同生育期植株氮磷钾积累量、花前植株养分运转及花后养分积累、养分吸收利用的影响。  【结果】  与CF相比，CFR和CF+M处理小麦产量、成穗数和穗粒数均没有显著变化，千粒重有增加趋势；CFR提高了小麦拔节—开花阶段氮、磷、钾吸收量及其比例，CF+M与CF处理间各生育阶段尤其是拔节期后吸氮、钾量差异均不显著，而CFR处理开花—成熟期的氮磷吸收量显著降低，CF+M处理降低了花前茎叶氮运转量及花后氮磷积累量，CF+M、CFR和CF 3个处理间氮积累量差异不显著；CF+M提高了花前茎叶氮磷运转量对籽粒氮磷贡献率及花后氮积累量对籽粒氮的贡献率。籽粒氮素积累与各生育阶段氮素积累量、花前期茎叶氮素运转量及花后氮素积累量间呈显著或极显著正相关，籽粒磷素积累量仅与花后磷素积累量显著正相关，籽粒钾素积累量与返青—拔节阶段钾素积累量显著正相关，与花前颖壳+穗轴钾素运转量显著负相关。CFR和CF+M较CF提高了氮吸收、利用效率和氮肥偏生产力，CF+M较CF提高了钾素利用效率，降低了钾素吸收和钾素偏生产力。  【结论】  本试验的两年间，不同程度地减少氮磷钾化肥投入量，或不减少总氮量投入 (以30%有机氮替代化肥氮) 有利于花前期营养器官积累的养分向籽粒运转及籽粒对氮养分的吸收利用，都可以维持小麦产量。在减施氮肥量25%的前提下，用30%或者100%的鸡粪替代化肥则降低小麦各生育期干物质和氮磷钾养分的积累和运转，最终降低小麦的产量。因此，进行有机替代需要进一步研究适宜的氮肥减施比例。     

塔里木盆地南缘新垦农田土壤性状变化及其与小麦产量的关系

以塔里木盆地南缘不同年限新垦农田(10年、20年、30年、40年、50年)为研究对象,以未开垦的荒漠自然土壤为对照,测定0―40cm土层有机质、养分、盐碱等土壤性状,探讨了新垦农田土壤肥力和盐碱变化及其对小麦产量的影响。结果表明:随开垦年限延长,0―20,20―40cm土层有机质含量均呈线性增加,但后者变化幅度相对较小。在0―40cm土层,全氮、有效氮和速效钾含量随时间延长的变化均与有机质含量呈极显著正相关,开垦50年时分别增加88.8%,213.4%,37.5%;有效磷含量在开垦前30年呈线性增加而后又降低,开垦50年时比开垦前增加1201.2%。荒漠自然土壤(0年)是以Na+和Cl-为主的轻度盐渍化土壤,开垦为农田后总盐分含量显著下降,且不同年限间差异不明显,在0―40cm土层平均为0.8g/kg,离子累积转变为以Na+和HCO3-为主。土壤pH在开垦30年(pH为8.85)时比开垦前增加13.4%,之后又显著下降,pH变化与CO32-和K+累积呈显著正相关。新垦农田小麦产量平均为4.79 t/hm^2,与土壤有机质、养分、盐分含量和pH均不相关,但与Na+、Cl-含量均呈显著负相关。综上,随开垦时间延长绿洲农田土壤肥力和盐渍化程度已得到明显改善,但0―40cm土层Na+和Cl-含量却是影响新垦绿洲小麦产量的主要土壤因子。因此,培肥农田土壤,采取有效措施降低Na+和Cl-含量,并防止其再次升高是实现绿洲小麦稳产高产的关键。