绿肥、蚕沙有机肥配施化肥对免耕稻田土壤碳库平衡的影响

[目的]探索免耕稻田绿肥、蚕沙有机肥投入对土壤有机碳积累及CO2和CH4排放的影响,为保护性耕作稻田土壤碳固持及稻田减肥增效的农业有机资源可持续利用提供理论依据.[方法]在前期粉垄与常规耕作基础上,2018—2019年连续开展田间免耕试验,在同等养分投入条件下,设置绿肥、蚕沙有机肥与化肥配施模式,以常规施用化肥为对照,同步设不施肥空白对照,保护性耕作试验第2年,采用分离式静态箱—气象色谱法测定稻田温室气体CO2和CH4排放通量,同时在水稻返青期、分蘖期、齐穗期和收获期采集0~15 cm耕层土壤,测定土壤有机碳含量.[结果]在粉垄免耕模式下,蚕沙有机肥配施化肥处理耕层土壤有机碳含量在返青期和分蘖期较常规免耕模式提高56%和19%;水稻返青期、分蘖期、齐穗期和收获期粉垄免耕稻田绿肥配施化肥处理的土壤有机碳含量较单施化肥处理分别提高111%、30%、74%和31%,较不施肥处理分别提高90%、22%、58%和22%;蚕沙有机肥配施化肥处理较单施化肥处理分别提高148%、90%、48%和39%,较不施肥处理分别提高113%、78%、35%和29%.粉垄免耕模式下,与单施化肥处理相比,绿肥配施化肥处理的CO2累积排放量降低16.9%,蚕沙有机肥配施化肥处理降低15.1%;CH4排放通量出现2个峰值,常规免耕和粉垄免耕模式下,绿肥配施化肥处理的CH4排放通量峰值分别是单施化肥处理的7.69和7.61倍.绿肥和蚕沙有机肥配施化肥降低了稻田土壤CO2累积排放量,增加了CH4累积排放量.[结论]粉垄免耕稻田施用绿肥、蚕沙有机肥利于土壤有机碳积累,减少CO2温室气体排放,可作为一种稻田土壤固碳减排可持续生产应用技术.     

雨养烟叶种植田无机氮淋溶特征

为了解烤烟种植下土壤氮淋溶与大田作物差异,评价烟田常规养分管理,探寻烟田无机氮淋溶的阻控策略。以贵州龙岗长期定位试验为平台,于2015—2017年开展常规管理下烟田氮素淋失及其影响因素研究。试验设5个处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥+厩肥(NPK+M)、化肥+连作(NPK+L)、化肥+生物有机肥(NPK+BM)。结果表明,烟田全年无机氮淋溶量为3.62~6.08 kg/hm^2,氮肥净淋溶率为0.09%~3.29%。无机氮的淋溶损失主要发生在烤烟生长季,尤其是5—6月,其占总淋溶量的40.33%~65.86%。烟田淋溶液中氮素形态主要是有机态,无机氮的比例平均仅为29.83%,缓苗期和旺长期(5—6月)淋溶液中无机氮比例高于烤烟成熟期(7—8月),前者无机氮比例平均33.00%,后者其平均为26.67%。降雨是影响烟田淋溶损失的主要因素,无机氮淋溶量与月降雨量呈非线性相关。施用化肥导致无机氮淋溶显著升高,有机肥配施化肥降低了土壤溶液淋溶,降低了氮肥淋溶损失。与烤烟玉米轮作处理相比,烤烟连作处理显著降低了土壤水淋溶,使氮肥净淋溶率降低59.57%。综上,目前烤烟常规管理下,雨养农业区烟田无机氮淋溶强度不高,受降雨影响大,应注重有机无机配施降低无机氮淋溶,在养分管理中考虑如何降低有机氮淋溶,以提高氮素养分供应量。     

氮肥种类和用量对黄河三角洲玉米产量及氮肥利用率的影响

  【目的】  为解决黄河三角洲地区玉米氮肥合理施用问题，在该地区田间条件下应用根层氮素实时监控技术，结合施用不同种类氮肥，研究不同施氮量及氮肥种类对玉米产量及氮素利用效率的影响，为区域玉米生产氮素管理提供理论依据和技术支撑。  【方法】  于2017—2018年在山东省黄河三角洲农业高新技术产业示范区开展为期2年的田间试验，以郑单958为供试品种，设计双因素试验，主处理为5个施氮水平，分别为不施氮 (CK)、基于根层氮素实时监控技术的优化施氮 (Opt)、优化下调施氮70% (Opt70%)、优化上调施氮30% (Opt130%)、农民传统施氮 (FNP)；副处理为3个氮肥种类，分别为硫酸铵 (AS)、硝酸铵钙 (CAN) 和尿素 (UREA)。于玉米六叶期 (V6) 和吐丝期 (VT) 分别采集0—60和0—90 cm土壤样品，测定土壤硝态氮和无机氮含量。于收获期测定玉米产量、生物量、玉米植株和籽粒氮含量，计算吸氮量及氮素利用效率。  【结果】  相比FNP处理，2017和2018年应用根层氮素实时监控技术的优化施氮处理分别降低氮肥用量41%和63%，而两处理间产量无显著差异。Opt处理的生物量、籽粒氮含量、秸秆氮含量及吸氮量与Opt130%以及FNP处理无显著差异，氮肥利用率显著高于FNP，两年氮收获指数分别提高7和6个百分点，氮肥偏生产力分别提高71%和190%，氮肥回收利用率分别提高32和34个百分点。优化施氮水平下，2017年施用尿素和硝酸铵钙的玉米产量较施用硫酸铵提高15%和8%。Opt处理收获期土壤无机氮含量较FNP在两年分别降低29%和39%。  【结论】  在黄河三角洲地区，应用根层氮素实时监控技术能够在大幅度减少氮肥施用量的同时，不明显降低籽粒产量，进而提高氮肥利用率。在等氮量条件下，硝酸铵钙和尿素在节肥增产方面的效果优于硫酸铵。     

浙江省商品有机肥中重金属含量变化趋势及风险管控对策

  【目的】  有机肥是农业生产的重要肥源，了解有机肥质量安全现状，可为有机肥合理施用和管控提供参考。  【方法】  于2017年采集浙江省96家有机肥生产企业共99个商品有机肥样品，研究分析其Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni 8种重金属含量、分布特征、污染成因及施用风险。并与2013年文献进行比较，分析重金属含量的变化。  【结果】  1) 商品有机肥中Hg、As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的平均含量分别为0.17、5.5、0.63、17.3、33.2、213.8、660.5、17.7 mg/kg，变异系数为54.9%～151.3%，含量差异较大。相比2013年，Cd、Pb、Cr、Hg和As含量在2017年均有所降低，降幅为23.0%～72.7%，其中Hg和As含量大体呈逐年下降趋势，2017年较2009年平均含量分别下降74.2%和51.8%，Cr和Pb平均含量较2010年分别下降74.9%和54.4%，Cd平均含量在近4年降幅明显，2017年较2013年下降72.7%。但商品有机肥中As仍有8.1%超标，Cu、Zn含量偏高，Ni含量有增加趋势。Cu、Zn、Ni是浙江省商品有机肥主要风险因子。2) 主成分和相关性分析表明，Cu-Zn、Cr-Ni-Hg、Cd-Pb重金属污染来源具有同源性。Cu、Zn、As以饲料添加来源为主，Cr、Hg、Ni主要来源于饲料原料本身，Cd、Pb则以饲料原料本身、生产粘结剂或生产环境来源为主。3) 商品有机肥成分配方复杂，猪粪原料占比较大，其次为鸡粪和牛粪。根据NY 525—2012有机肥重金属限量标准，以猪粪为主要原料的有机肥As超标率9.6%，以鸡粪、羊粪为主要原料的有机肥未出现重金属超标，根据德国腐熟堆肥重金属限量标准，以猪粪和鸡粪为主要原料的有机肥Cu、Zn超标样品较多，Ni只在以猪粪和鸡粪为主要原料的有机肥中出现超标。4) 长期施用含重金属商品有机肥，存在土壤重金属积累风险。按有机肥年施肥量30 t/hm2推算，Cu、Zn和Cd风险相对较大，安全使用年限分别为14、18、34 年。  【结论】  浙江省商品有机肥总体质量安全程度较高，有机肥中Cr、Pb、Hg、As、Cd含量近年来得到较好的控制，但Cu、Zn、Ni含量偏高，部分As含量超标，长期施用条件下存在土壤重金属累积风险，因此需加强对有机肥中重金属的管控，制定商品有机肥中Cu、Zn、Ni限量标准，以保障土壤长期可持续利用。     

磷肥减量结合硫酸铵配施提高西北地区旱地春玉米磷素利用效率

  【目的】  西北旱地春玉米种植区磷肥过量施用，磷肥利用效率偏低。本研究旨在探究春玉米磷肥减施的可行性以及实现磷素高效利用的优化施肥方式，以期为该地区春玉米磷肥高效利用提供参考。  【方法】  在西北典型雨养农业区设置3年的定位田间试验，共设5个处理:对照 (CK，不施磷肥)、农户模式 (FP，磷用量P₂O₅ 120 kg/hm2，撒施)、减磷撒施 (RP，磷用量P₂O₅ 70 kg/hm2，撒施)、减磷条施 (BF，磷用量P₂O₅ 70 kg/hm2，条施)、硫酸铵模式 (SA，采用硫酸铵氮肥替代尿素氮肥，其他同减磷撒施处理)。在玉米四叶期、五叶期以及成熟期采集植物和土壤样品 (根际土和非根际土)，测定玉米根系、地上部生物量及其磷含量，土壤碱性磷酸酶活性、pH、有效磷、丛枝菌根侵染率，并采用WinRHIZO根系扫描系统测定根长、根表面积、根体积等指标。  【结果】  三年试验结果表明，RP、BF、SA处理玉米籽粒产量、生物量与FP处理无显著差异 (P > 0.05)，但磷肥偏生产力显著提高，平均增幅68.0%。RP、BF、SA处理成熟期玉米籽粒磷含量较FP处理降低7.1%～12.9%，磷累积量降低了8.8%～17.0%，其中RP和BF处理降低幅度达到显著水平，但SA处理籽粒磷含量和磷累积量与FP处理相当。与FP处理相比，RP和SA的磷肥回收利用率均有提高，其中SA处理显著提高7.2个百分点；RP、BF、SA处理均有促进春玉米苗期根系生长的趋势，其中SA处理根长、根表面积以及细根长 (直径小于0.50 mm) 分别提高13.9%～37.9%、8.6%～46.1%、12.2%～43.0%。此外，与FP处理相比，RP和SA处理提高了玉米苗期根系丛枝菌根侵染率，增幅在16.2%～21.7%；SA处理非根际土碱性酶活性有增加趋势，五叶期差异达显著水平，BF处理非根际土有效磷含量提高了18.8%～56.3%。  【结论】  在西北旱地春玉米种植区，磷肥施用量由现在的P₂O₅ 120 kg/hm2减少至70～75 kg/hm2仍可保证玉米稳产。在此基础上，用生理酸性肥料硫酸铵代替尿素可促进玉米根系生长以及丛枝菌根侵染，促进玉米对磷素的吸收利用。     

稳定性氮肥减施对春玉米氮素吸收及土壤无机氮供应的影响

  【目的】  稳定性氮肥减量施用在玉米上表现出良好的稳产和增产效果，但缺乏针对不同土壤和气候条件下春玉米生产的推荐施用量。为此，我们在辽中、辽南地区春玉米上开展了稳定性氮肥一次性施用最佳用量试验。  【方法】  2017年在辽宁省沈阳市和海城市两地开展田间试验。供试稳定性氮肥中同时添加了脲酶抑制剂和硝化抑制剂。两个试验区均设置了不施氮处理 (CK)、普通尿素常规施氮量 (CK1) 和普通尿素减氮10%对照 (CK2)。沈阳试验区设置稳定性氮肥比其CK1 (244 kg/hm2) 分别减氮10%、15%、20% 3个处理 (S1、S2、S3)，海城试验区设置比其CK1 (217 kg/hm2) 分别减氮10%、15% 2个处理 (S1、S2)。采集玉米生长季内各生育时期的土壤样品和植株样品，测定土壤无机氮含量和植株不同部位养分含量，每个小区单独采收，记录产量。  【结果】  与CK1相比，稳定性氮肥能显著提高玉米产量 (P < 0.05)，且以减氮15%的S2处理肥效稳定，沈阳试验较CK1增产、增收幅度分别为7.5%、1795元/hm2，较CK2增产、增收幅度分别为11.1%、2808元/hm2；而海城试验产量与CK1没有显著区别，收入减少184元/hm2，与CK2相比，增产19.5%，增收2685元/hm2。与CK1相比，稳定性氮肥处理氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力依次提高10.4%～12.4%、3.4%～6.2%和6.5%～10.8%；与CK2相比，分别提高10.2%～12.2%、3.3%～6.1%和3.3%～7.6%。与普通尿素相比，施用稳定性氮肥显著提高了玉米生育中后期植株氮素吸收强度，稳定性氮肥各处理氮素总积累量表现为S2 > S1 > S3 > CK1 > CK2。土壤无机氮含量主要在0—20、20—40 cm土层表现出较大差异，总体上稳定性氮肥处理 (S1、S2、S3) 耕层土壤无机氮含量在玉米生育前期 (苗期、拔节期) 低于普通尿素处理 (CK1、CK2)，在玉米生育中后期 (大喇叭口期至成熟期) 0—40 cm土层无机氮含量显著高于普通尿素处理，但总体上无机氮含量在0—40 cm土层中变化幅度较普通尿素处理平缓。  【结论】  稳定性氮肥减施可以维持或提高土壤无机氮含量。在沈阳试验点，稳定性尿素施氮量减少15％时，玉米的产量和经济效益、氮素累积总量和氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力等都最高；而在海城试验点，由于普通尿素投入量相对较低，最佳稳定性尿素推荐量为减氮10%。     

增氧型复混肥提高土壤氧化还原电位促进水稻养分吸收

  【目的】   稻田长期淹水所导致的土壤通气性差妨碍水稻的生长。探索增氧型复混肥对改善土壤通气状况的作用，为水稻专用肥研发提供理论依据。   【方法】   在复混肥制造过程中，添加特制的粘结剂和3.6%、4.8%、6.1%的过氧化钙制成具有增氧功能的复混肥OCF1、OCF2、OCF3。以Q681 (全两优681) 和EK1 (鄂科1号) 两种常规中稻品种为试材进行盆栽试验。设淹水 (WL)、增氧灌溉 (MBWI) 和分次增施过氧化钙 (FCP) 为对照，一次性基施OCF1、OCF2、OCF3 3个处理，在水稻主要生育期，测定土壤氧化还原电位、无机氮含量和pH，测定水稻叶片光合作用、水稻产量及氮磷钾养分含量。   【结果】   增氧措施OCF2和OCF3处理均能不同程度地提高移栽期、分蘖期、齐穗期和乳熟期土壤的氧化还原电位。与WL、MBWI和FCP处理相比，OCF1、OCF2和OCF3处理的土壤在分蘖期和齐穗期保持较高的氧化还原电位，其中以OCF2和OCF3的作用最明显；整个生育期，对照和各处理的土壤pH没有显著差异，与WL处理相比增氧型复混肥还可提高齐穗期土壤过氧化氢酶的活性。所有增氧处理均能够保持或显著提高耕层土壤铵态氮含量，其中OCF2和OCF3表现最明显。与WL处理相比，各增氧处理均不同程度地提高水稻叶片的光合速率，其中OCF3处理增幅最大，提高了11%以上，高于或显著高于增氧灌溉和分次增施过氧化钙处理 (MBWI和FCP)。OCF3处理的有效穗数、千粒重和产量比淹水灌溉WL处理分别提高25%、38%和107%，比MBWI和FCP处理提高29%～58%。   【结论】   增氧型复混肥能较长时间提高土壤通气性和土壤的氧化还原电位，有利于水稻对土壤养分的吸收利用。与分次追施过氧化钙和增氧灌溉相比，肥料制作过程中添加过氧化钙制备增氧型复混肥提高水稻土通气性的效果更好，操作更加方便，是提高水稻专用肥效益的有效途径。     

长期化肥配施不同有机肥对土壤和玉米中重金属累积的影响

  【目的】  明确长期化肥配施有机肥对重金属元素在土壤和农作物籽粒、秸秆中积累的影响及其环境效应，为安全高效施肥提供科学依据。  【方法】  在北京市农林科学院新型肥料长期定位试验站进行了为期10年的田间试验，其种植模式为冬小麦–夏玉米轮作，试验处理为不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、氮磷钾 + 鸡粪堆肥的有机肥料 (NPKJF)、氮磷钾 + 污泥堆肥的有机肥料 (NPKWN)、氮磷钾 + 垃圾堆肥的有机肥料 (NPKLJ) 和氮磷钾 + 秸秆粉碎还田 (NPKJG) 共6个处理，施肥处理依据等氮量施肥原则，每季作物施 N 180 kg/hm2、P₂O₅ 90.0 kg/hm2、K₂O 90.0 kg/hm2。在玉米收获后测定了玉米秸秆、籽粒和0—20 cm耕层土壤中重金属全量。  【结果】  添加污泥处理显著提高了土壤中Cd、Hg、As、Cu、Zn的含量，单因子污染指数分别比对照提高了45.10%、150.00%、104.00%、44.60%、65.80%。不同施肥处理对土壤中全量Cd、Cr、Hg、Cu、Zn存在一定的富集效果。各处理重金属单项污染指数在0.02～0.46，远小于1，综合污染指数为0.23～0.36，均小于0.7，试验区土壤重金属均为无污染等级。施用有机废弃物堆肥的处理玉米籽粒Cd、Cu、Zn含量比对照显著增加，各处理间Hg、As、Cr、Pb、Ni含量差异不显著，连续10年定位施肥后试验站土壤以及玉米籽粒中重金属含量均未超标。同一作物不同部位对重金属的富集能力不同，玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤Pb、Cu、Zn含量存在正相关性，玉米秸秆中Cd、Hg、Cr、Ni含量与土壤中Cd、Hg、Cr、Ni含量呈正相关或者显著负相关。  【结论】  在施氮总量不变的前提下，连续施用供试有机堆肥10年后，土壤重金属含量均未超标，土壤重金属单项污染指数在0.02～0.46，综合污染指数为0.23～0.36，无污染风险。只有污泥堆肥需要加强土壤Cd的监测。玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤相应重金属含量存在正相关性，秸秆中Cd、Pb、Hg、Zn与Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈正相关，而秸秆中Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈负相关。     

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。     

不同有机肥对植烟红壤真菌群落结构及功能的影响

  【目的】  研究植烟土壤中与养分循环相关的真菌群落结构和功能类群对不同有机肥施用的响应，为指导烤烟合理施肥、减缓连作障碍和土传病害提供科学依据。  【方法】  选择烤烟品种‘云烟87’为供试作物，以当地农业废弃物为原料堆制有机肥，设置6个处理:单施化肥 (CK)、鸡粪有机肥 (T1)、芝麻饼肥 (T2)、菜籽饼肥 (T3)、牛粪 (T4)、稻草 (T5)，所有处理氮磷钾总量和比例用化肥调整为一致。随机区组田间试验，每个处理3次重复。采用高通量测序结合FUNGuild分析方法，测定分析烟草不同生长阶段各处理的土壤真菌群落结构、多样性、组成及群落功能。  【结果】  结合UPGMA聚类分析和主坐标分析 (PCoA) 发现，相比T2和T3处理，T5、T4和T1处理在烟草旺长期对土壤真菌群落结构的影响较大；成熟期T2与T3处理对土壤真菌群落结构的影响逐渐增大，且超过T4和T5处理。相比CK，T2、T3及T5处理中腐生营养型真菌比例分别显著提高了262.0%、64.0%和198.0%。其中T5处理土壤中腐生营养型真菌所占比例超过病理营养型真菌，成为其主要优势菌群；T1、T2及T4处理的土壤共生营养型真菌分别显著增加了80.0%、320.0%和85.71%。T1、T2和T4处理分别提高了土壤中植物病原菌Monographella (408.98%)、Microidium (93.63%)、Gibberella (559.22%) 的相对丰度。  【结论】  相比单施化肥处理，有机肥会导致土壤真菌群落结构发生变化，且不同有机肥的影响程度和时期均不同，其主要是增加了土壤腐生营养型真菌的比例，更有利于土壤生态系统的稳定和健康。5种供试有机肥处理中，稻草配施化肥最有利于降低长期烟稻轮作的土传病害风险，提高土壤肥力，鸡粪和菜籽饼次之；芝麻饼和牛粪在提高腐生营养型和共生营养型真菌比例的同时，也会增加烟稻轮作体系中水稻赤霉病及烟草根腐病风险。