Mitigating nitrous oxide emissions from agricultural soils by precision management

Nitrous oxide (N₂O) emissions make up a significant part of agricultural greenhouse gas emissions. There is an urgent need to identify new approaches to the mitigation of these emissions with emerging technology. In this short review four approaches to precision managements of agricultural systems are described based on examples of work being undertaken in the UK and New Zealand. They offer the opportunity for N₂O mitigation without any reduction in productivity. These approaches depend upon new sensor technology, modeling and spatial information with which to make management decisions and interventions that can both improve agricultural productivity and environmental protection.     

主要农作物秸秆养分资源现状及其肥料替代潜力分析——以安徽省为例

安徽省农作物秸秆资源丰富,充分利用秸秆养分资源对于农田养分投入的合理分配具有重要意义。评估全省主要农作物秸秆还田当季有效养分替代化肥潜力,可为安徽省减肥增效提供科学依据。本研究以安徽种植面积较大的主要农作物水稻、小麦、玉米、大豆、花生和油菜为研究对象,通过查阅安徽省统计数据和公开发表的文献资料,对2017年安徽省主要农作物秸秆数量、秸秆还田率以及还田当季养分利用率进行估算,明晰了全省化肥减施潜力。结果表明:2017年安徽省主要农作物秸秆资源量为4 699.9万t,秸秆资源分布上呈北部和中部较多、南部最少的特征。秸秆养分资源总量为124.8万t,N、P_2O_5和K_2O分别为38.1万t、11.4万t和75.3万t,分别占全省主要农作物养分需求的40.1%、32.1%和68.9%。理论上,秸秆全量还田,且养分充分利用的情况下,秸秆养分替代化肥潜力大。但秸秆养分N、P_2O_5和K_2O当季利用率分别为38.9%、52.3%和69.9%,实际秸秆N、P_2O_5和K_2O养分还田量仅占主要农作物养分需求的15.6%、16.8%和48.2%,分别占农田养分总投入量的8.6%、6.4%和41.4%。通过秸秆还田,全省可减施化肥63.3万t,减施比例为19.8%, N、P_2O_5和K_2O减施比例分别为11.4%、17.2%、40.7%。进一步提高秸秆还田率和当季养分释放率,是推进全省化肥减施增效的有利手段。     

麦油稻轮作秸秆还田与施氮对水稻光合特性及产量的影响

以宜香优2115为材料,采用二因素裂区设计:主区设小麦或油菜秸秆全量翻埋还田(M_1)和秸秆不还田对照(M_0);副区设4个氮肥管理,不施氮(N_0),基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥氮肥施用比例为10∶0∶0∶0(N_1),基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥氮肥施用比例为3∶3∶2∶2(N_2),基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥氮肥施用比例为2∶2∶3∶3(N_3),研究秸秆还田和氮肥管理对直播稻的光合特性、干物质积累及产量的影响。结果表明:麦–稻或油–稻轮作下,氮肥管理对直播稻主要生育时期的干物质积累、光合特性及产量均存在显著或极显著的调控效应,秸秆还田显著影响水稻拔节期、齐穗期的叶面积指数(LAI)及群体干物质积累,同时油–稻轮作下其调控效应高于麦–稻轮作模式。秸秆不还田时,配合N_3施肥方式,可有效提高直播稻结实期剑叶净光合速率、SPAD值和叶面积指数,延缓叶片衰老,且在拔节期至成熟期间保持较高的群体生长率,干物质积累优势明显;秸秆还田下,配以基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥氮肥施用比例为3∶3∶2∶2的管理模式,麦茬或油茬直播稻群体构建合理,结实期剑叶光合能力强,有效穗、每穗粒数较多,表现高产,产量最高可达10 090、10 693 kg/hm~2。综合分析,麦–稻或油–稻轮作下秸秆还田,配合基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥氮肥施用比例为3∶3∶2∶2的氮肥管理模式,能实现直播稻的高产稳产。     

发酵全混合日粮对肉羊消化吸收功能和生长性能的影响研究

旨在探讨添加混合微生物菌剂的发酵全混合日粮(Fermented total mixed ration，FTMR)对肉羊营养物质消化吸收功能和生长性能的影响。通过发酵和肉羊饲喂试验，测定了FTMR的品质变化、营养物质表观消化率、肉羊瘤胃发酵情况及日增重。结果表明:1)全混合日粮发酵后pH和中性洗涤纤维含量显著降低，乳酸和乙酸含量显著增加(P<0.05)；2)试验组肉羊瘤胃液pH显著降低，氨态氮含量降低50%以上(P<0.05)；粗蛋白质、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素(ADL)的利用率均显著高于对照组(P<0.05)，尤其是ADL利用率提高了29.92%(P<0.05)。3)试验组平均日增重较对照组提高50%。综上，混合微生物菌剂加入全混合日粮发酵后，适口性增强，可改善肉羊瘤胃液环境，提高肉羊的消化吸收功能和生长性能，有利于提高秸秆饲料化利用效率。     

微生物发酵在菜籽饼粕饲用品质改良中的应用研究进展

随着畜牧业的快速发展、优质饲料原料的严重不足以及国际进口贸易形势的日益紧张,开发非常规饲料资源的需求愈发迫切。菜籽饼粕是我国第一大油料作物油菜的加工副产物,饲用价值不高严重制约了在饲料工业中的应用。微生物发酵技术具有改良菜籽饼粕品质和提高畜禽生产性能的优势。本文综述了微生物发酵改良菜籽饼粕饲用价值的机理、影响因素以及微生物发酵菜籽饼粕饲料在畜禽生产中的应用,讨论了目前微生物发酵菜籽饼粕生产中存在的问题,展望了未来微生物发酵菜籽饼粕饲料的发展方向。     

施钙对间作遮荫条件下花生生育后期光合特性、糖代谢及产量的影响

于2016-2017年以花育25号为材料,在花生单作和间作条件下,设置施钙和不施钙处理,研究钙肥对单作花生、间作中间行和间作边行花生的植株性状、功能叶生育后期光合特性、糖代谢酶活性及产量的影响。结果表明,施用钙肥降低了花生主茎高和侧枝长,增加了花生分枝数、主茎节数,提高了叶片叶绿素含量、光合速率、蔗糖含量及蔗糖代谢相关酶活性;单作和间作花生荚果产量平均增产397.2 kg/hm^2,平均增产率19.9%。相同施钙水平下,越靠近玉米行的间作边行花生受遮荫影响越大,其主茎高、侧枝长较大,蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性等生理指标低于单作花生。与单作不施钙比较,施钙显著增加了间作花生叶绿素含量,使其光合特性、蔗糖含量、SS、SPS酶活性无显著降低,降低了间作花生的减产幅度。本试验条件下,每公顷施用钙肥300kg可部分缓解间作遮荫对花生的不利影响。     

增效磷肥对花生生长、产量和磷利用率的影响

采用大田试验，在正阳县酸性砂姜黑土和清丰县石灰性砂质潮土区，研究了磷肥与不同增效剂（腐殖酸、 复合氨基酸和草酸）配施对花生生长、产量及磷肥利用率的影响。结果表明，85%常规施磷与腐殖酸、氨基酸和草 酸配施对花生产量的作用效果受土壤类型影响，砂姜黑土区，分别比85%常规施磷增产8.82%、4.66%和-1.68%，砂 质潮土区分别比85%常规施磷增产8.40%、3.18%和12.08%，砂姜黑土区和砂质潮土区分别以85%常规施磷+腐植 酸和85%常规施磷+草酸处理对花生生长和增产的促进效果最好。施磷增效剂也提高了花生磷积累量和磷肥利用 率，其原因在于磷增效剂促进了土壤难溶性磷组分转化为活性较高磷组分，与85%常规施磷相比，砂姜黑土区85% 常规施磷+腐植酸和砂质潮土区85%常规施磷+草酸处理的花生磷积累总量分别显著增加26.31%和22.89%，磷肥 表观利用率分别提高7.74%和4.99%，磷肥农学效率分别提高5.54 g/kg和5.39 g/kg。因此，酸性砂姜黑土区磷肥减 量15%配施腐殖酸，石灰性砂质潮土区磷肥减量15%配施草酸，可提高磷肥利用率，确保花生不减产，实现磷肥减 量增效目标。     

施钙对瘠薄红壤旱地花生土壤理化性质的影响

为探讨钙肥对瘠薄红壤旱地花生土壤理化性质影响，同时为优化花生生长环境提供理论依据，本研究在 湖南长沙选取红壤瘠薄旱地以及3个不同粒型大小花生品种（大粒湘花2008、中粒湘花55、小粒蓝山小籽），运用土 柱试验栽培法，设置施钙肥（CaO）和不施钙2个处理，对花生主要生育期的根际、0~20cm土壤理化性质进行测试与 分析。结果表明：在缺钙酸性土壤下，施钙能提高所有品种、各时期（成熟期略有不同）、各土层花生土壤的pH值， 调节土壤过酸强度；提升土壤有机质含量（蓝山小籽＞湘花2008＞湘花55）；显著增加土壤碱解氮含量（湘花55＞湘 花2008＞蓝山小籽）；更好地提高大、中粒型品种土壤有效钾含量；降低大、中粒型品种土壤有效磷含量。因此，在 氮、磷、钾营养元素充足，钙元素缺失的土壤下，增施石灰钙肥，既可降低土壤酸度，又能提高有机质、碱解氮、有效 钾含量，却降低速效磷含量，在缺钙酸性土壤花生生产中施用石灰时应增施磷肥，从而保障花生高产高效栽培。     

不同林龄杉木林下套种阔叶树对土壤磷组分的影响

套种是杉木人工林经营的重要措施,磷是南方森林生态系统中主要限制性养分元素之一,但套种模式对土壤磷素的影响尚不明确。以亚热带杉木人工林表层(0-10 cm)土壤为对象,研究套种林(杉阔套种幼林、杉阔套种成熟林)和杉木幼林土壤理化性质和土壤各形态磷含量差异,分析套种对杉木人工林土壤磷含量的影响。结果表明:(1)不同套种林显著改变土壤总磷、土壤总无机磷、土壤总有机磷、土壤微生物生物量磷(MBP)和土壤酸性磷酸酶活性(APA),大小顺序均为杉阔套种成熟林>杉阔套种幼林>杉木幼林。(2)土壤各磷组分中活性磷含量较低,其中NaHCO3-Po在活性组分中占主导;土壤NaOH-Po是中等活性磷的主要组分,杉阔套种成熟林尤为显著;闭蓄态磷(Residual-P)在总磷含量中最高。(3)与杉木幼林相比,杉阔套种成熟林显著增加了树脂提取态磷(Resin-Pi)、碳酸氢钠提取态有机和无机磷(NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)、氢氧化钠提取态有机和无机磷(NaOH-Pi、NaOH-Po)、氢氧化钠残留提取态有机磷(NaOHu.s-Po)、盐酸提取态磷(HCl-Pi)和闭蓄态磷(Residual-P)含量;土壤总无机磷、NaHCO3-Po、HCl-Pi、NaHCO3-Pi、NaOHu.s-Pi和Residual-P对杉阔套种幼林的响应不敏感。(4)除含水率外不同林龄下杉阔套种林土壤磷形态与土壤理化性质(土壤总碳氮、土壤可溶性有机氮、土壤微生物生物量磷、酸性磷酸酶)呈正相关性(P<0.05)。冗余分析表明,土壤磷组分的变化主要受MBP调控,且MBP与有机磷组分(NaOHu.s-Po、NaOH-Po)和HCI-Pi呈显著正相关。总之,套种林的土壤磷素有效性高于杉木幼林,土壤养分状况更佳。     

红壤区肥液浓度对涌泉根灌水氮运移特性的影响

为提高红壤区涌泉根灌水氮利用效率,通过室内肥液入渗试验,研究了不同肥液浓度(0,10,20,35,60 g/L)条件下涌泉根灌土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋在竖直向上、竖直向下和水平方向的运移距离与肥液浓度的关系模型。结果表明:土壤累计入渗量、湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布均受到肥液浓度的影响。在同一入渗时刻,土壤累计入渗量及湿润锋运移距离随肥液浓度的增大而增大,且与入渗历时均呈幂函数关系;在灌水结束时,相同土层深度内,肥液浓度越大,土壤含水率就越大,土壤中铵态氮和硝态氮的浓度也越大,且与铵态氮相比,硝态氮的分布范围更广。随着肥液再分布的进行,土层内最大含水率位置逐渐下移,且土壤含水率的分布也更加均匀;土壤中铵态氮和硝态氮浓度的变化趋势不同,浅层中铵态氮的浓度逐渐降低,而硝态氮的浓度先降低后增加;深层中铵态氮的浓度先增加后降低,而硝态氮的浓度逐渐增加。该研究成果可为进一步研究红壤区涌泉根灌肥液入渗氮素运移及转化提供理论参考。