水稻秸秆钾与化肥钾释放与分布特征模拟研究

通过室内恒温(25℃)培养试验,研究了不同用量水稻秸秆钾和化肥钾在水-土体系中的释放与分布特征。结果显示,施用水稻秸秆钾300 mg/kg处理,表层水溶液pH经历了一个弱酸化到弱碱化的过程,而化肥钾的施用则降低了表层水溶液的pH。稳定态时相关分析表明,pH与水稻秸秆钾用量正相关(R2 = 0.938**),与化肥钾负相关(R2 = 0.993**)。试验开始当天外加300 mg/kg化肥钾处理表层水溶液钾浓度达到最大值,为50.64 mg/L,随后呈下降趋势。5天时土壤缓效钾含量达到最大值414.51 mg/kg,并保持相对稳定,而速效钾钾含量继续升高,25天后变化较小。外加300 mg/kg水稻秸秆钾处理表层水钾浓度在第3天达到最大值,为52.70 mg/L,之后呈下降趋势,但在相同时期时,秸秆钾处理表层水溶液钾含量高于化肥钾处理。不同钾素用量结果表明,施钾量为150 mg/kg时,两种来源钾主要以交换态钾存在,其次是水溶态钾;随着钾素用量的增加,钾离子被土壤固定,且在等量条件下,水稻秸秆钾处理的交换态钾比例高于化肥钾处理,而非交换态钾所占比例则相反。因此,在一定钾素用量范围内,土壤对秸秆钾和化肥钾的固定没有显著差异,而当用量超过阈值时,秸秆的投入会降低土壤对钾素的固定。     

冬油菜施钾的增产效果和肥料利用率研究

通过总结2004/2005~2006/2007年3个年度在长江流域冬油菜主产区10个省(市)的72个田间试验数据,以产量、增产率、偏生产力、农学效率、生理利用率及表观利用率等指标分析了长江流域施钾增产效果及钾肥利用率,以期为油菜进一步增产提供依据。分析结果表明,长江流域冬油菜施钾效果显著,与对照不施钾处理相比,施用钾肥油菜籽平均增产量为349 kg·hm-2,平均增产率为19.8%,其中增产率小于5%的试验数占总数的20.8%,另外,油菜籽增产率随着土壤速效钾含量的升高而明显下降;施钾处理油菜地上部钾素积累量比不施钾处理显著增加38.1%;钾肥的平均偏生产力、农学效率、生理利用率和表观利用率分别为21.1、2.9、8.5 kg·kg-1和46.7%。综合结果表明,在施用氮、磷及硼肥基础上增施钾肥能够明显提高油菜地上部的生物量及钾素的累积,从而增加油菜籽产量,且根据基础地力及油菜对钾的需求规律而合理施肥极为重要。     

连续秸秆还田对油菜水稻轮作土壤磷素有效性 及作物磷素利用效率的影响

【目的】探究长江流域水旱轮作制度下,化学磷肥和秸秆还田配施磷肥对作物生产力的贡献,以及对土壤磷有效性和磷素效率的影响,为农田土壤磷素管理提供科学依据。【方法】试验于2014—2018年在湖北省武汉市华中农业大学进行,选取定位试验中的3个处理,分别为：（1）不施磷（NK）;（2）施磷（NPK）;（3）施磷配合秸秆还田（NPK+S）。通过测定作物产量、磷含量及土壤有效磷,分析作物磷素利用效率,探讨土壤有效磷变化与磷累积盈亏的响应关系。【结果】与NK处理相比,NPK处理的油菜和水稻平均产量分别提高530.3%和35.9%,磷积累量分别提高495.3%和98.5%;与NPK处理相比,NPK+S处理的油菜和水稻平均产量分别提高19.1%和11.0%,磷积累量分别提高20.6%和11.7%;油菜产量和磷积累量对磷肥和秸秆的响应优于水稻。秸秆还田条件下,油菜和水稻的平均磷素农学效率分别提高6.8%和33.9%,油菜、水稻和周年的磷素累积利用率分别提高8.6%、17.0%和19.8%。秸秆还田对水稻磷素利用率和农学效率的影响更为显著。4年油菜水稻轮作后,不施磷处理土壤磷素累积亏缺110.2 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓为1.9 mg·kg ^-1;施磷处理土壤磷素累积盈余210.9 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓度（4.3 mg·kg ^-1）较不施磷处理提高126.3%;施磷配合秸秆还田处理土壤磷素累积盈余（222.1 kg P₂O₅·hm ^-2）较NPK处理增加5.3%,有效磷浓度（5.1 mg·kg ^-1）较NPK处理提高18.6%。秸秆还田显著提高了土壤有效磷浓度,但土壤磷盈余量没有明显增加。连续秸秆还田和施用化学磷肥条件下,水稻土每盈余100 kg·hm ^-2的磷,NPK和NPKS处理土壤有效磷分别提高1.8和2.0 mg·kg ^-1。秸秆还田促进了土壤磷素有效化。【结论】施磷显著增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提升了土壤磷盈余量和有效磷浓度;秸秆还田在施磷肥的基础上进一步增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提高了作物特别是水稻对磷素的利用率和农学效率,同时能够在避免土壤磷素过量积累的情况下提高土壤有效磷浓度。     

鄂中地区水稻配方施肥的农艺和生态效果研究

通过多点田间试验,研究了当前生产条件下施用配方肥对水稻产量、养分积累、肥料利用率和经济效益的影响。结果表明,与习惯施肥相比,尽管配方施肥处理增加了肥料投入(N、P2O5、K2O分别增加48、7.5、30 kg/hm2),但平均增产691 kg/hm2,N、P2O5、K2O积累量分别增加17.3%、15.1%、14.4%,肥料贡献率和农学效率增加7.8个百分点和1.0 kg/kg,纯收入增加1 257元/hm2。     

不同碳氮比油菜秸秆淹水还田腐解特征

由于农户施肥量差异较大,导致产生的秸秆养分含量尤其是秸秆碳氮比(C/N)不同,可能影响秸秆还田腐解。为探究不同C/N油菜秸秆腐解动态及养分释放特征,开展室内培养试验。试验选取C/N 92、C/N 116和C/N 136的油菜秸秆作为3个处理,采用尼龙网袋法淹水培养120 d。结果表明:不同C/N秸秆均表现为前期(0～10 d)迅速腐解(累积腐解率30.73%～33.59%)、中期(11～30 d)缓速腐解(累积腐解率5.10%～6.42%)、后期(31～120 d)慢速腐解(累积腐解率仅占总腐解率的4.50%)。不同C/N秸秆碳、氮、磷平均释放率分别为28.32%、46.28%、73.05%,元素释放率表现为磷>氮>碳。不同C/N秸秆养分释放差异表现在快速腐解期,其中C/N 92秸秆的氮素累积释放率相较于C/N 116和C/N 136分别高7.27%和15.16%,磷素释放率则表现为C/N 136秸秆较C/N 116和C/N 92分别高1.91%和13.53%,而不同C/N秸秆碳素在整个腐解期均无显著差异。综上所述,低C/N的油菜秸秆氮素具有更高的释放率,而高C/N秸秆磷素的释放率则高于低C/N的秸秆。     

不同氮素供应对油菜苗期生长及碳氮分配的影响

为明确不同氮素供应对油菜苗期碳氮积累及其在地上与地下部分配的影响,开展营养液水培试验,蒸馏水育苗移植后即开始全量营养培养。试验设置6个氮素培养浓度,分别为0. 01、0. 05、0. 1、0. 5、1. 0和6. 0mmol/L,每7d取样,动态监测培养35d内的油菜地上和地下部的干物质及碳氮积累动态。结果表明,随氮素营养供应增加,单株叶面积、地上部干物质、各部位氮含量及氮积累量显著增加;根系干物质及碳氮积累量先增加后降低,各部位碳含量不受影响。分别在培养后第7～21d,各处理间以0. 1、0. 5和1. 0mmol/L处理根系物质积累量较高,第28d后根系物质积累随氮素供应增加而增加。增加氮素供应显著降低植株根冠比(R/S)。单位面积叶片碳积累速率和单位质量根系氮吸收速率在氮素缺乏条件下,随氮素含量增加而增加。综上可知,氮素供应不足时,碳氮向根系的分配增加,植株碳氮积累速率显著降低,地上部受氮素缺乏影响更大。     

水稻-再生稻体系干物质积累及氮磷钾养分的吸收利用

【目的】 阐明水稻-再生稻体系的干物质积累及氮、磷、钾养分吸收利用规律,为其科学施肥提供理论依据。【方法】 通过2年的田间试验,以深两优5814为材料,在养分供应充足的条件下,于水稻关键生育期(分蘖期、幼穗分化期、孕穗期、齐穗期、灌浆期、完熟期)进行取样,测定各器官的干物质量及氮、磷、钾养分含量,计算养分积累量,研究头季稻和再生稻干物质积累和氮、磷、钾养分吸收积累动态及分配、转运规律。【结果】 头季稻总干物质积累量在整个生育期表现为“慢-快-慢”的增长趋势,茎、叶干物质快速积累期分别在分蘖-齐穗期和孕穗前,增长量分别占其最大积累量的81.1%和43.8%,且茎、叶的干物质积累量在灌浆-完熟期之间没有明显降低;从齐穗期至灌浆中期是穗的干物质快速积累期,在此期间增加的干物质积累量占总量的58.8%。再生稻的总干物质积累呈“S”形曲线,茎、叶的干物质积累量分别在灌浆期和齐穗期达到最大;头季稻桩的干物质积累量从头季收割后呈下降趋势。养分吸收结果显示,头季稻氮的总积累量以及茎、穗两个器官的氮素积累量的变化规律与其干物质积累量相似,磷和钾的总积累量在灌浆后期降低;茎和叶的各养分积累量分别在齐穗期和灌浆期达到最大。头季收获后,头季稻桩的氮、磷和钾养分积累量表现为下降的趋势,茎和叶的养分积累量先增加后减少,穗的养分积累量则表现为不断增加。从齐穗期到完熟期,各器官的氮转运量表现为叶>茎>头季稻桩,磷转运量表现为茎>头季稻桩>叶,钾转运量表现为头季稻桩>叶>茎。【结论】 头季稻孕穗期至灌浆中期是其干物质和养分的快速积累期,从头季收获至再生季齐穗期间是再生稻干物质及养分积累的关键时期,头季稻桩中的养分会在头季收获后转移至再生器官中。满足头季稻抽穗灌浆期间的养分需求,及时补充再生芽萌发生长期间的养分供应是水稻-再生稻体系高产的基础和保障。     

应用~(15)N示踪技术研究控释尿素在稻田中的去向及利用率

【目的】在氮、磷、钾肥合理供应下,比较控释尿素和普通尿素中氮素在土壤-植物系统中的转化特点,挖掘控释尿素氮肥利用潜力和减少氮素损失的作用,定量研究控释尿素在稻田的去向和利用率,为高效施用控释肥料提供依据。【方法】通过田间微区试验,设置不施氮肥(CK)、~(15)N标记的粉末状普通尿素(U)和控释尿素(CRU)3个处理,研究不同生育时期水稻对肥料氮的吸收、分配和转运及肥料氮在稻田的去向和利用率。【结果】随生育期的推进,水稻植株茎和鞘的干物质量及~(15)N积累量逐渐增加,开花期达到最大值。开花期,与U处理相比,CRU处理水稻植株茎的干物质量提高13.8%,鞘的干物质量无明显变化,茎和鞘的~(15)N积累量分别提高62.5%和25.5%,随后由于营养器官干物质和~(15)N向籽粒的不断转移而降低。随着叶片的衰老脱落,叶的干物质量及~(15)N积累量从抽穗期开始逐渐下降,成熟期达到最小值。而穗的干物质量及~(15)N积累量从孕穗期开始不断增加,到成熟期达到最大值。成熟期,与U处理相比,CRU处理水稻茎、鞘、穗和地上部的干物质量及~(15)N积累量分别增加17.3%、13.2%、3.5%、3.7%和25.0%、20.0%、15.8%、13.3%,叶的干物质量及~(15)N积累量分别降低14.6%和15.2%。开花期到成熟期,CRU处理的水稻干物质及~(15)N转运量、转运率、对籽粒的贡献率分别为286.78 g·m~(-2)、32.3%、30.8%和2.69 g·m~(-2)、67.2%、83.8%,与U处理相比略有增加,但统计上差异不显著。但灌浆期到成熟期,CRU处理养分供应充足,促进了水稻籽粒的灌浆速率,促进了籽粒中干物质的积累及氮素的同化和营养器官中养分向籽粒的迅速转运。等氮量下,与U处理相比,CRU处理水稻产量和植株吸氮量略有增加,但差异不显著;施用CRU提高水稻植株~(15)N吸收量13.3%,提高水稻~(15)N利用率3.2个百分点,增加水稻植株氮素来自~(15)N肥料的百分比(Ndff)2.9个百分点,增加~(15)N土壤残留率0.9个百分点,提高~(15)N总回收率4.0个百分点,减少~(15)N损失率4.0个百分点。无论施用控释尿素还是普通尿素,土壤氮素均是水稻生长发育所需氮素的主要来源,水稻生育期吸收氮素来自土壤的氮素约占70%以上。肥料氮在土壤中的残留量随土层深度的增加而显著下降,水稻收获后,肥料~(15)N主要残留在0—20 cm土层中,约占总残留量的78%。其次是20—40 cm和40—60 cm土层,这两层土壤中肥料~(15)N残留量相近,约占总残留量的19%左右。而在60 cm土层以下,仍有微量的肥料~(15)N残留,占总残留量的4%以下。【结论】施用控释尿素可以增加水稻各生育期的干物质量和氮素吸收量,增加花后(尤其是灌浆期到成熟期)干物质和氮素的转运,在稳产的情况下,既提高了肥料氮利用率,也减少了肥料氮的损失。     

稻草覆盖还田对直播冬油菜生长及养分积累的影响

[目的]冬油菜产量常受限于季节性干旱、冬季低温以及土壤肥力较低等因素。考虑到秸秆还田有培肥土壤的优势以及长江中下游地区稻草过剩的现实,通过田间试验研究稻油轮作区稻草覆盖还田对直播冬油菜生长的影响,探讨稻草整株覆盖还田对直播油菜生育期内密度、株高、根茎粗的变化特征及其对油菜产量和养分吸收量的影响。[方法]试验于2014 2015和2015 2016年在湖北省武汉市华中农业大学试验场进行,共设置4个处理,分别为:1)对照,不施肥稻草不还田(CK);2)不施肥稻草覆盖还田(S);3)单施化肥(NPK);4)稻草覆盖还田配施化肥(NPK+S)。施肥处理(NPK、NPK+S)肥料用量为N 180 kg/hm^2、P2O5 60 kg/hm^2、K2O75 kg/hm^2、硼砂15 kg/hm^2。分别于油菜苗期、蕾薹期、花期、角果期和成熟期取样,测定油菜地上部生物量,氮磷钾含量和积累量,并在田间监测油菜生育期内密度、株高和根茎粗。[结果]稻草覆盖还田提高土壤最低温度0.6~1.2℃(播后95天),降低土壤最高温度0.8~1.8℃(播后184天),缩小土壤温度变幅2.3℃(播后95~184天),提高土壤平均含水量8.0%~8.9%(播后48~184天)。与稻草不覆盖相比,稻草覆盖还田减少冬油菜80%以上的出苗密度;与出苗密度相比,成熟期CK、S、NPK和NPK+S处理的密度分别降低71.3%、40.3%、69.5%和32.1%,稻草还田处理的油菜生育期内密度降低幅度小于稻草不还田处理。油菜成熟期S处理的根茎粗和株高分别比CK显著提高了22.7%和8.3%,NPK+S和NPK处理株高和根茎粗无明显差异。两年结果表明,S处理的最大生物量较CK平均增加了88.6%,与NPK处理相比,NPK+S处理的地上部苗期生物量降低3.7%~27.9%,角果期生物量平均增加28.1%。CK和S处理氮、磷和钾素积累量均在蕾薹期花期差异较大,成熟期S处理的氮、磷积累量分别较CK高28.6%~268.2%、93.3%~253.1%,两年增产率分别为218.8%和28.5%;施肥处理(NPK、NPK+S)冬油菜氮、磷和钾积累量随生育期持续增加,均在角果期达到最大值,与NPK相比,NPK+S处理分别提高成熟期油菜氮、磷和钾积累量18.1%~19.1%、23.7%~36.9%和28.3%~56.9%,两年分别增产1811和1032 kg/hm^2,增产率分别达到25.6%和20.3%。[结论]稻草覆盖还田能缓解气温骤变对土壤温度的影响,保持土壤含水量,缓解土壤干旱。稻草覆盖还田前期抑制直播冬油菜的出苗密度,后期可维持冬油菜密度的稳定,同时对冬油菜的生长、生物量、产量和养分吸收量有促进作用。     

秸秆还田条件下不同供钾能力土壤水稻、油菜、小麦钾肥减量研究

【目的】研究不同供钾能力土壤在秸秆还田条件下钾肥减量施用对水稻、油菜、小麦的产量、钾素吸收量及钾肥利用率的影响,计算秸秆还田条件下3种作物的钾肥适宜用量,为秸秆还田条件下钾肥资源的合理利用及农田钾素养分管理和调控提供理论依据。【方法】2013—2015年在湖北省38个县(市)的水稻、油菜及小麦3种作物上开展秸秆还田钾肥减量施用田间试验。试验设置6个处理,分别为(1)对照,不施钾(CK);(2)施用全量化学钾肥(+K);(3)秸秆还田处理(+S);(4)秸秆还田配施50%钾肥(S+1/2K);(5)秸秆还田配施75%钾肥(S+3/4K);(6)秸秆还田配施全量钾肥(S+K)。参考不施钾肥处理的作物相对产量(即CK处理产量/+K处理产量)将土壤供钾能力分为高、中、低3个水平。【结果】不同供钾水平土壤施钾和秸秆还田均能不同程度增加水稻、油菜和小麦的产量和地上部钾素吸收量。其中,高供钾能力的土壤水稻、油菜和小麦仅通过上季作物秸秆全量还田即可满足作物高产的钾素需求;中等供钾能力的土壤3种作物可在秸秆还田条件下减少50%钾肥用量;而低供钾能力的土壤,秸秆还田条件下水稻季可减少25%钾肥用量,油菜和小麦季可减少50%钾肥用量。从土壤钾素表观平衡来看,秸秆还田可缓解土壤钾素亏缺,其中油菜季平均盈余量为14.1—152.6kg K_2O·hm~(-2),小麦季平均盈余量为25.5—95.9 kg K_2O·hm~(-2),水稻季则仍表现为钾素亏缺。在考虑秸秆钾素投入量的情况下,通过一元二次方程和线性加平台方程拟合秸秆还田条件下钾肥用量与作物产量之间的关系,以+K处理产量为标准得到秸秆还田条件下的适宜钾肥用量。结果表明,在前茬作物秸秆全量还田的条件下,供钾能力为中、高等水平的土壤3种作物钾肥适宜施用量为20—33 kg K_2O·hm~(-2),油菜钾肥施用量低于水稻和小麦;而供钾能力低的土壤上,秸秆还田土壤钾肥适宜施用量为45—49 kg K_2O·hm~(-2),油菜钾肥推荐用量高于水稻和小麦。与目前钾肥经济施用量60 kg K_2O·hm~(-2)相比,3种作物在供钾能力为中、高等水平的土壤通过秸秆还田可节省钾肥45.0%—66.7%,供钾能力低的土壤也可节省钾肥18.3%—25.0%。【结论】秸秆还田条件下水稻、油菜及小麦可以在减少18.3%—66.7%钾肥用量的同时保证作物产量,钾肥施用量减少的比例应根据土壤供钾水平进行调整。