不同水肥条件下夏玉米/冬小麦农田生态系统碳平衡研究

农田生态系统碳平衡取决于农作物固定碳量和土壤异养呼吸排放碳量。为揭示水肥用量对农田生态系统碳平衡的综合影响，设置3个灌水水平：高水、中水和低水（W1、W0.85、W0.7夏玉米季分别为90、76.5、63mm，冬小麦季分别为140、119、98mm），4个施氮水平：高氮、中氮、低氮和不施氮（N1、N0.85、N0.7、N0夏玉米季分别为300、255、210、0kg/hm2，冬小麦季分别为210、178.5、147、0kg/hm2），4个施磷水平：高磷、中磷、低磷和不施磷（P1、P0.85、P0.7和P0夏玉米季分别为90、76.5、63、0kg/hm2，冬小麦季分别为150、127.5、105、0kg/hm2）进行了田间试验。结果表明：不同水肥处理下夏玉米/冬小麦农田生态系统表现为碳汇，夏玉米季净生态系统生产力固碳量（CNEP）为6805~7233kg/hm2，冬小麦季CNEP为5842~6434kg/hm2，夏玉米CNEP高于冬小麦。在高、中、低肥水平下，增加灌水量，夏玉米/冬小麦周年净初级生产力固碳量（CNPP）提高2.48%~5.96%，土壤微生物异养呼吸碳释放量（CRm）增加2.15%~15.20%，净生态系统生产力固碳量（CNEP）增加1.16%~6.47%。在高、中、低供水水平下，增加施肥量，夏玉米/冬小麦周年CNPP增加2.95%~3.43%，土壤CRm增加5.23%~18.67%，CNEP增加0.93%~2.79%，CNEP增加比例与供水水平呈负相关。在低水条件下，氮磷肥配施处理夏玉米/冬小麦农田周年CNEP较单施氮、磷肥分别增加4.86%、7.34%，且氮磷肥交互作用显著（P<0.05），水肥供应水平相差15%时对冬小麦农田CNEP有显著的正交互作用。氮磷肥配施、水肥协调供应均有助于促进夏玉米/冬小麦农田生态系统的净碳输入，在节水节肥原则下，夏玉米和冬小麦分别在W0.85N0.85P0.85和W0.7N0.85P0.85水肥供应条件下有利于增加农田CNEP。     

内蒙古高原紫花苜蓿土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量

为了给内蒙古高原紫花苜蓿（Medicago sativa L.）测土施氮奠定科学基础，本研究采用“零散实验数据整合法”和“养分平衡-地力差减法”新应用公式，开展了该自然区域紫花苜蓿土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量研究。结果表明：内蒙古高原生长第1年紫花苜蓿土壤碱解氮第1~6级丰缺指标为≥48，20~48，8~20，4~8，2~4和<2 mg·kg^-1，土壤全氮第1~5级丰缺指标为≥1.4，0.8~1.4，0.4~0.8，0.2~0.4和<0.2 g·kg^-1，土壤有机质第1~6级丰缺指标为≥17，10~17，6~10，3~6，2~3和<2 g·kg^-1。当紫花苜蓿目标产量9~18 t·hm^-2、氮肥利用率40%时，内蒙古高原紫花苜蓿第1~6级土壤推荐施氮量分别为0，68~135，135~270，203~405，270~540和338~675 kg·hm^-2。     

动物饲料国际贸易、养殖密度与环境氮磷平衡的关系

粮食和饲料的国际贸易促进了许多国家农业生产系统的专业化和集约化。专业化动物养殖越来越多地依赖进口大豆和玉米,虽然提高了动物生产力,但也促使作物和动物生产系统在空间上的分离。本文综述了几十年来全球范围内大豆和玉米的贸易变化,并将其与养殖密度和整个食品系统中营养平衡的变化联系起来。这一变化与不同的营养管理条例的差异和动物饲养密度的空间变化有关。深入解析这些变化有助于理解动物饲料国际贸易、养殖密度与氮磷平衡之间的复杂关系。     

考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

【目的】优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能。【方法】提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数。依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标函数。利用遗传算法对上述问题进行了优化求解,并给出了编码方案。【结果】在分水口等间隔布置时,轮灌分组按轮灌分组数等间隔安排所需功率最小,优化后的水头损失系数可以减小到没有优化前的0.772倍。【结论】本研究模型不仅适用于恒定流量的组合优化,也可应用于不同分水口的所需水量不同的随机灌溉以及恒压供水的优化中。     

氮磷钾配比对长优2号产量和经济性状的影响

采用“3414”方案设计试验,研究氮磷钾不同配比施肥对长优2号产量及经济性状的影响,结果表明,氮、磷、钾对长优2号都有一定的增产效应,其中以氮的增产效应最为显著,磷与钾次之。初步得出本次试验最佳施肥量为“N”16.23㎏/667㎡、“P2O5”8.46㎏/667㎡、“K2O”16.06㎏/667㎡,NPK比接近“1：0.5：1”水平。     

滴灌下生物质改良材料对盐渍土水盐氮运移的调控效应

为探究生物质改良材料对滴灌盐渍土水、盐、肥运移过程的调控效应，采用土箱模拟试验，研究了水肥一体化滴灌条件下，生物炭和腐殖酸两种改良材料对盐渍土水、盐、氮运移和再分布过程及其时空分布特征的影响规律。结果表明：在滴灌条件下，盐渍土壤水盐的时空动态变化表现出明显的水分入渗驱动的盐分运移过程和蒸发扩散驱动的水盐再分布过程；铵态氮含量在时间上表现出先增大、后减小的变化趋势，在空间上的运移再分布特征较弱；硝态氮含量初始时空分布表现出与水盐相似的运移特征，受铵态氮硝化作用的多重影响，后期空间分布与铵态氮空间分布相似；生物炭通过提高土壤饱和导水率，增大了入渗阶段土壤水、盐、氮的运移速率和分布范围；腐殖酸通过提高土壤田间持水率增大了再分布过程土壤水、盐、氮的分布范围和强度，同时其对尿素的水解和硝化过程表现出更强的抑制效果。应用生物质改良材料在改变土壤物理性状进而调控滴灌土壤水盐运移的同时，还影响土壤氮素转化运移过程及其分布，这为水肥一体化滴灌盐渍农田的节水、控盐、减肥治理提供了理论基础。     

不同释放期控释肥和水氮用量对冬小麦产量的综合影响

为揭示不同释放期控释肥及其水肥用量对冬小麦产量的影响，优化冬小麦水氮管理措施，采用裂区设计进行田间试验，以灌水量为主处理，施氮量和控释肥类型分别为副处理和次副处理，其中，灌水量设30、60和90 mm；施氮量设0、75、150和225 kg/hm2的施肥梯度；控释肥类型包括释放期分别为60、120 d的聚氨酯包膜尿素（PCU60，PCU120），以普通尿素作为对照（U）。结果表明：灌水量、施氮量、控释肥类型单一因素均对冬小麦有效穗数、千粒质量、干物质质量、籽粒产量有显著影响。各因素两两之间的交互作用对籽粒产量有显著影响。相较于U处理，增加灌水使PCU60产量平均提高308 kg/hm2，PCU120产量平均下降270 kg/hm2；增施氮肥刚好相反，使PCU60产量平均下降289 kg/hm2，PCU120产量平均提高118 kg/hm2。根据所构建3种肥料的水氮生产函数可知，在U处理取得最高理论产量6 823 kg/hm2时的水氮用量下，2种释放期的控释肥PCU120和PCU60可分别获得14.31%和12.08%的增产效果。利用水氮生产函数和频率分析法得到不同控释肥类型获得较高产量的水氮用量区间，以PCU120产量最高、所需灌水量最低，分别为7 744～7 826 kg/hm2、47.72～52.28 mm；PCU60所需施氮量最低，为145.42～187.91 kg/hm2。综合考虑增产节肥节水效果，推荐PCU120为冬小麦季适宜的控释肥类型，其适宜水氮用量区间分别为47.72～52.28 mm、159.23～199.47 kg/hm2。     

基于分子生态学网络分析松嫩退化草地土壤微生物群落对施氮的响应

【目的】 氮素输入影响着全球草地生态系统的可持续性,关注施氮对土壤微生物群落的影响及其分子生态网络,为草地退化修复提供理论依据。【方法】 以松嫩退化羊草草地为研究对象,通过施氮和未施氮处理,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨氮素管理对退化羊草草地土壤微生物群落结构及网络的影响,氮添加条件下微生物网络结构中的关键微生物变化规律,以及该过程中微生物之间的互作关系,解析外源氮素添加条件下土壤细菌动态变化的关键结点和规律。【结果】 在门分类水平上施氮处理草地有细菌门22个,未施氮处理23个。7个菌门是施氮和未施氮处理草地的优势菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）是含有OTU数量最多的门类,约占总序列的30.46%,酸杆菌门（Acidobacteria）是含有OTU数量次之的门类,约占总序列的30.15%,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）是含有OTU数量第3的门类,约占总序列的8.14%,放线菌（Actinomycete）约占总序列的6.15%,绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）三者约占总序列的17.16%。施氮处理草地土壤微生物中的变形菌门、放线菌门、拟杆菌门的相对丰度均显著高于未施氮处理草地土壤（P<0.01）;未施氮草地土壤中绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门相对丰度显著高于施氮草地土壤（P<0.01）,其他各门细菌施氮与未施氮处理间未呈现出显著差异。表征网络的正向连接比、平均路径长度、平均聚类系数和模块性均为施氮处理显著低于未施氮处理（P<0.001）。在土壤的分子生态网络中,未施氮处理有16个模块枢纽（Zi>2.5,Pi≤0.62）,施氮处理有6个模块枢纽,均属于酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门。施氮导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤整体生态网络。【结论】 施氮降低了退化草地土壤网络结构的复杂程度和紧密性;降低了退化草地土壤中的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤中微生物关键物种（OTU）由16个（未施氮）减少为6个,且二者土壤中均没有重叠OTU,这表明施氮调控微生物群落网络的关键物种,进而改变其分子生态网络结构。     

豆-禾混播草地中紫花苜蓿比例对其固氮效率的影响及潜在生理机制

【目的】 通过研究豆草比例对紫花苜蓿-羊草混播草地豆科植物生物固氮的影响及其生理生态机制,深化对混播群落结构和生物固氮功能关系的理解,辅助豆-禾混播草地的科学建植和管理,提高混播草地生物固氮和土壤肥力,提升草地资源生产和生态保障能力。【方法】 2017年5月,利用紫花苜蓿和羊草为试验材料,采取随机区组设计,于中国科学院长岭草地农牧生态研究站内建植不同豆草比例（紫花苜蓿占比为25%、50%、75%、100%）的紫花苜蓿-羊草混播草地,4次重复。建植一年后,通过样方取样法调查混播草地群落结构变化,测定紫花苜蓿叶片、枝条和根系生长发育、光合和水分等生理代谢特征,在测定根系结瘤特征基础上,采取¹⁵N同位素自然丰度法评估紫花苜蓿固氮效率,结合土壤水分动态监测,分析豆草比例对紫花苜蓿生物固氮的影响及其生理生态机制。【结果】 （1）混播草地建植一年后,对应25%、50%、75% 和100%设计的豆草混播比例,混播草地实际紫花苜蓿占比分别为11%、27%、53%和100%。（2）对比25%、75%和100%的初始豆草种植比例,50%的初始豆草比例下,生长季平均土壤水分含量分别增加了21.4%、36.4%和51.7%。（3）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿植株有更大的枝条和根系生物量、叶片数量、叶片面积、叶片厚度和叶片生物量,上述指标最小值出现在100%的豆草播种比例。（4）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿具有最大的光合速率,枝条和根系中淀粉含量最高,但枝条和根系中可溶性糖含量最低。（5）50%的初始豆草混播比例下,紫花苜蓿根瘤发育更完善,其生物固氮率较25%、75%和100%的豆草混播比例分别提高了13.5%、44.6%和79.2%。回归分析表明,随豆草比例变化,紫花苜蓿生物固氮效率与土壤含水量呈正相关。【结论】 紫花苜蓿-羊草混播草地中,紫花苜蓿生物固氮能力与豆草比例间存在非直线型变化关系。当初始豆草种植比例为50%时,紫花苜蓿生物固氮率最大。豆草比例驱动土壤水分变化,进而通过调控叶片发育和光合等途径改变了紫花苜蓿植株和根瘤发育,是其影响生物固氮的潜在机制。     

Y型网式过滤器堵塞过程对有机肥浓度的响应研究

为研究水肥一体化设备中用于过滤有机肥的Y型网式过滤器的堵塞规律,对Y型网式过滤器在初始流量500 L/h、水源压力117.6 k Pa下,设置25、30、40、50 g/L共4种黄腐酸钾有机肥肥液质量浓度,进行了过滤器堵塞试验,分析了Y型网式过滤器的局部水头损失与单个滤孔滤网清洁度(单个滤孔有效过水断面面积与孔隙总面积比值) S/S0的关系,并利用XRD分析了过滤器内堵塞物质的成分。结果表明:肥液质量浓度对过滤器滤网清洁度影响显著,建议肥液质量浓度不超过40 g/L;过滤器局部水头损失在S/S0减小到10%后才逐渐开始增大,过滤器局部水头损失与滤网清洁度、肥液质量浓度有关,利用多项式拟合给出了过滤器滤网清洁度与肥液质量浓度、施肥持续时间的关系式及局部水头损失与肥液质量浓度、滤网清洁度的关系式;滤网堵塞物质主要成分为硫酸钙、草酸钙。本研究结果可为水肥一体化设备中过滤器的选择提供理论参考。