长期施肥下黄土旱塬黑垆土磷平衡及农学阈值

为研究长期施肥条件下土壤磷平衡和土壤有效磷对磷盈亏的响应,明确土壤有效磷(Olsen-P)的农学阈值及合理磷肥施用量,依托甘肃平凉肥料长期定位试验(始于1979),分析了黄土旱塬黑垆土36 a土壤磷盈亏动态、累积磷盈亏与有效磷的响应关系以及土壤磷残余,通过Mitscherlich方程模拟作物相对产量对土壤有效磷的响应关系,计算黄土旱塬黑垆土小麦和玉米的土壤有效磷农学阈值。结果表明:不施肥(CK)和单施氮肥(N)处理土壤磷始终亏缺,N处理每亏缺磷100 kg·hm~(-2),有效磷含量下降1.05 mg·kg~(-1);施磷处理土壤磷当季盈余4.3～207.9 kg·hm~(-2),累积盈余154.9～7 483.6 kg·hm~(-2),其中有机、无机配施(MNP)处理磷盈余最大;土壤累积磷盈余与土壤有效磷增量呈线性正相关,土壤中每盈余100 kg·hm~(-2)磷,秸秆还田配施化肥(SNP,磷肥隔年施)、氮磷配施(NP)、有机肥(M)和有机、无机配施(MNP)处理土壤有效磷分别增加7.55、2.47、0.28 mg·kg~(-1)和0.46 mg·kg~(-1);黄土旱塬黑垆土农田有效磷的小麦和玉米农学阈值分别为22.05 mg·kg~(-1)和13.96 mg·kg~(-1),MNP处理土壤有效磷含量已高于作物农学阈值,NP和SNP处理土壤有效磷含量达到小麦农学阈值分别需要21 a和24 a,达到玉米农学阈值分别需要2 a和8 a,M处理土壤有效磷含量已高于玉米农学阈值,还需要3 a可达到小麦农学阈值。当磷投入量每年平均达22.9 kg·hm~(-2)时,土壤磷呈持平状态;当磷用量达33 kg·hm~(-2)时,不仅作物产量较高,而且磷肥当季利用率也较高;当磷用量增加到233 kg·hm~(-2)时,作物产量对增加磷投入无响应,土壤磷残余超过90%,大量磷素累积在土壤中,增加了土壤磷素的流失风险。黄土旱塬小麦玉米一年一熟轮作黑垆土农田土壤有效磷农学阈值为13.96 mg·kg~(-1)(玉米)和22.05 mg·kg~(-1)(小麦),秸秆还田可促进旱地农田耕层土壤有效磷含量的增加。     

长期定位施不同氮源有机肥替代部分含氮化肥对陇东旱塬冬小麦产量和水分利用效率的影响

在陇东黄土旱塬覆盖黑垆土大田,利用陇鉴301进行了连续10年的定位试验,观测长期施用不同氮源有机肥(发酵有机肥、农家肥)或小麦秸秆还田各处理对冬小麦产量相关性状和水分利用效率的影响。结果显示,小麦产量和水分利用效率年际间变化较大,与降雨量有直接关系;不同有机氮源替代部分含氮化肥处理对提高冬小麦产量和水分利用效率具有明显作用。在干旱、平水和丰水年型,较不施肥对照分别增产53.1%~103.7%、40.3%~79.3%和73.1%~94.8%,较单施化肥对照分别增产6.6%~41.8%、7.0%~36.8%和-2.9%~9.3%。以发酵有机肥做替代物处理的产量和水分利用效率最高,增产幅度最大,10年平均产量较不施肥和单施化肥对照分别增加88.9%和25.4%,水分利用效率和边际水分利用率也最高,分别为10.8 kg mm~(-1) hm~(-2)和1.03 kg m~(-3);并且产量构成因素和植株生理指标也优于其他处理。因此,发酵有机肥是陇东半湿润偏旱雨养农业区(年降水量约550 mm)冬小麦生产上替代部分含氮化肥的首选有机氮源。     

覆膜时期和施氮量对陇东旱塬玉米产量和水氮利用效率的影响

目的以抗逆性强的紧凑型玉米品种先玉335为供试作物,研究施氮量、覆膜时期及其互作对陇东旱塬玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的影响,以期为陇东旱塬区玉米高产高效栽培提供理论依据。方法2012年11月至2019年11月,连续设置覆膜时期（春季覆膜和秋季覆膜）和施纯N量（0、75、150、225、300、375、450 kg·hm^-2）两因子的长期定位裂区试验,分析不同处理玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的变化。结果覆膜结合合理施氮可提高玉米光合速率和叶片叶绿素相对含量（SPAD值）,延长叶片持绿期,有效协调源库关系,增加穗粒数和百粒重。年份、施氮量及年份与施氮量互作均极显著影响玉米产量、穗粒数和百粒重,三者均随施氮量增加呈先增加后降低趋势。黄土旱塬玉米产量在施氮量150—450 kg·hm^-2范围内均显著高于75 kg·hm^-2的产量,以施氮量300 kg·hm^-2最高,为15 142.5kg·hm^-2,与施氮量225 kg·hm^-2无显著差异,显著高于施氮75 kg·hm^-2,施氮量进一步增加,增产效应逐渐降低,甚至减产。降雨年型及关键生育期降雨量与产量变化关系密切。尤其是7—9月降水量,特别是7月上旬（玉米抽雄—吐丝期）降雨量及降雨年型对陇东旱塬玉米产量影响较大。年份、覆膜时期、施氮量及年份与施氮量互作也极显著影响水分利用效率,秋覆膜较春覆膜水分利用效率显著增加8.6%。与施氮300 kg·hm^-2相比,施氮225 kg·hm^-2氮肥偏生产力、氮素生理利用效率分别提高28.6%、20.1%,平均氮肥利用率从34.8%提高到35.8%,可实现产量和氮素效率的同步提高。结论覆膜结合施氮150—225 kg·hm^-2可作为陇东旱塬雨养农业区较理想的高产高效栽培模式,干旱年份秋覆膜的增产效应更突出,生产中建议结合气象预测预报的降雨年型选择适宜的施氮量和覆膜时期。     

玉米地膜复合覆盖栽培技术

地膜覆盖栽培是有效保持寒旱区土壤水热条件、促进作物生产的措施之一。为解决长期覆盖普通地膜造成的土壤地膜残留污染及生物降解地膜破裂,且成本高的问题,通过多年试验研究,从地膜选择、肥料配比、绿色地膜复合覆盖技术、田间管理、地膜回收、秸秆与生物降解地膜还田等方面总结了寒旱区玉米普通地膜与生物降解膜覆盖栽培技术。     

耕作方式与长期定位施肥对雨养农田冬小麦产量的调控效应

为了明确西北黄土高原半湿润偏旱区耕作方式与长期定位施肥对冬小麦产量的调控效应,以设在半湿润偏旱区连续12年的耕作与肥料长期定位试验为平台,采用裂区设计,以传统耕作和免耕耕作为主处理,不施肥(CK)、单施无机氮肥(N)、单施无机磷肥(P)、单施有机肥(M)、无机氮磷肥配施(NP)、有机无机肥配施(NMP)为副处理,栽培制度为1年春玉米-3年冬小麦轮作,研究耕作及施肥措施对冬小麦产量的影响及其在生产年型间的变化关系。结果表明,不同年型及耕作方式均以有机无机配施冬小麦产量最高,有机肥单施高于化肥单施,磷肥单施高于氮肥单施。耕作方式间表现为传统耕作高于免耕耕作,年型间表现为丰水年>平水年>干旱年,耕作和施肥方式的增产效果以干旱年最好,平水年和丰水年差异不显著。有机无机配施与传统耕作结合优化了冬小麦冠层温度、叶绿素相对含量等生理指标,提高了光合速率、气孔导度及蒸腾速率,因而改善了有效穗、穗粒数和千粒重等产量性状而使冬小麦增产。在550 mm左右降水量的陇东旱塬雨养农业区,无论何种耕作方式及生产年型,长期采用有机无机或无机氮磷肥配施均表现出持续提高冬小麦产量的良好作用。因此,有机无机配施结合传统耕作是提高陇东半湿润偏旱区冬小麦产量的最佳耕作栽培模式。     

西北旱塬区不同株型玉米增密对产量的影响

为了探明增密对西北黄土旱塬区玉米产量的影响,于2011-2014年在农业部西北旱作区作物营养与施肥科学观测实验站进行田间试验,选取不同株型(紧凑型、平展型)玉米品种5个,每个品种设4个密度梯度,分析了不同株型玉米产量、干物质、根冠比、灌浆速率等指标。结果表明:不同株型玉米品种,随着密度增加田间耗水量差异不显著;紧凑型玉米品种产量大于平展型,在同等栽培条件下,平展型最佳播种密度为7.07万株·hm~(-2),紧凑型较之增加0.91万株·hm~(-2),产量增加2 085.9 kg·hm~(-2);密度增加单株干物质和根冠比均呈减小趋势,两种株型玉米品种规律一致,在灌浆和成熟期,紧凑型玉米品种7.5、9.0万株·hm~(-2)根冠比基本一致,平展型玉米品种密度为6.0万株·hm~(-2)干物质量最高(32 310 kg·hm~(-2)),紧凑型在7.5万株·hm~(-2)时为29 226 kg·hm~(-2),干物质积累量平展型大于紧凑型;灌浆速率参数平展型较紧凑型玉米品种最大灌浆速率高0.18 g·d-1,平均灌浆速率高0.03 g·d-1,灌浆持续期相差不大;低密度较高密度灌浆速率快0.01 g·d-1,但灌浆持续期延长5~15 d。西北旱塬区选择紧凑型较平展型玉米品种播种密度增加9 000株·hm~(-2),有利于优化群体结构,增加玉米产量。     

不同用量有机肥对陇东旱塬黑垆土磷素形态转化及有效性的影响

以覆盖黑垆土土壤为材料,研究了不同用量有机肥对土壤磷素有效性及不同形态无机磷含量的影响。结果表明:在陇东旱塬黑垆土上施肥能够增加全磷、有效磷含量,有机肥增加效果更明显,且随有机肥施用量的增加而增加。无磷肥输入的氮肥处理区,活性较强的Ca_2-P、Ca_8-P、A1-P和Fe-P含量都有所降低,而较稳定态的O-P和Ca_(10)-P含量则有所提高。与CK相比,有机肥处理随有机肥用量的增加,Ca_2-P、Ca_(10)-P、A1-P含量表现为增加,而Ca_8-P、Fe-P、O-P则相反。同时Ca_2-P与有机质、有效磷显著正相关,与p H值显著负相关。因此,在本试验条件下,从有效态的Ca_2-P和难溶性的Ca_(10)-P含量变化来看,在施等量氮的基础上配施农家肥60 000 kg·hm~(-2)更有利于活化土壤磷和减缓磷吸附,从而提高磷素的有效性。     

密度与氮肥运筹对陇东旱塬全膜双垄沟播春玉米产量及生理指标的影响

【目的】研究全膜双垄沟播玉米在陇东雨养农业区产量和生育指标同步提高的最佳种植密度、氮肥施用量及运筹方式,制定合理的栽培措施。【方法】本试验以先玉335为试材,在全膜双垄沟播种植条件下设置了2个氮肥用量（150、225kg·hm^-2）,2个密度（6×10⁴、7.5×10⁴株/hm²）和5个氮肥追施比例及时期（底肥100%;拔节期追施100%;底肥50%、拔节期50%;底肥50%、拔节期30%、抽雄期20%;底肥50%、拔节期10%、抽雄期40%）。通过3年田间试验,研究种植密度、氮肥用量及运筹方式对旱地春玉米产量及生理指标的影响。【结果】在试验氮肥用量及密度范围内,相同施氮量随种植密度增加,玉米产量极显著增加,净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）均减少;相同密度不同氮肥用量间产量差异不显著,但高氮处理玉米产量优于低氮处理;相同密度及氮肥用量条件下,氮肥运筹方式间产量差异均极显著,以基肥﹕拔节肥比例为50%﹕50%的处理Pn、Gs、Tr均最高,水分利用效率与产量变化一致。与播前或拔节期一次性施肥相比,氮肥分期施用可以延缓玉米生育后期叶片叶绿素相对含量的下降,增加生育后期光合物质生产量和转运量,优化产量构成,基肥和拔节肥施用比例为50%﹕50%时效果尤为显著。因此,通过种植密度和氮肥运筹方式的集成优化,可以实现陇东雨养农业区春玉米产量和生理指标的协同提高。【结论】产量不降低是农业生产的目的,玉米生理指标的提高是保证产量的根本。因此,在本试验条件下,采用密度7.5×10⁴株/hm²、施氮量150 kg·hm^-2以及基肥：拔节肥比例为50%﹕50%的氮肥运筹方式,是陇东雨养农业区的一种高产、节氮、增效、环保的栽培模式。     

我国西北覆膜农田土壤微塑料数量及分布特征

采集甘肃和陕北9个县区27块长期覆膜农田的81份土壤样品，采用密度浮选分离和加热分析法，并结合显微镜扫描统计微塑料数量和面积。结果表明，西北覆膜农田土壤微塑料含量很高，地块之间差异极大，0~30 cm土层微塑料丰度5.8×10²~1.189×10⁴ pieces·kg^-1，平均（5.09±1.21）×10³ pieces·kg^-1，微塑料面积82~4 155 mm²·kg^-1，平均（1.04±0.20）×10³ mm²·kg^-1，微塑料大小平均0.19 mm²·piece^-1，最大7.11 mm²·piece^-1。按微塑料面积大小将其分为5个组，其中0~0.05 mm²·piece^-1和0.05~0.3 mm²·piece^-1组内的微塑料丰度分别占比38.8%和43.6%、面积分别占比8.7%和36.5%，0.3~0.6、0.6~1.0、>1.0 mm²·piece^-1组内的丰度占比分别为10.5%、4.6%和2.5%、面积分别占比22.1%、16.8%和15.9%，即农田微塑料丰度随颗粒变小而增加。随着地膜覆盖年限增加，土壤中小颗粒微塑料丰度和面积所占比例增加，微塑料大小<0.05 mm²·piece^-1的丰度和面积所占比例覆膜28 a较5 a分别提高了44.9%和85.2%，而>0.3 mm²·piece^-1的丰度和面积占比却明显下降。长期覆膜农田土壤微塑料数量大，随覆膜时间增加颗粒变小丰度增加，土壤潜在污染加重。     

长期施肥对春玉米田土壤呼吸及碳平衡的影响研究

为探讨不同施肥方式下农田碳平衡规律，研究农田排放到大气CO₂的“源”、“汇”特征，依托39 a肥料定位试验测定了秸秆和氮磷肥配施（SNP）、农家肥和氮磷肥配施（MNP）、单施农家肥（M）、氮磷肥配施（NP)、单施氮肥（N）和不施肥（CK）等6种不同施肥方式下西北黄土旱塬春玉米拔节期到成熟期的土壤呼吸。结果表明：长期不同施肥方式能够影响春玉米农田土壤CO₂排放，不同生育时期排放特征不同，呈先升高后下降趋势，即开花期达到排放高峰,SNP、MNP和M的CO₂排放通量分别达到3 650.54、2 980.50 mg·m^-2·h^-1和2 167.61 mg·m^-2·h^-1，与CK相比，分别增加了340.32%、259.51%和161.45%。不同施肥处理间表现为SNP>MNP>M>NP>N>CK。整个测定时期内土壤CO₂平均排放速率表现为SNP>MNP>M>NP>N>CK，土壤呼吸中根系呼吸的贡献率波动在31%~77%之间。6种不同施肥处理农田土壤均表现为大气CO₂排放的“汇”，不同施肥处理农田碳汇强弱不同，表现为SNP>M>MNP>NP>N>CK。