肥力梯度红壤上不同形态氮库对玉米吸氮量的贡献

不同形态的土壤氮素是作物吸收氮素的主要来源,而土壤肥力不仅影响氮素的含量,也影响氮素的有效性,进而影响作物对氮素的吸收利用。明确不同肥力红壤中各形态氮素的变化及其对作物吸氮量的贡献,可为阐明氮素循环机制和沃土培肥提供理论依据。2019年5月在湖南祁阳红壤实验站选取低肥力、中肥力和高肥力红壤进行田间微区试验,设置不施氮（N0）和常规施氮（N1）两个处理。分析了2020年玉米（该试验的第三季作物）种植前和收获后土壤矿质氮（MN）、固定态铵（FN）、微生物生物量氮（MBN）和可溶性有机氮（SON）含量的变化及其与玉米地上部吸氮量的关系,并通过结构方程模型（SEM）建立了各形态氮库与吸氮量的关系模型。结果发现,N0条件下高肥力土壤的籽粒产量约为中肥力土壤的4.6倍,但在N1条件下,高肥力土壤的玉米产量和生物量与中肥力土壤无显著差异,但其吸氮量显著高于中肥力土壤。与种植前相比,N0条件下,收获后中肥力土壤FN含量显著提高了63%,低肥力和高肥力土壤分别增加了47%和11%。与其相反,土壤MN、MBN和SON含量均有所降低。土壤MN含量降低了0.4~4 mg?kg-1;MBN降低了18%~44%且土壤肥力间无显著差异;SON减少了55%~84%。N1条件下,土壤MN含量降低了约22~38 mg?kg-1; MBN降低了32%~72%;而SON的减少量在高肥力土壤中可达99 mg?kg-1,分别为中肥力土壤和低肥力土壤的2.0倍和9.3倍。相关分析结果表明,地上部吸氮量与MBN、SON和NH4+-N减少量存在显著正相关关系。结构方程模型结果进一步表明,SON和NH4+-N直接影响吸氮量,MBN通过影响SON和MN间接影响玉米地上部吸氮量。总体而言,SON和MBN可直接或间接影响玉米对氮素的吸收利用,是土壤中重要的氮素存在形态,应进一步加强对其形态转化的机制研究,可促进红壤培肥和氮素高效利用。     

有机替代对长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响

为探明有机替代对我国长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响,本研究通过搜集已发表的文献,建立了207组包含不施肥（CK）、单施化肥（NPK）和有机肥替代部分化学氮肥（NPKM）处理下水稻产量和籽粒含氮量的数据库。采用整合分析的方法,定量计算了有机替代在不同施肥措施、土壤性质和气候因素下对长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响;采用随机森林模型明确了影响有机替代效果的主控因素。结果表明,施肥能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量,NPK处理下产量和籽粒含氮量较CK处理分别提高了2.3 t·hm^-2和1.2 g·kg^-1。与NPK相比,NPKM处理下水稻的产量和籽粒含氮量分别显著提升了3.7%和1.9%。NPKM处理对产量和籽粒含氮量的影响存在区域差异。NPKM处理在总施氮量低于250 kg·hm^-2、替代比例30%~60%时能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量。NPKM处理在土壤养分含量较高的条件下有利于水稻产量的提升,在土壤养分含量较低的条件下有利于籽粒含氮量的提升。在年均降雨量≤1 200 mm、年日照时数>1 800 h、年均温>15℃条件下,NPKM处理能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量。影响NPKM处理水稻产量的主要因素是替代比例、土壤pH和年均降雨量,而影响籽粒含氮量的主要因素是土壤有效磷、全氮含量以及土壤pH。综上所述,有机肥替代部分化学氮肥能够显著提高我国长江流域水稻的产量和籽粒含氮量,在中游地区提升效果更佳,有机替代总氮施用量应低于250 kg·hm^-2,替代比例以30%~60%为宜。     

不同肥力潮土的酶活计量比特征及其与微生物量的关系

【目的】研究不同肥力土壤上胞外酶活性,阐明胞外酶活性计量比特征及其影响因素,为阐明土壤生物肥力差异的机制与土壤培肥提供理论依据。【方法】选取了高、中、低肥力的潮土,分析其微生物量碳、氮（SMBC、SMBN）含量以及β-1, 4-葡萄糖苷酶（β-1, 4-glucosidase,BG）、纤维二糖水解酶（Cellobiohydrolase,CBH）、β-1, 4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶（β-1, 4-N-acetylglucosaminidase,NAG）、亮氨酸氨基肽酶（leucine aminopeptidase,LAP）和碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,AP）活性。采用生态化学计量学方法分析该5种酶活性在不同肥力土壤间的差异,以及酶活与土壤微生物量间的定量关系。【结果】高肥力土壤SMBC是中肥力土壤的2.6倍,低肥力土壤的5.8倍;高肥力土壤SMBN为中肥力土壤的3.1倍,低肥力土壤的5.5倍。SMBC/SMBN在不同肥力土壤间无显著差异。土壤碳氮磷转化酶活性和综合酶指数均表现为高肥力土壤>中肥力土壤>低肥力土壤,且土壤胞外酶活性与微生物量碳氮表现为直线正相关关系。SMBC和SMBN每增加1 mg·kg^-1,（BG+CBH）和（NAG+LAP）活性分别可提高0.134和10.53 nmol·g^-1·h^-1。ln (BG+CBH):ln (NAG+LAP)和ln (BG+CBH):ln AP均小于1,表明碳源是潮土养分转化的首要限制因素。高肥力土壤上碳、氮、磷酶活比例较低肥力土壤更接近适宜值。【结论】潮土上应配施有机肥或进行秸秆还田,保证充足的碳源以解决养分有效性限制的问题,促进氮磷的养分循环转化。适宜的活性碳氮磷比例是高肥力土壤高产高效的重要机制之一。     

我国不同区域粮食作物产量对有机肥施用的响应差异

探明全国不同气候、土壤和作物类型条件下,化肥配施有机肥对产量的影响及其增产效果的主控因素,可为粮食增产和有机肥的合理施用提供重要的理论依据。本研究通过收集109篇已公开发表的文献,建立了包含不施肥（CK）、单施化肥（NPK）和化肥配施有机肥（NPKM）处理的402组作物产量的数据库。采用整合分析（Meta-analysis）方法分析了不同施肥处理对小麦、玉米和水稻产量的影响,以及不同土壤性质和气候条件下有机肥的增产差异;采用随机森林（Random forest）方法量化土壤和气候因素对有机肥增产效果影响的重要度。全国来看,与NPK相比,NPKM处理下作物的产量平均增幅4.7%,其中小麦、玉米和水稻的增产率分别为5.6%、7.6%和4.5%;作物的平均增产率在西北地区最高,东北和华北地区次之,南方和华东地区较低。配施有机肥对产量的提升作用在我国温带大陆性气候区和温带季风性气候区显著高于亚热带季风性气候区,其中年降雨量是影响小麦和水稻产量对有机肥响应的主要因素,年均温和无霜期是影响玉米产量对有机肥响应的主要因素。有机质和全氮含量是土壤性状中影响有机肥增产效果的主要因素,其中土壤有机质和全氮含量越低,配施有机肥后产量的增幅越高。总的来说,化肥配施有机肥可显著提高作物的产量,尤其在低温少雨、土壤养分含量较低的地区,可通过化肥配施有机肥来进行增产促产。     

施用有机肥对我国作物氮肥利用率影响的整合分析

【目的】化肥配施有机肥是提高作物氮肥利用率（NUE）的重要措施之一。但由于作物的氮肥利用率受到施氮量、土壤性质和气候条件等因素的影响,且多数研究只在某一特定区域或条件下进行,对于全国不同区域施用有机肥对氮肥利用率影响的研究缺乏系统分析和比较。因此,探明化肥配施有机肥对氮肥利用率的影响,量化不同土壤和气候条件下氮肥利用率对有机肥施用的响应,可指导区域性的有机肥施用,为化肥减施增效提供重要的理论依据。【方法】本研究收集了公开发表的文献110篇,建立了412组包含化肥配施有机肥（NPKM）和单施化肥（NPK）处理的氮肥利用率的数据库。采用整合分析（Meta-analysis）和随机森林（Random Forest）方法分析了全国不同区域的氮肥利用率在NPK和NPKM处理下的差异,定量化了施氮量、土壤性质和气候条件等因素对有机肥正效应的贡献率。【结果】全国来说,相比NPK,NPKM处理下氮肥利用率提高了3.6个百分点。除东北地区外,在其他地区NPKM均显著提高了氮肥利用率,提高幅度依次为西北>华北>南方>华东。土壤性状中影响有机肥“增效”作用的主要因素是有机质、pH、速效钾和全氮含量,其中土壤有机质含量越低,配施有机肥后氮肥利用率的提高幅度越大;在碱性土壤上配施有机肥对氮肥利用率的提高幅度分别是中性土壤和酸性土壤的1.3和1.8倍。另外,不同气候类型下配施有机肥对氮肥利用率的提高幅度存在差异,表现为温带大陆性气候区>温带季风性气候区>亚热带季风性气候区。【结论】施用有机肥可显著提高作物的氮肥利用率,且在有机质含量较低、降雨量较少的西北地区配施有机肥后氮肥利用率的提高幅度最大。     

氮肥用量和运筹对我国水稻产量及其构成因子影响的整合分析

【目的】合理的氮肥用量和运筹能够有效提高水稻产量和氮肥利用率。明确氮肥用量和运筹对水稻产量及其构成因子的影响可为水稻高产高效生产提供理论指导。【方法】基于119篇已发表的有关稻田氮肥管理的论文，采用整合分析(Meta-analysis)的方法量化了不同施氮量、基肥+分蘖肥、穗肥、种植区域和土壤性质等条件下氮肥管理对水稻产量及其构成因子的影响，并探究了我国各水稻主产区提高产量构成因子以获得高产的适宜措施。【结果】与不施氮肥相比，施用氮肥能够显著提高水稻实际产量(+42.2%)和理论产量(+43.1%)，有效穗数和每穗粒数分别增加了33.2%和13.5%，而结实率和千粒重分别下降了4.2%和1.6%。在不同施氮量和氮肥运筹下，水稻产量及其构成因子存在显著差异。水稻实际和理论产量在施氮量为150～200 kg/hm²时增幅最大，有效穗数和每穗粒数在施氮量为250～300 kg/hm²时增幅最大。另外，随着施氮量的增加，水稻的结实率和千粒重显著下降。基肥+分蘖肥的氮比例(基肥+分蘖肥占总施氮量的比例)为30%～50%和穗肥氮比例为10%～30%时，水...