长期秸秆配施化肥对土壤养分及小麦产量、品质的影响

以40年长期定位试验为平台,系统分析了不同施肥处理对暗棕壤土壤碳氮磷含量和小麦产量及品质的影响,为探讨长期施用秸秆条件下土壤肥力演变规律提供理论依据。试验设4个处理,分别为单施化肥(NP)、秸秆配施化肥(S+NP)、秸秆配施1/2化肥(S+1/2NP)、秸秆配施1/4化肥(S+1/4NP),其中秸秆为隔年麦秸还田,用量为3 000 kg/hm~2,化肥N、P用量为N 150 kg/hm~2、P_2O_5 150 kg/hm~2。结果表明:1)与NP处理相比,秸秆配施化肥处理(S+NP)显著增加了0～20 cm土壤有机碳含量和有效磷含量;秸秆还田条件下,S+1/2NP和S+1/4NP处理0～20 cm土壤中碳氮磷含量均低于S+NP处理,而对于20～40、40～60 cm土层养分含量差异表现不一致。2)不同施肥处理对春小麦产量及其构成因素有显著的影响,各施肥处理综合表现为:S+NPNPS+1/2NPS+1/4NP,即以S+NP处理春小麦产量最高;不同施肥处理对春小麦籽粒容重、蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、延伸率和拉伸面积等品质指标影响不显著。综合分析各处理,结果表明:S+NP处理(即在秸秆还田条件下,施用N 150 kg/hm~2、P_2O_5 150 kg/hm~2)相对其他处理,其保障小麦产量和提升(或维持)土壤肥力的效果最佳。     

微喷水肥一体化氮肥后移对夏玉米氮素吸收及籽粒产量品质的影响

为了探明晋南地区冬小麦-夏玉米轮作区适宜的节水减氮管理模式,采用田间试验,研究分析了5个水氮组合模式对夏玉米氮素积累特征、籽粒产量、品质和氮肥利用率的影响。结果表明,与大水漫灌、传统撒施肥料(CK)相比,微喷水肥一体化处理的夏玉米籽粒产量提高12.05%～45.4%,其中以微喷灌4次(出苗水+小喇叭口水+大喇叭口水+抽雄水),施纯氮227.5 kg/hm2,氮肥后移、追氮2次处理(WN3)的籽粒产量和蛋白质含量最高,籽粒氮素积累量、总氮素积累量分别较施纯氮227.5 kg/hm2,追氮1次处理(WN2)提高6.8%、14.26%,且与微喷灌、施纯氮300 kg/hm2(WN1)和WN2相比,WN3处理的氮肥利用率分别提高41.81%、23.14%,氮肥农学利用效率分别提高47.45%、49.01%。综上所述,晋南冬小麦-夏玉米一年两熟区,采用微喷水肥一体化可替代漫灌实现节水减氮高产栽培,推荐微喷灌溉4次、氮肥后移处理(基肥45.5 kg/hm2+小喇叭口期追肥136.5 kg/hm2+抽雄期追肥45.5 kg/hm2)作为晋南地区夏玉米灌水施氮适宜的运筹方式,该模式相比CK减少灌水量50%、减施氮肥24.16%,提高氮肥利用效率的效果最好,实现了节水减氮的效果。     

长期有机无机配施对暗棕壤土壤酶活性及春麦产量品质的影响

根据 41年长期施肥试验结果，研究有机无机配施对暗棕壤土壤肥力、春麦籽粒产量和品质的影响，探讨有机无机配施条件下土壤酶活性与作物产量、品质之间的内在关系，为建立科学合理的有机无机配施技术体系提供理论依据。长期定位试验于 1979年开展，位于黑龙江省黑河市农科院内，土壤类型为暗棕壤。设对照、低量化肥、中量化肥、高量化肥、有机肥、有机肥 +中量化肥 6个处理，于 2019年 8月采集土壤样品(0～ 20 cm)和小麦籽粒样品，测定分析了 5种土壤水解酶，即 β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶和亮氨酸氨基肽酶活性，研究暗棕壤酶活性、小麦籽粒产量和品质的变化规律，并进行相关性分析。研究结果表明:1)各处理相比较，单施有机肥、有机肥配施中量化肥 2个处理均显著提高了土壤 β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶和亮氨酸氨基肽酶活性，有机肥配施中量化肥处理较单施中量化肥处理土壤酶活性提高了 21.04%～ 95.74%。2)不同施肥处理小麦籽粒产量差异显著，各施肥处理小麦产量较对照增加了 6.93%～ 111.03%，以单施高量化肥、有机肥配施中量化肥 2个处理增产比例最高。3)小麦籽粒品质、面粉品质和面团品质均表现出一致性的规律，有机肥配施化肥处理的小麦综合品质均显著高于单施化肥处理。4)土壤酶活性与小麦籽粒品质、面粉品质和面团品质之间存在显著或极显著正相关关系，与小麦产量间呈正相关，但不显著。不同施肥处理下土壤酶活性、小麦产量和品质均存在显著差异，有机肥配施中量化肥处理对提高土壤酶活性、小麦产量和品质有明显的作用，有机肥与化肥的合理配施是提高土壤肥力并保障作物产量和品质的重要措施。     

免耕条件下施用有机肥对冬小麦土壤酶及活性有机碳的影响

【目的】探讨免耕条件下施用有机肥对冬小麦土壤酶活性及活性有机碳含量的影响,明确免耕条件下的科学施肥方法,为提升土壤生物学活性和改善土壤质量提供理论依据。【方法】基于山西运城长期定位试验,选取免耕（NT）和免耕增施有机肥（NTM）两个处理,在冬小麦不同生育时期测定与碳转化相关土壤酶的活性（β葡萄糖苷酶、β木聚糖酶、纤维二糖苷酶、α葡萄糖苷酶）、土壤温度、土壤含水量和土壤呼吸速率以及成熟期土壤总有机碳（TOC）和活性有机碳组分（可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC）等关键指标。【结果】（1）在冬小麦生育期,两个处理不同土壤酶活性具有明显的季节性变化特征。其中β木聚糖酶与α葡萄糖苷酶的活性在拔节期和灌浆期表现出升高趋势;但β-葡萄糖苷酶与纤维二糖苷酶的活性随季节变化波动较小。不同生育时期β木聚糖酶和α葡萄糖苷酶的活性的变化趋势与土壤呼吸速率变化趋势基本一致。此外,主成分分析结果表明,不同生育时期土壤酶活性主要受土壤含水量和土壤呼吸速率的影响。（2）与NT相比,NTM显著提高不同生育时期土壤β木聚糖酶的活性（越冬期：17.6%;抽穗期：8.5%;灌浆期：14.1%和成熟期：10.0%）;在越冬期和拔节期土壤α葡萄糖苷酶的活性分别提高16.7%和10.2%。同时,主成分分析结果表明,不同处理间酶活性主要受土壤温度和土壤呼吸速率的影响。（3）与NT相比,NTM显著提升冬小麦生长季TOC、DOC、EOC和MBC含量（TOC：16.9%;DOC：27.7%;EOC：38.4%和MBC：50.7%）。（4）冬小麦生长季土壤生物学指标相关分析表明,β木聚糖酶与α葡萄糖苷酶的活性与总有机碳及其活性组分呈显著相关关系（相关系数均大于0.850）。【结论】免耕增施有机肥通过影响生育期土壤含水量和土壤温度,进而提升β木聚糖酶与α葡萄糖苷酶的活性;同时,秸秆还田基础上增加有机肥碳投入可进一步提高土壤总有机碳和活性有机碳组分的含量,有利于土壤酶等生物学活性和土壤质量的提升。     

微喷水肥一体化提高冬小麦产量与品质

为了探明山西南部麦区节水省氮合理运筹模式,通过田间试验研究了9个水氮组合模式对冬小麦群体动态、氮肥利用率、籽粒产量及品质的影响。结果表明:1.水氮互作对冬小麦拔节期单株分蘖、成穗数和籽粒产量均有极显著影响。以微喷4次(W_2,越冬水、拔节水、孕穗水和灌浆水)和优化施氮(N_3,施氮N 225kg·hm-2,60%底施+30%拔节期追施+10%灌浆期追施)水氮一体化组合处理产量最高,与CK(越冬期和拔节期漫灌,习惯施氮)相比,冬前单株分蘖增加13%,产量和氮肥表观利用率分别提高9.36%和61.8%。2.相同灌水模式下,不同施氮处理间差异显著,其中微喷3次以目标产量施氮(N_2)的产量最高;微喷4次以优化施氮(N_3)产量最高,与习惯施氮(N_1)相比,氮肥表观利用率提高了61.8%。3.相同施氮模式下,以微喷4次的产量最高。综合分析各水氮处理组合以W_2N_3的小麦产量和氮肥表观利用率均为最高,且节水节肥、籽粒品质最优,因此,推荐该模式为山西省南部小麦/玉米一年两熟区的节水节肥减施增效水氮运筹模式。     

免耕对农田土壤持水特性和有机碳储量影响的区域差异

【目的】分析耕作对土壤碳储量的影响,明确我国东北、华北地区的科学耕作方式,为区域优化耕作模式、改善土壤提供依据。【方法】基于吉林公主岭（GZL）、山西寿阳（SSY）、河北廊坊（HLF）、山西临汾（SLF）4个长期定位试验,选择传统耕作（CT）、免耕（NT）两个耕作处理,分析耕作对有机碳影响的区域差异。【结果】（1）免耕对土壤容重和紧实度影响存在区域性差异,显著提高了东北冷凉区黏质黑土（公主岭）和华北砂质潮土（廊坊）的土壤容重和紧实度,土壤容重分别增加了12.1%、0.7%,但降低了黄土高原东部粉砂壤质黄土（临汾）和砂壤质褐土（寿阳）的土壤容重和紧实度,土壤容重分别降低了1.5%、8.2%。（2）公主岭试验点0、10 kPa土壤体积含水量处理间差异显著,免耕较传统耕作分别提高了40.4%、30.1%;寿阳试验点0、10、500 kPa下免耕较传统耕作土壤体积含水量分别降低了6.4%、4.3%、5.9%,350 kPa下提高了2.1%;廊坊试验点10、350、500 kPa免耕下土壤体积含水量分别提高了0.6%、5.6%、2.6%;临汾试验点0和10 kPa免耕下土壤体积含水量分别降低了7.1%、5.5%,350 和500 kPa土壤体积含水量分别提高了2.9%、8.9%。（3）在4个区域,免耕显著提高了0—10 cm表层土壤有机碳储量,其中公主岭增加最显著,提高了45.4%;但免耕对0—80 cm土层总有机碳储量影响存在区域性差异,公主岭提高了7.2%,寿阳、廊坊、临汾分别降低了26.8%、31.3%、23.5%。（4）土壤有机碳与饱和含水量呈极显著正相关关系,而与年均温、年降水、紧实度具有显著负相关关系,有机碳储量受气候因子、持水能力、紧实度的影响显著。【结论】由于我国东北和华北地区气候、作物类型、土壤性质等不同,免耕对土壤有机碳储量影响存在区域性差异,可以显著提高各区域表层土壤有机碳储量,但仅提高了东北冷凉区黏质黑土（公主岭）土壤总有机碳储量。总体来说,免耕保护性耕作技术是提高表层有机碳储量的有效途径。     

温室滴灌条件下施用鸡粪和磷肥对土壤磷素的影响

【目的】 针对温室土壤磷素积累的问题,定位研究滴灌条件下施用鸡粪和磷肥对土壤磷素积累的影响。【方法】 以中国华北平原日光温室为研究对象,采用滴灌方式灌溉,设置不施肥（CK）、单施磷肥（P₁）、单施鸡粪（OM）、鸡粪和减量磷肥配合施用（OM+P₁）、鸡粪和习惯量磷肥配合施用（OM+P₂）共5个处理,研究不同施肥方式对黄瓜土壤无机磷各形态的转化积累、不同生育时期在土壤垂直剖面的运移分布及其有效性的影响。【结果】 鸡粪和磷肥配施显著增加了土壤中的全磷、有效磷（Olsen-P）及无机磷的积累和残留。在0—20 cm土层中,全磷含量随着黄瓜生育时期的推进呈下降趋势,苗期最高,产瓜末期最低。不同施肥处理下,土壤全磷含量明显不同,各生育时期顺序均为OM+P₂处理>OM+P₁处理>P₁处理>OM处理>CK处理;土壤剖面各层次有效磷含量差异很大,苗期0—20 cm土层有效磷含量范围为44.43—86.08 mg·kg ^-1,20—40 cm土层含量范围为6.51—10.05 mg·kg ^-1,40 cm以下土层黄瓜各个生育时期有效磷含量差异很小。在温室滴灌条件下水分对磷的运移影响较小,土壤有效磷主要集中在0—20 cm土层,各生育时期0—20 cm土层有效磷占土壤剖面0—100 cm土层有效磷的68.76%—87.78%。与CK相比,其他施肥处理均提高了有效磷占全磷的比重,提高范围为1.23%—2.47%。0—20 cm土层中不同形态无机磷的含量为Ca₁₀-P>Ca₈-P>O-P>Ca₂-P>Al-P>Fe-P,其中,Ca-P所占比例最大,为79.55%—83.35%。随着磷肥用量增加,磷的积累量也增加,Ca₈-P、Ca₂-P、Al-P、Fe-P和Ca₁₀-P含量均比不施磷的处理显著提高,以Ca₈-P增加最多,其次是Ca₂-P、Al-P和Fe-P;磷肥施入土壤后很快会经由Ca₂-P转化为Ca₈-P,而以缓效态累积在土壤中,各形态无机磷中以Ca₈-P积累最多,Al-P和Fe-P也有一定量的积累。【结论】 传统过量施肥造成磷素以Ca₈-P、Al-P和Fe-P等形态残留于土壤中,造成了土壤磷素的积累和磷肥的浪费。在30 000 kg·hm ^-2鸡粪的基础上增施磷肥并无显著增产效应,却显著增加了土壤磷素的残留积累量。如果只施鸡粪,用量不宜超过30 000 kg·hm ^-2;如果配施无机磷肥,则鸡粪减量,且无机磷肥在300 kg·hm ^-2的基础上减量,具体施肥量及配施比例有待进一步研究探讨。     

长期保护性耕作可提高表层土壤碳氮含量和根际土壤酶活性

【目的】 研究不同长期耕作措施对作物根际和非根际土壤碳氮元素含量和土壤酶活性的影响,以及土壤碳氮元素与碳氮转化相关酶之间的相互联系,对认识土壤酶响应土壤碳氮变化的机制和选择合理有效的耕作技术具有重要的理论和实践意义。 【方法】 长期耕作试验始于1999年,位于河南孟津县,属于黄土高原东部边缘,土层深厚 (50—100 m),土壤类型是壤质黄绵土。试验处理有草地 (GL)、传统耕作 (CT)、免耕覆盖 (NT)、深松覆盖 (SM),于2016年采集根际土和非根际土0—20 cm、20—40 cm,分析了土壤总碳、有机碳和总氮含量,以及β-葡萄糖苷酶 (BG)、β-纤维二糖苷酶 (CBH)、β-木糖苷酶 (BXYL)、乙酰氨基葡萄糖苷酶 (NAG) 和亮氨酸氨基肽酶 (LAP) 的活性,并进行了土壤碳氮元素含量与酶活性的相关性分析。 【结果】 1) 与传统耕作相比,免耕和深松显著提高了根际和非根际0—20 cm土壤的总碳、有机碳和总氮含量,显著降低了非根际20—40 cm土壤的总碳、有机碳和总氮含量。草地显著提高了根际土壤总碳、有机碳和总氮含量,显著提高了非根际0—20 cm土壤的有机碳含量,显著降低了非根际土壤的总碳含量和非根际20—40 cm土壤中的有机碳含量。深松显著降低了作物根际和非根际土壤C/N,免耕和草地处理显著降低了作物非根际20—40 cm土壤中的C/N,但草地处理显著提高了作物非根际0—20 cm土壤C/N。2) 与传统耕作相比,草地、免耕和深松显著提高了根际土壤中β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-木糖苷酶和乙酰氨基葡萄糖苷酶的活性。草地显著提高了根际土壤的亮氨酸氨基肽酶活性,免耕和深松显著降低了根际土壤的亮氨酸氨基肽酶活性。3) 碳氮转化相关酶之间均存在正相关关系 (除β-纤维二糖苷酶与亮氨酸氨基肽酶之间)。碳氮转化相关酶与土壤总碳、总氮和有机碳之间均存在正相关关系 (除亮氨酸氨基肽酶与总碳之间),与C/N之间均存在负相关关系。 【结论】 土壤碳氮转化酶之间存在相互促进的关系,共同参与土壤碳氮的转化。长期保护性耕作 (免耕和深松) 可以有效提高土壤表层的总碳、有机碳和总氮含量,提高根际土壤酶活性,有利于营养元素 (有机质、碳氮元素) 的循环转化和作物的吸收利用,以深松效果最好,免耕次之。      

不同灌溉方式对冬小麦生长发育及水分利用效率的影响

为了确定山西省晋南地区冬小麦高产高效的节水灌溉模式,采用田间小区试验,研究了微喷灌(MSI)、滴灌(SDI)和传统漫灌(CK)3种灌溉方式对冬小麦不同生育期的土壤水分变化、生长性状、产量和水分利用效率的影响。其中SDI处理和MSI处理生育期灌水3次,分别为越冬期(12月9日)、拔节期(4月1日)、灌浆期(5月20日),每次灌水量为600 m~3/hm~2;CK按当地灌水习惯,于越冬期和拔节期灌水,每次灌水量为2 250 m~3/hm~2。结果表明,各处理越冬期0~100 cm土层土壤含水率没有明显差异,灌浆期0~80 cm土层土壤含水率表现为SDI处理MSI处理CK,MSI处理、SDI处理灌浆期灌水,可满足灌浆期对水分需求,促进籽粒灌浆;与CK相比,SDI处理与MSI处理可以明显增加单株分蘖数和总茎数、促进群体生长,显著增加冬小麦成穗数、穗粒数和千粒质量,因而显著提高了籽粒产量。与CK相比,MSI处理穗粒数、千粒质量分别提高16.54%、5.21%,SDI处理穗粒数、千粒质量分别提高9.10%、11.78%,MSI、SDI处理籽粒产量分别增加了2.79%、3.35%;同时,SDI处理与MSI处理冬小麦生育期的耗水总量分别减少43.88%和41.64%,水分利用效率分别提高了83.15%和77.09%。因此,在山西临汾盆地采用微喷与滴灌可以取得明显的节水高产效果。     

有机肥部分替代化肥对温室番茄土壤N2O排放的影响

【目的】 在等氮量有机部分替代化肥条件下研究温室番茄土壤N₂O排放特征,探讨影响温室土壤N₂O排放的环境因素,为估算温室菜地系统N₂O的排放清单及其减排潜力提供数据支撑和理论依据。【方法】 以温室秋冬茬番茄为研究对象,设置不施肥（CK）、单施有机肥（MN）、单施化肥（CN）、有机肥部分替代化肥（CMN）4个处理,采用静态箱-气相色谱法,对番茄生育期内土壤N₂O排放及土壤温度、含水量进行监测。【结果】 在相同施氮量情况下,处理CMN（有机部分替代无机）的N₂O排放总量为4.05 kg·hm ^-2,相比处理CN（单施化肥）和MN（单施有机肥）,土壤N₂O排放总量降低了45.1%和33.2%;土壤N₂O排放系数分别降低了50.0%和37.5%;排放强度降低了50.0%、42.1%。各处理土壤N₂O排放通量峰值均出现在施肥灌水后第1天,排放主要集中在施肥灌溉后5 d内。温室番茄土壤N₂O排放通量与0-5 cm地温呈显著或极显著线性相关关系;与土壤充水孔隙率（WFPS）呈显著或极显著的对数函数关系,且不同施肥处理下土壤N₂O排放峰值出现在土壤充水孔隙率60%—80%范围内。【结论】 温室番茄土壤N₂O排放的消长关系表现在温湿度变化和氮肥投入类型等方面,合理的减排措施应综合考虑以上因素。有机部分替代化肥施肥模式是提高温室番茄产量,减少N₂O排放排放强度、排放系数和排放总量,提高肥料利用率,实现化肥零增长的重要手段。