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。     

不同降雨年型黑膜垄作对土壤水肥环境及马铃薯产量和效益的影响

【目的】探索降水年型与垄型互作对黑膜垄作土壤水肥环境及马铃薯产量和效益的影响,解析水肥互作促进作物增产、高效用水机制,为深挖覆膜垄作技术增产潜力提供理论依据。【方法】2016—2018年布置大田试验,以当地推广应用的白膜覆盖双垄集雨耕作（WRF,垄高16 cm,垄宽60cm,沟宽40 cm）为对照,基于垄上微沟集雨耕作技术,设置由黑膜覆盖低垄（垄高16 cm,垄宽 60cm）、中垄（垄高24 cm,垄宽 60 cm）、高垄（垄高32 cm, 垄宽60 cm）+垄上微集水沟（宽20 cm,深10 cm）+垄间小集水沟（沟宽 40cm）组成的3种黑色地膜覆盖垄上微沟集雨土壤水肥调控耕作处理（BLRF,BMRF 和BHRF）,测定了马铃薯播种、出苗、现蕾、开花、结薯、成熟6个生育关键时期0—200 cm土层土壤含水量和研究期末0—30 cm土层土壤有机碳及氮磷钾养分含量,计算土壤贮水量、水分利用效率,分析土壤水、肥与马铃薯产量的相关关系。【结果】不同降水年型,黑、白地膜覆盖垄作都显著增加了马铃薯生长发育期对40—120 cm土层土壤水分的消耗。BHRF,BMRF和BLRF处理马铃薯6个生育关键时期0—200 cm土层土壤含水量和贮水量（SWS）都显著高于WRF处理（P<0.05）。较高的降水量以及黑膜覆盖集蓄增加的土壤水对120—200 cm土层的土壤水具有明显的补充作用。在干旱年（2016）和平水年（2017）,BLRF和BMRF处理的集水和保水效应较好,BHRF处理次之,都显著优于WRF处理;在丰水年（2018）三者无显著差异,也都显著优于WRF处理。研究期末（2018）黑膜垄作0—30 cm 土层的全氮全钾（TN 和TK）及速效氮磷钾（AN,AP和AK）含量均显著高于白膜垄作（P<0.05）,分别增加了4.5%—5.6%、3.6%—5.9%、8.4%—18.4%、15.3%—22.3% 和7.1%—13.3%。归因于显著增加了大薯结薯个数和结薯重,黑膜垄作马铃薯产量、WUE、纯收益和产投比均显著高于白膜垄作,3年平均分别提高了16.9%—19.0%、15.5%—19.2%、23.3%—27.3% 和12.1%—18.2%。这4个效益参数在干旱年和平水年以BLRF和BMRF处理较好、BHRF处理次之,丰水年三者都优于WRF处理,且无显著差异。相关分析表明,3年马铃薯平均产量与研究期末平均土壤氮磷钾养分含量呈显著正相关关系,与作物平均耗水量（ET）呈显著负相关关系（P<0.05）。通径分析表明,土壤AP、AK、AN含量,马铃薯生育期平均耗水量（ET）和平均降水量（GPR）解释了99.4%的产量变化。【结论】黑膜覆盖垄沟与垄上微沟的叠加集水效应显著改善土壤水分状况;水分条件的改善促进了马铃薯旺盛生长,使更多的根茎（茎叶、根等）类有机物归还土壤,其腐解释放的养分与施肥结合提高了土壤养分含量。良好的土壤水肥条件有效改善了土壤水肥互作关系,增加了作物水肥供应而显著提高马铃薯产量、WUE、纯收入和产投比。BLRF和BMRF处理在干旱年和平水年表现较好,BLRF、BMRF和BHRF处理在丰水年表现较好,BLRF和BMRF处理在各种年型都有良好的表现。因此,黑膜覆盖低、中垄垄上微沟集雨耕作（BLRF和BMRF）是继白膜覆盖双垄集雨耕作（WRF）之后最适用于半干旱区的马铃薯高产高效栽培模式。     

半干旱区全膜覆盖垄沟间作种植马铃薯和豆科作物的水热及产量效应

【目的】间套作是克服马铃薯连作障碍、提高降水利用效率和农田生产力的有效途径,但在半干旱旱作区发展间套作,必须选择基于水分承载力的模式。【方法】依托4年大田定位试验,测定全膜覆盖垄沟种植马铃薯单作（PM）、马铃薯蚕豆间作（PF）、马铃薯豌豆间作（PS）和马铃薯扁豆间作（PH）的土壤温度、土壤贮水量、作物产量等指标,计算耗水量、经济收益和水分经济收益率,明确其产量和水分效应,并评价其农田水分持续性。【结果】间作有利于缓解6-7月份的高温胁迫,在2012-2014年,PF、PS和PH处理在该时期0-25 cm土层的土壤温度较PM处理下降0.8-3.6℃、0.4-2.8℃和0.8-1.8℃。间作促进作物利用深层土壤水分,在干旱和平水年的耗水深度达200 cm。与马铃薯单作相比,PF处理使花前耗水增加41.6-131.7 mm,而使干旱（2011）和平水年份（2012）的花后耗水分别减少48.6 mm和34.3 mm;PH同样增加了花前耗水,但花后耗水量和单作处理无显著差异;PS的花前花后耗水量介于二者之间。PH的经济收益和水分经济收益率最高,分别较马铃薯单作增加了29.8%-51.4%和19.8%-24.0%。4个处理0-200 cm土层土壤贮水量在4年期间增加了100 mm以上,表明全膜覆盖条件下马铃薯和豆科作物间作种植,对土壤水分的年际平衡无显著负影响。【结论】PH能够降低6-7月高温期间0-25 cm土层的土壤温度,增加马铃薯花后耗水量,增产效果显著,并对土壤水分持续性无明显负面影响,可作为西北黄土高原半干旱区较为理想的间作模式推广应用。     

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。     

长期施用有机肥对半干旱区春小麦产量及其水分利用效率和土壤有机碳的影响

以国家土壤质量安定观测试验站黄绵土区的农田长期定位试验为研究对象,研究长期施用有机肥对半干旱区春小麦产量及其水分利用效率和有机碳的影响。结果表明,连续种植7年春小麦,施肥显著影响小麦产量及其水分利用效率,以化肥与有机肥配施（NPKM）处理效果最好,较单施化肥（NPK）、单施有机肥（OM）处理春小麦产量和水分利用效率分别增加了7.18%和7.82%、5.91%和3.83%;在定位施肥初期（前3年）,NPKM和NPK处理的效果优于OM,在第4年三者无差异,而第5年及之后,NPKM和OM处理的效果明显好于NPK处理。长期NPKM和OM处理较NPK处理0～20 cm土层土壤有机碳含量分别显著增加了36.88%和31.98%,有机碳储量分别显著增加了31.17%～41.94%和27.80%～35.81%,表层0～10 cm的增加效果显著好于10～20 cm土层。不同施肥处理对0～20 cm土层土壤微生物生物量碳（MBC）的影响表现为NPKM>OM>NPK>CK,且差异显著,长期NPKM和OM处理较NPK处理土壤MBC分别显著增加了46.4%和28.7%,长期单施NPK处理可显著...     

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。     

旱地全膜覆土穴播荞麦田土壤水热及产量效应研究

2015—2017年在西北黄土高原半干旱区设全膜覆土穴播(FMS)和露地穴播(CK) 2种种植方式,研究西北黄土高原全膜覆土穴播对旱地荞麦农田土壤水分和温度、产量及水分利用效率的影响,为寻求半干旱区荞麦高产高效的技术途径提供理论依据。结果表明, FMS较CK使荞麦苗期提前2.0～2.7 d,分枝期提前2～3 d,现蕾期提前0～1.7 d,而灌浆期延长4.7～7.0 d。全膜覆土穴播(FMS)提高平水年(2015)和欠水年(2016)荞麦农田的土壤贮水量,较CK增加16.9mm和25.59mm,提高2.91%和5.79%,差异显著(P0.05),但丰水年(2017)处理间差异不显著。在平水年和丰水年,0～25 cm土壤平均温度FMS较CK分别增加2.27℃和2.20℃,但是在高温干旱年, FMS分枝期至灌浆期明显低于CK,全生育期内0～25cm土壤平均温度FMS较CK降低。成熟期FMS干物质量较CK增加13.46%～137.87%,叶面积指数增加16.22%～52.55%,株高增加12.78%～48.91%,单株粒重增加33.39%～60.90%,籽粒饱满率提高8.48%～9.14%。3年全膜覆土穴播荞麦生育期0～300cm土壤耗水量增加3.89%,但差异不显著,产量增加7.26%～95.25%,水分利用效率提高7.59%～87.08%,差异显著(P0.05),而且越干旱年份增产增效愈加明显。全膜覆土穴播能够提高荞麦播前土壤贮水量,降低高温时段的土壤温度,延长灌浆期,显著提高叶面积指数和生物量,促进荞麦植株发育,使得产量和水分利用效率明显升高。     

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。     

立式深旋耕作对西北半干旱区马铃薯水肥利用和产量的影响

  【目的】  立式深旋耕作能提高土壤供水能力和促进作物根系发育,有利于作物对养分的吸收利用。  【方法】  在西北黄土高原半干旱区于2016—2018年布设马铃薯定位试验,设计立式深旋耕作40 cm (VRT)、深松40 cm (SS) 和旋耕15 cm (TT) 3个处理。在马铃薯播期、盛花期和收获期测定土壤含水量、碱解氮、有效磷、速效钾含量,开花期测定了马铃薯叶面积指数和叶片SPAD值,成熟期调查马铃薯产量。计算马铃薯阶段水分养分消耗量,养分和水分利用效率。  【结果】  VRT耕作方式提高了马铃薯播前0—120 cm土层的含水量和0—40 cm土层的碱解氮和有效磷含量。与SS和TT耕作方式相比,VRT提高了3年的花前平均耗水量,提高了干旱年 (2016) 的花后耗水量,但平水年 (2017) 和丰水年 (2018) 的花后耗水量不同处理间无显著差异。VRT耕作方式干旱年碱解氮消耗量在花前花后较SS和TT耕作方式分别增加了38.7、22.9 kg/hm2和25.9、12.9 kg/hm2;平水年碱解氮消耗量在花前花后较SS和TT耕作方式分别增加了17.2、0.4 kg/hm2和21.2、6.3 kg/hm2,丰水年相应地增加了13.6、4.1 kg/hm2和26.8、2.8 kg/hm2;VRT较SS和TT耕作方式增加了有效磷和速效钾的花前花后消耗量。VRT耕作方式叶面积指数 (LAI) 显著高于SS和TT处理,产量在2016、2017和2018年分别较SS和TT耕作方式增加了156.8%和47.8%、24.8%和41.0%、19.6%和27.5%,VRT耕作方式土壤水分利用率和速效氮磷钾利用效率高于SS和TT,并在干旱和平水年达显著差异。  【结论】  与深松和旋耕相比,立式深旋耕作可以提高马铃薯播前0—120 cm土层的贮水量,进而提高0—40 cm 土层中的有效态氮和磷含量,特别是在花前阶段;较好的水肥供应促进了马铃薯的生长 (较高的SPAD值和叶面积指数),有利于马铃薯开花后的生长,最终获得较高的马铃薯产量和水肥利用效率。立式深旋耕作还优化了黄土高原半干旱区土壤水分和养分分布,在一定程度上减少了养分向土壤深层的移动,其效果在干旱年份尤为明显。     

全膜覆土种植和施肥对旱地苦荞耗水特征及产量的影响

探究全膜覆土种植和施肥水平对半干旱区旱地苦荞土壤耗水特征和产量的影响,于2015—2017年连续3年进行定位试验,全膜覆土种植方式下,设置高量(N 120 kg hm^-2+P₂O₅90 kg hm^-2+K2O 60 kg hm^-2,HF)、中量(N 80 kg hm^-2+P₂O₅60 kg hm^-2+K2O 40 kg hm^-2,MF)、低量(N 40 kg hm^-2+P₂O₅30 kg hm^-2+K2O 20 kg hm^-2,LF)和零施肥(ZF),以传统露地种植不施肥为CK,共5个处理,以明确全膜覆土种植和施肥对半干旱区苦荞的耗水特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明,苦荞全膜覆土种植后集雨保墒效果明显,能够改善土壤水分环境,增加花前贮水,LF能够根据不同降水年型和土壤水分状况调控苦荞花前花后土壤耗水,在干旱年LF较ZF、MF、HF、CK能够提高苦荞花后土壤贮水量2.8~23.5 mm,增加花前0~100 cm土层土壤剖面水分耗散量26.3~32.4 mm,增加生育期总耗水量44.5 mm,提高耗水模系数、耗水强度,显著增加成熟期干物质量1.2%~58.8%、灌浆期叶面积指数4.1%~68.5%,增加单株粒重1.6%~61.6%,提高籽粒饱满率0.6%~29.2%,增加生物量1.1%~182.5%,提高产量1.1%~130.4%,提高水分利用效率0.3%~102.7%。可见,旱地苦荞全膜覆土种植低量施肥处理贮水效果明显,能够达到水肥耦合作用,且能够根据降水等环境条件调控植株生育期耗水,显著提高苦荞生物产量、产量和水分利用效率,是适宜于半干旱区苦荞增产增效的栽培模式。