连续施用化肥及秸秆还田对潮土酶活性、细菌群落和分子生态网络的影响

  【目的】  采用高通量测序和分子生态网络分析技术,研究连续施用化肥及秸秆还田对细菌群落结构和种间互作关系的影响,为黄淮海潮土区秸秆资源化利用与土壤肥力提升提供理论依据。  【方法】  长期定位试验位于山东德州,始于2010年,土壤为典型潮土,为冬小麦–夏玉米轮作。2021年从不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPKS) 3个处理小区采集土壤样品,分析土壤养分、酶活性、细菌群落等指标。  【结果】  与CK处理相比,NPK和NPKS处理pH均降低了0.06个单位,土壤有机质分别提升了23.19%和34.82%,细菌多样性分别降低了0.90%和0.91%,均匀度均显著降低了1.11%。与CK相比,NPK处理土壤中β-葡糖苷酶(β-GC)和碱性磷酸酶(ALP)分别显著升高47.91%和50.35%,NPKS处理β-GC、ALP和脱氢酶(DHA)活性分别升高78.31%、46.53%和50.91%。CK处理的优势菌群为寡营养型细菌(酸杆菌门和浮霉菌门)和固氮菌(生丝微菌科和伯克氏菌科),NPK处理的优势菌群为可降解顽固有机质的变形菌门(草酸杆菌科、红丹杆菌科和黄单胞菌科)、放线菌门和拟杆菌门;NPKS处理的优势菌群为具有纤维素降解能力的厚壁菌门(芽胞杆菌科)。网络分析发现,不同施肥处理优势菌群分属于不同网络模块,与土壤养分含量和酶活性呈显著相关关系,其中NPKS处理中富集的芽胞杆菌通过强烈的共生关系形成特定物种集群,并且与β-GC、ALP和DHA呈显著正相关关系。  【结论】  秸秆还田配施化肥有利于黄淮海潮土区土壤肥力的提升,并可通过调节细菌种间互作关系,优化细菌群落组成,提高土壤酶活性。     

湖区小麦-玉米轮作模式下不同施肥措施调控氮磷养分流失研究

针对我国南水北调东线过水区南四湖富营养化问题,利用沿湖流域典型种植模式——小麦-玉米轮作体系,选择材料易获取的几种施肥措施,采用田间原位安装淋溶水采集器和地表水径流池收集水样,室内分析不同处理防控氮磷养分流失的效果。结果表明:各施肥措施在作物不同茬口均能降低氮磷养分的随水流失,不同模式防控养分流失效果有差异;氮径流损失中,硝态氮占主要比例,玉米季和小麦季分别为82.7%~86.4%和94.2%~96.5%,而淋溶途径中硝态氮比例略有下降;径流为氮损失的主要途径,玉米茬口氮损失比例占轮作周年的67.0%~71.4%;磷径流损失中可溶性磷和颗粒磷比例相当,而淋溶磷以可溶性磷为主;淋溶途径损失的磷养分比例稍高,仍以玉米茬口总磷损失为主,占54.4%~63.1%;防控氮磷流失结合周年作物产量,玉米上使用减量控释氮肥或优化施肥配合秸秆还田、小麦上优化施肥或使用减量控释氮肥是相对理想的养分运筹搭配模式。     

黄河三角洲盐碱地土壤改良剂小麦效果研究

通过田间试验,研究了土壤改良剂对黄河三角洲盐碱地小麦产量及土壤理化性状的影响。结果表明,施用土壤改良剂可以优化土壤团粒结构,降低土壤容重、pH值及土壤盐分含量,增加土壤有机质含量,增加小麦千粒重,进而提高小麦产量。土壤改良剂用量增加,土壤理化性状较好,作物产量增加,但3%、4%、5%的添加量之间差别不明显。减氮处理在土壤理化性状、小麦产量方面没有表现出优势,说明对于生长期较长的小麦来说,充足的氮肥供应是非常必要的。     

长期施钾与秸秆还田对西北区不同种植制度下作物产量及土壤钾素的影响

研究了在西北地区代表性的灌淤土、栗钙土上连续13年施用钾肥和小麦秸秆还田对作物产量和耕层土壤钾素的影响。结果表明,施用化学钾肥和小麦秸秆还田能显著增加宁夏轮作种植制度下作物产量,表现为:氮磷钾肥配合秸秆还田只施用氮磷钾肥氮磷肥配合秸秆还田只施用氮磷肥;且作物种类对施钾措施的显效时间上有差异,而钾素投入对青海点小麦产量无显著作用。宁夏点作物年际间产量变异系数低于青海点,小麦的产量变异系数大于玉米但钾肥产量效应却低于玉米。两定位点除氮磷钾+秸秆还田外,其余处理土壤钾素均表现亏缺,轮作制度下土壤钾素亏缺量较小麦单作制大。两定位点施钾或秸秆还田处理的水溶性钾、非特殊吸附钾、非交换性钾和全钾含量均不同程度高于只施氮磷处理;除矿物钾外,其余几种形态钾比例均高于氮磷处理,特殊吸附钾不受施钾措施的影响。与定位开始相比,两种类型土壤各形态钾含量和比例随时间变异特点不同,与原始土壤钾素状况及种植制度密切相关。     

养分专家系统推荐施肥对小麦玉米产量、效益及养分平衡的影响

针对传统推荐施肥方法周期长、成本高及难以适合分散小地块的弊端,本研究利用养分专家系统(Nutrient Expert)在山东省小麦-玉米轮作模式下进行3周年的推荐施肥试验,通过作物产量、收益分析及表观养分平衡计算,综合评价养分专家系统的实际应用效果。试验在143户的小麦-玉米轮作地块进行,设置空白处理(CK,不施肥)、农民习惯施肥处理(FP)、当地官方推荐施肥处理(OPTS)和养分专家系统推荐施肥处理(OPTE),比较不同施肥处理间产量、效益及养分平衡情况。结果表明:与不施肥相比,各施肥处理产量增加明显,玉米增产幅度在15.1%~29.5%,小麦增产幅度在25.6%~37.2%。各施肥处理间产量无显著性差异,但OPTE处理相比FP、OPTS处理养分投入量降低,提高了种植效益,产投比明显高于其余两个处理。养分表观平衡计算结果表明,OPTE处理氮磷钾养分盈余量同其他处理相比最小。综合产量、效益及养分收支平衡各方面,养分专家系统推荐施肥优于传统推荐施肥方法,在小麦玉米生产上能够稳产增收、降低环境污染风险。     

控释氮肥一次施用对小麦群体调控及养分利用的影响

为探讨控释氮肥一次性施用对小麦生长、产量和养分利用的影响,在田间进行了两年定位试验,与普通氮素一次施用和优化施肥进行对比,研究了生物可降解型控释氮肥在氮素释放特征、小麦群体调控、养分积累与利用、土壤氮素残留与排放等方面的作用效果。结果表明,与普通氮肥一次施用[OPT(N)]以及优化施肥(OPT)相比,控释氮肥(CRF)一次施用可有效调控小麦春季分蘖群体,使分蘖成穗率分别提高7.6%和1.5%,分别增加实收产量18.7%和-0.3%;控释氮肥的氮素释放特点与小麦植株氮吸收规律相吻合,氮素积累量相比OPT(N)提高了24.5kg·hm~(-2),且提高氮素向籽粒的转运比例,氮肥利用率比OPT(N)处理高11.7个百分点;施用控释氮肥降低了收获期土壤硝态氮残留以及生长季N_2O排放(比OPT减少22.7%),减少了氮向土壤深层淋溶和向大气排放的环境风险;相比农民习惯施肥,在减氮87kg·hm-2的水平下,80%CRF处理亦可实现增收减排的目标。在现代农业轻简化生产趋势下,冬小麦控释氮肥一次性施用技术有望以节本稳产增效的优势进行推广应用。     

缓/控释氮肥对主要粮食作物及环境影响研究进展

本文围绕着近年来缓/控 释氮肥在主要粮食作物（小麦、玉米）上的应用展开综述。从小麦和玉米适用的缓/控 释氮肥类型、缓/控 释氮肥对作物产量和肥料利用率、氮养分平衡的影响、氮损失途径以及缓/控 释氮肥应用前景等方面进行分析,较全面的总结了施用缓/控释氮肥对小麦、玉米作物及土壤环境的影响,并对未来粮食生产的可能影响进行剖析。分析发现不同类型缓/控 释氮肥能不同程度提高小麦和玉米产量或保证稳产;合理施用缓/控 释氮肥能够提高氮肥料利用率、降低土壤氮素累积、减少氮素损失;提高土壤微生物量和酶的活性;减少温室气体排放及降低地下水体的硝酸盐污染。但施用缓/控 释氮肥对根际养分研究相对较少及存在施用方式的不合理性。建立科学合理的简化施肥技术体系,对缓/控 释肥的应用和推广具有重要意义。