增施有机肥改善黑土物理特性与促进玉米根系生长的效果

为改善东北黑土区粘重耕层的土壤物理特性,通过玉米秸秆还田基础上增施有机肥试验,拟明确增施有机肥对黑土物理特性和根系生长的提升效果。利用2015～2018年吉林省公主岭市和黑龙江省克山县黑土区的定位试验,测定了玉米抽雄期3种秸秆还田处理及其增施有机肥(旋耕秸秆还田+有机肥RSM、深翻秸秆还田+有机肥DSM、深松秸秆还田+有机肥SSM)处理的土壤物理指标;并采用微根管法原位测定了根系生长指标,计算出增施有机肥后各土壤物理特性与根系生长指标的变化量。结果表明,相比秸秆还田处理,增施有机肥降低了土壤容重、土壤紧实度,提升了土壤含水量,同时根长密度、根尖数密度和根平均直径均显著增加,其中根长密度和根尖数密度各土层平均增加了0.18 cm/cm~2和34.9×10~(-3)个/cm~2。不同秸秆还田方式增施有机肥后对黑土物理特性和根系生长的改善效果不同,其中0～15 cm土层RSM处理改善效果最明显,15～45 cm土层SSM和DSM处理改善效果最明显。有机肥和秸秆还田方式互作对黑土物理特性和促进根系生长指标具有显著的正向互作效应。上述结果表明,深松秸秆还田和深翻秸秆还田基础上增施有机肥模式更有利于改善黑土物理特性和促进根系生长,是改善东北黑土区粘重耕层的技术选择。     

秸秆还田配施氮肥对稻田土壤活性碳氮动态变化的影响

【目的】土壤微生物量碳氮和水溶性有机碳氮是土壤中最活跃的碳氮组分,是衡量土壤碳氮周转与养分有效性的重要指标。探讨秸秆配施氮肥、氮肥用量及基追比例对稻田土壤微生物量碳氮、水溶性有机碳氮、易氧化有机碳和速效氮的影响,明确秸秆还田条件下水稻生长季不同氮肥用量与基追比的土壤活性碳氮变化特征,为稻麦轮作区秸秆还田的氮肥管理提供理论依据。【方法】2012—2015年在湖北省荆门市田间试验中设置施氮量、秸秆配施氮肥和施氮时期3个大田试验。施氮量：不施氮（N0）,推荐施氮（165 kg·hm ^-2,N165）,习惯施氮（195 kg·hm ^-2,N195）;秸秆配施氮肥：秸秆移除（CK）,秸秆还田（移栽前将上季小麦秸秆全部还田,S）,秸秆还田+习惯施氮量（SN）,秸秆还田+推荐施氮量（SF）,秸秆还田+推荐施氮量+腐解菌剂（SM）;施氮时期：基施﹕拔节期﹕抽穗期氮肥施用比例为7﹕3﹕0（R1）,5﹕3﹕2（R2）,10﹕0﹕0（R3）。【结果】秸秆还田+习惯施氮量（SN）显著提高了水稻拔节期土壤微生物量碳（SMBC）含量,但是其成熟期水溶性有机碳含量（DOC）显著降低。秸秆还田+推荐施氮量（SF）显著提高了水稻拔节期土壤水溶性有机氮含量（DON）。腐解菌剂的施用显著降低了水稻成熟期DON含量,拔节期易氧化有机碳含量（ROC）也显著降低。秸秆还田下增加氮肥用量显著提高了水稻抽穗期和灌浆期土壤速效氮含量（AN）;推荐施氮处理（165 kg N·hm ^-2）的DON和AN含量显著升高;农民习惯施氮处理（195 kg N·hm ^-2）降低了DON和AN含量;增加追施氮肥比例对土壤SMBC和DOC含量无明显影响,但提高了水稻拔节期SMBN和ROC含量。【结论】施氮量及其基追比是影响秸秆还田下稻田土壤活性碳氮含量的主要因素,合理配施氮肥能提高土壤微生物量碳、速效氮及水溶性有机氮等活性碳氮组分含量,增加追肥比例也能提高水稻生育期内土壤活性碳氮含量。     

土壤地力和长期施肥对潮土区小麦和玉米产量演变趋势的影响

为潮土区合理施肥管理提供依据,对32个长期定位点、24年（1987～2010）不施肥和化肥配施秸秆（农民常规施肥）处理的小麦和玉米产量及其与土壤地力和施肥量间的关系进行了分析。结果表明:潮土区土壤地力对小麦和玉米产量的平均贡献率分别为51.4%和54.0%,变异系数分别为39.0%和41.2%。不施肥处理小麦和玉米产量每年分别下降4.1 kg/hm2和96.6 kg/hm2;常规施肥处理的小麦和玉米每年分别增产61.5 kg/hm2和26.8 kg/hm2。施化肥量与作物增产量（常规施肥产量－不施肥产量）呈显著正相关。通过通径分析进一步证明,施氮量对小麦产量具有显著直接作用。同时,磷肥对提高小麦和玉米的产量具有重要作用。总之,在农民习惯耕作施肥管理水平下,潮土区不施肥处理的产量下降缓慢（含品种对产量的贡献）,常规施肥区产量表现出缓慢增加的趋势。     

深翻、有机无机肥配施对稻田水分渗漏和氮素淋溶的影响

【目的】针对我国长江中下游地区稻麦轮作区常年浅耕与不合理施肥导致的土壤犁底层增厚与土壤板结的问题,研究深耕（打破部分犁底层）与施肥方式对稻田土壤容重、土壤紧实度、土壤水分渗漏量、氮素淋溶量及氮素形态的影响,阐明稻田氮素淋溶量与耕作、施肥方式的响应机制,为稻田合理耕层构建提供理论依据。【方法】（1）基于2015年安徽省舒城县设置两种耕作方式（旋耕12 cm、深翻20 cm）、3种等氮量施肥方式（仅施化肥处理T1、秸秆还田配施化肥处理T2、有机与无机肥配施处理T3）的田间定位试验,2019—2020年监测土壤容重与紧实度以及稻季水分渗漏与氮素淋溶量。（2）通过原状土柱模拟试验,研究深翻30 cm（打破犁底层）对稻田水分渗漏量的影响。【结果】（1）田间试验结果表明,深翻20 cm较旋耕12 cm降低了耕层土壤容重与紧实度,但没有显著增加水稻生育期的水分渗漏量,仅在分蘖期增加7.4%,孕穗期之后无显著影响。（2）土柱试验结果显示,深翻30 cm（打破犁底层）水分渗漏量较旋耕12 cm和深翻20 cm显著增加,淹水时分别增加19.0%与11.0%,非淹水时分别增加23.0%与21.5%。（3）田间试验水分渗漏液中的氮素主要以硝态氮的形式存在,T3较T1和T2处理在水稻进入孕穗期后显著降低渗漏液中硝态氮的浓度;各施肥处理间铵态氮浓度差异不显著。（4）从整个水稻生育期看,两种耕作方式对氮素淋溶量影响不显著,而3种施肥方式下氮素淋溶量存在明显差异,T3处理降低了氮素淋溶量。深翻条件下T1、T2与T3处理氮素淋溶量分别为10.69、11.74和9.14 kg N·hm^-2,旋耕条件下分别为9.83、11.21和8.58 kg N·hm^-2。【结论】深翻20 cm可以改善土壤物理性状,但不会增加土壤水分渗漏及氮素淋溶;相同耕作方式下,有机与无机肥配施不会增加土壤水分渗漏与氮素淋溶。因此,在长江中下游黏质且犁底层厚（如红黄壤型）的水稻土区,部分打破犁底层,有机与无机肥配施,可构建深厚肥沃的耕作层,且不会增加水分渗漏和氮素的淋溶。     

RothC模型模拟华北潮土区的土壤有机碳动态

运用RothC(Version 26.3)模型,模拟研究华北地区典型潮土长期定位施肥试验小麦-玉米轮作下土壤有机碳(SOC)含量的变化.本研究选取潮土区较为常见的6个典型施肥处理:不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、氮磷钾配施(NPK)、氮磷钾配施有机肥(NPKM)和氮磷钾配施秸秆(NPKS),对耕层土壤SOC的模拟值与实际测定值进行了比较.除NPKS处理外,其余各处理模型模拟值与实测值之间吻合较好.将NPKS处理植物碳DPM/RPM由1.44调至3.35后,模拟效果明显改善.RothC模型可用来模拟和预测不同施肥措施下潮土SOC变化趋势,但在大量秸秆还田时需调整部分模型参数.     

海南省芒果主产区果园施肥状况与评价

海南省是我国芒果适栽和分布最为集中的区域之一。为了探明芒果园养分管理中存在的问题,采用施肥状况调研的方式进行研究,进而为指导果农合理施肥提供科学依据,通过设计问卷、实地访谈,在主产区内采取随机抽样的方法,于2017年8～9月调查70余个果园的养分管理状况,并结合文献资料中的肥料推荐施用量,制定了芒果低产区、高产区施肥量等级标准,昌江县和东方市,适用于5 000～10 000 kg/hm~2芒果低产区施肥量等级划分标准,合理施肥量水平为有机肥、总氮、总磷、总钾投入量分别为15 000～20 000、130～260、50～100、150～300 kg/hm~2。乐东县、三亚市和陵水县,适用于10 000～15 000 kg/hm~2芒果高产施肥量等级划分标准,合理施肥量水平为有机肥、总氮、总磷、总钾投入量分别为20 000～25 000、260～390、100～150、300～450 kg/hm~2,氮磷钾比例约为1∶0.4∶1.15。果园养分投入评价结果,有机肥投入量严重不足,有机肥氮素投入约为总氮投入的十分之一,昌江县和乐东县100%农户有机肥施肥量低于合理水平;芒果园存在氮肥过量情况,昌江县和乐东县约有23.08%农户高于合理水平,乐东县、三亚市、陵水县约54.72%农户低于合理水平,约37.73%农户高于合理水平;芒果园磷肥过量严重,昌江县、东方市仅有7.69%农户处于合理水平,90%以上农户高于合理水平;芒果园钾肥不足,昌江县、东方市50%以上农户低于合理水平,乐东县、三亚市、陵水县约84.02%低于合理水平。综上所述,海南岛芒果园氮磷钾肥料投入不科学,氮、磷投入过量,钾投入不足,有机肥投入严重不足,建议降低氮磷肥的投入,提高钾肥投入,同时提高有机肥施用量及农户施用比例。     

潮土区小麦、玉米残体对土壤有机碳的贡献——基于改进的RothC模型

【目的】为进一步了解秸秆还田对土壤有机碳(SOC)的提升效果,探究作物残体(根系与秸秆)对潮土区SOC的贡献,为华北冬小麦-夏玉米区SOC提升提供理论依据。【方法】基于腐解试验的有机物料碳残留率数据,获得4种有机物料在RothC-26.3模型最优时对应的DPM/RPM参数值(易分解植物残体和难分解植物残体的比值)。利用修订的DPM/RPM参数,获得了改进的RothC-26.3模型,并用郑州潮土区短期腐解试验(2012年11月至2013年11月)和长期定位试验数据(1990—2008年)进行验证,模拟出郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体在3种不同施肥处理下(不施肥CK,平衡施肥NPK和秸秆还田NPKS)对新形成SOC的贡献。【结果】在模型达到最优时,小麦根系(wheat root,WR)、小麦秸秆(wheat straw,WS)、玉米根系(corn root,CR)和玉米秸秆(corn straw,CS)的DPM/RPM值分别为0.89、3.04、4.35和3.25。模型结果显示,CK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例均为50%,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0—20 cm)占新形成的SOC比例分别为60%、40%;小麦根和玉米根固碳效率分别为15.5%、10.8%;NPK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例分别为60%、40%,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0—20 cm)占新形成SOC的比例分别为71%、29%;小麦根和玉米根固碳效率分别为17.5%、11.4%;NPKS处理小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的碳投入的比例分别为47%、21%、32%,而小麦根系、玉米根系、玉米秸秆对新形成的SOC(0—20 cm)贡献分别为50%、22%、28%;小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的固碳效率分别为16.9%、11.2%、11.4%。总之,冬小麦-夏玉米轮作系统中无论是不施肥、平衡施肥还是秸秆还田处理,小麦根系对新形成SOC的贡献率(50%—71%)大于玉米根系和玉米秸秆对新形成SOC贡献率(22%—40%)。源自小麦的SOC占新形成SOC的比例均分别大于源自小麦的碳投入占总碳投入的比例,而源自玉米的投入及其对新形成SOC的贡献则反之。小麦根系的固碳效率(15.5%—17.5%)大于玉米根系和玉米秸秆的固碳效率(10.8%—11.4%)。【结论】改进后的RothC模型可用来探究潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体对新形成SOC的贡献。郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦根系对新形成SOC的贡献率均大于玉米根系和玉米秸秆的贡献率。根茬还田(尤其是小麦根茬还田)更有利于提升土壤有机碳含量。     

长期不同施肥模式对潮土有机碳组分的影响

采用物理分组方法分析了长期不同施肥模式条件下潮土有机碳组分变化及其分布规律。结果表明,与不施肥（CK）比较,长期氮、磷、钾平衡施用（NPK）、秸秆还田（NPKS）和有机无机肥配施（NPKM和1.5NPKM）均显著提高了潮土粗自由颗粒有机碳（cfPOC）、微团聚体内物理保护颗粒有机碳（iPOC）及矿物结合有机碳（mSOC）的含量,其中以粗自由颗粒有机碳增幅最高,达114.5%～278.9％,对施肥最敏感,能较好反映长期施肥下土壤有机碳库的变化。矿物结合有机碳是潮土固存有机碳的主要形式,它占总有机碳的67.0%～80.4%。除偏施化肥（N和NP）外,其它施肥模式增加的总有机碳有49.1%～58.1%进入矿物结合有机碳组分;26.2%～31.7%进入粗、细自由颗粒有机碳组分;15.7%～20.9%进入物理保护有机碳组分。偏施化肥（N和NP）有利于自由颗粒有机碳的增加。综上分析,长期有机无机肥配施或秸秆还田是提升潮土不同组分有机碳库的较好施肥模式。     

冬小麦-夏玉米轮作体系中不同施氮水平对玉米生长及其根际土壤氮的影响

在河北衡水潮土上进行田间试验,以当地习惯高氮用量(小麦季施N 300 kg/hm2,玉米季施N 240 kg/hm2)为对照,研究冬小麦-夏玉米轮作体系中减少氮肥用量对玉米季植株生长、氮素吸收及根际土壤中无机氮与微生物量氮的影响。结果表明,两季作物氮肥施用量减少25%和40%,对玉米产量、生物量及植株体内氮累积量未产生明显影响,氮肥利用率提高。不同氮肥施用量对根际和非根际土壤铵态氮含量的影响不显著;减少氮肥施用量,对玉米根际土壤硝态氮含量也没有明显影响。在玉米苗期、抽雄期和成熟期,习惯高施氮量处理的非根际土壤硝态氮含量较高,其中抽雄期,非根际土壤硝态氮含量较氮肥减施40%用量处理高出近一倍,但非根际土壤微生物量氮水平含量明显降低。氮肥减施未影响根际土壤微生物量碳、氮含量,反而增加了非根际土壤微生物量碳、氮水平。在高肥力的潮土上,冬小麦/夏玉米轮作体系中适当减施氮肥并未影响玉米根际土壤氮素水平,可保证玉米稳产,实现减氮增效。     

不同施肥制度下中国东部典型土壤易分解与耐分解氮的组分特征

【目的】土壤易分解氮（labile nitrogen,Lab-N）和耐分解氮（recalcitrant nitrogen,Rec-N）是土壤氮库的两个重要组分,其组分含量与比例可反映土壤有机氮周转与固存特性。因此,研究土壤长期不同施肥制度下易分解氮与耐分解氮的含量及比例特性,是土壤氮库管理与土壤肥力质量建设的重要研究内容。【方法】利用中国东部3种旱作土样（吉林公主岭黑土、河南郑州潮土、湖南祁阳红壤）和1种水稻土土样（湖南望城）,运用颗粒密度分组法,研究长期不施肥（CK）、施化肥（NPK）、化肥配施秸秆（NPKS）和化肥配施有机肥（NPKM）4种不同施肥制度下易分解氮和耐分解氮的含量及比例变化特征。【结果】旱作土壤易分解氮的平均含量为0.15 g·kg^-1（0.10-0.29 g·kg^-1）低于水田的0.22 g·kg^-1（0.20-0.23 g·kg^-1）,而其占全氮的比例高于水田。经23年处理后,旱作土壤CK处理全氮含量较试验初期氮含量显著下降,下降的比例为7.5%-9.7%,水稻土则显著上升,升高的比例为11.5%;长期NPK处理,旱作土壤和水田全氮含量较CK显著增加,红壤易分解氮含量较CK易分解氮显著下降,其他地点无显著变化;长期NPKS处理,旱作和水田土壤全氮含量显著增加,黑土和水稻土易分解氮含量及其占全氮的比例较CK无显著变化,红壤易分解氮含量显著下降,而潮土易分解氮含量显著增加;长期NPKM处理,显著提高了旱作土壤全氮含量、易分解氮含量及易分解氮占全氮的比例,其中黑土增加的比例最大分别为85.0%、106.0%和4.2%,水稻土易分解氮含量及其占全氮的比例无显著差异性。4种土壤耐分解氮的含量与全氮含量的变化趋势一致,均表现为NPKM＞NPKS＞NPK＞CK,其中NPKM处理降低了耐分解氮占全氮的比例。【结论】旱作土壤易分解氮含量及其占全氮的比例对不同施肥处理的响应比水田更加敏感。化肥配施有机肥处理显著提高了旱作土壤全氮含量、易分解氮含量及其占全氮的比例,效果优于秸秆还田,更优于化肥处理。