长期定位施肥对潮土磷素下移及有效磷生态阈值的研究

研究长期施肥条件下磷素下移情况及其与0～20 cm土层有效磷含量的关系,明确有效磷生态阈值对作物产量和农业生态安全有重要的意义。试验基于"国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站" 30年定位试验,选取5个处理,即不施磷肥(NK)、施用氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾化肥和有机肥配施(MNPK)、MNPK处理施肥量的1.5倍(1.5NPKM)、氮磷钾化肥与玉米秸秆还田配施(SNPK),采集0～20、 20～40、40～60、60～80、80～100 cm土壤样品,分析有效磷含量,研究土壤有效磷垂直变化,并分析0～20 cm土层有效磷含量与磷素下移关系。结果表明,长期施用磷肥可提高有效磷含量,施磷量越高,有效磷含量增加越快;0～20 cm土层有效磷含量15.7～24.7 mg/kg,磷素下移慢,可下移到40～60 cm土层;而有效磷含量大于55.6 mg/kg时,磷素下移速度显著增加,下移到60～80 cm土层,并且下移量更大。综上,磷素下移的深度受耕层有效磷含量的影响,潮土区土壤有效磷生态阈值为25 mg/kg,既满足作物高产对养分的需要,又不对生态环境造成危害。0～20 cm土层有效磷含量为15～25 mg/kg时,控制磷的投入量;当0～20 cm土层有效磷含量超出25 mg/kg,减少磷的投入。     

品种演替和土壤肥力对小麦产量和磷生理效率的影响

以25年来长期定位施肥试验构建不同土壤肥力梯度为平台,研究品种演替过程中籽粒产量和磷效率对土壤肥力的响应。结果表明,各施肥处理,随品种演替小麦籽粒产量呈显著增加趋势,其中郑麦0856的产量最高(8 157. 3kg·hm-2),郑麦7698次之,豫麦13的产量最低(5 915. 39 kg·hm-2);不施肥处理(CK)则下降。无论施肥或不施肥处理,100 kg小麦籽粒对磷素的需求量均随品种的演替呈上升趋势。此外,随品种演替,磷的生理效率呈先增加后降低的趋势,郑麦941 (172. 48 kg·kg-1)的磷生理效率最高,郑麦9023 (145. 79 kg·kg-1)、郑麦7698 (130. 51kg·kg-1)和郑麦0856 (147. 65 kg·kg-1)次之,三者之间差异不明显,豫麦13 (66. 71 kg·kg-1)的磷生理效率最低;同一品种,单施化肥处理(NPK)小麦磷生理效率显著高于其他施肥处理(MNPK、1. 5MNPK和SNPK)(豫麦13除外)。同时,品种演变明显提高了磷农学效率;但在施肥条件下,继续增施肥料和养分投入使豫麦13、郑麦941、郑麦7698和郑麦9023的磷农学效率降低;而郑麦0856的农学效率随着土壤肥力的增加而增加,与籽粒产量协同提升。因此,黄淮海地区小麦品种演替在土壤肥力养分充足时籽粒产量显著提高,磷效率也呈增加的趋势。     

潮土磷库组成及累积磷的消耗转化特征

【目的】长期施用磷肥致使潮土中累积了大量的磷,为精确管控和合理利用累积磷素,我们研究了小麦–玉米连续种植下,停止使用磷肥后磷库的组成和消耗转化特征。【方法】本研究依托位于河南新乡的“国家潮土肥力与肥料效益长期定位试验基地”进行,连续26年施用不同量磷肥,处理间土壤磷积累量差异很大。利用单个处理或两个处理耕层土壤混合的方法,制备Olsen-P含量分别为6.7、14.3、27.6、55.4、72.3 mg/kg的土壤(分别记为L1、L2、L3、L4、L5),用于进行微区耗竭试验,种植制度为冬小麦–夏玉米轮作。在耗竭试验的5年间,测定了土壤全磷、Olsen-P和各磷库组分含量。【结果】潮土磷库中无机磷占比超过90%,L5处理土壤中的有效磷库组分Resin-P、NaHCO₃-Pt、NaOH-Pt含量分别为L1的5.0、3.5、2.8倍。L1处理(缺磷土壤)的有效磷组分在全磷中的比例仅为10.4%,而难利用磷组分(C.HCl-Pt, Residual-P)的比例高达24.0%;L5处理(高磷土壤)有效磷组分比例高达20.6%,难利用组分比例低至14.3%。缓效磷组分(D.H...     

新型氮肥对潮土冬小麦产量及氮肥利用率的影响

通过研究不同施氮量下,新型氮肥与普通氮肥对潮土大田冬小麦产量、产量构成因素、地上部吸氮量、氮肥利用率和土壤全氮含量的影响,用以探明华北潮土区小麦玉米轮作体系下科学合理施氮及适宜氮肥品种。从2016年6月开始在河南省现代农业研究开发基地-轻壤质潮土上设置了3种氮肥(控失尿素、腐植酸尿素和普通尿素)和6个施氮水平(0、100、150、200、250、300 kg·hm~(-2))的长期试验,以不施氮为对照,共16个处理。小麦收获期测产,并统计产量构成因素。结果表明:氮肥类型和施氮量及两者交互作用对小麦产量构成因素、地上部吸氮量和氮肥利用率都有显著影响。3种氮肥,冬小麦产量均随着施氮量的增加而增加。各施氮处理与不施氮相比,分别增产29.0%～66.2%、27.7%～79.7%、13.9%～59.4%。其中,控失尿素的增产效果显著,与腐植酸尿素和普通尿素相比,在施氮量为300 kg·hm~(-2)时,达到最大产量7 970 kg·hm~(-2),比普通尿素和腐植酸尿素分别提高了8.1%和12.7%。3种氮肥和施氮量对小麦产量构成因素也有显著或极显著影响。小麦每公顷穗数随着施氮量增加而增加,并且控失尿素和腐植酸尿素小麦平均每公顷穗数分别比普通尿素提高了12.8%和17.3%。其中,腐植酸尿素处理小麦穗粒数随着施氮量的增加而增加,在施氮量为300 kg·hm~(-2)时,最大穗粒数达到34.6粒·穗~(-1),比普通尿素增加了23.1%。对于3种施氮肥处理,小麦地上部吸氮量均随着施氮量的增加而增加,与小麦产量表现一致的趋势。其中以控失尿素的小麦地上部平均吸氮量最大,为161.3 kg·hm~(-2);其次是腐植酸尿素,为154.7kg·hm~(-2),分别比普通尿素提高了9.6%和5.1%。与普通尿素相比,控失尿素平均氮肥利用率提高了9.6个百分点,施用控失尿素能够提高小麦氮肥利用率、偏生产力和农学效率。其中腐植酸尿素处理,小麦氮肥利用率随施氮量的增加而增加。新型氮肥(控失尿素和腐植酸尿素)通过提高小麦产量构成因素、小麦产量、小麦氮素吸收量,从而提高小麦氮肥利用率。本试验条件下,从提高产量和氮肥利用率方面考虑,控失尿素的增产效果优于腐植酸尿素,在施氮量为300 kg·hm~(-2)时,达到最大产量。     

长期施肥对黄淮海平原小麦氮素吸收及氨挥发的影响

黄淮海平原是我国重要的粮食主产区,针对该区域氮肥利用率低且损失率高等问题,以国家土壤质量新乡观测实验站为研究平台,监测长期不同施肥模式下小麦玉米轮作体系土壤氮素损失规律,探讨减少黄淮海平原土壤氨挥发的科学施肥方式,为提高氮肥利用效率提供理论依据。设置了对照(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、秸秆还田配施化肥 (NPK+S)、化肥增施有机肥(NPK+M)5个处理,于小麦季观测潮土氨挥发损失,分析土壤矿质氮含量、pH值对氨挥发的影响。结果表明,长期施肥对小麦产量及氮素吸收有显著影响。各施肥处理小麦产量均显著高于CK处理,且籽粒、秸秆和颖壳产量以NPK+M处理最高,分别达11.6、13.38和3.34 t·hm-2,较NPK处理分别增加15.6%、39.1%和18.4%。各处理的小麦地上部吸氮量以NPK+M处理最大,达306.67 kg·hm-2,较NPK、NPK+S处理分别提高14.3%、44.7%。不同施肥处理对土壤氨挥发有显著影响,小麦季土壤氨挥发速率峰值主要在施肥后1～4 d 内,其中NPK+S处理观测到的峰值高达N 0.40 kg·hm-2·d-1,     

不同氮效率小麦品种根系特征及根际土壤酶活性的分析

为探明不同氮效率小麦（Triticum aestivum L.）品种根系特征及其对根际土壤酶活性的响应,以30年的长期定位试验为平台,于2018—2020年采用大田试验的方法,在不同氮效率品种筛选的基础上,以氮高效小麦品种郑麦113、偃高21和氮低效小麦品种丰德存5号、周麦27为试验材料,在不施氮肥（N0）和正常施氮肥（N1）条件下研究其根系特征、氮素吸收利用及根际土壤酶活性的差异。结果表明,各品种小麦的根系活力均在孕穗期达到最大值,N0、N1水平下氮高效小麦品种根系活力的平均值分别比氮低效小麦品种增加了16.13%～24.22%、10.22%～62.49%。N1水平下小麦根长、根表面积和根体积明显高于N0水平。郑麦113、偃高21、周麦27的氮吸收效率显著高于丰德存5号,而周麦27的氮利用效率较低。两种氮水平处理下,郑麦113和偃高21的根际土壤β-葡萄糖苷酶（BG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和多酚氧化酶（POX）活性整体显著高于丰德存5号和周麦27(P<0.05),且根际土壤酶活性与根系形态指标均呈正相关关系。这说明郑麦113和偃高21较高的根系活力、根长、根表面积和根体积促...     

长期不同施肥模式对潮土有机氮组分及剖面分布的影响

为研究长期不同施肥模式下潮土有机氮组分特征及剖面分布,明确不同施肥模式下土壤的供氮潜力,在潮土长期定位试验（1990—2020年）不同施肥措施下,选取对照（CK,不施肥）、单施化肥（NPK）、化肥+秸秆还田（NPKS）、有机无机肥配施（NPKM）4个处理,采用Bremner法测定了不同处理土壤有机氮各组分和全氮含量。结果表明,不同施肥模式对土壤耕层（0~20cm）全氮、酸解总有机氮及酸解有机氮各组分含量影响显著或极显著（P<0.05或P<0.01）。与NPK处理相比,NPKS处理土壤全氮、酸解总有机氮、酸解铵态氮、酸解氨基酸态氮含量分别显著提高了22.10%、44.03%、39.07%、44.71%,NPKM处理土壤全氮、酸解总有机氮、酸解铵态氮、酸解氨基酸态氮含量分别显著提高了46.09%、54.73%、25.14%、67.06%。相同土层土壤全氮和酸解有机氮各组分含量均在NPKM处理最高,其次为NPKS处理。在0~100cm土层,各处理土壤有机氮均以铵态氮和氨基酸态氮为主,且酸解总有机氮和各组分氮含量总体上在表层土壤（0~20cm）最高。0~100cm土层酸解总有机氮及各组分含量总体上均随土层深度增加而下降。土壤中的氮素以酸解有机氮为主,占全氮含量比例范围为59.01%~92.31%。与CK处理相比,各施肥处理降低了土壤未知态氮占全氮的比例。综上,土壤有机氮组分含量变化与施肥模式密切相关,有机无机肥配施和化肥+秸秆还田能显著增加土壤全氮及酸解有机氮各组分含量,进而提高土壤供氮能力,是华北平原潮土区适宜的施肥模式;从相关性分析结果看,在土壤耕层有机氮组分中酸解铵态氮和氨基酸态氮是土壤氮的主要贡献因子。     

不同耕作方式下有机肥施用量对华北潮土性质及作物产量的影响

探讨不同耕作方式下有机肥施用量对华北潮土理化特性和作物产量的影响,为该区域土壤培肥及作物增产提供科学依据。以华北冬小麦-夏玉米轮作体系为研究对象,试验采用裂区设计,以耕作方式为主区,有机肥施用量为副区。耕作方式设深翻和旋耕2个水平(分别以DT和RT表示);有机肥施用量设0、7.5、15和22.5 t/hm~24个水平(分别以M_0、M_(7.5)、M_(15)、M_(22.5)表示)。在作物成熟期采集0～20 cm土壤样品并进行产量测定,采用常规方法进行土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)的测定。结果表明,深翻条件下,不同施肥量下土壤SOM、TN、AP、AK和NH_4~+-N含量均无显著差异;DT-M_(15)和DT-M-22.5处理的土壤NO_3~-N含量最高,分别为125.28和137.7 mg/kg,显著高于DT-M_0处理和DT-M_(7.5)处理(P0.05)。旋耕条件下,与RT-M_0相比,RT-M7.5处理下土壤SOM、AK和NH_4~+-N含量,分别显著提高了15.26%、52.70%和119.19%。深翻条件下,DT-M_(15)和DT-M_(22.5)处理的小麦和玉米产量最高,分别比DT-M_0的小麦产量显著高14.1%和19.0%,比DT-M_0的玉米产量显著高19.9%和23.5%。在旋耕条件下,RT-M_(7.5)处理的小麦产量最高,分别比RT-M_0处理和RT-M_(15)的小麦产量显著高22.6%和21.4%;旋耕条件下的玉米产量在不同有机肥施用量之间无显著差异。综上所述,在华北潮土区,深翻-中量有机肥(15 t/hm~2)和旋耕-低量有机肥(7.5 t/hm~2)是提升土壤肥力、提高小麦玉米产量较为理想的耕作与施肥方式,但其作用机理及长期效果还需进一步试验研究。     

不同耕作和有机培肥措施对土壤理化性质及小麦产量的影响

为探索黄淮海潮土区小麦最佳耕作和施肥模式,以河南省夏邑县潮土试验基地为平台设置了2种耕作方式（深耕和旋耕）和5种施肥模式（不施肥、单施化肥及3种化肥配施有机肥）,测定不同耕作和培肥措施下土壤理化性质、植株和籽粒氮、磷、钾含量及产量。结果表明,增施有机肥显著提高了表土层和犁底层土壤全氮、速效磷、速效钾和有机质含量;旋耕条件下土壤表层养分高于深耕。旋耕增施有机肥促进了植株和籽粒氮、磷、钾含量,籽粒氮和植株氮在化肥配施有机肥22 500kg/hm²时效果最佳;籽粒磷和植株磷含量在化肥配施有机肥7 500kg/hm²时效果最佳。深耕增施有机肥明显提高了小麦产量,最佳有机肥施用量为化肥配施有机肥15 280kg/hm²。