西北地区玉米生产投入及生态环境风险评价

[目的]明确西北地区玉米生产的投入与生态环境风险.[方法]基于生命周期评价(LCA)方法对西北地区六省或自治区(新疆、陕西、山西、宁夏、内蒙古、甘肃)15年间(2004-2018年)玉米生产的投入(肥料、农药、柴油、地膜、种子及人工)与生态环境风险(温室气体排放、土壤酸化、水体富营养化及人体毒性)进行评价,定量化该地区...     

控释氮肥对基质栽培番茄产量和品质的影响

通过施用传统营养液、控释氮肥及控释氮肥配合营养液进行基质栽培番茄,探讨了控释氮肥与营养液配合对番茄产量和品质的影响。结果表明,施用等氮量控释氮肥配合磷钾营养液(UL2)较传统营养液(NS)果实产量无显著差异,但较施用等氮量速效氮肥配合磷钾营养液(UL1)果实产量显著增加了22.0%;当底施肥料替代全部营养液氮、磷、钾时,等氮量控释尿素(CRU2)较等氮量速效尿素(Urea)果实产量显著增加了28.1%,且高50%,施氮量控释尿素(CRU3)较传统营养液果实产量无显著差异;UL2较UL1糖酸比显著增加了29.6%,且番茄果实硝态氮含量较NS显著降低了50.0%。因此,控释氮肥在基质栽培番茄上较速效氮肥有显著的增产及提高品质的效果。与传统营养液相比,等氮量控释氮肥配合磷钾营养液的施用可以保证产量和品质,既简化了营养液配方,又降低了番茄果实中硝态氮含量,提高了食用安全性,可以在基质栽培生产上广泛地推广应用。     

中国玉米主产区土壤养分的空间变异及影响因素分析

【目的】分析中国玉米主产区耕层土壤养分含量现状、区域空间变异规律及其影响因素,以期为各地玉米田土壤养分调控和合理施肥提供指导。【方法】以全国玉米主产区为研究区,于2017年玉米收获季开展大规模土壤采集和农户调研工作。结合地统计学和地理信息系统（GIS）,探究土壤养分的区域变异特征和分布格局;根据相关分级标准,评价玉米主产区当前土壤肥力现状;并通过相关性分析和方差分析,对引起土壤养分变异的主要影响因素（土壤质地、气候和肥料施用）进行探讨。【结果】中国玉米主产区耕层土壤pH中值为 6.9,养分含量的中值分别为有机质21.0 g·kg^-1、全氮1.5 g·kg^-1、有效磷22.4 mg·kg^-1和速效钾164.5 mg·kg^-1,上述指标的变异系数分别为12.7%、48.5%、50.0%、83.6%和52.0%,均表现为中等程度变异。土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量主要集中在中等至极高肥力水平,共占主产区总面积的93.5%。土壤养分存在明显的区域变异性,土壤有机质、全氮和有效磷含量在东北春玉米区最高,分别为32.0 g·kg^-1、2.2 g·kg^-1、32.3 mg·kg^-1,在西北春玉米区最低,分别为17.2 g·kg^-1、1.2 g·kg^-1、16.2 mg·kg^-1;速效钾含量在西南玉米区最低,其他3个区域无显著差异。在国家尺度上,土壤pH值具有强烈的空间自相关性（块基比<25%）,其变异主要受自然因素（土壤质地和降水）影响;有效磷具有较弱的空间自相关性（块基比>75%）,其变异主要受人为因素（肥料施用）影响;有机质、全氮和速效钾具有中等的空间自相关性（块基比25%—75%）,其变异受自然和人为因素共同影响。【结论】东北区土壤肥力高,玉米生产应适量减少施肥量,以节约肥料成本;华北区土壤养分含量适中,应严格控制氮、磷化肥投入,以增加肥料利用率并减少环境污染;西北区土壤养分含量较低,可以适当增加肥料用量进一步实现玉米增产;西南区内土壤肥力变异较大,各亚区应采用适宜的施肥方式,以提高土壤的保肥能力和玉米产量。     

腐植酸复合肥对苹果生长及土壤肥力的影响

利用苹果大田试验,以普通复合肥为对照,研究了添加不同量活化和未活化腐植酸复合肥对苹果产量、品质及土壤肥力的影响。结果表明,添加活化腐植酸150kg/t(AF150)处理苹果产量较普通复合肥处理(CK)提高12.33%,较添加未活化腐植酸150kg/t(NAF150)处理提高5.85%,活化腐植酸复合肥增产效果明显。综合分析各处理土壤供应氮磷钾水平及果树吸收量,腐植酸复合肥处理优于对照,且以添加活化腐植酸150kg/t(AF150)处理表现最好。各处理对果实品质的影响差异不显著。施用腐植酸复合肥可提高土壤有效磷和速效钾含量,但对氮素影响不显著。腐植酸复合肥能提高土壤脲酶活性,增加有机质含量,促进土壤氮素的转化,可将添加150kg/t活化腐植酸的复合肥应用于本地区苹果生产。     

控释氮肥控释钾肥不同配比对小麦生长及土壤肥力的影响

利用小麦大田试验,以普通尿素和氯化钾为肥料对照,设置不施肥、100%当地推荐施肥量和70%当地推荐施肥量3个氮钾肥水平,探究了控释氮肥、控释钾肥以不同比例配施对小麦生长及土壤肥力的影响。结果表明,控释氮肥和控释钾肥不同用量配施提高了土壤氮钾素供应水平,促进了小麦籽粒及秸秆对氮、磷和钾素的吸收;控释氮肥和控释钾肥提高了氮钾利用率,氮钾利用率分别为42.15%~60.47%和58.31%~81.24%,比普通肥处理分别增加了12.34%~61.17%和16.02%~90.84%,也促进了磷素的吸收。控释肥处理小麦产量较普通肥处理提高了7.79%~16.49%,每1hm2增收691.46~2 427.84元,提高了产投比。因此,控释氮钾肥科学配施有较好的效果,在本试验条件下70%控释氮肥加100%控释钾肥配施可获得更高的产量和经济效益。     

西北地区制种玉米产量及氮素吸收对供氮水平的响应

【目的】针对我国制种玉米氮素吸收与累积规律不明确的问题,研究制种玉米生物量累积、产量形成和氮素吸收对供氮水平的响应,旨在为制种玉米高产高效绿色生产提供理论依据。【方法】以大面积制种的品种组合为试验材料,于2019—2020年开展田间定位试验。采用完全随机区组设计,共设置4个供氮水平,分别为只施底肥对照(CK)、168 kg N·hm^-2、240 kg N·hm^-2和320 kg N·hm^-2,研究不同供氮水平对制种玉米父母本生物量、杂交种产量和氮素吸收累积的影响。【结果】制种玉米父母本生物量累积随供氮水平的提高而提高,产量随供氮水平的提高先增加后保持稳定,N240处理同时实现了较高的产量、氮肥利用率和籽粒氮浓度,两年结果较为一致。N168处理在试验第2年达到较高产量,但氮浓度低于N240处理。母本秸秆及父本整株氮浓度均为高氮处理高于低氮处理;灌浆期母本实现最大生物量的临界氮浓度为15.08 g·kg^-1,收获期母本生物量与氮浓度呈线性相关。各追施氮肥处理的花后生物量两年间均大于花前,且随供氮水平的提...     

东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征

【目的】玉米的总产量在我国三大主粮作物中最高,位居世界第二位。东北三省玉米种植面积占全国的39%,而资源投入相对较低。本研究旨在明确东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征。【方法】基于生命周期评价（life cycle assessment）方法,采用适用于东北三省玉米生产的活性氮损失模型,定量化评价东北三省2007—2016年玉米生产系统的资源投入（肥料、农药和柴油等）及其相关的活性氮损失和温室气体排放等环境风险。【结果】东北三省玉米生产资源投入在时空尺度上均存在较大差异。吉林省玉米生产的平均总施肥量为400 kg·hm^-2,单产为7 065 kg·hm^-2,平均单位面积温室气体（GHG）排放量为2 965 kg CO₂ eq·hm^-2,均为三省最高,而碳、氮足迹较低,平均单位面积活性氮（Nr）损失量为中间水平且年际间变化不大。辽宁省的平均氮肥投入量为198 kg·hm^-2,Nr损失量为20.8 kg N·hm^-2,碳、氮足迹为493 kg CO₂ eq·Mg^-1和3.53 kg N·Mg^-1,均为最高。单产为5 966 kg·hm^-2,处于中等水平,GHG排放量年际间变化不大。黑龙江省平均施氮量为149 kg·hm^-2,单产水平为5 318 kg·hm^-2,Nr损失量和GHG排放量等均为三省最低,碳、氮足迹均处于中等水平。时间尺度上,2008—2015年东北三省玉米种植面积逐年增大,累积增加了5.73 Mhm²。2015年东北三省玉米产量最高,达91.2 Mt（百万吨）;2007—2016年玉米平均总产量占全国的32%,其中黑龙江省、吉林省和辽宁省分别占13.9%、11.7%和6.7%;10年平均种植面积占全国的30%,其中黑龙江省、吉林省和辽宁省分别占14.7%、9.3%和6.4%。东北三省玉米10年平均单产为6 116 kg·hm^-2,平均单产最高年份为2013年,为6 824 kg·hm^-2。2007—2016年10年间东北三省玉米生产的肥料投入整体呈上升趋势,氮肥稳中有降,磷钾肥逐年升高,2014—2016年3年肥料增长趋势大幅减缓,逐渐趋于稳定,10年间氮、磷、钾肥平均用量分别为177、101和70.2 kg·hm^-2。2007—2016年,东北玉米生产农药投入量呈现稳步上升趋势;柴油投入量前4年较为稳定,后逐渐上升。东北玉米生产10年间的平均农药用量为10.2 kg·hm^-2,平均柴油用量为94.6 L·hm^-2。10年间玉米生产（2007—2016）平均单位面积Nr损失量和GHG排放量分别为19.0 kg N·hm^-2和2 770 kg CO₂ eq·hm^-2。Nr损失量10年间较为稳定。2007—2008和2009—2011年玉米生产的平均GHG排放量呈下降趋势,2012—2016年呈稳定上升趋势,2016年达到最高的3 045 kg CO₂ eq·hm^-2。氮肥田间施用产生的氨挥发是玉米生产中活性氮损失的主要途径,硝酸盐淋洗损失次之,而氧化亚氮排放占比最低。温室气体的主要排放环节为肥料生产运输与田间施用。10年间,东北玉米生产的平均氮足迹和碳足迹分别为3.16 kg N·Mg^-1和459 kg CO₂ eq·Mg^-1。【结论】东北三省玉米生产的资源利用和环境代价在空间尺度上差异较明显,吉林省的平均肥料投入量比黑龙江省高124 kg·hm^-2,GHG排放量高524 kg CO₂ eq·hm^-2;在时间尺度上,10年间东北三省玉米生产的氮肥投入量为170—182 kg·hm^-2,Nr损失量变化范围为18.4—19.4 kg N·hm^-2,为我国玉米主产区中较低的氮肥投入与损失量。玉米生产碳、氮足迹的高低主要取决于资源投入（尤其是氮肥投入）与单产水平之间的平衡。东北三省玉米生产资源投入和环境效应的时空特征分析有助于明确现阶段限制因素与主控因子,为优化养分管理实现粮食安全和碳减排的双赢提供理论支撑。