东北黑土区长期不同磷肥施用量对大豆生长及产量的影响

以中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验为基础,分析了不同磷肥施用量包括对照(CK)、低磷处理(25.58 P2O5kg·hm~(-2),N1P1K)、中磷处理(51.75 P_2O_5kg·hm~(-2),N1P2K)和高磷处理(77.65 P_2O_5kg·hm~(-2),N1P3K)对大豆生长、结瘤及产量的影响。结果表明:不同处理对大豆株高和生物量的影响表现为N1P3KN1P2KN1P1KCK(鼓粒期株高除外),说明当前黑土磷素水平下,磷肥的施用能够显著促进大豆植株的生长;与CK,N1P1K和N1P2K相比,N1P3K苗期的根瘤数量和根瘤干重分别增加了56.7%～152.8%和87.4%～463.1%;与CK相比,N1P3K和N1P2K处理固氮酶活性分别增加了74.0%和94.0%;大豆的单株荚数和单株粒数均表现为随着磷肥施用量的增加而增加,虽然百粒重和产量表现出了相似的趋势,但是N1P3K和N1P2K处理之间没有显著差异(P0.05),说明过多磷肥的施用在东北黑土区对大豆增产效果不明显。因此,在东北黑土区在考虑生产成本、大豆产量等因素的情况下,建议适宜的磷肥施用量为N1P2K,即磷肥的施用量为51.25 P2O5kg·hm~(-2)。     

黑土区短期免耕对大豆田土壤水分物理性质的影响

耕作和施肥是影响土壤水分物理性质的2个重要因素,为探讨免耕和长期单施化肥对土壤水分物理性质的影响及它们之间的交互作用,以海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站内的长期定位试验为基础,研究了施用化肥+传统耕作(NP+CT),施用化肥+免耕(NP+NT),无肥+传统耕作(CK+CT),无肥+免耕(CK+NT)对土壤水分物理性质的影响。短期免耕(3 a)后显著地增加黑土水稳性团聚体的稳定性,表现在与传统耕作相比水稳定性大团聚体(>0.25 mm)的含量、平均重量直径和平均几何直径分别提高9.03%,10.90%和20.39%。耕作和施肥对土壤水稳性团聚体稳定性的影响没有显著的交互作用,但是与施肥相比,耕作方式能够解释更多的土壤水稳性团聚体稳定性的变异。免耕显著增加了0～10 cm土层土壤的容重,减少了土壤总孔隙度、饱和含水量、毛管含水量和田间持水量,施肥仅对0～10 cm土层土壤毛管含水量产生了显著的影响。耕作和施肥对0～10 cm土层土壤的容重具有显著的交互作用,同时与施肥相比,耕作能够解释更多的0～10 cm土层土壤的容重、总孔隙度、饱和含水量、毛管含水量和田间持水量的变异。耕作和施肥对10～20 cm土层土壤的水分物理性质影响不显著。因此,在研究区域内耕作是影响土壤水分物理性质的一个重要措施。     

“1231”重迎茬大豆种植模式的生态经济效益

针对玉米和大豆的生物学特性设计了大豆重迎茬和玉米轮作制。根据保护性耕作原理集成了以三年为一个生产周期的大豆重迎茬和玉米轮作条件下的土壤耕作制,配以精准施肥技术对大豆生长发育进行动态调控,组建了"1231"重迎茬大豆种植模式。结果表明:与农民传统耕作条件下的重、迎茬大豆产量相比,"1231"重迎茬大豆模式中重、迎茬大豆产量分别增加了16.3%和11.2%;在耕作费用方面可节本三分之二左右;同时采用生态控制方法降低了病虫害的影响程度,改善了大豆产量性状。     

构建黑土肥沃耕层对大豆产量影响的研究

根据黑土耕作土壤质地粘重,在长期不合理的耕作中形成的犁底层,是大豆产量提高主要限制因子的实际情况,提出了构建黑土肥沃耕层的3项技术,即打破"犁底层"并向其中分别施入秸秆、有机肥和化肥.试验结果表明与常规耕法相比,黑土肥沃耕层构建技术能够提高大豆产量的16.9%～45.9%,其中在犁底层施用秸秆和有机肥效果最好.因此,可以向黑土耕作土壤的"犁底层"中施入秸秆和有机肥来达到构建肥沃耕层,提高大豆产量的目的.     

有机物料配合深耕混合还田快速提升砂质棕壤农业生产力的效果和机理

  【目的】  提高土壤肥力是增加作物产量的有效方式,我们尝试了不同耕作和有机肥还田方式对砂粒含量较高且贫瘠的土壤的培肥效果。  【方法】  田间试验于2018年开始,在辽宁南部砂质棕壤进行,供试作物为玉米。以常规浅翻15 cm (T15)为对照,设置了秸秆浅混还田(0—15 cm,T15+S)、深翻35 cm (T35)、秸秆深混还田(0—35 cm,T35+S)、有机肥深混还田(0—35 cm,T35+M)、秸秆有机肥深混还田(0—35 cm,T35+S+M)、免耕(NT)、免耕秸秆覆盖(NT+S)和免耕秸秆条覆盖(HT+HS)处理,共9个处理 。2020年玉米收获后,测产,同时取0—15 cm和15—30 cm土层样品,测定土壤pH、有机质和养分含量以及有机碳储量。  【结果】  试验进行3年后,在0—15 cm土层,T35+M和T35+S+M处理土壤有机质含量增幅较T15分别增加了19.2%和20.4%,而NT和T35处理则显著降低;在15—35 cm土层,T35、T35+S、T35+M和T35+S+M处理土壤有机质含量较T15分别增加了12.5%、24.5%、29.9%和35.7%。深翻和有机物料还田(T35+S、T35+M和T35+S+M)显著增加了玉米产量,与T15处理相比,3年T35+S、T35+M和T35+S+M处理玉米产量平均增加了10%、12.3%和16.4%,而浅翻处理(T15+S、NT、NT+S和HT+HS)不同程度地降低了玉米产量。T15+S、HT+HS和NT+S处理间有机质转化率无显著差异,但与T35+S处理相比平均降低了57.9%,与T35+M处理相比平均降低了78.4%。0—15 cm土壤有机质和pH对玉米产量影响显著,而在15—35 cm土层,除pH外,有机质和养分含量以及有机碳储量均对玉米产量有显著影响。  【结论】  腐熟猪粪、猪粪和玉米秸秆配合深翻混合还田可以快速提升0—35 cm土层中的土壤有机碳储量,提高有机质的转化率,是较为理想的棕壤快速培肥途径。通过提高深层土壤有机质和养分含量,提高了辽宁南部棕壤的农业生产能力。     

东北黑土区降水特征及其对土壤水分的影响

水分是东北黑土区农业生产的主要限制因子,为了探讨东北黑土区可持续的土壤水分管理方式,该研究以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内为基础,利用SPI（standard precipitation index）值（标准降水指数）研究了该地区1952－2008年的大气降水情况,同时分析了土壤水分对大气降水（1999－2008年）的响应。1952－2008年平均年降水量为540 mm,标准差为121 mm,生长季内平均降水量为473 mm,占年平均降水量的87.60%。利用标准降水指数（SPI）将1952－2008年大气降水划分为7个不同的干/湿状态,分别是极端干旱,严重干旱、中等干旱、平常年份、中等湿润、非常湿润和极端湿润。分析近10 a（1999－2008）大气降水的SPI值发现极端干旱的年份有增加的趋势,同时对生长季末期土壤含水量的影响表现为湿润的年份（2003年,SPI值=1.5）能够显著增加土壤含水量（639.70 mm）,而在极端干旱的年份（2004年,SPI=-2.6）土壤含水量达到了最低值（512.21 mm）。年际间降水量的差异也影响了土壤的供水特征特,同时肥料的施用增加了作物对土壤中水分的消耗。根据降水合理地管理东北黑土区的土壤水分对农业的可持续发展具有重要意义。     

黑土区土壤剖面水分动态变化研究

通过对2007年5-9月作物生长季内农Ikt黑土土壤剖面水分含量的监测,分析了黑土区土壤剖面水分分布特征,季节性动态变化和变异系数.结果表明,在观测期内农田黑土水分在剖面上随土层深度的增加呈现出先增加,再减少,后增加的趋势;土壤剖面各土层土壤水分含量随时间的变化表现为先减小,后增加,再减小的波浪式,这与降雨量的季节性分布和作物生长发育密切相关;在观测期内没有发现激变层,土壤水分变异系数的最大值出现于0-10 cm,随着土层深度的增加变异系数呈减小的趋势.     

化肥配施不同剂量有机肥对黑土团聚体中有机碳与腐殖酸分布的影响

【目的】 团聚体的形成为土壤有机碳的稳定提供了重要的物理保护，施用有机肥影响着土壤团聚体的形成，量化有机肥施用剂量与团聚体有机碳稳定性之间的关系对于阐明农田土壤有机碳的固碳机制具有重要意义。 【方法】 以黑龙江省海伦市国家野外科学观测研究站为平台，选择连续10年进行化肥配施不同剂量有机肥处理[0、7.5、15、22.5 t/(hm2·a)]的黑土为研究对象，将团聚体分组与腐殖酸提取相结合，分析了不同粒径团聚体中有机碳和腐殖酸的含量与光学特性。 【结果】 1)与单施化肥相比，化肥配施有机肥增加了大团聚体( > 0.25 mm)的分配比例与团聚体的平均重量直径，二者均随着有机肥剂量的增加而逐渐升高，回归拟合分析表明，团聚体的平均重量直径与有机肥剂量之间呈现显著的正相关关系(P=0.03)。2) 2~0.25 mm团聚体是黑土有机碳的主要贮存场所，约占有机碳总量的64.8%~68.8%，大团聚体中有机碳的含量与储量均随着有机肥剂量的增加而逐渐升高， < 0.053 mm团聚体中有机碳含量与储量则维持在较稳定的水平。3)各粒级团聚体中腐殖酸碳含量以0.25~0.053 mm团聚体最高，各粒级团聚体中腐殖酸碳占有机碳百分比之间的差异不显著。化肥配施有机肥提高了各粒级团聚体中腐殖酸碳的含量，使团聚体对有机碳的固持能力增加，且各粒级团聚体中腐殖酸碳的含量随着有机肥剂量的增加逐渐升高。4)化肥配施有机肥增加了各粒级团聚体中腐殖酸的E4/E6比值，表明其分子结构简单化，且以 > 2 mm和0.25~0.053 mm团聚体中腐殖酸E4/E6比值的增加最显著。 【结论】 在黑土中，长期连续进行化肥配施有机肥，促进了团聚体的形成，改善了耕层土壤结构，增加了团聚体中有机碳的积累与固持能力，并使各粒级团聚体中腐殖酸的结构“年轻化”，这种促进作用在高剂量有机肥施用下更为显著。实际生产中，在短期内可通过适当提高有机肥的施用量以提高黑土肥力及其固碳能力。     

东北黑土区农田土壤水分剖面分布与大气降水关系的研究

东北黑土区属于雨养农业,大气降水是土壤水分的主要来源,大气降水的强度和频率是影响水分在剖面分布的重要因素。以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内水分平衡观测场的自然降水条件下的0～170 cm土体为研究对象(三次重复),2011～2016年的每年5月25日～9月10日利用中子仪测定0～170 cm土层土壤含水量,其中0～10 cm、10～20 cm和160～170 cm土层深度间隔10 cm,40～160 cm间隔为20 cm。研究结果表明:观测期内64.35%以上的降水发生在7月5日～8月20日,0～170 cm不同土层的平均含水量在24.71%～37.23%之间(体积含水量),随着剖面深度的增加不同深度土层间土壤含水量差异逐渐减弱;受降水、地面蒸发和作物耗水的影响,土壤含水量变化最大的层次为0～10 cm土层。当单次降水量达到178.20 mm时,0～170 cm各层土壤含水量均增加,但49.30%的降水储存在0～40 cm土层;而在作物生长季节持续15 d无降水时,0～170 cm各层次土壤水分均呈亏缺状态,其中消耗水量的47.38%～58.80%来自0～40 cm土层。因此,东北黑土区农田0～40 cm土层对于容纳大气降水、满足作物需水具有重要作用,应通过耕作和有机物料还田等措施进一步改善这一土层土壤物理性质以增强其蓄水、保水和供水的能力。     

国家大豆产业技术体系海伦综合试验站

<正>海伦综合试验站简介国家大豆产业技术体系海伦综合试验站(海伦站)成立于2007年,是首批进入大豆产业技术体系的综合试验站之一。建设依托单位是中国科学院东北地理与农业生态研究所。海伦站现有固定成员5名,第一任站长是韩晓增研究员(2007—2015年),2016年韩晓增研究员由于年龄原因由团队成员邹文秀副研究员接任站长(2016年至今),成员分别是韩晓增(综合),陆欣春(土肥栽培),