煤矿复垦区不同有机物料的分解特征

  【目的】  研究不同有机物料在矿区复垦土壤中的分解速率及养分释放特征，为合理利用有机资源培肥矿区复垦土壤提供科学依据。  【方法】  在山西黄土丘陵区矿区复垦长期试验点进行大田填埋分解试验。采用尼龙网袋法，将供试的4种有机物料小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪烘干后过2 mm筛，均按等有机碳量 (8 g) 称取后装入尼龙网袋埋入试验地15 cm深。在填埋后的第12、23、55、218、280、365天采样，分析4种有机物料的干物质残留量和氮、磷、钾及半纤维素、纤维素、木质素含量，计算C/N值和木质素(Lignin)/N值。  【结果】  秸秆和粪肥在矿区复垦土壤中的分解速率均在第12天达到最大，然后迅速下降，分解第365天时，小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪的质量残留率依次为49.8%、55.1%、79.2%和54.0%，有机碳残留率依次为48.8%、53.4%、63.9%和51.8%。供试有机物料的养分释放率存在差异，在最初分解的第23天，玉米秸秆的氮、磷养分出现了明显富集，氮、磷养分残留率分别达到了131.0%和152.7%，小麦秸秆、牛粪和猪粪的氮素残留率依次为93.0%、81.3%和67.8%，磷素的残留率依次为92.5%、98.8%和84.3%，分解第365天时，小麦秸秆中养分释放速率大小表现为钾 > 磷 > 氮，其他3个物料中养分释放速率大小均表现为钾 > 氮 > 磷。从整个分解过程来看，玉米秸秆中氮素和磷素在矿区复垦土壤中表现出先富集再释放的模式，其他3个物料中氮素和磷素均表现为直接释放模式。采用地积温方程能较好地拟合有机物料的分解过程，由方程可知，秸秆和粪肥的分解速率常数 (K) 大小顺序为猪粪 > 小麦秸秆 > 玉米秸秆 > 牛粪。有机物料的分解速率与养分和木质素等成分的含量相关，全磷、半纤维素含量越高分解越快，木质素含量、C/N和Lignin/N越高分解越慢。  【结论】  秸秆和粪肥在山西矿区复垦土壤中的分解速率在填埋后第12天达到最大值，之后分解速率减缓。与秸秆相比，粪肥的有机碳残留率较高，氮、磷养分释放快，其中以牛粪的分解速率最慢，有机碳残留率最高，因此，牛粪可作为矿区复垦土壤培肥的首选有机物料。     

长期施肥对黄壤性水稻土有机碳矿化的影响

以贵州省农业科学院内黄壤性水稻土长期(22年)定位施肥试验为对象,采用室内模拟培养试验研究了不施肥(对照,CK)、施化肥(NPK)、低量有机无机肥配施(0.5MNPK)、施牛粪(M)和常量有机无机肥配施(MNPK)对土壤有机碳矿化的影响。结果表明:NPK处理土壤有机碳含量(21.6 g kg~(-1))与CK处理(22.8 g kg~(-1))基本相同,而0.5MNPK、M和MNPK处理的土壤有机碳含量较CK处理分别提高了30.6%、72.9%和62.2%,其中,M和MNPK处理差异达显著水平(p0.05)。模拟培养条件下,CO2产生速率在培养的第2天达到最大值,然后迅速下降,而后缓慢下降(第4~24天),后期(第24~30天)趋于稳定;各处理土壤有机碳矿化速率大小依次为:MMNPK0.5MNPKCKNPK,各处理土壤有机碳矿化速率随时间的动态变化均符合对数函数关系(p0.01)。培养结束(30 d)时,各处理土壤有机碳累积矿化量为1.23~2.37 g kg~(-1),以M处理和MNPK处理较高,较CK处理(1.46 g kg~(-1))分别增加了62.6%和44.2%(p0.05);各施肥处理土壤有机碳的累积矿化率(土壤有机碳累积矿化量/土壤有机碳含量)较CK处理(6.4%)均有所下降,以M处理和MNPK处理下降较多,降幅分别为1.2%和0.9%。土壤有机碳累积矿化量随培养天数的动态变化可以用一级动力学方程拟合(p0.01),模拟结果表明,CK处理土壤潜在可矿化有机碳量为1.55 g kg~(-1),与CK处理相比,NPK处理下降了11.6%,但差异不显著(p0.05),而有机肥处理(0.5MNPK、M和MNPK)有不同程度的提高(21.3%~73.6%),其中,M和MNPK处理提高幅度较大(p0.05);同时,MNPK处理能够提高土壤有机碳的周转速率,减少周转时间。上述结果指示黄壤性水稻土长期施用有机肥(0.5MNPK、M和MNPK)能够提高土壤有机碳的矿化速率,在促进土壤有机碳积累的同时降低其累积矿化率(单位有机碳矿化水平),增强土壤固碳能力。     

水稻氮素高效吸收利用机理研究进展

基于经济效益和环境保护的考虑, 近年来水稻的氮素利用效率引起了大家的重视.不同基因型水稻对氮素利用效率存在明显差异.氮素利用效率可分为吸收和生理利用效率两部分,它们对氮素利用效率的贡献率受到水稻生育期和供氮水平两方面的影响.从水稻根系特征、库容量、齐穗后的碳与氮的转运、光合作用和增硝营养等与水稻氮素利用效率关系密切的生理生化机制进行了阐述,最后对该领域今后的重点研究方向进行了展望.     

不同氮效率水稻品种增硝营养下根系生长的响应特征

试验采用两室分根盒和溶液培养方法,研究了在增硝营养下不同氮效率水稻品种根系生长的响应特征。结果表明,在本试验条件下,与全铵培养下的根系相比,氮高效水稻品种南光在铵硝混合培养下的根系干重和氮积累量显著增加,增幅达33%和41%;同时其根系表面积、根系体积和侧根数增幅均达到显著水平,但根系长度却无明显增加。氮低效水稻品种Elio在铵硝混合培养下的根系生长差异均不显著。这表明氮高效水稻品种南光的根系生长对增硝营养的响应度强,进而促进了根系对氮素的吸收利用。从本试验的结果可推论,水稻对增硝营养的强响应度可能是水稻氮素高效吸收利用的生理机制之一。     

长期不同施肥条件下红壤性水稻土双季稻氮肥回收率的变化特征

在江西进贤红壤性水稻土上连续种植双季水稻26年,分析了在化肥氮用量相同条件下,不施肥（CK）, 单施氮肥（N）, 施用氮、 磷化肥（NP）, 氮、 钾化肥（NK）, 氮、 磷、 钾化肥（NPK）和氮磷钾配施有机肥（NPKM）处理的水稻氮肥回收率的演变特征及其增产效应。结果表明,不同施肥条件下的化肥氮回收率差异显著,26年的平均氮肥回收率 N 处理为 9.4%~11.6%、 NP为13.0%~18.5%、 NPK为19.8%~26.1%, NPKM为14.1%~22.9%。磷、 钾肥混施和与有机肥配施可显著提高水稻氮肥回收率,且对早稻的贡献大于晚稻,NPK和NPKM处理的早稻氮肥回收率比晚稻平均高6.3和8.8个百分点。N和NK处理的早稻和晚稻氮肥回收率均随年度增加而显著降低,平均每年下降约0.6个百分点,而NPK、 NPKM处理的氮肥回收率基本保持稳定。与NPK相比,NPKM处理早稻和晚稻籽粒产量分别增加19.0%和21.7%。因此,NPKM处理在提高化肥氮的回收率和高产稳产方面都是红壤性水稻土上可持续的施肥模式。     

长期不同施肥下黑土和红壤团聚体氮库分布特征

为阐明长期不同施肥下土壤氮库的演变特征,揭示氮库稳定性不同的团聚体对不同施肥的响应,为化肥和有机物的合理施用提供科学依据。本研究通过对黑土和红壤22年的田间肥料定位试验,研究了长期不同施肥模式对土壤全氮、 微生物氮以及各级团聚体中氮贡献率的影响。结果表明,长期不施肥（CK）和施用化肥（NPK）,黑土土壤全氮含量以0.015 g/(kga)的速率显著下降（P 0.05）;而长期化肥配施有机肥（NPKM）,黑土全氮含量以0.025 g/(kga) 的速率显著上升（P 0.05）。在CK、 NPK、 NPKM和秸秆还田（NPKS）处理下,红壤全氮含量均没有显著变化。施肥22年后,NPKM处理下黑土和红壤微生物氮含量较NPK处理下分别增加了15% 和 43%,全氮含量分别增加了43% 和45%,差异均达到显著水平（P 0.05）。氮素在黑土上主要积累在253 m 微团聚体中,达到0.73~1.21 g/kg,在红壤上主要积累在2 m 微团聚体中,达到0.46~0.98 g/kg。与NPK相比,NPKM 处理下黑土和红壤 250~2000 m大团聚体中氮素贡献率均显著提高,分别增加了4.3% 和 5.1%。与NPK相比,NPKM 和 NPKS 处理下,红壤 253 m 微团聚体中氮贡献率分别降低了5.9% 和 9.7%,而黑土除大团聚体外的各级团聚体氮贡献率均没有显著变化。可见,不同土壤类型对施肥响应不同, 主要是253 m 微团聚体中氮素的响应不同,化肥配施有机肥可提高土壤250~2000 m 大团聚体中氮的贡献率,进而增加土壤对作物的氮素供给能力,是有助于提高土壤肥力和生产力的农业生产可持续性施肥模式。     

肥力梯度红壤上不同形态氮库对玉米吸氮量的贡献

不同形态的土壤氮素是作物吸收氮素的主要来源,而土壤肥力不仅影响氮素的含量,也影响氮素的有效性,进而影响作物对氮素的吸收利用。明确不同肥力红壤中各形态氮素的变化及其对作物吸氮量的贡献,可为阐明氮素循环机制和沃土培肥提供理论依据。2019年5月在湖南祁阳红壤实验站选取低肥力、中肥力和高肥力红壤进行田间微区试验,设置不施氮（N0）和常规施氮（N1）两个处理。分析了2020年玉米（该试验的第三季作物）种植前和收获后土壤矿质氮（MN）、固定态铵（FN）、微生物生物量氮（MBN）和可溶性有机氮（SON）含量的变化及其与玉米地上部吸氮量的关系,并通过结构方程模型（SEM）建立了各形态氮库与吸氮量的关系模型。结果发现,N0条件下高肥力土壤的籽粒产量约为中肥力土壤的4.6倍,但在N1条件下,高肥力土壤的玉米产量和生物量与中肥力土壤无显著差异,但其吸氮量显著高于中肥力土壤。与种植前相比,N0条件下,收获后中肥力土壤FN含量显著提高了63%,低肥力和高肥力土壤分别增加了47%和11%。与其相反,土壤MN、MBN和SON含量均有所降低。土壤MN含量降低了0.4~4 mg?kg-1;MBN降低了18%~44%且土壤肥力间无显著差异;SON减少了55%~84%。N1条件下,土壤MN含量降低了约22~38 mg?kg-1; MBN降低了32%~72%;而SON的减少量在高肥力土壤中可达99 mg?kg-1,分别为中肥力土壤和低肥力土壤的2.0倍和9.3倍。相关分析结果表明,地上部吸氮量与MBN、SON和NH4+-N减少量存在显著正相关关系。结构方程模型结果进一步表明,SON和NH4+-N直接影响吸氮量,MBN通过影响SON和MN间接影响玉米地上部吸氮量。总体而言,SON和MBN可直接或间接影响玉米对氮素的吸收利用,是土壤中重要的氮素存在形态,应进一步加强对其形态转化的机制研究,可促进红壤培肥和氮素高效利用。     

不同氮素营养对水稻的生理效应

水稻是中国主要的粮食作物，氮是作物吸收利用的大量元素之一，水稻对氮的吸收利用效率成为人们关注的焦点。从水稻根的特性分析可知，在大田条件下水稻不仅吸收NH4^ ．而且吸收相当数量的NO3^-。对在不同氮素营养条件下水稻的生长、氮的吸收动力学、离子吸收、氮同化酶活性和内源激素的研究进行综述，探讨了在不同氮营养条件下不同基因型水稻的生理过程；并从水稻根际的硝化作用，不同NH4^ ／NO3^-对水稻的生理机制，不同氮素形态对旱作水稻水分利用的效率等方面对今后水稻氮营养的研究方向提出了建议。     

有机替代对长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响

为探明有机替代对我国长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响,本研究通过搜集已发表的文献,建立了207组包含不施肥（CK）、单施化肥（NPK）和有机肥替代部分化学氮肥（NPKM）处理下水稻产量和籽粒含氮量的数据库。采用整合分析的方法,定量计算了有机替代在不同施肥措施、土壤性质和气候因素下对长江流域水稻产量和籽粒含氮量的影响;采用随机森林模型明确了影响有机替代效果的主控因素。结果表明,施肥能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量,NPK处理下产量和籽粒含氮量较CK处理分别提高了2.3 t·hm^-2和1.2 g·kg^-1。与NPK相比,NPKM处理下水稻的产量和籽粒含氮量分别显著提升了3.7%和1.9%。NPKM处理对产量和籽粒含氮量的影响存在区域差异。NPKM处理在总施氮量低于250 kg·hm^-2、替代比例30%~60%时能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量。NPKM处理在土壤养分含量较高的条件下有利于水稻产量的提升,在土壤养分含量较低的条件下有利于籽粒含氮量的提升。在年均降雨量≤1 200 mm、年日照时数>1 800 h、年均温>15℃条件下,NPKM处理能够显著提高水稻的产量和籽粒含氮量。影响NPKM处理水稻产量的主要因素是替代比例、土壤pH和年均降雨量,而影响籽粒含氮量的主要因素是土壤有效磷、全氮含量以及土壤pH。综上所述,有机肥替代部分化学氮肥能够显著提高我国长江流域水稻的产量和籽粒含氮量,在中游地区提升效果更佳,有机替代总氮施用量应低于250 kg·hm^-2,替代比例以30%~60%为宜。     

我国典型农田长期施肥的氮肥真实利用率及其演变特征

【目的】传统氮肥利用率是指当季作物吸收肥料氮占施用的肥料氮的比例,没有反映肥料氮在土壤中的残留及其利用情况。利用长期定位试验能反映土壤氮库变化的优势,分析不同施肥条件下作物的传统氮肥利用率(氮肥表观利用率)和真实利用率,揭示我国典型区域氮肥的真实利用和损失状况。【方法】本研究选用了两种旱地土壤(北京褐潮土和郑州轻壤质潮土)和两种水旱轮作土壤(重庆紫色土和武汉黄棕壤)上的长期定位试验(15~31年)在4种施肥处理,即不施肥(CK)、单施化肥氮(N)、化肥氮磷钾配施(NPK)和化肥氮磷钾与有机肥配施(NPKM)处理取样分析比较作物吸氮量、土壤全氮演变、年均氮肥表观利用率与真实利用率,并计算了不同施肥条件下的氮肥表观损失率与真实损失率。【结果】3个施肥处理,褐潮土、轻壤质潮土、紫色土和黄棕壤上的平均氮肥真实利用率为47.6%、56.6%、57.0%和56.3%,显著高于氮肥表观利用率(33.6%、42.1%、37.8%和25.8%)。这是因为NPK和NPKM处理的肥料氮在土壤氮库中的每年速率积累为N 6.26~37.3 mg/kg的。氮肥真实利用率在褐潮土和轻壤质潮土上比表观利用率高10.9%~17.5%在紫色土和黄棕壤上高18.6%~32.9%,说明传统氮肥利用率更为低估水田轮作下作物的真实利用率。NPK和NPKM处理,褐潮土和轻壤质潮土的氮肥表观利用率以每年1.76~2.49个百分点的速率显著上升,氮肥真实利用率以每年1.50~2.29个百分点的速率显著上升,说明华北旱地上化肥均衡施用和化肥与有机肥配施可增加氮肥的利用率,减少氮肥的损失。黄棕壤上的氮肥真实利用率在显著增加而表观利用率没有显著增加,是由于NPK和NPKM处理的黄棕壤全氮含量以每年N17.5~37.3 mg/kg的速率在显著增加说明化肥均衡施用和化肥与有机肥配施可增加黄壤的氮库库容。【结论】目前我国农田氮肥利用率普遍被低估约20%尤其是在土壤全氮含量变化较大的水旱轮作农田。