耕深对土壤物理性质及小麦-玉米产量的影响

为了解不同犁底层破除程度对黄淮海平原农田土壤蓄水保墒、穿透阻力动态变化及作物产量的影响,在山东德州试验基地以冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,设置4个犁底层厚度处理,分别为犁底层不破除(RT15)、犁底层破除1/3(DL20)、犁底层破除2/3(DL25)和犁底层完全破除(DL40)。结果表明:1)完全或者部分破除犁底层均能够显著降低10~30 cm土层容重和穿透阻力,各处理降低幅度具体表现为DL40DL25DL20RT15。2)DL20、DL25和DL40处理有利于增加降水或灌溉后水分入渗,冬小麦苗期20~70 cm土壤平均含水率分别较RT15处理提高5.3%、15.9%和23.6%,且冬小麦季耗水量分别较RT15处理提高4.9%、10.2%和11.6%;DL20、DL25和DL40处理夏玉米苗期20~70 cm土壤平均含水率分别较RT15处理提高7.7%、14.2%和15.8%,但夏玉米季耗水量分别较RT15处理降低5.8%、7.6%和10.5%。3)冬小麦季0~15和15~30 cm土层穿透阻力均表现为双峰型,且2土层受冻融作用影响各处理在越冬期达到穿透阻力峰值1 489.2~2 128.1和1 925.4~4 423.7 kPa;30~45 cm土层各处理穿透阻力变化规律在两季作物生长后期差异较大,冬小麦生长后期表现为DL40DL25DL20RT155,而夏玉米后期表现为DL40DL25DL20RT15。4)相对完全打破犁底层,部分打破犁底层更有利于提高水分利用效率,显著增加作物产量,DL25处理冬小麦和夏玉米产量分别较DL40处理增加4.2%和2.4%。综合考虑,DL25是目前相对较好的犁底层改良方式,此时犁底层厚度适当,既可节省农机能耗,又可兼有透水、增产效能。     

有机无机肥料配施对春玉米农田N2O排放及净温室效应的影响

鉴于当前农村生活垃圾的污染日益突出,且云贵高原农村地区生活垃圾的研究尚处于空白,随机选择了该地区9个自然村,通过访问式问卷调查、现场采样、实验室测试等方法,对当地农村生活垃圾的特性、群众对生活垃圾的认知以及参与管理的意愿进行了调研,以期为农村生活垃圾的管理与处理处置提供理论支撑和技术指导。研究表明：云贵高原农村地区生活垃圾产生量为160 g·人-1·d-1;主要组分有厨余类、灰土类、橡胶类、纸类和木竹类;垃圾容重、含水率、灰分、可燃物和热值分别为106 kg·m-3、39.16%、19.48 %、41.37 %和7615 kJ·kg-1。此外,云贵高原农村地区群众对生活垃圾的污染性认知主要来自于直观感受,对可回收生活垃圾的认知直接受当地废品回收商的影响,对有毒有害生活垃圾的认知不足;群众对生活垃圾处理处置的支付意愿较好,参与生活垃圾保洁和管理工作的意愿较强,该地区已基本具备开展农村生活垃圾管理与处理的群众基础。     

北京地区不同施肥方式对土壤脲酶及春玉米生长的影响

采用大区试验方法,研究底肥+人工追肥、底肥+机械中耕追肥、缓释肥一次性底施3种不同施肥方式对土壤脲酶和春玉米光合速率、产量及相关性状的影响。结果表明,两个试验点均表现为缓释肥处理0~40 cm土壤脲酶活性最高,抽雄期与灌浆期缓释肥处理均显著高于机械追肥、人工追肥处理,机械追肥、人工追肥处理间没有显著差异;成熟期3个处理0~40 cm土壤脲酶差异均不显著。缓释肥处理显著增加春玉米株高、净光合速率和穂长、穗粒数,从而显著提高春玉米产量。与机械追肥、人工追肥相比,缓释肥处理春玉米产量分别增加22.48%和17.03%。     

有机无机肥料配施对春玉米农田N2O排放及净温室效应的影响

为了明确有机无机肥料配施条件下华北旱地春玉米农田N2O周年排放规律、影响因素及其净温室效应,采用静态箱-气相色谱法和生物地球化学模型（DNDC）相结合的方法,对单施化肥（NPK）、有机无机肥料配施（50％M＋50％U）、单施有机肥（M）、对照（CK）等处理的春玉米农田N2O排放情况进行了周年监测,并对DNDC模型进行验证,利用验证后的模型定量评价了不同施肥处理的净温室效应。结果表明：不同有机无机肥料配施处理N2O放通量具有明显的季节变化规律,通量变化范围是-17．56—157．25μg·m2·h-1,在非生长季观测到明显的N2O排放峰,最大排放通量为83．85μg·m2·h-1。NPK、50％M＋50％U、M、CK处理周年累计排放量分别为1．49、1．20、0．82、0．61kgN·hm-2·a-1,非生长季排放总量分别占全年总排放量的40．6％、59．2％、61．7％和60．7％,非生长季N2O排放不容忽视;在整个周年观测期内,当土壤水分含量介于19％-37％之间时,各处理下的N2O通量同土壤含水量呈极显著正相关关系。综合考虑整个农田生态系统碳收支平衡和温室气体排放,经过DNDC模型模拟表明有机无机肥料配施同单施化肥处理相比净温室效应减少33．5％,可以达到在保持产量的基础上“减排”和“固碳”的协同效果。上述研究结果为有机无机肥料合理使用以及旱地农田“稳产、减排、固碳”相协调施肥技术的筛选提供了科学依据。     

冬小麦/夏玉米轮作系统不同施氮量的长期环境效应及区域氮调控模拟

【目的】针对环渤海区域冬小麦/夏玉米轮作系统氮肥施用量过大,环境效应逐渐增大的实际情况,研究不同氮肥施用量下长期和区域环境效应,明确冬小麦/夏玉米的减氮潜力和区域。【方法】利用定位试验和生物地球化学模型相结合的研究方法。【结果】冬小麦/夏玉米不同氮素施用量15年的模拟结果表明,随着氮肥施用量的增加,作物产量逐渐增加,到两季作物施氮量达到240—300 kg N•hm-2以上时,作物产量增加能力有限,而氮淋溶损失量则逐渐加大,土壤中残留的无机氮素也逐渐增加。与当前区域氮肥施用量364×104 t相比,区域氮肥总量减少30%和优化施肥两种调控方案下环渤海地区总氮素平衡的各个输出项都有不同程度的降低,其中降低幅度最大的是氮淋溶,分别减少了67.23%和79.93%,极大地降低了氮素的环境风险。【结论】环渤海地区冬小麦/夏玉米轮作系统氮素的环境效应有随氮素施用量逐渐增加的态势,目前该种植模式具有减氮的潜力,区域减氮30%能够有效的减少环境效应,节氮潜力最明显的地区在山东东部、西南部和河北中部。     

动物尸体无害化处理物对油菜生长及重金属富集特征的影响

采用室内盆栽试验,以畜禽养殖场动物尸体无害化处理物为有机肥,研究了单施化肥(NPK)、化肥+单倍有机肥(NPK+M)、化肥+倍量有机肥(NPK+2M)三种施肥方式对油菜生长、叶片生理特性及植株和土壤中重金属积累的影响,探讨施用动物尸体无害化处理物在蔬菜种植方面的安全性。结果表明:与NPK处理相比,NPK+M和NPK+2M处理可显著提高油菜地上部干重50.53%~221.05%(P0.05);同时,NPK+2M处理还可使油菜中叶绿素含量(SPAD)及净光合速率(Pn)显著提高22.85%和21.98%(P0.05);NPK+2M处理条件下三种主要抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性均达到最高,同时膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量较NPK处理显著降低(P0.05)。与NPK相比,NPK+M和NPK+2M处理土壤中Cr、Cu、Cd、Pb的浓度均出现不同程度的增加,其中NPK+2M处理条件下Cr、Cd元素含量与NPK处理相比有了显著提高(P0.05),而Cu、Pb元素含量与NPK处理相比无显著差异(P0.05),NPK+2M处理土壤中Cr、Cu、Cd、Pb含量远低于《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中Ⅱ类土壤污染物限量标准。NPK+2M处理的油菜植株地上部、地下部重金属含量与NPK处理相比均无显著增加(P0.05),其地上部Cr、Cd和Pb含量远低于《食品安全国家标准》(GB 2762—2012)对新鲜蔬菜中重金属污染物含量的限制。     

包膜尿素与普通尿素掺混施用方式对土壤脲酶及春玉米生长的影响

采用大田试验,以不施氮为对照,采用释放期为60 d的包膜控释尿素(30%)与普通尿素(70%)掺混,研究了其不同施用方式(侧施、底施、分层施)对土壤脲酶及春玉米叶片净光合速率、保护酶活性的影响。结果表明:相同施氮水平下,底施处理0~40 cm土壤脲酶活性显著高于侧施和CK,尤其是在春玉米抽雄、灌浆期,但底施与分层施处理间没有显著差异。其中0~20 cm土层底施处理脲酶均值高于分层施、侧施和CK,分别为4.03%、55.94%和58.01%;20~40 cm土层底施处理脲酶均值高于分层施、侧施和CK,分别为3.77%、57.07%和67.37%。各处理植株和籽粒全氮含量变化趋势也基本一致,均表现为底施分层施侧施CK。采用底施处理在抽雄与灌浆期较分层施、侧施和CK叶片净光合速率平均值分别高3.61%、11.42%和33.43%,同时底施还提高了叶片超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性。与分层施、侧施、CK相比,采用包膜尿素与普通尿素掺混底施春玉米产量分别增加0.42%、5.81%、49.23%。采用包膜控释尿素与普通尿素掺混底施效果明显且减少成本,是适宜北京地区推广的施用方式。     

深旋松耕改善耕层结构促进马铃薯增产

为了探究深旋松耕提升马铃薯产量与质量的可行性。在山东省胶河地区以常规旋耕为对照,研究深旋松耕对土壤物理性质、马铃薯根系及产量形成的影响。结果表明:与常规旋耕相比,深旋松耕能打破犁底层,显著降低20~40 cm土层的容重和穿透阻力,提高0~50 cm土层的贮水量25.67%,促进作物生长,其中马铃薯根系生物量显著提高26.61%,中、下层叶片净光合速率分别增加20.82%、37.13%,进而提高花后光合产物积累量,促进花后干物质向块茎的转运,使得单块薯重量提高29.82%,马铃薯增产38.68%。     

黄淮海北部农田犁底层现状及其特征

【目的】研究黄淮海北部地区犁底层分布现状及特征。【方法】采用布点取样方法,根据黄淮海北部区土壤质地分布图结合第二次土壤普查点位选取山东陵县、河北吴桥县共108个点位,于2014年冬小麦拔节期进行剖面取样调查,测定0-45 cm不同层次土壤水分含量、土壤容重及穿透阻力。【结果】（1）黄淮海北部地区耕层平均厚度在14.74 cm,约有76%的被调研点存在明显的犁底层,犁底层主要分布在15-30 cm;（2）黄淮海北部区农田剖面各层次土壤容重及穿透阻力存在显著差异,犁底层容重最大,平均容重在1.54 g·cm^-3左右,显著大于耕层和心土层,在冬小麦拔节期犁底层穿透阻力为1 371.00-4 256.00 kPa,显著大于耕层及心土层穿透阻力;（3）冬小麦整个生育期犁底层穿透阻力均大于2 000 kPa,阻碍了小麦根系的深扎,造成小麦根系分布浅层化,这在冬小麦生长缺水的地区,易造成作物水分胁迫,同时不利于根系吸收深层养分;（4）土壤穿透阻力土壤与含水量及容重之间有着极显著相关关系,土壤穿透阻力有随着容重的增加而增加的趋势,二者之间回归方程为：y= 3 854.09x+3 891.99（y为穿透阻力,x为土壤容重,r =0.84）;当容重低于1.4 g·cm^-3时,土壤穿透阻力均低于 2 000 kPa,穿透阻力不会对作物根系生长产生障碍,而当土壤容重在1.4 g·cm^-3以上时,穿透阻力对作物的影响同时取决于土壤含水量,穿透阻力随着土壤水分的增加而降低,对应线性回归方程为：y = -75.93 x + 3 153.83（y为穿透阻力,x为土壤质量含水量,r=0.82）。 【结论】在现行以旋耕为主的传统耕作模式下,黄淮海北部地区农田犁底层是普遍存在的,不利于作物根系生长及作物对土壤养分的充分利用,需要适度打破犁底层,构建合理耕层结构。