麦季牛场肥水灌溉对冬小麦–夏玉米轮作土壤氮素平衡的影响

规模化畜禽养殖废弃物已成为当前重要的污染来源,为有效控制畜禽养殖污水面源污染,将处理后的养殖肥水作为水、氮资源进行农田灌溉,在华北冬小麦–夏玉米轮作灌溉区,连续3 a进行牛场肥水灌溉田间定位试验,研究冬小麦季牛场肥水灌溉对作物产量、氮表观利用率、土壤无机氮残留及轮作体系氮平衡的影响。结果表明,肥水灌溉能显著提高作物产量,肥水灌溉处理(冬小麦生育期内肥水灌溉带入氮为160、240和320 kg/hm2)冬小麦和夏玉米3 a产量平均增幅分别为36.78%和40.82%。随着牛场肥水灌溉年限的推移作物增产效果逐渐明显,冬小麦–夏玉米轮作体系作物累计氮利用率逐年升高,6季作物收获后氮累计利用率达47.87%~67.63%,肥水氮后效明显。肥水灌溉增加了100 cm土体内无机氮残留,NO3--N残留量显著高于NH4+-N。对冬小麦–夏玉米轮作体系氮平衡分析表明,随牛场肥水灌溉带入氮量增加,作物氮累计吸收增加,在冬小麦生育期内肥水氮带入量为160 kg/hm2夏玉米生育期内不施氮处理(T1),氮表观利用率显著高于其他肥水灌溉处理(T2和T3),100 cm土体无机氮残留率和氮表观损失率均显著低于T3处理,与T2处理差异不显著。该试验条件下,综合产量、氮累计利用率及土壤无机氮残留考虑,冬小麦–夏玉米轮作体系肥水灌溉适宜氮带入量为160~240 kg/hm2。适量牛场肥水灌溉冬小麦–夏玉米能够增加作物产量,增加作物对肥水氮的利用率,减少氮在土壤中的积累。     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系对氮素环境承受力分析

通过田间试验研究了华北地区冬小麦/夏玉米轮作体系对氮素的环境承受力。结果表明,冬小麦和夏玉米达到最高产量时的施氮量分别是112和180.kg/hm2。氮肥利用率和农学利用率随施氮量的增加而降低,生理利用率表现出抛物线的趋势。在农户习惯施氮条件下,冬小麦和夏玉米的氮肥利用率分别是10%和6%,每千克氮肥分别增产2和3千克。灌水和集中降雨是引起土壤硝态氮明显下移的主要因素。氮素平衡计算的结果表明,低施氮量时,氮素盈余以残留Nmin为主,高量施氮则以表观损失为主。将收获后090.cm土壤中的硝态氮的量控制到150kg/hm2,可以在兼顾环境的前提下获得较高的产量;此时冬小麦季的施氮量是122.kg/hm2,产量(干物重)达到最高产量4331.kg/hm2;夏玉米季的施氮量是145.kg/hm2,产量(干物重)是7965.kg/hm2,达到最高产量的97%。     

华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系的氮素循环与平衡

对华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田氮素输入输出的数量特征、平衡状况进行了分析,并评估其优化潜力。研究表明,华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田每年的氮素输入中,化学氮肥、农家肥、降水、灌溉、非生物固氮和种子带入农田的氮分别为545、68、21、15、15和5kghm-2a-1,氮素年输入总量为669kghm-2a-1;每年的氮素输出中,作物收获带走的氮为311kghm-2a-1,而氨挥发、反硝化和淋洗损失的氮分别为120、16和136kghm-2a-1,氮素年输出总量为583kghm-2a-1;氮素年盈余量为86kghm-2a-1。目前我国华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田氮素处于大量赢余状态,从而导致氮素大量损失。因此,加强氮肥管理,提高氮肥利用率,加大有机肥施用的力度,是华北地区农田氮素资源管理的长期任务。     

北京郊区冬小麦/夏玉米轮作体系中氮肥去向研究

采用田间微区15N示踪试验研究了肥料氮在冬小麦、夏玉米当季和后茬的去向。结果表明 ,在供试土壤的肥力水平和生产条件下 ,N 120kg/hm2 的施肥水平已经达到了较高产量 ,再增加氮肥施用量作物产量不再增加 ;其氮肥利用率和残留率均显著高于施氮量为N 360kg/hm2,损失率则远低于后者 ;在一季作物生长后仍有 20.9%～48.4%肥料氮残留于 0～100cm土层 ,这些残留的肥料氮在后茬的利用率不足 8% ,至施肥后第 2或第 3茬作物 ,仍有部分肥料氮残留于土壤。在低施氮量时 ,肥料氮以NO3--N残留的量很低 ,在高施氮量时 ,残留氮除以有机态、微生物态氮形式存在外 ,以NO3--N形式存在的比例也很高 ;在氮素损失途径中 ,淋洗损失可能占有相当重要的地位。     

冬小麦/夏玉米轮作中高肥力土壤的持续供氮能力

通过连续3年的冬小麦.夏玉米轮作试验研究高肥力土壤的供氮能力。结果表明,在本试验的高肥力土壤上,存在土壤供氮能力随时间延长而下降的趋势。但在连续3年3个轮作周期6季作物生长过程中,土壤都保持了较高的供氮能力,其中夏玉米季高于冬小麦季,不施氮处理在冬小麦季的相对产量保持在46%～76%,夏玉米季为69%～81%,轮作周期中土壤氮素的表观矿化量为125～184kg.hm2,而供氮能力为123～190kg.hm2。在考虑土壤供氮能力的基础上,基于土壤植株测试的氮肥优化管理,在连续6季作物中较大幅度地降低了氮肥用量,但却获得了同传统施氮处理一致的产量,保持了较低的土壤无机氮残留量,避免了过量施氮对环境的不良影响。     

冬小麦-夏玉米轮作体系中磷钾平衡的研究

对高肥力土壤大量施用磷钾肥冬小麦 /夏玉米轮作周期中作物产量、磷钾养分平衡等进行了研究。结果表明 ,高肥力土壤上连续大量施用磷钾肥条件下 ,传统施氮与优化施氮、秸秆还田与秸秆不还田对冬小麦和夏玉米产量、磷钾吸收量均无显著差异。在一个轮作周期中 ,冬小麦、夏玉米吸磷 (P)量分别为 22～25、18～19kg/hm2;吸钾(K)量分别为 14.7～16.6、96～112kg/hm2。在一个轮作周期后 ,土壤中的速效磷、速效钾含量变化不大。在施用磷肥 (P) 79kg/hm2 的条件下 ,无论秸秆还田与否磷素都有盈余 ,秸秆还田磷素 (P)盈余量为 46～47kg/hm2,秸秆不还田为 36～37kg/hm2;在施用钾肥 (K)75kg/hm2条件下 ,秸秆还田钾素 (K)盈余量为 22～31kg/hm2,秸秆不还田钾素 (K)亏缺量为 168～201kg/hm2,说明秸秆还田对于磷素与钾素特别是钾素的平衡有很大的作用     

施氮量对冬小麦—夏玉米土壤氮素表观盈亏的影响

通过河北清苑连续6年的田间定位试验,以冬小麦—夏玉米轮作体系作为对象,设置不同的施氮处理(N_0、N_(100)、N_(180)、N_(255)、N_(330)),研究不同施氮量对冬小麦—夏玉米轮作体系的土壤氮素表观盈亏的影响。结果表明:6年土壤表观氮素累积盈亏量随施氮量的增加而增加,N_0和N_(100)处理的土壤氮素累积盈亏量为负值,N_(180)、N_(255)和N_(330)处理的土壤氮素累积盈亏量分别高达382,1 173,2 116kg/hm~2;各处理的氮素表观盈亏量年际间变异较大,而在2种作物上的氮素累积盈亏量差异不大;在冬小麦季和夏玉米季,土壤氮库达到平衡状态的施氮量分别为155,134kg/hm~2;土壤氮素表观盈亏量均与土壤无机氮变化量呈显著负相关,与施氮量呈显著正相关,且随降雨量的增加呈增加趋势;不同生育期的结果表明,在冬小麦—夏玉米生长前期均表现土壤氮素盈余,而后期土壤氮素亏缺。因此合理施用氮肥既要考虑土壤氮素盈亏,也要关注生育期的分配。     

施氮量对滴灌冬小麦–夏玉米周年产量及氮素利用效率的影响

  【目的】  当前华北平原冬小麦–夏玉米生产中,存在氮肥投入量大、氮肥利用效率低等问题,在滴灌水肥一体化条件下研究施氮量对冬小麦–夏玉米周年产量、氮素利用效率和土壤全氮含量、硝态氮残留的影响,以期为该地区小麦–玉米节肥、高产高效的栽培模式提供理论依据。  【方法】  于2018—2020年在青岛农业大学胶州现代农业示范园开展小麦、玉米滴灌施肥田间试验。设冬小麦/夏玉米生长季不施氮(N0)和施氮 150/150 kg/hm2 (N1)、210/225 kg/hm2 (N2) 和270/300 kg/hm2 (N3) 4个水平,以传统施肥方式和常规施氮量240/240 kg/hm2为对照(CK)。分析冬小麦和夏玉米产量、氮素吸收量和土壤氮素残留量。  【结果】  N2处理冬小麦、夏玉米产量最高,与N3处理无显著差异,但显著高于N0、N1和CK处理;N3处理冬小麦、夏玉米的干物质积累量、氮素吸收量最高,与N2处理差异较小,而显著高于N0、N1和CK处理。冬小麦、夏玉米氮肥偏生产力随着施氮量的提高而降低;冬小麦季氮素利用效率随着施氮量的提高而降低;夏玉米季,N2、N1和N0处理的氮素利用效率显著高于N3和CK处理,且N0、N1和N2处理间无显著差异;冬小麦、夏玉米氮肥农学利用率均随着施氮量的提高而降低,N2施氮水平下,氮素利用效率和氮肥农学利用率均表现较优。随着施氮量的增加,0—100 cm土层土壤全氮含量和硝态氮含量呈增加的趋势,全氮积累主要集中在0—40 cm土层,N3、N2和CK处理0—100 cm土层土壤全氮含量与N0和N1处理之间的差异随着轮作年数的增加而逐渐增大,N2处理较N3和CK处理有效抑制了硝态氮在表层土壤的积累和向深层土壤的迁移,降低了硝态氮淋失风险。  【结论】  冬小麦季施氮210 kg/hm2和夏玉米季施氮225 kg/hm2 (N2)可实现周年作物增产高效,提高氮素利用效率,显著降低硝态氮向深层土壤迁移,降低硝态氮淋失风险,是滴灌水肥一体化下华北平原麦玉周年轮作适宜的施氮量。     

基于土壤氮素平衡的旱地冬小麦监控施氮

提高作物产量,平衡土壤氮素携出,培肥土壤,避免过多肥料氮残留造成淋溶,是旱地作物施氮的主要目标。本研究通过1 m土层硝态氮监控,从土壤氮素的输入和携出平衡计算氮肥用量,并在陕西永寿不同肥力水平的地块上连续2年布置田间试验进行验证。结果表明,与习惯施肥相比,监控施肥的氮肥用量减少41.2%,籽粒平均增产17.0%,氮肥偏生产力平均增加188.3%,产投比平均提高28.9%。监控施肥处理在收获期1 m土层硝态氮残留量平均为37.0 kg/hm2,较习惯施肥（112.1 kg/hm2）降低66.9%。经过降雨集中的夏季休闲期后,监控施肥处理1 m土层的硝态氮平均增加15.4 kg/hm2,习惯施肥则减少27.4 kg/hm2。这说明通过对1 m土层硝态氮的监控,依据土壤养分平衡,计算旱地小麦氮肥用量,可以提高产量,有效减少氮肥投入,降低成本,增加农户收入,提高氮肥效率,减少旱地土壤硝态氮残留和淋溶。     

高肥力土壤冬小麦/夏玉米轮作体系中化肥氮去向研究

冬小麦 夏玉米轮作是华北平原主要的耕作方式之一。本研究通过田间15N微区试验 ,研究了高肥力土壤条件下冬小麦 夏玉米轮作体系中化肥氮的去向。结果表明 ,在每季施氮量 1 2 0～ 3 60kg hm2 条件下 ,冬小麦对化肥氮的吸收率为 2 3 8%～44 5 % ,夏玉米为 2 6 5 %～ 5 1 1 % ,整个轮作周期为 2 8 0 %～ 5 1 6%。而后茬作物对化肥氮的吸收量较少 ,低于施氮量的 1 0 %。当季化肥氮的土壤残留率约占施氮的2 0 %～ 5 0 % ,轮作周期化肥氮的土壤残留率约占施氮的 3 0 %。当季和轮作周期化肥氮的损失量和损失率 ,均随着施氮量的提高而显著升高。当施氮量分别为 2 40kg hm2和 72 0kg hm2 时 ,整个轮作周期化肥氮的损失率分别为 1 9 0 %和 40 5 %。     

氮肥分配对冬小麦-夏玉米轮作产量和氮肥效率的影响

通过田间小区试验研究了控制氮肥总量(N 420 kg/hm2)条件下氮肥分配对冬小麦/夏玉米轮作体系内的作物生物量、产量、纯收益、农学效率及肥料利用率的影响,结果表明,氮肥在冬小麦/夏玉米轮作体系的分配量及比例显著影响冬小麦/夏玉米轮作的产量、纯收益和氮肥的效率,冬小麦季施总氮55％ (N 231 kg/hm2)、夏玉米季施总氮45％ (N 189 kg/hm2)时,获得最高的轮作总产量(13 026 kg/hm2)和最大的净收益(22 146元/hm2),氮肥的农学效率和利用率较其它分配方式均有所提高,是晋南地区冬小麦/夏玉米轮作氮肥分配的适宜比例.就单季小麦而言,施N 189 kg/hm2可以获得较高的产量和较高的氮肥效率.值得指出的是,由于作物生长期间受春寒和夏旱的影响,冬小麦/夏玉米轮作体系内的氮农学效率和氮肥利用率均表现较低,仅分别为4.6 kg/kg和20.8％.     

施氮模式对冬小麦/夏玉米产量及氮素利用的影响

采用大田试验,在小麦季N 250kg /hm2和玉米季N 200kg /hm2氮肥供应条件下,连续2年度（2007～2009）观测了不同施氮模式对冬小麦/夏玉米产量及氮素利用的影响。结果表明,与对照相比,常规施肥、有机无机复合肥、控释复合肥、控失复合肥以及改变氮肥基追配比处理均显著提高冬小麦/夏玉米子粒产量和干物质积累量,小麦季各处理产量大小依次为:控释复合肥控失复合肥有机无机复合肥改变氮肥基追配比常规施肥,提高幅度在107.5%～147.4%;玉米季各处理产量大小依次为:控释复合肥控失复合肥有机无机复合肥常规施肥改变氮肥基追配比,提高幅度在28.5%～56.1%。与常规施肥处理比较,控释复合肥、控失复合肥和有机无机复合肥处理冬小麦氮肥偏生产力和氮肥农学效率提高2.2～5.1 kg/kg,夏玉米提高3.6～7.6 kg/kg;但改变基追配比处理在小麦季高于常规处理,在玉米季则低于当地常规施肥处理。从产量和氮肥利用率方面综合分析,有机无机复合肥、控释复合肥、控失复合肥均可作为适宜研究区域推广的肥料品种,而改变基追配比处理相对较适宜冬小麦季。     

小麦–玉米轮作体系长期施肥对塿土微生物量碳、氮及酶活性的影响

以20年塿土小麦玉米轮作体系长期肥料定位试验为平台,探讨不同施肥模式下土壤化学肥力要素、微生物量碳氮及酶活性的响应。试验包括不施肥（CK）、单施氮肥（N）、氮磷（NP）、磷钾（PK）、氮磷钾（NPK）、NPK+秸秆（SNPK）以及不同量有机肥+NPK（M1NPK、M2NPK）等8种施肥模式。结果表明,与CK相比,长期施用NP提高土壤有机碳含量达34.0%、全氮34.0%、全磷58.5%、速效磷608.9%、微生物量碳23.3%、微生物量氮54.0%、蔗糖酶53.9%、脲酶132.6%、碱性磷酸酶29.9%以及脱氢酶40.9%。长期施用NPK与NP效果相似,钾素效果甚微。作物秸秆还田配合氮磷钾化肥与氮磷钾相比没有明显影响土壤有机碳、氮和磷水平,但是显著提高微生物量碳的含量（29.5%）、碱性磷酸酶（23.0%）和脱氢酶（26.9%）的活性。有机肥配合氮磷钾与其它施肥处理相比,显著提升土壤化学肥力要素、微生物量碳氮和酶活性,特别是引起了磷素的大量富集（速效磷含量大于150 mg/kg）。因此,塿土不施有机物情况下,氮磷配合可以提高土壤化学和生物肥力,作物秸秆还田配合氮磷钾化肥的培肥效果优于氮磷钾化肥配合,而合理的有机无机肥配合是塿土提升化学肥力和保证生物健康的最佳施肥模式。     

冬小麦、夏玉米一体化垄作的养分利用研究

为比较不同栽培方式下冬小麦、夏玉米的养分利用效率,于2005～2007年在河南省浚县农业科学研究所试验站,采用大田试验,研究了传统平作与垄作两种栽培方式下冬小麦、夏玉米的养分吸收及利用情况。结果表明,与传统平作相比,一体化垄作栽培,有利于作物的养分吸收,提高了产量和收获指数,改善了土壤肥力。一体化垄作全年作物氮、磷、钾吸收量分别增加14.18%、9.20%和5.90%,冬小麦、夏玉米收获指数分别提高2.13%和2.42%,产量分别提高4.23%和9.61%,全年产量平均提高7.33%。2年试验看出,一体化垄作土壤肥力状况优于传统平作。     

华北冬小麦-夏玉米系统有机态氮替代的产量及肥料效应

通过多年定位试验,探讨了秋施基肥有机态氮替代化肥态氮对冬小麦-夏玉米轮作系统粮食产量的影响,为华北地区冬小麦-夏玉米轮作合理施用氮肥提供理论依据。试验开始于2010年6月,只对秋施基肥进行有机态氮替代化肥态氮。试验处理如下:CK,不施肥处理;M_0C_(100),零有机肥替代;M_(20)C_(80),20%有机肥替代;M_(50)C_(50),50%有机肥替代;M_(100)C_0,100%有机肥替代。试验结果显示,与M_0C_(100)相比,不同量有机态氮替代对冬小麦产量没有显著差异,产量均处在6 633.3~7 600 kg/hm~2之间。但是,有机态氮替代对夏玉米产量影响较显著,M_(100)C~0夏玉米产量最高,为7 416.7~9 575 kg/hm~2,M_0C_(100)最低,只有6 583.3~7 060 kg/hm~2,M_(20)C_(80)和M_(50)C_(50)夏玉米产量处在两者之间。同时,有机态氮替代提高了夏玉米的氮肥贡献率、偏生产力以及农学效率。在冬小麦-夏玉米轮作系统中,秋施基肥有机态氮替代提高了整个轮作系统的粮食产量,尤其对下茬作物夏玉米产量影响较大,因此,秋施基肥有机态氮替代在华北冬小麦-夏玉米轮作系统中是可行的。     

土壤高残留氮条件下施氮对夏玉米氮素平衡、利用及产量的影响

土壤残留氮是不容忽视的土壤氮素资源.通过田间小区试验研究了土壤高残留氮下不同施氮量(0、80、160、240和320 kg/hm2)对夏玉米土壤硝态氮积累、氮素平衡、氮素利用及产量的影响,分析了夏玉米的经济效益.结果表明,土壤剖面硝态氮积累量随施氮量的增加而增加,且施氮处理硝态氮积累量显著高于不施氮处理;各施氮处理土壤硝态氮在0-60 cm土层含量最高,在0--180 cm剖面呈先减少后增加的变化趋势.不施氮处理夏玉米收获后土壤无机氮残留量高达378 kg/hm2,随施氮量的增加,无机氮残留和氮表观损失显著增加.作物吸氮量、氮表观损失量与总氮输入量呈显著正相关,总氮输入量每增加l kg作物吸氮量增加0.156 kg,而表观损失量增加0.369 kg,是作物吸氮量的2.4倍.高残留氮土壤应严格控制氮肥用量,以免造成氮素资源的大量浪费.夏玉米籽粒吸氮量随施氮量的增加呈增加的趋势,氮收获指数呈降低的趋势.氮肥农学效率、氮肥生理利用率、氮肥利用率和氮素利用率在施氮量80 kg/hm2时最高,随施氮量的增加降低;增施氮肥能降低高残留氮土壤中氮肥的增产效果和利用率.综合考虑产量、氮素利用和环境效应,N 80 kg/hm2是氮素高残留土壤上玉米的合理施氮量.