川中丘陵区紫色土冬小麦/夏玉米轮作氨挥发研究

大气中过量的氨会造成诸多环境问题并危害人类健康。我国农田氮肥施用后的氨挥发是一个重要的氨排放源。紫色土的土壤性质以及该区的气候条件导致其氨挥发潜力较大。与其他集约化农作区相比,该区农田氨挥发研究相对较少。本文探讨了川中丘陵区紫色土冬小麦/夏玉米轮作体系氨挥发情况,为开展陆地生态系统大气碳氮气体交换研究提供基础数据,同时也为氨排放清单的编制及农田氨减排措施研究提供依据。选取川中紫色土丘陵区典型的坡耕地作为研究对象,采用风洞法研究了紫色土冬小麦/夏玉米轮作体系的氨挥发动态过程。每次试验设置1个施肥处理,3次重复。风速、风向、大气温湿度、土壤温湿度等气象数据由试验田微型气象站获取。每隔2~3 d采集土壤样品用以测定土壤NH4+-N含量。两年的田间试验结果表明,受氮肥深施及低温的影响,冬小麦季氨挥发损失率明显低于夏玉米季;2013年和2014年冬小麦季氨挥发损失率分别为7.4%和8.8%;2013年夏玉米季三叶期氮肥撒施的氨挥发速率为34.1%;2014年夏玉米季三叶期氮肥条施覆土降低了氨挥发损失,损失率为21.4%;2014年夏玉米季十叶期出现极端干旱的气候条件,撒施氮肥后立即灌水使氨挥发损失率高达46.6%,这是由于干旱条件下施肥灌水提供了利于氨挥发的土壤水分条件。因此在极端干旱的气候条件下,应避免采用此施肥方式。综合分析两年的数据可得:紫色土冬小麦季氨挥发损失占施氮量的(8.1±1.0)%,夏玉米氨挥发损失占施氮量的(32.8±1.8)%。     

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 %。     

冬小麦-夏玉米轮作体系灌溉制度多目标优化模型

该文针对望都灌溉试验站全年作物种植模式,分别建立冬小麦及夏玉米水分生产函数模型,运用粒子群优化算法(PSO)求解模型中的敏感指数,并以该模型为基础建立冬小麦-夏玉米全周期灌溉制度多目标优化模型,利用改进分组非支配排序遗传算法(GNSGA-Ⅱ)对模型进行求解,得出全年不同可用灌溉水量情况下的灌水日期与灌水量。结果显示,随着可用总灌水量的增加,冬小麦和夏玉米的灌水量与产量均随之增加,但由于受到两种作物不同敏感指数的影响使得二者增加的趋势有所不同。当全年总灌水量为472mm时两种作物均接近充分灌溉,若继续增加灌溉水量,则灌水的边际效益逐渐减小。依据优化结果可在全年合理分配利用有限的水资源以获得较高的作物总产值。     

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。     

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％.     

夏玉米-冬小麦轮作期土壤呼吸的温度敏感性分析

研究土壤呼吸和温度敏感性(Q₁₀)的季节变化对丰富农田土壤的碳循环理论具有重要理论和现实意义。采用动态密闭气室法于2018年6月-2019年6月连续监测北京夏玉米-冬小麦轮作期间农田土壤呼吸速率,研究不同作物生育期Q₁₀值和土壤呼吸变化特征,综合分析土壤温度和土壤含水率对土壤呼吸的影响。结果表明:日内尺度上不同作物生育期土壤呼吸变化均呈单峰型,对土壤温度昼夜变化的响应关系呈顺时针近椭圆曲线;Q₁₀具有明显的季节变化特征,夏玉米苗期、拔节-抽雄、开花-成熟3个时期Q₁₀分别为2.27、6.13、1.28,在整个夏玉米季,土壤体积含水率在19.52%～45.43%变化,水分解释了50%的土壤呼吸变化(P<0.05),临界值土壤体积含水率为27.84%(田间持水量的83.83%),土壤温度只能解释夏玉米季土壤呼吸速率变化的3%(P>0.05),Q₁₀为1.29。冬小麦出苗-分蘖期、越冬期、返青-拔节期、孕穗-抽穗期、开花-成熟期Q₁₀分别为4.17、...     

黄土高原旱地冬小麦/夏玉米轮作体系土壤的氮素平衡

在黄土高原南部旱地,通过田间小区试验研究了传统施肥方式下冬小麦/夏玉米轮作体系中土壤的氮素平衡。结果表明:土壤残留矿质态氮(Nmin)对作物产量和施用氮肥效果有重要影响,前季作物残留土壤Nmin可以促进后季作物生长,使氮肥增产效应不明显;冬小麦生长季节施氮240.kg/hm2可以增加产量和作物吸氮量,但其氮肥利用率只有39.7%,大部分以Nmin残留于0200cm土壤中或以其他途径损失;由于冬小麦季节残留肥料氮的后效,使夏玉米生长季节的氮肥利用率很低,施氮120和240.kg/hm2的氮肥利用率分别只有22.4%和3.9%,而在0200cm土层残留率则达到51.1%和87.2%;经过冬小麦、夏玉米一个轮作周期后,施氮量为240、360和480.kg/hm2时作物的氮肥利用率平均为52.2%4、2.2%和28.0%,而相应的土壤残留率平均为12.4%、25.3%和49.8%,表观损失率平均为35.4%、32.5%和22.2%。表明在土壤残留Nmin较高的条件下,夏玉米生长季节施氮量较低时盈余氮素以表观损失为主,施氮量高时大部分氮素残留于土壤剖面。     

华北平原氮肥周年深施对冬小麦-夏玉米轮作体系土壤氨挥发的影响

氮肥深施能有效减少土壤氨挥发,然而目前国内外关于小麦-玉米轮作体系氮肥深施缺乏周年系统性研究。本试验于2018年10月—2019年10月在中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作农田进行,利用动态箱法研究不同深施模式氨挥发损失率、氨挥发特征,旨在探讨冬小麦-夏玉米轮作体系下土壤氨排放对氮肥深施的响应,为减少农业源氨排放和优化农田施肥提供理论依据。试验设置5个处理：不施肥（CK）、常规肥料表施（T₁）、缓释肥表施（T₂）、缓释肥基追肥分层深施（T₃）、缓释肥一次性分层深施（T₄）。结果表明：氨挥发主要发生在玉米追肥季,占全年氨挥发量的84.84%;T₁、T₂、T₃和T₄处理的周年氨挥发累积量分别为22.75 kg·hm^-2、6.17 kg·hm^-2、2.25 kg·hm^-2和0.55 kg·hm^-2,分别占总施肥量的4.86%、1.32%、0.48%和0.13%。与常规肥料表施（T₁）相比,缓释肥处理（T₂、T₃和T₄）分别降低72.88%、90.11%和97.32%的氨挥发损失;一次性深施处理（T₄）能避开土壤氨高挥发期,周年氨挥发累积量与不施肥处理（0.43 kg·hm^-2）没有显著差异,且显著低于表施处理。CK、T₁、T₂、T₃和T₄全年产量分别为8.31 t·hm^-2、13.20 t·hm^-2、12.66 t·hm^-2、14.42 t·hm^-2和14.22 t·hm^-2;与常规肥料表施（T₁）相比,缓释肥深施（T₃和T₄）均可提高作物产量,分别增产9.25%和7.75%。而缓释肥表施（T₂）产量略有降低。综合考虑土壤氨排放和作物产量,缓释肥表施（T₂）可以显著降低土壤氨挥发,但是作物产量不稳定;而氮肥深施（T₃、T₄）能在保证作物高产的基础上显著降低土壤氨排放,是一种高效、简便、环境友好的施肥方式。     

冬小麦?夏玉米体系磷效率对塿土磷素肥力的响应

【目的】 研究塿土区冬小麦?夏玉米轮作体系磷肥利用效率 (PUE) 和土壤肥力 (磷素) 的关系,可以界定土壤磷素的最佳管理范围及合理施磷量,为实现作物高产和减少磷素损失提供理论依据。 【方法】 采取塿土长期定位试验5个不同磷素水平的土壤,有效磷含量依次为3.90 (F1)、15.00 (F2)、23.60 (F3)、35.70 (F4) 和50.00 (F5) mg/kg进行盆栽试验,供试作物为小麦‘小偃22’和玉米‘郑单958’。每个磷素水平土壤上设置5个施磷量 (P₂O₅ 0、30、60、90、120 kg/hm2)。作物成熟后,收获地上部所有植株,晒干、脱粒后测定地上部生物量、籽粒产量,籽粒和秸秆样品粉碎后测定其含磷量。作物收获后均匀采集盆内土样约50 g/盆,风干并混匀后分别过1 mm和0.15 mm筛,测定土壤速效磷和全磷含量。计算冬小麦?夏玉米种植体系磷肥利用效率与土壤磷素水平的关系。 【结果】 F1土壤增施磷肥可显著提高小麦和玉米的籽粒产量,与P0相比,所有施磷处理小麦增产52.2%～119.7%、玉米增产94.7%～212.7%;F2、F3、F4和F5土壤磷肥增产效果不显著。经过两季作物种植,与P0相比,F2土壤施磷60 kg/hm2、120 kg/hm2和F5土壤施磷120 kg/hm2显著提高了全磷含量,其他磷水平土壤全磷含量无显著变化;F1、F2、F3、F4和F5土壤施磷处理的土壤速效磷含量分别增加了?4.08%～434.69%、26.49%～112.77%、6.74%～48.24%、4.07%～43.65%和?4.84%～28.29%。冬小麦磷肥利用效率 (PUE) 与土壤Olsen-P之间呈显著的正相关关系 (P < 0.05),P30、P60、P90和P120线性关系决定系数分别达到0.996、0.899、0.760和0.820。夏玉米PUE在P30下随土壤磷素水平的提高呈二次抛物线形式增加,据此可得出在Olsen-P为12.32 mg/kg时PUE达到100%,当土壤速效磷为33.63 mg/kg时PUE达到最大值155.24%;在P60、P90和P120时,PUE随土壤Olsen-P含量上升而直线增加,Olsen-P分别达到12.22 mg/kg、16.64 mg/kg和14.39 mg/kg后维持在一个水平。整个冬小麦?夏玉米体系PUE随土壤速效磷的变化趋势和夏玉米类似,冬小麦 (P30) 和夏玉米 (P30) 总施磷量为P ₂O₅ 60 kg/hm2时,可算出土壤速效磷为17.97 mg/kg时PUE达到100%;当速效磷达到40.11 mg/kg时,PUE达到最大值131.51%。在同一磷素水平土壤上,随施磷量增加,小麦和玉米PUE均显著降低,尤其是施磷量高于60 kg/hm2后。 【结论】 关中塿土区冬小麦?夏玉米体系,小麦季土壤速效磷应大致控制在17～40 mg/kg范围内,玉米季土壤速效磷控制在13～34 mg/kg范围内进行管理;整个冬小麦?夏玉米体系将土壤速效磷大概控制在17～40 mg/kg范围内,总推荐施磷量为P₂O₅ 60～120 kg/hm2为宜。      

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、夏玉米水分胁迫监测系统

根据冬小麦、夏玉米田间试验结果分析了作物水分胁迫判别指标叶水势、冠层温度-气温差变化规律,在充分考虑判别指标随作物发育期变化的特征基础上,提出了叶水势、冠层温度-气温差反映土壤相对含水量的指标,并建立了作物水分胁迫监测系统,对指导生产实践具有一定作用。     

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%。     

化肥减施及节水对潮土冬小麦夏玉米轮作农田氮和磷流失的影响

农田氮和磷的流失威胁水环境质量及人体健康,化肥减施和节水是减少氮和磷流失的有效手段。在河南省北部农区,采用2014年建设的田间渗漏池和径流池,综合研究了2018年不同施肥及节水对小麦玉米轮作农田氮、磷流失及作物产量的影响。设置常规施肥(CON)、优化减肥(JF)和优化减肥加节水(JFJS)3个处理,不同处理总氮淋失量为42.0～81.9 kg·hm^-2,硝态氮淋失量为21.5～72.4 kg·hm^-2,总磷淋失量为0.05～0.06 kg·hm^-2。硝态氮淋溶量占总氮淋溶的比率为51.1%～88.4%。总氮淋失系数为7.9%～10.4%;总磷淋失系数为0.02%～0.04%。JF比CON处理降低硝态氮淋失63.8%,JFJS比JF处理可进一步降低17.9%硝态氮淋失,不同处理磷的淋溶损失没有显著性差异。玉米季是氮素淋失的关键时期,占整个小麦玉米轮作周期的91.8%～94.6%。一个小麦玉米轮作周期总氮径流损失量为0.14～0.20 kg·hm^-2,总磷径流损失量为0.02～0.03 kg·hm     

RZWQM模拟小麦 玉米轮作系统氮素运移及损失特征

本文以位于华北平原的河北省农林科学院大河试验站冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,应用RZWQM(Root Zone Water Quality Model)模型对华北地区2010年冬小麦-夏玉米的1个轮作周期内土壤剖面水分和剖面硝态氮累积、作物产量、硝态氮淋失以及氨挥发进行模型模拟。本文利用并通过RZWQM模型在不同梯度施肥情况下讨论了施肥量对小麦-玉米轮作体系中硝态氮淋溶和氨挥发特性,并尝试通过拟合出的回归曲线来确定施氮量和硝态氮淋失和氨挥发之间的关系。设置冬小麦-夏玉米轮作周期施纯氮量分别为575 kg-hm-2(N3)、400 kg-hm-2(N2)、215 kg-hm-2(N1)和0 kg-hm-2(N0)4个处理,应用轮作周期中玉米数据进行模型参数率定,应用小麦进行模型参数的验证。结果表明:模型的玉米率定以及小麦验证的过程中结果偏差均在可接受范围内,剖面水分率定均方误差(RMSE)最高为0.019 cm3-cm-3,平均相对误差(MRE)最高为15.98%;剖面硝态氮累积验证结果 RMSE平均值为4.580 mg-kg-1,MRE平均值为52.63%。在模型验证的小麦-玉米季土壤基础上,硝态氮淋溶和氮挥发都与施氮量呈一定线性相关关系。综上结论,本试验结果能较好地模拟华北地区土壤剖面水分、硝态氮积累,以及施氮量对土壤硝态氮淋失和氨挥发的影响,为预测和估算土壤适宜施氮量提供了便捷可靠的方法。但RZWQM模型验证参数过程还需要进一步的校正与完善。     

冬小麦-夏玉米轮作产量与氮素利用最佳水氮配置

【目的】华北太行山前平原高产限水区冬小麦-夏玉米轮作体系中灌水施肥不合理的现象普遍存在,水资源浪费和农业面源污染严重。长期定位研究水氮配置对小麦玉米产量和氮素利用影响,可为该区优化水氮管理模式,充分发挥水氮协同增效作用提供依据。【方法】2006~2014年进行大田试验,采取裂区设计,灌水量为主区,施氮量为副区。小麦季灌水设春灌一次水(W1, 拔节水)和两次水(W2, 拔节水+开花水)两个处理; 玉米季在小麦灌一次水基础上设限水处理(WL),在两次水基础上设适水处理(WS),限水和适水的灌水次数根据降水年型而定。两种灌水条件均设置6个施氮水平,分别为0(N0)、 60(N60)、 120(N120)、 180(N180)、 240(N240)、 300(N300)kg/hm2。连续8年定位测定了小麦玉米产量、 植株吸氮量。【结果】小麦玉米产量和植株吸氮量年际间差异均较大,相对而言,W2(WS)产量和吸氮量的年际波动较小,一定程度上降低了不同年型气象因素的影响,达到稳产的效果。两种水分条件下N0 和N60处理的作物产量和吸氮量除个别年份外都显著低于其余施氮处理。本研究的产量水平下(冬小麦7000~9500 kg/hm2,夏玉米8500~11000 kg/hm2)小麦玉米产量与其吸氮量呈显著线性正相关。小麦玉米8年平均产量和吸氮量在一定施氮范围内均随施氮量的增加而显著增加,但施氮达到120 kg/hm2后产量不再显著增加,达到180 kg/hm2后吸氮量不再显著增加,同一施氮水平的作物产量和吸氮量都表现W2(WS)高于W1(WL)。两种水分条件下小麦玉米的氮肥偏生产力、 氮肥农学效率和氮素生产效率都随施氮量的增大而显著减小,但对同一施氮水平W2(WS)高于W1(WL)。冬小麦-夏玉米整个轮作体系氮肥累计表观利用率(一段时期内作物对肥料氮的累计吸收量与该时期施氮总量的比值)同样随施氮量的增加显著减小,一次水+限水条件下从N60+60的51.8%下降到N300+300的22.3%,两次水+适水从N60+60的57.4%下降到N300+300的24.6%。同一施氮水平的氮肥累计表观利用率两次水+适水都高于一次水+限水。【结论】冬小麦春灌两次水、 施用N 120 kg/hm2,夏玉米适水灌溉、 施N 120 kg/hm2的产量和吸氮量都达到最高水平,氮肥偏生产力、 农学效率、 累计表观利用率以及氮素生产效率也比较高,因此在一定时期内可作为当地小麦-玉米轮作体系适宜的水氮配置,周年产量可维持在16~19 t/hm2。     

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。     

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。