猪粪沼液施用对稻麦轮作系统土壤氧化亚氮排放的影响

以典型的猪粪尿发酵沼液为对象,探讨了沼液施入量和管理方式对以中国东部稻麦轮作农田系统土壤N2O排放规律和排放量的影响。研究结果表明,与化学氮肥相比,沼液施用未影响稻麦轮作系统土壤N2O排放的季节变化规律,但影响其排放量的大小。稻季100%施用沼液的处理（N100%DPS）其累积排放量为0.71kg·hm-（22008年）和1.38kg·hm-（22009年）,显著高于100%施用化肥的处理（N100%Ure）a,即0.68kg·hm-2和1.06kg·hm-2。麦季N100%DPS处理N2O的累积排放量分别为6.56kg·hm-（22008年）和5.05kg·hm-2（2009年）,与N100%Urea处理（2008年：5.89kg·hm-2;2009年：3.93kg·hm-2）无显著差异,但均显著高于稻季各处理。随着沼液替代化学肥料用量的降低,稻田N2O排放量呈降低趋势,而沼液一次性施入和分次施入对稻田N2O排放的季节动态和累积排放量均无显著影响;但沼液不同的管理方式对麦季累积N2O排放量更为复杂。稻、麦两季N100%DPS处理中N2O排放系数（f）均最大,分别达到0.3%和1.6%,但沼液分次施入和一次性施入的处理间f值均无显著差异。     

猪粪沼液施用对土壤氨挥发及玉米产量和品质的影响

猪粪沼液含有大量的养分,如氮、磷、钾、氨基酸、腐植酸等,但如果不及时施用,也会带来水体富营养化问题。沼液替代化肥是目前最有效的利用方式。采用田间试验方法,在春、夏两季玉米上,研究了猪粪沼液不同用量与不同运筹对土壤氨挥发损失以及玉米产量、品质等的影响。结果表明,夏玉米基施猪粪沼液氨挥发量大于春玉米,沼液的氨挥发量明显大于化肥,且沼液施用量越大,氨挥发量越大;由氨挥发导致的氮素损失量占施肥量的0.17%~2.16%,平均为0.88%。在春玉米中,单独施用化肥以及化肥与沼液各50%配施处理的产量分别为901.55 kg.667m?2和892.71 kg.667m?2,显著高于其他处理;纯化肥处理可溶性糖为103.69 g.kg?1,显著低于其他处理;纯化肥处理皮渣率为9.87%,显著高于其他处理;其他品质指标各处理间无显著差异。在夏玉米中,总体产量不如春玉米,纯化肥处理产量为523.47 kg,显著高于其他处理,化肥与沼液各50%配施处理的产量仅次于纯化肥处理,为513.41 kg。纯化肥处理的玉米品质总体上高于纯沼液处理,但沼液和化肥各50%处理玉米品质与纯化肥处理无明显差异。可见,对玉米植物而言,以50%沼液替代化学肥料,在技术上可行,可以获得与化肥处理相同的玉米产量与品质。     

稻麦轮作下施用猪粪水对作物生长及农田土壤质量的影响

为解决猪粪水农田利用问题,确定其最佳施用量,降低可能带来的环境风险,在实验室条件下,基于自制土柱,研究了猪粪水不同比例替代化肥及猪粪水全量替代化肥下不同施用量对稻麦生产及农田土壤质量的影响,分析了稻麦株均穗数、叶绿素含量、穗和秸秆产量、穗和秸秆中氮磷含量、土壤渗滤液理化特性以及土壤氮磷、重金属含量的变化。结果表明：猪粪水50%和100%替代化肥氮均可不同程度地促进稻麦生长,提高稻麦植株产量,但处理间差异不显著;在猪粪水全量替代化肥氮条件下,当猪粪水用量为200%化肥氮时,稻、麦穗均获得最大产量;施用猪粪水提高了稻、麦穗和秸秆中氮磷含量,减缓了土壤有机质和全氮下降幅度,提高了土壤全磷含量,但过量施用猪粪水造成水稻烂根、死苗,小麦疯长,土壤渗滤液中氮磷浓度升高,污染地下水的风险增加,部分指标甚至超过《地下水质量标准（GB/T 14848-2017）》中Ⅳ类水标准;大量施用猪粪水还会造成铜、镉和铅等在土壤中积累,锌含量无明显增加。综上所述,在本研究条件下猪粪水替代化肥是可行的,建议猪粪水用量低于200%化肥时可在促进稻麦生长、培肥土壤和控制农田环境污染等方面具有较好的效果。     

猪粪施用对稻麦轮作体系土壤碳组分含量及动态变化的影响

通过在成都平原开展稻麦轮作大田试验,设置了不施肥(CK)、常规无机化肥(NPK)、猪粪25%+化肥(NKM1)、猪粪50%+化肥(NKM2)、猪粪100%(M3)、猪粪150%(M4)6种施肥处理,探讨猪粪施入对土壤碳组分含量及动态变化特征的影响。结果表明:不同生育期对土壤有机碳及其组分含量的变化影响极显著(P0.01);水稻季不同处理下表层土壤总有机碳(TOC)、水溶性有机碳(WSOC)、溶解性有机碳(DOC)和易氧化有机碳(ROC)含量均随着生育期的推移呈现出先升高再降低的趋势,20~40 cm土层土壤有机碳及其组分含量显著低于表层土壤,且不同处理之间变化幅度小于表层土壤;小麦季表层TOC含量随作物生育期的推移呈增加的趋势,土壤WSOC和DOC含量在拔节期达到最大值,ROC在分蘖期达到最大值,之后下降并趋于稳定;20~40 cm土层土壤WSOC、DOC和ROC变化趋势与表层土壤基本一致,但变化幅度较小;通过对比分析表明,猪粪施入能显著提高土壤TOC及其活性有机碳含量,水稻季和小麦季TOC、WSOC、DOC和ROC含量均在M4处理下达到最大值,最大值分别为18.49和18.62 g kg-1、88.15和93.56 mg kg-1、40.09和69.74 mg kg-1、2.73和2.29 g kg-1,即从提高土壤有机碳的角度来看,150%猪粪施入处理提升效果最为明显。     

猪粪沼液施用对麦稻轮作土壤碳库特性的影响

以典型稻麦两熟制农田为研究对象,分析猪粪、沼液替代化肥对土壤不同层次总有机质、活性有机质的影响,并计算各处理的碳库活度、活度指数和碳库管理指数。结果表明,以常规施肥为参照,100%猪粪和50%猪粪替代化肥处理均显著增加了0-20cm土壤总有机质、活性有机质含量,分别提高了54.58%,57.83%和21.82%,22.08%(p<0.05),进而显著提高了土壤碳库管理指数,分别提高了60.31%和22.70%(p<0.05)。100%沼液和50%沼液替代化肥处理也提高了0-20cm土壤碳库管理指数,分别提高了22.56%和3.07%,主要是由于沼液替代化肥措施改善了土壤有机质活度,其活度指数较常规施肥分别提高了16.57%和8.00%。可见,采用猪粪、沼液替代化肥措施均不同程度地提高了土壤碳库管理指数,对改善稻麦两熟制农田土壤有机质质量有重要作用。     

施用沼液对水芹产量及品质的影响

为明确沼液在水生蔬菜上的施用效果,通过设置0、25%、50%和75%不同比例沼液氮素替代化肥氮素田间试验,研究沼液与化肥配施对水芹产量及品质的影响,进而为沼液的资源化利用提供理论依据和技术支撑。结果表明,沼液氮替代化肥氮比例分别为25%、50%和75%时,水芹产量分别比单施化肥处理提高6.1%、66.7%和44.4%,其中沼液替代比例为50%处理的产量最高,达82 541 kg/hm2。与单施化肥相比,沼液替代化肥各处理水芹茎和叶中总叶绿素、类胡萝卜素、Vc、蛋白质和纤维素含量均无显著变化,但可溶性糖均低于单施化肥处理。与单施化肥处理相比,沼液替代化肥各处理水芹茎部的硝酸盐含量,分别降低了6.3%、31.9%和18.6%。沼液替代化肥施用于水芹,可有效促进水芹生长,提高水芹产量,并能适当改善水芹品质,降低硝酸盐含量;沼液替代化肥的比例以50%左右为宜。     

追施猪粪沼液对菜地氨挥发的影响

氨挥发是肥料氮素损失的主要途径之一。以厌氧发酵后的猪粪沼液为研究对象,通过蔬菜大棚小区试验,分析其作为追肥表施于冬季菜地(水芹(Oenanthe clecumbens L.)和扬花萝卜(Raphanus sativusL.Var.Radiculus pers.);追施氮量分别为72 kg hm-2和54 kg hm-2)及夏季菜地(小白菜(Brassica chinensisL.)和大叶茼蒿(Chrysanthemum carinatum Schousb.);追施氮量分别为42 kg hm-2和63 kg hm-2)后的氨排放特征及其影响因子。研究结果表明:(1)施用猪粪沼液后菜地氨挥发激增,沼液中氮素以氨挥发形态损失较快,通常发生在施入后48 h内;(2)冬季芹菜地和萝卜地施用沼液后的累积氨排放量分别为8.68 kg hm-2和9.90 kg hm-2,显著高于化肥处理(4.06 kg hm-2和5.59 kg hm-2);而夏季白菜地和茼蒿地则分别为10.40kg hm-2和11.61 kg hm-2,与化肥处理间差异不显著(9.81 kg hm-2和10.09 kg hm-2);(3)冬季菜地施用沼液后氨挥发损失率分别达到11.7%和17.7%,显著低于夏季菜地(23.3%和26.8%);(4)0～10 cm土层土壤温度、水分含量、可溶性有机碳含量、氮素水平及形态、微生物生物量及活性,均与菜地氨挥发有较高的关联度。沼液作为追肥施入农田后会因其自身氨挥发和激发效应而使氨排放增加,在施用过程中应特别注意温度的影响,同时应选择合适的施用方式。     

猪粪替代氮肥对稻麦轮作条件下土壤有机氮组分的影响

合理的有机肥投入水平对于保障土壤肥力和粮食生产有重要的意义。因此,本试验以猪粪作为试验材料,采用田间小区定位试验,通过设置对照(T0)、不施氮(T1)、100%化肥氮(T2)、25%猪粪氮+75%化肥氮(T3)、50%猪粪氮+50%化肥氮(T4)、100%猪粪氮(T5)6个不同施肥处理,探讨稻麦轮作体系下不同猪粪氮替代氮肥对土壤有机氮组分的影响。结果表明:猪粪替代氮肥可以提高稻麦轮作体系下土壤酸解性总氮、非酸解性总氮和酸解性氮各个组分的含量,在水稻季,T4处理的土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量相较T0处理提高了17%、8%、133%;在小麦季,T3处理的土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量相较T0处理分别增加了11%、8%、127%;各个猪粪替代氮水平对稻麦两季的土壤氨态氮和氨基糖态氮含量的影响均不显著。总体而言,水稻季50%猪粪替代氮肥和小麦季25%猪粪替代氮肥可以提高稻麦轮作条件下土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量,进而增加土壤供氮潜力。     

猪粪与牛粪有机肥对水稻产量、养分吸收利用和 土壤肥力的影响

采用连续5年田间定位试验,研究了等量单独施用猪粪或牛粪有机肥以及有机肥与化学肥料配施对水稻产量、氮磷钾养分吸收累积及利用效率、土壤养分含量及其与产量等关系的影响。结果表明:猪粪有机肥施用(7.5t/hm~2+常量化肥、15 t/hm~2+1/2常量化肥和30 t/hm~2+无化肥)时水稻产量、干物质累积、氮磷累积及生理利用效率与常量化肥处理相比无显著差异;牛粪有机肥与化肥减量配施和单独施用时,尽管氮、磷和钾生理利用效率有所提高,但水稻产量、地上部氮、磷和钾累积量均有不同程度下降,且以单独施用时尤为明显。等量猪粪有机肥对土壤全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量以及pH的提升程度大于牛粪有机肥,有机质含量无明显差异;与猪粪有机肥相比,牛粪有机肥施用时土壤养分各指标与水稻产量、干物质累积量、氮磷钾累积量以及利用效率间的相关性更为明显,其中与产量、干物质累积量和氮磷钾累积量极显著负相关,与氮磷钾生理利用效率显著正相关。因此,等量猪粪有机肥和牛粪有机肥的肥效存在较大差异,在实际生产中应根据不同源有机肥特性进行调节施用。     

施肥模式对菜-稻轮作周年氮素吸收及产量的影响

为探明不同施肥模式对菜-稻轮作体系周年氮素吸收及其产量的影响,以长期定位试验中菜-菜-稻轮作和菜-菜-菜轮作各季作物为研究对象进行田间试验。2种轮作体系分别采用推荐施肥和习惯施肥2种施肥模式,于2020—2022年对各季作物氮含量和产量进行测定,研究不同施肥模式和轮作下各季作物周年氮素吸收积累量、氮肥偏生产力及其对产量效益的影响。结果表明,2个轮作周年内菜-菜-稻轮作方式下推荐施肥模式第二季作物(芥菜)和第三季作物(水稻)氮素年均吸收积累量为415.71 kg/hm²,显著高于习惯施肥模式(381.43 kg/hm²)。第一和第二轮作周年,不同轮作施肥方式下四季豆作物的氮素收获指数为0.61~0.65,各处理之间无显著差异;推荐施肥处理水稻作物氮素收获指数分别为0.72和0.73,显著高于习惯施肥处理(0.62和0.62)。通过各季作物氮素吸收量与产量的相关分析表明推荐施肥处理能够提高作物氮素吸收利用率。菜-菜-稻轮作结合推荐施肥处理的年均产投比(1.79)高于习惯施肥处理(1.47),菜-菜-菜轮作结合推荐施肥处理的年均产投比(1.56)高于习惯施肥处理(1.36)。因此,推荐施肥处理作物的周年氮素吸收积累量和产量均高于习惯施肥,该施肥模式有利于菜-菜-稻轮作方式实现作物高产和氮肥高效利用,可获得较好的经济效益。     

规模化养猪场处理废水对水稻产量形成和稻米品质的影响

利用田间小区试验,以镇稻99和养猪场无害化处理的粪水为供试材料,研究了养猪场处理粪水替代化学氮肥模式对水稻产量及构成因子和稻米主要品质性状的影响。结果表明：各生育期干物质积累与产量间呈二次曲线关系且极显著正相关;养猪场粪水替代常规施氮量的40%、70%和100%均可实现常规施肥的产量,其中施用189m.3hm-2粪水替代常规施氮量70%氮化肥处理的产量最高（615.20kg.666.7m-2）,较空白对照和常规化肥处理分别提高28.38%～49.13%和3.1%～6.6%。在籽粒品质方面,与常规施氮处理相比,施用猪粪水替代氮化肥可以提高稻米籽粒的糙米率、精米率、整精米率和蛋白质含量,同时直链淀粉含量下降。其中,糙米率和整精米率均以40%H处理最高,与常规施肥相比均提高了5.9%;籽粒蛋白质含量在替代比例为40%和70%时,随着粪水施用量的减少而降低,在100%替代氮肥时,中量粪水处理的蛋白质含量最高;籽粒直链淀粉含量在各替代比例下均表现出随着粪水施用量的减少而增加。在本试验条件下,综合考虑产量、经济效益和环境效益的适宜猪粪水替代氮化肥施用模式为70%M处理。     

施氮对水稻产量、氮素利用及土壤无机氮积累的影响

通过田间试验研究了不同施氮量(0、60、120、180和240 kg hm~(-2))对水稻氮肥利用、产量、土壤氮素供应及氮素平衡的影响,结果表明,水稻产量随施氮量的增加呈先增后降的趋势,当施氮量超过180 kg hm~(-2)后产量下降,根据水稻产量(y)和施氮量(x)拟合,得出最佳施氮量为204 kg hm~(-2)。施用氮肥可显著增加水稻氮吸收总量,并随施氮量的增加显著增加,当施氮量超过180 kg hm~(-2)后,氮吸收总量不再显著增加。氮肥当季回收率、农学利用率、偏生产力和生理利用率均随施氮量的增加而下降,分别由44.0%、25.5 kg kg~(-1)、145.6 kg kg~(-1)和58.1 kg kg~(-1)下降至31.1%、13.6 kg kg~(-1)、43.6 kg kg~(-1)和43.7 kg kg~(-1)。氮收获指数表现为随施氮量的增加先增后降,以施氮量180 kg hm~(-2)处理最高,为68.7%。土壤无机氮(Nmin)含量在水稻整个生育期呈现先快速下降后缓慢升高的趋势,施氮处理各层土壤Nmin积累量与不施氮处理差异均达显著水平(P0.05),且基本随着施氮量的增加而增加。水稻成熟期土壤残留Nmin量和表观损失均随施氮量的增加而增加。氮盈余主要以土壤Nmin残留量为主,表观损失在氮盈余比例较小,但随着施氮量的增加显著增加。水稻氮吸收量、土壤无机氮残留量和氮素表观损失量与施氮量呈显著的正向相关性。在本试验条件下,综合水稻产量、氮肥利用效率和土壤无机氮积累等方面的因素,在吉林省水稻主产区,适宜施氮量应控制在180~204 kg hm~(-2)范围内。     

不同密度和氮肥用量对水稻产量、构成因子及氮肥利用率的影响

针对水稻生产中氮肥用量过高、劳动力成本上涨及移栽密度越来越低的现状,设置氮肥、密度互作试验,研究施氮量和移栽密度及其互作效应对水稻产量和氮肥利用率的影响,以期为水稻节氮、省工合理栽培及高效施肥提供理论依据。结果表明,氮肥用量和密度均可显著影响水稻产量,互作效应显著。施氮(N82.5、N165.0、N247.5)后平均分别增产30.6%、47.8%、44.6%;密度为21万蔸/hm2时,籽粒产量最高。有效穗数随施氮量和移栽密度的增加而增加,提高密度后实粒数、结实率和千粒重则出现降低。氮肥利用率随施氮量增加而下降,随密度增加先上升后下降。在资源短缺、环境污染及生产成本上涨的形势下,低氮水平时应适当增加密度,提高移栽密度时则应控制氮肥用量。在本试验条件中,移栽密度为22.1万蔸/hm2的基础上施氮194.9 kg/hm2是实现水稻高产高效、节氮、省工栽培的合理组合。     

太湖地区稻麦轮作系统下施氮量对作物产量及氮肥利用率影响的研究

太湖地区过量施肥现象相当普遍, 导致 N 肥利用率低和 N 肥损失严重.为此,2004-2006年在中国科学院常熟农业生态实验站进行了连续稻麦轮作试验,研究不同施 N 量对该地区水稻和小麦产量及 N肥利用率的影响,以寻找较为适当的 N 肥施用量,该施 N 量即能使作物不减产,又要保持较高的 N 肥利用率.试验结果表明施 N 量超过150 kg/hm2 后,作物产量增加较少.当施N量从100 kg/hm2 增加到350 kg/hm2,连续3 年的水稻平均N肥吸收利用率(REN)为46.1% ～ 32.4%,两年小麦试验结果显示小麦的平均REN为 36.0% ～ 27.8%.相应的水稻和小麦的农学利用率(AEN)是15.0 ～ 5.56 kg/kg 和 17.1 ～ 6.91 kg/kg.研究还表明太湖地区水稻经济适宜施N量为209 kg/hm2,小麦是219 kg/hm2,在当地作物品种、气候条件和管理方式下,作物产量可分别达到8.2 t/hm2和4.7 t/hm2的高产,水稻的REN、N肥生理利用率(PEN)、AEN、N肥偏生产力(PFPN) 可保持为37.6%、29.5 kg/kg、11.0 kg/kg 和44.5 kg/kg;小麦则是31.4%、38.4 kg/kg、12.0 kg/kg和23.7 kg/kg.显然,适宜的施N量不仅没使作物减产,而且保证了作物最大的经济效益,并保持了较高的N肥利用率.     

不同氮肥施用对双季稻产量及氮肥利用率的影响

通过田间小区试验,研究了不同氮肥处理对双季稻产量及氮肥利用率影响。结果表明:增施氮肥处理比不施氮肥处理双季稻的有效穗数、每穗粒数均显著提高,早稻产量增产77.0%~127.1%,晚稻增加62.9%~108.0%;早稻中等量控释氮肥处理较普通尿素处理水稻单位有效穗数、每穗粒数、农学利用率均增加,同时增产5.0%,氮肥利用率提高18.0个百分点;减量控释氮肥处理与普通尿素处理比有效穗数、每穗粒数、产量、氮肥农学利用率有所下降但氮肥利用率提高18.6~20.2个百分点,晚稻中各控释氮肥处理较普通尿素处理每穗粒数增加、产量增产,增产率为9.7%~27.7%,氮肥利用率提高28~31.1个百分点,且农学利用率显著提高;不同用量控释氮肥处理间早稻有效穗数、产量随氮肥用量增加而增加,晚稻中当施氮水平≤162 kg/hm2(按纯氮算)时,水稻单位有效穗、每穗粒数、结实率、产量随氮肥增加而增加;当施氮水平162 kg/hm2(按纯氮算)时,随施氮量增加而减少。     

氮硫互作对冬小麦旗叶衰老、产量和氮素利用效率的影响

试验采用裂裂区设计,小麦品种(烟农19和汶农6号)为主区,施氮(N)量为裂区,设0(N0)、120(N120)、240(N240)kg hm-2三个施N水平,施硫(S)量为裂裂区,设0(S0)、20(S20)、40(S40)、60(S60)kg hm-2四个施S水平。结果表明,汶农6号开花后旗叶超氧化物歧化酶(SOD)活性、旗叶净光合速率、产量和氮素利用效率均高于烟农19。在一定施氮水平下适量施硫显著提高烟农19和汶农6号小麦开花后旗叶SOD活性和可溶性蛋白质含量,提高旗叶净光合速率和开花后干物质积累量,增加植株地上部氮素积累量和籽粒产量;当施氮水平为120 kg hm-2施硫量超过40 kg hm-2和施氮240 kg hm-2施硫量超过20 kg hm-2时,汶农6号植株地上部氮素积累量仍继续增加,但旗叶抗氧化能力和光合同化能力均无明显提高,籽粒产量不再增加,烟农19号旗叶SOD活性、可溶性蛋白质含量和光合速率均降低,植株地上部氮素积累量和籽粒产量均减少。在同一施氮水平下,两小麦品种氮素利用效率总体表现为随施硫量增加而降低的趋势。在土壤有效硫为38.9~42.1 mg kg-1的条件下,适量施用氮肥和硫肥有利于延缓小麦花后旗叶衰老,提高光合同化能力,增加籽粒产量,但不同品种小麦对氮肥和硫肥施用量的响应不同,氮素利用效率较高的品种在较高的氮硫供给水平下仍有较好的光合同化和产量表现,而氮素利用效率相对低的品种对高氮高硫的适应性较差,后期易早衰,影响产量和氮素利用效率。     

不同水肥管理对水稻分蘖期根系特征和氮磷钾养分累积的影响

为探讨节水灌溉与氮肥施用对水稻分蘖期根系特征和氮磷钾累积的影响,该试验采用防雨棚池栽试验,研究2个灌溉模式(常规灌溉与控制灌溉)与3个施氮量(90、180和270 kg hm-2)对水稻分蘖期根系活力、最长根长、根直径、根体积、水稻根、茎、叶的含氮、磷、钾量及累积量的影响。研究结果表明,随着施氮水平增加,水稻根茎叶及整株的氮含量、茎及整株的氮累积量、茎的钾含量增加,水稻根系活力、最长根长、根直径、根体积、整株生物干质量、根叶的氮累积量、根叶及整株的磷含量、根叶茎及整株的磷累积量、根叶的钾含量、根茎叶及整株的钾累积量呈先增加后降低趋势;与常规灌溉模式相比,水稻根系活力、根直径、根体积、叶氮累积量、根及整株的磷含量增加。在该试验条件下,以控制灌溉模式下施氮量180 kg hm-2利于水稻分蘖期根系生长和养分吸收利用,水稻根系活力、根体积、整株生物干质量、整株的氮含量、整株氮累积量分别达到0.94%、21.27 cm3、22.68 g plant-1、72.40 mg g-1、1.74 g plant-1。该研究为认识水氮调控下水稻分蘖期根系特征与氮、磷、钾吸收利用,指导水稻节水节肥栽培实践提供支撑。