优化施肥条件下华北冬小麦/夏玉米轮作体系的土壤氨挥发

采用密闭室间歇通气法研究优化施肥条件下华北冬小麦/夏玉米体系的土壤氨挥发损失。结果表明,肥料氮素氨挥发损失主要发生在施肥后的14 d 内, 冬小麦和夏玉米两个生长季氨挥发损失总量及其损失率均表现出随施氮量的降低而降低,玉米季氨挥发损失高于小麦季。习惯施肥小麦季和玉米季氨挥发总量是氮肥减量后移的2.28和2.03倍,而氮肥减量后移处理的小麦和玉米产量显著高于习惯施肥。氮肥后移可节省氮肥30%,是降低氨挥发损失的理想施肥方式。     

夏玉米农田N2O排放影响因素的模拟分析

【目的】全球46%~52%的N2O来自农田土壤,农田土壤N2O排放的研究具有重要的环境和经济意义。量化各影响因素对夏玉米农田N2O排放的影响,可为合理减少施肥产生的N2O排放提供依据。【方法】于2012和2013年连续两年进行了夏玉米裂区田间试验。试验主区为作物处理,副区为氮肥处理(0、 150、 300、 450 kg/hm2)。采用暗箱静态法-气相色谱法测定了不同处理N2O的排放通量,比较了不同温度和降雨量条件下不同处理的N2O排放量,计算了气温、 降雨量、 氮肥管理和夏玉米吸收对夏玉米农田N2O排放的影响。【结果】温度及降雨量的变化明显影响N2O的排放。2012年和2013年气温和降雨量对夏玉米生长期间N2O总排放量的影响分别为-0.24和-0.07。随着施氮量的增加,施氮对N2O排放的影响率呈线性增加(R2 = 0.923),施氮量0、 150、 300和450 kg/hm2,对玉米田N2O排放的影响分别为0、 0.38、 1.63、 3.54。夏玉米生长吸收对N2O排放量的平均影响因子为-0.33,年际间差异不显著(P = 0.07)。在苗期、 穗期、 花粒期,夏玉米生长吸收的影响因子分别为-0.57、 -0.29和-0.13,不同生育期的影响因子差异显著(P = 0.0015)。不同施氮量下,气候条件对夏玉米农田N2O排放影响率差异不显著(P 0.05); 不同气温和降雨量,夏玉米生长吸收对N2O排放的影响在同一施氮量下差异不显著(P 0.05),且均随施氮量的增加而减小。【结论】通过量化分析,气候条件对N2O排放的影响与气温和降雨量密切相关,温度升高影响增大,反之则减小,降雨后排放显著增大。施氮对N2O排放的影响随施氮量增加线性增加。夏玉米生长吸收降低了N2O排放,且在不同生育时期的影响差异显著。综合各影响因子,低氮量条件下(≦150 kg/hm2),气候因素和玉米生长对N2O排放的影响较大,高氮量下(≧300 kg/hm2),氮肥的施用是影响N2O排放的主要因子。     

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。     

不同施肥方式下砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发特征及排放系数

土壤类型对于农田氨挥发影响较大,而关于砂姜黑土农田氨挥发特征及排放系数研究相对较少,不利于区域性农田土壤氨排放清单的准确评估。基于此,选取豫南典型砂姜黑土为研究对象,设置不施肥（CK）、传统施肥（TR）、优化施肥（OPT）、再优化施肥（ZOPT）和缓控肥（HK）5种施肥处理,利用密闭海绵法,探究砂姜黑土农田不同施肥方式下冬小麦-夏玉米轮作土壤氨挥发特征,并尝试确定氨排放系数。结果表明：砂姜黑土传统施肥条件下冬小麦季土壤氨挥发量为11.1 kg·hm^-2,夏玉米季氨挥发量为13.4 kg·hm^-2,说明夏玉米季是砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨的高排放时期。对比不同处理的氨挥发量,发现ZOPT和HK处理冬小麦季和夏玉米季的氨挥发量显著低于其他处理（P<0.05）,其次为OPT处理,TR处理的氨挥发量最高。HK处理的氨排放系数最低,其中冬小麦季和夏玉米季分别为1.7%和1.5%,显著低于其他处理（P<0.05）;其次为ZOPT和OPT处理,其氨排放系数冬小麦季分别为2.1%和2.6%,夏玉米季分别为2.6%和3.6%;TR处理的氨排放系数最高,冬小麦季和夏玉米季分别为3.6%和4.7%。不同施肥处理氨挥发量与施肥量的拟合结果表明,随施肥量增加,冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发显示出较强的线性增长趋势,其中夏玉米季和冬小麦季的R²分别为0.934和0.931,说明该区域砂姜黑土传统施肥量的氨挥发未出现明显的激发性增长现象。本研究结果可为砂姜黑土区冬小麦-夏玉米轮作农田氮肥利用率的提高和氮排放清单的估算提供依据。     

秸秆还田对灌溉玉米田土壤反硝化及N2O排放的影响

运用乙炔抑制技术研究了不同施氮水平下秸秆还田对灌溉玉米田土壤反硝化反应和氧化亚氮(N2O)排放的影响。结果表明,土壤反硝化速率及N2O的排放受氮肥施用、秸秆处理方式及其交互作用的显著影响。与秸秆燃烧相比,不施氮或低施氮水平时,秸秆还田可刺激培养初期反硝化反应速率及N2O排放,增加培养期间N2O平均排放通量;高施氮水平时,秸秆还田可降低反硝化反应速率及反硝化过程中的N2O排放。秸秆还田可降低反硝化中N2O/N2的比例。     

华北平原冬小麦–夏玉米轮作体系秋季一次基施牛粪氮素损失与利用研究

为对我国华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系秋季一次基施有机肥的氮素环境效应提供评估依据,本文分别在山东陵县和天津蓟县以不施肥、分次施用硫酸铵为对照,对秋季一次基施牛粪的产量水平、氮素损失及利用等进行了研究。其中,山东陵县试验采用15N示踪技术。结果表明,秋季一次基施牛粪15N在冬小麦夏玉米轮作周期的损失率为30%～38%,与硫酸铵15N损失率无显著差异。牛粪氮施用N 300 kg/hm2时,损失量为N 89 kg/hm2;牛粪氮施用量增加50%,其氮损失量增加91%。冬小麦、夏玉米收获后,施牛粪处理080cm土壤硝态氮含量分别为N 38～95、18～28 kg/hm2,低于分次施用硫酸铵处理。长期施用有机肥农田,秋季一次基施牛粪处理冬小麦、夏玉米子粒产量与分次施硫酸铵处理无显著差异,因此从环境角度分析,秋季一次基施有机肥可继续应用和大力推广,但施用量以不超过N 300 kg /hm2为宜。     

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。     

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％.     

冬小麦–夏玉米轮作体系不同新型尿素的氮素利用率及去向

  【目的】  以华北平原冬小麦–夏玉米轮作体系为研究对象，探究新型尿素对作物氮素吸收及去向的影响。  【方法】  于2016年10月至2017年9月，在河北省辛集市河北农业大学马庄试验站进行小麦15N田间微区试验，微区面积为1 m2，设置施用普通尿素、普通尿素 + 硝化抑制剂 (Nr)、控失尿素、聚能网尿素和腐植酸尿素5个处理，各施肥处理氮素施用量均为N 225 kg/hm2，并以不施氮肥处理为对照。  【结果】  5个氮肥处理相比，控失尿素处理的冬小麦产量最高，为8123 kg/hm2；腐植酸尿素处理次之，为8083 kg/hm2；再次为聚能网尿素处理，为8049 kg/hm2。控失尿素、腐植酸尿素、聚能网尿素、普通尿素 + Nr、普通尿素的15N当季利用率分别为43.6%、41.1%、37.8%、34.2%、32.2%；控失尿素、腐植酸尿素的15N当季利用率显著高于普通尿素 + Nr和普通尿素处理，聚能网尿素的15N当季利用率显著高于普通尿素，普通尿素 + Nr处理则与普通尿素处理的15当季利用率无显著差异；控失尿素的15N当季利用效果最为突出，较普通尿素15N当季利用率提高了35.4%，腐植酸尿素、聚能网尿素较普通尿素15N当季利用率显著提高了27.6%、17.4%。后茬玉米能吸收利用前茬小麦残留在土壤中的氮素，但后茬玉米的土壤残留15N利用率仅为2.98%～3.62%，4种新型尿素处理间后茬玉米15N利用率无显著性差异。小麦收获后，4种新型尿素均显著提高了土壤上层 (0—40 cm) 硝态氮残留量，有利于后茬玉米对氮素的吸收，减少氮素淋溶的可能性。肥料氮总损失表现为控失尿素、聚能网尿素 < 腐植酸尿素、普通尿素 + Nr < 普通尿素。  【结论】  新型尿素显著促进作物对氮素的吸收利用，减少氮素损失，获得高产。4种新型尿素相比，控失尿素增产增效最为突出，土壤中氮残留少，损失率低，其当季利用率、残留率和损失率分别为43.6%、40.8%和15.6%；腐植酸尿素氮当季利用率仅次于控失尿素，而损失率较高达19.8%；聚能网尿素有利于氮素固持在土壤中，其残留率、损失率分别为46.1%、16.1%；普通尿素 + Nr处理的氮素当季利用率偏低而土壤残留率最高，分别为34.2%和47.4%。     

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%。     

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。     

硝化和脲酶抑制剂对华北冬小麦-夏玉米轮作固碳减排效果评价

全面、准确分析重要农业管理措施对于农业固碳减排的影响特征,对于中国农业可持续发展具有重要意义。该文以华北平原冬小麦-夏玉米生产为对象,研究硝化/脲酶抑制剂对土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH4)排放、土壤有机碳和作物产量的影响;在此基础上利用土壤碳库排放法(soil based approach,SBA)、生物量排放法(crop based approach,CBA)和土壤生物量排放法(soilcrop based approach,SCBA)3种方法对农田净温室气体效应(net greenhouse gas warming potential,NGWP)进行评价。研究发现,相比只施尿素(U)处理,尿素+硝化抑制剂(NI)、尿素+脲酶抑制剂(UI)和尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(NIUI)均能增加粮食产量和降低净温室气体排放。用SCBA方法计算得到的农田温室气体净排放的潜力最大(15 704~17 860 kg/hm~2),CBA法次之(4 195~7 107 kg/hm~2),SBA法最低(-7 304~-6 599 kg/hm2)。由于3种方法的固碳单元不一样,评估结果差异较大、一致性差。SCBA方法更适于评价强调粮食生产条件下的农田净温室气体效应。增加作物籽粒和秸秆产量,降低化肥使用和减少灌溉量是提高当前华北平原农田温室气体系统净排放潜力的主要措施。     

Effect of mineral nitrogen fertilizer forms on N2O emissions from arable soils in winter wheat production

Nitrogen fertilizers are supposed to be a major source of nitrous oxide (N₂O) emissions from arable soils. The objective of this study was to compare the effect of N forms on N₂O emissions from arable fields cropped with winter wheat (Triticum aestivum L.). In three field trials in North‐West Germany (two trials in 2011/2012, one trial in 2012/2013), direct N₂O emissions during a one‐year measurement period, starting after application of either urea, ammonium sulfate (AS) or calcium ammonium nitrate (CAN), were compared at an application rate of 220 kg N ha^?1. During the growth season (March to August) of winter wheat, N₂O emission rates were significantly higher in all three field experiments and in all treatments receiving N fertilizer than from the non‐fertilized treatments (control). At two of the three sites, cumulative N₂O emissions from N fertilizer decreased in the order of urea > AS > CAN, with emissions ranging from 522–617 g N ha^?1 (0.24–0.28% of applied fertilizer) for urea, 368–554 g N ha^?1 (0.17–0.25%) for AS, and 242–264 g N ha^?1 (0.11–0.12%) for CAN during March to August. These results suggest that mineral nitrogen forms can differ in N₂O emissions during the growth period of winter wheat. Strong variations in the seasonal dynamics of N₂O emissions between sites were observed which could partly be related to weather events (e.g., precipitation). Between harvest and the following spring (post‐harvest period) no significant differences in N₂O emissions between fertilized and non‐fertilized treatments were detected on two of three fields. Only on one site post‐harvest emissions from the AS treatment were significantly higher than all other fertilizer forms as well as compared to the control treatment. The cumulative one‐year emissions varied depending on fertilizer form across the three field sites from 0.05% to 0.51% with one exception at one field site (AS: 0.94%). The calculated overall fertilizer induced emission averaged for the three fields was 0.38% which was only about 1/3 of the IPCC default value of 1.0%.     

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。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N_2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第37~d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43~4.84kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%0~.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.892~.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%0~.47%。小麦季和水稻季施氮后01~5 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%6~6.72%和87.97%9~3.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

不同氮水平下黄瓜-番茄日光温室栽培土壤N_2O排放特征

为探讨日光温室黄瓜—番茄种植体系内N2O排放动态变化及其对不同氮水平的响应规律,采用密闭静态箱法,研究了常规氮量(黄瓜季1 200 kg/hm2,番茄季900 kg/hm2)、比常规氮量减25%(黄瓜季900 kg/hm2,番茄季675 kg/hm2)、减50%(黄瓜季600 kg/hm2,番茄季450 kg/hm2)以及不施氮对日光温室土壤N2O排放的影响。结果表明,温度是影响日光温室土壤N2O排放强度的重要因素,4-10月(平均气温为27.4℃)的N2O排放通量最高达818.4μg/(m2·h);而2-3月(平均气温15.1℃)以及11-12月(平均气温14.7℃)期间的N2O排放通量最高仅为464.5μg/(m2·h),比4-10月的N2O排放峰值降低了43.2%。N2O排放峰值在氮肥追施后5 d内出现,N2O排放量集中在氮肥施用后7 d内,可占整个监测期(271 d)排放量的64.7%~67.8%。施氮因增加了土壤硝态氮含量而引起N2O排放爆发式增长,0~10 cm土壤硝态氮含量与N2O排放量呈指数函数关系(P0.01)。日光温室黄瓜—番茄种植体系内的N2O排放量为0.99~9.92 kg/hm2,其中75.6%~90.0%由施氮造成。与常规氮用量相比,氮减量25%和50%处理的N2O排放量分别降低了40.4%和59.3%,总产量却增加4.9%和7.4%。综上所述,合理减少氮用量不仅可显著降低日光温室土壤N2O排放,而且不会引起产量的降低。该研究为日光温室蔬菜生产构建科学合理的施氮技术及估算中国设施农田温室气体排放量提供参考。     

N2O and N2 emissions from denitrification respond differently to temperature and nitrogen supply

Journal of Soils and Sediments - The reduction of nitrate (NO3ˉ) to nitrous oxide (N2O) and eventually to dinitrogen (N2) during denitrification in soil has rarely been studied at temperatures...