生态集约化管理提高东北春玉米产量和氮素利用率

  【目的】  针对我国春玉米生产中存在的肥料过量和不合理施用带来的生态环境问题,研究生态集约化养分管理对东北春玉米产量、氮素利用率和氮素平衡的影响,旨在指导氮肥科学施用,提高氮肥利用效率,减少氮素损失。  【方法】  2009—2017年在吉林省公主岭市开展9年长期定位试验,试验采用双因素裂区设计,主区为两种养分管理措施:生态集约化养分管理 (EI) 和农民习惯施肥 (FP);副区为3种施氮方式,不施氮肥处理 (N0)、3年中2年施氮肥处理 (N2/3) 和3年均施氮肥处理 (N3/3)。EI处理中P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 90 kg/hm2、S 30 kg/hm2和Zn 5 kg/hm2全部基施,每年N用量 2009—2014年为180 kg/hm2,2015—2017年为200 kg/hm2,其中基施、玉米拔节期追施和抽雄期追施的比例分别为1/4、1/2和1/4;FP处理N 251 kg/hm2、P₂O₅ 145 kg/hm2、K₂O 100 kg/hm2均一次性基施。调查了玉米产量、氮素吸收量、氮素累积吸收量以及土壤氮素平衡。  【结果】  在N0处理中,从2010年开始玉米产量和氮素吸收量呈现下降趋势。在N2/3处理中,不施氮年份的产量和氮素吸收量较低,而在随后一年施氮的情况下,产量和氮素吸收量又增加到N3/3处理的水平。在EI养分管理措施下,N3/3处理9年平均产量为11505 kg/hm2,而FP管理措施下N3/3的平均产量明显低于EI处理,为10764 kg/hm2。与FP处理相比,EI处理下氮素农学效率 (AE_N)、氮素回收率 (RE_N) 和氮素偏生产力 (PFP_N)分别提高了47.4%、39.6%和43.8%;EI处理的氮素残留量和氮素表观损失分别降低了49.2%和63.9%  【结论】  9年长期试验结果表明,通过优化施肥量和施肥时间,配合采用优良的玉米品种和种植密度,生态集约管理能在减少氮素投入的前提下,保持作物产量,提高植株氮素吸收量和养分利用率,减少土壤氮素残留和氮素损失。持续适宜的氮肥投入对于保障东北玉米高产和稳产至关重要。     

潮土小麦–玉米轮作体系氮肥用量阈值及土壤硝态氮年际变化

  【目的】  合理施氮是粮食高产、稳产的重要保证。研究不同施氮水平下作物产量的可持续指数以及土壤硝态氮年际迁移特征,对指导黄淮海地区冬小麦–玉米轮作体系下农田氮肥的合理施用具有重要意义。  【方法】  长期定位试验始建于2006年,设置10个施氮水平:0、60、120、180、240、300、360、420、500和600 kg/hm2。测定冬小麦和夏玉米产量及土壤剖面 (0—200 cm) 硝态氮含量的年际变化特征。  【结果】  施氮水平显著影响冬小麦–夏玉米轮作体系下作物产量,施肥年限以及施肥年限与施肥量间的交互作用对小麦、玉米产量也存在极显著影响。施N 0～240 kg/hm2的处理,小麦、玉米产量随施氮量的增加逐渐增加;施N 300～600 kg/hm2的处理作物产量基本稳定,处理间差异不显著 (P > 0.05)。施氮能显著提高冬小麦产量的可持续性指数 (P < 0.05),但对夏玉米产量的可持续指数影响较小。随着施氮量增加,土壤硝态氮含量呈现逐渐增加的趋势,且施N量低于300 kg/hm2时,0—200 cm土层硝态氮含量均处于较低水平,施氮量超过300 kg/hm2后,土壤硝态氮含量显著增加。另外,随着试验年限的延长,土壤硝态氮累积峰逐渐下移,2008、2011和2017年土壤硝态氮含量峰值分别在40—60 cm、80—120 cm和80—160 cm。  【结论】  黄淮海盐化潮土区,冬小麦–夏玉米轮作制度下氮合理用量在冬小麦上的阈值为240 kg/hm2、在夏玉米上的阈值为180 kg/hm2,在此氮肥用量下,长期施肥既可保证作物 (小麦、玉米) 稳产,又不会显著增加土壤硝态氮残留及向下迁移。     

综合农艺措施实现东北玉米生产和环境效益及土壤肥力的同步提升

  【目的】  东北春玉米生产中普遍存在种植密度偏低、肥料施用不合理、耕层质量差等问题,严重制约了玉米持续增产及养分效率的提升。研究综合农艺措施下玉米产量、植株氮素吸收与利用及土壤氮素平衡,为春玉米高效生产提供参考依据。  【方法】  2017—2019年,以玉米品种‘富民108’为供试材料,在吉林省农安县进行田间试验。整合密度、耕作方式、氮素施用量和施用时期等技术要素,设置了高产高效模式(HH)和超高产模式(SH),同时设置农户模式(FP)和基础地力模式(CK)作为对照;为计算肥料利用率及土壤氮素平衡,在FP、HH和SH模式下各自增设不施氮肥空白处理。在玉米6个生育期,取植株样品测定氮素含量和吸收量,同时取0—40 cm土壤样品测定铵态氮和硝态氮含量。在成熟期考种、测产。  【结果】  3年试验玉米籽粒产量均表现为SH>HH>FP (P<0.05),SH比HH、FP处理平均提高了8.76%、20.16%。氮素偏生产力(PFP_N) 3年均以HH处理最高,SH处理最低,HH比FP、SH处理平均分别提高37.92%、45.65%;氮素农学效率(AE_N)和氮素回收效率(RE_N)均表现为HH>SH>FP,HH处理的AE_N和RE_N分别比SH、FP处理提高了21.21%、35.72%和9.69%、63.56%。植株氮积累量在苗期至拔节期FP、HH、SH处理间无显著差异。生殖生长阶段(R1至R6)植株氮素积累量占氮素总积累量的比例为SH (36.21%)>HH (34.60%)>FP (29.75%)>CK (26.33%)。籽粒氮素积累量来自花后吸收的比例随着产量的增加而提高,SH、HH、FP、CK处理花后氮素吸收量的贡献率分别为48.43%、44.78%、40.40%、35.39%。0—20 cm、20—40 cm土层土壤无机氮含量在玉米开花期前均以FP处理最高,而开花期到成熟期以SH处理最高,与FP、HH处理相比,SH处理的0—20 cm 土层土壤无机氮含量平均分别提高了12.00%、4.05%,20—40 cm土层土壤无机氮含量分别提高了14.81%、4.93%。HH处理氮素表观损失量显著低于FP和SH处理,而土壤氮素盈余量均以FP处理最高,比HH、SH处理分别平均高了23.36%、5.25%。玉米净收益HH比FP、SH处理分别提高了14.38%、18.30%。  【结论】  高产高效模式显著提高了玉米氮素利用率,降低了土壤氮残留率和氮损失量,而超高产模式虽然使产量进一步显著增加,但降低了氮素利用效率,增加了土壤氮素残留与表观损失量。综合考虑产量、氮素利用率、经济效益及潜在环境风险,将种植密度由6.0万株/hm2提高至7.5万株/hm2,氮肥播前一次性基施改为减量分次施用,配套秋季深翻、夏季深松的高产高效模式,可以实现春玉米产量和氮效率的同步提高。     

新建大棚番茄有机肥替代化肥的适宜比例及效应

  【目的】  有机肥氮替代部分化肥是实现作物高产优质、化肥增效和快速培肥土壤的重要技术途径。研究有机肥与化肥不同比例配施对新建温室中番茄产量、品质、氮肥效率和土壤理化性状的影响,以期为设施蔬菜减肥增效提供理论依据和技术支撑。  【方法】  2017和2018年在鲁西南的两个新建大棚进行了试验,供试番茄品种为‘亚特兰大’。依据当地番茄N–P₂O₅–K₂O推荐量 (1108–955–1108),设置100%化肥 (FP) 和10%、20%、30%、40%的有机肥氮替代比例 (FM10、FM20、FM30、FM40) 处理,以不施氮肥为对照 (CK),分析了番茄果实及植株氮磷钾含量,番茄NO₃–-N、维生素C (Vc)、总糖、酸度以及收获后0—30 cm土壤养分含量及容重、孔隙度等物理性状指标,并计算经济效益。  【结果】  有机肥氮替代比例在10%～30%内时,番茄产量随有机肥氮替代比例的提高而提高,以FM30处理的番茄产量最高,净收益最大,比FP处理增产4.03%,增收6.9%。FM30和FM40处理的番茄果实的硝酸盐含量比FP处理均降低了21.2%左右,FM10处理的番茄Vc、总糖含量最高,随有机肥氮替代比例增加,番茄Vc、糖酸比和总糖含量降低。FM30处理的番茄氮素利用率最高,比FP处理提高了17.7%。与FP处理相比,FM30和FM40处理的土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量显著降低,土壤容重也显著降低,但土壤有机碳含量得到显著增加。  【结论】  当有机氮替代30%的化肥氮时,可以显著提高番茄产量和品质,改善土壤肥力,减少速效养分的残留。     

长期翻压绿肥对提高灌漠土土壤肥力和作物产量的贡献

  【目的】  研究河西绿洲灌区灌漠土长期施用绿肥培肥土壤和作物增产的机理。  【方法】  灌漠土培肥武威长期定位试验始于1988年,种植制度为小麦/玉米间作,供试绿肥为箭筈豌豆。选择绿肥磷肥配施(GP)、绿肥氮磷配施[1/2 (G+N) P]、氮磷配施(NP)、空白对照(CK) 4个处理,调查了作物产量和产量构成因素;2018年取0—20 cm耕层土壤样品,测定pH、有机质和养分含量。  【结果】  GP和1/2 (G+N) P处理均显著提高了灌漠土土壤肥力和作物产量。与试验初始值相比,GP、1/2 (G+N) P处理土壤有机质31年后分别增加了68.8%、56.6%,全氮分别增加了75.8%、56.3%,全钾分别增加了16.1%、18.0%,而全磷分别降低了20.3%、27.8%;与NP处理相比,GP和1/2 (G+N) P处理土壤有机质分别增加了29.0%、19.6%,全氮分别增加了43.3%、27.4%,全磷分别增加了18.4%、7.2%,全钾分别增加了1.7%、3.3%。GP和1/2 (G+N) P处理的小麦产量与NP处理差异显著,分别较NP处理增加305 kg/hm2、248 kg/hm2,增幅分别为8.0%、6.5%。NP和1/2 (G+N) P处理的玉米产量与GP处理差异显著,分别较GP处理增加1538 kg/hm2、1503 kg/hm2,增幅分别为20.3%、19.8%。小麦/玉米间作体系下,GP、1/2 (G+N) P处理的31年肥料贡献率(FCR)平均分别为0.53、0.59,变异系数(CV)分别为0.23、0.20,可持续性指数(SYI)分别为0.54、0.62。  【结论】  绿肥与氮磷化肥配施均能持续显著提高土壤有机质、全氮、全钾含量,提高肥料贡献率及作物产量稳定性和可持续性。小麦、玉米产量与土壤全磷和有效磷含量显著相关。因此,采用适宜绿肥用量和增加氮磷化肥用量的绿肥化肥配施方式,是甘肃河西绿洲灌区灌漠土上小麦玉米生产经济和生态效益双赢的施肥方式。     

大豆养分专家系统在我国大豆主产区的应用与评价

  【目的】  平衡施肥是实现作物高产高效的主要因素,而推荐施肥方法是实现作物平衡施肥的重要手段。本研究通过田间试验评价养分专家系统 (Nutrient Expert,NE) 推荐施肥在我国大豆上的应用效果。  【方法】  于2014—2015年在春大豆产区 (东北三省) 进行了21个田间试验,2017—2018年在夏大豆产区 (安徽、江苏、河南) 进行了11个田间试验。所有试验采用当地大豆品种,设置3种施肥处理,包括大豆养分专家系统 (NE) 推荐施肥、基于土壤测试的推荐施肥 (OPTS) 和农民常规施肥 (FP) 处理,分析比较了各施肥处理的肥料用量、大豆产量、养分吸收量及经济效益。  【结果】  在春大豆产区,NE和OPTS处理较FP处理明显提高了辽宁省的氮肥用量和吉林省的磷肥用量,提高了黑龙江和吉林省的钾肥用量,而NE和OPTS处理间氮磷钾肥用量相似;在夏大豆产区,所有试验NE和OPTS处理推荐的氮磷钾肥用量均显著高于FP处理。在春大豆产区,黑龙江、吉林和辽宁省OPTS处理的大豆产量较FP 处理分别增加了135、518 和478 kg/hm2,经济效益分别增加了699、1684和856元/hm2;NE处理的产量较OPTS处理分别增产了167、542和1225 kg/hm2,经济效益分别增加1096、2591和4610元/hm2;OPTS处理的氮吸收量较FP提高了9.1%～32.3%,钾吸收量提高了0～41.4%,且显著提高辽宁省的磷肥偏生产力;在黑龙江,NE处理氮、钾吸收量分别显著高于OPTS处理13.6%和23.5%。在夏大豆产区,安徽和江苏省OPTS与FP处理的产量相似,而河南、安徽和江苏省NE处理的大豆产量较FP 处理分别增加了1021、694和622 kg/hm2,经济效益分别增加了3991、3955 和2069元/hm2;河南省NE和OPTS处理的大豆产量和经济效益相似,而安徽和江苏省NE处理的大豆产量较OPTS处理分别增产868和545 kg/hm2,经济效益分别增加2876和2823元/hm2。同时,除安徽省钾吸收量外,OPTS处理与FP处理氮磷钾吸收量均无显著差异;而NE处理氮磷钾素吸收量较FP处理分别提高了15.8%～41.3%、19.0%～35.5%和23.9%～27.3%,并且NE处理提高了江苏省氮磷肥的偏生产力。  【结论】  与农民常规施肥相比,测土施肥和养分专家系统推荐施肥处理在东北的春大豆产区氮磷肥用量没有显著变化,在夏大豆产区的氮磷钾肥用量显著增加;测土施肥与农民常规施肥处理的大豆产量和经济效益相似,而养分专家系统推荐施肥处理的产量和经济效益较农民常规施肥显著增加。因此,养分专家系统推荐施肥更有利于养分的平衡优化、大豆产量和经济效益的提高,同时不需土壤分析测试,是一种简捷高效的推荐施肥方法。     

秸秆还田结合减氮调控旱地土壤硝化潜势维持作物产量的机理

  【目的】  氮肥过量使用所导致的氮素利用率低和环境污染等问题严重影响现代农业生产。研究秸秆还田改善旱地农田土壤性质、提升土壤肥力和氮素利用率的潜力和作用机理,为减少氮肥用量、提高作物氮素利用率和土壤肥力提供科学依据。  【方法】  本研究选取河南许昌潮土和云南曲靖红壤两种典型旱作农田,2016～2018年开展了田间玉米－大麦/小麦轮作定位试验,在两地同时设置以下4个处理:不施氮 (CK)、常规施氮 (N)、减氮20% (80%N)、减氮20%配合秸秆还田 (80%NS),研究不同处理对土壤养分、土壤硝化潜势和作物产量及氮肥利用率的影响。  【结果】  与N处理相比,80%NS处理可稳定保持麦季抽穗期和玉米季抽雄期两种旱地土壤可溶性有机碳氮养分含量,促进土壤中NH₄+-N的积累并降低了NO₃–-N含量;80%NS处理使潮土和红壤硝化潜势分别降低了5.5%～33.9%和7.8%～37.5%;3年连续减施20%氮肥配合秸秆还田能够稳定产量并表现出一定的增产效果 (11.2%～20.4%),提高氮肥利用率6.4%～10.3%;而80%N处理会使作物产量下降3.9%～13.4%,氮肥利用率降低1.8%～38.9%。  【结论】  连续3年减少常规氮施用量20%配合秸秆还田,不仅增加了土壤有机碳氮含量,还减缓了土壤的硝化作用,增加了土壤铵态氮积累,实现对作物所需养分的持续供应,因而在维持和提高作物产量的同时,提高了氮肥利用率。单纯降低氮肥用量则有降低作物产量的风险。     

实现黑土玉米高产和养分高效的控释氮肥与尿素掺混比例

  【目的】  控释氮肥与普通尿素配合施用是东北黑土区实现轻简化施肥的有效技术途径之一。研究控释氮肥与普通尿素适宜的掺混比例,以实现氮肥一次性施用获得高产高效和可持续利用。  【方法】  于2017—2019年在吉林省公主岭市,以玉米品种‘富民108’为试材,在施N 210 kg/hm2条件下,共设置6个普通尿素与控释氮肥掺混比例处理,分别为:10∶0 ( RU)、8∶2 (CRU20%)、6∶4 (CRU40%)、4∶6 (CRU60%)、2∶8 (CRU80%)、0∶10 (CRU100%),并以不施氮肥(N0)为对照。于玉米主要生育期调查植株生物量、氮含量和土壤无机氮含量,并于成熟期测定产量及其构成因素,计算作物氮积累量、氮素利用率和土壤?作物系统氮素平衡状况。  【结果】  控释氮肥与普通尿素掺混各处理玉米穗粒数和百粒重均高于RU处理,显著提高了玉米产量(P<0.05),其中以CRU60%处理增幅最高,3年平均产量提高了17.3%。与RU处理相比,控释氮肥与普通尿素掺混显著提高了玉米开花期至成熟期土壤无机氮含量,增加了开花期至成熟期氮素积累及其占总生育期氮素积累比例,进而提高了玉米开花后氮素积累对籽粒氮的贡献率。控释氮肥与普通尿素掺混各处理氮素回收率、农学利用率和偏生产力均随控释氮肥比例的增加呈先增后减趋势,其中以CRU60%处理最高,较RU处理分别提高36.1%、66.9%和17.3%。土壤?作物系统氮素平衡状况表明,氮素表观损失量随控释氮肥比例的增加先降后升,以CRU60%处理氮素表观损失量最低,较RU处理降低了28.8%。将控释氮肥与普通尿素掺混比例与产量、氮素利用率、土壤无机氮含量和氮素表现损失量分别进行拟合,得出当控释氮肥的掺混比例为63.4%时,玉米理论产量最高,为11059 kg/hm2,相对应的氮素回收率为42.4%、农学利用率为17.1 kg/kg、偏生产力为53.2 kg/kg;土壤无机氮含量为20.8 mg/kg;3年累计氮素表观损失量为223.1 kg/hm2;其结果与得到最高产量处理(CRU60%)相对应的玉米产量、土壤无机氮含量和氮素利用率结果相近。以理论最佳控释氮肥比例的95%作为置信区间,求得适宜控释氮肥掺混比例为61%～67%。  【结论】  在东北黑土区,60%控释氮肥与40%普通尿素配合一次施用可提高玉米生育后期土壤无机氮供应能力,促进玉米氮素吸收,进而显著提高玉米产量和氮素利用率,并降低氮素损失量。     

不同施肥量对旱作沟垄集雨种植农田土壤水分及玉米产量的影响

  【目的】  沟垄集雨种植是西北旱作农田广泛运用的高效节水栽培模式。研究不同施肥处理对旱作沟垄集雨种植农田土壤水分及玉米产量的影响,为优化施肥配置,进一步提升其增产效能提供科学依据。  【方法】  以玉米为供试作物,在宁夏回族自治区固原市进行了连续5年的田间定位施肥试验。试验玉米栽培采用集雨沟垄栽培技术,设置4个施肥水平处理:无肥对照 (CK),低肥 (N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2),中肥 (N 300 kg/hm2、P₂O₅ 150 kg/hm2),高肥 (N 450 kg/hm2,P₂O₅ 225 kg/hm2)。在玉米生长关键期,取0—200 cm深土壤不同层次的土壤样品,测定了土壤含水量、农田耗水量、水分利用效率,调查了玉米产量。  【结果】  无论缺水年、平水年还是丰水年,随施肥量的增加,农田耗水量、玉米干物质累积量均呈提高趋势,高、中、低水平施肥处理的农田耗水量较CK分别平均提高了8.8%、7.7%和5.3%,玉米干物质累积量分别显著 (P < 0.05) 提高了38.3%、35.8%和31.2%。在各年份,各处理土壤含水量从四叶期到抽雄吐丝期均随施肥量的增加呈降低的趋势,而在收获期,各施肥处理土壤含水量均显著 (P < 0.05) 低于CK,高、中、低水平施肥处理分别平均降低24.7%、24.2%和17.7%。综合来看,中肥处理5年平均籽粒产量最高 (11.4 t/hm2),产量变异系数最小 (12.9%)。在丰水年,低肥处理玉米产量及籽粒水分利用效率均高于高肥和中肥处理,而在平水年和干旱年,中肥处理可获得较高的籽粒产量和水分利用效率。  【结论】  在半干旱地区,施肥量对沟垄集雨种植模式春玉米产量及水分利用效率的影响受制于降雨量。在丰水年,较低的施肥量 (N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2) 即可获得理想产量和水分利用效率,而在平水年和干旱年,中量施肥水平 (N 300 kg/hm2、P₂O₅ 150 kg/hm2) 获得的产量和水分利用效率最高。高施肥量 (N 450 kg/hm2、P₂O₅ 225 kg/hm2) 会造成土壤水分的大量消耗。     

磷肥减量结合硫酸铵配施提高西北地区旱地春玉米磷素利用效率

  【目的】  西北旱地春玉米种植区磷肥过量施用，磷肥利用效率偏低。本研究旨在探究春玉米磷肥减施的可行性以及实现磷素高效利用的优化施肥方式，以期为该地区春玉米磷肥高效利用提供参考。  【方法】  在西北典型雨养农业区设置3年的定位田间试验，共设5个处理:对照 (CK，不施磷肥)、农户模式 (FP，磷用量P₂O₅ 120 kg/hm2，撒施)、减磷撒施 (RP，磷用量P₂O₅ 70 kg/hm2，撒施)、减磷条施 (BF，磷用量P₂O₅ 70 kg/hm2，条施)、硫酸铵模式 (SA，采用硫酸铵氮肥替代尿素氮肥，其他同减磷撒施处理)。在玉米四叶期、五叶期以及成熟期采集植物和土壤样品 (根际土和非根际土)，测定玉米根系、地上部生物量及其磷含量，土壤碱性磷酸酶活性、pH、有效磷、丛枝菌根侵染率，并采用WinRHIZO根系扫描系统测定根长、根表面积、根体积等指标。  【结果】  三年试验结果表明，RP、BF、SA处理玉米籽粒产量、生物量与FP处理无显著差异 (P > 0.05)，但磷肥偏生产力显著提高，平均增幅68.0%。RP、BF、SA处理成熟期玉米籽粒磷含量较FP处理降低7.1%～12.9%，磷累积量降低了8.8%～17.0%，其中RP和BF处理降低幅度达到显著水平，但SA处理籽粒磷含量和磷累积量与FP处理相当。与FP处理相比，RP和SA的磷肥回收利用率均有提高，其中SA处理显著提高7.2个百分点；RP、BF、SA处理均有促进春玉米苗期根系生长的趋势，其中SA处理根长、根表面积以及细根长 (直径小于0.50 mm) 分别提高13.9%～37.9%、8.6%～46.1%、12.2%～43.0%。此外，与FP处理相比，RP和SA处理提高了玉米苗期根系丛枝菌根侵染率，增幅在16.2%～21.7%；SA处理非根际土碱性酶活性有增加趋势，五叶期差异达显著水平，BF处理非根际土有效磷含量提高了18.8%～56.3%。  【结论】  在西北旱地春玉米种植区，磷肥施用量由现在的P₂O₅ 120 kg/hm2减少至70～75 kg/hm2仍可保证玉米稳产。在此基础上，用生理酸性肥料硫酸铵代替尿素可促进玉米根系生长以及丛枝菌根侵染，促进玉米对磷素的吸收利用。     

秸秆还田对东北黑土碳氮磷钾化学计量特征及玉米产量的影响

【目的】秸秆还田是提升农田土壤肥力,改善土壤养分含量及有效性的重要措施。我们分析了东北黑土区不同秸秆还田方式下土壤碳氮磷钾含量和玉米产量的年际变化,并从土壤化学计量特征角度研究了土壤养分的有效性。【方法】依托2012年在东北黑土区建立的秸秆还田长期定位试验,选取秸秆移除(CK)、秸秆混合还入0—20 cm耕层(RI)和秸秆覆盖还田(RC) 3个处理,测定了处理实施1年(2013)、3年(2015)、5年(2017)和8年(2020)后,不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量及玉米产量,计算了土壤化学计量特征(C∶N、C∶P、N∶P),并分析了各指标之间的相关性。【结果】随试验年限的增加,在0—20 cm土层,CK处理SOC含量有所下降,TN含量基本保持不变,而RI和RC处理的SOC和TN含量均有所增加,RC处理下均为最高;RI处理的SOC和TN含量在0—20 cm土层分布相对均匀,RC处理SOC和TN含量在0—5 cm土层中明显增加,尤其在试验5～8年间的增幅明显升高。CK、RI和RC 3个处理的TP和TK含量均随试验年限的增加缓慢升高,处理间无显著...     

不同有机物料对苏打盐化土有机碳和活性碳组分的影响

【目的】在大同盆地苏打盐化土上,研究不同有机物料对春玉米产量、土壤有机碳及活性碳组分的影响,明确土壤有机碳及活性碳组分与主要盐碱指标的相关关系,为苏打盐化土改良及有机物料资源化利用提供理论支撑。【方法】2016-2017年在山西省北部怀仁县开展田间定位试验,设对照(CK)、风化煤、生物炭、牛粪和秸秆5个处理,各处理有机物料施用量按照每年9000 kg/hm^2等有机碳投入量折算,收获时对春玉米进行测产。2017年春玉米收获后,采集土壤样品测定土壤有机碳总量(SOC)和水溶性有机碳(WSOC)、易氧化有机碳(EOC)、轻组有机碳(LFOC)含量,分析土壤活性碳组分占有机碳的比例、土壤有机碳及活性碳组分与盐碱指标之间的关系。【结果】与CK相比,生物炭和秸秆处理春玉米产量无明显差异,而风化煤和牛粪处理春玉米产量则分别显著提高30.2%和30.3%。添加有机物料促进了0-20 cm土层SOC累积,其中以风化煤和牛粪处理效果最佳,较CK分别提高47.6%和36.1%。在有机碳组分方面,风化煤和牛粪处理提高WSOC、EOC含量的效果显著高于生物炭、秸秆处理;风化煤、牛粪和秸秆处理的LFOC含量显著高于生物炭处理。四类有机物料处理的WSOC占总有机碳的比例差异不显著,牛粪处理的占比显著高于CK。EOC占总有机碳的比例以牛粪处理最高,风化煤次之,且二者均显著高于CK处理;LFOC占总有机碳的比例则表现为秸秆、牛粪>风化煤、生物炭> CK。此外,添加有机物料能有效降低0-20 cm土层土壤pH、电导率(EC)和碱化度(ESP),其中以风化煤和牛粪处理降幅最大。相关分析表明,土壤SOC与pH、EC和ESP呈显著负相关。【结论】通过有机物料改良效果比较,发现牛粪和风化煤处理能促进苏打盐化土有机碳累积,提高可溶性、易氧化态及轻组有机碳组分在总有机碳中的占比,降低土壤pH、EC和ESP,明显提高春玉米产量。因此,风化煤和牛粪是山西北部苏打盐化土良好的改良剂。     

长期秸秆还田显著降低褐土底层有机碳储量

  【目的】  秸秆还田作为一种有效的培肥方式,对土壤固碳效果显著,但对于深层土壤有机碳的影响还存在不确定性。分析不同秸秆还田方式下褐土剖面土壤有机碳(SOC)储量变化,为褐土区秸秆还田措施优化和固碳减排等提供科学依据。  【方法】  长期秸秆还田试验开始于1992年,采用裂区设计,主区为化肥春季和秋季施用,副区为4个秸秆还田处理:秸秆不还田 (CK)、秸秆覆盖还田 (SM)、秸秆粉碎后直接还田 (SC) 和秸秆过腹还田 (CM)。在2013年春玉米收获后采集0—100 cm土层土壤样品,分析不同秸秆还田方式下SOC和土壤养分含量。  【结果】  在春季和秋季施肥下,与CK相比,CM、SM和SC处理表层 (0—20 cm) SOC含量显著提高,而SM和SC处理40—60和80—100 cm SOC含量显著降低。同时,与CK处理相比各处理SOC储量变化量在处理间存在显著差异。在春季和秋季施肥下,与CK相比,SM、SC和CM处理表层SOC储量平均分别增加2.32、5.42和12.60 t/hm2,且CM处理显著高于SM和SC处理;而在底层 (40—100 cm) 平均分别降低3.98、6.99和3.76 t/hm2;0—100 cm,CM处理SOC储量增加9.62 t/hm2,而SM和SC处理平均分别降低1.81和5.36 t/hm2。冗余分析结果表明,有机碳输入和土壤养分对表层碳储量变化的总解释率为90.10%,而对下层 (20—100 cm) 的总解释率仅为31.80%。其中,影响表层碳储量变化的主要因子是有效磷 (解释率为80.10%),而下层则是全氮 (25.28%)。  【结论】  在施用化肥基础上,长期秸秆还田促进表层碳累积,但底层氮素供应不足引起碳耗竭。总体上,秸秆过腹还田是褐土区农田培肥和增产的最优秸秆还田方式。     

玉米秸秆源有机物料对黑土养分有效性与酶活性的提升效应

  【目的】  研究以玉米秸秆为主要原料制备的不同类型有机物料对东北黑土土壤肥力和玉米产量的影响,为黑土地保护和秸秆资源高效利用提供理论依据。  【方法】  田间定位试验连续进行了5年。试验设不施肥对照 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施秸秆 (NPK+ST)、化肥配施生物炭 (NPK+BR) 以及化肥配施堆肥 (NPK+CP) 5个处理,各有机物料每年均为等碳量投入 (C 3200 kg/hm2)。5年后,采集耕层 (0—20 cm) 和亚耕层 (20—40 cm) 土壤样品,测定土壤有机碳 (SOC)、活性有机碳 (LOC)、速效养分与酶活性,并结合年际间玉米产量变化进行综合评价。  【结果】  与NPK相比,NPK+BR处理显著增加了耕层及亚耕层SOC含量,增幅分别为28.2%和11.2%;NPK+CP和NPK+ST处理增加了耕层SOC含量,增幅分别为15.5%和7.6%,对亚耕层SOC含量影响不显著;配施有机物料处理显著增加了0—40 cm土层LOC含量,且NPK+CP和NPK+ST处理LOC含量在0—20 cm土层显著高于NPK+BR,增幅分别为13.2%和8.7%,各种有机物料处理LOC含量在20—40 cm土层差异不显著;3个配施有机物料处理均显著增加了0—20 cm土层有效磷含量,仅NPK+CP和NPK+BR处理显著提高了20—40 cm土层有效磷含量;配施有机物料处理对0—40 cm土层土壤速效氮和速效钾含量影响均不显著,但配施堆肥处理0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理。配施有机物料处理比NPK处理显著增加了0—40 cm土层土壤纤维素酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。NPK+ST和NPK+BR处理比NPK+CP处理更利于提高耕层纤维素酶活性,NPK+ST处理耕层蔗糖酶活性显著高于NPK+BR和NPK+CP处理;配施有机物料处理亚耕层土壤纤维素酶和蔗糖酶活性差异不显著。NPK+ST和NPK+CP处理较NPK+BR处理显著提高了0—40 cm土层土壤磷酸酶活性。不同处理玉米产量在年际间波动变化,配施有机物料处理玉米产量高于NPK处理,NPK+CP和NPK+ST处理对玉米产量的提升在第一年即有明显效果,而NPK+BR处理对玉米产量的积极效果在4年后才表现出来。各处理平均玉米产量的高低表现为NPK+CP > NPK+ST > NPK+BR > NPK > CK。  【结论】  化肥配施生物炭对0—40 cm土层土壤有机碳的积累作用最突出,而配施秸秆和堆肥更利于提升土壤活性有机碳的含量。配施堆肥0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理,三者0—20 cm土层土壤有效磷含量无显著差异,但配施堆肥和生物炭20—40 cm土层有效磷含量显著高于配施秸秆处理。配施秸秆或生物炭增强了0—40 cm土层土壤纤维素酶活性,而蔗糖酶和磷酸酶活性以配施秸秆和堆肥处理为最高。随着土壤肥力的提高,配施有机物料处理促进了玉米产量的提升,以配施堆肥处理对玉米平均产量的增加幅度最高。因此,对于基础肥力较高的黑土而言,生物炭还田可实现黑土有机碳的快速提升,而堆肥和秸秆直接还田对玉米产量的促进作用更为明显。     

吉林省中部黑土区秸秆全量深翻还田条件下春玉米氮肥适宜用量研究

  【目的】  基于多年玉米秸秆全量深翻还田试验,探究吉林省中部黑土区春玉米氮肥适宜用量及群体氮素累积与分配特征。  【方法】  本试验于2017—2019年在吉林省公主岭市进行,为双因素田间试验。主因素为施氮水平,分别为0 (N0)、60 (N60)、120 (N120)、180 (N180)、240 (N240)、300 (N300)、360 (N360) kg/hm2;副因素为品种,分别为富民985 (Fumin 985)和翔玉211 (Xiangyu 211)。测定不同生育时期玉米各器官干物质积累量、吸氮量及产量构成。  【结果】  增施氮肥对玉米产量影响显著,年份、处理、品种对产量的影响具有明显的交互作用。N0处理的产量随着年限的增加而逐年递减,2018年和2019年相比于2017年产量分别降低10.9%和26.2%;各处理间差异也逐渐增大,2017年N180处理比N0处理产量增加23.2%,到2019年N180处理比N0处理产量增加55.1%;品种间比较,2017—2019年翔玉211产量均高于富民985产量,并且翔玉211适宜施氮量略高于富民985适宜施氮量。春玉米干物质积累量随着施氮水平的提高呈现先上升后降低的趋势,不同氮肥处理的茎、叶干物质积累量和氮积累量均于吐丝期至乳熟期达到最大值,成熟期N180处理的茎、叶、籽粒干物质积累量最高;不同施氮水平下,花后氮积累量分配比例呈现先升后降的趋势。不同施氮水平下,秸秆理论带入全氮养分量差异明显,且不同施氮水平的氮还田量随着秸秆还田年限的增加而逐渐上升,2017年,N300处理下氮还田量最高,为68.9 kg/hm2,较N0、N360处理分别增加155.0%、15.2%;2019年,N240处理下氮还田量最高,为109.9 kg/hm2,较N0、N360处理分别增加156.7%、33.4%。本研究以2017和2019年数据拟合方程,计算得出秸秆全量深翻还田后玉米最佳经济产量为13028 kg/hm2,适宜氮肥用量为162 kg/hm2。  【结论】  在吉林中部黑土区,多年连续秸秆全量深翻还田条件下,虽然年际条件、品种对产量有显著影响,氮肥依然是玉米高产稳产的重要因素,适宜的氮肥用量有利于提高吐丝至乳熟期玉米的干物质积累。本试验条件下保持产量水平12～13 t/hm2的氮肥适宜用量为160～165 kg/hm2。     

生物炭和氮肥配施提高土团聚体稳定性及作物产量

【目的】通过田间定位试验,探讨生物炭和氮肥配施对土耕层土壤水稳性团聚体组成、稳定性、有机碳土层分布及冬小麦–夏玉米轮作体系下产量的影响,为生物炭在关中地区农业生产中的应用提供科学依据。【方法】本试验设置4个生物炭水平和2个氮肥水平,生物炭水平分别为0、1000、5000、10000 kg/hm2,依次记为B0、B1、B2、B3;氮肥水平包括两季总氮量480 kg/hm2(NT) 和两季总氮量减半240 kg/hm2(NH),共组成8个处理。采集0—10 cm、10—20 cm土层土壤样品,利用TTF-100土壤团聚体分析仪湿筛获得5种粒级的团聚体 (> 2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm、< 0.25 mm),用 > 0.25 mm团聚体含量 (R_0.25)、平均重量直径 (MWD)、几何重量直径 (GMD) 表示水稳性团聚体的的稳定性,并测定了不同粒级团聚体中有机碳的含量及小麦–玉米两季作物总产量。【结果】与不施生物炭 (B0NT、B0NH) 相比,施用生物炭的处理显著增加了 > 2 mm、1～2 mm粒级水稳性大团聚体的百分含量 (P < 0.05),两粒级增幅范围分别为3.5%～180.3%、9.4%～98.9%。施用生物炭10000 kg/hm2(B3NT、B3NH) 时,MWD、GMD和R_0.25增幅最高,分别增加了12.5%～112.5%、25.0%～65.7%、20.0%～65.0%。施用生物炭显著提高了土壤各粒级水稳性团聚体有机碳含量,与不施生物炭处理相比,> 2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm 和0.25～0.5 mm粒级团聚体有机碳含量增幅分别为6.3%～30.5%、0.2%～28.2%、0.2%～41.6%和4.6%～39.1%。与0—10 cm土层相比,10—20 cm土层氮肥减量降低了土壤团聚体的稳定性,而施用生物炭10000 kg/hm2(B3NH) 可改善土壤团聚体的稳定性,改变有机碳分布。在10—20 cm土层,与B0NT处理相比,B0NH处理土壤水稳性团聚体的R_0.25、MWD、GMD显著下降,三者分别降低了79.2%、25.7%、30.0%,而B3NH与B3NT处理之间无显著差异。与B0NT相比,B0NH处理 < 0.25 mm粒级微团聚体对土壤有机碳分配比例显著增加了17.4%,而B3NH处理与B3NT相比,< 0.25 mm粒级微团聚体对土壤有机碳分配比例无显著差异。此外,施用生物炭显著提高作物总产量,B2NT、B3NT和B3NH处理下两季作物总产量较高,分别较B0NT提高了27.0%、23.6%、27.9%,且三个处理之间无显著差异。从各指标相关分析可知,水稳定大团聚体的GMD与土壤全土有机碳以及两季作物总产量之间有着显著的正相关关系。【结论】生物炭配施氮肥显著提高了土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性,且提高小麦—玉米两季作物总产量。减施氮肥有利于有机碳向大团聚体中分配,供试条件下,生物炭10000 kg/hm2配施氮肥240 kg/hm2对提高土耕层团聚体稳定性、土壤有机碳及两季作物总产量效果最佳。