长期施肥下华北潮土生产力演变及影响因素分析

【目的】华北潮土区是我国小麦和玉米的主产区。明确潮土生产力的变化规律,探明影响潮土生产力的主要因素,为潮土的作物增产和可持续发展提供理论依据。【方法】以国家级潮土长期定位监测点位为平台,利用时间趋势分析和中值分析方法分别总结其生产力和土壤肥力因素在不同监测时期变化趋势;并运用逐步回归和通径分析方法分析作物产量的影响因素。【结果】近31年来常规施肥下华北潮土生产力监测结果显示,整个监测期间小麦产量呈上升的趋势,小麦产量均值为6 443 kg·hm~(-2)。1988—1993年小麦平均产量为2 814 kg·hm~(-2),2014—2018年小麦平均产量为6 902 kg·hm~(-2),较监测初期(1988—1993)提高145%,年均增长132 kg·hm~(-2)。常规施肥区玉米产量随时间显著升高,1988—1993年玉米平均产量为2 667 kg·hm~(-2),2014—2018年玉米平均产量为8 267 kg·hm~(-2),较监测初期(1988—1993年)提高210%,年均增长180 kg·hm~(-2)。玉米产量及增产效果明显高于小麦。华北潮土区土壤地力对小麦和玉米产量的平均贡献率分别为48%和51%。施肥量与作物增产量呈显著正相关的关系。随着施肥年限的增加,作物产量的可持续性也在增加。逐步回归和通径分析的结果表明,土壤有效磷为影响整体作物产量的主要因子。对小麦产量具有直接作用的因素顺序依次为有机质、施氮量、施钾量,玉米产量直接作用的因素是全氮、有效磷、施氮量、施磷量。【结论】从整个监测时期来看,潮土生产力在监测后期得到了明显的改善,土壤生产力主要受氮肥、有机质、有效磷等因素影响较大。因此潮土区生产力的提高需要地力的提升和肥料的科学施用。     

我国主要粮食作物秸秆还田养分资源量及其对小麦化肥减施的启示

【目的】明确我国主要粮食作物秸秆及其养分资源特征,为秸秆肥料化利用、化肥合理减施及农业绿色生产提供科学依据。【方法】基于《中国统计年鉴》和文献资料数据,估算我国水稻、小麦和玉米秸秆及其养分资源量,分析秸秆和养分资源区域分布特征、养分资源当季释放量以及小麦生产中化肥减施量。【结果】通过文献数据加权估算,我国水稻、小麦和玉米的草谷比分别为1.01、1.14和1.25。2014—2018年,我国三大粮食作物秸秆年均产量为65 386.6万t,其中水稻、小麦和玉米秸秆产量分别占32.3%、22.7%和45.0%。秸秆资源量的73.3%分布在我国华北、长江中下游和东北农区,其中水稻秸秆主要集中在长江中下游农区（50.7%）、小麦秸秆主要集中在华北农区（59.0%）、玉米秸秆主要集中在东北农区（33.7%）和华北农区（30.4%）。我国水稻、小麦和玉米秸秆氮素（N）平均含量分别为0.78%、0.64%和0.85%,磷素（P₂O₅）平均含量分别为0.42%、0.27%和0.53%,钾素（K₂O）平均含量分别为2.31%、1.53%和1.59%,秸秆总养分含量（N+P₂O₅+K₂O）表现为水稻>玉米>小麦。三大粮食作物秸秆养分资源年均量为509.8万t（N）、284.7万t（P₂O₅）和1 183.0万t（K₂O）,不同农区总养分量分布表现为长江中下游（26.0%）>华北（25.4%）>东北（21.3%）>西北（11.1%）>西南（10.5%）>东南（5.6%）。我国水稻、小麦和玉米秸秆还田氮素当季释放率分别为54.9%、51.4%和61.9%,磷素当季释放率分别为60.9%、65.3%和73.0%,钾素当季释放率分别为90.1%、93.3%和92.3%,表现为钾>磷>氮。三大粮食作物秸秆还田养分当季归还量（化肥可替代量）年均值为294.0万t（N）、194.1万t（P₂O₅）和1 083.9万t（K₂O）,总量为1 572万t,其中以玉米秸秆养分（N+P₂O₅+K₂O）当季归还量最高,占当季养分总归还量的44.6%。秸秆还田对我国小麦生产具有较高化肥替代潜力,在小麦一年一作区,小麦秸秆全量还田理论上可替代4.6 kg N·hm ^-2、7.8 kg P₂O₅·hm ^-2和65.3 kg K₂O·hm ^-2的化肥投入量;小麦玉米轮作区,玉米秸秆全量还田理论上可替代小麦生产季39.4 kg N·hm ^-2、28.9 kg P₂O₅·hm ^-2和109.9 kg K₂O·hm ^-2的化肥投入量;稻麦轮作区,水稻秸秆全量还田理论上可替代小麦生产季29.9 kg N·hm ^-2、17.8 kg P₂O₅·hm ^-2和145.1 kg K₂O·hm ^-2的化肥投入量。【结论】我国水稻、小麦和玉米秸秆年均产量分别为21 141.5万t、14 843.1万t和29 402.0万t,总量为65 386.6万t。三大粮食作物秸秆全量还田养分当季释放量为294.0万t（N）、194.1万t（P₂O₅）和1 083.9万t（K₂O）。70%以上秸秆资源和养分当季释放量集中在长江中下游、华北和东北地区。小麦生产区,前茬作物秸秆全量还田理论上可替代 4.6—39.4 kg N·hm ^-2、7.8—28.9 kg P₂O₅·hm ^-2和65.3—145.1 kg K₂O·hm ^-2的化肥投入量。     

基于产量和养分含量的旱地小麦施磷量和土壤有效磷优化

【目的】 探讨长期定位施磷条件下小麦产量、土壤有效磷水平及籽粒养分含量变化,为旱地小麦合理施用磷肥,提高产量、改善品质提供理论依据。【方法】 基于2004年在黄土高原开始的长期定位试验,于2014—2015、2015—2016和2016—2017连续3年取样,研究不同施磷量对小麦产量,生物量,产量构成,籽粒氮、磷、钾含量,土壤有效磷含量及磷吸收利用的影响。【结果】 与不施磷相比,长期施磷使小麦产量平均提高67%,生物量提高58%,穗数和穗粒数分别增加64%和8%,而千粒重降低7%。施磷量与小麦产量、生物量呈抛物线关系,获得最高产量6 465 kg·hm ^-2的施磷量为144 kg P₂O₅·hm ^-2。籽粒氮含量随施磷量增加而降低,磷和钾含量随施磷量增加而提高。土壤有效磷含量与施磷量呈显著正相关,小麦获得最高产量时播前和成熟期有效磷含量分别为16.9和20.4 mg·kg ^-1。磷吸收利用效率随施磷量增加而降低,施磷量提高50 kg P₂O₅·hm ^-2,需磷量增加0.4 g·kg ^-1,磷收获指数降低1.3%,生理效率降低45.1 kg·kg ^-1。【结论】 综合考虑小麦的籽粒产量和关键养分含量,研究区域旱地小麦应以95%的最高产量为实际生产目标,施磷量为94 kg P₂O₅·hm ^-2,播前土壤有效磷为12.0 mg·kg ^-1,成熟期为13.8 mg·kg ^-1。     

氮肥对室内和大田条件下作物秸秆分解和养分释放的影响

【目的】明确室内和大田条件下小麦和玉米秸秆分解和养分释放的影响因素,能够为作物秸秆合理还田及其养分管理提供理论依据。【方法】采用尼龙网袋法于室内培养和大田试验相结合研究氮肥用量（0,CK;180 kg N·hm ^-2,N180和360 kg N·hm ^-2,N360）作用下作物秸秆分解特征,其中室内主要研究氮肥用量和土壤类型（砂姜黑土和潮土）对小麦和玉米秸秆分解的影响;2015年6月至2016年6月冬小麦-夏玉米大田研究氮肥用量和秸秆还田深度（地表和20 cm）对小麦和玉米秸秆分解的影响。 【结果】室内研究发现,秸秆类型和土壤类型显著影响秸秆分解常数、有机碳释放量、氮释放量和磷释放量。随氮肥用量增加,小麦秸秆分解常数在两种土壤类型上均呈增加趋势,玉米秸秆呈降低趋势;小麦和玉米秸秆氮释放量呈降低趋势（小麦秸秆在潮土上呈增加趋势）。小麦秸秆在潮土上的分解常数及其碳、氮、磷释放量均显著高于砂姜黑土,而土壤类型对玉米秸秆分解影响较小。室内相同培养条件下（180 d）,小麦秸秆碳释放量均值为370 g·kg ^-1、氮为4 g·kg ^-1、磷为3.6 g·kg ^-1;玉米秸秆碳释放量为560 g·kg ^-1、氮11 g·kg ^-1、磷3.3 g·kg ^-1。大田条件下,秸秆还田深度显著影响小麦和玉米秸秆分解常数及其碳、氮、磷释放量;其中秸秆还田20 cm处理的分解常数及其养分释放量均显著高于地表处理。随氮肥用量增加,地表处理小麦秸秆分解常数和全碳释放量逐渐降低,玉米秸秆呈增加趋势;20 cm处理小麦分解常数及其碳、氮和磷释放量均随氮肥用量呈增加趋势,而玉米秸秆呈降低趋势。地表处理小麦秸秆经过一个玉米生长季能分解40%,释放碳150 g·kg ^-1、氮2 g·kg ^-1、磷3.5 g·kg ^-1左右;翻埋到地下20 cm可以分解80%,释放碳360 g·kg ^-1、氮4 g·kg ^-1、磷3.8 g·kg ^-1。玉米秸秆还田到地表,经过一个小麦生长季只能分解40%,释放碳210 g·kg ^-1、氮5 g·kg ^-1、磷2 g·kg ^-1;而还田于土层20 cm处理可以分解60%,释放碳360 g·kg ^-1、氮6 g·kg ^-1、磷2.5 g·kg ^-1。主成分分析结果表明,室内条件下小麦秸秆分解常数与土壤无机氮、脲酶、秸秆氮含量呈显著正相关,与蔗糖酶和秸秆碳氮比呈显著负相关,而玉米秸秆分解常数与土壤无机氮呈显著负相关。大田条件下小麦秸秆分解常数与土壤脲酶、蔗糖酶、秸秆碳氮比、秸秆碳、氮含量均显著负相关;玉米秸秆分解常数与土壤硝态氮、无机氮含量、脲酶、蔗糖酶以及秸秆碳氮比均呈显著负相关,而与秸秆氮、磷含量呈显著正相关。 【结论】室内培养试验和大田试验均表明,小麦和玉米秸秆分解常数和养分释放特征存在差异,增施氮肥促进小麦秸秆分解但对玉米秸秆分解的影响较小;潮土和砂姜黑土显著影响小麦秸秆分解而对玉米秸秆分解的影响较小,秸秆还田深埋入土能够显著促进小麦和玉米秸秆的分解及其养分释放。生产上作物秸秆应该还田入土,并根据土壤类型和作物类型采取合适的肥料用量促进秸秆分解。     

覆膜滴灌条件下基于玉米产量和土壤磷素平衡的 磷肥适用量研究

【目的】 针对东北半干旱区覆膜滴灌玉米生产中大量施磷导致的效率低与环境风险增大问题,通过3年定位试验,系统研究了覆膜滴灌条件下不同磷肥用量对玉米产量、磷肥利用效率和土壤供磷能力的影响,为该区域玉米磷肥合理施用提供科学依据。【方法】 于2015—2017年在吉林省半干旱玉米主产区（乾安县）布置定位田间试验。共设6个磷肥用量处理,分别为0（P₀）、40 kg·hm ^-2（P₄₀）、70 kg·hm ^-2（P₇₀）、100 kg·hm ^-2（P₁₀₀）、130 kg·hm ^-2（P₁₃₀）和160 kg·hm ^-2（P₁₆₀）,测定指标包括玉米产量及其构成、成熟期植株磷含量和土壤有效磷含量,并计算作物吸磷量、磷肥利用效率和土壤-作物系统的磷素表观平衡状况。【结果】 施磷可显著提高玉米产量,增幅依次为6.2%—21.2%（2015年）、9.0%—20.6%（2016年）和12.9%—30.3%（2017年）,3年平均增幅为9.2%—23.9%,增产的主要原因是施磷增加了穗粒数、百粒重和收获指数。玉米产量随磷肥用量的增加呈先升后降趋势,其中以P₁₀₀处理玉米产量最高。磷素表观回收率和磷素偏生产力均随磷肥用量的增加而下降,磷素农学利用率随磷肥用量的增加先升后降。与不施磷肥相比,随磷肥用量和施磷年限的增加,0—40 cm土壤有效磷含量呈增加趋势,其中P₁₀₀处理土壤有效磷含量与试验起始时土壤有效磷含量相近。连续种植3季玉米后,P₀、P₄₀和P₇₀处理土壤磷素表观平衡值均表现为亏缺,亏缺量随磷肥用量的增加而下降;P₁₀₀、P₁₃₀和P₁₆₀处理的土壤磷素表现为盈余,并随磷肥用量的增加而增加。将盈余率（x）与磷肥用量（y₁）、土壤有效磷含量（y₂）、磷肥利用效率（y₃）分别进行拟合,当x=0时,磷肥用量为92.4 kg·hm ^-2,玉米产量为12 497 kg·hm ^-2,0—20 cm和20—40 cm土壤有效磷含量分别为34.6 和28.4 mg·kg ^-1,磷素表观回收率为24.1%,磷素农学利用率为21.9 kg·kg ^-1,磷素偏生产力为146.1 kg·kg ^-1;其结果与最高产量处理（P₁₀₀）相对应的玉米产量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率结果相近;以理论盈余率为0时施磷量的95%为置信区间,得出最佳施磷范围在88—97 kg·hm ^-2。【结论】 本研究中磷肥用量88—97 kg·hm ^-2范围内不仅能获得玉米高产,还能维持土壤磷素平衡,可作为东北半干旱区覆膜滴灌条件下玉米高产与环境友好的磷肥管理参考依据。     

我国主要麦区农户施肥评价及减肥潜力分析

【目的】明确我国主要麦区农户小麦施肥存在的问题及减肥潜力,为科学施肥、合理减肥提供依据。【方法】连续3年对我国主要麦区的小麦种植户进行施肥调研和取样,基于农户产量、养分需求量和土壤养分供应水平对其施肥状况和减肥潜力进行评价和分析。【结果】我国主要麦区农户小麦产量和生物量平均为6.0和13.2 t·hm ^-2,二者极显著线性相关。小麦产量与施肥量和土壤养分无显著相关。我国小麦氮（N）、磷（P₂O₅）和钾（K₂O）肥用量平均分别为191.1、112.8和53.4 kg·hm ^-2,春麦区农户氮、磷和钾肥用量平均分别为171.7、108.9和10.6 kg·hm ^-2,旱作区分别为154.3、111.8和32.6 kg·hm ^-2,麦玉区分别为236.4、128.1和74.0 kg·hm ^-2,稻麦区分别为177.5、77.0和71.8 kg·hm ^-2。就施氮量而言,春麦区过量施氮的农户较少,为34%,其次是麦玉区、稻麦区和旱作区,分别为42%、55%和63%;产量较低的农户是氮肥减施的重点,减氮潜力最高达43.6%,平均需减氮2.3—135.5 kg·hm ^-2。过量施磷问题比较突出,各麦区施磷过量的农户分别占63%、87%、68%和57%,即使小麦高产时,仍有超过50%的农户施磷过量;各麦区不同产量等级的农户均需减施磷肥,减磷量平均为3.8—91.1 kg·hm ^-2,旱作区减磷潜力最大,达55.6%。施钾状况因麦区而异,在春麦区,主要问题是施钾不足,占84%,平均需增施钾肥22.8 kg·hm ^-2;旱作、麦玉和稻麦区,减钾潜力分别达43.2%、25.7%和56.0%;产量较低的农户是减钾的重点,平均需减钾31.7—45.9 kg·hm ^-2。【结论】我国农户施肥状况和减肥潜力因农户产量和麦区不同存在差异,中低产农户过量施肥问题较为严重,应注意根据产量适量减少施用氮、钾肥,所有农户均需警惕磷肥过量投入问题,其中旱作区氮、磷肥减施潜力最高,稻麦区减钾潜力最高。     

施氮量对黄土高原旱地冬小麦产量和水分利用 效率影响的整合分析

【目的】明确氮肥在黄土高原地区不同种植条件下对冬小麦生产的影响及各条件下合理的施氮量。【方法】通过文献检索共获得82篇大田试验文献,包含355个独立研究的1 169组观测数据,采用整合分析比较氮肥在黄土高原不同区域、不同年均温、不同年降水量及不同耕层有机质含量下对冬小麦产量和水分利用效率的影响,并采用回归分析探究各分组产量和水分利用效率与施氮量间的关系。【结果】施氮整体上显著提高了黄土高原冬小麦产量和水分利用效率,相对增长率分别为66.09%和72.38%（P＜0.05）。施氮后西北部产量相对增长率（69.27%）高于东南部,水分利用效率增长率（65.53%）低于东南部;西北部在施氮量212 kg·hm ^-2时产量达到最高,东南部需多施15 kg·hm ^-2才能获得最高产量;西北部施氮232 kg·hm ^-2时水分利用效率最高,而东南部水分利用效率在施氮224 kg·hm ^-2时基本趋于稳定。施氮后年均温≤10℃地区产量和水分利用效率的相对增长率（79.12%,75.00%）均高于＞10℃地区;年均温＞10℃地区施氮189 kg·hm ^-2和187 kg·hm ^-2时产量和水分利用效率分别达到最高,而年均温≤10℃地区施氮225 kg·hm ^-2时产量才趋于最大,水分利用效率在施氮239 kg·hm ^-2时达到最高。施氮后在年均降水≤600 mm地区产量相对增长率（70.48%）更显著,而水分利用效率则在年均降水＞600 mm时更显著;年均降水≤600 mm地区在施氮量235 kg·hm ^-2和244 kg·hm ^-2时,产量和水分利用效率分别达到最高,年均降水＞600 mm地区实现高产的施氮量为250 kg·hm ^-2。施氮后耕层有机质含量≤12 g·kg ^-1条件下,产量和水分利用效率的相对增长率（78.24%, 86.55%）均高于＞12 g·kg ^-1条件,前者在施氮量226 kg·hm ^-2和212 kg·hm ^-2时产量和水分利用效率分别达到最高,而后者获得最高产量和最高水分利用效率的施氮量分别为163 kg·hm ^-2和175 kg·hm ^-2。【结论】在黄土高原,冬小麦在东南部和西北部获得高产的合理施氮量分别为227 kg·hm ^-2和212 kg·hm ^-2;年均温＞10℃地区合理施氮量为187 kg·hm ^-2,年均温≤10℃地区为239 kg·hm ^-2;年均降水＞600 mm地区合理施氮量为250 kg·hm ^-2,年均降水量≤600 mm地区为235 kg·hm ^-2;耕层有机质含量≤12 g·kg ^-1条件下的合理施氮量为226 kg·hm ^-2,高于12 g·kg ^-1时则为163 kg·hm ^-2。     

再生稻和双季稻田CH4排放对比研究

【目的】 为了探索生态可持续的稻作模式,对比研究了长江中下游地区双季稻和再生稻稻作模式的产量潜力和CH₄排放特征,以此为选取绿色、生态经济可持续的稻作模式提供科学依据。【方法】 于2017—2018年依托湖南省益阳市大通湖区宏硕生态农业农机合作社科研基地,设置了双季稻和再生稻2种模式,对比分析了产量潜力、稻田生育期间CH₄排放动态和稻田生态系统CH₄季节性累积排放规律以及评估了单位产量稻田CH₄排放。【结果】 试验期间,从产量方面来看,双季稻早稻产量为7.37 t·hm ^-2,再生稻头季产量为8.84 t·hm ^-2,头季相比早稻增产19.95%。双季稻晚稻产量为6.82 t·hm ^-2,再生稻再生季产量为3.39 t·hm ^-2,再生季相比晚稻减产50.29%。综合两季,双季稻总产量为14.19 t·hm ^-2,再生稻总产量为12.22 t·hm ^-2;从生育期间CH₄排放动态来看,双季稻在分蘖期和齐穗期左右排放较强峰值,再生稻除了在分蘖期和齐穗期有较强的排放以外,其在施用促芽肥时也出现了小峰值。但总体双季稻的排放范围（- 0.06—1.30 μmol·m ^-2·s ^-1）要高于再生稻的排放范围（- 0.01—0.70 μmol·m ^-2·s ^-1）;从稻田CH₄季节性累积排放来看,双季稻CH₄累积排放要高于再生稻。再生稻头季累积排放范围在23.90—266.59kg·hm ^-2,再生季累积排放范围在0.00—46.14 kg·hm ^-2。双季稻早稻季节累积排放范围在为35.57—251.29kg·hm ^-2,晚稻季节累积排放范围在为10.74—321.59 kg·hm ^-2。双季稻CH₄季节累积排放A-B（两叶一心至分蘖后期）段>B-C（分蘖后期至齐穗期）段>C-D（齐穗期至成熟期）段,且全生育期双季稻累积排放达922.35 kg·hm ^-2。再生稻CH₄累积排放B-C段>A-B段>C-D段,且全生育期CH₄累积排放为609.74 kg·hm ^-2,即相比对照双季稻,再生稻CH₄累积排放降低了33.89%;最后通过评估单位产量CH₄排放可知,早稻单位产量CH₄排放为0.069 kg·kg ^-1,头季单位产量CH₄排放为0.062 kg·kg ^-1,头季相比早稻减少了10.14%;晚稻单位产量CH₄排放为0.061 kg·kg ^-1,再生季单位产量CH₄排放为0.018 kg·kg ^-1,再生季相比晚稻降低了70.49%。综合两季,双季稻单位产量CH₄排放为0.065 kg·kg ^-1,再生稻单位产量CH₄排放为0.050 kg·kg ^-1,再生稻相比双季稻降低了23.08%。 【结论】 从单位产量下CH₄排放角度来看,在长江中下游双季稻的主产区扩大种植再生稻是为良策。     

综合农学管理模式对春玉米产量和养分累积特征的影响

【目的】 研究综合农学管理模式下春玉米产量及开花前后植株养分累积与转运特征,旨在为春玉米高产高效生产提供理论和技术支持。【方法】 试验于2009—2011年在吉林省公主岭市铁北区进行,以先玉335为供试材料,在大田条件下设置5种不同农学管理模式,即无肥区（CK）、农户习惯模式（FP）、综合农学管理模式1（Opt-1）、综合农学管理模式2（Opt-2）、综合农学管理模式3（Opt-3）,通过3年定位试验,系统监测不同生育时期植株氮、磷、钾养分吸收与累积特征,重点对开花前后春玉米干物质及氮磷钾养分累积与转运特征进行比较研究。【结果】 合理增密、平衡施肥和深松作业是春玉米获得高产的关键措施。5种模式间以Opt-3最优,与农户习惯模式（FP）相比,Opt-3产量和干物质累积量增幅分别为13.9%和22.4%,其增产贡献主要来自于收获穗数（较农户模式增加34.3%）。在与FP处理化肥投入量基本一致的情况下,Opt-3处理下植株氮、磷、钾累积量分别增加9.5%、28.1%和23.9%,氮、磷、钾素转运效率分别增加47.7%、21.7%和45.0%,氮肥偏生产力增加14.0%,磷肥偏生产力增加4.4%。与Opt-1模式相比,Opt-3处理主要通过增加密度实现了产量的进一步提升（较Opt-1种植密度增加10 000株/hm ²,增产56—346 kg·hm ^-2）;与Opt-2模式相比,Opt-3主要通过肥料的进一步优化实现了效率的提升（较Opt-2氮肥农学利用率提高29.5%）。通过肥料成本核算,Opt-3处理较FP处理增加收益2 218元/hm ²,较Opt-1处理增加收益290元/hm ²,较Opt-2处理节约成本367元/hm ²。【结论】 合理增密至70 000株/hm ²、优化化肥用量（N 225 kg·hm ^-2-P₂O₅ 90 kg·hm ^-2-K₂O 90 kg·hm ^-2）和施用时期、增施有机肥（15 000 kg·hm ^-2）、补充中微肥（150 kg·hm ^-2）,并结合土壤深松是较为优化的综合农学管理模式,可以实现东北中部春玉米产量和效率的协同提升。     

华北地区夏玉米滴灌施肥的肥料效应

目的 通过研究华北地区中低产土壤条件下不同氮、磷、钾肥施用量在滴灌夏玉米上的肥料效应,从而优化滴灌施肥系统,为夏玉米高效滴灌施肥提供理论依据,推进水肥一体化技术。方法 通过两年田间试验,以郑单958为供试品种,滴灌带设置为一管带两行,氮磷钾分别设4个处理,其中氮肥处理为0、144、180、216 kg·hm ^-2（记为N0、N1、N2、N3）,磷肥处理为0、72、90、108 kg·hm ^-2（记为P0、P1、P2、P3）,钾肥处理为0、72、90、108 kg·hm ^-2（记为K0、K1、K2、K3）,氮磷钾肥料分4次滴施,以研究不同处理对夏玉米产量及不同生育时期干物质积累的影响,分析不同处理下肥料的利用率。结果 （1）华北地区中低产田条件下夏玉米产量随施氮磷肥的用量呈抛物线性变化,当施氮量为180 kg·hm ^-2,施磷量为90 kg·hm ^-2时,作物产量最高;当氮磷肥施用量超过最高产量施肥量时,作物产量随施氮磷用量的提高呈下降趋势,但氮肥处理的下降程度差异不显著,而磷肥施用量超过90 kg·hm ^-2时,作物产量随施磷量的提高显著下降（P＜0.05）;在本处理中,夏玉米产量随施钾量的提高,均呈增加趋势。（2）不同施肥处理对夏玉米生育前期干物质积累几乎没有影响,在灌浆期与收获期时干物质积累与施氮量、施磷量均呈抛物线性变化,变化趋势与产量基本相同。（3）不同处理的氮磷钾肥利用率不同,分别为33.39%—58.44%、14.15%—28.88%、54.70%—65.75%,当夏玉米产量最高时的氮、磷、钾肥利用率两年平均为51.21%、28.88%、65.75%;在最高产量条件下,氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为8.08、11.41和8.83 kg·kg ^-1;偏生产力分别为59.88、119.75和100.65 kg·kg ^-1。结论 在华北地区中低产土壤滴灌施肥条件下,最适宜的氮磷施用量分别为180 kg·hm ^-2和90 kg·hm ^-2,当施氮量超过180 kg·hm ^-2、施磷量超过90 kg·hm ^-2时,夏玉米产量会出现下降,但随施钾量的提高,产量有增加的趋势。滴灌施肥可获得较高的氮磷钾肥利用率,分别为51.21%和28.88%和65.75%。     

Quality Change of Cinnamon Soil Cultivated Land and Its Effect on Soil Productivity

【Objective】The quality of cultivated land is a key factor affecting soil productivity, which serves also as scientific basis for rational fertilization. Cinnamon soil is the main soil type at the production area of wheat and corn in China. This study examined the current status of cultivated land quality and the evolution characteristics of cinnamon soil during the past 31 years (1988-2018). Though considering the evolution of fertilizer application rate, their influence on productivity was studied, and the guidance for reducing fertilizer input and increasing efficiency in cinnamon soil area was proposed.【Method】Using the data of 103 long-term (31 years) location test points in China, the evolution of cinnamon soil cultivated land quality was analyzed by combining physical and chemical indexes. The factors influencing the yield were compared through the redundancy analysis (RDA). Based on these results, reasonable suggestions were put forward to reduce fertilizer input and increase efficiency in cinnamon soil area.【Result】(1) The present situation and evolution of soil physical and chemical properties in cinnamon soil area were shown in the study. Specifically, the average values of organic matter content, available phosphorus and available potassium in 2018 were 17.9 g·kg ^-1, 29.2 mg·kg ^-1-and 164 mg·kg ^-1, respectively, which represented an increase of 21.2%, 200.9% and 52.0% during 31years, respectively. The average values of total nitrogen and slow available potassium in 2018 were 1.1 g·kg ^-1 and 945 mg·kg ^-1, respectively, which remained relatively stable during the monitoring period. The contents of soil secondary elements and micronutrient elements and heavy metals were in an acceptable range. The pH was reduced by 0.3 unit. Topsoil thickness was 21.9 cm and bulk density was 1.33 g·cm ^-3, which belonged to the middle level. (2) The fertilizer application rate in cinnamon soil area was 730.2 kg·hm ^-2 in 2018. The proportion of N (N):P (P₂O₅):K (K₂O) was about 2:1:1, and the proportion of chemical fertilizer to organic fertilizer was about 3.45:1. The nitrogen fertilizer application rate was 378.9 kg·hm ^-2, which was stable during the past 31 years. The application rate of phosphate and potassium fertilizer decreased by 24.1% and 50.8%, respectively. (3) The wheat yield showed an upward trend during 31 years, and the maximum reached 6 651 kg·hm ^-2 at the end of monitoring, which was 27.6% higher than the value at the initial stage. The corn yield was stable, reaching 8 851 kg·hm ^-2 at the end of monitoring. The contribution rate of soil fertility in wheat season and corn season was 49.0% and 59.6%, respectively. The yield was influenced by soil physical factors, including the thickness of plough layer (which could explain the wheat production for 2.7%, denoted as explanation rate), bulk density (explanation rates of wheat and corn productions for 1.2% and 1.5%, respectively) and chemical index, such as organic matter explanation rates of wheat and corn productions for 2% and 1.7%, respectively, and available phosphorus (explanation rate of corn for 3.6%). The explanation rates of potassium fertilizer were the highest for wheat and corn productions, which reached 5.6% and 6%, respectively. The explanation rates of phosphorus fertilizer for wheat yield (1.3%) and of nitrogen fertilizer for corn yield (1.3%) were also relatively high.【Conclusion】The cultivated land quality in cinnamon soil area has been improved in 31 years, but the overall fertility was low and the physical properties were in middle level. Considering the impact of land quality on productivity, different fertilization schemes needed to be formulated for wheat and corn. Both of which needed to increase the input of potassium fertilizers, and focused on ensuring the supply of phosphorus fertilizers for wheat and nitrogen fertilizers for corn. Physical indicators needed to be highly concerned. The topsoil thickness and bulk density were at a medium level, but there was no need to continue to optimize, and maintaining the status quo was more conductive to obtaining high yield.     

基于农户施肥和土壤肥力的黑龙江水稻减肥潜力分析

【目的】 黑龙江稻田面积320多万公顷,为全国稻田面积最大的省份,10多年来水稻产量一直徘徊在7 000 kg·hm ^-2,也是我国稻田化肥用量（纯N 约150 kg·hm ^-2）最低的省份。在化肥零增长的背景条件下,黑龙江是否存在节肥潜力有待研究。 【方法】 调查水稻主产区农户施肥情况。2005年调查区域为五常、方正、木兰、宁安、庆安、铁力、尚志、阿城;2008年调查区域为密山、虎林、庆安、五常、宁安、方正、萝北、桦川、富锦和尚志;2015年调查区域为五常、方正、宁安、虎林和庆安。每个地点随机选择一个乡,每个乡随机选择2或者3个村,每村调查10户,共638户。2009—2010年,采集了黑龙江水稻主产区8万多个土壤样品,测定0—20 cm土层速效磷、速效钾养分含量。采用理论适宜施氮量法估算黑龙江稻田氮肥用量;依据作物养分需求量和稻田土壤养分状况,采用磷钾衡量监控方法,估算稻田磷、钾肥适宜施用量,在此基础上分析黑龙江省水稻减肥潜力。【结果】 2005、2008和2015年黑龙江水稻平均产量分别为6 427、7 593和7 142 kg·hm ^-2 ,3年平均产量为7 104 kg·hm ^-2。农户间产量差异较大,高低相差近5 000 kg·hm ^-2。稻田N、P₂O₅和K₂O用量平均分别为141.0、56.6和51.6 kg·hm ^-2,N、P₂O₅和K₂O用量高低相差均超过300 kg·hm ^-2,农户间施肥变异较大,盲目施肥问题突出。稻田土壤速效磷和速效钾的含量分别约为26和138 mg·kg ^-1。速效磷的变异超过了40%,不同区域间土壤肥力差异较大。70%以上的样品速效磷、速效钾含量处于较高水平。要达到7 500 kg·hm ^-2的产量水平,对应的理论适宜N用量为105 kg·hm ^-2,只有20%的农户实现了高产氮素高效,有70%的农户具有节肥潜力,可以节氮超过26%。通过节肥,每千克氮素生产的粮食可由50 kg提高到70 kg。按照目前的产量和土壤养分状况,稻田P₂O₅和K₂O适宜用量分别为41.6和35.9 kg·hm ^-2,可以减量约30%。调研农户中,具有节磷和节钾潜力的农户分别约占总体的71%和72%,处于低产低效的农户均占总体的30%,节肥潜力最大。 【结论】 黑龙江作为全国施肥量最低的省份,有约70%的农户处于高产不高效或者低产低效水平,过量施肥问题突出,节肥潜力20%以上。     

Research on Optimum Phosphorus Fertilizer Rate Based on Maize Yield and Phosphorus Balance in Soil Under Film Mulched Drip Irrigation Conditions

【Objective】 In order to improve phosphorus efficiency and reduce environmental risk due to a large number of phosphorus application under mulched drip irrigation in northeast semi-arid region for maize production, a 3-year field experiment was conducted to investigate the effects of different phosphorus application rates on maize yield, phosphorus utilization efficiency and soil phosphorus supply ability, so as to provide scientific references for rational phosphorus fertilizer application in this region. 【Method】 The field experiment was conducted in semi-arid maize production region of Jilin province (Qian'an county) from 2015 to 2017. Six treatments of phosphorus application rate (P₂O) were designed in the field experiments, including 0 (P₀), 40 kg·hm ^-2 (P₄₀), 70 kg·hm ^-2 (P₇₀), 100 kg·hm ^-2 (P₁₀₀), 130 kg·hm ^-2 (P₁₃₀) and 160 kg·hm ^-2 (P₁₆₀), which were used for the calculation of phosphorus uptake, phosphorus utilization efficiencies and apparent phosphorus balance in the soil-crop system. The measurement indexes contained maize yield and its components, phosphorus content of plant at mature stage and soil available phosphorus concentration. 【Result】 The result showed that the maize yield with phosphorus application were significantly increased by 6.2%-21.2% (2015), 9.0%-20.6% (2016) and 12.9%-30.3% (2017) respectively, and increment by 9.2%-23.9% in average three years. The yield was enhanced by increasing grains per ear, 100-kernel weight and harvest index by applying phosphorus fertilizer. Maize yield increased at first and decreased later with increasing of phosphorus application rate, and the highest yield value was found under P₁₀₀ treatment. Phosphorus recovery efficiency and partial productivity declined, however, phosphorus agronomic efficiency increased at first and decreased later with increasing of phosphorus application rate. Available phosphorus content in soil layer (0-40 cm) was improved with the increasing of phosphorus application rate and period compared with P₀ treatment, and the content under P₁₀₀ treatment was very close to its initialization value. The apparent phosphorus balance in soil was negative in the P₀, P₄₀ and P₇₀ treatments after a three-year continuous maize-cropping, and the phosphorus deficient amount was decreased with the increment of phosphorus application rate. While the apparent phosphorus balance in soil was positive under the P₁₀₀, P₁₃₀ and P₁₆₀ treatments, and phosphorus surplus amount was increasing with the increment of phosphorus application rate. When surplus rate was 0, phosphorus application rate, maize yield, available phosphorus content in 0-20 cm and 20-40 cm soil, phosphorus recovery efficiency, agronomic efficiency and partial productivity were 92.4 kg·hm ^-2, 12 497 kg·hm ^-2, 34.6 mg·kg ^-1, 28.4 mg·kg ^-1, 24.1%, 21.9 kg·kg ^-1 and 146.1 kg·kg ^-1, respectively, by simulating between phosphorus application rate (y₁), soil available phosphorus content (y₂), phosphorus utilization efficiency (y₃) and surplus rate (x), respectively. These results were similar to maize yield, soil available phosphorus content and phosphorus utilization efficiency under the maximum yield under the P₁₀₀ treatment. The optimum phosphorus application rate was at the range of 88-97 kg·hm ^-2 under 95% confidence levels, when theoretical surplus rate was 0. 【Conclusion】 The results suggested that the recommended phosphorus application rate was at the range of 88-97 kg·hm ^-2, which could not only ensure higher maize yield, but also keep soil phosphorus balance under this experimental conditions. The research provided phosphorus fertilizer management for both high-yielding maize production and friendly environment under mulched drip irrigation conditions in northeast semi-arid region of Jilin province.     

连续秸秆还田对油菜水稻轮作土壤磷素有效性 及作物磷素利用效率的影响

【目的】探究长江流域水旱轮作制度下,化学磷肥和秸秆还田配施磷肥对作物生产力的贡献,以及对土壤磷有效性和磷素效率的影响,为农田土壤磷素管理提供科学依据。【方法】试验于2014—2018年在湖北省武汉市华中农业大学进行,选取定位试验中的3个处理,分别为：（1）不施磷（NK）;（2）施磷（NPK）;（3）施磷配合秸秆还田（NPK+S）。通过测定作物产量、磷含量及土壤有效磷,分析作物磷素利用效率,探讨土壤有效磷变化与磷累积盈亏的响应关系。【结果】与NK处理相比,NPK处理的油菜和水稻平均产量分别提高530.3%和35.9%,磷积累量分别提高495.3%和98.5%;与NPK处理相比,NPK+S处理的油菜和水稻平均产量分别提高19.1%和11.0%,磷积累量分别提高20.6%和11.7%;油菜产量和磷积累量对磷肥和秸秆的响应优于水稻。秸秆还田条件下,油菜和水稻的平均磷素农学效率分别提高6.8%和33.9%,油菜、水稻和周年的磷素累积利用率分别提高8.6%、17.0%和19.8%。秸秆还田对水稻磷素利用率和农学效率的影响更为显著。4年油菜水稻轮作后,不施磷处理土壤磷素累积亏缺110.2 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓为1.9 mg·kg ^-1;施磷处理土壤磷素累积盈余210.9 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓度（4.3 mg·kg ^-1）较不施磷处理提高126.3%;施磷配合秸秆还田处理土壤磷素累积盈余（222.1 kg P₂O₅·hm ^-2）较NPK处理增加5.3%,有效磷浓度（5.1 mg·kg ^-1）较NPK处理提高18.6%。秸秆还田显著提高了土壤有效磷浓度,但土壤磷盈余量没有明显增加。连续秸秆还田和施用化学磷肥条件下,水稻土每盈余100 kg·hm ^-2的磷,NPK和NPKS处理土壤有效磷分别提高1.8和2.0 mg·kg ^-1。秸秆还田促进了土壤磷素有效化。【结论】施磷显著增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提升了土壤磷盈余量和有效磷浓度;秸秆还田在施磷肥的基础上进一步增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提高了作物特别是水稻对磷素的利用率和农学效率,同时能够在避免土壤磷素过量积累的情况下提高土壤有效磷浓度。     

宁夏引黄灌区春小麦氮磷钾需求及化肥减施潜力

【目的】明确宁夏引黄灌区春小麦氮、磷、钾肥的施用现状及需求情况,为合理施肥和科学减施化肥提供理论依据。【方法】通过农户调查和田间小区试验,分析宁夏引黄灌区春小麦产量水平及氮、磷、钾肥施用情况,阐明不同氮、磷、钾水平对春小麦产量构成及氮、磷、钾养分需求的影响。【结果】农户调查结果表明,宁夏引黄灌区春小麦产量平均为（6 985±867）kg·hm ^-2,偏高产及高产农户比例达82.7%;随着产量水平提高,氮、磷肥施用量和过量施肥量均呈降低趋势,钾肥施用量总体不足。平均来看,氮、磷、钾施用量分别为294、162和49 kg·hm ^-2;97.1%的农户氮肥投入过量,过量施氮量为69—114 kg·hm ^-2;20.5%的农户磷肥投入过量,过量施磷量为18—42 kg·hm ^-2;钾肥投入总体不足,比推荐施钾量少30—51 kg·hm ^-2。氮肥试验结果表明,当施氮量在120—240 kg·hm ^-2时,地上部生物量、籽粒产量、收获指数、穗粒数均显著增加,并在施氮量180 kg·hm ^-2时达到最高,此时籽粒吸氮量、吸磷量和吸钾量亦达到最大,分别为168.2、23.9和23.2 kg·hm ^-2;随施氮量增加,氮收获指数无显著变化,平均值为56.5%,磷收获指数呈增加趋势,钾收获指数表现为下降趋势。施氮180 kg·hm ^-2时,春小麦氮素需求量达45.8 kg·Mg ^-1,比对照增加19.6%;磷需求量从不施氮的6.0 kg·Mg ^-1显著降到高量施用氮肥（240 kg·hm ^-2）的5.3 kg·Mg ^-1,而钾需求量则从42.6 kg·Mg ^-1增加到49.7 kg·Mg ^-1。磷肥试验结果显示,施用磷肥时春小麦千粒重和收获指数明显增加,但地上部生物量和穗粒数均明显降低,因此籽粒产量无明显差异,平均为5 446 kg·hm ^-2。施用磷肥可显著提高籽粒吸氮量、氮素收获指数和氮素需求量,平均值分别为141.6 kg·hm ^-2、54.5%和25.9 kg·Mg ^-1,分别比不施磷肥提高28.6%、27.9%、26.2%;施用磷肥亦可促进磷素向籽粒转移并提高磷收获指数,籽粒吸磷量和磷收获指数分别比不施磷肥提高15.9%和15.2%,磷需求量呈增加趋势,但未达显著水平。 钾需求量随施磷量增加显著降低,从不施磷的68.1 kg·Mg ^-1降到施磷120 kg·hm ^-2的49.7 kg·Mg ^-1。钾肥试验结果发现,施钾量对生物量,籽粒产量,收获指数,每公顷穗数,籽粒氮、磷、钾含量均无显著影响,但高量施钾（75 kg·hm ^-2）可显著减少穗粒数,增加千粒重和氮、磷、钾收获指数,穗粒数比对照下降9.1%,千粒重比对照增加7.6%,氮、磷、钾收获指数分别可达57.2%、73.5%、7.3%。施钾60 kg·hm ^-2时,氮、磷、钾需求量均达最高,分别为55.3、5.5、57.6 kg·Mg ^-1,而高量施钾（75 kg·hm ^-2）时,氮和钾需求量显著降低20.6%和13.7%。可见适量施钾可提高氮、钾需求量,而高量施钾则降低氮、钾需求量。【结论】减少氮肥、调控磷肥、适当增加钾肥依然是宁夏引黄灌区春小麦化肥结构调整的主要方向。春小麦氮需求量为38.3—57.2 kg·Mg ^-1,在适量施用氮、磷、钾肥时可显著增加;磷需求量为5.1—6.0 kg·Mg ^-1,随氮肥用量增加而降低,对磷、钾肥无显著响应;钾需求量为42.6—68.1 kg·Mg ^-1,随施氮量增加呈升高趋势,随施磷量增加呈降低趋势,在高量施钾时显著降低。推荐氮肥适宜用量为120—180 kg·hm ^-2,比农户平均施氮量减少25%—60%;磷肥用量在48—96 kg·hm ^-2时,更有利于稳定春小麦产量并促进氮、磷向籽粒的转移,比农户平均用量减少40.7%—70.3%;钾肥用量在0—60 kg·hm ^-2时可稳产增质,在现有施肥水平上适量增加即可。