太行山前平原夏玉米-冬小麦轮作生态系统碳截存及其气体调节价值

应用静态明箱-气相色谱法对4个施氮肥水平NO（0kgN·hm^-2）,N200（200kgN·hm^-2）,N400（400kgN·hm^-2）,N600（600kgN·hm^-2）的夏玉米-冬小麦季CH4、N2O排放进行了研究,同时估算了其年季净固碳量及其O2气体调节价值,计算了年综合气体调节价值。结果表明,夏玉米-冬小麦农田生态系统为CH4吸收汇和N2O排放源,随着氮肥施入量的增加,其对CH4吸收能力减弱,其N2O排放量增加。夏玉米季N400和N600的CH4平均排放速率显著高于N0和N200（P〈0．05）;冬小麦季N0处理CH4平均排放速率显著低于N600处理（P〈0．05）,冬小麦季N600的N2O平均排放速率显著高于NO处理（P〈0．05）。夏玉米-冬小麦轮作农田生态系统N0、N200、N400和N600处理CH4排放总量分别为-2．55、-1．99、-0．94和0．47kg·hm^-2·a^-1;其N2O排放总量分别为1．05、1．45、1．67和2．22kg·hm^-2·a^-1。随着氮肥施用量的增加,夏玉米季和冬小麦季转化为NPP的碳量和净固碳量均增加;夏玉米-冬小麦轮作农田生态系统N0、N200,N400和N600处理年季净固碳量分别为6224．29,13885．05,14554．35和14521．10kg·hm^2·a^-1;其中N200,N400和N600分别比N0处理增加了123．08％、133．83％和133．30％。夏玉米-冬小麦轮作农田生态系统N0,N200,N400和N600处理综合气体调节价值分别为10560．19、23602．64、24727．78和24634．24yuan·hm^2·a^-1;N200、N400和N600分别比N0处理增加了123．51％、134．16％和133,27％,以N400处理年固碳量最高。     

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。     

周年施氮对冬小麦-夏大豆轮作产量及土壤氮素含量的影响

为探讨周年不同施氮组合对冬小麦-夏大豆轮作体系土壤氮素及产量影响规律,于2017-2018年,在伊宁县农业科技示范园内开展大田试验,以冬小麦-夏大豆轮作为研究对象,在前茬麦季设置4个施氮水平:0(N0)、104(N1)、173(N2)、242 kg·hm-2(N3);后茬大豆设置3个施氮水平:0(S0)、69(S1)、...     

减氮和施生物炭对华北夏玉米-冬小麦田土壤CO2和N2O 排放的影响

2013年6月-2014年6月,在河南省新乡夏玉米-冬小麦试验田设置四种处理即农民常规施肥（F处理,250kg·hm^-2）、减氮20%（LF处理,200kg·hm^-2）、减氮20%+黑炭（LFC）,以不施肥处理为对照（CK）,采用静态箱-气相色谱法,对夏玉米-冬小麦生长季土壤CO_²和N_²O排放通量动态进行测定。结果表明：（1）夏玉米-冬小麦田的土壤CO₂排放通量为21.8～1022.7mg·m^-2·h^-1,土壤CO_²排放通量主要受土壤温度和水分的影响,在夏玉米季受土壤水分的影响更为显著,而在冬小麦季则为5cm土层处的温度对其影响更为突出。减施氮肥20%处理和减氮加生物黑炭共同作用使土壤CO_²累积排放量显著降低,小麦生长季的减排作用尤为显著。（2）施肥和灌溉是影响土壤N_²O排放的最主要因素,施肥期间N2O排放量分别占夏玉米季和冬小麦季累积排放量的73.9%～74.5%和40.5%～43.6%;施肥量主要影响排放峰的强度,灌溉主要影响排放峰出现时间的早晚且会影响不同措施的减排效果。在每季作物250kg·hm^-2施氮水平下减施氮肥20%使夏玉米季和冬小麦季的N₂O累积排放量分别降低15.7%～16.8%和18.1%～18.5%,是高产集约化农田减排N₂O的有效措施。在适宜施氮水平（200kg·hm^-2）下施用生物黑炭,短期内对土壤N₂O排放无显著影响。（3）夏玉米-冬小麦田农民常规施肥水平的N₂O排放系数为0.60%,减氮施肥的N₂O排放系数为0.56%。在华北平原高产集约化农田适当减氮施肥不仅能降低农田土壤温室气体排放,且对作物产量无影响,是适宜的温室气体减排措施。     

施氮水平对稻田土壤温室气体排放的影响

该研究以江西稻田为研究对象,设置了不施氮对照(N0)、减氮40%(N1)、常规施氮(N2)、增氮50%(N3)等4个处理,采用静态箱-气相色谱法研究了稻田温室气体(N_2O、CH4、CO_2)的排放通量和速率,并计算了温室气体排放强度及全球增温潜势。结果表明:在晚稻栽培过程中,N_2O和CO_2的排放通量均出现3次峰值,且都表现为增施氮肥处理高于其他处理,而CH4排放通量仅出现一次峰值;N0、N1、N2的N_2O和CO_2的总排放量无显著差异(P0.05),但N3处理下的N_2O和CO_2的排放量显著高于其他处理(P0.05);与对照比,N1、N2和N3的CH4总排放量分别提高了58.70%、69.63%、96.15%,净增温潜势分别增加了22.34%、25.34%、52.92%;N3的温室气体排放强度最高,达1.12kg/kg,显著高于N1和N2。     

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、...     

太行山山前平原近50 年气候变暖特征及其对冬小麦-夏玉米作物系统的影响

气候变暖及其对作物系统的影响是农业应对全球变化领域的主要研究命题之一。本文以河北省石家庄为例, 通过对近50 年气温数据以及作物系统热量资源变化特征的分析, 探讨了太行山山前平原区气候变暖对冬小麦-夏玉米作物系统的影响。山前平原区近50 年来明显变暖, 增温速率为0.35 ℃·10a^-1, 其中冬季增温幅度最大, 为0.51 ℃·10a^-1。气候变暖对作物的影响主要体现在有效积温的增加。近20 年来, >10 ℃积温较基准时段增加明显, 农业热量资源条件改善, 相当于农作物有效生育期延长10~20 d。由于较大的增温幅度及季节不均衡性, 冬小麦-夏玉米作物系统受到显著影响: 1990 年以来, 冬小麦生长季积温较基准时段上升幅度超过10%, 冬前生长期积温增加易造成旺长, 影响其安全越冬能力, 需推迟冬小麦播种期以适应气候变暖导致的不利影响; 气候变暖改善了夏玉米生育期热量条件, 综合考虑其收获期因小麦晚播而相应推迟的影响,夏玉米生长季>10 ℃积温可超过2 900 ℃, 满足中晚熟玉米品种平播的热量条件。     

控释掺混肥对麦玉轮作体系农田温室气体排放和硝态氮残留的影响

为阐明控释肥对冬小麦-夏玉米轮作体系作物产量、温室气体排放和硝态氮残留的影响,该研究以郑单958（夏玉米）和济麦22（冬小麦）为供试材料,设不施氮对照（CK）、常规施氮（FFP）、优化施氮（OPT）、含30%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含50%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF1）、含50%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含70%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF2）共5个处理,对比分析了不同处理的冬小麦、夏玉米及周年产量、温室气体排放和土壤硝态氮残留的差异。结果表明,施氮可显著提高麦玉轮作系统单季和周年作物产量（P<0.05）。与FFP相比,CRBF1和CRBF2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量分别提高了1.4%～3.0%、1.9%～3.4%和1.6%～3.1%（P>0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的土壤N₂O和CO₂的周年排放（P<0.05）。CRBF1和CRBF2处理的土壤N₂O周年排放总量较FFP处理显著降低了27.7%～34.6%（P <0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的周年全球增温潜势（GWP）（P<0.05）。CRBF1和CRBF2处理的周年GWP较FFP处理降低了4.2%和5.7%,其中CRBF2处理差异显著（P<0.05）。施氮降低了麦玉轮作体系的周年温室气体排放强度（GHGI）。CRBF1和CRBF2处理的周年GHGI较FFP处理降低了5.6%～8.6%（P>0.05）。与FFP相比,CRBF1和CRBF2处理的100~200 cm土层硝态氮残留降低30.6%～34.3%（P<0.05）,减少了硝态氮淋失风险。综上所述,控释掺混肥在稳定作物产量、减少温室气体排放和土壤硝态氮残留方面具有积极作用,研究结果可为麦玉轮作体系的轻简高效氮肥管理提供数据支持和理论支撑。     

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。     

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。     

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%。     

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)%。     

太行山前平原区小麦玉米农艺节水技术集成模式综合评价

太行山前平原区小麦玉米农艺节水是解决当地水资源危机和地下水严重超采的重要途径。在前期以华北山前平原高产区作为重点研究区形成的种植节水品种、秸秆覆盖、调亏灌溉、生育期优化及株行距优化等小麦玉米农艺节水技术的基础上, 集成了常规模式(底墒水+拔节水+开花水)、综合节水模式(拔节水+开花水)、模式A(拔节水)和模式B(底墒水)等4 种小麦玉米农艺节水模式。本研究利用熵权综合评价法对4 种节水模式从生产效益、社会经济效益和生态效益方面进行技术经济评价。结果表明: 小麦玉米4 种节水模式的得分排序为综合节水模式＞模式A＞模式B＞对照(常规模式), 因此小麦玉米综合节水模式综合效益最优。从4种节水模式的投入产出看, 综合节水模式肥料投入最低, 投入产出比、纯收益、水分利用效率和水分经济利用效率最高。小麦玉米节水是未来发展的方向, 应该进一步提高农户农业节水意识, 利用多种手段, 促进农户采用小麦玉米节水技术优化模式。     

太行山前平原区农户采用小麦玉米农艺节水技术意愿影响因素的实证分析

农户是农业节水的主体,考察太行山前平原区农户采用小麦玉米农艺节水技术意愿的影响因素,对推广农艺节水技术具有重要意义。本文依据对太行山前平原区的农户调查资料,运用二项Logit模型,对农户采用小麦玉米农艺节水技术意愿的影响因素进行了实证研究。结果表明,种植业收入占家庭总收入比重、水价、信息传播渠道的培训会对农户采用小麦玉米农艺节水技术的意愿有显著正向影响,水资源短缺程度对农户采用小麦玉米农艺节水技术的意愿有显著负向影响。太行山前平原区小麦玉米农艺节水技术应该重点向种植业收入占家庭总收入比重高、劳动力占家庭总人口比重较高、家庭年均总收入较高、土地经营规模较大、女性户主、户主文化程度较高的农户示范、推广;研究区农民节水意识淡薄,急需通过各种途径强化对农民的节水宣传;应加强引导示范户发挥示范、带动作用;继续对农户采用节水技术进行扶持,加大扶持力度;并应采用培训会等多种渠道传播农艺节水信息。     

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。