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。     

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。     

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。     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作田能量闭合状况分析

对华北平原冬小麦/夏玉米轮作田连续3a(2003-11-2006-10)涡度相关观测的能量闭合状况进行综合分析,并探讨下垫面对能量闭合程度的影响.结果表明,能量平衡比率(EBR)日变化规律明显,以昼夜交替时波动最大,下午略高于上午,白天能量闭合状况明显优于夜间.将湍流能的相位提前0.5h,湍流通量和有效能的匹配度及能量闭合程度均得到提高.白天EBR呈秋冬高(分别为0.98和0.94)、春夏低(分别为0.85和0.70)的季节变化特征,EBR的波动幅度依次为:夏＞秋＞冬＞春.下垫面状况对地表能量闭合程度影响显著,裸地阶段、小麦季和玉米季的年均白天EBR分别为1.11、0.94和0.74,小麦季的能量闭合状况优于玉米季;EBR波动幅度依次为:裸地阶段＞玉米季＞小麦季.观测期间,白天EBR年均值范围在0.82 ～0.97,平均0.89,较好地满足了农田通量观测对数据质量的要求.     

水氮优化条件下在华北平原冬小麦/夏玉米轮作中的化肥氮去向

针对华北平原冬小麦/夏玉米轮作区水肥高投入的特点,引入以土壤Nmin（NO₃- -N+NH₄+ -N）为基础的优化施氮技术和以土壤水分含量为基础的优化灌溉技术对施氮量和灌溉进行优化,大幅度降低了氮肥用量和灌溉量,且生物产量和籽粒产量均未发现显著降低。微区结果表明,传统灌溉方式下,传统施氮处理的化肥氮利用率很低,冬小麦当季为22.7%, 夏玉米当季25.7%,整个轮作周期为28.44 %; 氮损失率较高,冬小麦当季为52.9%, 夏玉米当季35.7%,整个轮作周期为47.0%; 而优化施氮可大幅度提高化肥氮利用率,降低损失,冬小麦当季、夏玉米当季和整个轮作周期的化肥氮利用率分别达到45.1%, 42.9%和46.1%, 损失率分别为33.3%, 7.1%和34.5%。优化灌溉下的优化施氮与传统灌溉的优化施氮相比,虽然化肥氮利用率未有显著差异, 但是却显著降低了损失,显著增加了化肥氮的土壤残留。同时对土壤氮素矿化的影响也显著不同,建议在化肥氮优化中应考虑水分管理。研究还表明, 在华北平原冬小麦/夏玉米轮作区,反硝化损失可能是化肥氮损失的主要途径。     

施氮量对冬小麦—夏玉米土壤氮素表观盈亏的影响

通过河北清苑连续6年的田间定位试验,以冬小麦—夏玉米轮作体系作为对象,设置不同的施氮处理(N_0、N_(100)、N_(180)、N_(255)、N_(330)),研究不同施氮量对冬小麦—夏玉米轮作体系的土壤氮素表观盈亏的影响。结果表明:6年土壤表观氮素累积盈亏量随施氮量的增加而增加,N_0和N_(100)处理的土壤氮素累积盈亏量为负值,N_(180)、N_(255)和N_(330)处理的土壤氮素累积盈亏量分别高达382,1 173,2 116kg/hm~2;各处理的氮素表观盈亏量年际间变异较大,而在2种作物上的氮素累积盈亏量差异不大;在冬小麦季和夏玉米季,土壤氮库达到平衡状态的施氮量分别为155,134kg/hm~2;土壤氮素表观盈亏量均与土壤无机氮变化量呈显著负相关,与施氮量呈显著正相关,且随降雨量的增加呈增加趋势;不同生育期的结果表明,在冬小麦—夏玉米生长前期均表现土壤氮素盈余,而后期土壤氮素亏缺。因此合理施用氮肥既要考虑土壤氮素盈亏,也要关注生育期的分配。     

华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因分析

秸秆覆盖是减少农田棵间蒸发和提高水分利用效率的措施之一。冬小麦/夏玉米一年两作种植中, 秸秆资源非常丰富, 随着机械化作业的发展, 小麦秸秆覆盖夏玉米技术在同类地区得到成功应用和推广。但夏玉米秸秆覆盖冬小麦后对冬小麦的生长发育产生了一些不利影响, 造成了冬小麦不增产或减产, 限制了该项技术的推广。秸秆覆盖造成冬小麦穗数的降低是冬小麦产量降低的主要原因, 其次是千粒重的降低。大部分研究表明秸秆覆盖小麦地表后, 使根区土壤温度白天最高温度低于不覆盖处理, 夜间的最低温度高于不覆盖处理, 土壤温度的日较差减小。秸秆覆盖下根区温度的变化可能是引起小麦生长发育滞后和产量降低的主导因素。本文综述了华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因, 为实现两熟区冬小麦秸秆覆盖提供理论依据。     

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。     

磷肥在冬小麦,夏玉米轮作中的合理分配

通过对土壤有效磷含量周年变化测定，氮肥在年度间，作物茬口间分配方式等试验研究的基础上，提出了冬小麦，夏玉米轮作制磷肥施用，应掌握“重冬轻夏”的分配原则。     

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。     

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。     

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％.     

施氮模式对冬小麦/夏玉米产量及氮素利用的影响

采用大田试验,在小麦季N 250kg /hm2和玉米季N 200kg /hm2氮肥供应条件下,连续2年度（2007～2009）观测了不同施氮模式对冬小麦/夏玉米产量及氮素利用的影响。结果表明,与对照相比,常规施肥、有机无机复合肥、控释复合肥、控失复合肥以及改变氮肥基追配比处理均显著提高冬小麦/夏玉米子粒产量和干物质积累量,小麦季各处理产量大小依次为:控释复合肥控失复合肥有机无机复合肥改变氮肥基追配比常规施肥,提高幅度在107.5%～147.4%;玉米季各处理产量大小依次为:控释复合肥控失复合肥有机无机复合肥常规施肥改变氮肥基追配比,提高幅度在28.5%～56.1%。与常规施肥处理比较,控释复合肥、控失复合肥和有机无机复合肥处理冬小麦氮肥偏生产力和氮肥农学效率提高2.2～5.1 kg/kg,夏玉米提高3.6～7.6 kg/kg;但改变基追配比处理在小麦季高于常规处理,在玉米季则低于当地常规施肥处理。从产量和氮肥利用率方面综合分析,有机无机复合肥、控释复合肥、控失复合肥均可作为适宜研究区域推广的肥料品种,而改变基追配比处理相对较适宜冬小麦季。     

施氮水平对太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作体系土壤温室气体通量的影响

应用静态明箱-气相色谱法对4 个施氮肥水平N0 [0 kg(N)·hm^-2]、N200 [200 kg(N)·hm^-2]、N400 [400kg(N)·hm^-2]、N600 [600 kg(N)·hm^-2]的夏玉米-冬小麦季轮作体系2008~2010 年的土壤温室气体(CH₄、CO₂ 和N₂O)排放通量进行研究, 同时观测5 cm 土层土壤温度并记录降水量。结果表明: 太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作农田生态系统为CH₄ 吸收汇, CO₂ 和N₂O 排放源。随着氮肥施入量的增加土壤对CH₄ 的吸收速率降低, 而CO₂ 和N₂O 的排放速率增加。冬小麦季施氮处理土壤对CH₄ 的吸收速率显著低于无氮肥的N0 处理, 而N600处理土壤CO₂ 和N₂O 排放速率显著高于N0 处理(P<0.05)。施肥和灌溉会直接导致土壤CO₂ 和N₂O 的排放通量增加, 同时土壤对CH₄ 的吸收峰值减小。土壤温度升高和降水量增加以及干湿交替加剧均会造成N₂O 和CO₂排放速率增加。同时在持续干燥和低温条件的冬季不施氮处理观测到土壤对N₂O 的吸收现象。N0、N200、N400 和N600 处理土壤CH₄ 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为-1.42、-0.75、-0.82、-0.92(2008~2009 年)和-2.60、-1.47、-1.35、-1.76(2009~2010 年), N0、N200、N400 和N600 处理土壤CO₂ 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为15 597.6、19 345.6、21 455.9、29 012.5(2008~2009 年)和10 317.7、11 474.0、13 983.5、20 639.3(2009~2010年), N0、N200、N400 和N600 处理土壤N₂O 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为1.05、2.16、5.27、6.98(2008~2009年)和1.49、2.31、4.42、5.81(2009~2010 年)。     

冬小麦、夏玉米一体化垄作的养分利用研究

为比较不同栽培方式下冬小麦、夏玉米的养分利用效率,于2005～2007年在河南省浚县农业科学研究所试验站,采用大田试验,研究了传统平作与垄作两种栽培方式下冬小麦、夏玉米的养分吸收及利用情况。结果表明,与传统平作相比,一体化垄作栽培,有利于作物的养分吸收,提高了产量和收获指数,改善了土壤肥力。一体化垄作全年作物氮、磷、钾吸收量分别增加14.18%、9.20%和5.90%,冬小麦、夏玉米收获指数分别提高2.13%和2.42%,产量分别提高4.23%和9.61%,全年产量平均提高7.33%。2年试验看出,一体化垄作土壤肥力状况优于传统平作。     

华北冬小麦-夏玉米系统有机态氮替代的产量及肥料效应

通过多年定位试验,探讨了秋施基肥有机态氮替代化肥态氮对冬小麦-夏玉米轮作系统粮食产量的影响,为华北地区冬小麦-夏玉米轮作合理施用氮肥提供理论依据。试验开始于2010年6月,只对秋施基肥进行有机态氮替代化肥态氮。试验处理如下:CK,不施肥处理;M_0C_(100),零有机肥替代;M_(20)C_(80),20%有机肥替代;M_(50)C_(50),50%有机肥替代;M_(100)C_0,100%有机肥替代。试验结果显示,与M_0C_(100)相比,不同量有机态氮替代对冬小麦产量没有显著差异,产量均处在6 633.3~7 600 kg/hm~2之间。但是,有机态氮替代对夏玉米产量影响较显著,M_(100)C~0夏玉米产量最高,为7 416.7~9 575 kg/hm~2,M_0C_(100)最低,只有6 583.3~7 060 kg/hm~2,M_(20)C_(80)和M_(50)C_(50)夏玉米产量处在两者之间。同时,有机态氮替代提高了夏玉米的氮肥贡献率、偏生产力以及农学效率。在冬小麦-夏玉米轮作系统中,秋施基肥有机态氮替代提高了整个轮作系统的粮食产量,尤其对下茬作物夏玉米产量影响较大,因此,秋施基肥有机态氮替代在华北冬小麦-夏玉米轮作系统中是可行的。