长期水稻-大麦轮作体系土壤供氮能力与作物需氮量研究

通过18年稻麦轮作,7个施肥处理,研究了水稻-大麦轮作系统中土壤生产力、氮素自然供应能力、作物氮素内部利用率及氮肥表观利用率。结果表明,在水旱轮作下,土壤对大麦产量的地力贡献率平均为69%,水稻为75%～81%; 肥料的增产贡献率分别为31%和19%～25%,可维持每年生产大麦2.3 t/hm2、稻谷6～7 t/hm2。土壤氮素自然供给力在大麦上平均为75.9%,比水稻的低3.3%～7.2%。在一年三熟水旱轮作制中,土壤和环境年供氮118～299 kg/hm2; 在一年二熟轮作制中为86～199 kg/hm2。施氮肥条件下,大麦的氮素内部利用率为31.0～56.3 kg/kg; 水稻在23.6～50.2 kg/kg之间变动; 大麦的氮肥利用率变幅在27.5%～41.2%,水稻为14.6%～41.2%。在稻麦轮作系统中,如果想获得作物产量12 t/hm2（4 t大麦和8 t 单季稻）,需要每年施氮肥 N 226～337 kg/hm2。为获得更高的作物产量,在氮肥推荐时不但要考虑作物的目标产量,作物对氮素的需要量,还要充分考虑土壤和环境氮素供应能力。     

关于备用地退草还耕管理措施的研究

对草地还耕后少耕和免耕系统、谷物和草地生产所需N肥量进行了研究。耕作处理分为传统耕作 (CT)、少耕 (MT)、免耕 (NT)。试区设置在种了 30a草的粉砂壤土上 ,该地在种草之前曾进行了 30多a的耕作—休闲轮作 ,N肥施量分为 0、45、90kg/hm2 3个水平。对CT、MT、NT而言 ,种植小麦时残余作物的平均覆盖率分别是 18%、44 %和 73%。在开始除草和种植小麦两个阶段之间 ,土壤水分补给量最小 ;然而CT、MT、NT中土壤NO3 -N分别增加 115、6 9和 5 4kg/hm2 。小麦籽粒产量CT为 2 6 85kg/hm2 ,MT为 2 5 5 8kg/hm2 ,两者均大于NT处理的 2 0 5 2kg/hm2 。NT的产量低是由于缺少对草的控制。N肥对冬小麦产量的影响因时间而变化 ,并且还依赖于可利用水的供给量。各个处理的玉米产量很低 ,CT为 12 33kg/hm2 ,MT为 2 0 6 3kg/hm2 ,NT为 15 6 4kg/hm2 ,这是由于生长季节水的有限造成的。在施N量为 90kg/hm2 的水平下 ,小麦平均生物量 (6 2 98kg/hm2 )和玉米平均生物量 (5 0 40kg/hm2 )超过了施肥的草的产量 (15 2 9kg/hm2 )。为了继续防治风蚀 ,生产者可运用MT和NT系统把CRP草地转还为耕地     

长期不同施肥措施下黑土作物产量与养分平衡特征

为了明确长期不同施肥措施下黑土作物产量及养分平衡特征,利用开始于1979年的哈尔滨黑土肥力长期定位试验,以小麦-大豆-玉米轮作(3a)为一个周期,选取对照(不施肥,记作CK)、常量氮磷钾化肥配施(小麦施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2,大豆施N、P2O5量分别为75、150 kg/hm2,玉米施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2,K2O共施75 kg/hm2,记作NPK)、常量有机肥(施肥18 600 kg/hm2,记作M)、常量化肥有机肥配施(化肥施量同NPK,有机肥施量同M,记作MNPK)和二倍量氮磷化肥有机肥配施(小麦施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2,大豆施N、P2O5量分别为150、300 kg/hm2,、玉米施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2,有机肥共37 200 kg/hm2,记作M2N2P2)5个处理,研究了不同作物的平均产量、产量年际变化和土壤养分表观平衡。结果表明:1)较CK,长期平衡施用化肥或化肥配施有机肥提高了作物产量,多年平均增产率分别在82.5%~91.6%(小麦)和35.6%~40.9%(玉米)之间。长期不同施肥措施增产效果表现为M2N2P2MNPKNPKM,有机无机肥配施与单施化肥处理间作物产量差异不显著。2)长期不施肥处理小麦和玉米产量随试验年限推移呈下降趋势,降幅分别为13.93和42.61 kg/(hm2·a),大豆则以7.409 kg/(hm2·a)的速率增加。施肥处理小麦、大豆和玉米产量随试验年限的增加呈总体上升的趋势。3)在该试验条件下,长期施用常量化肥处理(NPK)和常量化肥有机肥配施处理(MNPK)土壤氮亏缺量分别为29.7和17.5 kg/hm2,磷盈余量分别为33.4和61.2 kg/hm2。各处理土壤中钾素均表现为亏缺,亏缺量在30.4~73.0 kg/hm2之间。MNPK处理氮、钾供应状况有所改善,较NPK处理分别增加12.2和27.6 kg/hm2。4)作物产量与土壤有机质、碱解氮、有效磷、降雨量、生育期日平均气温呈显著正相关关系(P0.05)。5)在黑土小麦-大豆-玉米典型轮作制度下,基于土壤养分平衡特征提出"稳氮、减磷和增钾"的施肥策略。该研究为评价和建立长期施肥模式、促进粮食持续生产提供依据。     

太湖地区稻麦轮作系统下施氮量对作物产量及氮肥利用率影响的研究

太湖地区过量施肥现象相当普遍, 导致 N 肥利用率低和 N 肥损失严重.为此,2004-2006年在中国科学院常熟农业生态实验站进行了连续稻麦轮作试验,研究不同施 N 量对该地区水稻和小麦产量及 N肥利用率的影响,以寻找较为适当的 N 肥施用量,该施 N 量即能使作物不减产,又要保持较高的 N 肥利用率.试验结果表明施 N 量超过150 kg/hm2 后,作物产量增加较少.当施N量从100 kg/hm2 增加到350 kg/hm2,连续3 年的水稻平均N肥吸收利用率(REN)为46.1% ～ 32.4%,两年小麦试验结果显示小麦的平均REN为 36.0% ～ 27.8%.相应的水稻和小麦的农学利用率(AEN)是15.0 ～ 5.56 kg/kg 和 17.1 ～ 6.91 kg/kg.研究还表明太湖地区水稻经济适宜施N量为209 kg/hm2,小麦是219 kg/hm2,在当地作物品种、气候条件和管理方式下,作物产量可分别达到8.2 t/hm2和4.7 t/hm2的高产,水稻的REN、N肥生理利用率(PEN)、AEN、N肥偏生产力(PFPN) 可保持为37.6%、29.5 kg/kg、11.0 kg/kg 和44.5 kg/kg;小麦则是31.4%、38.4 kg/kg、12.0 kg/kg和23.7 kg/kg.显然,适宜的施N量不仅没使作物减产,而且保证了作物最大的经济效益,并保持了较高的N肥利用率.     

长期施用有机和无机肥对潮土氮素平衡与去向的影响

通过13年26季不同施肥方式对潮土土壤氮素平衡及去向进行定位监测的结果表明,不施氮肥土壤平均每年接受外源氮为N.23～24.kg/hm2,小麦和玉米带走N.82～88.kg/hm2,亏缺N.58.6～63.7.kg/hm2;各施氮肥处理平均每年实际盈余N.238.6～418.kg/hm2,其盈余多少顺序为1.5MNPKNNKMNPK(2)MNPKNPKNPSNPK。N、NK处理土壤接受外源氮N为4881和4876.kg/hm2,其中14.1%～20.7%被作物吸收利用,17.2%和5.2%残留在土壤,64%和72%损失;NP、NPK处理氮素去向基本一致,48%被作物利用,9.7%的残留在土壤中,55%损失;有机肥处理(MNPK)的氮素利用率、残留率和损失率分别为44.3%、23%和42%;有机肥用量增加,氮素利用率降低,损失率增加;秸秆还田(SNPK)氮素利用率最高,为51%;NK处理氮素损失最大。     

长期施肥对黑土磷素积累、形态转化及其有效性影响的研究

1980年开始,在小麦大豆玉米轮作制中,研究长期定位施用常量的氮、磷、钾(小麦、玉米施肥量为N150、P2O575、K2O75kg/hm2;大豆为N75、P2O5150、K2O75kg/hm2)和有机肥(马粪,折N75kg/hm2,只在玉米后茬上施用),以及二倍和四倍量对土壤磷素积累、形态变化及磷肥后效的影响。23年研究结果表明,长期不施肥,黑土土壤全磷下降37.4%、速效磷下降了60%;施用磷肥土壤全磷增加53.9%～65.7%、速效磷增加6～15倍。积累的磷素大部分以有效性较高的Ca2-P、Ca8-P、Al-P形态积累在土壤中,施用磷肥可使Ca2-P增加4～15倍,Ca8-P增加4～16倍,Al-P增加1.6～11.8倍,Fe-P增加1.4～4.4倍,O-P增加0.6～1.7倍,Ca10-P增加0.3～0.7倍。所积累在土壤中的磷素具有生物有效性。     

不同竞争强度间作体系氮素利用和土壤剖面无机氮分布差异

田间小区试验,研究大麦/玉米间作、小麦/玉米间作和蚕豆/玉米间作及其对应单作体系,在不施氮和施氮225 kg/hm2情况下,对氮素吸收利用效率和土壤剖面无机氮变化的影响。结果表明,作物对养分的竞争能力与其根区土壤无机氮浓度和累积量密切相关。两作物共生期不施氮肥时,0—100 cm土层,土壤剖面无机氮残留量是间作大麦和间作小麦根区分别比间作蚕豆根区减少2032~82和10717~1 kg/hm2;与大麦和小麦间作的玉米根区分别比与蚕豆间作的玉米根区减少931~20和5687~kg/hm2。土壤无机氮累积量受作物类型、种间相互作用强度及实时土壤环境条件影响。种间相互作用提高了间作大麦和小麦的氮素当季回收率,但使与其间作的玉米氮素当季回收率降低。大麦/玉米和小麦/玉米竞争体系在不施氮肥时氮素利用效率最高。施用氮肥使大麦、小麦氮素收获指数降低,玉米氮素收获指数升高,对蚕豆无影响。在选择配对作物时,为获得间作优势要充分考虑作物竞争能力、土壤基础肥力条件、施肥水平及配套栽培措施等。低肥力土壤宜选择豆科/禾本科互惠体系,高肥力土壤宜选择禾本科/禾本科竞争体系。     

我国北方土壤-作物系统内钾素平衡及钾肥肥效研究Ⅰ.主要种植制下的土壤钾素平衡与调控

通过长期定位试验研究表明,在当前农业生产条件下,如果不施钾肥、不采用秸秆还田措施,华北地区小麦-玉米种植制的钾素年表观亏缺量在134～258kg/hm2;西北地区小麦-玉米轮作制的年表观亏缺量在220～261kg/hm2之间.华北地区小麦-玉米种植制下,小麦秸秆还田能使作物吸收的近三分之一到一半的钾素归还土壤.施钾肥能使土壤-作物系统钾素的产出与投入更趋于平衡,乃至钾素在土壤中积累.     

京郊大白菜的氮素吸收特点及氮肥推荐

在京郊露地生产条件下,研究不同供N处理对秋季大白菜的生长、N吸收和土壤N矿化及损失的影响,并根据土壤-作物系统中N的借贷平衡原理确定大白菜N供应的合理目标值。结果表明,大白菜的产量和N吸收随施N水平的增加呈线性-平台的增长趋势。在作物的目标产量(120t/hm2)和N吸收数量(N200kg/hm2)的情况下,适宜的N素供应水平,即目标值为N350kg/hm2。大白菜的N吸收量随生育期逐渐增加,包心前期平均每周的N吸收量为N8.5kg/hm2,而在包心后期达到N220kg/hm2。在作物的整个生育期间土壤N的净矿化数量为N37kg/hm2,平均每周的土壤表观N损失为N7.8kg/hm2。这些参数有助于利用简单的N借贷平衡指导京郊秋季大白菜的推荐施肥。     

水稻自然生态应用技术研究

根据N通量的质量平衡原理,通过布置田间试验,测定作物的吸N量并据此估算红壤水稻土有机N、C的年矿化量。结果表明,红壤水稻土无N区作物的年吸N量为24~160kg/hm2,其中,高肥力土壤上约为110~160kg/hm2,中等肥力土壤上约为100~105kg/hm2,低肥力土壤上约为24~65kg/hm2;经校正计算得到红壤水稻土有机N的年矿化量为8~108kg/hm2,其中,高肥力土壤为70~110kg/hm2,中等肥力土壤为65kg/hm2,低肥力土壤为8~33kg/hm2;土壤有机C的年矿化量为130~1050kg/hm2,其中,高肥力土壤为1050kg/hm2,中等肥力土壤为750kg/hm2,低肥力土壤为440kg/hm2。土壤肥力水平、作物吸肥特性、土壤母质类型及土壤酸度是影响土壤有机N、C矿化的重要因素。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N2O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3～7 d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43～4.84 kg/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 0.89～2.45 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0～15 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%～66.72%和87.97%～93.14%。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。     

用15N示踪技术研究高产小麦、玉米的施氮规律

利用稳定性同位素15N示踪技术 ,探索小麦、玉米在高N施肥下的N素营养规律。结果表明 :小麦、玉米对追加15N化肥的吸收利用率为 2 8 42 %～ 46 2 8% ,向籽粒运转量为 5 4 %～68% ,追施N的有效期可连续 3茬作物 ,累计利用率为 5 2 0 7%～ 60 39%。在较高土壤肥力基础上 ,小麦、玉米年产量达 1 5 0 0 0kg hm2 ,小麦最佳氮肥施量为 1 5 0～ 1 87 5kg hm2 ,玉米为 30 0～375kg hm2 。     

长期施氮磷化肥对不同种植体系土壤有效硫累积研究

以22 a定位试验为基础,在黄土高原旱地研究了长期施用氮磷化肥,对不同种植体系土壤有效硫在剖面上分布与累积状况。结果表明,在60-80 cm土层各处理出现第一个累积峰,累积峰值为:玉米-小麦(2 a) 糜子轮作27.07 mg/kg,豌豆-小麦(2 a) 糜子轮作25.42 mg/kg,小麦(2 a) 糜子-玉米轮作24.23 mg/kg,豌豆-小麦(2 a) 玉米轮作22.61 mg/kg,小麦连作16.56 mg/kg,红豆草-小麦(2 a)轮作15.14 mg/kg;在120-180 cm土层又出现有效硫的第二个累积峰,累积峰值为:小麦(2 a) 糜子-玉米轮作34.20 mg/kg,豌豆-小麦(2 a) 糜子轮作32.16 mg/kg,豌豆-小麦(2 a) 玉米轮作31.00 mg/kg,红豆草-小麦(2 a)轮作30.32mg/kg,玉米-小麦(2 a) 糜子轮作29.16 mg/kg,小麦连作26.22 mg/kg。0-200 cm土层有效硫总累积量玉米-小麦 糜子轮作高达559.64 kg/hm2,其次是小麦 糜子-玉米轮作为538.88 kg/hm2,豌豆-小麦 糜子轮作为514.34 kg/hm2,豌豆-小麦 玉米轮作为489.58 kg/hm2,小麦连作为432.75 kg/hm2,红豆草-小麦轮作最小为423.68 kg/hm2。长期施用磷肥是不同种植体系有效硫在土壤中发生累积的主要因素,有效硫在土壤剖面上有向深层迁移的趋势。不同作物对硫的吸收利用差异和不同种植方式对有效硫的累积与分布产生影响。     

洞庭湖区不同土地利用方式耕作土壤氮素含量与循环

通过对洞庭湖典型地区的密集采样分析和农户调查,研究了4种利用方式耕作土壤全N、微生物生物量氮(MB-N)含量、两者关系和N素循环特征。结果表明:耕作土壤全N、MB-N含量平均值为3.00±0.48g/kg和101.4±49.2mg/kg。双季稻、一季稻、水田旱作和旱地全N平均含量依次为3.12±0.40g/kg、3.03±0.39g/kg、2.79±0.43g/kg2、.10±0.46g/kg。4种利用方式的MB-N含量分别为124.0±56.6mg/kg、96.4±39.2mg/kg、108.0±48.6mg/kg、75.2±30.5mg/kg。除水田旱作外,MB-N与全N之间存在极显著的正相关关系(P<0.01)。土壤N素盈余量依次为双季稻(105.0kg/hm2.a)>一季稻(75.1kg/hm2.a)>水田旱作油菜(64.5kg/hm2.a)>旱地苎麻(51.9kg/hm2.a)。     

包膜尿素对玉米和小麦的生物学与环境效应

应用渗滤池研究了褐潮土不同用量包膜尿素(POCU)和普通尿素对小麦玉米轮作条件下作物生长发育和地下水污染的影响。结果表明,施用包膜尿素可以显著提高玉米的产量、吸氮量和氮肥利用率;小麦收获期土壤残留氮也明显高于普通尿素处理。玉米的氮肥利用率(55%～140%)明显高于小麦(29.96%4～5.26%)。在每季作物施尿素和包膜尿素N.1002～25.kg/hm2的条件下,地下水淋溶损失的硝态氮量只占施肥量的0.43%1～.12%,表明在目前施肥水平下,中国北方实行的小麦玉米轮作制,一般不存在化肥氮素的淋溶损失。     

美国有关谷物喷灌区粪肥利用的研究

在美国科罗拉多州东北部由于养猪规模的扩大 ,促使人们对沙质土上粪肥 (猪粪水 )施用情况对喷灌区谷物生长的影响进行评价。为了评价谷物喷灌区粪肥的利用情况、沙质土上不同粪肥施用率对谷物生长的影响以及施用粪肥和商业N肥条件下土壤剖面中N的移动情况 ,美国学者Al-kaisi等于 1995年在一个种有谷物面积为 14 5hm2 的喷灌沙质土地上进行了为期 3a的试验研究。粪肥和商业N肥均采用对照、低水平、农学水平、高水平 4个水平进行施用 ,采用完全随机区组设计 ,各处理重复 3次。粪肥中全N的 90 %以氨态N形式存在 ,其中干物质的体积分数为 0 1%～ 0 2 %。与粪肥处理相比 ,商业N肥处理在土层 1 5～ 3 0m处土壤N显著增加。粪肥处理中全N、P较高的输移量 ,致使作物根区以下有极少量N累积。随着粪肥施用率的增加 ,植物可利用的N、P的输移量和恢复率都随之增加 ,甚至比推荐的农学施N水平高出 5 0kg/hm2 。粪肥处理中 15cm深土层中可提取P含量有所增加 ,研究结果表明 :在喷灌区粪肥管理与商业N肥管理同样重要。     

数值模拟气候情景下未来30年内蒙古三种主要粮食作物的单产趋势预估

基于内蒙古10个盟（市）农区58个气象站1961-2010年降水和气温日资料,38个旗（县）1961-2008年小麦、1979-2008年玉米和马铃薯单产资料,用自然对数曲线模拟作物趋势产量,并从单产序列中剥离气象单产。多元线性回归分析表明,大部盟（市）3种主要粮食作物的气象单产与生长季降水量和气温变化存在显著相关关系（P〈0.05）。利用PRECIS区域气候模式在SRES（A1B、A2和B2）和国家气候中心CMIP5数值气候模式对未来30a（2011-2040）10个盟（市）3种作物生长季平均气温、积温和降水量的模拟结果,采用多元线性回归模型预测各盟（市）作物的气象单产。结果显示,大部盟（市）气象单产总体呈增长趋势,预计未来30a全区平均小麦气象单产将增加179.0kg/hm2,玉米和马铃薯的增幅分别为51.6和50.7kg/hm2。叠加趋势产量后,小麦预计约增产1221.4kg/hm2,玉米和马铃薯预计约增产2121.1和1008.0kg/hm2。研究结果可为应对未来气候变化、确定粮食生产发展战略提供参考依据。     

渭北旱塬小麦不同栽培模式对土壤硝态氮残留的影响

在陕西渭北旱塬进行了4年田间小麦试验,研究了旱地不同栽培模式、施氮量和种植密度对土壤硝态氮残留累积的影响。结果表明,种植小麦4年后,0-200 cm土壤剖面中残留硝态氮为29.87~462.59 kg/hm2,且主要积累在80-160 cm土层,土壤氮库不仅明显,且残留比前3年土壤剖面显著下移(前3年主要累积在100 cm),差异达显著和极显著水平;不同栽培模式和种植密度0-200 cm土层硝态氮残留累积规律及其小麦籽粒吸氮量基本相似,排序均为:地膜覆盖>常规种植>秸秆覆盖>垄沟种植;随施氮量的增加土壤硝态氮残留量也相应增加,N0处理0-200 cm土壤平均硝态氮残留量为57.69 kg/hm2,N120处理平均为97.04 kg/hm2,虽然高于无氮处理,但两者差异未达到显著水平,N240处理平均为355.43 kg/hm2,比前者增加的幅度更大,其差异达到极显著水平。因施氮肥而增加的土壤硝态氮残留量为14.9~401.18 kg/hm2,平均占4年施氮量的19.59%,其中地膜覆盖占26.07%,常规种植占20.98%,秸秆覆盖占17.46%,垄沟种植种植占13.87%。     

青贮玉米生产中施用液态粪肥的环境评估

在美国,随着青贮玉米生产增加,牛粪发酵后用作肥料的数量也在增多,其对环境的影响越来越引起人们的关注。从2007—2009年,在美国明尼苏达州中心西部农场面积约65 hm2的2块地上种植青贮玉米,2007年在其中一块青贮玉米收割地上种植黑麦。秋施液态粪肥全N、全P含量每年分别为410 kg/hm2和98 kg/hm2。土壤中的NO3-N和速效磷累积未在研究作物中出现,但是地下排水中NO3-N和可溶性磷(DRP)含量年平均分别为52kg/(hm2·a)和0.8 kg/(hm2·a)。在地下土层15 cm处,未种黑麦的土壤有机C含量不变,种植黑麦的土壤有机C含量增加15%,其增加的15%中包含肥料中的C物质。与冬季休闲地相比较,黑麦地春季土壤NO3-N下降46%,地上覆盖度平均增加4倍。未种黑麦土壤NO3-N地下流失53 mg/L,种植黑麦地土壤NO3-N地下流失39mg/L,而DRP未受影响。黑麦地上干物质量是2 t/hm2,玉米干物质量是2.7 t/hm2,种过黑麦比冬季休闲地的玉米干物质量低16%,其降低原因是由于地下NO3-N和DRP浓度高引起的,可以通过选择水土保持技术来加以补偿。一般来说,冬季黑麦作为覆盖作物的环境效益超过单一种植青贮玉米,但同时也增加了经济风险。     

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。