中国稻田土壤有效磷时空演变特征及其对磷平衡的响应

以农业农村部始于1988年的全国稻田土壤监测数据库为基础,将稻作区划分为东北、长江三角洲(简称"长三角")、长江中游、华南和西南五个区域,分析近30 a各稻作区土壤有效磷含量、磷肥回收率及农学效率和磷素的表观平衡,揭示各区域间稻田土壤磷素时间演变和空间差异特征,为稻田土壤磷素科学管理提供理论依据.结果表明,全国主要稻作...     

长期施肥对不同深度稻田土壤团聚体磷素分配的影响

长期磷肥投入显著增加了耕层土壤各团聚体组分中磷素累积,而作为评判磷素是否向地下水迁移的重要指标,深层土壤团聚体磷素分配对长期磷肥投入的响应仍缺乏系统评估。本研究依托始于1981年红壤稻田长期定位试验,选取不施磷肥（NK）、氮磷钾化肥（NPK）和氮磷钾化肥配施有机肥（NPKM）处理,在长期试验40年后（2020年）,分别采集0~20、20~40、40~60 cm深度的土壤样品,测定了全土和各团聚体组分的总磷和有效磷含量,并探讨了施肥-团聚体质量百分比-团聚体磷素之间的内在关系。结果表明,所有施肥处理均表现为>2 mm团聚体质量百分比随着土壤深度的增加而逐渐降低,与NK处理相比,磷肥施用显著提高了0~20 cm和20~40 cm全土和团聚体组分中有效磷含量,且NPKM处理的增幅最大。与NK处理相比,NPKM处理下0~20、20~40cm和40~60 cm各团聚体总磷含量分别提高了2.14~2.60、1.39~2.80倍和27.03%~180%,各团聚体有效磷含量增幅分别为12.95~18.29、7.57~12.31倍和70.67%~709%。同时,NPKM处理总磷和有效磷的增幅呈现出随着团聚体粒径的增大而逐渐增加的趋势。水稻吸磷量和磷素盈余量也表现为NPKM处理最高,NPK处理次之,NK处理最低。进一步分析发现,团聚体总磷和有效磷含量主要受磷素盈余量的影响,且团聚体中的有效磷含量还受总磷含量的直接调控。研究表明,40年长期有机无机肥配施显著影响红壤稻田表层和深层团聚体磷素分配,且>2 mm团聚体组分中有效磷含量的响应最为敏感,通过调控磷素盈余可以显著影响团聚体中磷分配。     

养分专家系统在双季常规稻模式下的减氮效应

近年来,双季稻区的常规稻种植规模在不断扩大。同时,氮肥施用过多也是生产中的突出问题,因此,在双季常规稻种植模式下养分专家系统推荐施肥的减氮效应研究具有重要意义。试验于2019和2020年在江西省进贤县温圳镇进行,早晚稻均为常规稻品种,分别为江早361和湘晚籼12号,开展双季种植,在养分专家推荐施肥(NE)的基础上,设置不施氮肥处理(NE-100%N)、氮肥减量25%和50%(NE-25%N 和NE-50%N)、氮肥增量25%和50%(NE+25%N和NE+50%N)共6个处理,测定水稻产量、植株氮素养分吸收量、氮肥利用率等指标。结果显示,两年早、晚稻产量及氮肥产量反应均为养分专家系统推荐施氮量的NE处理最高,较NE-100%N和NE-50%N处理显著增产11.6%～59.3%,随施氮量的增加,至NE处理时产量达到最高,继续增加则水稻产量有降低趋势。进一步进行拟合方程表明,产量和施氮量之间呈极显著一元二次抛物线关系,两年NE处理早、晚稻施氮量较最大施氮量分别降低13.7%～18.2%和6.7%～12.5%,而产量均较最大施氮量对应产量略高。氮素养分吸收量随施氮量的增加,在NE处理时达到最高,早、晚稻两年平均氮素吸收量较其他处理分别显著提高9.5%～105.7%和7.0%～88.0%。而NE处理的早、晚稻平均氮肥吸收利用率较其余处理两年增幅分别为14.7%～147.0%和8.9%～155.0%,平均农学效率较NE-50%N、NE-25%N处理均无显著差异,较其余处理两年增幅为27.9%～108.2%。综上,养分专家系统推荐氮肥用量可使双季常规稻增产,提高水稻植株的氮素养分吸收量以及氮肥利用率,同时达到减氮增效的目标,有利于科学指导双季常规稻的氮肥施用。     

基于头季关键生育期的NDVI值诊断再生稻的生长状况

明确再生稻头季光谱数据与再生季生长的相关性,是一种预测和诊断再生稻生长状况的便捷方法。研究采取主动式的Greenseeker光谱仪,测定了不同再生稻品种(组合)关键生育期的NDVI,结合再生稻的生理指标分析计算了头季抽穗前后的NDVI和再生季抽穗后的干物质、LAI和叶片氮含量(累积)的相关性。结果表明头季抽穗后的NDVI与再生季抽穗后的绿叶生物量、LAI、营养器官和绿叶的氮累积具有显著的指数正相关,且不受再生稻品种(组合)类型的影响。利用不同密度试验的数据对方程进行了较充分的验证和检测,表明模拟值与实测值之间符合度较高,估算精度为0.9765,估计的RMSE为1.464,平均相对误差为-0.1191,RRMSE为0.1814。     

红壤旱地施用微孔肥对花生产量和养分吸收的影响

以一种富含钾硅钙的微孔肥为研究对象,于2012和2013年设置了不同用量微孔肥的田间试验,分析了不同微孔肥施用量对花生产量、秸秆和籽粒养分的影响,结果表明:微孔肥可以显著提高花生产量,且花生产量随微孔肥的用量增加而增加。与CK相比,ML(600 kg/hm2)、MM(900 kg/hm2)和MH(1200 kg/hm2)处理的花生产量比不施肥增加27.0%~79.25%,比K0处理(施化肥)增加8.9%~53.2%。连续2年的养分分析显示微孔肥可以显著提高花生籽粒和秸秆的养分含量,且微孔肥的用量越高,花生秸秆和籽粒中的氮、磷、钾、硅和钙的含量越高,在2012年,微孔肥处理的秸秆氮、磷、钾、钙和硅含量分别比CK增加51.8%~80.8%、39.6%~45.2%、174.7%~216.8%、34.5%~58.2%和16.3%~34.4%,比K0分别增加46.3%~74.3%、35.2%~40.6%、34.8%~55.4%、17.5%~38.1%和10.4%~27.6%。2013年的结果与2012年基本一致。在花生籽粒中,微孔肥处理的籽粒氮、磷、钾、钙和硅含量均显著高于CK处理,但与K0相比,除了籽粒的磷含量没有显著增加之外,其余养分均显著提高。结果表明:微孔肥是提高红壤旱地花生产量和植株养分吸收能力的重要途径,且用量越高,增产效果越好。     

基于养分专家系统评估双季稻区的氮肥减施潜力

在双季稻区,不同肥力水平稻田的化肥减施潜力还不明晰。本研究针对高中低肥力的双季稻田,通过在养分专家系统(NE)推荐的施氮量基础上设置氮肥增减15%、30%和45%的田间试验,分析了水稻产量及其与氮肥用量的量化关系。结果表明:高中低肥力等级上各处理的早晚稻产量大体呈现出高肥力>中肥力>低肥力的趋势,与低肥力相比,中高肥力的早稻产量提高了2.30%~8.56%,晚稻产量提高了13.56%~17.94%。在NE基础上氮肥减施30%和45%处理下,高中低肥力水平的早稻产量比NE处理降低了8.05%~12.52%,晚稻产量降低了2.03%~6.67%,但低肥力中NE基础上氮肥减施30%的早稻产量则无显著降低。同时,NE基础上氮肥减施15%以及增施15%、30%和45%均不能显著提高高中低肥力水平的早晚稻产量。进一步通过一元二次方程拟合表明,不同肥力等级上早晚稻的产量潜力和对应的氮肥合理用量均呈现出高肥力大于中肥力和低肥力的趋势,养分专家系统可以在实现95%的产量潜力下将氮肥减施12.94%~34.07%,且在维持高产的前提下,高肥力的氮肥减施比例明显低于中肥力和低肥力。因此,在南方双季稻地区,养分专家系统可以在高中低肥力水平实现化肥减施增效,但不同肥力等级氮肥减施比例存在差异。     

中国农田小麦和玉米产量时空演变及驱动因素

探究中国小麦和玉米产量的时空变化特征和关键驱动因素,为粮食安全战略决策提供理论依据.基于农业农村部近30年(825个点位,1988-2019年)全国农田监测数据,分析了小麦和玉米产量的时空变化特征,利用逐步回归和随机森林模型探究施肥、气候和土壤属性对产量变化的影响,最后通过偏最小二乘法探究各指标影响产量变化的主要调控路...     

红壤区施用稻草源生物炭对烟叶钾含量的影响

在红壤区,土壤钾素缺乏严重限制了烟草的需钾能力和品质提升。本研究以稻草源的生物炭为切入点,分别在水稻土和旱地红壤上设不施钾肥（CK）、化学钾肥（FK）、60%化学钾肥配施 40%的稻草钾肥（60% FK+40% SK）、60%化学钾肥配施 40%的生物炭钾肥（60% FK+40% BK）等 4 个处理,分析烤烟产量和烟叶钾素含量以及土壤速效钾含量。结果表明,与 CK 和 FK 相比,60% FK+40% SK 和 60% FK+40% BK 处理可以显著提高烟叶产量和烟叶钾含量,且水稻土明显高于旱地红壤。在所有处理中,均呈现出 60% FK+40% BK 处理的增幅最高。与 CK 相比,水稻土上 60% FK+40% BK、60% FK+40% SK 和 FK 处理的土壤速效钾含量分别增加了 48.43%、40.88%和 11.95%,旱地红壤上的增幅分别为 29.63%、22.96%和 20.00%。进一步分析表明,土壤速效钾含量与烟叶钾含量呈显著的正相关关系（p<0.05）。通过拟合方程发现,盆栽试验条件下,水稻土和旱地红壤的速效钾含量增加 10 mg/kg,烟叶钾含量可以增加 0.12%,但还有待进一步验证。因此,在红壤地区,施用稻草源的生物炭可以替代 40%的化学钾肥,且可以保证烟叶产量和提高烟叶钾含量。     

长期施猪粪土壤As 补给与水稻As 吸收的量化关系

为明确猪粪施用后土壤砷(As)的形态变化及其在土壤-植物体系中的迁移机制,基于1981年开始的红壤稻田有机肥长期定位试验,分析了不施肥(CK)、化肥配施(NPK)、化肥配合早稻猪粪施用(NPKM1)和化肥配合晚稻猪粪施用(NPKM2)等处理土壤As的形态分异规律以及水稻籽粒和秸秆中As的累积变化特征。结果表明:NPKM1和NPKM2处理土壤总As含量分别比CK提高148.71%和282.11%,土壤As储量分别增加120.35%和205.02%;与NPK处理相比,NPKM1和NPKM2处理土壤As含量分别增加90.48%和192.64%,土壤As储量分别增加83.28%和153.71%。且不同形态As含量也均呈现出猪粪还田处理显著增加,但NPKM2处理显著高于NPKM1处理。土壤As形态中主要以Fe-As比例最高,其次为Al-As和Res-As,而Ca-As和Ex-As含量最少。与NPKM1处理相比,NPKM2处理的Ex-As、Al-As、FeAs、Ca-As和Res-As含量和储量均显著较高。同时,NPKM1和NPKM2处理秸秆和籽粒中As含量和吸收量也显著提高。通过拟合方程表明,土壤Ex-As对水稻As吸收的贡献率最高。     

中国主要旱作粮食耕地土壤钾素的时空演变特征

以小麦和玉米等旱作粮食为主的旱地是我国重要的耕地类型,其对国家粮食安全和稳定发挥着极其重要的作用。基于全国耕地质量监测数据库,分析了1988—2007年和2008—2018年间全国及不同区域主要旱作粮食耕地的钾肥投入量、土壤速效钾和缓效钾的时空演变规律,并探讨了土壤速效钾与缓效钾的量化关系。结果表明,1988—2018年全国主要旱作粮食耕地的化肥钾、秸秆钾和总钾的年均投入量（K2O）均保持在较为稳定的水平,年均投入量分别为125 kg?hm-2?a-1、148 kg?hm-2?a-1和273 kg?hm-2?a-1。在不同区域间均呈现出华北和东北的钾肥投入量显著高于其他区域的趋势。与1988—2007年相比,2008—2018年东北、华北、华东和西南的总钾年均投入量增加了4.22%~23.8%,而西北则略有降低。在1988—2018年,全国主要旱作粮食耕地土壤速效钾和缓效钾分别为139 mg?kg-1和665 mg?kg-1,与1988—2007年相比,2008—2018年的土壤速效钾和缓效钾分别提高了15.1%和6.72%。在不同区域间,土壤速效钾以西北和东北较高（大于150 mg?kg-1）,而华北和华东较低（136~149 mg?kg-1）,西南最低（116 mg?kg-1）,与1988—2007年相比,2008—2018年华北、华东、西北和西南的土壤速效钾分别提高了15.7%、17.7%、4.16%和34.5%,土壤缓效钾分别增加了8.95%、2.15%、5.71%和4.19%,而东北则略有降低。线性方程表明,随着土壤速效钾的提高,2008—2018年土壤缓效钾的增加量（14.2 mg?kg-1）明显高于1988—2007年（7.23 mg?kg-1）,同时,不同区域间的拟合方程也表明,随着土壤速效钾的增加,1988—2018年东北、华东和西北的土壤缓效钾增加量明显高于华北。因此,在全国耕地质量监测平台上,与1988—2007年相比,2008—2018年全国和大部分区域主要旱作粮食耕地的土壤速效钾和缓效钾均显著增加。土壤速效钾与缓效钾的线性关系为快速估算缓效钾含量提供了技术参考,但不同试验阶段和区域内拟合方程存在差异,建议不同区域应因地制宜,综合土壤速效钾和缓效钾含量精准划分土壤供钾能力等级,从而为实现藏钾于地的目标奠定基础。