河套灌区春灌结合秸秆隔层对盐碱土壤温度的调控效果

  【目的】  对内蒙古河套灌区向日葵生长季土壤温度进行连续监测,从土壤温度变化的角度对春灌结合秸秆隔层措施进行了科学评价。  【方法】  田间微区定位试验在内蒙古五原县进行,供试作物为食用向日葵 (Helianthus annuus L.),品种为JK601 (2016—2017年) 和HT361 (2018年)。以无秸秆隔层+常规春灌量2250 m3/hm2为对照 (CK),其他处理均采用秸秆隔层,灌水量为对照的100% (W100)、90% (W90)、80% (W80)。秸秆隔层一次性布置,之后连续3年,用5TE-传感器测定食葵生育期膜内距地表下10、20、30和40 cm处土壤水分、电导率、温度。在食葵收获期,调查产量和产量构成因素。  【结果】  与CK相比,W100处理0—40 cm土层土壤温度在食葵生育时期均表现出增温效果,但增温幅度随着试验年份的增加而降低,其中在2016年食葵蕾期、花期和成熟期显著增温0.7℃～1.8℃,2017年食葵苗期、蕾期和花期生长阶段显著增温0.6℃～1.7℃ (P < 0.05),而在2018年两处理间土壤温度无显著差异。W100处理0—40 cm土层土壤温度在食葵苗期和蕾期最高,与W90和W80处理相比,3年平均提高了0.3℃～0.4℃和0.2℃～0.5℃;而在食葵花期和成熟期表现为W80处理的土壤温度最高,与W100和W90处理相比,3年平均提高了0.8℃～1.0℃和0.5℃～1.0℃ (P < 0.05)。相较于CK处理,W100处理和W90处理均能增加食葵产量。其中,W100处理在3年分别增产34.63%、18.83%和6.57%,W90处理分别增产30.42%、15.91%和0.64%。  【结论】  综合比较土壤温度调控、节约水资源、作物产量,在当地常规春灌基础上减少10%灌水量结合秸秆隔层处理 (W90) 是较优方案。秸秆隔层处理对土壤温度的调控效果在前两年较为显著,因此,应考虑每两年进行一次隔层处理,以保证该措施对土壤温度调控的有效性。     

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。     

应用~(15)N示踪研究设施蔬菜对氮肥的当季利用

在设施栽培条件下,采用田间多点位微区试验,研究莴苣、芹菜和生菜3种蔬菜氮肥的当季利用与损失。结果表明:3种蔬菜氮肥施用量在习惯施氮量的基础上减少25%,氮肥当季利用率增加,植株总吸氮量中来自于氮肥的比例降低。经过莴苣、芹菜和生菜一季的吸收,0～20 cm土层氮肥残留显著高于20 cm以下各土层当季氮肥残留。在莴苣种植系统中氮肥有23.90%～31.15%损失,在芹菜种植系统中氮肥有18.69%～27.71%损失,生菜种植系统中氮肥损失低于15%。     

打顶后NAA处理对烟草生长、烟叶中钾和烟碱浓度的影响

在云南省田间连续三年研究了打顶后在茎断面涂抹萘乙酸(NAA)处理对烤烟植株生长、钾素吸收、烟叶中钾和烟碱浓度的影响。结果表明,打顶导致烟株中的钾素损失,烟叶中钾浓度下降,烟碱浓度增加。打顶后在茎断面用NAA处理可以增加烟株对钾素的吸收,促进钾素向叶片中分配,使叶片钾浓度提高;同时降低叶片烟碱浓度。第一次NAA处理两周后用NAA再处理一次虽然可以进一步提高烟叶钾浓度,但使叶片干重稍有下降,且在操作上多一道工序。若开花后不打顶,虽然叶片中钾浓度较高,但大大降低了叶片干物重,严重影响叶片的产量和品质。     

中国耕地保育技术创新不足已危及粮食安全与环境安全

中国自20世纪80年代初以来随作物产量的提高,化肥等农用化学品投入量增加了3.6倍,而同期农民耕地保育技术水平却没有明显提升,盲目施肥、大量施肥、用药不当、灌溉不当,即以“费”的方式补偿技术不足现象普遍,由此不仅引起肥、水资源的过度消耗,还导致土壤质量退化、农民生产成本增加,水、土、大气环境和农产品污染加剧,对粮食安全、环境安全和食品安全造成隐患。研究显示,导致农民耕地保育技术水平难以提升的两大主要原因分别是耕地保育应用与应用基础研究的弱化与现代农技服务业的缺失。多年来,国家级和省部级公益性土壤肥料农业专业研究机构均质化、碎片化、行政化问题不断加深,使得需要长期研究才能有所突破的土壤肥料应用与应用基础研究难以为继并被空洞化,至今难以为各农区提供易于为农民掌握和应用的耕地保育分区、分类、量化技术指标,难以推动现代专业化农技服务业的发展。要在根本上解决这一问题,亟需在3个方面进行改进：第一,重视稳定和保持国家与省级公益性土壤肥料专业科研院所的专业特征,发挥其在耕地保育技术创新研究中的核心作用。第二,在国家科研计划中,对耕地保育应用与应用基础领域研究主题适度稳定,执行年限也应适度延长,以便中国能够逐步为各主要农区建立一批科学、可靠的耕地保育技术规程,并对其进行持续的升级换代。第三,探索与中国农村经济技术条件更相适应的现代农技推广模式,发展现代信息技术、通讯技术、智能技术在耕地保育技术推广传播中的作用,以技术创新带动中国农技推广方式的转变,全面提升中国农民耕地保育技术水平。     

华北两熟区农田磷流失风险预警研究

轮作是长期以来在各地形成的相对固定的作物组合模式,同时也是农田养分平衡状况计算的基本单元,多年累积形成的养分盈亏则直接影响环境。在植物必需的3种大量营养元素中,对环境影响最大的营养元素是磷和氮,与氮素相比,磷素循环途径则相对稳定,没有气态损失,磷的表观养分平衡与环境污染的相关性高,且计算方便,因而本文选择磷素作为环境风险预警指示元素。为探究简易、有效的轮作环境效应预警方法,从筛选适宜预警的关键元素和环境风险产生的关键环节入手,提出适合我国小农户现实国情的、基于农田地块级别的预警指标体系,并以华北两熟区5种轮作类型、38个地块的调查数据为例进行了验证。该预警体系包括3级评价指标（周年磷平衡、耕层土壤质地、周年磷肥运筹）共6种预警级别并用3种色系进行标识（深绿、浅绿、浅黄、深黄、浅红、深红）。该预警方法的特点为：研究对象为整个轮作周期而非单茬作物;磷平衡既考虑周年的总量均衡（即整个轮作周期磷素投入、产出平衡状况）,又考虑不同茬次间的科学分配（即磷素统筹）,且二者均采用相对平衡值而非绝对平衡值,从而使得不同轮作类型之间的磷平衡可以进行统一量化和比较;土壤质地简化为沙土、壤土、黏土3种。验证结果表明,磷肥用量、运筹合理、环境友好（深绿）的地块仅占10.53%;而高环境风险（深红、浅红）的轮作地块达57.89%,即一半以上的地块目前的轮作方式存在高或极高的环境风险。该预警方法具有科学、实用、简便,所需数据容易获得的特点,可用于农户对自己地块磷流失风险进行判断,也可用于国家、区域或地方农业主管部门进行种植业结构调整时参考。     

华北麦玉轮作农田减量统筹施磷研究*

为了探究当前中国土壤磷库普遍盈余情况下磷肥的合理减量措施,以华北地区典型冬小麦-夏玉米轮作系统为研究对象,引入周年磷肥利用率的概念,综合研究减量统筹施磷措施对不同土壤磷含量地块的冬小麦、夏玉米、以及周年磷肥利用效率、产量的影响。结果表明,在高磷土壤上,减量统筹施磷措施的周年磷肥利用率可从7%提高到16.6%,周年磷养分偏生产力从66提高到130kg/kg,磷肥农学效率从5.5提高到8.9 kg/kg;在中磷土壤上,周年磷肥利用率从11.4%提高到23.8%,周年磷养分偏生产力从57 kg/kg提高到112 kg/kg,磷肥农学效率从10.8提高到20 kg/kg。可见华北地区当前土壤普遍磷盈余情况下,减量统筹施磷可大幅提高磷肥利用效率,且保障冬小麦、夏玉米两茬作物不减产。     

农田土壤有机碳管理与有机质平衡算法

现代土壤肥料研究推动全球不同国家和地区建立了主要作物对氮、磷、钾等矿质养分需求量的推荐指标,这些量化指标成为科学施肥的基础,促进了农业实现增产、增收、增效和环境安全。土壤培肥是发展农业的基础。有机肥、绿肥、秸秆还田是培肥土壤的主要措施,尽管已有研究证实,过量施用有机肥料不仅造成人力、物力浪费,还会产生农田养分流失和环境污染。迄今为止,在国际范围,对农田培肥尚无量化推荐指标。近年由德国科学家建立并尝试采用的农田有机质平衡算法及推荐指标将可能打破这一僵局。本文择要介绍这一方法原理、应用范围和示例,以期为我国提供可资借鉴的经验。有机质平衡算法的科学基础是通过多点长期定位试验,获得作物和有机肥料的土壤有机质碳当量值,前者用以度量不同作物在其典型种植方式下,引起土壤有机质碳量变化的趋势,后者用于表征不同有机肥料施入土壤后产生的有机质量。通过有机质碳当量值,可以对作物在典型种植方式下引起土壤有机质的亏缺量或盈余量、秸秆还田或施用有机肥引起土壤有机质的增加量统一在一个量纲基准上进行分析和计算。该方法作为官方推荐方法,自2004年始在德国多个州和奥地利推广采用,既适用于综合农业,也适用于有机农业。在不允许使用矿质氮肥的有机农业上,该法兼作农田氮素养分管理方法。多点大田校验试验显示,采用此方法,农田土壤有机质供应水平从“低"提高至"平衡"等级时,产量增加幅度可达到50%—150%。有机质平衡算法作为专为农民研制的分区、分类、量化技术指标,延续德国为农民定制的其他技术指标风格,采用了五等级评价指标体系架构。五等级的各分级名、分级释义充分汇总各地长期试验和大量农户调查与验证结果,形成了全国统一的等级释义,保证了指标体系架构的稳定性,既便于各地农民记忆和长期推广,也便于与国家绿色农业补贴政策关联,是有机质平衡算法的前台指标。而与5个分级对应的农田有机质碳当量值范围、作物与肥料有机质碳当量作为支持前台指标的专业指标,允许各地农业科研机构根据本地条件,在保证前台指标释义不变前提下进行相应调整,从而保证了整个指标体系的可扩展性、科学性和实用性,促进了其在各地的广泛推广,切实提高了农民科学施肥与耕地保育技术水平,推动了农田精准化、标准化管理和农业面源污染管控效率,这一做法也值得我国借鉴。在中国应用这一方法的关键是研制适合各主要农区作物和有机肥料的有机质碳当量值。鉴于目前我国长期定位试验数量有限,可借鉴德国相关研究基础,采用长期与中、短期定位试验结合,大田定位试验与模拟试验、校验试验及农田定位调查相结合方式,边试验、边研制、边校验改进、边推广,逐步完善。     

土壤分类研究回顾与中国土壤分类系统的修编

中国在第二次土壤普查（二普）中,由百余名土壤科学家共同制定了中国土壤分类系统,作为二普用规范性文档,二普后作为国标在全国推荐使用。对二普分县调查资料的首次汇总显示,从分县资料提取出的土壤分类名与国家标准发布的分类名存在一定差异。为对与国标不符的土壤类型名进行审核和修编,同时弄清中国现有两套土壤分类系统之间,以及这两套系统与世界土壤资源参比基础（WRB）之间的关联,对土壤分类研究进展及存在问题进行了回顾与分析。本研究显示,土壤发生学是各国进行土壤分类的共同基础,虽然理论基础相同,由于不同国家和地区所处气候带不同,拥有的土壤资源类型和人均资源量不同,经济与科技发展水平不同,采用的分类原则、命名规则、地面调查方法和采样量各有差异,最终形成的分类系统各不相同。受各国语言习惯和已有分类系统影响,也受近年来在土壤调查中对了解成土过程需求在弱化的影响,对各国土壤分类系统的整合进展并不顺利。对不同语言土壤分类系统的比较显示：中国国标分类系统更符合汉语语言特征,特别是高层级分类中的60个土类命名,能较好表达中国主要土壤类型的典型特征,易于专业及非专业人员对土壤类型及成土过程的认知,且推广应用时间已有30多年,在全国影响较大,应继续采用。国标分类系统不便进行国际交流的问题应通过建立其高层级分类,特别是国标中60个土类与世界参比基础的关联加以解决。研究表明,将土壤分类名限定于对成土过程的描述,有利于分类系统的稳定和对主要土壤类型成土过程的认知,在层级结构上对分类系统的不断调整,或将成土过程以外的土壤质量评价引入分类系统,将导致繁冗的土壤分类名,弱化对成土过程认知。由于土壤发生分类信息是进行土壤功能性状调查、评价和分类的重要辅助信息,将土壤分类限定于描述发生分类还有利于将其用于阐明土壤肥力、土壤环境和土壤健康功能性状。根据上述观点,对分县资料中土壤类型名进行了编审,土类按照国标发布的60个土类进行了归并,亚类进行了适度归并,在土属和土种名编审中,则对名称中源于现场调查的土壤分类信息尽量予以保留。     

蔬菜施肥量简便快速推荐系统APP实现与应用

【目的】针对PDA、触摸屏、手机、计算机等施肥专家系统所依托的载体硬件容量资源有限以及施肥技术产品用户分散,施肥推荐所需的土壤学、蔬菜学、植物营养学、肥料学等学科领域海量数据逐个更新难度大的问题,研发蔬菜简便快速推荐施肥系统APP。【方法】以基于土壤养分系统平衡理念的蔬菜施肥量简便快速推荐模型为核心,综合应用移动通信技术、数据存储等现代科学技术的发展成果,设计了蔬菜施肥量简便快速推荐系统(SVFRS),并在iOS、Android操作系统的智能手机上实现(APP)。【结果】技术产品在河北省(定兴县、藁城区)、天津市(西青区、武清区)等日光温室蔬菜基地示范应用,减施化肥30%以上,增产8%以上,增效15%以上;完成一次到农户地块的精准化专家施肥技术指导花费不足0.1元(0.1～0.2 M的数据流量);专家只需更新数据中心的数据就可以为用户提供新的科学数据支撑。