长期有机培肥黑土有机碳、全氮及玉米产量稳定性的变化特征

【目的】探讨东北黑土区长期有机培肥对土壤有机碳、全氮含量及产量稳定性的影响,为优化黑土培肥技术及玉米稳产高效提供指导。【方法】以38年长期定位试验为研究平台,选择6个施肥处理:不施肥 (CK),氮磷钾配施 (N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2,NPK),常量有机肥 (有机肥30 t/hm2,折纯N 150 kg/hm2、P₂O₅ 135 kg/hm2、K₂O 45 kg/hm2,M₂),常量有机肥配施氮磷钾肥 (M₂NPK),高量有机肥 (有机肥60 t/hm2,M₄),高量有机肥配施氮磷钾肥 (M₄NPK)。测定耕层土壤有机碳、全氮含量及玉米籽粒产量。【结果】玉米籽粒产量以M₄NPK处理最高,平均产量为9637 kg/hm2,其次是M₂NPK处理,平均产量为9422 kg/hm2,CK处理产量最低,平均产量为3551 kg/hm2,且显著低于其他各处理。前10年试验施用有机肥可显著提升土壤基础地力,降低玉米籽粒产量对化肥的依赖,M₂与M₄处理的籽粒产量与NPK处理均无显著差异。之后至2017年,单施有机肥处理玉米产量较NPK处理平均提高3.8%。拟合方程表明,地力产量每增加1000 kg/hm2,肥料贡献率降低9.2%～12.2%。在培肥30年后,肥料对籽粒产量贡献率开始下降。有机无机配施处理下,玉米产量变异系数较低,平均为19.3%,产量可持续性指数SYI为0.58,达到稳定水平。土壤有机碳含量随施肥年限在不同施肥处理间差异逐步变大,且在10年后出现显著差异,增施有机肥后,土壤有机碳显著增加,以M₄NPK和M₄处理最高;土壤全氮与土壤有机碳呈显著正相关 (r = 0.826**),土壤有机碳每升高1 g/kg,土壤全氮含量增加0.086 g/kg。施用有机肥,玉米籽粒产量与土壤有机碳、土壤全氮含量显著正相关,表明长期有机培肥对实现玉米高产稳产具有重要贡献。【结论】在供试黑土条件下,单施有机肥在一段时间内主要提高土壤有机碳含量,有机碳达到一定水平后才可以提高产量。有机肥配合氮磷钾化肥可以快速有效提高土壤有机碳和全氮含量,提高玉米产量。本试验条件下,有机无机配合施用的土壤有机碳年增加量为0.35～0.47 g/kg,全氮含量增加46.3%～84.2%,玉米产量稳定系数 (SYI = 0.58) 达到较高水平。土壤基础地力的提高可减少玉米产量对外源肥料的依赖,地力产量每增加1000 kg/hm2,肥料贡献率降低9.2%～12.2%。因此,有机肥配施化肥是黑土区保证玉米稳产高产、不断提升土壤肥力、保障黑土资源可持续利用的重要措施。     

不同秸秆还田模式对黑钙土团聚体特征的影响

通过5年田间定位试验,研究了不同玉米秸秆还田方式对黑钙土土壤团聚体含量、稳定性和团聚体有机碳贡献率的影响。结果表明:与秸秆不还田(CK)比较,秸秆还田处理能显著提高土壤大团聚体(>250μm)含量、团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)(P<0.05)。秸秆轮耕还田(SRT)比秸秆覆盖还田(SCR)能更有利于土壤大团聚体形成,但2个处理的土壤团聚体稳定性之间差异不显著。秸秆轮耕还田与秸秆不还田相比较能显著增加土壤各粒级团聚体有机碳含量和大团聚体有机碳贡献率,同时,秸秆轮耕还田比秸秆覆盖还田更有利于提高>2 000μm粒径和<53μm粒径团聚体有机碳含量,以及250～2 000μm粒径团聚体有机碳贡献率。相关性分析表明,土壤有机碳含量与土壤团聚体稳定性及其碳库之间存在极显著的正相关关系。旋耕/深翻的轮耕还田模式促进了耕层土壤大团聚体形成和土壤结构稳定,显著提高土壤团聚体碳库和对土壤有机碳的贡献,为东北黑钙土区较适宜的玉米秸秆还田模式之一。     

长期施肥对黑土腐殖质组分的影响

利用Pallo法,将土壤腐殖质分为FAf、HAs、HAp、FAs、FAp和HM共6个组分（HAs和FAs为松结合态腐殖质工,HAp和FAp为稳结合态腐殖质Ⅱ,HM为紧结合态腐殖质Ⅲ）,研究了长期定位施肥（ck、M2、M4、NPK、M2＋NPK和M4＋NPK）对黑土腐殖质各组分的影响。结果表明：腐殖质各组分的碳量由高到低的顺序为HAp〉HAs〉FAp〉FM〉FAs。长期施肥有利于SOC、FAf碳量的积累和松、稳、紧结合态腐殖质碳量的增加,有利于土壤腐殖质Ⅰ／Ⅱ值的提高和Ⅰ／Ⅲ值的降低。各施肥处理中松、稳、紧结合态腐殖质积累效果相比,高量有机肥长期配施化肥的最好,而单施化肥的效果最差。长期单施化肥使土壤松结合态和稳结合态腐殖质的PQ值增加,腐殖化作用增强。     

长期施肥和气候因素对东北黑土区玉米产量的影响

本试验以公主岭国家黑土监测基地为平台,研究玉米连作条件下施肥及气候因素对产量的可持续性影响。试验共设有机肥和化肥N、P、K的不同组合共24个试验处理。结果表明,与不施有机肥相比,施用常量有机肥和高量有机肥(FYM1、FYM2)均可以显著提高玉米产量,产量分别达到7668kg/hm²和7925kg/hm²,FYM(无有机肥)处理为5718kg/hm²。有机肥配施化肥比单施化肥也有明显的增产作用,施用N肥165kg/hm²可以显著增加玉米产量,单施磷素、钾素及磷钾配施增产作用不明显,表明土壤中的磷钾营养水平没有限制作物产量。降雨量与产量的相关分析结果表明,磷、钾处理的产量与8月份的降雨量显著相关。     

不同施肥方式对黑土春玉米田硝态氮和铵态氮的影响

为探讨黑土区春玉米合理的施肥方式,减少氮素淋洗造成的环境风险,设置了8个肥料运筹处理,研究了不同肥料对黑土区春玉米田土壤淋溶液中硝态氮和铵态氮含量的影响.结果显示:以优化施肥处理的玉米产量最高,优化施肥处理的硝态氮和铵态氮表现出明显的表聚趋势,表明优化的有效性.但优化施肥处理土壤淋溶液量和淋溶液养分含量仅低于增施氮肥处理的,常规、增氮和优化处理的淋溶液硝态氮含量均超标,需要进一步优化.     

不同根构型基因型玉米的养分累积特征及其对密度的响应

以同一回交群体中8个基因型组配的测交种为材料,在种植密度分别为60 000株/hm²（MD）和75 000株/hm²（HD）的条件下,对其生物量、产量及养分积累量进行分析。结果表明,随种植密度的增加,基因型L105、L132、L224的生物量和产量显著降低,降低幅度分别为16.6%～26.1%和6.5%～29.3%;基因型L160、L219的生物量和产量则显著增加,平均为15.3%和19.0%。从养分累积情况来看,随种植密度的增加,基因型L105、L132、L224的氮磷钾养分积累量显著降低,降幅分别为17.0%～26.2%、14.3%～30.8%、16.0%～29.4%;基因型L160的氮素积累量随密度的增加显著增加,基因型L109与L219对钾素的积累量随着种植密度的增加分别增加21.0%、29.0%。综合生物量、产量及养分积累量来看,基因型L105、L132、L224耐密性不强,基因型L160、L219的耐密性较好。     

降雨对吉林省黑土区雨养春玉米农田氮磷淋溶的影响

吉林省黑土区是我国玉米生产的重要基地,农业集约化程度较高,农业面源污染风险较大。因此,掌握吉林省黑土区降雨与农田氮磷淋溶的关系,对区域生态农业可持续发展意义重大。本研究基于吉林省4个面源污染监测点,于2016-2019年春玉米季对降雨情况、淋溶量、淋溶液氮磷浓度及淋溶强度等进行了动态监测,系统分析了吉林省黑土区自然降雨与农田氮磷淋溶的关系。结果表明:1)吉林省黑土区降雨年际间和监测点间差异较大,年际间波动在424～554mm,春玉米全生育期平均降雨量为475mm;不同监测点降雨量大小依次为通化(593～785 mm)公主岭(512～699 mm)梨树(305～434 mm)农安(197～342 mm)。2)淋溶量和降雨强度呈极显著正相关关系,降雨强度每增加10 mm·(24h)-1,淋溶量增加1.81mm。全生育期(4-10月)降雨量与淋溶次数、淋溶概率分别呈极显著和显著正相关,降雨量每增加100mm,淋溶次数约增加3次,淋溶概率上升6%。当全生育期降雨量超过74mm时,淋溶概率增加,可能引起淋溶;而当全生育期降雨量达到217mm时,淋溶次数增加,可以发生淋溶。产生淋溶的降雨等级一般以中雨(10～24.9 mm)和大雨(25～49.9 mm)为主。3)淋溶量和淋溶液总氮浓度呈极显著正相关,与总磷浓度无明显相关关系。4)总氮淋溶强度与降雨强度呈极显著正相关,降雨强度每增加10 mm·(24h)-1,总氮淋溶强度增加0.73kg·hm~(-2),而总磷淋溶强度与降雨强度无明显相关性。由此可见,吉林省黑土区农田在春玉米雨养条件下以氮素淋溶为主,且与降雨密切相关,应因地制宜采取农艺措施在源头上阻控农业面源污染的发生,为农业生态可持续发展提供有效途径。     

长期秸秆还田对黑土碳氮及玉米产量变化的影响

利用黑土长期定位试验,研究长期秸秆还田对黑土碳氮及玉米产量变化的影响。结果表明:与NPK处理比较,玉米秸秆还田处理没有显著促进黑土有机碳的积累。与试验初期相比,3个处理(CK、NPK和秸秆还田+NPK)土壤有机碳均同步增加,2006年与试验初比较均呈显著差异。与CK、NPK处理相比,秸秆还田+NPK处理能显著提高土壤N素的供应水平。各处理C/N比值在10.23～11.26之间。秸秆还田+NPK处理19年的玉米平均产量为8 958kg/hm2,与NPK处理基本一致,显著高于CK处理,表明施用有机氮(玉米秸秆还田)代替部分无机氮可以达到相同玉米产量水平。