吉林省玉米施肥效果与肥料利用效率现状研究

【目的】本研究通过收集整理2005~2013年国家测土配方施肥项目在吉林省布置的1110个“3414”田间试验,分析了施用氮、磷、钾肥对玉米产量、经济效益的影响,测算了氮、磷、钾肥的利用效率,目的在于明确当前生产条件下吉林省玉米的施肥效果与肥料利用效率,为肥料的合理施用与配置提供依据。【方法】选取玉米“3414”田间试验的处理1（N₀P₀K₀）、处理2（N₀P₂K₂）、处理4（N₂P₀K₂）、处理6（N₂P₂K₂）和处理8（N₂P₂K₀）,分别记为不施肥（CK）、不施氮（-N）、不施磷（-P）、氮磷钾配施（NPK）和不施钾（-K）处理,研究不同施肥处理下的玉米产量、产值、施肥利润和产投比,比较增施氮、磷、钾肥的增产效应以及不同肥料的农学效率、偏生产力和肥料贡献率。另外,分析不施肥处理（缺素处理）玉米产量与相应肥料贡献率之间的关系,并利用模型进行模拟。【结果】不施肥条件下,当前吉林省玉米的平均产量和产值分别为6.6 t/hm2和1.21×103 yuan/hm2。施肥可显著提高玉米的产量和经济收益,其中以NPK处理的玉米产量和施肥利润最高,平均分别为10.1 t/hm2和5.07×103 yuan/hm2,其后分别为-K处理（8.9 t/hm2、3.27×103 yuan/hm2）、-P处理（8.7 t/hm2、2.83×103 yuan/hm2）和-N处理（7.7 t/hm2、1.39×103 yuan/hm2）。在其他养分施用基础上,增施氮、磷、钾肥可平均分别增产2.36 t/hm2（35.1%）、1.39 t/hm2（18.0%）和1.18 t/hm2（14.9%）,平均施肥利润分别为3.68×103、2.24×103和1.80×103 yuan/hm2。当前生产条件下,吉林省玉米在氮磷钾配施条件下的肥料农学效率、偏生产力和肥料贡献率分别为11.4 kg/kg N、32.8 kg/kg和34.7%,而增施氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为14.3 kg/kg N、20.5 kg/kg P₂O₅和17.2 kg/kg K₂O,平均偏生产力分别为61.1、146.4和142.4 kg/kg,平均肥料贡献率分别为23.4%、14.1%和11.9%。分析发现,氮磷钾肥配施（或某一肥料）的肥料贡献率随不施肥处理（或相应缺素处理）玉米产量的提高而显著下降,且关系符合对数函数模型,说明提高基础地力可减少对外源肥料的依赖。【结论】吉林省玉米氮磷钾肥的增产效果和肥料利用率相比全国平均水平较高,但仍需重视氮肥管理以稳产增效,继续大力推广平衡适量施肥理念及相应技术,在实现作物增产的同时提高肥料利用效率并促进土壤培肥。     

近30年中国农田耕层土壤有机质含量变化

土壤有机质含量是影响土壤肥力水平的重要指标,也是开展耕地质量建设、科学施肥工作的基础。利用2005—2014年测土配方施肥项目数据与全国第二次土壤普查数据进行对比,分析了近30年来中国农田耕层土壤有机质的变化趋势。结果显示,30年来我国农田耕层土壤有机质含量呈整体上升趋势,目前,全国耕层土壤有机质平均含量为24.65 g kg~(-1),较全国第二次土壤普查时期提高4.85 g kg~(-1),提高24.49%。其中,30~40 g kg~(-1)等级比例增加3.64个百分点,20~30 g kg~(-1)等级比例增加5.68个百分点,10~20 g kg~(-1)等级比例增加5.36个百分点。需要引起注意的是,大于40 g kg~(-1)等级比例减少了1.38个百分点。     

长期秸秆还田对潮土土壤各形态磷的影响

基于黄淮海低平原区潮土上33年长期肥料定位试验,采用蒋柏藩―顾益初的石灰性土壤无机磷分级方法,研究冬小麦―夏玉米轮作中长期不同氮磷用量下秸秆还田对土壤全磷、有效磷(Olsen-P)及各形态无机磷的影响。结果表明:黄淮海低平原区潮土上冬小麦―夏玉米轮作中P2O5用量0~240 kg hm~(-2),随磷肥用量的增加,土壤全磷、Olsen-P、无机磷总量及无机磷中Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P均显著增加,O-P和Ca10-P无显著变化;当土壤输入磷量低于作物输出磷量时,无论秸秆还田与否,土壤全磷、无机磷总量、Olsen-P和无机磷中除Ca8-P外的其他各形态磷均无显著变化;当土壤输入磷量高于作物输出磷量时,随秸秆用量的增加土壤全磷、Olsen-P和无机磷中的Ca2-P、Ca8-P、Al-P均显著增加,其中以Olsen-P增幅最大,无机磷中以Ca2-P增幅最大,其次为Ca8-P,再次为Al-P;土壤磷素盈余和亏缺量与土壤中各磷形态含量均呈显著正相关关系。     

心土培肥犁改良瘠薄土壤的效果

研究根据心土培肥的改土技术要求研制出心土培肥犁,并分别在瘠薄黑土和碳酸盐草甸黑钙土上开展大面积机械改土试验,明确自主研发的心土培肥犁改土后对土壤理化性质影响及对作物产量的效果,为其广泛应用到低产土壤改良提供机械及技术支持。试验设深松、心土培肥和常规对照耕作,采用大田对比方法。研究结果表明:心土培肥和深松在不同类型土壤上对土壤理、化性质,对作物产量及产量性状影响后效不完全一致;心土培肥降低土壤抗剪强度后效明显,碳酸盐草甸黑钙土10~30 cm土层土壤抗剪强度比对照降低6.65~12.16 k Pa,黑土比对照降低8.20~11.31 k Pa,碳酸盐草甸黑钙土改土后效果明显,黑土改土后效长,心土培肥改土效果优于深松;土壤容质量和硬度趋势同上;心土培肥提高土壤透气系数为2.78~14.28倍,饱和导水率为2.38~11.62倍;深松和心土培肥可提高下层土水分消耗比例,30~60 cm土层耗水量为心土培肥区深松区对照区,心土培肥耗水量比照高10%;心土培肥处理可提高土壤磷含量和供磷强度,20~30 cm和30~40 cm土层土壤供磷强度比对照分别提高4.19~5.17倍和4.96~17倍,碳酸盐草甸黑钙土高于黑土;心土培肥可提高玉米产量,碳酸盐草甸黑钙土上心土培肥增产幅度为6.82%~18.01%,黑土增产幅度为6.45%~11.18%,平均增产效果碳酸盐草甸黑钙土薄层黑土,但黑土持续增产效果好。     

燕山早丰板栗密植园施肥-产量模型研究

为了研究N、P、K配合施用对板栗产量的影响,以13年生盛果期的板栗主栽品种燕山早丰(Castanea mollissima‘Yanshanzaofeng’)为研究对象,采用N、P、K三因素二次饱和D-最优设计,在河北省迁西县典型板栗密植园连续两年进行田间试验。通过建立以N、P、K施肥量编码值为变量因子,产量为目标函数的三元二次数学模型,优化施肥量及N、P、K配比。结果表明N、P2O5、K2O对板栗产量有显著影响,并且两两之间存在显著交互效应。三因素对板栗产量影响的次序依次为NP2O5K2O。通过效应函数的频率分析寻优可知,单株目标产量超过4.50 kg,置信区间为95%时,N、P2O5、K2O单株优化施肥方案为:N 0.85~1.04 kg,P2O50.68~0.83 kg,K2O 0.45~0.51 kg。N、P2O5、K2O最佳施肥比例为1:0.65~0.98:0.43~0.60。该研究可为迁西板栗密植园的合理施肥提供理论依据。     

潮土小麦碳氮含量对长期不同施肥模式的响应

【目的】以潮土21年长期定位试验为基础,分析不同施肥模式下冬小麦不同生育期的地上部生物量、碳氮含量、碳氮比及碳氮积累量,探讨冬小麦碳氮含量对不同施肥模式的响应规律。【方法】试验包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、施氮磷肥(NP)、施氮钾肥(NK)、氮磷钾配施(NPK)、氮磷钾肥配施有机肥(NPKM)、施氮磷钾肥及玉米秸秆还田(NPKS)7个处理。在2011 2012年冬小麦生长季,分别采集越冬、拔节、灌浆、成熟四个生育时期地上部植株样品,利用Euro Vector EA3000型元素分析仪对小麦植株样品的全碳、全氮含量进行测定。【结果】NPK、NPKM和NPKS处理均能显著提高各生育期小麦地上部干重,其中NPKM处理小麦地上部干重在越冬、拔节、灌浆、成熟期分别比CK提高了111%、194%、238%、206%,除越冬期外,等量氮肥条件下,NPK、NPKM和NPKS 3个处理间小麦同一生育期地上部干重无显著差异,说明与氮磷钾配施相比,有机无机配施与秸秆还田这两种措施并不能显著提高小麦地上部生物量;小麦地上部碳含量受不同施肥影响很小,不同生育期小麦地上部碳含量平均值为410 g/kg;小麦成熟期地上部氮含量以N和NK处理最高,分别达到19.4和18.1 g/kg,其中N处理小麦地上部氮含量分别比NPKM和NPKS处理高52%和66%。随着生育期的推移,各处理小麦氮含量逐渐降低,总体表现为越冬期拔节期灌浆期≥成熟期;在整个生育期中各施肥处理碳含量基本保持不变而氮含量呈逐渐下降趋势,这就使得各施肥处理地上部分C/N比随生育期的推移呈逐渐增加趋势;不同施肥下小麦碳积累量差异性和地上部干物质重差异性规律一致,而不同施肥下地上部氮积累量差异性不同于干物质重的差异性,以NP处理最高,达545 kg/hm2,分别比NPKM和NPKS处理高61%和68%。【结论】施肥方式不能显著改变小麦碳含量但能影响氮含量,因此小麦生物量大小决定了其碳的积累量,相应地,C/N比大小则由氮含量决定。氮磷钾配施、有机无机配施及秸秆还田处理下,小麦具有较高的生物量从而具有较高的碳氮积累量,这有利于增加农田系统碳、氮积累,提升土壤碳、氮肥力。     

根际注射施肥对黄土高原苹果氮素吸收利用及产量和品质的影响

【目的】在西北黄土高原地区,春季干旱少雨和肥料利用率低限制着生产优质苹果。国外通常应用水肥一体化技术来克服水肥利用率低的问题,但由于其硬件设施要求高,投资大,短期内在我国难以推广。近年来我国采用的根际注射施肥可利用施肥枪将肥料溶液直接注入根际土壤中,施肥成本低且技术简单。本研究利用同位素15N示踪技术,研究根际注射施肥对苹果氮素吸收利用及产量品质的影响,可为黄土高原果园水肥高效利用提供依据。【方法】以9年生富士/M26/新疆野苹果为试验材料,利用15N尿素标记肥料去向,最后通过MAT-251质谱计测15N丰度,得出果树各器官和土壤的肥料利用率。同时利用叶绿素仪(SPAD-502)测定标记叶片的SPAD值,用浸以磷酸甘油溶液的海绵进行田间原位测定,得到土壤氨挥发的量,用静态箱—气相色谱法测定土壤的N2O逸失量。综合对比分析黄土高原传统环状开沟撒施肥与根际注射施肥对苹果吸收利用氮素、肥料氮在土壤中残留及果实产量和品质的影响。【结果】黄土高原苹果园根际注射施肥的优越性体现在:1)施肥后一个月内,果园土壤的气态氮素损失发生变化,根际注射施肥比传统环状开沟施肥的氨挥发总量低54.9%,同时N2O的排放通量低5.0%。2)根际注射施肥后,促进了肥料在土壤中的扩散范围,扩大了根系肥水吸收容积,叶片和果实吸收的肥料氮比例(Ndff%)在整个生长季始终处于较高水平。生长季末期,根际注射施肥的整株氮素当季吸收率为53.04%,比环状开沟施肥提高12.25个百分点,表明根际注射施肥有利于氮素更快地被吸收利用,显著提高苹果树的氮素当季利用率。3)生长季末,在0—60 cm土层内,根际注射施肥的土壤氮素残留率为36.55%,而环状开沟施肥为43.13%,前者显著低于后者。4)在整个生长季内,根际注射施肥处理下的树体新梢叶片内叶绿素含量(SPAD)值一直高于环状开沟施肥。根际注射施肥能提高苹果单株产量和单果重,其单果重和单株产量分别比环状开沟施肥处理提高了3.8%和19.7%。【结论】黄土高原地区推广的果树根际注射施肥技术可以有效提高苹果树体氮素的利用率,降低了土壤中的氮素残留。此外注射施肥的深度、注射量、密度和时间均可根据不同时期的养分需要随时调整,使水肥在土壤中均匀分布,达到节水节肥的目的。同时可避免传统施肥时挖坑作业对浅土层吸收根的损伤,降低劳动力成本。综合来看,根际注射施肥是提高黄土高原区旱地苹果树肥水利用率、产量和品质的有效方式之一。     

化学调控和施磷对玉米/花生间作磷吸收利用和间作优势的影响

为了研究化学调控和磷肥对玉米/花生间作体系磷营养的调控效应,于2012—2013年在河南科技大学农场进行田间试验,试验设单作玉米、单作花生、玉米/花生间作和玉米/花生间作+化学调控4种种植方式,分别施磷[180 kg(P2O5)·hm–2]和不施磷共8个处理,研究了间作玉米和间作花生不同器官磷含量、磷积累分配的特点,分析了化学调控和施磷对间作体系磷间作优势的影响。结果表明:间作显著提高了玉米籽粒磷含量、茎和籽粒磷积累量,促进了磷向籽粒分配;明显降低了花生各器官磷含量、磷积累量,不利于磷向果仁分配;与单作玉米和单作花生相比,间作提高了玉米/花生间作体系磷吸收量,磷吸收间作优势为15.99~19.54 kg(P)·hm–2。在玉米小口期喷施化学调控剂提高了间作玉米籽粒磷含量,降低了茎、叶和籽粒的磷积累量,提高了磷向籽粒分配比例;提高了间作花生果仁磷含量和茎、叶和果仁磷积累量,促进了磷向果仁分配。化学调控间作玉米施磷肥显著增加了间作玉米和花生各器官的磷含量以及磷积累量,提高了磷向玉米籽粒和花生果仁分配比例,促进了间作体系对磷的吸收;磷吸收间作优势为19.50~22.00 kg(P)·hm–2,比不施磷提高16.51%~57.51%,达到显著差异水平。这表明玉米/花生间作具有明显磷间作优势,化学调控间作玉米再施磷有利于间作体系磷吸收量增加,显著提高磷间作优势。因此,生产上可以采用化学调控同时施磷肥来进一步提高磷间作优势。     

有机无机肥配施对晚稻产量和杂草群落的影响

为探究不同施肥措施对晚稻产量和杂草群落的影响,以1982年布置的双季稻红壤稻田长期施肥定位试验为对象,于2011年采用田间调查法研究了在以无机肥(化肥NPK)与有机肥(M)氮磷钾养分等量条件下,长期施用有机肥、无机化肥和有机无机肥配施模式下晚稻生长发育、晚稻产量及稻田杂草群落变化。结果表明,施肥能促进晚稻生长发育,显著提高晚稻产量,配施效果优于单施,以有机无机均衡配施(NPKM)效果最佳,且其晚稻产量平均高出其他配施处理17.6%;在施用有机肥的基础上,要使红壤稻田晚稻增产,需优先考虑施用氮肥,其次依次是磷肥和钾肥。施肥处理中,单施化肥最能促进晚稻杂草生物量增加,且其杂草生物量平均高出其他施肥处理32.5%,其次是配施处理中的缺磷处理(NKM);单施有机肥最能提高晚稻杂草密度,有机无机均衡配施最能降低杂草密度,且其3个取样期杂草总密度平均低于其他施肥处理34.6%,尤其能遏制狗牙根等恶性杂草生长。氮磷钾养分较均衡的处理(M、NPK、NPKM)的晚稻杂草群落多样性、均匀度和优势度随着晚稻生长发育先升后降,其他处理(PKM、NKM、NPM)大致呈增加趋势,NPK的降幅最大,其成熟期杂草群落多样性、均匀度、优势度比始分蘖期分别降低了7.0%、17.8%、8.1%。晚稻产量与晚稻不同生育期杂草生物量均呈非显著负相关。本研究对红壤双季稻田通过施肥提高晚稻产量和调控晚稻季杂草生物量、群落密度、生物多样性具有重要意义。     

测土配方施肥研究的文献计量分析

测土配方施肥是推进新农村建设的一项重要举措。运用文献计量学方法,以中国基础知识设施工程文献数据库中的4数据库和美国科学信息研究所的Web of Science数据库中的6数据库为数据源,分别从论文发表时间、刊登期刊、被引频次、学科及研究方向、研究人员及研究单位、资金支持、研究物种和研究区域等方面对中外截止至2016年6月以来发表的测土配方施肥研究文献进行计量统计。结果表明,国内相关文献发表数量与政策实施保持了高度一致性,2005年文献数量开始激增,2010年之后论文数量保持较平稳波动;农林科研院校和地方土壤肥料工作站是国内测土配方施肥研究的中坚力量;目前测土配方施肥技术主要应用在水稻、玉米、小麦和马铃薯4大粮食作物上,研究区域主要集中在我国东部地区的省份和13大粮食主产区,西部研究较少;测土配方施肥的研究未来方向是往计算机软件及计算机应用、林业等学科专业方向倾斜。