华北平原潮土区粮田氮淋失阻控措施及效果分析

华北平原潮土区是我国重要的粮食主产区,改革开放40多年来该区农业经历了以高水肥投入为主要特征的集约化进程,相应的氮淋失导致的面源污染自20世纪90年代以来不断加剧。本研究针对华北平原潮土为主要类型的粮田,对过去40多年间主要研究文献进行全面分析,梳理氮肥和水分投入与氮淋失之间的定量关系,比较主要农田管理措施对氮淋失的阻控效果及其机理,以期为我国农业面源污染提供决策支持。研究发现,氮肥和灌溉是影响华北平原潮土区粮田氮淋失的主要因素,其中氮淋失与氮盈余量之间呈指数关系,比与施氮量的指数关系更显著。基于机器学习的随机森林回归模型能够考虑包括施肥、灌溉、土壤条件和气象等多因素对氮淋失的影响,未来在定量预测中有较好前景。同等氮肥投入条件下,由于氮供应与作物吸收契合度高,有机无机配施能显著降低氮淋失。以缓控释肥、尿酶和硝化抑制剂为代表的肥料增效剂可以降低约1/3的氮淋失,值得重点推广应用。秸秆还田可以实现包括提高土壤有机物和微生物氮库、增加无机氮缓冲容量等综合效益,有利于降低氮淋失风险(降低比例达10%),但免耕的阻控效应较低且呈现较大不确定性。调整种植制度、休耕、间作套种和种植填闲作物等措施会影响粮食产量,推广过程中应慎重。氮淋失的阻控效果更多受到社会、经济和政策等因素的影响,今后应采取包括生态补偿等手段发挥农民主动性,从政策和法律法规层面创造实施氮淋失阻控措施的社会环境。     

褐土区氮磷在土壤发生层中淋溶的差异性

农业氮磷淋溶已经成为地下水污染最普遍和突出的问题。为揭示氮磷在包气带不同土层的淋溶特征,以典型褐土的5个土壤发生层（耕层、淋溶层、钙积层、黏化层和母质层）为研究对象,采用室内土柱模拟淋溶试验,在施肥量相同的条件下分析不同形态氮磷淋溶量,研究氮磷在不同土壤发生层中的迁移特征及其影响因素。结果表明：1）进行5次淋溶,耕层、淋溶层、钙积层、黏化层和母质层淋溶液中可溶性总氮总量分别为2412.63 mg·L^-1、3028.94 mg·L^-1、244.16 mg·L^-1、3648.99 mg·L^-1和3356.51 mg·L^-1,淋溶层、黏化层和母质层可溶性总氮淋溶量显著高于耕层,而钙积层可溶性总氮淋溶量较耕层显著减少;耕层淋溶液中可溶性总磷总量为0.52 mg·L^-1,且显著高于其他4层。2）在试验初期,耕层、淋溶层的硝态氮、可溶性总氮和正磷酸盐淋溶量显著高于黏化层和母质层,进行到第4、5次淋溶,黏化层、母质层的硝态氮和可溶性总氮淋溶量显著高于其他3层,而各发生层间正磷酸盐淋溶量无显著差异;单次淋溶黏化层和母质层铵态氮淋溶量均显著高于其他3层,而耕层可溶性总磷淋溶量始终显著高于其他各层。3）耕层和钙积层的淋溶液中硝态氮是氮素淋溶的主要形态,占可溶性总氮比例分别为69.0%和85.4%,而在淋溶层、黏化层和母质层中分别为41.3%、5.1%和4.6%;在可溶性磷中,以无机态正磷酸盐为主,最高占可溶性总磷的75.9%。4）土壤有机质含量、阳离子交换量、黏粒含量对土壤氮磷的迁移转化有明显主导作用。有机质与氮磷淋溶量呈显著正相关关系,有机质含量高,会增加淋溶初期氮磷的淋溶风险;而阳离子交换量和黏粒含量则与氮磷淋溶呈显著负相关关系,阳离子交换量大和黏粒多能减少氮磷素的淋溶风险。该试验结果说明,由于5种发生层土壤理化性质不同,各发生层氮磷淋溶特征及其淋溶形态也有差异,并且氮磷的淋溶受土壤本身阳离子交换量、黏粒和有机质含量的影响。     

长三角地区稻麦轮作土壤养分对秸秆还田响应-Meta分析

研究旨在明确稻麦轮作下秸秆还田对土壤基础养分的影响。以稻麦轮作系统为研究对象,采用Meta分析方法定量研究了土壤基础养分对秸秆还田的响应及其影响因素。结果表明,短期内(<2年)秸秆还田能够显著提升土壤有机碳和活性有机碳的含量,其中活性有机碳对秸秆还田的响应程度要高于总有机碳。低秸秆还田量(RS <3750 kg hm^-2和WS <3000 kg hm^-2)对土壤基础养分的提升效果不显著,而全量秸秆还田(RS 3000~6000 kg hm^-2和WS 3750~7000 kg hm^-2)能够显著提升土壤速效磷、有机碳和活性有机碳的含量。对于不同耕作措施而言,旋耕或翻耕措施均可以显著提升土壤有机碳的含量;此外,旋耕显著提高全氮和活性有机碳的含量,翻耕显著提高土壤速效磷和速效钾的含量。稻麦轮作下秸秆全量还田配合旋耕或者翻耕措施能够增加土壤基础养分含量,达到土壤地力培育的效果。     

不同时期超级杂交稻光合特性及氮素利用效率研究

为探明不同时期超级杂交稻光合特性及氮素利用效率的差异,以5个不同时期具有代表性的超级杂交稻品种为试验材料,研究其光合特性、氮素利用率及氮素光合效率的变化特点。结果表明,前3期超级杂交稻产量随着施氮量的增加呈先升高后降低的趋势,均在施氮量为300 kg·hm^-2水平时最高;后2期超级杂交稻产量随着施氮量的增加而增加,但施氮量为390 kg·hm^-2与300 kg·hm^-2的产量差异不显著。随着施氮量的增加,各时期超级杂交稻净光合速率(Pn)、比叶重(SLW)、氮素吸收利用率(REN)均呈先增加后降低的趋势,氮素光合利用效率(PNUE)和氮素偏生产力(PEPN)呈逐渐降低趋势;在各时期超级杂交稻品种中,随着品种的演进,其叶片氮含量(LNC)和SLW均得到显著改善,而光合生理特性和PNUE则无明显的变化。综上所述,在超级杂交稻品种改良中对氮素吸收利用的提高幅度大于较光合利用明显,在今后超级杂交稻品种改良中应着重对叶片光合生理特性方面的提高。本研究结果为超级杂交稻的选育提供了理论依据。     

影响作物吸收硒的土肥因素研究进展

硒是人体的必需元素,硒缺乏会造成多种疾病。通过摄入农产品适量补充硒,能保证人体健康。对作物补充适量硒肥,是增加农产品硒含量的有效措施。作物吸收硒与土壤因素及肥料因素关系密切,判断哪个因素是影响作物吸收硒最关键的因素值得探讨。通过对文献系统调研发现,影响作物吸收硒的土肥因素中,土壤本身的硒含量及硒肥量最关键,土壤pH及有机质含量为活化土壤硒的间接因素,硒肥种类及施肥方式为配合硒肥量的补充因素。促进作物对硒的吸收要结合土壤性质、硒肥量、施肥方式等因素综合考虑,以达到富硒农产品高产高效的目的。     

水稻不同生育期对硒的吸收、转运及累积规律

采用大田试验,研究土壤施用含硒肥料后水稻中硒的积累和分布的动态变化。结果表明:在水稻不同器官中硒的积累量与含硒肥料施用量呈正相关,相关系数达到0.98以上。水稻成熟期,硒施用量30 kg/hm2和120 kg/hm2处理全株硒浓度分别比对照处理提高了98.9%和313.7%。不同生育期,水稻各个器官中硒含量及累积量不同,水稻硒的生物富集高峰期表现在孕穗期,叶与水稻穗部吸收累积硒有着密切关系。水稻成熟期整个植株中硒的累积量为茎叶精米根颖壳。在整个水稻生育期硒有一定的运转累积规律:水稻分蘖期时,硒从根、茎流向叶片;孕穗期再由叶流向茎;灌浆期又从根运转到叶和穗中;最后成熟期叶中的硒流向穗。苗期施用含硒肥料是一条提高水稻硒含量的有效农艺措施。     

中国粮食主产区化肥施用时空特征及生态经济合理性分析

研究粮食主产区化肥施用状况能够为化肥减量增效、防治化肥损失引起的面源污染、保障国家粮食安全提供决策参考。该研究在分析中国粮食主产区化肥施用强度的时空变化特征的基础上,根据大田粮食作物对氮磷钾的养分要求,提出化肥施用生态经济合理性评价方法,并对中国粮食主产区化肥施用生态经济合理性进行评价。研究表明:从1993到2017年,中国粮食主产区化肥施用强度从205.5 kg/hm~2增加到319.9 kg/hm~2,其中氮、磷、钾化肥的施用强度分别从133.8、48.0、23.7 kg/hm~2增加到162.6、84.2、73.2 kg/hm~2;总化肥及氮、磷、钾化肥施用生态经济适宜量分别从217.4、108.7、54.4、54.4 kg/hm~2增加到300.6、150.3、75.2、75.2 kg/hm~2;氮肥施用强度在1993年已经超过了其生态经济适宜量,磷肥从2001年开始超过了其生态经济适宜量,钾肥在2009年后逼近其生态经济适宜量;1993-2007年间,河南、山东、江苏一直是高强度施肥省份,其他次高强度施肥的省份由高强度施肥省份逐步向周围扩散。2017年,河南为化肥施用生态经济不合理区,化肥施用明显过量;河北、江苏、安徽、山东和湖北则属于经济合理生态不合理区,化肥施用有所过量;湖南、吉林、辽宁和内蒙古施肥适当,属于施肥生态经济合理区;黑龙江、四川和江西为施肥生态合理经济不合理区,化肥施用不足。因此,中国粮食主产区化肥施用强度及生态经济合理性差异较大,总体施肥过量,部分地区存在施肥不足的情况。节肥增效、防治农业面源污染要坚持分类指导、因地减量的原则,完善配方测土施肥政策和技术手段,大力推进信息技术和有机肥利用,走有机无机肥相结合道路。     

绿色保湿增肥块的土壤保湿效果研究

为了减少土壤水分蒸发和增加土壤养分含量,通过盆装试验,研究了绿色保湿增肥块的保湿效果。绿色保湿增肥块由有机秸秆与保水剂黏合压制而成,吸水后会迅速膨胀分解,在土壤中形成透气层,为植物根的生长提供有利的条件。试验结果表明:绿色保湿增肥块能够有效地减少土壤水分的蒸发,平均蒸发量处理Ⅰ为35.82 g/2d,处理Ⅱ为33.79 g/2d,分别比对照的37.59 g/2d减小了4.94%和11.25%;与对照相比,试验结束时处理Ⅰ和处理Ⅱ的土壤含水量分别提高了14.24%和30.63%。本试验中温度和空气湿度是影响土壤水分蒸发的主要因素,最大蒸发量为145 g/2d,最小蒸发量为0,变化较大。     

pH和磷对铅胁迫下芥菜生长和土壤酶活性的影响

采用盆栽试验研究不同pH和磷酸盐浓度对铅污染土壤种植的芥菜生物量和铅吸收的影响,及铅浓度与土壤酶活性的关系.结果表明,芥菜地下部分铅含量明显高于芥菜地上部分.土壤酸化有可能导致土壤中铅的溶出释放,在试验中,土壤pH为5.0时,土壤中铅的释放最多,芥菜生长和土壤酶活性受到的影响最大.土壤中铅与磷酸结合成难溶性的磷酸铅,当土壤中施加的磷浓度为300mg/kg时,土壤中铅的释放量最少,芥菜生长和土壤酶活性受到的影响最小;土壤中铅的释放溶出与土壤酶活性相关性较大,同时二者易受土壤pH和磷含量的影响,因此把土壤中铅的释放溶出与土壤酶活性结合起来作为判断土壤铅污染程度指标更合适.     

内蒙古降水量分布及其对马铃薯灌溉需水量的影响

马铃薯是内蒙古的优势作物,其生长和产量主要受水分条件的制约.研究内蒙古降水量分布和马铃薯需水规律,可为马铃薯生产合理布局、合理用水以实现稳产提供依据.利用内蒙古1961-2010年46个气象站点的逐日气象资料计算分析了内蒙古马铃薯生育期有效降水量及分布、马铃薯生育期蒸散量和不同年型下马铃薯的灌溉需水量.结果表明:内蒙古马铃薯生育期有效降水量为25～ 240mm,时空分布不均匀,地区间差异大;马铃薯生育期蒸散量为300～700mm,400mm等值线从呼伦贝尔北部开始,穿过锡林郭勒盟的北部,向东到兴安盟.内蒙古地区马铃薯灌溉需水量由东到西有逐渐增大趋势,需水量等值线呈经向分布.1500m3/hm2等值线在内蒙古东北部,等值线以东的呼伦贝尔市、兴安盟的北部地区有效降水基本能满足马铃薯需求,正常年无需灌溉,适合马铃薯大面积种植;内蒙古西部和北部降水资源不足以支撑马铃薯生产,不适合马铃薯种植.歉水年降水量少、蒸散量大,马铃薯灌溉量比平水年平均增加40.4％.