武穴市秸秆和畜禽粪污还田化肥减量潜力及土地承载力分析

武穴市是湖北省种植和养殖大市,估算其农作物秸秆、畜禽粪污资源,评估其土地承载力,探讨绿色种养的节约化肥潜力对实现武穴市农业绿色发展具有重要意义。基于统计数据,估算了武穴市主要农作物秸秆、畜禽粪污养分资源量及其化肥替减的潜力,并评估了当前土地承载力及土地承载力指数。结果表明,2020年武穴市产生主要农作物秸秆资源53.19万t,畜禽养殖95.33万头猪当量。秸秆和畜禽粪污养分资源理论可还田量（折纯）分别为1.19万、0.82万t,分别可替代武穴市当年化肥消费量的27.4%和18.9%,理论可实现化肥节约成本分别为6192.76万和4077.36万元,共计10270.12万元。2020年武穴市畜禽粪污氮、磷土地承载力指数分别为0.80、0.48,目前畜禽养殖量没有超过武穴市土地承载力,但已接近氮承载力的上限。     

土壤钾素转化的影响因素及其研究进展

土壤中各种形态的钾之间存在着动态的平衡,这些平衡受一定因素的影响。本文主要从粘土矿物类型、土壤水分状况、温度、pH、肥料施用以及陪伴离子等方面对土壤钾素转化的影响因素进行了综述,可以归纳为:①以2∶1型粘土矿物为主的土壤吸附K 的结合能较小,易解吸;而以1∶1型粘土矿物为主的土壤吸附K 的结合能较大,吸附的K 不易解吸。②土壤干湿变化对钾素转化的影响因速效钾含量的高低而有明显的区别。③在0~40℃温度范围内,增温能使交换性钾离子减少,而水溶性钾离子浓度则相应增加。④pH对土壤钾素转化的影响比较复杂。⑤氮肥中的NH4 因与K 离子具有相似的离子半径和水化能而对土壤钾素的有效性产生显著的影响。最后展望了钾素转化领域未来的发展方向和研究热点。     

基于GIS的长江中游油菜种植区土壤养分及pH状况

为了掌握长江中游油菜种植区土壤养分状况,在湖北、湖南、江西三个省份调查和取样分析5 463份土壤数据的6个指标(土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效硼和pH),基于Arc GIS平台,采用Kriging插值法分析4个不同油菜种植区域(二熟制山地区、二熟制平原区、三熟制山地区、三熟制平原区)的土壤养分状况。结果表明,长江中游油菜种植区土壤有机质、全氮和有效磷均处于适宜/丰富的含量水平,基本没有5级和6级水平的有机质、全氮、有效磷分布。从不同区域来看,以上3个养分指标总体均表现为三熟制地区养分含量高于二熟制地区。长江中游仍有1.82×10~5 hm~2区域土壤速效钾处于缺乏的水平(30~50 mg kg~(-1))。土壤有效硼含量仍有待提高,尤其是在三熟制地区,土壤有效硼缺乏(5级和6级)的比例仍高达13.6%~20.4%。土壤pH多集中在6.0左右,但是三熟制地区仍然有较高比例(约35.7%)的土壤pH处于4.5~5.5。综上所述,长江中游不同种植区域土壤养分性状存在差异,尤其是三熟制地区仍有相当比例需要提高土壤有效硼和改良酸性土壤。     

添加尿素和秸秆对三熟制水旱轮作土壤各形态氮素的影响

添加不同外源氮对土壤中不同形态氮素的转化具有十分重要的影响。选取长期耕作土壤,设置对照、添加尿素N 150 kg/hm~2(U150)、添加秸秆(相当于添加N 38 kg/hm~2,Straw)、添加尿素N 150 kg/hm~2+秸秆(相当于添加N188 kg/hm~2,U150+Straw)和添加尿素N 188 kg/hm~2(U188)5个处理进行室内培养试验,研究了添加不同外源氮对土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮含量的影响。结果表明,土壤铵态氮随着培养时间的延长表现为先增后减的趋势,添加尿素的两个处理其土壤铵态氮较Straw、U150+Straw处理能够更快地达到峰值;而土壤硝态氮则表现为逐步增加的趋势。添加尿素处理能够显著提高土壤矿质氮的含量,在添加等量氮素的条件下,U188处理矿质氮含量在培养期间始终高于U150+Straw处理;此外,U150+Straw处理矿质氮含量在培养前期均低于U150处理,至培养30天后其含量略高于U150处理。与对照相比,培养结束时添加不同外源氮素处理的土壤矿质氮含量能够提高169.61%~496.75%。对于微生物生物量氮和可溶性有机氮而言,添加不同外源氮素分别在培养10天和30天达到峰值,此后逐渐降低。不同处理而言,添加秸秆+尿素、添加秸秆处理的微生物生物量氮和可溶性有机氮含量在培养前期明显高于仅添加尿素的两个处理,说明添加有机物料氮源主要有益于提高土壤有机态的氮素含量。     

应用数字图像技术进行水稻氮素营养诊断

【目的】研究田间试验条件下水稻不同生育期冠层图像色彩参数(G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B)及植株氮素营养指标(叶片含氮量、植株全氮含量、生物量、氮素累积量和冠层NDVI值)的时空变化特征,并分析两者间的相关性,确立水稻氮素营养诊断的最佳色彩参数和方程模型,为探明数码相机在水稻上的适宜性及精确诊断水稻氮素营养状况提供理论基础。【方法】于2013年5月9月在湖北省武汉市华中农业大学试验基地(30°28'08'N,114°21'36'E)采用不同施氮处理的田间试验,以籼型两系杂交稻"两优6326"为供试作物,设置4个施氮水平:0、75、150和225 kg/hm2(分别以N0、N75、150和N225表示),3次重复,随机区组排列。分别在水稻分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期采用数码相机(Nikon-D700,1200万像素)获取水稻冠层图像,应用Adobe photoshop7.0软件直方图程序提取图像的红光值R、绿光值G和蓝光值B,研究数码相机进行水稻氮素营养诊断色彩参数,确定植株氮素营养指标诊断模型。【结果】较对照(N0)相比,分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期3个施氮处理水稻地上部生物量、叶片含氮量、植株全氮含量、氮素累积量、冠层NDVI值和成熟期产量增幅分别平均为40.7%98.0%、42.4%72.4%、36.2%85.3%、125.5%209.1%、51.3%60.6%和60.1%117.0%,差异显著。水稻不同生育期各冠层数字化指标G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B与上述氮素营养参数相关性差异较大,且以数字图像红光标准化值NRI表现最佳,建议作为应用数码相机进行水稻氮素营养诊断的最佳冠层图像色彩参数指标。进一步分析表明,可以用统一的线性回归方程来描述不同生育期、不同氮素水平下水稻植株氮素营养指标随冠层色彩参数NRI的变化模式。【结论】数码相机进行水稻氮素营养诊断测试结果稳定,具有快速、便捷、非破坏性等优点,冠层色彩参数NRI与水稻氮素营养指标和产量之间均表现出较好的相关性,满足氮素营养无损诊断的需求,对实时、快速监测水稻长势状况及氮素营养丰缺水平具有较高的可行性,有望发展成为新时期作物氮素营养无损诊断技术的潜力。     

基于高光谱的冬油菜植株氮素积累量监测模型

为无损和定量研究高光谱技术在冬油菜植株氮素积累量(PNA,plant nitrogen accumulation)时空变化监测的适宜性及准确性,该文以两年田间氮肥水平试验为基础,采用单变量线性和非线性回归方法,建立基于特征光谱参数的冬油菜P NA高光谱估算模型。结果表明,采用比值光谱的方法可显著提高冬油菜冠层光谱反射率与PNA间的相关性,其最佳的波段组合为1 259 nm与492 nm处光谱反射率比值(R1259/R492),决定系数R2为0.85。高光谱参数间,以比值植被指数(RVI-5)、归一化光谱指数(NDSI)、线性内插法红边位置(REIP)、三角植被指数(TVI)、742 nm处一阶微分光谱值(FD742)和红边面积(SDR)等光谱参数与PNA相关性较好(平均R2和标准误SE分别为0.69和42.70),且以FD742表现最优(R2=0.79,SE=35.66)。精度分析结果显示,以光谱参数R1259/R492和FD742为自变量的指数方程模型作为高光谱监测油菜PNA的最佳模型,各生育期Noise Equivalent(NE)均较低且表现稳定,同时模型估测精度较高,R2分别为0.98和0.98,相对均方根误差RRMSE分别为0.73和0.72,相对误差MRE分别为14.42%和10.31%。该方法为快捷和精确评估冬油菜PNA提供了新的研究思路。     

低分子量有机酸对红壤和黄褐土钾素转化的影响

低分子量有机酸在土壤中广泛存在,主要来源于植物和微生物的分泌,通过改变根际的pH值和氧化还原状况,或通过螯合和还原作用等直接或间接地促进植物对P、Fe、Mn、Cu等养分的吸收、促进矿物的溶解、降低Zn、Al等金属对植物的毒害、吸收,缓解植物缺氧症状等。有关低分子量有机酸     

稻田不同供钾能力条件下秸秆还田替代钾肥效果

【目的】研究稻田不同土壤供钾能力条件下,秸秆还田配施钾肥对水稻产量、地上部钾素累积量以及钾肥利用率的影响,为秸秆还田水稻钾肥合理施用提供科学依据。【方法】2011-2012年在鄂中、江汉平原和鄂东地区的10个县（市）选择不同供钾水平田块布置水稻试验。根据湖北省第二次土壤普查制定的速效钾分级标准,本文将土壤速效钾含量＞150 mg•kg-1的试验点如钟祥和宜城归为高钾供应能力土壤（1级水平）,简称为高钾土壤,标记为High-K;土壤速效钾含量100-150 mg•kg-1的试验点如团风、仙桃、洪湖和枝江归为中钾供应能力土壤（2级水平）,简称为中钾土壤,标记为Middle-K;土壤速效钾含量＜100 mg•kg-1的试验点如麻城、广水、鄂州和蕲春归为低钾土壤,标记为Low-K。试验共设6个处理,分别为：（1）CK（-K）;（2）+K;（3）+S;（4）S+1/3K;（5）S+2/3K;（6）S+K,其中K和S分别表示钾肥和还田秸秆,以此来考查当前推荐钾肥用量（K2O 75 kg•hm-2）对水稻的增产效果以及轮作模式下麦秆或油菜秸秆还田钾素对钾肥的替代作用。【结果】结果显示CK处理（-K）,高钾、中钾和低钾土壤的稻谷产量分别为8 372、8 710和7 767 kg•hm-2,施钾和秸秆还田均可以不同程度地增加水稻产量和地上部钾素累积量。与CK相比,高钾、中钾和低钾土壤均以秸秆还田配施钾肥处理的增产效果最显著,增产量分别为633、1 098和814 kg•hm-2,增幅分别为7.7%、12.6%和12.5%;地上部钾素累积吸收增量分别为40.2、56.5和49.3 kg•hm-2,增幅分别为15.9%、21.3%和36.8%。在当前推荐钾肥用量条件下,秸秆还田会造成高钾土壤的钾肥吸收利用率下降,但可明显提高中钾和低钾土壤的钾肥吸收利用率;同时秸秆还田也会显著降低高钾土壤的钾肥农学利用率,但对中钾和低钾土壤的钾肥农学利用率没有明显影响。同钾肥利用率相比,钾素利用率均有所降低,但中钾土壤和低钾土壤的钾素利用率要显著高于高钾土壤的钾素利用率。通过对秸秆还田条件下钾肥用量与增产率、地上部钾素累积增幅的相关性分析得出高钾土壤和中钾土壤的推荐钾肥用量偏高。根据线性加平台肥效模型拟合得出,在秸秆还田条件下,高钾土壤田块（速效钾含量＞150 mg•kg-1）适宜钾肥用量平均为38.2 kg•hm-2,比推荐用量减少49.1%;中钾土壤田块（速效钾含量100-150 mg•kg-1）适宜钾肥用量平均为60.0 kg•hm-2,比推荐用量减少20.0%;而低钾土壤田块（速效钾含量＜100 mg•kg-1）,增产效果显著,推荐钾肥用量不足。【结论】因此,短期秸秆还田条件下,高钾和中钾土壤田块,秸秆还田钾素可不同程度地替代部分化学钾肥施用;而低钾供应田块推荐用量略显不足,增施钾肥仍有较大的增产空间。     

氮钾配施对冬油菜角果皮光合作用及光合器官氮分配的影响

  【目的】  角果皮作为典型的非叶器官,其光合作用不仅是油菜(Brassica napus L.)光合作用的重要补充,更是生育后期产量建成的重要碳源。我们研究了氮、钾营养及氮钾配施对冬油菜角果形态、角果皮光合特性、光合器官氮分配的影响及光合氮利用效率(PNUE)差异机制。  【方法】  采用双因素田间试验,设4个施氮量(N 0、90、180、270 kg/hm2,分别以 N₀、N₉₀、N₁₈₀、N₂₇₀表示),两个钾用量(K₂O 0、120 kg/hm2,分别以K₀、K₁₂₀表示),试验共计8个处理:N₀K₀、N₀K₁₂₀、N₉₀K₀、N₉₀K₁₂₀、N₁₈₀K₀、N₁₈₀K₁₂₀、N₂₇₀K₀、N₂₇₀K₁₂₀,每个处理3次重复。在角果期测定角果形态参数、净光合速率(A_n)、角果皮氮钾养分含量、光合氮利用效率（PNUE）以及最大羧化速率(V_cmax)等相关光合、生理参数,并计算角果皮氮素在光合器官(羧化系统、电子传递系统和捕光系统)的分配比例。  【结果】  与N₀K₀处理相比,氮钾配施处理单株角果数增加了1.7～3.0倍,角果长和角果面积分别提高了12.1%～30.2%和9.9%～43.8%。在不同氮肥施用量下,施钾后角果皮氮含量平均降低了19.5%;在不同施钾量下,氮肥施用后角果皮钾含量平均降低了20.9%。氮钾配施处理角果皮气孔导度(g_s)、叶肉导度(g_m)、V_cmax及A_n较N₀K₀处理平均提高了11.1%、158.8%、88.2%和115.0%。与N₀处理相比,施氮后角果皮光合系统氮库平均增加了51.1%,但羧化系统(N_cb)和电子传递系统(N_et)中氮分配比例分别下降了8.4和2.5个百分点,PNUE降低了21.1%;相反,施钾后角果皮光合氮库和分配比例分别较K₀处理提高了28.7%和15.6个百分点,其中N_cb和N_et氮库分别提高了35.9%和31.4%,PNUE增幅高达65.7%。与N₀K₀处理相比,尽管氮钾配施对角果皮光合系统氮分配比例的提升作用较小,但光合系统氮库容量增加了90.7%,远高于单施氮肥或钾肥对角果皮光合氮库的提升幅度。PNUE与角果皮钾含量和光合系统中各组分氮分配比例呈极显著正相关关系,而与角果皮氮含量及氮钾比呈显著负相关。  【结论】  氮钾配施一方面提高了角果皮光合面积、协调氮钾营养平衡、降低CO₂传输阻力,另一方面增加了角果皮光合氮库、改善了光合系统中氮分配比例,从而提高了角果光合能力、优化了PNUE。因此,在实际生产中氮钾肥要合理配施,最大化个体光合潜能,进而提高群体生产力达到增产增效的目的。     

水稻-油菜轮作模式下秸秆还田替代钾肥的效应

【目的】研究稻-油轮作条件下秸秆还田配施钾肥对水稻和冬油菜产量、 地上部钾素累积量、 钾肥利用率以及土壤钾素含量的影响,明确长期秸秆还田替代钾肥的效果,为秸秆还田下稻-油轮作中钾肥的合理施用提供科学依据。【方法】2011~2014年在湖北省粮油主产区-江汉平原选择土壤供钾能力较高的农田,布置水稻-冬油菜轮作定位试验。试验共设7个处理,分别为: 1)CK(-K); 2)+K; 3)+S; 4)S+1/4K; 5)S+1/2K; 6)S+3/4K和7)S+K。其中K和S分别表示钾肥和还田秸秆,K2O用量为90 kg/hm2。【结果】 1)与不施钾(-K)相比,施用钾肥和秸秆还田均不同程度地增加了水稻和冬油菜年均产量和钾素吸收量,尤以秸秆还田配施钾肥处理(S+K)的水稻和冬油菜产量和地上部钾素吸收量最高,与对照(-K)相比增产率分别为12.8%和19.1%; 地上部钾素(K2O)累积吸收量增幅分别达到35.7%和79.3%。2)在当前推荐钾肥用量条件下,秸秆还田对水稻和冬油菜的钾肥吸收利用率没有显著影响,但均使两种作物的钾素吸收利用率显著降低。与秸秆不还田相比,秸秆还田后水稻季的钾肥与钾素农学利用率明显降低,而冬油菜季则分别显著提高与持平; 秸秆还田后,水稻季的钾素农学利用率显著降低,而冬油菜季则持平。3)通过对秸秆还田条件下钾肥用量与增产率、 地上部吸钾量增幅的相关分析得出秸秆还田后当前的推荐钾肥用量偏高。根据肥效模型并结合实际产量和农田钾素养分平衡拟合得出,水稻和冬油菜的年均适宜钾肥用量分别为52.0和61.9 kg/hm2,比推荐用量可分别减少42.2%和31.2%。【结论】在土壤钾素含量较高的情况下,稻-油轮作区开展连续秸秆还田不仅能够降低钾肥投入量,获得较高的粮油经济产量,还可以提高土壤有效钾含量并维持农田系统养分平衡以及秸秆钾素资源的良性循环。