麦季施磷量对小麦-玉米轮作产量及土壤有效磷的影响

为提高陕西关中地区小麦-玉米轮作体系磷素利用率和节本增效,以及筛选合理的磷肥施用方式,于2018-2021年进行连续3年的仅小麦季一次施磷的田间定位试验,通过设置0、75、150、225和300 kg·hm^(-2)5个施磷(P2O5)水平,分析了麦季施磷量对小麦-玉米轮作产量、生物量、植株磷积累转运及土壤有效磷含量的影响。结果表明,与不施磷处理相比,施磷处理下小麦和小麦-玉米周年籽粒产量分别提高29.38%~40.95%和15.72%~24.57%,成熟期生物产量分别提高18.56%~34.19%和12.84%~23.29%,花前干物质转运量分别提高31.65%~63.33%和27.79%~52.47%,成熟期磷积累量分别提高37.08%~54.67%和39.54%~44.38%,磷素转运量分别提高90.82%~165.63%和44.06%~58.27%。通过进一步回归分析发现,实现小麦季和小麦-玉米周年最高产量的施磷量分别为207和201 kg·hm^(-2);若综合考虑粮食安全、环境安全和肥料利用率,以95%的小麦最高产量为实际目标,小麦季施磷量仅为130 kg·hm^(-2),两个最高产量的施磷量分别降低37.20%和35.32%,磷肥利用率分别提高2.27和2.87个百分点,小麦成熟期和玉米成熟期土壤有效磷含量分别为17.96和12.31 mg·kg^(-1)。因此,陕西省关中小麦-玉米轮作区麦季一次施用磷肥可实现小麦和小麦玉米周年高产稳产,本试验条件下130 kg·hm^(-2)为满足较高的轮作产量和磷肥利用率的适宜麦季施磷水平。

秸秆还田及蚯蚓活动对小麦-玉米轮作下土壤水分运移的影响

为探讨关中平原小麦-玉米水分高效利用的栽培技术方式,采用田间定点观测方法,研究秸秆还田+接种蚯蚓处理对土壤含水量的影响。设置CK(对照)、S_(1)(秸秆还田3000 kg·hm^(-2))、S_(2)(秸秆还田6000 kg·hm^(-2))、E(接种蚯蚓)、S_(1)E(秸秆还田3000 kg·hm^(-2)+接种蚯蚓)、S_(2)E(秸秆还田6000 kg·hm^(-2)+接种蚯蚓)共6个处理。结果表明:各处理较CK处理均提高了土壤含水量,S_(1)、S_(2)、E、S_(1)E、S_(2)E处理下土壤含水量分别增加0.21%~27.47%、0.43%~32.85%、1.00%~15.53%、3.25%~36.52%、2.97%~51.24%。CK、S_(1)、S_(2)、E、S_(1)E、S_(2)E处理下土壤含水量分别为15.51%、17.14%、17.66%、16.33%、17.94%、18.91%;S_(2)E处理土壤蓄水保水效果最佳,S_(2)、S_(1)处理次之,E处理效果最差。由小麦扬花期、收获期到玉米抽雄期、收获期,不同处理下0~100 cm土壤含水量整体呈增长趋势,最大均值在玉米收获期(20.60%),最小均值在玉米抽雄期(8.63%)。相比于CK处理,其余处理均扩大了高含水区范围,且接种蚯蚓处理下土壤高含水区范围大于未接种蚯蚓处理。对小麦-玉米生长期土壤含水量影响因素相关分析结果显示,土壤含水量与>0.25 mm的大团聚体、SOC含量、TN含量呈显著正相关关系(P<0.05),与0.053~0.25 mm、<0.053 mm的土壤团聚体、pH值、毛管孔隙呈显著负相关关系(P<0.05)。可见,秸秆还田与蚯蚓活动有利于增加土壤含水量,扩大深层高含水区,提高土壤蓄水能力,进而提高降水利用效率。

优化管理对小麦-玉米轮作系统植株干物质积累、转运与产量的影响

针对小麦-玉米轮作种植系统中因秸秆处理不当、肥料施用不合理造成的农田土壤退化、作物减产等问题,本研究设置6种水肥结合秸秆优化管理模式,探究其对小麦、玉米干物质积累、转运和产量的影响,以期为改善小麦-玉米轮作系统田间管理提供科学依据。试验以农民常规管理模式(漫灌+常规施肥+秸秆还田)为对照(CK),设两种水肥优化方案———滴灌+增效复混肥+稳定尿素(水肥优化Ⅰ,SS)、水肥一体+增效复混肥(水肥优化Ⅱ,SF),每种水肥优化方案下设3种秸秆处理方式———秸秆还田、秸秆还田+腐解剂(D)、秸秆不还田+秸秆炭(C),共组合为6个处理,分别标记为SS、SSD、SSC、SF、SFD和SFC。研究发现,SSC处理可有效提升玉米干物质积累和转运,花前干物质转运量、转运效率和花前干物质对籽粒的贡献率较CK分别显著提高56.6%、7.14个百分点和10.93个百分点;SS处理下小麦干物质积累量最高,其花后干物质积累量较其他处理显著增加23.2%(SSD)~115.1%(SF);SFD处理可有效促进干物质转运,其花前干物质转运效率、对籽粒的贡献率分别较CK显著提高3.04个百分点和7.08个百分点。SSC、SFD处理的玉米、小麦产量均显著高于其他处理,分别较CK显著提升21.8%、16.2%(SSC)和14.2%、23.6%(SFD)。综上,各优化措施处理中,SSC和SFD模式均能有效提升植株干物质积累并协调其向籽粒转运,提高成熟期籽粒干物质分配比例,提升小麦-玉米轮作系统下作物产量,可在生产中推广应用。

有机肥替代化肥对砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统N_(2)O排放的影响

【目的】探究有机肥替代化肥条件下砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统N_(2)O排放特征及与土壤环境因子的关系,为实现农田温室气体减排提供理论依据。【方法】以砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统为研究对象,采用静态箱-气相色谱法与常规土壤参数分析相结合,研究不施肥(CK)、常规施肥(CF)、有机肥氮替代20%化肥氮及有机肥氮替代40%化肥氮(R2FM及R4FM,有机肥于小麦季施用)对小麦-玉米轮作系统N_(2)O排放的影响及与关键驱动因子的关系。【结果】R2FM及R4FM处理小麦产量显著高于CF处理,增幅分别为12.2%和10.2%,而不同施肥处理之间玉米产量无显著差异。CK、CF、R2FM及R4FM处理周年N_(2)O平均排放通量分别为5.9、50.3、43.9及39.6μg·m^(-2)·h^(-1),其中小麦季为3.1、23.6、25.0及26.4μg·m^(-2)·h^(-1),玉米季为8.8、77.0、62.8及52.9μg·m^(-2)·h^(-1);不同施肥处理下N_(2)O排放通量与土壤NO_(3)^(-)-N含量呈极显著正相关,同时还与小麦季土壤温度、玉米季土壤含水量呈显著或极显著正相关。CF、R2FM及R4FM处理周年N_(2)O累积排放量分别为2.38、2.44及2.53 kg·hm-2,较CK处理(0.56 kg·hm-2)显著增加325%—354%,N_(2)O-N排放系数为0.40%—0.44%,但CF、R2FM及R4FM处理之间周年N_(2)O累积排放量、N_(2)O-N排放系数均无显著差异。不同施肥处理下季节性N_(2)O累积排放量存在差异,与CF处理相比,R2FM及R4FM处理在小麦季N_(2)O累积排放量分别显著提高28.3%和62.6%,且二者N_(2)O-N排放系数(0.35%和0.41%)显著增加,而在玉米季N_(2)O累积排放量分别显著降低15.8%和33.8%;N_(2)O累积排放量与小麦季土壤全氮、碱解氮、微生物量碳含量及玉米季土壤全氮含量呈显著或极显著正相关,而与玉米季土壤有机碳含量呈显著负相关。【结论】在有机肥氮替代化肥氮条件下,优化小麦季施肥管理是减少砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统N_(2)O排放的关键。

优化施肥对小麦-玉米轮作体系产量、养分平衡与生态环境效益的影响

小麦-玉米轮作是华北平原主要的种植模式,对保障我国粮食安全起着关键作用。本文系统研究了不施肥(CK)、优化施肥(OPT)和农户习惯施肥(FP)方式连续8年对小麦-玉米轮作体系产量、养分平衡、温室气体排放和经济效益的影响。结果表明,小麦季、玉米季和周年轮作中,OPT较FP产量分别提高4.3%、5.3%和4.8%;氮肥偏生产力分别提高39.1%、31.7%和35.9%;磷肥偏生产力分别提高39.1%、40.4%和39.8%;钾肥偏生产力分别降低47.8%、47.3%和47.6%;温室气体排放量分别降低21.7%、21.1%和21.4%;温室气体排放强度分别降低27.0%、27.5%和27.3%;净收益分别提高11.2%、11.4%和11.3%,农业生产成本分别降低3.7%、2.1%和3.1%,环境修复成本分别降低28.4%、17.3%和22.1%。周年轮作中,OPT较FP氮素盈余量降低105 kg·hm^(-2)(46.3%);磷素盈余量降低48 kg·hm^(-2)(53.3%);钾素从亏缺1 kg·hm^(-2)变为盈余59 kg·hm^(-2),满足了作物生长需求。连续8年,OPT较FP土壤有机质含量提高5.3%,速效钾提高12.3%,有效磷降低27.8%。综上所述,与农户习惯施肥(FP)相比,优化施肥(OPT)具有高产、高收益以及环境友好的优势,为华北平原小麦-玉米轮作体系高效绿色生产提供了科学依据。

施氮和秸秆还田对小麦-玉米轮作农田硝态氮淋溶的影响

连续4 a采用渗漏计测定法研究了陕西关中小麦-玉米轮作区施氮和秸秆还田对土壤剖面90 cm处NO3--N淋溶的影响。结果表明,NO3--N淋洗主要发生在7、8、9月份或灌溉后,年际间变异较大。监测期内各处理渗漏液NO3--N浓度和淋失量的变幅为0～103.5 mg L-1和0～21.8 kg hm-2,二者均随施氮量的增加呈增加趋势。小麦施氮150 kg hm-2、玉米施氮180 kg hm-2时,连续4 a作物均能获得高产。施氮量继续增加,产量不再增加,0～100 cm土层NO3--N累积量和90 cm处NO3--N淋失量却相应增加。秸秆还田2 a后作物显著增产,2010年和2011年分别增产15.1%和14.2%,但对NO3--N累积和淋溶的影响不显著。回归分析显示,NO3--N年淋失量和0～100 cm土层累积量均随年施氮量的增加呈指数形式增加,说明施氮量越高,NO3--N年淋失量和累积量越高,二者占施氮量的比例也越高。

陕西关中小麦-玉米轮作区协调作物产量和环境效应的农田适宜氮肥用量

为了确定陕西关中小麦-玉米轮作区兼顾作物产量和环境效应的农田适宜氮肥用量,通过玉米-小麦-玉米连续3季田间试验研究了作物产量、氮肥利用效率、氮肥表观损失和土壤氮素平衡等对施氮量的响应。结果表明,随着氮肥用量的增加,不同年份作物产量和3季作物累计产量均表现为先增加后降低的趋势,而累计氮肥农学效率、氮肥表观利用率、氮肥吸收效率和氮肥偏生产力均表现为显著的降低趋势。土壤氮素平衡结果表明,随着施氮量的增加,低量施氮时(小麦施N<150 kg/hm2,玉米施N<180 kg/hm2),氮肥残留显著增加,表观损失和损失率变化不明显,而高量施氮时(小麦施N>150 kg/hm2,玉米施N>180 kg/hm2),氮肥残留变化不明显,表观损失和损失率却显著增加。回归和相关分析显示,矿质氮在土壤较深层次(100—200cm土层)大量累积是氮肥表观损失的重要途径之一。小麦施N 150 kg/hm2、玉米施N 180 kg/hm2时,作物即可获得相对较高的产量和氮肥利用率,且能保持作物收获前后土壤无机氮库的基本稳定,同时也可将氮肥表观损失降至较低水平。

小麦-玉米轮作期间不同施肥处理氮素的淋溶形态及数量

利用大型回填土渗漏池研究了陕西关中平原小麦-玉米轮作年生长周期内塿土不同施肥处理氮素淋溶的动态变化。结果表明,小麦-玉米期间土壤淋溶的氮素以硝态氮(NO3--N)为主,溶解性有机氮(DON)次之,铵态氮(NH4+-N)最低,占淋失总氮的比例平均分别为72.1%、26.2%和1.7%,说明除NO3--N外,DON也是不可忽视的土壤氮素淋失形态。与施氮磷化肥(NP)相比,氮磷化肥和有机肥配施处理(NPM)明显降低了淋溶到100 cm深度土层的氮量;在小麦-玉米生长期间,NPM处理NO3--N、DON和NH4+-N的累积淋溶量比NP处理分别降低了64.4%、42.9%和54.8%,这与配施有机肥后提高了土壤的持水保肥能力有关,说明有机肥与化肥合理配合施用可以降低氮素的淋溶损失。

小麦-玉米轮作体系中秸秆还田方式对土壤肥力及作物产量的影响

【目的】探讨小麦-玉米轮作体系下不同秸秆还田方式对土壤肥力和作物产量的影响,旨在为促进小麦-玉米连续轮作区的农业可持续发展提供理论依据。【方法】在陕西关中地区,于2008-2010年采用2年4季的田间定位试验,以玉米秸秆不还田-小麦秸秆不还田为对照(CK),比较玉米秸秆覆盖还田-小麦秸秆高留茬还田(T-1)、玉米秸秆直接还田-小麦秸秆高留茬还田(T-2)、玉米秸秆直接还田-小麦秸秆直接还田(T-3)3种秸秆还田方式对土壤碳储量、养分含量及作物周年产量的影响。【结果】与CK相比,3种秸秆还田方式下耕层(0～20cm)土壤总有机碳储量(CT)、土壤活性有机碳储量(CL)、土壤碳库管理指数(CMI)及土壤全磷、硝态氮、速效钾含量和作物周年产量均增加。3种秸秆还田方式对CT、CL及CMI的影响表现为T-3>T-2>T-1;对作物周年产量的影响则表现为T-2>T-3>T-1;对土壤养分的影响无明显规律性,但是对速效钾含量的影响表现为T-2>T-3>T-1。【结论】综合考虑,在陕西关中小麦-玉米轮作体系中,玉米秸秆直接还田-小麦秸秆高留茬还田模式(T-2)是较优的耕作方式。

控释氮肥对小麦-玉米轮作产量和土壤养分状况的影响

基于河北省衡水市连续4年8季小麦-玉米轮作体系施肥定位试验,研究多年控释氮肥减氮施肥以及不同施肥措施对小麦、玉米籽粒产量和土壤养分状况的影响。结果表明：肥料追施与一次性基施作物产量无显著差异,减氮30%控释氮肥较常量速效氮肥产量有2季显著增加,其他季无显著差异;施氮肥可显著增加0-40cm土壤硝态氮含量,并且速效氮肥60%底施,40%追施处理较速效氮肥一次底施处理显著增加20-40cm土壤硝态氮含量,控释氮肥减氮30%处理表层土壤硝态氮含量与常量速效氮肥一次底施处理相比未显著下降,而深层土壤硝态氮含量较常量速效氮肥一次底施处理减少44.15%∽89.21%,说明控释氮肥可有效控制硝态氮淋失;常量速效氮肥一次底施处理较其他施氮处理显著降低表层土壤pH;施氮肥对土壤全氮、有机质、全磷、有效磷含量无显著影响;对0-20cm土壤速效钾含量影响较大。速效氮肥基施加追施处理较常量速效氮肥一次底施处理可减缓土壤酸化进程,表层速效钾含量有所降低。综上,连续多年减氮30%施用控释氮肥较常量速效氮肥处理作物产量和土壤养分状况并未出现显著差异。

小麦-玉米轮作区西农979不同器官氮素转运及对籽粒贡献率的影响

为了解华北地区小麦-玉米轮作模式下小麦不同器官氮素吸收、分配及转运的差异,采用田间试验方法,以西农979为供试品种,于小麦的分蘖期、越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期采集植株样品,对其叶、叶鞘、茎、穗轴、颖壳和籽粒的干物重及氮含量进行了测定和分析。结果表明,小麦成熟时,不同器官氮含量从大到小依次为:籽粒>叶>叶鞘>颖壳>茎>穗轴,氮积累量从大到小依次为:籽粒>叶鞘>叶>茎>颖壳>穗轴,即氮在籽粒中分配和积累量最大,叶是最大的氮素"源器官"。在不同生育阶段,拔节至抽穗期的氮吸收量和吸收速率最大。在华北小麦-玉米轮作区,籽粒氮收获指数达到68.48%,而叶对籽粒的氮转运贡献率达到54.52%;拔节至抽穗期氮素吸收比例占全生育期的48.07%,故而底施氮肥与拔节期追氮的比例控制在5∶5为好。

潮土区小麦-玉米轮作周期内土壤钾素动态研究 Ⅰ.不施钾条件下土壤钾素动态与垂直变化

采用大田试验和室内分析的方法，研究了豫北潮土区小麦玉米轮作周期内土壤钾素的动态及垂直变化。结果表明：在不施钾肥条件下，轮作期内土壤钾素消耗量较大，速效钾的大量消耗促进了缓效钾的释放；缓效钾在土壤供钾水平降低时也是作物吸钾的重要来源。土壤钾素的动态变化及其在剖面中的垂直移动，主要受作物吸收、温度、降水及土壤水分运动的影响。作物生育前期以表层钾素供应为主，在需钾高峰期心土和底土供钾也很重要。小麦生育期钾素以向上运移为主，而玉米生育期内钾素以向下淋移较为显著。轮作期土壤钾素的消耗主要是由于作物吸收，也有少量的淋失。在该地区生产中，补施钾肥、增加农家肥和秸秆用量十分必要。

施氮水平对小麦-玉米轮作体系氨挥发与氧化亚氮排放的影响

试验采用密闭室间歇通气法研究华北平原冬小麦（Triticum aestivum Linneaus）-夏玉米（Zea mays Linneaus）轮作体系在不同施氮水平下农田氨挥发和N2O排放。结果表明：冬小麦季和夏玉米季的氨挥发速率与N2O排放通量呈现出季节性动态变化,且随着施氮量的增加而增加,均在施肥后第2~3天出现峰值。玉米季氨挥发量和N2O排放量均高于小麦季,分别占整个轮作周期气态损失的53.5%~68.9%和54.7%~82.3%。轮作体系中氨挥发净损失量（以N计）为4.28~31.31 kg.hm-2,占施氮量的3.17%~5.80%;N2O净排放损失量（以N计）为50.95~1051.03 g.hm-2,占施氮量的比例为0.04%~0.23%。因此,施氮量是影响冬小麦-夏玉米轮作体系气态损失重要因素,且夏玉米季是控制控制气态损失的关键时期。

小麦-玉米轮作体系长期施肥对(土娄)土微生物量碳、氮及酶活性的影响

以20年(土娄)土小麦-玉米轮作体系长期肥料定位试验为平台,探讨不同施肥模式下土壤化学肥力要素、微生物量碳、氮及酶活性的响应。试验包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷(NP)、磷钾(PK)、氮磷钾(NPK)、NPK+秸秆(SNPK)以及不同量有机肥+NPK(M1NPK、M2NPK)等8种施肥模式。结果表明,与CK相比,长期施用氮、磷肥提高土壤有机碳含量达34.0%、全氮34.0%、全磷58.5%、速效磷608.9%、微生物量碳23.3%、微生物量氮54.0%、蔗糖酶活性53.9%、脲酶132.6%、碱性磷酸酶29.9%以及脱氢酶40.9%。NPK处理与NP处理效果相似,钾素效果甚微。作物秸秆还田配合氮、磷、钾化肥与施氮、磷、钾肥相比没有明显影响土壤有机碳、氮和磷水平,但是显著提高微生物量碳的含量(29.5%)、碱性磷酸酶(23.0%)和脱氢酶(26.9%)的活性。有机肥配合氮、磷、钾与其他施肥处理相比,显著提升土壤化学肥力要素,微生物量碳、氮和酶活性,特别是引起了磷素的大量富集(速效磷含量大于150 mg/kg)。因此,(土娄)土不施有机物情况下,氮磷配合可以提高土壤化学和生物肥力,作物秸秆还田配合氮磷钾化肥的培肥效果优于氮磷钾化肥配合,而合理的有机无机肥配合是(土娄)土提升化学肥力和保证土壤生物健康的最佳施肥模式。

不同施肥模式对华北平原小麦-玉米轮作体系产量及土壤硝态氮的影响

为了探索培育高产粮田的施肥模式，实现氮肥资源的高效利用与环境效益，以华北平原的小麦（Triticum aestivum）-玉米（Zea mays L.）轮作体系作为研究对象，通过2007─2011年4个轮作季，探讨不同的施肥模式对作物产量和土壤硝态氮的影响。试验以处理A（当地传统管理）作为对照，从测土确定施肥量、按作物生长发育明确施肥时期、合理分配各时期的养分配比及增施有机肥等方面改变传统施肥模式，设置3种高产施肥培育模式，分别为处理B（现有高产田推荐管理）、处理C（高肥料投入管理）和处理D（水肥高效管理），进行田间小区试验。4个轮作季的总产量以处理D为最高，达75430 kg·hm-2，其次是处理C为75166 kg·hm-2，当地传统的产量最低。冬小麦季的吸氮量为处理C和D显著高于A处理，分别高出444.78 kg·hm-2和310.20 kg·hm-2，但与处理B无显著差异；处理D在夏玉米季的吸氮量为776.75 kg·hm-2，显著高于处理A。处理B的氮肥偏生产力值最高为38.21，处理D为36.71，处理A和C均为28.33。各处理经过4个轮作季后，土壤硝态氮均在120-160 cm出现累积峰，A、B、C和D的硝态氮峰值分别为58.65、28.98、105.89、45.29 mg·kg-1。在0-100cm土层，处理B的硝态氮累积量达到144.22 kg·hm-2，显著高于处理A、C、D；所有处理在100-200 cm土层均出现较高的硝态氮累积，处理C高达1021.19 kg·hm-2；0-400 cm的土壤硝态氮累积量分别为724.27、711-92、1324.30、730.70 kg·hm-2。处理A、B、C、D在耕层土壤氮素的表观损失分别为1298.95、653.18、1236.39和718.43 kg·hm-2，处理B、D显著低于处理A、C，D和B间差异不显著。因此，处理D是培育高产的理想施肥模式，合理的施肥量、科学的施肥时期以及有机无机的合理配比是达到高产、提高肥效和环境友好的关键。

连续不同施氮对小麦-玉米轮作农田土壤理化性状的影响

为明确施氮量对农田土壤理化形状的影响,以小麦-玉米轮作体系为研究对象,通过4年连续定位试验,比较了连续不同施氮处理对不同土层土壤理化指标的影响。结果表明,连续不同施氮处理对土壤有机质和全氮含量、碳氮比、土壤容重有显著影响,但对pH的影响较小。在0~30cm土层,土壤有机质和全氮含量随施氮量的增加而增加,当施氮量为240kg·hm^(-2)时,有机质含量增加速率最快,当施氮量为360kg·hm^(-2)时,土壤全氮含量最高。在30~60cm和60~90cm土层,不同施氮处理对土壤有机质、全氮含量的影响降低。综合土壤碳氮比和容重等指标,本区域推荐施氮量为240kg·hm^(-2)。

耕作措施与秸秆还田对小麦-玉米轮作体系土壤质量的影响

通过在陕西关中平原地区连续7年的田间定位试验,运用多元方差分析及因子分析法比较评价了冬小麦-夏玉米轮作体系下4种耕作措施（深松、旋耕、免耕、传统耕作）及2种秸秆管理措施（玉米秸秆还田、不还田）对土壤质量的影响。结果表明：玉米收获后0～20 cm土壤容重免耕处理最大,旋耕、翻耕处理次之,深松处理最小;秸秆还田0～10 cm土壤容重较不还田处理降低2.33%,达显著水平。小麦、玉米收获后0～20 cm土壤养分组、有机质环境组及酶活性组指标变量受不同耕作措施的影响均大于受秸秆管理措施的影响。传统耕作两季土壤质量均最差。深松、旋耕有一定后效,且有机质养分因子得分较高,免耕则相反。综合土壤质量、作物产量及经济效益,玉米秸秆还田/深松/旋耕/播种小麦-小麦秸秆高留茬/免耕/播种玉米模式适宜在该区推广。

减氮条件下砂壤质潮土区小麦-玉米轮作体系氨挥发特征及排放系数

【目的】氮肥施用量影响农田氨挥发量和氮肥利用效率。研究减量施氮后土壤的氨挥发特征及排放系数,为科学评估化肥减施对环境的影响提供依据。【方法】选取华北砂壤质潮土农田,进行小麦-玉米轮作周年土壤氨挥发监测研究。试验包括不施氮磷钾化肥(CK)、常规施氮肥(N)、优化施肥(OPT)、减量优化(LOPT)和优化加有机肥(mOPT)5个施肥处理。小麦季常规、优化和减量优化处理施氮量分别为315、225和135 kg/hm^(2),玉米季分别为330、240和150 kg/hm^(2)。试验采用密闭海绵法,在小麦、玉米基肥和追肥后,定期取样测定不同处理的氨挥发量,并计算氨排放系数。【结果】不同施氮量下,供试农田玉米季土壤氨挥发总量在12.8~20.4 kg/hm^(2),占总施氮量的5.9%~8.5%;小麦季氨挥发总量在6.8~12.0 kg/hm^(2),占总施氮量的3.3%~5.0%,玉米季氨总挥发量明显高于小麦季。4个施氮处理相比,N和LOPT处理的氨排放系数较高,小麦季分别为3.8%和5.0%,玉米季分别为6.2%和8.5%,而OPT和mOPT处理的氨排放系数相对较低,小麦季分别为3.6%和3.3%,玉米季均为5.9%。除此之外,OPT和mOPT处理小麦和玉米产量显著高于N和LOPT处理(P<0.05),说明过量或过少施氮不利于砂壤质潮土作物产量的提高,适当添加有机肥不仅增产还可以降低氨挥发量。对不同施氮量进行拟合,发现潮土小麦和玉米季常规施氮量处理的氨挥发量在施肥后均呈极显著指数增加趋势(P<0.01)。【结论】华北砂壤质潮土区小麦-玉米轮作体系中,玉米追肥期的氨挥发量高于基肥期,小麦基肥期的氨挥发量高于追肥期,玉米季的总氨挥发量高于小麦季。优化氮肥施用不论是否配合有机肥,均可显著降低小麦季和玉米季的氨挥发量和氨排放系数,提高两季作物的产量,而过量减施氮肥虽然减少了氨挥发量,但大大增加了氨排放系数。

不同施肥制下砂土小麦-玉米轮作体系土壤养分的动态变化

在黄淮海平原豫北砂土区,采用田间试验法,研究了小麦-玉米轮作不同施肥制度对土壤主要养分及对作物产量的影响。结果表明:在小麦-玉米轮作周期内,习惯施肥处理、优化施肥处理、快速培肥处理0～90cm土壤硝态氮含量比对照都有不同程度提升,习惯施肥与快速培肥处理接近,优化施肥处理低于习惯施肥和快速培肥处理;砂壤潮土0～30cm土壤有硝态氮的累积高峰,而细砂潮土则没有。快速培肥处理0～30cm土壤速效磷含量维持在较高水平,对照、习惯施肥、优化施肥处理差别不大。细砂潮土0～30cm速效钾含量比砂壤潮土低,快速培肥处理使细砂潮土的速效钾含量有所提升;处理间比较,以快速培肥处理最高,对照次之,优化和习惯施肥处理较为接近。习惯施肥处理在第2季小麦中产量最高,而优化和快速培肥处理在玉米季中都获得了较高产量。

华北平原小麦-玉米轮作系统碳中和潜力及固碳措施

农业碳中和是将工业生产的二氧化碳(CO_(2))用于农业生产的有效手段。针对国家提出的CO_(2)排放于2030年前达到峰值(碳达峰), 2060年前实现碳中和目标,我们利用“静态箱-涡度相关-生物量监测法”明确了华北平原农业非能源碳平衡;同时结合农户抽样调查和农事活动碳排放系数明确了农业能源碳排放,进而计算出该区域农田的碳中和潜力。结果表明:小麦-玉米轮作农田净截存的有机碳量小麦季和玉米季分别为604 g(C)·m^(-2)和540 g(C)·m^(-2)。考虑农田生态系统的呼吸损耗,该区域小麦季和玉米季非能源碳净碳固存量分别为-359 g(C)·m^(-2)和-143 g(C)·m^(-2)。通过对农地投入中能源碳排放的研究发现,冬小麦季农药、化肥、农用机械消耗柴油及农地灌溉的碳排放分别为3.74 g(C)·m^(-2)、90.70 g(C)·m^(-2)、5.68 g(C)·m^(-2)和2.05 g(C)·m^(-2),玉米季分别为2.89 g(C)·m^(-2)、53.70 g(C)·m^(-2)、10.20 g(C)·m^(-2)和2.05 g(C)·m^(-2)。综合非能源(包括籽粒固碳)和能源碳观测,华北平原冬小麦季和夏玉米季均为碳汇,其强度分别为-257 g(C)·m^(-2)和-74 g(C)·m^(-2)。以华北平原典型集约高产粮区——河北栾城为例,其每年冬小麦和夏玉米农田的碳中和潜力分别为3.8×10^(10)g(C)和9.4×10^(9)g(C)。此外加强耕地管理,推广农业低碳化和发展富碳农业均可作为该区域有效的固碳措施。总之,本研究明确了华北平原小麦-玉米轮作农田的碳汇强度,估算了该农田系统在河北栾城的碳中和潜力,并提出了有效的固碳措施。