【目的】在农学和经济效益基础上,基于生态和社会效益进一步探索优化玉米氮肥施用量,促进黑土区玉米生产的可持续绿色发展,协同实现作物高产、资源高效、环境保护和人类健康等多重目标。【方法】2017—2020年在吉林省典型黑土区两个地点...【目的】在农学和经济效益基础上,基于生态和社会效益进一步探索优化玉米氮肥施用量,促进黑土区玉米生产的可持续绿色发展,协同实现作物高产、资源高效、环境保护和人类健康等多重目标。【方法】2017—2020年在吉林省典型黑土区两个地点(三棵树村和泉眼沟村,简写为SKS和QYG)开展田间定位试验,研究氮肥(尿素)用量(0、50、100、150、200、250、300 kg N·hm^(-2))对玉米产量、氮素吸收和利用的影响。采用生命周期评价和综合效益分析方法评估不同施氮水平下玉米的农学、经济、生态和社会效益(分别为施氮引起的直接产值增量、除去氮肥成本的利润增量、除去活性氮损失和温室气体排放等环境污染成本的生态效益、除去环境污染引发人类健康危害成本的社会效益),并分别计算农学最佳施氮量(agronomically optimal N rate,AOR)、经济最佳施氮量(privately optimal N rate,POR),生态最佳施氮量(ecologically optimal N rate,EOR)和社会效益最佳施氮量(socially optimal N rate,SOR),最终综合多重效益优化黑土区玉米的氮肥施用量。【结果】黑土区玉米施用氮肥具有显著增产效果,两个试验点产量随施氮量增加而持续上升,均在200 kg N·hm^(-2)达到产量平台,SKS和QYG 4年平均产量分别为10.3和11.1 t·hm^(-2)。玉米植株氮素吸收量也随施氮量增加而持续提高,SKS和QYG均在300 kg N·hm^(-2)达到最高(分别为151.9和161.8 kg N·hm^(-2)),而氮肥表观回收率均在施氮量100 kg N·hm^(-2)时最高(分别为70.3%和72.2%),而后则随施氮量增加呈下降趋势。基于4年试验结果进行综合效益分析发现,氮肥投入导致的生态和社会成本均随施氮量增加呈指数增长趋势,玉米施氮后的产值增量、利润增量、生态效益及社会效益均随施氮量增加呈现先增加后降低的一元二次曲线趋势。基于曲线拟合计算,SKS点的AOR、POR、EOR、SOR分别为236、225、215、211 kg N·hm^(-2),而QYG点分别为245、235、225、221 kg N·hm^(-2)。AOR条件下,SKS和QYG点的玉米产量分别为10.6和11.4 t·hm^(-2),活性氮损失分别为44.4和46.8 kg N·hm^(-2),生态效益分别为8 786和10 271元/hm^(2),社会效益分别为8 351和9 822元/hm^(2)。两个试验点在EOR条件下相比AOR条件分别减施氮肥8.8%和7.9%,提高氮肥偏生产力9.1%和8.1%,减少活性氮损失11.7%和11.0%。两个试验点的SOR在EOR基础上进一步减少氮投入,SOR相比AOR分别减施氮肥10.6%和9.6%,减少活性氮损失14.0%和13.1%,增加社会效益124和119元/hm^(2)。【结论】基于生态和社会效益评估,本研究条件下玉米在10.5—12.0 t·hm^(-2)产量水平的适宜施氮量为210—220 kg N·hm^(-2),建议黑土区玉米养分管理应以最佳生态或社会效益为目标推荐施氮量,以实现减氮增效、生态高产和人类健康等多重目标。展开更多
以吉林省春玉米连作体系为研究对象,采用多因素方差分析的方法,对多年田间定位试验结果进行分析比较,以探讨土壤类型变异对土壤―作物系统氮素平衡的影响。通过在相同气候条件下,2种土壤类型(黑土(黏化湿润均腐土)和风砂土(湿润冲积新成...以吉林省春玉米连作体系为研究对象,采用多因素方差分析的方法,对多年田间定位试验结果进行分析比较,以探讨土壤类型变异对土壤―作物系统氮素平衡的影响。通过在相同气候条件下,2种土壤类型(黑土(黏化湿润均腐土)和风砂土(湿润冲积新成土))上开展的连续4年的氮肥施用量(0、168、312 kg hm^(-2))田间定位试验,研究了不同土壤类型间玉米产量、氮素矿化、残留及氮素表观损失的差异。结果表明,土壤类型显著影响玉米产量,黑土的玉米籽粒产量较高(6 469~10 106 kg hm^(-2)),平均为8 623 kg hm^(-2),风砂土的玉米籽粒产量较低(1 386~8 196kg hm^(-2)),平均为5911 kg hm^(-2);黑土和风砂土玉米籽粒产量的年际间(2009―2012年)变异系数分别为13.4%和59.1%,黑土的玉米籽粒产量稳定性显著大于风砂土;黑土连续4季氮素总表观矿化量为328 kg hm^(-2),为风砂土的2.2倍;受土壤质地影响,黑土收获后0~100 cm土层土壤矿质氮残留量为99~321 kg hm^(-2),显著高于风砂土(38~77 kg hm^(-2));在中等施氮(168 kg hm^(-2))条件下,黑土与风砂土的氮肥表观损失量无显著差异,分别为320 kg hm^(-2)和315 kg hm^(-2);当施氮量增加至312 kg hm^(-2)时,黑土和风砂土的氮肥表观损失量均显著增加,且风砂土的氮肥表观损失量达到827 kg hm^(-2),显著高于黑土。由于受土壤质地和土壤供肥能力的影响,土壤类型会对玉米产量、氮素矿化和表观损失有一定的影响,因此,在氮肥优化管理中应考虑土壤类型的变异。展开更多
文摘【目的】在农学和经济效益基础上,基于生态和社会效益进一步探索优化玉米氮肥施用量,促进黑土区玉米生产的可持续绿色发展,协同实现作物高产、资源高效、环境保护和人类健康等多重目标。【方法】2017—2020年在吉林省典型黑土区两个地点(三棵树村和泉眼沟村,简写为SKS和QYG)开展田间定位试验,研究氮肥(尿素)用量(0、50、100、150、200、250、300 kg N·hm^(-2))对玉米产量、氮素吸收和利用的影响。采用生命周期评价和综合效益分析方法评估不同施氮水平下玉米的农学、经济、生态和社会效益(分别为施氮引起的直接产值增量、除去氮肥成本的利润增量、除去活性氮损失和温室气体排放等环境污染成本的生态效益、除去环境污染引发人类健康危害成本的社会效益),并分别计算农学最佳施氮量(agronomically optimal N rate,AOR)、经济最佳施氮量(privately optimal N rate,POR),生态最佳施氮量(ecologically optimal N rate,EOR)和社会效益最佳施氮量(socially optimal N rate,SOR),最终综合多重效益优化黑土区玉米的氮肥施用量。【结果】黑土区玉米施用氮肥具有显著增产效果,两个试验点产量随施氮量增加而持续上升,均在200 kg N·hm^(-2)达到产量平台,SKS和QYG 4年平均产量分别为10.3和11.1 t·hm^(-2)。玉米植株氮素吸收量也随施氮量增加而持续提高,SKS和QYG均在300 kg N·hm^(-2)达到最高(分别为151.9和161.8 kg N·hm^(-2)),而氮肥表观回收率均在施氮量100 kg N·hm^(-2)时最高(分别为70.3%和72.2%),而后则随施氮量增加呈下降趋势。基于4年试验结果进行综合效益分析发现,氮肥投入导致的生态和社会成本均随施氮量增加呈指数增长趋势,玉米施氮后的产值增量、利润增量、生态效益及社会效益均随施氮量增加呈现先增加后降低的一元二次曲线趋势。基于曲线拟合计算,SKS点的AOR、POR、EOR、SOR分别为236、225、215、211 kg N·hm^(-2),而QYG点分别为245、235、225、221 kg N·hm^(-2)。AOR条件下,SKS和QYG点的玉米产量分别为10.6和11.4 t·hm^(-2),活性氮损失分别为44.4和46.8 kg N·hm^(-2),生态效益分别为8 786和10 271元/hm^(2),社会效益分别为8 351和9 822元/hm^(2)。两个试验点在EOR条件下相比AOR条件分别减施氮肥8.8%和7.9%,提高氮肥偏生产力9.1%和8.1%,减少活性氮损失11.7%和11.0%。两个试验点的SOR在EOR基础上进一步减少氮投入,SOR相比AOR分别减施氮肥10.6%和9.6%,减少活性氮损失14.0%和13.1%,增加社会效益124和119元/hm^(2)。【结论】基于生态和社会效益评估,本研究条件下玉米在10.5—12.0 t·hm^(-2)产量水平的适宜施氮量为210—220 kg N·hm^(-2),建议黑土区玉米养分管理应以最佳生态或社会效益为目标推荐施氮量,以实现减氮增效、生态高产和人类健康等多重目标。
文摘以吉林省春玉米连作体系为研究对象,采用多因素方差分析的方法,对多年田间定位试验结果进行分析比较,以探讨土壤类型变异对土壤―作物系统氮素平衡的影响。通过在相同气候条件下,2种土壤类型(黑土(黏化湿润均腐土)和风砂土(湿润冲积新成土))上开展的连续4年的氮肥施用量(0、168、312 kg hm^(-2))田间定位试验,研究了不同土壤类型间玉米产量、氮素矿化、残留及氮素表观损失的差异。结果表明,土壤类型显著影响玉米产量,黑土的玉米籽粒产量较高(6 469~10 106 kg hm^(-2)),平均为8 623 kg hm^(-2),风砂土的玉米籽粒产量较低(1 386~8 196kg hm^(-2)),平均为5911 kg hm^(-2);黑土和风砂土玉米籽粒产量的年际间(2009―2012年)变异系数分别为13.4%和59.1%,黑土的玉米籽粒产量稳定性显著大于风砂土;黑土连续4季氮素总表观矿化量为328 kg hm^(-2),为风砂土的2.2倍;受土壤质地影响,黑土收获后0~100 cm土层土壤矿质氮残留量为99~321 kg hm^(-2),显著高于风砂土(38~77 kg hm^(-2));在中等施氮(168 kg hm^(-2))条件下,黑土与风砂土的氮肥表观损失量无显著差异,分别为320 kg hm^(-2)和315 kg hm^(-2);当施氮量增加至312 kg hm^(-2)时,黑土和风砂土的氮肥表观损失量均显著增加,且风砂土的氮肥表观损失量达到827 kg hm^(-2),显著高于黑土。由于受土壤质地和土壤供肥能力的影响,土壤类型会对玉米产量、氮素矿化和表观损失有一定的影响,因此,在氮肥优化管理中应考虑土壤类型的变异。