深耕配合施用有机肥提高15—30cm土层小麦根长密度

【目的】耕作方式与有机物料影响小麦根系生长和产量,比较不同耕作方式和施用不同有机物料条件下小麦根系生长的特征,为建立合理的耕作方式与有机物料配合方案提供理论依据和技术支撑。【方法】田间定位试验位于安徽舒城,始于2016年。于2019年10月—2020年5月,选取其中旋耕+秸秆还田(RS)、深耕+秸秆还田(DS)、旋耕+有机肥(RM)、深耕+有机肥(DM)4个处理小区,监测小麦根系生长特征;小麦收获后测量土壤紧实度,并采集0—15和15—30 cm土样,分析土壤理化性质;每年小麦成熟期调查小麦产量。【结果】与旋耕相比,深耕处理显著降低了15—30 cm土层中土壤紧实度,平均降低幅度为18.02%,且增加了小麦根长密度,平均增加幅度为10.23%。深耕配合有机肥处理(DM)15—30 cm土层土壤有机质、全氮、有效磷含量最高,较其他处理的提升幅度分别为10.42%~16.56%、8.18%~45.12%、21.53%~29.13%;小麦根长密度提升幅度最大,小麦整个生育期平均较其他处理提升了10.88%~22.91%,其中在0—15、15—30、30—45 cm土层中的平均提升幅度分别为8.69%~18.67%、12.29%~27.99%、12.62%~30.61%。偏最小二乘法路径模型(PLSPM)分析表明,耕作方式主要是通过降低土壤紧实度,增施有机物料主要是通过提高土壤养分含量,来促进小麦根系生长,且在15—30 cm土层中土壤养分和紧实度对小麦根长密度的影响程度强于0—15 cm土层。【结论】深耕结合有机肥更有利于降低土壤紧实度、提高土壤养分含量、促进小麦根系生长,尤其在15—30 cm土层,小麦根长密度显著增加,这有利于深土层根系的增加,进而实现小麦的高产稳产。

机械活化对钾长石颗粒表面特征的影响

采用机械活化并添加碱性助剂的方法,将钾长石进行粉碎加工,综合研究钾长石粒度分布、比表面积、表面粗糙度、颗粒形貌及相互关系;分别以激光粒度分析仪、比表面积仪测定颗粒大小、表面积,计算表面粗糙度,定量化表征颗粒特性变化;分析机械活化过程中表面积与粒度关系,以及不同碱性助剂对钾长石粉体特性的影响;研究提升钾长石颗粒活性的工艺方法、控制因素及影响机理。结果表明:无论是干法还是湿法研磨加工均能提高钾长石的比表面积和粗糙度,但湿法加工对提高比表面积和粗糙度效率更高,加入碱性添加剂及其盐类则降低比表面积与粗糙度。

滇池流域集约化西芹地的N2O排放

集约化菜田的土壤养分和水热条件适合土壤的硝化反硝化作用,而我国集约化菜田N2O排放的研究少见报道。本文采用密闭式箱法,在滇池流域旱季(95d)和雨季(99d)开展了2个生长周期内西芹地N2O排放的监测研究,结果表明,在集约化菜田土壤氮素养分含量较高的情况下,(1)N2O排放的日变化规律受温度的影响较为明显,中午时段N2O排放速率最高,凌晨时段最低;(2)N2O排放的季节性变化规律是在种植后不久,出现1个小的N2O排放高峰外,随后CK处理(裸地)的N2O排放速率维持在一定的水平,而种植作物的不施肥(NF)、推荐施肥(LF)和习惯施肥(HF)处理受西芹的生长及频繁氮肥追施的影响,中后期N2O排放速率有所升高;(3)在中后期,不施用氮肥的NF处理较CK的N2O排放速率高;旱季与雨季,CK处理N2O排放量分别为2.79和2.66kgN2O-N·hm-2;NF处理分别为3.07和3.67kgN2O-N·hm-2,远高于粮田1.0kgN2O-N·hm-2·a-1的N2O背景排放量(;4)LF处理旱季与雨季为5.25和6.66kgN2O-N·hm-2,其损失率分别为1.17%和1.48%;HF处理旱季和雨季N2O排放量分别为9.35和12.12kgN2O-N,其损失率分别为0.78%和1.01%,说明氮肥施用量较高时,土壤-作物系统的N2O-N损失量也较高,但是N2O-N损失率并不随施氮量的升高而升高。

滇池流域集约化菜田NO与NO_2排放的研究

采用密闭通气气室法,在滇池流域旱季和雨季开展了2个生长周期内集约化西芹地NO/NO2排放研究。结果表明,NO/NO2排放速率的日变化规律受温度的影响较为明显,中午时段最高,凌晨时段最低。西芹生育期间,CK处理(裸地)的NO/NO2排放速率维持在一定水平,中后期NF处理(不施氮)NO/NO2排放速率有所升高;LF(N450 kg/hm2)和HF(N 1200 kg/hm2)处理受西芹的生长和频繁氮肥追施的影响,生育期NO/NO2排放速率逐渐升高。旱季与雨季CK处理NO/NO2排放量分别为1.30和NOx-N 1.51 kg/hm2,NF处理分别较CK高出NOx-N 1.0和1.44kg/hm2。LF处理旱季与雨季NO/NO2排放量分别为NOx-N 4.88和5.67 kg/hm2,其损失率分别为0.79%和0.92%;HF处理旱季和雨季NO/NO2排放量分别为NOx-N 7.58和10.19 kg/hm2,其损失率分别为0.63%和0.85%,说明氮肥用量较高时,土壤-作物系统的NOx-N损失量也较高,但其损失率并不随施氮量的升高而升高。

辽西低山丘陵地区水平槽防治水土流失的研究

采用野外调查、定位实验和室内分析相结合的方法 ,通过水平槽与鱼磷坑、荒坡防治水土流失的比较 ,研究了水平槽工程及其生物措施防治低山丘陵地带的水土流失所起的作用 .结果表明 ,水平槽工程利用截水埂拦截径流 ,通过增大土壤入渗速率和延长入渗时间 ,蓄积更多的水分 ;结合植树种草减少蒸发 .水平槽在截获径流的同时 ,也使径流携带的有机无机物质沉积在槽内 ,参与土壤的进一步发育 ,改善当地的农业生态环境 .

辽西低山丘陵地区水平槽工程改善生态环境的研究

辽西低山丘陵地区水平槽工程改善生态环境的研究卢昌艾梁继录王虹（中国科学院沈阳应用生态研究所，１１００１５）ＳｔｕｄｙｏｆＩｍｐｒｏｖｉｎｇＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｂｙＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＴｒｏｕｇｈａｔｔｈｅＤｉｓｔｒｉｃｔｏｆＬｏ...

几种施肥模式对红壤氮素形态转化和pH的影响

【目的】为合理施用氮肥减缓红壤酸化,研究不同施肥措施下红壤酸度与氮矿化的关系。【方法】采用室内恒温培养试验研究不同施氮模式(不施肥(CK),20 mgN.kg-1(25%N),40 mgN.kg-1(50%N),80 mgN.kg-1(100%N,尿素,常规施氮量),160 mgN.kg-1(200%N),100%N加化学磷肥(100%N+P),100%N+P加化学钾肥(100%N+PK),100%N+PK加玉米秸秆(100%N+PKS),70%N+PK配施30%有机氮(70%N+PK+30%M),50%N+PK配施50%有机氮(50%N+PK+50%M),30%N+PK配施70%有机氮(30%N+PK+70%M)和100%有机氮(100%M,猪粪))下红壤中NH4+-N、NO3--N和pH的动态变化,并分析相关关系。【结果】与CK相比,各施肥处理均提高了土壤NO3--N、硝化潜势(Np),且尿素氮施用量越大其增幅越大,随有机氮替代尿素氮比例增加其增幅减小。Np最大的是200%N处理(335.62mg.kg-1);其次为100%N(152.48 mg.kg-1)、100%N+P(153.36 mg.kg-1)、100%N+PK(148.17 mg.kg-1)和100%N+PKS(148.62 mg.kg-1)处理;而100%N+PKS处理硝化速率k(0.039 d-1)显著低于100%N、100%N+P和100%N+PK处理(k分别为0.051、0.051和0.054 d-1)。各施肥处理土壤NH4+-N和pH均呈先增加,后逐渐下降趋于稳定的变化趋势。培养结束后,与CK相比,土壤pH随尿素氮施用量的增加而显著降低,200%N处理降幅最大,下降了0.92个pH单位;而有机氮替代尿素氮能缓解红壤pH降低。土壤pH与NH4+-N含量呈极显著正相关,而与NO3--N含量和Np之间存在极显著负相关。【结论】施用尿素氮能促进红壤(pH 5.7)硝化作用,加速土壤pH降低,施氮量是影响红壤酸化的主要原因之一;配施玉米秸秆能降低红壤硝化速率,减小NO3--N累积;有机氮替代尿素氮能降低硝化潜势,从而减小红壤酸化的风险。

长期施肥对红壤和潮土颗粒有机碳含量与分布的影响

【目的】为阐明长期施肥对红壤和潮土不同大小颗粒有机碳含量和分布的影响,探讨土壤持续利用培肥模式。【方法】采集17年长期施用不同肥料后的红壤和潮土,通过物理分组方法得到砂粒、粗粉粒、细粉粒、粗黏粒及细黏粒,观测了不同颗粒有机碳含量和分布的状况。【结果】与不施肥(CK)相比,施用有机肥(M、NPKM)和秸秆还田(NPKS)均可显著增加红壤和潮土总有机碳及不同颗粒有机碳组分的含量,其中以配施有机肥效果最为明显。施化肥有利于增加细黏粒的有机碳含量。各级颗粒中以砂粒的有机碳(POC)含量增幅最高,在红壤和潮土中分别增加1.7～3.8倍和1.9～2.8倍,对施肥最敏感。施肥使红壤和潮土有机碳在砂粒中的分布比例分别提高了37.7%～91.5%和63.6%;黏粉粒中有机碳的分布比例因颗粒大小不同而有差异,但总体上施肥降低了黏粉粒中矿物结合态有机碳(MOC)的分布比例,相应地施肥提高了POC与MOC的比率(WPOC/WMOC),改良了土壤有机碳性质。【结论】长期施肥下壤质红壤比轻质潮土固存了更多的有机碳。配施有机肥和秸秆还田是提高两种土壤不同颗粒有机碳含量的有效措施。

中国农田土壤中有机物料腐解特征的整合分析

整合1980年—2013年中国农田土壤有机物料腐解试验的相关文献,分析了华南、华北、西北和东北等典型农业区不同类型有机物料腐解一年后的残留率(h1)及其驱动因子。结果表明,中国不同有机物料h1平均为0.335 g g-1,受到物料类型、区域以及二者交互作用等因素的显著影响。总体上,h1在物料类型上呈绿肥<秸秆<根茬≈有机肥,在区域上呈华南≈华北<西北≈东北。但h1的区域差异因物料类型而异。其中,绿肥、秸秆和根茬的h1均呈华北<华南和东北,而有机肥的h1在各区域间差异不显著。同时,h1的物料类型差异也因区域而异。在湿润半湿润的华南、华北和东北地区,h1均呈根茬>秸秆和绿肥;而在干旱半干旱的西北地区,受水分条件的限制,各物料类型间h1差异不显著。逐步回归结果显示,木质素与氮素含量之比(lignin∶N)是绿肥、秸秆和根茬腐解的首要影响因子,而年均温和干燥指数居于其次,表明农田土壤中植物性有机物料的腐解,物料性质较气候因子占主导。但对于腐解或半腐解状态的有机肥,其腐解已不受气候和物料性质的显著影响。此外,单一气候因子或物料性质对h1变异性的解释率往往不超过15%,气候和物料性质的综合解释率尚低于40%,表明要准确预测农田土壤有机物料的腐解过程,需要更多地重视区域或点位特征(例如,土壤理化和生物学性质等)的影响。

冬小麦-夏玉米轮作体系中不同施氮水平对玉米生长及其根际土壤氮的影响

在河北衡水潮土上进行田间试验,以当地习惯高氮用量(小麦季施N 300 kg/hm2,玉米季施N 240 kg/hm2)为对照,研究冬小麦-夏玉米轮作体系中减少氮肥用量对玉米季植株生长、氮素吸收及根际土壤中无机氮与微生物量氮的影响。结果表明,两季作物氮肥施用量减少25%和40%,对玉米产量、生物量及植株体内氮累积量未产生明显影响,氮肥利用率提高。不同氮肥施用量对根际和非根际土壤铵态氮含量的影响不显著;减少氮肥施用量,对玉米根际土壤硝态氮含量也没有明显影响。在玉米苗期、抽雄期和成熟期,习惯高施氮量处理的非根际土壤硝态氮含量较高,其中抽雄期,非根际土壤硝态氮含量较氮肥减施40%用量处理高出近一倍,但非根际土壤微生物量氮水平含量明显降低。氮肥减施未影响根际土壤微生物量碳、氮含量,反而增加了非根际土壤微生物量碳、氮水平。在高肥力的潮土上,冬小麦/夏玉米轮作体系中适当减施氮肥并未影响玉米根际土壤氮素水平,可保证玉米稳产,实现减氮增效。

土壤地力和长期施肥对潮土区小麦和玉米产量演变趋势的影响

为潮土区合理施肥管理提供依据,对32个长期定位点24年(1987～2010)不施肥和化肥配施秸秆(农民常规施肥)处理的小麦和玉米产量及其与土壤地力和施肥量间的关系进行了分析。结果表明,潮土区土壤地力对小麦和玉米产量的平均贡献率分别为51.4%和54.0%,变异系数分别为39.0%和41.2%。不施肥处理小麦和玉米产量每年分别下降4.1 kg/hm2和96.6 kg/hm2;常规施肥处理的小麦和玉米每年分别增产61.5 kg/hm2和26.8 kg/hm2。施化肥量与作物增产量(常规施肥处理产量-不施肥处理产量)呈显著正相关。通过通径分析进一步证明,施氮量对小麦产量具有显著直接作用。同时,磷肥对提高小麦和玉米的产量具有重要作用。总之,在农民习惯耕作施肥管理水平下,潮土区不施肥处理的产量下降缓慢(含品种对产量的贡献),常规施肥区产量表现出缓慢增加的趋势。

不同肥力土壤下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响

为了解华北潮土区不同土壤肥力水平下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响,采用15N标记氮肥和15N标记玉米秸秆的双标记方法,在两种肥力水平土壤上进行盆栽试验,研究了玉米秸秆全量直接还田对冬小麦地上部氮素累积量、氮素分配和氮肥回收率的影响。结果表明,1)等氮肥用量条件下,与不配施玉米秸秆相比,施用玉米秸秆则显著降低了冬小麦地上部氮素累积量;高肥力土壤上的冬小麦子粒氮素累积量高于低肥力土壤,冬小麦秸秆氮素累积量则以低肥力土壤为高;氮肥配施玉米秸秆使得氮肥回收率下降9.6%～15.7%,土壤残留率增加12.2%～16.4%。2)氮肥用量为N 150和300 kg/hm2时,玉米秸秆氮素的当季回收率达到22.8%～33.1%,冬小麦子粒氮素约7%～10%来源于还田的玉米秸秆。3)等氮肥用量和相同土壤肥力条件下,氮肥配施玉米秸秆对冬小麦子粒产量影响不显著,在氮肥用量为N 150和300 kg/hm2条件下,影响冬小麦子粒产量的主要是土壤肥力水平,该试验结果还有待于田间进一步验证。

连续三年减施氮肥对潮土玉米生长及根际土壤氮素供应的影响

[目的]我国北方农业生产中氮肥过量施用现象较普遍,冬小麦夏玉米轮作体系是当地主要种植方式。研究轮作体系氮肥减施对玉米产量、氮肥利用率、根系形态及根际中无机氮特征的影响,为集约化农业生产体系中氮肥合理施用提供支持。[方法]选择河北衡水潮土试验点冬小麦夏玉米轮作体系,连续开展了三年田间试验,小麦收获后免耕播种夏玉米。冬小麦季设置 N 0、180、225、300 kg/hm^2 四个氮肥用量处理,其夏玉米季相应氮肥用量依次设置为 N 0、144、180 和 240 kg/hm^2,为不施氮肥、减施 40%、减施 25%和习惯施氮量处理。分别在玉米生育期的苗期、大喇叭口期、灌浆期及收获期在处理小区随机选植株 5 株,测定玉米籽粒产量、地上部氮含量、氮累积量及根际土壤中无机氮等指标,利用 WinRHIZO 根系分析系统分析获取根长、直径等数据。[结果]与 N240 处理相比,N144、N180 处理连续三年的玉米籽粒产量、地上部含氮量与氮累积量、根系长度与直径、根际土壤硝态氮与铵态氮含量均未受到明显影响,而氮肥利用率显著提高,农田氮素表观损失降低。三季 N0、N144 和 N180 处理的夏玉米籽粒产量、非根际土壤硝态氮和铵态氮含量出现下降。除2008 年大喇叭口期之外,三季玉米所有生育时期中,施用氮肥处理的夏玉米根际土壤硝态氮含量明显低于非根际土壤。2008 年玉米抽雄期,根际土壤中铵态氮含量显著高于非根际土壤,而在收获期,根际土壤铵态氮含量比非根际土壤明显降低。同一生育期,氮肥减施未明显降低根际土壤铵态氮含量。2008 和 2009 年两季玉米籽粒产量均与大喇叭口期以后地上部氮累积量呈显著正相关,而 2010 年只与苗期和成熟期显著相关。2009 年玉米根际硝态氮含量均与玉米产量呈正相关,生育后期呈极显著正相关关系,而除大喇叭口期非根际土壤硝态氮含量与玉米籽粒产量不相关外,其他生育期的非根际土壤硝态氮含量均与籽粒产量显著相关。[结论]在华北小麦玉米轮作种植体系下,在土壤肥力水平较高地区,连续三年减氮 25%甚至 40%,未显著改变夏玉米根系形态及根际无机氮供应水平,氮肥利用率显著提高,但非根际无机氮供应水平和籽粒产量有下降趋势。因此,在河北高肥力地区小麦玉米轮作下短期减少氮肥用量可行,持续减施还需进一步研究。

磷肥减施对玉米根系生长及根际土壤磷组分的影响

【目的】我国农业过量和不合理施用磷肥现象普遍存在,导致磷资源的浪费,对环境也造成潜在威胁。研究减少磷肥用量对玉米产量、根系形态及根际中磷转化特征的影响,为集约化农业生产体系中磷肥合理施用提供技术基础。【方法】在河北省衡水小麦玉米轮作体系下连续三年进行了田间试验,在冬小麦季设置4个P_2O_5用量处理:0、112.5、150.0、187.5 kg/hm^2,收获后在原处理小区免耕播种夏玉米。利用Win RHIZO根系分析系统分析获取根长、直径等数据,测定玉米籽粒产量、生物量和地上部磷含量及根际土壤中磷形态等指标。【结果】与农民习惯磷肥用量(P_2O_5187.5 kg/hm^2)相比,3年磷肥用量减施20%~40%处理(P_2O_5150和112.5kg/hm^2),玉米籽粒产量、根系长度与直径和土壤有效磷含量尚未发生明显变化。但3年不施磷处理,根际土壤有效形态磷含量和玉米籽粒产量开始出现下降趋势。2009年和2010年玉米收获期,不施磷肥处理根际土壤有机磷含量低于非根际土壤。2008年玉米苗期和收获期土壤有机磷分组中,中等活性有机磷含量最高;磷肥减施20%~40%处理苗期根际中中等活性有机磷含量显著低于非根际土壤。土壤无机磷形态分组研究发现:从玉米苗期到收获期,各磷肥处理根际和非根际土壤中Ca_2-P下降明显;而不同磷肥处理间土壤中Ca_(10)-P、Ca_8-P、O-P(闭蓄态磷)、Al-P和Fe-P含量差异不显著。减施磷肥处理2008年玉米苗期根际土壤微生物量P含量较非根际土壤高;与习惯施肥量相比,磷肥减施未明显降低根际土壤微生物量磷。【结论】在华北小麦玉米轮作种植体系下,在土壤肥力水平较高地区,连续3年将小麦季磷肥的习惯用量减少20%~40%,对夏玉米产量、根系形态以及根际土壤无机磷、有机磷、微生物量磷含量影响尚不明显,因此,该地区磷肥施用量可从习惯用量的P_2O_5180 kg/hm^2减至112.5 kg/hm^2。

我国不同地区土壤养分的差异及变化趋势

对我国东北、西北、华北、西南、中南和华东地区农田的190个土壤质量监测点20多年来的土壤养分观测数据进行区域统计分析,结果表明,中南、华北区耕层土壤有机质含量在1986~1997年有显著的上升趋势,华东、东北区有下降趋势,西北、西南区基本稳定;1998~2006年各区变化不大,基本平稳。全氮、碱解氮与有机质含量变化存在显著相关关系,变化趋势也基本一致。20年来不同地区耕层土壤有效磷含量各区域均稳中有升。1986~1997年除西北耕层土壤速效钾含量有一定的下降趋势外,其他区域基本稳定;1998~2006年,土壤速效钾的平均含量变化也不大。总之,不同地区的土壤有效磷呈稳中有升的趋势,其它土壤养分指标不同地区存在一定的差异。

长期不同施肥模式对潮土有机碳组分的影响

采用物理分组方法分析了长期不同施肥模式条件下潮土有机碳组分变化及其分布规律。结果表明,与不施肥（CK）比较,长期氮、磷、钾平衡施用（NPK）、秸秆还田（NPKS）和有机无机肥配施（NPKM和1.5NPKM）均显著提高了潮土粗自由颗粒有机碳（cfPOC）、微团聚体内物理保护颗粒有机碳（iPOC）及矿物结合有机碳（mSOC）的含量,其中以粗自由颗粒有机碳增幅最高,达114.5%～278.9%,对施肥最敏感,能较好地反映长期施肥下土壤有机碳库的变化。矿物结合有机碳是潮土固存有机碳的主要形式,它占总有机碳的67.0%～80.4%。除偏施化肥（N和NP）外,其他施肥模式增加的总有机碳的49.1%～58.1%进入矿物结合有机碳组分;26.2%～31.7%进入粗、细自由颗粒有机碳组分;15.7%～20.9%进入物理保护有机碳组分。偏施化肥（N和NP）有利于自由颗粒有机碳的增加。综上分析,长期有机无机肥配施或秸秆还田是提升潮土不同组分有机碳库较好的施肥模式。

长期施肥下我国灌淤土粮食产量和土壤养分的变化

【目的】灌淤土是我国西北地区重要的粮食和经济作物土壤。了解灌淤土上作物产量的变化,及其对长期施肥的响应,以及灌淤土生产力的变化与其氮磷钾含量的关系,为西北地区作物增产和灌淤土培肥与可持续利用提供理论依据。【方法】1988到2004年间,在宁夏银川市、吴忠市、石嘴山市和新疆和田市典型灌淤土区域陆续建立了7个国家耕地质量监测点。2016年,利用时间趋势分析法,探讨了作物产量随时间的变化趋势,分析了长期不施肥和常规施肥条件下,玉米、小麦和水稻产量、产量变异系数、可持续性指数、增产率及地力贡献指数的变化特征,并进一步探讨了增产率与土壤养分的关系。【结果】灌淤土上小麦产量随时间呈现递增的趋势,在2004年达到最高(7.58 t/hm^2),之后保持稳定,2016年约为初始年产量的3倍;玉米产量随时间一直呈递增趋势,2016年平均产量为9.8 t/hm^2,约为初始年的两倍;水稻产量近年来变化不大。与不施肥相比,常规施肥下小麦、玉米(28年间)和水稻(8年间)分别平均增产3.43倍、3.20倍和1.21倍,产量可持续性指数分别提高了18.8%、148%和13.9%。监测以来,小麦和玉米农田的地力贡献指数略有下降,但变化不显著。水田的地力贡献指数以每年0.0125的速率增加。28年间,常规施肥使土壤全氮含量从0.4 g/kg提高到1.1 g/kg,有效磷和速效钾含量变化不大。小麦与玉米的增产率与土壤全氮含量呈显著直线正相关关系,小麦、玉米和水稻的平均氮肥农学效率分别为9.8、16.8和27.4 kg/kg。【结论】灌淤土上常规施肥(主要是氮肥)有效提高了玉米、小麦和水稻的产量。土壤全氮含量呈增加趋势,有效磷和有效钾含量基本平稳。土壤肥力对玉米和小麦产量的贡献呈下降趋势,对水稻产量的贡献高且平稳。因此,灌淤土应在合理施用氮肥的同时,注重采取提升地力,实现作物的高产和高效。

潮土区小麦、玉米残体对土壤有机碳的贡献——基于改进的RothC模型

【目的】为进一步了解秸秆还田对土壤有机碳(SOC)的提升效果,探究作物残体(根系与秸秆)对潮土区SOC的贡献,为华北冬小麦-夏玉米区SOC提升提供理论依据。【方法】基于腐解试验的有机物料碳残留率数据,获得4种有机物料在RothC-26.3模型最优时对应的DPM/RPM参数值(易分解植物残体和难分解植物残体的比值)。利用修订的DPM/RPM参数,获得了改进的RothC-26.3模型,并用郑州潮土区短期腐解试验(2012年11月至2013年11月)和长期定位试验数据(1990—2008年)进行验证,模拟出郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体在3种不同施肥处理下(不施肥CK,平衡施肥NPK和秸秆还田NPKS)对新形成SOC的贡献。【结果】在模型达到最优时,小麦根系(wheat root,WR)、小麦秸秆(wheat straw,WS)、玉米根系(corn root,CR)和玉米秸秆(corn straw,CS)的DPM/RPM值分别为0.89、3.04、4.35和3.25。模型结果显示,CK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例均为50%,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0—20 cm)占新形成的SOC比例分别为60%、40%;小麦根和玉米根固碳效率分别为15.5%、10.8%;NPK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例分别为60%、40%,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0—20 cm)占新形成SOC的比例分别为71%、29%;小麦根和玉米根固碳效率分别为17.5%、11.4%;NPKS处理小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的碳投入的比例分别为47%、21%、32%,而小麦根系、玉米根系、玉米秸秆对新形成的SOC(0—20 cm)贡献分别为50%、22%、28%;小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的固碳效率分别为16.9%、11.2%、11.4%。总之,冬小麦-夏玉米轮作系统中无论是不施肥、平衡施肥还是秸秆还田处理,小麦根系对新形成SOC的贡献率(50%—71%)大于玉米根系和玉米秸秆对新形成SOC贡献率(22%—40%)。源自小麦的SOC占新形成SOC的比例均分别大于源自小麦的碳投入占总碳投入的比例,而源自玉米的投入及其对新形成SOC的贡献则反之。小麦根系的固碳效率(15.5%—17.5%)大于玉米根系和玉米秸秆的固碳效率(10.8%—11.4%)。【结论】改进后的RothC模型可用来探究潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体对新形成SOC的贡献。郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦根系对新形成SOC的贡献率均大于玉米根系和玉米秸秆的贡献率。根茬还田(尤其是小麦根茬还田)更有利于提升土壤有机碳含量。

潮土区农田土壤肥力的变化趋势

自1986年起,农业部全国农业技术推广服务中心在全国典型潮土区开展了耕地土壤的肥力动态监测,以了解潮土区耕地地力的动态变化趋势。1987～2006年的土壤肥力动态监测结果表明,潮土区土壤有机质和全氮含量均有所增加,1987～1997年全国潮土区土壤有机质和全氮含量年均分别增加2.04%和2.59%;1998～2006年全国潮土区土壤有机质含量年均分别增加0.62%,全氮含量年均降低0.39%;土壤有效磷和速效钾含量年均增加0.77%～1.47%和1.61%～2.73%;土壤pH值降低0.28个单位,有酸化的趋势。随着潮土区土壤有效磷和速效钾含量的快速上升,说明可以适当降低磷、钾肥的施用量。

有机肥在油-稻轮作田块对油菜生长和土壤肥力的影响

研究旨在探明油菜-水稻轮作制田块油菜季单施有机肥,油菜获得最高经济产量时田块有机肥的最佳施用量,为田块两熟制土壤培肥过程中采用有机肥在油菜季一次施用多年利用技术提供理论依据。试验在金华市蒋堂农业科学试验站进行,试验设:油菜、水稻不施肥对照处理(CK);油菜、水稻常规施化肥对照处理(CF);油菜施有机肥15 t/hm^2(T1)、30 t/hm^2(T2)、45 t/hm^2(T3)、60 t/hm^2(T4)、75 t/hm^2(T5),水稻均不施肥。共7个处理。结果表明,单施有机肥油菜经济产量最高,为2 300 kg/hm^2,比CK增产185%,比CF增产11.4%,油菜氮、磷、钾养分总吸收量最高,分别为87.2、34.7、146 kg/hm^2,分别比CK增加224%、427%、477%,分别比CF增加10.7%、230%、175%,以经济产量为依据,试验条件下油菜季单施有机肥的最佳施用量为60 t/hm^2;有机肥施用一年后,土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量均不同程度增加,且有机肥用量达到60 t/hm^2后各肥力值与CK比较均达显著差异。