基于长期氮肥示踪试验评估氮肥利用率算法的合理性

氮肥利用率是衡量氮肥被作物利用的一个指标,常规采用的计算方法为差减法和15N示踪法,主要是通过作物吸收的氮量来计算氮肥利用率。由于这两种方法没有考虑氮肥在土壤中的残留和后效,显著低估了施用氮肥的实际效应。为此,国内外研究者一直在探索更实际的氮肥利用率计算法。不同的改进方法以不同的表现形式包含了氮肥的遗留效应,弥补了差减法和15N示踪法在短期试验中对实际氮肥利用率的严重低估,基本接近于实际氮肥利用率,但远高于常规差减法或15N示踪法估算值。在本文中定义的实际氮肥利用率(ANUE)为:在土壤残留示踪氮被完全消耗的条件下,作物地上部吸收肥料氮占施氮量的百分比。法国28年旱地作物的氮肥叠加利用率为61.3%~65.3%,中国太湖地区17年的水旱轮作体系示踪氮肥试验中氮肥叠加利用率为38.6%~43.0%。本研究采用Origin 2021的图形数字化工具,获取这两个长期定位试验数据,包括每季作物吸收15N、土壤残留15N数据,分别以耗竭耕层(0—20 cm)、1 m、2 m土体中的氮素残留量来计算氮肥利用率。以此为参照标准,评估土壤氮素平衡法和氮肥有效率法计算结果的合理性。基于2 m土体残留肥料氮的土壤氮素平衡法和氮肥有效率法,会高估旱地作物的氮肥利用率;而以耕层土壤残留肥料氮作为估计参数时,则与旱地实际氮肥利用率基本一致(61%~74%);而氮肥有效率(41%~52%)可以很好地估算我国太湖地区水旱轮作体系的实际氮肥利用率。因此,跨地块或作物系统的氮肥利用率比较,应选择适当的计算方法,以避免由不同方法导致的不可比性而产生误解。氮肥有效率法(将作物吸收和土壤残留氮均视为有效部分)可以通过短期试验获得接近实际的氮肥利用率,具有广泛的应用价值。

中子仪测定土壤水分方法的研究进展

中子仪测定土壤水分方法的核心内容是中子计数与土壤含水量的曲线标定,为了绘制精确的能够应用于不同土壤层次、土壤质地、土壤有机质含量和土壤剖面含水量变化等条件的标定曲线,通过对已取得的不同土壤条件下标定曲线文献的整理分析,从中子仪测水的工作原理出发,分析了影响中子仪测定土壤水分的主要因素,概括了测水所遇到的主要问题及其解决的方法,并对准确测定含水量层状变化土壤,提出标定曲线绘制的可行方法。根据中子计数值不仅与土壤容积含水量有关,而且还与水分和中子计数器的距离有关,提出了进一步准确标定曲线的研究方法。

氮肥利用率的问题与改进

传统差减法计算氮肥利用率变异较大,影响了氮肥利用率的应用,科学的氮肥利用率计算方法对氮肥的合理施用十分重要。本文概述了氮肥利用率50多年的研究过程,并划分为3个创新研究阶段,提出差减法计算氮肥利用率各个创新研究阶段的主要创新点。采用常规计算方法和定位试验研究资料计算了氮肥利用率,阐明常规计算方法计算的氮肥利用率结果存在的问题;归纳了氮肥利用率变异较大的主要原因:1)采用土壤氮素养分系统没有达到平衡或接近平衡的试验结果;2)常规计算方法仅考虑氮肥用量和作物吸收氮量,没有考虑土壤残留氮(或消耗土壤氮)。建立了2个氮肥利用率计算的新方法:1)土壤氮素养分系统平衡状态计算公式:氮肥利用率=(施肥作物吸收氮-报酬递减系数×对照作物吸收氮)/施肥氮;2)土壤氮素养分未达到平衡状态计算公式:氮肥利用率=(施肥作物吸收氮-报酬递减系数×对照作物吸收氮)/(施肥氮+施肥处理土壤氮素消耗量-对照处理土壤氮素消耗量)。

基于最佳经济效益的冬小麦–夏玉米轮作体系有机肥氮替代率的长期演变

【目的】探索长期不同有机无机肥配施方式下,小麦、玉米周年产量、经济效益及有机肥料氮和化肥氮配比变化规律,为小麦–玉米轮作体系氮肥资源管理提供技术支撑。【方法】长期定位田间试验(2007—2017年)在山东德州进行,种植方式为冬小麦–夏玉米轮作,2007—2009年小麦品种为烟农19、玉米品种为浚单20,2010—2017年小麦品种为济麦22、玉米品种为郑丹958。试验设4个有机肥(牛粪)氮用量(N0、45、120、240 kg/hm^2)和6个化肥氮用量(N 0、45、90、120、180、240 kg/hm^2),完全区组设计,三次重复。化肥氮50%用作基肥,50%在小麦拔节或玉米大喇叭口期做追肥。有机肥或只在冬小麦基施,或分为两份,分别在冬小麦、夏玉米基施。磷、钾肥(P2O5 300 kg/hm^2、K2O 300 kg/hm^2)在小麦或玉米播种前一次性基施。小麦、玉米收获期测产,采集植株样品。根据每年小麦、玉米总产出效益计算最经济的有机肥氮与化肥氮配比,分析有机肥氮与化肥氮配比随时间的演变规律。【结果】1)关于10年小麦和玉米周年平均产量,单施化肥、单施有机肥处理均低于化肥有机肥配施处理。氮用量低于180 kg/hm^2的单施化肥处理小麦和玉米周年产量都随着时间的推移逐年下降,氮用量高于180 kg/hm^2的处理产量基本保持稳定;有机肥料氮配合化肥氮,随着时间推移产量逐年升高。2)最大产值目标下,10年来有机肥氮的比例从60%左右下降到50%,有机肥氮和化肥氮的配比接近于1∶1;最佳经济效益目标下(边际产投比5∶1),当有机肥氮和化肥氮等价格时,最佳有机肥氮的比例从2007、2008的0%上升到2017年的50%左右;按实际肥料价格(有机肥氮是化肥氮的2倍)计算的最佳有机肥料氮比例,2007—2009年的最佳有机肥氮比例为0%,以后逐年上升,2017年提高到30%左右。【结论】长期定位试验结果表明,有机肥氮与化肥氮配施能获得比化肥氮或有机肥氮单施更高的产量和经济效益。按照有机氮的价格是化肥氮的2倍计算,有机无机肥配合施用时间越长,实现最佳经济效益目标的有机肥氮占的比例越高,在本试验条件下,有机无机配施10年后,有机肥氮的最高比例为34%。

氮肥利用率概念与^(15)N示踪测定方法研究进展

中国粮食作物氮肥利用率平均为35%左右,与发达国家50%的氮肥利用率相比,低15个百分点,针对这一问题,介绍了15N示踪法测定氮肥利用率的方法及概念,分析评价了15N示踪法测定氮肥利用率结果,提出了这种测定方法可能存在的一些问题,以及氮肥利用率测定方法进一步改进的建议。

有机肥氮素利用率的几种典型计算方法比较

【目的】氮素利用率计算方法有多种,其计算结果的可靠性影响氮素管理的科学性。比较几种典型氮肥利用率计算方法的结果随有机肥施用水平和试验年限的变化,并从计算公式中各参数的含义讨论计算方法的科学性。【方法】以12年长期定位试验为平台,有机肥设置每季5个施氮水平,分别为0、120、240、360、600 kg/hm^2,种植制度为冬小麦-夏玉米轮作。采用常规差减法、叠加法、比值法、氮素利用率法和氮素平衡法分别计算了不同有机肥料氮处理下不同年份的氮肥利用率。【结果】1)用常规差减法和叠加法计算的有机氮肥当年利用率偏低,比值法计算结果适中,主要是空白对照作物可能吸收了施肥处理潜层扩散的矿质氮素,使得空白对照作物吸收氮素量比较高;叠加法氮肥利用率与常规差减法计算的结果差异不显著。2)用比值法计算的氮肥利用率与国际通用氮素利用率计算法的结果很接近,如果能控制空白对照作物吸收的氮素量不受其它高氮肥处理影响,比值法与氮素利用率法的计算结果一致。3)氮素平衡法考虑到了施肥对土壤氮素库的影响,是代表实际氮肥回收率的方法。计算的氮肥利用率呈现氮素平衡法好于氮素利用率法,氮素利用率法好于比值法。【结论】氮库变化影响比值法的准确性。在长期定位试验空白对照土壤氮素库相对稳定期,比值法是氮素利用率计算的简略方法;当土壤氮素库相对稳定条件下(施肥处理和对照土壤氮素库不变,SN=0),比值法、氮素利用率法和氮素平衡法计算结果一致;在土壤氮素库逐年增加或降低条件下,氮素平衡法是氮素利用率计算的最合理方法。

肥料效应方程应用与改进

改进了肥料效应方程应用中边际产投比计算方法的不完善之处，即边际条件下的产出包括产量和肥料在土壤中的残留，边际条件下的投入不仅包括某种化肥的投入，还包括吸收土壤养分库中的其它矿质营养。以小麦氮肥的肥料效应方程计算结果为例，通过计算方法的改进，找出了目前普遍反应“利用肥料效应方程计算的最佳肥料用量偏高”的原因，并得以解决。

肥料效应方程边际成本计算方法的改进

本文在吸收系统科学理论整体思想和植物营养的矿质营养理论的基础上，对肥料效应方程边际成本计算方法作了改进。通过计算比较，证明这种改进的计算方法有利于土壤平衡施肥，使肥料效应函数与平衡施肥达到统一。

影响盐碱土持续利用主要环境因子演变

根据在山东禹城市多年土壤肥、水、盐定位监测资料，分析了引黄灌区影响土壤次生盐碱化的主要环境因子演变，认为主要环境因子演变经历二个阶段：第一阶段，１９８５年以前，以水利工程排水抗涝、改良盐碱土为主，配合土壤培肥和耕作措施，工程措施是改良土壤盐碱化的主要环境因子；第二阶段，１９８５年以来，主要问题是防御土壤返盐，巩固改良盐碱土壤的效果，土壤耕作是防止土壤次生盐碱化的主要环境因子，是抑制土壤次生盐碱化的有效措施，持续利用盐碱土的关键是加强土壤培肥和种植。

长期定位试验氮肥效应边际成本分析与最佳氮肥推荐

回归反应实际氮肥与产量效应的函数,并通过合理分析边际成本组成计算出适宜的氮肥最佳施用量,是肥料效应函数法氮肥施肥推荐的关键。以13年长期定位试验为平台,化肥氮处理分别为0、45、90、120、180、240 kg/hm^(2),利用2015~2017年平均产量,建立长期试验的氮肥产量效应函数,求最佳氮肥推荐量。计算的边际成本包括:氮肥边际成本、小麦和玉米吸收磷营养边际成本、小麦和玉米吸收钾营养边际成本。吸收磷、钾营养成本为等价化肥磷、钾。用长期定位试验相对稳定产量数据,得出氮肥与小麦、玉米产量效应方程,回归系数大于0.9946。边际产投比2,按本文计算实际边际成本计算方法,最佳氮肥施用量由按通常计算方法计算结果207.15 kg/hm^(2)降为196.50 kg/hm^(2);边际产投比5,最佳氮肥施用量由按通常计算方法计算结果193.54 kg/hm^(2)降为158.55 kg/hm^(2)。通过改进边际成本计算方法能够降低氮肥推荐量,即改进边际成本计算方法能够矫正当前推荐施肥量偏高的问题。

作物排水对抑制土壤盐渍化的影响

种植作物条件下，潜水蒸发的绝大多数是作物根系吸水形成，作物蒸腾耗水，一方面降低地下水位、增加土壤水容量、抗涝能力提高，在同样的土壤上，种植作物的土壤潜水蒸发量是不种植的２．６７～６．８４倍，另一方面促进土壤表层淋洗、脱盐。不种植作物的土壤，５年后土壤盐分由０．４４０％增加到０．７７０％，种植作物的土壤，经过５年的耕作土壤盐分由０．４３２％降低到０．１３０％。

山东小麦灌水和播期对高产节水的影响

山东鲁西北地区小麦生产中灌溉水次数和播期是影响小麦产量的主要因素,而区域灌溉水资源比较缺乏,为了使有限资源充分增产小麦产量,设计并进行小麦灌水次数和小麦播期的研究。试验采取3个播期和5个灌水模式设计,5年的定位试验。结果表明:播期对小麦产量和水分利用效率影响不显著,灌水是影响小麦产量的主要因素。灌水3次产量最高,灌水2次产量次之,灌水1次产量最低;灌水量越多,水分利用效率越低;综合产量和水分利用效率效果,建议冬小麦灌水3次(枯水年)或2次(丰水年)。

有机无机肥料氮结合的环境安全阈值

计算长期有机肥料氮和化肥氮结合,小麦玉米轮作制氮肥阈值,是小麦玉米轮作制氮肥管理、环境安全的重要技术指标。采用长期定位田间试验研究(2007—2017年)资料,试验结果分3个时间段,分别分析小麦玉米总产出效益的随时间变化规律,计算出最经济的有机肥料氮与化肥氮的氮肥阈值。结果表明:(1)牛粪氮与化肥氮结合施肥,第7~10年的平均产量结果能代表有机肥料和化肥结合的产量效果;(2)有机肥料氮与化肥氮结合能增加氮肥阈值;(3)有机肥料氮最佳施肥量决定于有机肥料氮的价格,有机肥料氮与化肥氮等价条件下,有机肥料氮与化肥氮施氮量各占50%经济效益最佳。长期试验结果表明,有机肥料氮(牛粪)的肥效在试验初期不能充分体现,只有7年后才能显现有机肥料氮与化肥氮结合效果,有机肥料氮与化肥氮结合施肥能增加氮肥阈值。

种植作物是抑制土壤盐渍化的关健因素

种植作物条件下，潜水蒸发的绝大部分是作物根系吸水形成。在同样的土壤上，种植作物的土壤潜水蒸发量是不种植的2.67－6．84倍，从而可以降低潜水埋深。另一方面种植作物促进土壤表层淋洗、脱盐。不种植作物的土壤，5年后土壤盐分由0．440％增加到0．770％，种植作物的土壤，经过5年的耕作土壤盐分由0．432％降低到0.130％。

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氮肥利用率测定规范化探讨

氮肥利用率是一个评价施氮产量效益和环境效应的重要指标，这个指标的计算和测定存在计算结果偏低和结果变异大的问题，希望通过研究提出规范、科学、合理的氮肥利用率测定方法。采用长期氮肥检测定位试验结果，分析空白对照和施肥处理小麦产量的逐年变化特征，应用常规差减法计算氮肥利用率，研究其年际间变化特点，提出测定氮肥利用率的规范的探讨。氮肥利用率测定规范：第一，空白对照吸收氮素达到相对稳定；第二，施肥处理作物吸收氮素量相对稳定；第三，必须采用稳定期内若干年的平均值。通过规范化的测定和计算，能够计算出比较合理的氮肥利用率参数，在施肥量120-180kgN·hm-2范围内的氮肥利用率为69．2％～76．2％。建议氮肥利用率的测定遵循一定的测定规范，通过制定测定规范，测定出正确合理的氮肥利用率参数具有可比性，便于应用于科研和生产。

长期单施有机肥和化肥对土壤养分和小麦产量的影响

【目的】等氮、磷、钾养分投入条件下,探索黄淮海小麦主产区化肥和有机肥施用对小麦的增产效果以及土壤养分的演变规律,为小麦科学施肥及土壤肥力的提升提供依据。【方法】本研究以8年长期定位试验为平台,在冬小麦-夏玉米的传统种植制度下,有机肥和化肥处理均分别设置5个施氮(N)量:0、120、240、360、600 kg/hm^2,共9个处理。化肥处理的磷、钾用量等同各有机肥处理带入的量。于每年小麦收获期测定小麦产量和土壤养分含量。【结果】在土壤养分方面,土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量均随有机肥用量的增加而增加,并且呈逐年增长的趋势。化肥在提高土壤有机质及全氮方面与施肥量无明显关系,年际间差异不明显,基本处于同一水平。增施化肥在开始几年能够缓慢提高土壤有效磷和速效钾的养分含量,之后保持稳定。在同一施氮水平下,有机肥处理土壤有机质、全氮、有效磷钾养分含量均显著高于化肥各处理。在作物增产方面,施氮240、360、600 kg/hm^2的有机肥处理小麦产量均显著高于施氮120 kg/hm^2的有机肥处理,但三个处理之间差异不显著;化肥各处理间均差异不显著。除施N 120 kg/hm^2水平下,化肥处理产量显著高于有机肥处理外,其他相同氮水平下化肥处理与有机肥处理无显著差异。【结论】有机肥在培肥土壤方面,效果明显优于化肥,并且有机肥处理随施肥量的增加能够持续提高土壤养分库容量,而化肥对于土壤养分的提升效果不大,始终处于一个相对较为稳定的水平。有机肥和化肥施用均对小麦产量具有显著的提升效果。在N 120kg/hm^2的低氮条件下,化肥对小麦的增产效果优于有机肥,而在高于N 240 kg/hm2的养分条件下,有机肥与化肥增产效果基本一致。另外,当产量提高到一定水平后,增加施肥量无助于作物产量的提高。

不同氮肥类型和用量对小麦产量和加工品质的影响

【目的】分析不同用量有机肥氮和化肥氮对小麦籽粒产量和品质的影响,为提升小麦品质提供科学施肥依据。【方法】不同氮肥类型长期定位试验位于山东陵县,始于2006年。肥料分为有机肥氮和化肥氮两大类,用量均设定为0、60、120、180、240、300、360、420、500、600 kg/hm^(2)。2018年取样测定小麦产量和籽粒品质指标,运用多元统计分析方法评价了长期施用不同量有机肥氮和化肥氮对济麦22产量和品质的影响。【结果】氮肥类型对小麦籽粒容重、出粉率两个磨粉品质指标无显著影响,氮肥用量对籽粒容重、出粉率影响显著,施氮量越高,容重越低,出粉率越高。氮肥类型和用量对营养品质和加工品质影响显著。施氮量低于300 kg/hm^(2)时,有机肥氮处理小麦的蛋白质含量、沉淀值、湿面筋含量、面团吸水率、面团形成时间均小于化肥氮处理;施氮量高于300 kg/hm^(2),有机肥氮和化肥氮处理的小麦品质指标差异较小。相关性分析表明,蛋白质含量、湿面筋含量、沉淀值与大多数品质指标存在显著的相关性。主成分分析表明,蛋白质含量因子对品质变异的贡献率为57%,显著大于其他主成分因子。品质指标综合分析表明,无论有机肥氮还是化肥氮,施氮量越大品质综合得分越高,相同施氮量下化肥氮处理小麦的品质综合得分大于有机肥氮处理,且施氮量越大差距越小。综合产量和籽粒品质的聚类分析表明,19个施肥处理可分为4类:第一类为不施氮和施有机肥氮60kg/hm^(2)处理,为低产低质型;第二类为有机肥氮120 kg/hm^(2)和化肥氮60 kg/hm^(2)处理,为低产中质型;第三类为有机肥氮180、240 kg/hm^(2)和化肥氮120 kg/hm^(2)处理,为中产中质型;第四类为有机肥氮≥300 kg/hm^(2)和化肥氮≥180 kg/hm^(2)的处理,为高产高质型。【结论】氮肥类型对小麦籽粒产量和品质的影响与用量有关,有机肥氮低于300 kg/hm^(2)或化肥氮低于180 kg/hm^(2),产量和品质均较差,且有机肥氮处理的小麦产量和籽粒品质低于化肥氮处理,有机肥氮用量≥300 kg/hm^(2)或化肥氮用量≥180 kg/hm^(2)时,可确保高产优质。