减量化肥配施紫云英对稻田土壤碳、氮的影响

以11 a(2008—2018年)长期定位试验为对象,研究了减施40%化肥下紫云英不同翻压量对双季稻产量及土壤活性有机碳、氮(DOC+MBC、DON+MBN)的影响,以探讨紫云英替代化肥的可行性和适宜翻压量。试验设置CK(不施紫云英和化肥)、GM22.5(单施紫云英22.5 t·hm^-2)、100%CF(常规施肥)和减施40%化肥(60%CF)条件下将紫云英翻压量设为15、22.5、30、37.5 t·hm^-24个水平,共7个处理。于2018年晚稻收获后采集土壤样品,分析土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)。结果表明:与常规施肥相比,减施40%化肥下各紫云英不同翻压量处理早稻及全年两季稻谷产量持平或略有增加,且均随紫云英翻压量增多而提高。紫云英翻压量为15~30 t·hm^-2时,晚稻稻谷产量随紫云英翻压量的增多而提高,当紫云英翻压量多于30 t·hm^-2时,则呈下降趋势。除翻压紫云英15 t·hm^-2外,其他紫云英与化肥配施处理晚稻稻谷产量与常规施肥相比无显著差异;与常规施肥相比,紫云英与化肥配施均不同程度地提高了土壤MBC、MBN、DOC、DON含量。紫云英翻压量为15~22.5 t·hm^-2时,土壤MBC、MBN、DOC、DON均随紫云英翻压量增加而增加,当翻压量多于22.5 t·hm^-2时呈下降趋势;MBC/SOC和MBN/TN均随紫云英翻压量的增加呈先增加后降低的趋势,MBC/SOC在60%CF+GM22.5处理最高,MBN/TN以60%CF+GM30处理最高。DOC/SOC和DON/TN均在60%CF+GM15处理最高;相关分析结果表明,土壤MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC、DON+MBN与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)呈极显著正相关(P<0.01)。土壤各活性有机碳、氮与早、晚稻及全年两季稻谷产量均呈极显著正相关(P<0.01)。综合考虑双季稻的产量效应及土壤培肥效果,在本试验条件下或与该试验区域气候特点和种植制度类似的南方水稻主产区,在减少40%化肥条件下,紫云英翻压22.5~30 t·hm^-2较为适宜。

化肥减施下紫云英不同翻压量对双季稻产量及养分利用效率的影响

为了探索紫云英替代化肥的可行性和适宜翻压量,利用连续11 a田间定位试验,共设置7个处理,分别为CK(不施紫云英和化肥)、GM22.5(单施紫云英22.5 t/hm2)、100%CF(常规施肥)及60%化肥施用量条件下将紫云英翻压量设15.0(GM15.0),22.5(GM22.5),30.0(GM30.0),37.5(GM37.5) t/hm2 4个水平,研究化肥减施下不同紫云英翻压量对双季稻产量、氮磷钾积累量、氮磷钾利用率及土壤肥力的影响。结果表明:与CK相比,施肥处理均能显著增加早晚稻及全年两季籽粒产量(P<0.05),增幅分别为79.1%~91.1%,44.8%~50.7%,56.8%~64.7%。单施紫云英可显著增加水稻产量(P<0.05),与CK相比,早晚稻及全年两季籽粒产量增幅分别为23.9%,12.4%,16.4%。60%化肥与不同量紫云英配施处理早晚稻及全年两季籽粒产量与常规施肥相比差异不显著,紫云英翻压量为15.0~30.0 t/hm2时,早晚稻及全年两季籽粒产量均随紫云英翻压量的增多而提高,当紫云英翻压量多于30.0 t/hm2时,则呈下降趋势。在所有的化肥配施紫云英处理中,早晚稻籽粒氮、磷、钾养分积累量均以翻压紫云英30.0 t/hm2时最高。与常规化肥相比,紫云英与化肥配施可提高氮、钾肥回收利用率、农学效率和偏生产力。与CK相比,各施肥处理均不同程度地提高土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量。紫云英翻压量为22.5~30.0 t/hm2时,土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量均显著高于常规化肥处理(P<0.05)。因此,在本试验施用60%化肥条件下长期翻压紫云英有利于促进水稻增产及水稻氮、磷、钾素的吸收,提高双季稻氮、磷、钾养分利用效率及土壤肥力。

土壤活性氮动态变化及氮素可利用性对紫云英翻压量的响应

通过田间定位试验,研究了减量化肥紫云英不同翻压量下土壤活性氮的含量、动态变化及氮素可利用性,探讨了紫云英鲜草的适宜翻压量和土壤氮素利用效率,为双季稻合理施用氮肥提供理论依据。在稻-稻-紫云英轮作体系典型时期紫云英翻压前、早稻分蘖盛期、早稻成熟期、晚稻分蘖盛期、晚稻成熟期分别采集土壤样品,监测稻田土壤微生物量氮(MBN)、可溶性有机氮(DON)含量动态变化及氮素可利用性,并分析晚稻成熟期土壤铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)含量。结果表明:与对照(CK)处理相比,各施肥处理均提高了土壤全氮(TN)、NH+4-N和NO-3-N含量,增幅分别为10.4%~21.2%、10.3%~44.1%和14.7%~52.9%。在翻压紫云英15.0~22.5 t·hm^(-2)时,土壤TN、NH+4-N和NO-3-N含量均随紫云英还田量增多而提高,之后则随还田量的增多而降低。与常规施肥处理相比,化肥减施下紫云英各翻压量处理均提高了土壤MBN、DON及活性氮含量,增幅分别为7.0%~28.7%、8.5%~22.5%和5.8%~26.6%,且随紫云英翻压量的增加呈先增加后降低的变化趋势,MBN和活性氮含量均在翻压量22.5 t·hm^(-2)时最高,DON含量在翻压量30.0 t·hm^(-2)时最高。MBN/TN在翻压量22.5 t·hm^(-2)时最高,DON/TN在翻压量30.0 t·hm^(-2)时最高。各处理不同时期土壤MBN、DON含量及MBN/TN、DON/TN有明显波动,总体来看,土壤MBN含量及MBN/TN在早稻分蘖盛期明显降低,早稻成熟期有所回升,至晚稻成熟期又逐渐降低;土壤DON含量及DON/TN在早稻成熟期降至最低,至晚稻成熟期再次上升。研究表明,减施40%化肥条件下长期翻压紫云英不仅能增加土壤活性氮含量,同时有利于提高土壤氮素可利用性,紫云英翻压量22.5~30.0 t·hm^(-2)时效果最好。

土壤活性有机碳周年变化对紫云英翻压量的响应

为了探索紫云英替代化肥的生态效应和适宜翻压量,以11年(2008—2018年)长期定位试验为对象,研究了紫云英不同翻压量下土壤活性有机碳(AOC)的季节变化。在稻–稻–紫云英轮作体系典型时期(紫云英翻压前、早稻分蘖盛期、早稻成熟期、晚稻分蘖盛期、晚稻成熟期)采集土壤样品,分析土壤总有机碳(TOC)、AOC及其组分微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)等的变化。结果表明:与对照处理相比,减量40%化肥下紫云英各翻压量处理提高了土壤TOC含量;与常规施肥处理相比,减量化肥配合不同量紫云英翻压处理不同程度地提高了土壤AOC、MBC及DOC含量,且均随紫云英翻压量的增加呈先增加后下降的变化趋势,AOC含量以翻压紫云英30.0 t/hm^(2)时最高,MBC和DOC含量以翻压紫云英22.5 t/hm^(2)时最高;取样时期对土壤MBC、DOC含量及MBC/TOC、DOC/TOC比值有较大的影响,其随取样时期进展呈先降低后升高再降低的变化趋势;在土壤性质相对稳定的晚稻成熟期,AOC/TOC、MBC/TOC、DOC/TOC比值在一定范围随紫云英翻压量的增加而增加,超过一定量时,AOC/TOC、MBC/TOC比值无明显变化,DOC/TOC比值则显著下降(P<0.05)。因此,在本试验减施化肥条件下长期翻压紫云英有利于提高土壤AOC含量及比例,以紫云英翻压22.5~30.0 t/hm^(2)效果最好。

绿肥对土壤有机碳含量、质量及稳定性影响的研究进展

土壤有机碳及其不同活性组分作为评价土壤质量的重要指标,其含量变化对土壤的物理、化学及生物学特性影响显著。绿肥的种植与利用不仅能为作物提供各种营养物质,促进作物增产;而且可增加土壤的有机物料输入,实现固定土壤碳素的目的。从20世纪50年代以来我国绿肥的发展历史和生产现状出发,综述了绿肥利用对土壤有机碳含量、质量及稳定性的影响,以期为今后绿肥科研生产提供借鉴。

施氮量对双季稻产量及氮磷钾吸收利用的影响

研究不同施氮量对双季稻产量、氮磷钾积累量及氮磷钾利用率的影响,同时探讨双季稻吸收利用氮、磷、钾素三者间的相互关系。通过田间试验研究施氮量不同、磷钾投入量相同条件下的双季稻产量、双季稻氮、磷、钾积累量、双季稻氮、磷、钾素利用效率及磷钾吸收利用与氮吸收利用的关系。结果表明:双季稻产量在一定范围内(早稻0～105 kg/hm^2,晚稻0～146 kg/hm^2)随施氮量的增加而提高,之后产量随施氮量增加而降低。本试验施氮条件下,早稻产量最高的处理为75%N(105 kg/hm^2),比CK(不施化肥)增产58.1%;晚稻产量最高的处理为100%N(146 kg/hm^2)处理,比CK增产67.6%。施氮水平对双季稻植株氮、磷、钾养分积累量有显著影响,早、晚稻稻谷氮、磷、钾积累量均以100%N处理最高。不同施氮水平对氮、磷、钾养分利用效率也有显著影响。适宜的施氮量可以增加双季稻产量,促进水稻对氮、磷、钾养分的吸收,同时提高双季稻的氮、磷、钾素利用效率。综合考虑双季稻产量效应及氮磷钾养分的有效吸收利用,双季稻施氮量为105～146 kg/hm^2较为适宜。

化肥减施下紫云英不同翻压量对水稳性团聚体及双季稻产量的影响

为了探究不同紫云英翻压量对土壤水稳性团聚体及其有机碳、全氮含量与分布、水稻产量的影响。在减量氮、钾肥20%条件下,设置CK(不施化肥、紫云英)、F100(常规施肥)和翻压紫云英15000(GM_(1)),22500(GM_(2)),30000(GM_(3)),37500 kg/hm^(2)(GM_(4))6个处理。结果表明:与CK和F100处理相比,减量施用氮、钾化肥20%并翻压不同量紫云英均能增加土壤水稳性大团聚体中1.000~2.000 mm,0.500~1.000 mm粒级的占比。减量施用氮、钾化肥20%条件下翻压不同量紫云英对团聚体平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)无显著影响。减量施用氮、钾化肥20%,翻压不同量紫云英均显著(P<0.05)提高了水稳性团聚体1.000~2.000 mm,0.500~1.000 mm粒级中水稳性团聚体有机碳和全氮含量的占比,同时也提高了1.000~2.000 mm粒级养分贡献率。4个减量施肥翻压紫云英处理中以减量施用氮、钾化肥20%翻压紫云英30000 kg/hm^(2)处理的早、晚稻和全年水稻产量最高,较CK分别增加了99.4%,51.5%,68.2%,较F100处理分别增加了5.4%,2.9%,3.9%。综合考虑对土壤1.000~2.000 mm,0.500~1.000 mm粒级水稳性团聚体分布、团聚体中有机碳和全氮分布和双季稻产量的影响,在本试验中减量施用氮、钾化肥20%翻压紫云英30000 kg/hm^(2)较适宜。

氮钾减施下紫云英翻压量对双季稻产量及氮素利用的影响

采用11年(2008—2018年)绿肥定位试验,研究氮钾减施20%下紫云英不同翻压量(15000、22500、30000、37500 kg/hm^(2))对双季稻产量、氮素利用率及土壤氮素的影响。结果表明:与不施肥相比,施肥处理的早、晚稻产量显著增加,产量可持续指数提高,且减施氮钾20%翻压紫云英处理和单施化肥处理间的11年平均产量和产量可持续指数差异均无统计学意义;通过分析2018年的数据,与当地的常规施肥处理相比,减施氮钾20%翻压紫云英30000 kg/hm^(2)能显著提高早稻生物量、氮素积累量、化肥氮素吸收利用效率(回收利用效率、农学利用效率、偏生产力)和晚稻稻草生物量、稻谷氮素积累量、总投入氮素吸收利用效率(回收利用效率、农学利用效率、生理利用率、偏生产力);适量氮钾减施翻压紫云英可提高土壤全氮和碱解氮质量分数,有效提升土壤肥力。在本研究中,氮钾减施20%时翻压紫云英30000 kg/hm^(2)较适宜。