【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
【目的】尿素硝铵溶液(urea ammonium nitrate solution,UAN)是集硝态氮、铵态氮和酰胺态氮于一身的液体氮肥品种,兼有3种氮源优势。本研究目的在于明确黑土区春玉米施用UAN的肥效和氮素利用效率,为进一步科学应用及推广提供依据。【方...【目的】尿素硝铵溶液(urea ammonium nitrate solution,UAN)是集硝态氮、铵态氮和酰胺态氮于一身的液体氮肥品种,兼有3种氮源优势。本研究目的在于明确黑土区春玉米施用UAN的肥效和氮素利用效率,为进一步科学应用及推广提供依据。【方法】2015和2016年在吉林省黑土区设置大田试验,施肥处理包括:不施氮(N0)、尿素一次性基施200 kg N·hm^(-2)(U200)、UAN一次性基施200 kg N·hm^(-2)(UAN200)、尿素基施80 kg N·hm^(-2)+追施120 kg N·hm^(-2)(U80-120)、UAN基施80 kg N·hm^(-2)+追施120 kg N·hm^(-2)(UAN80-120)、尿素基施64 kg N·hm^(-2)+追施96 kg N·hm^(-2)(U64-96)、UAN基施64 kg N·hm^(-2)+追施96 kg N·hm^(-2)(UAN64-96),追肥时期为拔节—大喇叭口期,施肥深度均为12 cm。测定指标包括籽粒产量、产量性状、植株吸氮量、土壤无机氮含量,并计算土壤-作物系统的氮素平衡、氮素的表观利用、残留和损失状况。【结果】2015和2016年施氮处理的玉米产量、植株吸氮量相比不施氮处理显著提高,均以UAN200处理最高(10.3、11.9 t·hm^(-2)和187.4、288.2 kg·hm^(-2)),而U64-96处理最低(9.14、10.2 t·hm^(-2)和159.1、243.8 kg·hm^(-2))。相同施氮量、施用方式条件下,UAN处理的玉米产量均等于或高于尿素处理。2015年UAN在200 kg N·hm^(-2)一次性、分次施用和160 kg N·hm^(-2)分次施用条件下相比尿素分别增加6.1%、2.0%和5.3%,2016年分别增加0.1%、7.8%和7.4%,其中UAN80-120处理显著增产。UAN增产的主要原因是减少果穗秃尖长度而增加单穗粒数。UAN处理的植株氮素吸收量在相同施氮量、施用方式条件下均高于尿素处理,而收获后土壤无机氮残留量和氮素表观盈余量相对较低,因而获得较高的氮素利用率。与UAN200处理相比,UAN64-96处理在减氮40 kg N·hm^(-2)条件下两年玉米产量分别达到9.6和11.0 t·hm^(-2),其中2015年干旱条件下与UAN200处理无显著差异。而且,UAN64-96处理的土壤氮素表观残留率最低,2015和2016年分别为2.4%和4.4%,而氮素表观利用率最高,分别达到42.6%和52.0%。【结论】相同用量和施用方式下,黑土区玉米施用UAN可获得与尿素相同甚至更高的产量和氮素吸收量,同时土壤氮素残留和盈余较少,氮素利用率明显较高,环境效应较好。从施氮量、产量和氮素利用及损失等方面综合考虑,黑土区春玉米推荐施用160 kg N·hm^(-2)的UAN,以基肥40%和拔节-大喇叭口期追肥60%分次施用。展开更多
A synchronous increase in crop productivity, nutrient use efficiency, and soil carbon(C) sequestration is important from the point of view of food security and environmental protection. In recent years, integrated soi...A synchronous increase in crop productivity, nutrient use efficiency, and soil carbon(C) sequestration is important from the point of view of food security and environmental protection. In recent years, integrated soil-crop system management(ISSM), which uses crop models and advanced nutrient management to redesign cropping systems, has been successfully demonstrated to achieve both high crop productivity and high nutrient use efficiency in China, but the effects of ISSM on soil organic C(SOC) characteristics remain unknown. In this study, the effects of current farmers' practice(FP), high-yielding practice(HY), which maximizes yields without considering costs, and ISSM on the content and chemical composition of SOC were studied in a 4-year(2009–2013) field plot experiment with maize(Zea mays L.) monoculture in an Alluvic Primosol in Northeast China. The ISSM resulted in higher soil total organic C(TOC), water-soluble organic C, easily-oxidizable organic C, particulate organic C, and humic acid C compared with HY and FP in the region. The SOC contents in aggregate size fractions generally followed a similar pattern to TOC. Compared with FP,HY decreased the mean weight diameter, geometric mean diameter, percentage of > 0.25-mm water-stable aggregates, and the stability ratio of water-stable aggregates, and increased the structure-deterioration rate and index of unstable aggregates. The opposite trend was observed between ISSM and HY. Solid-state ^(13)C nuclear magnetic resonance spectra of bulk soil showed that ISSM had higher O-alkyl C and aliphatic C/aromatic C ratio, but lower aromatic C, carbonyl C, and alkyl C/O-alkyl C and hydrophobic C/hydrophilic C ratios than HY and FP. Our results suggest that ISSM improves the quantity and quality of SOC and has a positive effect on soil aggregation and aggregate stability.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【目的】尿素硝铵溶液(urea ammonium nitrate solution,UAN)是集硝态氮、铵态氮和酰胺态氮于一身的液体氮肥品种,兼有3种氮源优势。本研究目的在于明确黑土区春玉米施用UAN的肥效和氮素利用效率,为进一步科学应用及推广提供依据。【方法】2015和2016年在吉林省黑土区设置大田试验,施肥处理包括:不施氮(N0)、尿素一次性基施200 kg N·hm^(-2)(U200)、UAN一次性基施200 kg N·hm^(-2)(UAN200)、尿素基施80 kg N·hm^(-2)+追施120 kg N·hm^(-2)(U80-120)、UAN基施80 kg N·hm^(-2)+追施120 kg N·hm^(-2)(UAN80-120)、尿素基施64 kg N·hm^(-2)+追施96 kg N·hm^(-2)(U64-96)、UAN基施64 kg N·hm^(-2)+追施96 kg N·hm^(-2)(UAN64-96),追肥时期为拔节—大喇叭口期,施肥深度均为12 cm。测定指标包括籽粒产量、产量性状、植株吸氮量、土壤无机氮含量,并计算土壤-作物系统的氮素平衡、氮素的表观利用、残留和损失状况。【结果】2015和2016年施氮处理的玉米产量、植株吸氮量相比不施氮处理显著提高,均以UAN200处理最高(10.3、11.9 t·hm^(-2)和187.4、288.2 kg·hm^(-2)),而U64-96处理最低(9.14、10.2 t·hm^(-2)和159.1、243.8 kg·hm^(-2))。相同施氮量、施用方式条件下,UAN处理的玉米产量均等于或高于尿素处理。2015年UAN在200 kg N·hm^(-2)一次性、分次施用和160 kg N·hm^(-2)分次施用条件下相比尿素分别增加6.1%、2.0%和5.3%,2016年分别增加0.1%、7.8%和7.4%,其中UAN80-120处理显著增产。UAN增产的主要原因是减少果穗秃尖长度而增加单穗粒数。UAN处理的植株氮素吸收量在相同施氮量、施用方式条件下均高于尿素处理,而收获后土壤无机氮残留量和氮素表观盈余量相对较低,因而获得较高的氮素利用率。与UAN200处理相比,UAN64-96处理在减氮40 kg N·hm^(-2)条件下两年玉米产量分别达到9.6和11.0 t·hm^(-2),其中2015年干旱条件下与UAN200处理无显著差异。而且,UAN64-96处理的土壤氮素表观残留率最低,2015和2016年分别为2.4%和4.4%,而氮素表观利用率最高,分别达到42.6%和52.0%。【结论】相同用量和施用方式下,黑土区玉米施用UAN可获得与尿素相同甚至更高的产量和氮素吸收量,同时土壤氮素残留和盈余较少,氮素利用率明显较高,环境效应较好。从施氮量、产量和氮素利用及损失等方面综合考虑,黑土区春玉米推荐施用160 kg N·hm^(-2)的UAN,以基肥40%和拔节-大喇叭口期追肥60%分次施用。
基金supported by the National Key Technology R&D Program of China (No.2013BAD07B02)the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China (No.201103003)+1 种基金the Science and Technology Development Planning Project of Jilin Province, China (No.LFGC14301)the Science Research Planning Project of the Education Department of Jilin Province, China (No.2013-64)
文摘A synchronous increase in crop productivity, nutrient use efficiency, and soil carbon(C) sequestration is important from the point of view of food security and environmental protection. In recent years, integrated soil-crop system management(ISSM), which uses crop models and advanced nutrient management to redesign cropping systems, has been successfully demonstrated to achieve both high crop productivity and high nutrient use efficiency in China, but the effects of ISSM on soil organic C(SOC) characteristics remain unknown. In this study, the effects of current farmers' practice(FP), high-yielding practice(HY), which maximizes yields without considering costs, and ISSM on the content and chemical composition of SOC were studied in a 4-year(2009–2013) field plot experiment with maize(Zea mays L.) monoculture in an Alluvic Primosol in Northeast China. The ISSM resulted in higher soil total organic C(TOC), water-soluble organic C, easily-oxidizable organic C, particulate organic C, and humic acid C compared with HY and FP in the region. The SOC contents in aggregate size fractions generally followed a similar pattern to TOC. Compared with FP,HY decreased the mean weight diameter, geometric mean diameter, percentage of > 0.25-mm water-stable aggregates, and the stability ratio of water-stable aggregates, and increased the structure-deterioration rate and index of unstable aggregates. The opposite trend was observed between ISSM and HY. Solid-state ^(13)C nuclear magnetic resonance spectra of bulk soil showed that ISSM had higher O-alkyl C and aliphatic C/aromatic C ratio, but lower aromatic C, carbonyl C, and alkyl C/O-alkyl C and hydrophobic C/hydrophilic C ratios than HY and FP. Our results suggest that ISSM improves the quantity and quality of SOC and has a positive effect on soil aggregation and aggregate stability.
