硝化抑制剂对湖南紫潮泥田紫云英-稻秸还田后水稻产量及镉吸收的影响

研究紫云英-水稻制度下,稻秸还田和硝化抑制剂对水稻生长和镉(Cd)吸收的影响,为湖南双季稻田基于绿肥的稻米安全生产措施提供理论支撑。池栽微区试验设4个处理:紫云英(GM)、紫云英+化肥(GF)、紫云英+稻秸+化肥(GRF)、紫云英+稻秸+化肥+硝化抑制剂(GRFD)。分析了不同措施下的水稻产量与养分积累、稻米Cd吸收、土壤肥力及土壤Cd有效性和形态。相比GRF处理,GRFD处理早稻籽粒和稻秸产量分别增加7.0%和12.2%。GRFD处理下,早稻籽粒氮、磷、钾养分累积量较GRF处理分别增加5.5%、10.1%、6.8%。GF、GRF、GRFD处理早稻籽粒Cd含量较GM处理分别降低64.8%、67.3%、66.8%。GRFD处理早稻可溶性有机碳和可溶性有机氮含量,相比GRF处理分别降低41.2%和8.0%。GRFD处理早稻和晚稻土壤有效态Cd含量,相比GRF处理分别降低70.9%和66.0%,相比GF处理分别降低80.2%和61.4%;GRFD处理晚稻土壤可氧化态Cd含量相比GRF处理增加了52.6%,表明紫云英-稻秸-硝化抑制剂联合利用通过将土壤Cd转变为难以被水稻吸收的形态而降低其有效性。随机森林与相关性表明,早、晚稻速效钾与有效磷在限制水稻吸收Cd中均起到了关键作用。在紫云英-稻秸联合还田条件下,配施硝化抑制剂可提高水稻产量、促进水稻养分吸收,同时通过增加土壤速效钾和有效磷含量,进而减少水稻对Cd的吸收。

赣北地区稻−稻−紫云英轮作体系减施化肥对水稻产量、氮素吸收及土壤供氮能力的影响

【目的】紫云英与水稻轮作是合理利用冬闲稻田,维持和提高稻田生产力的高效手段。研究稻–稻–紫云英模式下,减施化肥对水稻产量、氮肥利用效率、氮素吸收量和土壤供氮能力的影响,为赣北双季稻区减施化肥提供理论依据。【方法】定位试验位于江西省高安市,始于2016年,试验设置不施肥对照(CK)、常规施肥(F100),以及种植翻压紫云英条件下,晚稻季正常施肥,早稻化肥为常规施肥的100%、80%、60%、40%(GF100、GF80、GF60、GF40),共6个处理。在早稻分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期及晚稻成熟期,采集植株(含籽粒)和土壤样品,测定水稻地上部生物量、产量及氮素含量,计算水稻地上部氮素吸收量及氮肥利用率,测定土壤供氮能力和有效磷钾含量。【结果】与F100处理相比,GF80处理显著增加早稻产量,6年平均增产707.80 kg/hm2,平均增产率为10.12%,对晚稻产量无显著影响;GF60和GF40处理早稻和晚稻均不减产;GF40、GF60和GF80处理早稻成熟期稻谷生物量无显著变化,晚稻稻谷生物量分别增加7.76%、8.62%和9.48%。GF40、GF60和GF80处理的早稻和晚稻氮肥利用率增加了21.37%~57.16%;GF40处理早稻氮肥农学效率(NAE)增加了99.77%,GF40、GF60和GF80处理晚稻氮肥农学效率分别增加了20.61%、22.88%和17.17%;GF40、GF60和GF80处理早稻氮肥偏生产力分别显著增加了140.28%、55.33%和23.09%。与F100处理相比,GF40、GF60处理早稻成熟期稻谷氮吸收量分别降低了21.16%、11.43%,GF80处理稻谷氮吸收量无显著变化;晚稻成熟期GF40、GF60和GF80处理稻谷氮吸收量分别增加18.21%、29.23%和26.19%;GF40、GF60、GF80处理增加早稻季分蘖期、拔节期、抽穗期及晚稻成熟期土壤潜在供氮能力和总供氮能力,增幅分别为21.38%~316.31%和18.50%~250.61%,早稻不同生育期土壤供氮能力与水稻地上部氮素吸收呈极显著正相关。【结论】种植利用紫云英条件下,赣北双季稻区早稻减施化肥20%~60%可增加水稻土壤供氮能力,提高氮肥利用率、农学效率及偏生产力,实现水稻稳产。早稻减施60%化肥提高了晚稻稻谷氮积累量,但降低了早稻稻谷氮积累量。早稻减施化肥20%可增加早稻产量,对早稻稻谷氮素吸收量无明显影响,但增加了晚稻稻谷氮素吸收。

Green manuring facilitates bacterial community dispersal across different compartments of subsequent tobacco

Green manure–crop rotation is a sustainable approach to protect crops against diseases and improve yield.However,the mechanism by which green manuring manipulates the crop-associated microbial community remains to be elucidated.In this study,we explored the horizontal processes of bacterial communities in different compartments of the soil–root interface(bulk soil,rhizosphere soil,rhizoplane and endosphere)of tobacco by performing a field experiment including four rotation practices,namely,tobacco rotated with smooth vetch,ryegrass,radish,and winter fallow(without green manure).Results showed that the co-occurrence networks constructed by adjacent compartments of the soil–root interface with green manuring had more edges than without green manuring,indicating dramatic microbial interactions.Green manuring increased the dispersal-niche continuum index between bulk soil and other compartments,indicating that it facilitated the horizontal dispersal of microbes.For the different green manuring practices,the neutral community model explained 24.6–27.6%of detection frequency for bacteria,and at least one compartment under each practice had a normalized stochasticity ratio higher than the 50%boundary point,suggesting that the deterministic and stochastic processes jointly shaped the tobacco microbiome.In conclusion,green manuring generally facilitates bacterial community dispersal across different compartments and enhances potential interactions among adjacent compartments.This study provides empirical evidence for understanding the microbiome assembly under green manure–crop rotation.

The potential of green manure to increase soil carbon sequestration and reduce the yield-scaled carbon footprint of rice production in southern China

Green manure(GM)has been used to support rice production in southern China for thousands of years.However,the effects of GM on soil carbon sequestration(CS)and the carbon footprint(CF)at a regional scale remain unclear.Therefore,we combined the datasets from long-term multisite experiments with a meta-analysis approach to quantify the potential of GM to increase the CS and reduce the CF of paddy soils in southern China.Compared with the fallow-rice practice,the GM-rice practice increased the soil C stock at a rate of 1.62 Mg CO_(2)-eq ha^(-1) yr^(-1) and reduced chemical N application by 40%with no loss in the rice yield.The total CF varied from 7.51 to 13.66 Mg CO_(2)-eq ha^(-1) yr^(-1) and was dominated by CH_(4) emissions(60.7-81.3%).GM decreased the indirect CF by 31.4%but increased the direct CH_(4) emissions by 19.6%.In the low and high CH_(4) emission scenarios,the CH_(4) emission factors of GM(EF_(gc))were 5.58 and 21.31%,respectively.The greater soil CS offset the increase in GM-derived CF in the low CH_(4) scenario,but it could not offset the CF increase in the high CH_(4) scenario.A trade-off analysis also showed that GM can simultaneously increase the CS and reduce the total CF of the rice production system when the EF_(gc) was less than 9.20%.The variation in EF_(gc) was mainly regulated by the GM application rates and water management patterns.Determining the appropriate GM application rate and drainage pattern warrant further investigation to optimize the potential of the GM-rice system to increase the CS and reduce the total CF in China.

天津农田三种典型冬绿肥的施磷效应

绿肥是促进土壤培肥、增加作物产量和保障粮食安全的重要途径,对绿肥生长季施磷效应的研究有助于为华北旱地绿肥应用模式中磷肥的管理与调控提供理论依据。采用盆栽试验,对天津农田3种典型冬绿肥生育期施用不同用量磷肥(100%P、80%P、60%P、0P),研究其对绿肥作物生长、土壤性状、土壤健康和施磷效应的影响。结果表明,毛叶苕子和黑麦草在生育季施用60%P(P_(2)O_(5)54 kg/hm~2)、二月兰施用80%P(P_(2)O_(5)72 kg/hm~2)有利于绿肥生物量的形成和养分积累。二月兰在80%P处理的磷肥偏生产力较60%P和100%P处理分别显著提高了25.2%和43.1%,表观损失率显著降低了19.3%和17.4%。相较于80%P和100%P处理,毛叶苕子和黑麦草在60%P的磷肥偏生产力均有大幅提高,同时表观损失率显著降低。在60%施磷量下,毛叶苕子和黑麦草的土壤有机碳含量显著提高了12.9%和22.2%,全氮含量提高了20.2%和27.4%。毛叶苕子和黑麦草在60%P处理下的绿肥生长功能指数和土壤功能综合指数均高于其他处理,提高了土壤健康水平。综上,在天津农田常见的冬绿肥种植模式下,毛叶苕子和黑麦草在生长季施用60%磷肥,二月兰施用80%磷肥有利于提高绿肥产量和养分积累量,提高磷肥利用率和土壤健康水平。

The effects of co-utilizing green manure and rice straw on soil aggregates and soil carbon stability in a paddy soil in southern China

The co-utilization of green manure (GM) and rice straw (RS) in paddy fields has been widely applied as an effective practice in southern China.However,its effects on soil aggregate and soil organic carbon (SOC) stability remain unclear.In the present study,the effect of GM,RS,and co-utilization of GM and RS on particle size distribution of soil aggregates and SOC density fractions were measured in a field experiment.The experiment included six treatments,i.e.,winter fallow (WF) without RS return (Ctrl),WF with 50%RS return (1/2RS),WF with 100%RS return (RS),GM without RS return (GM),GM with 50%RS return (GM1/2RS) and GM with 100%RS return (GMRS).The results showed that the proportion of small macro-aggregates (0.25–2 mm) and the mean weight diameter (MWD) of aggregates in the GMRS treatment was greater (by 18.9 and 3.41%,respectively) than in the RS treatment,while the proportion of silt+clay particles (<0.053 mm) was lower (by 14.4%).The concentration of SOC in microaggregates (0.053–0.25 mm)and silt+clay particles was higher in the GMRS treatment than in GM and RS treatments individually.The concentration and proportion of free light organic carbon (fLOC) in aggregates of various particle sizes and bulk soil was greater in the GMRS treatment than the RS treatment,whereas the concentration and proportion of mineral-associated organic carbon in small macroaggregates,microaggregates,and bulk was lower in the GMRS treatment than in the RS treatment.The proportion of intra-aggregate particulate organic carbon (iPOC) was greater in the GMRS treatment than in GM treatment.The GMRS treatment had strong positive effects on iPOC in small macroaggregates,suggesting that SOC was transferred from fLOC to iPOC.In conclusion,co-utilizing green manure and rice straw cultivated the SOC pool by increasing the concentration of fLOC and improved soil carbon stability by promoting the sequestration of organic carbon in iPOC as a form of physical protection.

玉米-绿肥轮作体系下光叶紫花苕的氮肥替代和土壤肥力提升效应

【目的】研究光叶紫花苕(Vicia villosa Roth var.glabrescens)不同翻压量对玉米生长及土壤性状的影响,明确绿肥的养分供应潜力,为玉米–绿肥轮作系统中的化肥减施提供科学依据。【方法】于2018和2019年在云南省嵩明县开展玉米(黑糯1号)田间试验,共设5个处理:冬闲(CK);不施氮肥但翻压绿肥光叶紫花苕15000 kg/hm^(2)(G1)、30000 kg/hm^(2)(G2)、45000 kg/hm^(2)(G3);冬闲+常规氮肥N 270 kg/hm^(2)(FN)。光叶紫花苕冬季种植,在玉米播种前翻压。在玉米收获期,测定玉米地上部氮、磷、钾含量和积累量,测定产量和产量构成因素,同时测定土壤全量和速效氮磷钾含量、pH和有机质含量。【结果】2018年各绿肥处理G1、G2、G3的玉米产量分别相当于FN处理的78.14%、88.88%及92.86%,2019年G1、G2、G3处理的产量水平相当于FN处理的98.92%、104.22%和113.91%,相较第一年,次年各绿肥处理产量水平有较大幅度增长;2018和2019年各绿肥处理株高、穗位高、秃穗长及单穗重等相较于FN多无显著差异;2018年FN处理籽粒氮含量显著高于其他各处理,秸秆氮含量显著高于CK和G1处理。2019年G3处理地上部氮积累量比FN、G1处理分别显著提高42.02%、33.91%。2018年玉米FN处理地上部磷积累量显著高于CK和G1处理,钾积累量各施肥处理间无显著差异。2019年,4个施肥处理间磷积累量无显著差异,3个绿肥处理的钾积累量均显著高于FN处理;2018年各处理土壤养分含量无显著差异,2019年随绿肥翻压量的增加土壤碱解氮、速效钾、全氮及有机质含量等显著增加,即土壤培肥效果随绿肥应用年限增加有所提升;聚合增强树分析表明,土壤全氮及单穗重对玉米产量的贡献率最大,均为20.89%。【结论】无需施用氮肥,第一年翻压高量光叶紫花苕,第二年翻压常量光叶紫花苕即可为玉米提供与常量氮肥相当的氮素养分,获得相近甚至更高的玉米产量。连续两年翻压绿肥后,土壤速效及全量氮、钾及有机质含量均有显著的提升效果。

减施20%化肥下绿肥翻压量对江西双季稻产量及氮素利用的影响

【目的】种植绿肥是实现化肥减施的重要措施,研究稻田系统中不同绿肥翻压量对土壤供氮及主作物水稻吸氮规律的影响,以期为江西双季稻区合理利用紫云英,提高水稻产量提供理论依据。【方法】田间试验位于江西双季稻区。在早稻氮磷钾肥用量减施20%条件下,设置冬种并翻压紫云英鲜草15000(G_(1)F_(80))、22500(G_(1.5)F_(80))、30000(G_(2)F_(80))、37500(G_(2.5)F_(80))kg/hm^(2),以及冬闲且水稻不施化肥对照(CK)、冬种紫云英水稻不施化肥(GM)和冬闲常规施肥(F_(100))共7个处理。分析了水稻产量、植株吸氮量、氮肥利用率,以及水稻生育期土壤无机氮含量,并分析了土壤性状和水稻产量、植株吸氮量之间的关系。【结果】与F_(100)相比,G_(1)F_(80)处理早稻产量显著增加11.64%;G_(2)F_(80)处理晚稻产量显著增加7.81%;G_(1)F_(80)、G_(1.5)F_(80)和G_(2)F_(80)处理双季稻总产量分别显著增加5.79%、5.38%和7.17%。其余不同紫云英翻压量处理的产量相比F_(100)均未降低。冬种紫云英配施80%化肥可显著提高早稻稻谷吸氮量、早稻当季氮肥利用率和早稻氮肥偏生产力,提高早稻和晚稻收获期土壤全氮和有机质含量,提升土壤肥力水平。早稻孕穗期、早稻收获期和晚稻收获期,G_(2.5)F_(80)处理土壤铵态氮含量均显著高于F_(100)处理,且为各处理中含量最高。从早稻孕穗期到早稻收获期,不同紫云英翻压量处理氮素累积速率均为正值,水稻植株吸氮量增加,而冬闲常规施肥处理氮素累积速率为负值,水稻吸氮量降低。在水稻生育期,紫云英翻压量小于22500 kg/hm^(2)时,水稻植株吸氮量随翻压量增加而增加,而翻压量大于22500 kg/hm^(2)时,水稻植株吸氮量明显降低。土壤速效钾含量对水稻产量和吸氮量的贡献率最大,对早稻产量和早稻吸氮量的贡献率分别为35.17%和40.16%,对晚稻产量和吸氮量的贡献率分别为21.22%和25.22%,对双季稻产量和吸氮量的贡献率分别为34.83%和27.86%。【结论】在减施常规量20%化肥条件下,种植翻压适量紫云英可提高早稻稻谷吸氮量,促进水稻增产。翻压高量紫云英有利于培育土壤碳库和氮库,提高土壤供氮能力。综合各项分析,在江西双季稻区紫云英翻压量为30000 kg/hm^(2)时效果最好。

湘北双季稻区种植翻压紫云英的氮肥减施效应

【目的】评价双季稻区冬闲田种植翻压紫云英模式下减施不同量氮肥对水稻产量和土壤理化性状的影响,为湘北稻区双季稻减肥增效提供理论依据。【方法】定位试验始于2009年,设置不施肥(CK),常规施肥(N100),种植翻压紫云英配合早稻及晚稻均减施常规量氮肥的0%、20%、40%、60%(MvN100、MvN80、MvN60、MvN40),以及单独种植利用紫云英(Mv)处理,共7个处理。测定各处理水稻产量、氮磷钾吸收量、土壤理化性质及6种碳氮磷循环相关水解酶(α-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶)活性。【结果】与N100处理相比,种植利用紫云英有明显的增产和节肥效果,其中,MvN100处理全年稻谷增产10.2%,MvN40处理全年稻谷不减产。在早稻季,种植利用紫云英条件下减施氮肥,在保证土壤全氮稳定的前提下显著提高了水稻地上部氮吸收量和利用效率。与N100比较,紫云英配合氮肥减施常规量的0~60%,水稻地上部氮吸收量显著增加16.6%~43.4%,同时氮肥利用率提高8.4%~37.8%。单独紫云英处理的早晚稻土壤碳、氮、磷循环相关水解酶活性最高,与N100处理相比,MvN80和MvN60处理下α-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-葡萄糖苷酶和β-木糖苷酶活性显著提高。相关性分析结果表明,土壤有效磷、速效钾含量与水稻产量显著相关,聚合增强树分析(ABT)进一步证实土壤有效磷对早晚稻产量贡献率最大,分别是30.4%和50.2%。【结论】连续10年的试验充分证明,在种植翻压紫云英条件下,早稻季减施常规量氮肥60%、晚稻季减施常规量氮肥40%,可提高水稻氮、磷、钾养分吸收量和土壤酶活性,可满足水稻正常生产。供试土壤丰富的有效磷和速效钾含量是减施氮肥确保水稻产量的重要因素。

河西绿洲灌区玉米间作绿肥根茬还田的氮肥减施效应

【目的】明确玉米与间作豆科绿肥根茬还田生产方式在河西绿洲灌区的氮肥减施效应。【方法】玉米间作豆科绿肥,绿肥(针叶豌豆和毛叶苕子)地上部乂割做饲草根部还田,定位试验位于甘肃河西绿洲,始于2011年,至本试验取样时已进行了10年。试验共设8个处理,包括无绿肥根茬还田条件下后茬玉米不施肥对照,施常规量氮肥(N 375 kg/hm^(2)),只有针叶豌豆、毛叶苕子根部还田,以及根部还田配合常规氮肥量的80%、90%。于2020年玉米收获后测产,并测定了玉米秸秆和籽粒氮、磷、钾养分含量,同时分析了0—20 cm土壤有机质、速效氮磷钾含量及土壤氮库(全氮、有机氮、无机氮、颗粒态有机氮、可溶性有机氮、土壤微生物量氮)。【结果】与常规施氮肥相比,根茬单独还田降低了玉米产量;绿肥根茬配施80%、90%常规量氮肥处理之间的玉米籽粒产量没有显著变化,其中针叶豌豆配合80%常规量氮肥还显著增加了玉米产量7.6%;玉米地上部氮磷钾累积量略有增加,而籽粒氮、磷、钾养分累积量分别增加了31.7%~56.4%、37.8%~60.0%、61.7%~96.8%;玉米氮肥农学效率、偏生产力、氮素吸收效率和氮肥表观利用率均显著增加,以针叶豌豆根茬配施80%常规量氮肥处理的增加幅度最高,增加值分别为43.6%、34.5%、107.9%、35.8个百分点(P<0.05)。采用改进的内梅罗指数法对土壤综合肥力进行评价,以针叶豌豆根茬还田配施80%常规量氮肥处理提升土壤肥力的效果最为显著,土壤综合肥力指数较常规施氮肥处理提升23.0%。偏最小二乘法路径模型和聚合增强树分析表明,施肥处理主要通过调节土壤氮贮量影响玉米产量,土壤全氮、无机氮对产量的贡献率较高,分别为36.5%、26.8%。【结论】绿肥根茬连续还田条件下,减少后茬玉米氮肥常规用量的20%可维持甚至提高玉米产量,大幅提升玉米的氮磷钾吸收量和氮肥表观利用率。根茬还田配合适量氮肥可以通过提升土壤氮库贮量提高土壤综合肥力。在河西走廊,玉米产量和环境效益俱佳的栽培管理方式是针叶豌豆根茬还田配合80%的常规氮肥用量,毛叶苕子根茬还田配合80%~90%的常规氮肥用量。

河西绿洲灌区间作绿肥及其不同利用方式对玉米产量及土壤肥力的提升效应

【目的】研究玉米间作不同绿肥及绿肥不同利用方式在河西绿洲灌区的生产效益。【方法】田间定位试验始于2009年,该试验为河西绿洲灌区的典型种植模式,至取样时试验已进行12年。与玉米间作的绿肥作物包括针叶豌豆、甜豌豆、草木樨,每种绿肥均采用压青与根茬还田两种方式,以玉米单作为对照(CK)。测定了玉米和绿肥生物量、产量构成因素及养分吸收累积量,同时取0—20 cm土样测定基础理化性质及土壤脲酶、碱性磷酸酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性。【结果】在2020年草木樨(压青,根茬还田)、针叶豌豆(压青)及甜豌豆(压青)处理均显著增加了玉米产量,与CK相比玉米产量分别提高了28.06%、16.74%、13.99%、9.86%,且以玉米间作草木樨处理间的玉米产量年际变异系数差值最小。草木樨压青处理具有明显的产量优势,与之间作的玉米株高、穗粗、穗长、穗粒数、地上部鲜重均显著高于CK。针叶豌豆压青和甜豌豆压青模式的土壤无机氮、速效钾含量分别较CK显著增加了15.39%~22.48%、9.61%~15.92%。针叶豌豆压青模式的土壤全氮和玉米籽粒氮累积量最高,较CK分别显著增加了12.70%和76.89%。针叶豌豆和甜豌豆压青模式有效提高了土壤酶活性,其中碱性磷酸酶活性较CK显著提升了13.46%~45.03%,甜豌豆压青处理的脲酶活性最高,较CK显著增加了19.75%。聚合增强树分析表明,土壤全氮、速效钾含量和脲酶活性对玉米产量的贡献值位列前3名,分别为41.08%、10.15%和12.24%。【结论】在河西绿洲灌区玉米绿肥间作体系下,草木樨压青或者根茬还田均可显著提高玉米产量,且压青还田的效果优于根茬还田。针叶豌豆和甜豌豆压青还田提升玉米产量的效果虽不如草木樨,但能不同程度地提高土壤酶活性及全氮和速效钾含量,培肥土壤。

安徽单季稻区紫云英翻压的氮肥替代效应

【目的】紫云英富含氮素营养,是重要的有机氮源。基于两地、两年田间试验,研究紫云英还田下氮肥减量对水稻产量、氮素吸收、氮肥利用率和土壤有机质组分的影响,分析稻田翻压紫云英对化肥氮的替代效应。【方法】试验于2017—2019年连续两年在安徽省贵池区和霍山县进行,均设置7个处理,分别是冬闲+不施氮肥(–N)和冬闲+常规施氮(100%N)两个对照,以及冬种紫云英条件下,施常规氮肥量的0%(Mv)、40%(Mv+40%N)、60%(Mv+60%N)、80%(Mv+80%N)和100%(Mv+100%N)5个处理。2018和2019年水稻收获后,调查水稻产量和氮素吸收量,计算氮肥利用率。【结果】Mv+60%N处理两地、两年水稻产量平均为8349 kg/hm^(2),与Mv+80%N、Mv+100%N和100%N处理差异不显著,显著高于Mv+40%N和Mv处理(P<0.05)。与100%N处理相比,Mv+60%N、Mv+80%N处理两年、两地水稻氮素吸收量差异不显著,Mv+40%N显著降低,Mv+100%N增加。与100%N处理相比,Mv+40%N、Mv+60%N、Mv+80%N和Mv+100%N处理的水稻季氮肥利用率分别平均提高了46.3%、31.6%、16.1%和4.4%,氮肥农学效率分别提高了61.6%、43.6%、23.2%和0.1%。试验开展两年后,与100%N处理相比,在种植紫云英基础上减施不同比例氮肥后土壤有机碳含量增加3.3%~13.8%,颗粒态有机碳增加14.9%~32.0%。【结论】综合产量、氮肥效率和土壤培肥效果,紫云英翻压还田下,减少常规氮量的40%(Mv+60%N)不仅可保证水稻氮素营养,维持高产,氮肥利用率和农学效率分别提高了31.6%和43.6%,还可以提高土壤碳和氮含量,是安徽稻田较好的施肥模式。

翻压紫云英对稻田土壤还原物质变化特征及温室气体排放的影响

采用室内培养试验监测紫云英翻压后土壤还原物质和温室气体的动态变化,旨在为紫云英还田造成水稻僵苗及带来的环境效应提供理论依据。结果表明,翻压紫云英显著增加土壤还原性物质总量、活性还原性物质含量、Fe^(2+)和Mn^(2+)含量,显著降低土壤氧化还原电位(Eh)。与对照(CK)相比,翻压紫云英15000(M_1)、30000(M_2)、45000kg·hm^(-2)(M_3)处理土壤还原性物质总量平均值分别增加0.34、0.80、1.16cmol·kg^(-1),土壤活性还原性物质含量平均值分别增加0.14、0.35、0.52cmol·kg^(-1),Fe^(2+)含量平均值分别增加87.91、182.91、280.61mg·kg^(-1),Mn^(2+)含量平均值分别增加10.12、12.77、15.73mg·kg^(-1),Eh平均值分别降低32.88、47.98、57.26mV。还原性物质均在培养近15d时达到高峰,M_3处理Fe^(2+)含量最高超过400mg·kg^(-1),已达到水稻幼苗中毒浓度。翻压紫云英显著增加CO_2、CH_4排放,降低N_2O排放,增加了全球增温潜势(GWP)。与CK相比,M_1、M_2、M_3的CO_2排放速率平均值分别增加7.67、12.48、20.54mg·kg^(-1)·d^(-1),CO_2累计排放量分别增加171.63、293.42、498.45mg·kg^(-1),CH_4排放速率平均值分别增加0.04、0.09、0.21 mg·kg^(-1)·d^(-1),CH_4累计排放量分别增加0.36、0.69、1.77mg·kg^(-1),N_2O排放速率平均值分别降低0.46、0.64、0.72μg·kg^(-1)·d^(-1),N_2O累计排放量分别降低10.00、13.02、14.36μg·kg^(-1),M_1、M_2、M_3的GWP平均值分别是CK的1.59、2.04、2.91倍。CO_2、N_2O排放主要集中在培养前期,CH_4排放主要集中在培养后期。还原性物质含量与CO_2、CH_4的排放呈显著正相关,与N_2O排放呈显著负相关。综上,翻压紫云英增加还原性物质含量,促使CO_2、CH_4排放,抑制N_2O排放,增加GWP。实践中翻压紫云英可增加水稻产量,探索适宜紫云英翻压量确保单位水稻产量下的GWP不增加实现增产和环境效应的双赢具有重要实践意义,但这需要通过盆栽和大田试验验证。

稻秸还田提高我国南方典型稻田冬绿肥产量和养分积累

【目的】提高冬绿肥的产量和养分积累量有利于轮作系统中主作物的高产稳产和光、温、养分资源的高效循环利用。研究稻秸还田对冬季豆科绿肥生长和养分积累及土壤性状的影响,为稻田豆科绿肥的高产栽培及稻秸资源化利用提供指导。【方法】在广西、四川和安徽,分别以盐渍水稻土、紫色土和黄棕壤为供试土壤,进行相同处理的豆科绿肥盆栽试验,供试品种均为当地主栽品种。稻秸添加量设3个水平:0、3000、6000 kg/hm^(2)(S0、S1、S2),每个稻秸添加水平下设两个施氮水平:0和45 kg/hm^(2)(N0、N45),共包括6个处理。于豆科绿肥盛花期采集植株和土壤样品,测定鲜草产量和土壤理化性状。【结果】与稻秸不还田且不施氮肥处理(RS0N0)相比,盐渍水稻土、紫色土和黄棕壤上稻秸还田与氮肥配施处理的绿肥鲜草产量分别提高了63.0%~66.0%、35.2%~53.8%和103.6%~117.1%,植株氮累积量分别提高了19.1%~41.5%、43.7%~67.2%和65.1%~70.5%,磷累积量分别提高了12.1%~68.9%、31.4%~57.3%和37.9%~45.3%,钾累积量分别提高了22.0%~58.7%、30.7%~35.0%和89.2%~102.9%。在盐渍水稻土、紫色土,稻秸还田(S1、S2)均可提高绿肥鲜草产量和氮磷钾养分积累量,配合施氮没有进一步提高鲜草产量和氮磷钾养分积累量;而在黄棕壤与秸秆半量还田相比,稻秸全量还田降低了绿肥产量,但在一定程度上增加了绿肥地上部养分积累量,稻秸还田配合施用氮肥则显著增加了绿肥的产量和地上部养分积累量。盐渍水稻土稻秸还田与氮肥配施处理(RS1N45和RS2N45)提高了土壤有效磷含量;黄棕壤土壤有效磷含量、土壤速效钾含量随稻秸添加量增加先下降后上升,与不施肥对照相比,3种土壤上稻秸与氮肥配施处理均显著提高了土壤无机氮含量。偏最小二乘法路径模型分析表明,稻秸还田及土壤类型对豆科绿肥鲜草产量和地上部氮、磷、钾的累积量均有极显著正影响(P<0.01),氮肥处理仅对豆科绿肥鲜草产量有极显著正影响(P<0.01)。【结论】稻秸还田不同程度地促进了豆科绿肥对土壤速效养分的吸收,提高了豆科绿肥鲜草产量和地上部氮磷钾累积量。在肥力较高的盐渍水稻土和紫色土上,稻秸全量还田可显著增加豆科绿肥的鲜草产量,维持土壤有效养分,无需配合施用氮肥。在肥力较低的黄棕壤上,全量还田(6000 kg/hm^(2))需配施氮肥才可充分发挥稻秸还田的增产效果,缓解土壤中有效养分含量的下降。

西北小麦与豆科绿肥间作体系箭筈豌豆和毛叶苕子生物固氮效率及氮素转移特性

【目的】箭筈豌豆、毛叶苕子与春小麦间作是西北地区推广的新型种植制度。利用15N自然丰度法,研究小麦间作对该系统中豆科绿肥的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,以期为该系统养分管理提供科学依据。【方法】在青海西宁和甘肃武威两地分别进行盆栽试验,供试绿肥包括箭筈豌豆和毛叶苕子,设置小麦单作、绿肥单作、小麦||绿肥间作等共5个处理,所有处理不施用氮肥,利用15N自然丰度技术,分析箭筈豌豆、毛叶苕子的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,调查了不同种植模式下小麦和绿肥作物的生物量,分析了影响绿肥生物固氮的因素。【结果】与单作相比,间作处理明显降低两地小麦和豆科绿肥的地上部干物质量,但间作系统中地上部干物质量土地当量比均大于1。间作后,小麦和箭筈豌豆、毛叶苕子的氮素积累量显著下降(西宁小麦除外),但绿肥单作、小麦||绿肥间作模式下总氮素积累量均明显高于小麦单作。与单作相比,间作豆科绿肥的生物固氮效率无明显改变,但固氮量显著降低(武威毛叶苕子除外),其中,西宁、武威两地间作箭筈豌豆的生物固氮量(0.24、0.48 g/pot)较单作(0.88、0.78 g/pot)分别显著降低了82.1%和38.5%,西宁间作毛叶苕子的生物固氮量(0.38 g/pot)较单作(0.81 g/pot)显著降低了51.2%。西宁毛叶苕子的生物固氮效率和生物固氮量均显著高于武威;两地箭筈豌豆的生物固氮效率差异不大,间作下的生物固氮量在武威较高。间作条件下,两种豆科绿肥生物固定的氮素均可向小麦转移,西宁、武威两地箭筈豌豆氮素转移量分别为0.13、0.19 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的31.6%和24.7%;毛叶苕子的氮素转移量分别为0.09、0.06 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的23.8%和11.4%。路径分析结果表明,地上部干物质量是影响生物固氮量和氮素转移量的最主要因素。【结论】在不施氮肥条件下,间作小麦对豆科绿肥生物固氮效率无明显影响,但显著降低豆科绿肥的地上部生物量,进而降低总的生物固氮量。间作春小麦吸氮量的11.4%~31.6%来自于豆科绿肥,箭筈豌豆向小麦的氮素转移能力强于毛叶苕子。品种和生长环境都会影响豆科绿肥的总生物固氮量,因此,还需进一步研究与小麦间作的豆科绿肥的种类和品种,以提高间作绿肥对小麦的氮素转移效率。

豫南紫云英水稻轮作区减施不同比例氮肥对水稻养分吸收和转运的影响

【目的】研究水稻–紫云英轮作体系中,翻压紫云英并减施氮肥对不同生育期水稻养分吸收、转运特征,以及对土壤养分状况的影响,为豫南稻区紫云英–水稻轮作模式氮肥的科学管理提供理论依据。【方法】长期定位试验位于河南信阳,始于2008年。试验设置不施肥对照(CK)、常规施肥(N100),以及种植并翻压紫云英条件下,氮肥为常规处理用量的100%(GN100)、80%(GN80)、60%(GN60)、40%(GN40),共6个处理。测定了水稻产量、关键生育期生物量、氮磷钾养分吸收量、土壤基础养分含量,分析了水稻养分吸收及土壤养分供应对水稻产量的影响。【结果】与N100处理相比,GN40、GN60、GN80和GN100处理水稻产量无显著差异,GN40和GN60处理氮肥农学效率分别增加213.41%和113.70%,GN40、GN60和GN80处理氮肥偏生产力分别增加162.17%、75.69%、34.39%。与N100处理相比,GN100和GN80处理抽穗期秸秆生物量分别增加17.22%和41.06%,成熟期秸秆生物量分别增加28.22%和20.92%。与N100处理相比,GN60、GN80和GN100处理成熟期稻谷氮吸收量分别增加31.34%、31.79%和20.13%,GN60、GN80成熟期稻谷磷吸收量分别增加14.23%和14.61%,GN80处理成熟期稻谷钾吸收量增加10.64%。与N100处理相比,GN60处理氮转运量增加12.54 kg/hm^(2);GN40、GN60和GN80处理磷转运量分别显著增加11.32、23.02和18.09 kg/hm^(2),磷转运率分别增加35.92、41.22和39.91个百分点,磷对稻谷转运贡献率分别增加39.36、74.60和57.93个百分点。与N100处理相比,GN40、GN60、GN80和GN100能充分满足水稻生长过程中对土壤无机氮需求;GN60、GN80处理分蘖期、拔节期和抽穗期土壤有效磷含量显著降低;GN40、GN60、GN80和GN100处理分蘖期、抽穗期和成熟期土壤速效钾含量显著降低。随机森林分析结果表明各生育期土壤有效磷含量和水稻分蘖期氮、磷、钾吸收量对水稻产量形成有较大的贡献。线性回归分析表明,分蘖期和抽穗期土壤养分含量以及各生育期地上部氮、磷、钾吸收量与稻谷产量呈显著正相关。【结论】在我国豫南紫云英–水稻轮作区,翻压紫云英配合氮肥减施40%,能够培育土壤碳、氮库,满足土壤氮素供应,促进水稻对磷、钾养分的吸收和积累,增加籽粒氮、磷、钾养分转运量,提高氮肥农学效率和偏生产力,实现水稻增产稳产。

绿肥影响农田土传病害的研究进展

土传病害是制约我国农业可持续发展的因素之一。绿肥作为高效清洁的有机肥源,与主作物合理搭配,可有效降低主作物土传病害的发生和危害,是减少化学药剂使用的重要措施。因此,综述绿肥对土传病害的防控效果与机制,对于绿肥推广应用和土传病害绿色防控具有重要意义。绿肥影响作物土传病害的研究主要集中于土传真菌病害和线虫病害,且大多数研究表明,绿肥可通过增强主作物整体抗病水平,对病原菌的化感抑制作用和改善土壤理化性质,增加土壤微生物中拮抗菌多样性和丰富度等,显著降低主作物土传病害发病率和严重程度。然而,绿肥影响主作物病害的作用机制研究不够深入,绿肥-主作物搭配模式和绿肥调控主作物病害的社会经济学效益仍需探究。同时,加强绿肥-主作物病害一体化防控及绿肥与根际促生菌、生防菌等其他有机改良剂或与适当的化学防控措施之间协同作用的研究,是未来需要加强的研究方向。

南方稻田紫云英作冬绿肥的增产节肥效应与机制

本文对我国南方稻田紫云英作冬绿肥以及紫云英与稻草共同利用的增产和节肥效应及其植物营养学、土壤微生物学等相关作用机制进行综述。2008—2019年间开展的11个联合定位试验结果(n=930)表明,冬种紫云英在不减肥或者减肥20%条件下增产效果显著,水稻产量增加幅度分别为6.53%和4.15%;在减施40%化肥时可保障水稻与常规施肥相比不减产。紫云英的增产和节肥效应随种植年限的增加而增强,5个联合定位试验连续7年的监测结果表明,冬种紫云英减施40%化肥条件下,紫云英种植第一年相对常规施肥增产0.87%,至种植第7年增幅为3.98%。紫云英与稻草联合利用是近些年稻区推行的重要技术模式,2016—2019年间开展的7个联合定位试验结果(n=342)表明,紫云英-稻草联合还田相对于单独稻草还田,水稻产量增加了11.71%。本文分别从优化水稻产量构成、促进水稻养分吸收、提升土壤肥力3方面阐释了紫云英作冬绿肥的增产、节肥机制。稻田冬种紫云英可增加水稻有效穗数和每穗实粒数,优化了产量构成。与常规施肥相比,紫云英配施减量化肥的水稻吸氮量增加了6.4%~6.9%,氮肥利用率提高了6.6%~31.1%。稻田种植紫云英使土壤碳、氮库得到培育,土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性提高,土壤速效养分、土壤物理性状明显改善。以有机质和全氮为例,相比常规施肥处理,种植翻压紫云英后减施20%和40%化肥处理的土壤有机质含量分别增加3.95%和4.15%,土壤全氮含量分别增加1.22%和1.74%。在紫云英调控土壤微生物及氮转化机制方面,冬种绿肥有利于土壤微生物的生长繁殖,增强与微生物活性密切相关的土壤酶活性,并通过改变土壤微生物的群落结构及功能微生物影响土壤养分循环。紫云英配施减量化肥可提高土壤固氮菌丰度,通过合理的调控措施可优化紫云英的生物固氮作用。硝化作用对冬绿肥的响应在不同类型土壤中有较大差异,碱性水稻土中冬种绿肥可通过抑制硝化作用降低氮素淋失风险,氨氧化微生物群落结构的变化是冬绿肥影响硝化作用的重要机制。通过近十多年来的研究,逐渐明晰了我国南方稻田冬种紫云英的增产、节肥效应及其机制,为今后稻田绿肥的效应与机制研究提供了重要借鉴和参考。

不同根瘤菌与紫云英主栽品种的共生匹配性

研究不同根瘤菌与我国紫云英主栽品种的共生匹配性,筛选广谱且固氮能力强的菌株用于接种,对提高紫云英固氮能力具有重要的实践意义。本研究以8株分离自不同主产区的根瘤菌和8个紫云英主栽品种为研究对象,水培试管验证8株根瘤菌中有6株可以与8个主栽品种建立良好的共生关系,选取共生效果较好的4株进行蛭石盆栽复筛试验,测定紫云英的有效瘤数、根瘤鲜重、固氮酶活性、干重、氮素积累量。结果显示,与不接种的阴性对照相比,接种根瘤菌能显著增加紫云英的干重和氮素积累量。不同紫云英品种与4株复筛菌株共生固氮体系中地上部及地下部干重、地上部及地下部氮素积累量分别是不接种对照的3。23~7。12倍、1。64~4。12倍、12。72~37。84倍和5。42~13。63倍。不同紫云英品种与4株复筛菌株共生固氮体系的固氮能力有差异,弋江籽、宁波大桥与4株复筛菌株共生固氮体系中的地上部及地下部干重、地上部及地下部氮素积累量显著高于信紫1号,分别是信紫1号的1。78~1。87倍、1。68~1。99倍、1。14~2。08倍、1。74~2。40倍。菌株7653R与8个主栽品种的共生固氮体系中平均有效瘤数、根瘤鲜重、固氮酶活性显著大于其他3株菌株,是其他3株菌株的1。17~1。19倍、1。15~1。22倍、1。38~1。45倍。双因素交互分析显示根瘤菌菌株对紫云英的有效瘤数、根瘤鲜重、干重、氮素积累量的贡献率为50。79%~87。64%,大于紫云英品种(7。17%~32。83%)。本研究初步建立了不同根瘤菌菌株与紫云英主栽品种的匹配关系,为在田间试验中进一步筛选和应用这些菌株提供了理论支撑。

连续种植翻压紫云英减施化肥对江西早稻产量、品质及土壤肥力的影响

【目的】研究化肥减施下紫云英不同翻压量对南方双季稻区早稻产量和稻米品质的影响,以期为南方稻田化肥减施和优质稻米生产提供理论依据。【方法】多年定位试验始于2008年,试验点位于江西省鹰潭市余江区,设冬闲不施肥对照(CK)、冬种紫云英不施肥(MV)、施用100%化肥(F100,常规施肥)、施用15000 kg/hm^(2)紫云英+80%化肥(G1F80)、22500 kg/hm^(2)紫云英+80%化肥(G1.5F80)、30000 kg/hm^(2)紫云英+80%化肥(G2F80)、37500 kg/hm^(2)紫云英+80%化肥(G2.5F80)共7个处理。分析了减施化肥条件下翻压不同量紫云英对水稻多年产量、产量构成以及2020年早稻稻米外观品质、淀粉、蛋白质、脂肪含量以及氨基酸组分的影响。【结果】化肥减量20%条件下,翻压不同量的紫云英提高了水稻产量和有效穗数,G2F80和G2.5F80处理相对常规施肥处理(F100)水稻多年平均产量分别增加了6.3%和8.0%,其中G2.5F80处理的产量达7.17 t/hm^(2),有效穗数较F100处理显著提高7.4%。翻压不同量紫云英能够影响土壤理化性质,其中G2F80处理能在维持土壤速效养分含量的基础上,较F100处理显著提高土壤有机质13.1%、全氮12.8%。减量化肥条件下紫云英翻压量较低时,会降低稻米外观品质和蒸煮食味品质,G2.5F80处理稻米外观品质与蒸煮食味品质与F100处理无显著差异。相较F100处理,G2.5F80处理稻米蛋白质含量和氨基酸总量分别提高了19.1%和59.4%,MV处理的人体必需氨基酸含量提高了49.8%;G1.5F80处理的赖氨酸和异亮氨酸含量最高,相较F100处理分别增加了147.6%和145.7%。【结论】化肥减施下翻压紫云英能够有效改善土壤肥力,进而提高水稻产量和稻米的营养品质,但紫云英翻压量较低时在一定程度影响了稻米的外观品质和蒸煮食味品质。其中翻压37500 kg/hm^(2)紫云英配施80%化肥综合效果最好。