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。

不同有机肥与化肥配施对氮素利用率和土壤肥力的影响

【目的】不同类型畜禽粪便有机肥在成分和性质上存在明显差异,本文研究了华北地区主要有机肥与化肥以不同比例配施后,对作物氮素吸收利用及土壤养分的影响,以期为本地区有机肥的科学利用提供理论依据和数据支撑。【方法】在华北平原冬小麦–夏玉米种植区进行田间试验。以推荐养分施用量(每季作物N 225kg/hm^2)为基础,设置了1个常规单施化肥处理(CF),12个鸡粪、猪粪和牛粪氮分别与化肥氮配比处理(有机肥氮素占比25%、50%、75%、100%),化肥及3种有机肥的加倍单施处理,同时设1个不施肥处理为对照,共18个处理。分析了作物的氮素吸收量、氮素利用效率,测定了0-20、20-40 cm土层土壤氮、磷、钾含量。【结果】常规施肥量下,单施鸡粪、猪粪、牛粪处理的氮素收获指数(NHI)均与化肥处理相当,平均为79.06%;单施牛粪处理的氮素生理利用率(NPE)为64.42 kg/kg,显著高于化肥处理;而单施鸡粪、猪粪处理的NPE与化肥处理相当,平均为55.14 kg/kg。与常规施肥量相比,加倍施用鸡粪、猪粪和化肥处理的显著降低NHI值和NPE值,而加倍牛粪处理的NHI与NPE值没有降低。牛粪、鸡粪、猪粪与化肥配施的处理间NHI与NPE值均未表现出显著性差异,且与单施化肥的处理相当。常规施氮量下,单施猪粪、鸡粪处理的氮素偏生产力(PFP)和回收率(NRE)接近,均值为分别39.67 kg/kg和41.85%,达到了单施化肥处理的水平,而牛粪处理的氮素PFP以及NRE仅为29.08 kg/kg和15.6%,显著低于化肥、鸡粪和猪粪处理。与常规施氮量相比,加倍施用牛粪、鸡粪、猪粪和化肥处理的氮素的PFP值平均降低了49.1%,氮肥NRE值平均降低了23.2%。牛粪、鸡粪、猪粪与化肥各配施比例处理的氮素PFP和NRE值均达到了单施化肥的水平。与单施化肥相比,单施有机肥以及有机无机配施没有明显提高土壤全氮含量,但显著提高有效磷和速效钾含量,单施鸡粪、猪粪处理土壤表层有效磷含量分别是单施化肥处理的5.82和7.06倍。【结论】推荐施肥量下,鸡粪或猪粪单独施用或配施少量化肥氮,牛粪配施75%左右的化肥氮可实现与化肥相当的氮素利用效率,同时提升土壤肥力。在实际生产中应根据有机肥特性调节有机肥与化肥配施比例,实现有机肥的科学利用。

不同有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响

【目的】探讨本地区主要类型有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响,为不同类型有机肥的科学施用提供理论依据。【方法】2014年10月-2015年9月在山东省中国农业科学院禹城试验基地进行了冬小麦–夏玉米田间小区试验,供试小麦品种为‘济麦22’,玉米品种为‘郑单958’。在常规施氮量(N225 kg/季)基础上,设化肥(CF)、鸡粪(CHM)、猪粪(PM)和牛粪(CM)单施以及化肥分别与3种有机肥配施处理(化肥氮分别占25%、50%、75%),13个处理;加倍施氮量下,有机肥和化肥单施(DCF、DCHM、CPM、DCM)4个处理;1个不施肥处理(CK),共计18个处理。测定了小麦和玉米产量、N2O排放通量和NH3挥发通量。【结果】常规施氮量(N 225 kg/hm^2)下,单施鸡粪或猪粪的小麦、玉米产量与化肥相当,单施牛粪比化肥处理减产。分别与CF、CHM、PM、CM相比,DCF、DCHM、DPM处理无增产效果,DCM处理玉米表现为增产。猪粪和鸡粪与化肥各配施比例处理的小麦、玉米产量间无显著差异,且均与单施化肥处理相当;牛粪与化肥配施处理的小麦产量随化肥配施比例的提高而提高,玉米产量各配施比例处理间无显著差异。CF处理周年NH3挥发量为39.63 kg/hm^2,是单施有机肥处理的37~53倍;单施化肥处理的NH3排放系数接近9%左右,单施有机肥处理的NH3排放系数只有0.2%左右。有机肥与化肥配施的处理周年NH3挥发总量随化肥配施比例增加而明显增加,当化肥配施比例达到75%时,周年NH3挥发总量与单施化肥处理相当。CF处理的周年N2O排放总量为2.85 kg/hm^2,高于单施有机肥处理,三种有机肥N2O周年排放量由大到小依次为猪粪(2.51 kg/hm^2)>鸡粪(1.91 kg/hm^2)>牛粪(1.85 kg/hm^2)处理;加倍施用化肥和有机肥的N2O排放量平均为常规施氮量的1.5倍以上。有机肥与化肥配施的处理周年N2O排放总量随化肥配施比例增加而明显增加,当化肥配施比例达到50%时,周年N2O排放总量达到或超过了单施化肥处理。CF处理N2O排放系数为0.4%左右,有机肥处理N2O排放系数为0.3%左右。有机肥处理的NH3挥发和N2O排放主要发生在小麦季,化肥处理主要发生在玉米季。加倍施肥均会明显增加NH3挥发总量和N2O排放总量,但不影响二者的排放系数。【结论】不同粪肥与化肥配施对作物产量、田间N2O排放和NH3挥发的影响有明显差异。推荐施肥量下,鸡粪或猪粪不配施或配施少量化肥(<50%),牛粪配施75%左右的化肥可实现与化肥相当的作物产量,同时减少农田氮肥气态损失。

中低分子量腐殖酸提高冬小麦磷吸收和产量的机理

【目的】研究不同分子量腐殖酸与磷肥复合制备的腐殖酸磷肥对作物和土壤磷有效性的影响,为腐殖酸磷肥研发和磷素高效利用提供理论依据。【方法】利用超滤分级方法,将风化煤腐殖酸分子量分为> 100 kDa、10~100 kDa和<10 kDa 3个部分,获得高(HAH)、中(HAM)、低(HAL)不同分子量的腐殖酸,采用磷酸与KOH反应法制备普通磷肥(P)、未分级腐殖酸磷肥(PHA)、高分子量腐殖酸磷肥(PHAH)、中分子量腐殖酸磷肥(PHAM)和低分子量腐殖酸磷肥(PHAL) 5种磷肥。采用深100 cm、内径25 cm的土柱进行冬小麦栽培试验,按等磷量原则,设置P、PHA、PHAH、PHAM、PHAL 5个施磷处理,同时设置与4个施磷处理对应的等量腐殖酸处理(HA、HAH、HAM、HAL),以不施磷肥为对照CK。测定小麦产量及产量构成因素、植株磷含量及不同层次土壤有效磷含量。【结果】1)与CK相比,腐殖酸处理(HA、HAH、HAM、HAL)小麦增产不明显。与普通磷肥相比,PHA、PHAM和PHAL处理产量显著提高了14.73%、18.84%、21.37%(P <0.05),3个处理间产量差异不显著,PHAH增产不明显。PHAL处理千粒重显著高于普通磷肥处理,其余3个腐殖酸磷肥处理增幅未达显著水平。2) PHA、PHAM和PHAL处理籽粒吸磷量较普通磷肥处理分别显著提高14.97%、19.45%、22.68%,而PHAH增幅未达显著水平;腐殖酸磷肥处理间秸秆吸磷量没有显著差异。3)与普通磷肥相比,PHA、PHAH、PHAM、PHAL磷肥偏生产力和农学效率分别提高14.71%、6.01%、18.82%、21.35%和14.95%、1.66%、20.18%、23.03%,磷肥表观利用率分别提高2.93、0.51、4.52、5.41个百分点,也以中、低分子量腐殖酸磷肥效果最为明显,腐殖酸中的氧烷基碳、羧基/酰胺基碳、烷基碳结构与小麦籽粒产量和磷肥利用率具有正相关性,与芳香碳、芳香C―O负相关。4) 4个腐殖酸磷肥处理间及其与普通磷肥处理间0—20、20—40、40—60 cm土层土壤有效磷含量差异不显著。【结论】田间土柱栽培条件下,单施腐殖酸对小麦没有表现出明显的增产效果。腐殖酸中的氧烷基碳、羧基/酰胺基碳、烷基碳结构与小麦磷素吸收具有正相关性,低分子量腐殖酸具有较多的烷基碳、氧烷基碳、羧基/酰胺基碳结构,因而低分子量腐殖酸提高磷肥中磷素利用率的作用好于中分子量腐殖酸,而高分子量腐殖酸的效果不显著。

长期单施不同量化肥和有机肥后盐化潮土pH和EC的变化

【目的】研究长期单施不同量有机肥和化肥对华北平原盐化潮土区土壤pH和EC的影响,以期为本地区科学实施有机肥替代化肥提供数据支撑和理论依据。【方法】本研究以始于2006年的长期定位试验为研究平台,在冬小麦–夏玉米一年两熟种植制度下,有机肥和化肥处理均设置10个氮水平,N 0、60、120、180、240、300、360、420、500和600 kg/hm^2,共计19个处理,监测了连续施用不同量化肥和有机肥10年共20季作物后潮土的EC和pH值。【结果】单施化肥N 60、120、180、240 kg/hm^2的土壤EC分别为232、280、220和258μS/cm,与不施肥处理CK的243μS/cm差异不显著(P> 0.05);化肥氮量为N 300、360、420、500和600 kg/hm^2处理,土壤EC分别为320、403、513、516和570μS/cm,显著高于CK和N 60~240kg/hm^2处理(P <0.05)。10年20季播种作物后,不施肥处理土壤pH基本在7.97上下波动,化肥处理N从60增加到600 kg/hm^2,土壤pH分别为7.96、7.89、7.88、7.85、7.83、7.72、7.53、7.51和7.42,随着肥料用量的增加呈显著降低趋势(P <0.05)。肥料类型对黄淮海地区盐化潮土土壤EC和pH存在显著影响。化肥氮量为N 60、120、180、240 kg/hm^2处理与有机肥氮量N 60、120、180、240处理土壤EC和pH类似,分别相差为9.90、–15.9、26.4、1.76μS/cm和–0.04、0、0.03、0.02,差异均未达显著水平,但随着肥料投入量的增加,差距越来越明显,且与施肥量呈显著线性相关(P <0.05)。化肥N 300、360、420、500、600 kg/hm^2处理比同量有机肥氮处理的土壤EC值分别高42.1、90.5、195、110、188μS/cm,土壤pH分别低0.08、0.09、0.18、0.18、0.14个单位,差异达显著水平(P <0.05)。【结论】在华北盐化潮土上,化肥和有机肥氮投入量不超过240kg/hm^2范围内,连续施用10年20季作物后,均未发现对土壤EC值和pH有不利影响,施化肥和有机肥的土壤EC值和pH差异不显著。然而,氮投入量超过300 kg/hm^2后,等养分化肥土壤EC值显著高于有机肥,pH显著低于有机肥。因此,要提高盐化潮土的养分投入,应控制化肥用量,依靠有机肥投入,维持土壤pH和土壤EC的稳定。

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%。

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。

潮土小麦-玉米轮作体系氮肥用量阈值及土壤硝态氮年际变化

【目的】合理施氮是粮食高产、稳产的重要保证。研究不同施氮水平下作物产量的可持续指数以及土壤硝态氮年际迁移特征,对指导黄淮海地区冬小麦-玉米轮作体系下农田氮肥的合理施用具有重要意义。【方法】长期定位试验始建于2006年,设置10个施氮水平:0、60、120、180、240、300、360、420、500和600 kg/hm^2。测定冬小麦和夏玉米产量及土壤剖面(0—200 cm)硝态氮含量的年际变化特征。【结果】施氮水平显著影响冬小麦-夏玉米轮作体系下作物产量,施肥年限以及施肥年限与施肥量间的交互作用对小麦、玉米产量也存在极显著影响。施N 0~240 kg/hm^2的处理,小麦、玉米产量随施氮量的增加逐渐增加;施N 300~600 kg/hm^2的处理作物产量基本稳定,处理间差异不显著(P>0.05)。施氮能显著提高冬小麦产量的可持续性指数(P<0.05),但对夏玉米产量的可持续指数影响较小。随着施氮量增加,土壤硝态氮含量呈现逐渐增加的趋势,且施N量低于300 kg/hm^2时,0—200 cm土层硝态氮含量均处于较低水平,施氮量超过300 kg/hm^2后,土壤硝态氮含量显著增加。另外,随着试验年限的延长,土壤硝态氮累积峰逐渐下移,2008、2011和2017年土壤硝态氮含量峰值分别在40—60 cm、80—120 cm和80—160 cm。【结论】黄淮海盐化潮土区,冬小麦-夏玉米轮作制度下氮合理用量在冬小麦上的阈值为240 kg/hm^2、在夏玉米上的阈值为180 kg/hm^2,在此氮肥用量下,长期施肥既可保证作物(小麦、玉米)稳产,又不会显著增加土壤硝态氮残留及向下迁移。

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。

长期不同施肥潮土活性有机氮库组分与酶活性对外源牛粪的响应

【目的】研究不同施肥制度下潮土中活性有机氮库及酶活性对新添加有机物料的响应机制,可深入理解不同施肥制度培肥土壤、提高土壤基础地力的机理。【方法】供试土壤采集于从1986年开始的长期定位试验处理,包括CK (不施肥)、OF (常量有机肥)、CF (常量化肥)、OCF (常量有机无机配施) 4个处理。通过室内恒温培养试验,研究添加等氮量牛粪后长期不同施肥潮土有机氮库组分(微生物量氮、可溶性有机氮和颗粒有机氮)含量及土壤酶(α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、纤维二糖水解酶、磷酸酶、过氧化物酶和酚氧化酶)活性的变化特征。【结果】首先,无论添加牛粪与否,土壤全氮、可溶性有机氮和颗粒有机氮含量均随培养时间呈上升趋势或与初始时期差异不显著;添加牛粪的长期不施肥与施化肥处理土壤微生物量氮含量显著低于相同处理不添加牛粪的土壤微生物量氮含量。其次,培养结束后,添加牛粪增加了长期不同施肥潮土全氮、可溶性有机氮和颗粒有机氮含量,分别提高了5.43%~15.49%、5.83%~69.42%及9.75%~42.29%,却降低了土壤微生物量氮含量16.91%~62.10%。另外,施肥、添加牛粪及其交互作用对土壤酶活性具有显著影响(P <0.05);无论添加牛粪与否,不同施肥处理土壤氧化酶(过氧化物酶和酚氧化酶)活性显著低于不施肥处理,不同施肥处理的土壤水解酶活性却呈现不同的变化趋势。不添加牛粪情况下,长期施肥显著提高了除β-葡萄糖苷酶以外的土壤水解酶活性;其中与长期不施肥处理相比,长期施用化肥土壤β-木糖苷酶和β-纤维素酶分别提高了208.74%和180.75%。添加牛粪情况下长期施用有机肥土壤β-葡萄糖苷酶和β-纤维素酶比不施肥分别提高了201.40%和308.04%;冗余分析(redundancy analysis,RDA)显示,添加与不添加牛粪条件下土壤酶活性的关键环境驱动因子不同,在不添加牛粪时为可溶性有机氮,添加后其关键驱动因子为全氮和可溶性有机氮。【结论】不同施肥制度下土壤微生物量氮、可溶性有机氮、颗粒有机氮与土壤全氮之间呈显著正相关;室内好气培养条件下,添加牛粪显著提高了长期不同施肥潮土的全氮、可溶性有机氮、颗粒有机氮含量,却显著降低了土壤微生物量氮含量;不同施肥制度下土壤酶活性差异显著,牛粪的添加改变了影响长期不同施肥潮土酶活性的关键环境因子。

氮锌配施对作物产量、品质及养分吸收利用的影响研究进展

锌是作物生长必需的微量元素之一,在作物生长发育过程中起着至关重要的作用。但众所周知,锌肥施入土壤后有效性下降,利用率较低,提高锌肥有效性一直以来广受关注。而氮是作物生长发育所必需且需求量较大的营养元素,与锌元素具有协同效应,氮锌科学配施不仅可以提高锌肥有效性,也能提高氮肥利用率,并能促进作物生长和养分吸收,提高产量,但氮锌的这种协同作用因土壤类型、作物种类等的不同而不同。所以了解氮锌配施在不同土壤类型、不同作物上的应用效果及其影响因素具有重要的生产意义。通过查阅大量文献,对氮锌肥配施在不同土壤类型、不同作物上的应用效果进行了综述,并分析了氮锌配施效果的影响因素。结果显示,氮能促进作物对锌的吸收和转运,提高作物籽粒中锌的浓度;锌可通过促进氮的代谢过程,提高作物对氮素的吸收利用。氮锌配施具有明显的协同效应:(1)促进作物生长,提高作物产量,改善作物品质;(2)增加作物对氮、锌的吸收。但这种协同效应受作物种类、土壤性质、氮锌配施比例及配施方式等因素的影响,导致氮锌配施的应用效果也不同,在生产中应根据不同土壤和作物科学配施氮锌,以实现高产高效。氮锌科学配施能够促进作物高产、优质,但目前关于氮锌配施的作用机理研究还较少,氮锌配施技术也还有待进一步优化。因此,未来应加强氮锌互作机理研究,明确不同条件下氮锌配施最优比例及方式,从而为促进锌高效利用及研发氮锌肥料新产品提供技术依据和理论指导。

有机物料与化肥配施改良盐碱耕地的效果研究

为促进盐碱耕地的快速改良和高效利用,研究了鲁西北内陆盐碱耕地在等氮量投入条件下施用有机物配施化肥对盐碱耕地的改良作用和效果,试验设置了对照(不施肥),单施化肥,牛粪与化肥配施,麦秸与化肥配施共4个处理,各施肥处理按等氮量投入。结果表明,每公顷施用牛粪75m3配施化肥、麦秸75000kg与化肥配施的改良作用明显优于单施化肥和对照处理。(1)耕层0~20cm土壤有机质变化:施用牛粪加化肥处理由8.07g/kg提高到11.18g/kg,增加了3.11g/kg;麦秸加化肥处理由8.26g/kg提高到10.16g/kg,增加了1.90g/kg;而单施化肥处理由8.16g/kg提高到8.52g/kg,增加了0.36g/kg,与不施肥(对照)无显著差异;(2)耕层EC值改变:施用牛粪加化肥处理由1.08dS/m降低到0.43dS/m,减少60.8%,盐渍化等级由中度改良为轻度;麦秸与化肥配施由1.05dS/m降低到0.68dS/m,减少35.5%,盐渍化等级由中度改良接近为轻度;单施化肥由1.07dS/m降低到0.88dS/m,降幅为17.8%;盐渍化等级无明显变化;(3)土壤物理性状:牛粪与化肥配施和麦秸配施化肥处理的土壤总孔隙度分别增加38.5%和23.0%,土壤真菌、细菌和放线菌数量均有大幅度增加,土壤转化酶活性有显著提高;(4)作物产量大幅提高:冬小麦季,对照为738kg/hm^2,单施化肥为3832kg/hm^2,牛粪配施化肥达到6386kg/hm^2,麦秸配施化肥达到4418kg/hm^2,与单施化肥产量相比,牛粪与化肥配施增产65%,麦秸与化肥配施增产15%;夏玉米季,对照为1528kg/hm^2,单施化肥为4263kg/hm^2,牛粪配施化肥达到7616kg/hm^2,麦秸配施化肥达到6352kg/hm^2,与单施化肥产量相比,牛粪与化肥配施增产79%,麦秸与化肥配施增产49%。因此,盐碱地采取牛粪或麦秸与化肥配合施用,可增加土壤微生物数量,改善土壤结构,降低土壤盐分,大幅提高作物产量,是快速、绿色、高效改良盐碱地的有效措施。

锌与尿素物理混合和熔融混合对玉米产量及肥料氮、锌利用的影响

【目的】研究锌与尿素以不同混合方式施用对玉米干物质量、籽粒产量及氮、锌利用的影响,以期为锌与尿素科学配施及新型含锌尿素的研制提供理论与实践依据。【方法】将硫酸锌(ZnSO_(4)·7H_(2)O)按0.5%和5%(W/W)添加量与^(15)N标记尿素分别进行物理混合(U+Zn)和熔融混合(UZn),制备^(15)N标记的含锌尿素试验产品:U+Zn0.5、U+Zn5、UZn0.5和UZn5。设置玉米土柱栽培试验,包括分别施用以上4种含锌尿素,另外还包括单施尿素(U)、硫酸锌和不施氮肥(CK)共7个处理。玉米成熟后,将植株地上部样品分为茎秆、叶片、苞叶、穗轴、籽粒5部分,调查分析干物质量、氮锌含量和^(15)N丰度;采集0—30、30—60、60—90 cm土层的土壤样品,测定氮和有效锌含量以及^(15)N丰度。【结果】熔融含锌尿素处理(UZn0.5、UZn5)的玉米穗粒数显著高于普通尿素和物理混合含锌尿素处理,UZn0.5与UZn5之间无显著差异。UZn0.5和UZn5处理的玉米总吸氮量和肥料氮吸收量显著高于普通尿素处理。另外,与普通尿素相比,锌与尿素熔融混合提高了籽粒锌累积量,其中UZn0.5处理较U处理显著提高62.08%(P<0.05)。在0.5%水平下,UZn0.5处理较U+Zn0.5处理提高了籽粒锌累积量,其锌肥利用率提高了2.4倍。在熔融混合方式下,0.5%用量(UZn0.5)的籽粒锌累积量较5%用量(UZn5)显著提高46.82%(P<0.05),锌肥利用率提高8.43个百分点。UZn0.5在0—60 cm土层的肥料氮残留量显著高于U+Zn0.5和U处理,且UZn0.5处理肥料氮在施肥层(0—30 cm)的残留量显著高于UZn5处理;物理和熔融法制备的含锌肥料氮的损失率均低于普通尿素处理,熔融法肥料又低于物理混合肥料。【结论】将硫酸锌与尿素熔融混合较物理混合更能够增加玉米干物质量和籽粒产量,促进玉米对肥料氮和锌的吸收,增加籽粒氮、锌累积量。与物理混合法相比,熔融法制备的含锌尿素可提高肥料氮在土壤中的残留量,降低肥料氮的损失率。施用熔融法制备的含0.5%硫酸锌尿素可提高土壤肥料氮残留及降低肥料氮损失,效果优于含5%硫酸锌尿素。

尿素融合葡萄糖对潮土中尿素的水解及相关酶活性的影响

【目的】研究小分子有机物葡萄糖对尿素在石灰性潮土中的转化特征及相关土壤酶活性的影响,为小分子有机物在提高氮肥利用效率中的应用提供理论依据。【方法】将葡萄糖按0.5%、1%、5%和10%的比例与尿素熔融制成4种含葡萄糖尿素试验产品:GU0.5、GU1、GU5和GU10。采用土壤培养法,设置6个处理:不添加尿素对照(CK)、普通尿素(U)和4种含葡萄糖尿素(GU0.5、GU1、GU5、GU10),除CK外,其它处理施氮量均为N 0.3 g/kg,干土。肥料与土壤混匀装入培养瓶,于25℃下恒温培养,于培养第0.5、1、3、5、7、14及21天进行采样,进行土壤pH、铵态氮含量、硝态氮含量以及土壤脲酶活性的测定。另外,第0.5、1、3与5天采集的土壤样品测定尿素态氮含量;第3、5与14天采集的土壤样品测定β-葡萄糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶活性。【结果】1)培养第0.5天,含葡萄糖尿素(GU)处理的土壤尿素态氮含量较普通尿素处理高了1.9%~12.2%;培养至第3天,含葡萄糖尿素加快了尿素的水解,且葡萄糖用量最高的尿素(GU10)水解最快;2)培养至第3~7天,4种含葡萄糖尿素处理的土壤铵态氮含量较普通尿素处理提高了19.0%~26.2%,硝态氮含量提高了16.5%~30.9%;3)与普通尿素处理相比,在培养至第3~14天,含葡萄糖尿素处理的土壤脲酶活性平均提高了6.9%~8.5%;培养至第3天,GU处理的土壤β-葡萄糖苷酶活性显著提高了6.3%~9.0%,GU10处理的土壤亮氨酸氨基肽酶活性显著提高了21.3%;培养至第5天,GU5和GU10处理的土壤乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著提高了47.8%和52.4%;4)在培养至第3天时,土壤铵态氮、矿质态氮含量与脲酶、β-葡萄糖苷酶以及乙酰氨基葡萄糖苷酶活性呈显著或极显著正相关,硝态氮含量与β-葡萄糖苷酶活性呈极显著正相关,pH与β-葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶活性呈极显著负相关。【结论】将葡萄糖与尿素熔融结合为含葡萄糖尿素,可先减缓后促进尿素在潮土中的分解转化,增加了土壤矿质氮含量;施入土壤3~5天内对土壤脲酶、β-葡萄糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶活性影响最大;矿质态氮在培养前期与相关土壤酶活性存在显著正相关关系,而土壤pH与相关土壤酶活性存在显著负相关关系。

小分子有机酸改性尿素的多谱学分子结构表征

尿素是我国主要的氮肥品种,但其活性高,在土壤中水解后极易通过挥发和淋洗损失,利用率低,造成养分资源浪费并污染环境。使用有机酸对尿素进行改性可以延缓尿素分解,提高尿素利用率,但有机酸与尿素的结合方式及其增效机理尚不明确。研究中选取柠檬酸和水杨酸两种小分子有机酸作为添加剂,分别加入到熔融尿素中,获得柠檬酸尿素与水杨酸尿素。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析材料的化学结构,利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)研究材料的物质组成及相对分子质量,尝试通过以上多谱学的分析方法,明晰两种有机酸与尿素的结合方式。结果表明,柠檬酸和水杨酸与尿素结合后,FTIR在3348 cm^(-1)处产生了加强的伯胺振动峰,推测小分子有机酸与尿素在伯胺处发生了反应。XPS C(1 s)和N(1 s)图谱分别出现新的碳结构(—CX)和新的氮结构(—NX),降低了柠檬酸/水杨酸中原有羧基碳结构和尿素中酰胺基氮结构的相对含量,O(1 s)图谱出现C—OH化学键断裂,表明,柠檬酸/水杨酸的羧基与尿素的酰胺基相互作用生成了新的物质。LC-MS分析发现柠檬酸尿素/水杨酸尿素中的新物质可能是柠檬酸/水杨酸的羧基与尿素的酰胺基发生脱水反应,生成含有O=C-NH-C(O)-NH_(2)结构的物质。因此,利用光谱分析等手段明晰了有机酸与尿素的结合方式与结合产物特征,为有机高分子与尿素反应机理的研究提供了理论依据,为后续高效肥料增效剂的筛选提供了方向。

锌与磷肥混合方式对土壤中磷、锌有效性的影响

【目的】研究了锌与磷肥分别以物理混合和反应混合的方式结合后施用对土壤中锌、磷有效性的影响,为磷肥与锌肥的科学配施及高效利用提供科学依据。【方法】将锌肥(ZnSO_(4)·7H_(2)O)分别按0.5%和5%的质量比与磷酸氢二钾进行物理混合(P+Zn)和反应混合(PZn)后,制备含锌磷肥分别为P+Zn0.5、P+Zn5、PZn0.5和PZn5。利用X射线光电子能谱(XPS)和核磁共振波谱(NMR)分析锌与磷肥以不同方式结合对磷、锌化学结构和形态的影响;利用土壤培养试验,研究锌与磷肥以不同方式结合后施用对土壤有效锌和有效磷含量、土壤碱性磷酸酶活性及土壤pH的影响。试验设置8个处理:1)不施任何肥料(CK对照);2)施用普通磷肥(P);3)单施ZnSO_(4)·7H_(2)O 0.28 mg/kg(Zn0.5);4)单施ZnSO_(4)·7H_(2)O 2.81 mg/kg(Zn5);5)施用含锌磷肥P+Zn0.5(P+Zn0.5);6)施用含锌磷肥P+Zn5(P+Zn5);7)施用含锌磷肥PZn0.5(PZn0.5);8)施用含锌磷肥PZn5(PZn5)。其中,处理2)、5)、6)、7)和8)的磷用量相同,处理3)、5)和7)的锌用量相同,处理4)、6)和8)的锌用量相同。【结果】1)与单施锌肥相比,锌与磷肥以物理混合(P+Zn)和反应混合(PZn)两种方式结合后施用均可提高土壤有效锌含量,4种含锌磷肥(P+Zn0.5、P+Zn5、PZn0.5、PZn5)分别使土壤有效锌含量提高了2.90%、12.17%、24.64%和10.86%,同样含锌量下反应制备的含锌磷肥(PZn0.5、PZn5)的效果比物理混合(P+Zn0.5、P+Zn5)的显著高出21.13%、7.37%。与PZn5处理相比,PZn0.5处理的土壤锌固定率可降低10.49个百分点。2)土壤培养60天时,PZn0.5和PZn5处理的土壤有效磷含量较普通磷肥分别提高5.76%和5.70%,P+Zn0.5、PZn0.5和PZn5处理的土壤磷固定率分别降低了3.33、2.74和0.57个百分点。3)在培养初始期,PZn0.5、PZn5处理可提高土壤碱性磷酸酶活性,以PZn0.5处理的效果好于PZn5处理,培养后期PZn0.5、PZn5处理可降低土壤pH,PZn0.5处理的降幅大于PZn5处理。【结论】施用物理混合或反应混合制备的含锌磷肥均可减少土壤对锌的固定,由于反应生成的含锌磷肥可降低土壤pH,其减少锌固定的效果优于物理混合,而且还可减少磷在土壤中的固定。以添加0.5%的硫酸锌反应制备的磷肥效果更好。

锌与磷肥不同混合方式对玉米产量及磷、锌利用的影响

【目的】研究锌与磷肥以不同混合方式施用对玉米干物质量、籽粒产量及磷、锌利用率的影响,以期为锌与磷肥科学配伍及新型含锌磷肥的研制提供理论依据。【方法】将七水硫酸锌(Zn)按0.5%和5%(W/W)的添加量与磷肥(P)分别进行物理混合(P+Zn)和反应混合(PZn),制备含锌磷肥试验产品:P+Zn0.5、P+Zn5、PZn0.5和PZn5。采用玉米土柱栽培试验,设置8个处理,包括分别施用以上4种含锌磷肥(P+Zn0.5、P+Zn5、PZn0.5和PZn5)、普通磷肥(P)和硫酸锌(Zn0.5、Zn5),以不施肥为对照(CK)。所有肥料均作为基肥一次性施入土柱0—30 cm土层。玉米成熟后,收获、考种,测定玉米植株不同部位(茎秆、叶片、苞叶、穗轴、籽粒)干物质量、磷和锌含量,以及采集0—30、30—60、60—90 cm土层土壤速效磷和有效锌含量。【结果】1)与普通磷肥相比,锌与磷肥混合处理玉米地上部干物质量和籽粒产量分别平均提高了15.18%、7.70%,反应混合(PZn)效果优于物理混合(P+Zn),PZn主要通过增加穗粒数实现增产,锌肥低添加量PZn0.5增产效果显著优于高添加量PZn5。2)与普通磷肥相比,PZn0.5处理玉米地上部和籽粒磷吸收量分别提高了8.40%和16.67%,磷肥表观利用率提高了5.03个百分点,磷肥农学效率和偏生产力分别提高了41.91%和11.64%;与PZn5相比,PZn0.5的磷肥表观利用率提高4.78个百分点,磷肥农学效率和偏生产力分别提高了14.57%和3.58%(P<0.05)。3)与普通磷肥相比,施用PZn肥玉米籽粒锌累积量平均提高了21.90%(P<0.05);与P+Zn肥相比,施用PZn肥玉米地上部锌累积量平均提高了25.70%,锌肥利用率平均提高了7.83个百分点(P<0.05)。【结论】锌与磷肥混合后施用能够增加玉米干物质量和籽粒产量,其中反应混合方式在提高玉米对磷、锌的吸收量和磷、锌肥利用率以及提高土壤速效磷、有效锌含量等方面的效果优于物理混合,且以硫酸锌0.5%添加量与磷肥反应混合效果最佳。

柠檬酸改性磷肥的结构分析及其对水溶性磷固定率的影响

【目的】磷肥施入石灰性土壤后,易与土壤中的Ca2+等结合生成沉淀,降低磷肥的有效性,进而影响作物对磷肥的吸收利用。本研究将柠檬酸与磷肥复合,研究其复合反应的特征及其对水溶性磷固定率的影响。【方法】采用中和法将预先加有柠檬酸的磷酸与氢氧化钾反应制备柠檬酸改性磷肥。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、^(31)P固相核磁共振技术(^(31)P-NMR)和液相色谱–质谱联用(LC-MS)等手段分析柠檬酸改性磷肥结构,分析柠檬酸与磷肥的反应特征。通过CaCl_(2)沉淀实验测定柠檬酸改性磷肥中水溶性磷的固定率,结合柠檬酸改性磷肥结构特征,探究柠檬酸与磷肥反应对水溶性磷固定率的影响机制。【结果】1)柠檬酸与磷肥反应改变了磷肥的结构:与不添加柠檬酸的磷酸二氢钾肥(CAP0)相比,柠檬酸改性磷肥的FTIR在1088~1077 cm^(–1)出现了磷酸酯(P—O—C)伸缩振动,是柠檬酸改性磷肥中有新物质生成的标志;^(31)P-NMR分析发现,柠檬酸改性磷肥中除在6.60 ppm处检测到与CAP0相一致的K_(2)HPO_(4)位移峰外,还在12.28和4.80 ppm处分别检测到K_(3)PO_(4)和正磷酸单酯的位移峰,积分结果表明,以正磷酸单酯形态存在的磷占改性磷肥总磷量的16.48%。LCMS分析发现,柠檬酸在高温下与磷酸发生脱水反应,柠檬酸中的羟基O—H和磷酸中的P—OH化学键发生断裂,柠檬酸中的氧原子与磷酸中的磷原子发生结合生成磷酸酯(P—O—C)。2)柠檬酸与磷肥反应降低了磷肥的水溶性磷固定率:将柠檬酸以0.2%、0.5%和1.0%的比例添加到磷肥中,制备的柠檬酸改性磷肥均能降低水溶性磷固定率,添加量在0.2%时水溶性磷固定率降低效果显著,固定率为59.52%,低于CAP026.49个百分点,磷酸酯的存在有利于使磷不被Ca2+固定,提高了磷肥有效性。【结论】柠檬酸通过与磷酸发生脱水反应,生成了含有磷酸酯的柠檬酸改性磷肥。柠檬酸与磷肥反应显著降低了磷肥水溶性磷固定率,且柠檬酸微量添加即可达到显著的防磷固定效果,为高效磷肥的研发提供了理论和技术依据。

氧化/磺化腐殖酸对潮土中Cu、Zn、Fe、Mn有效性的影响

[目的]研究比较改性腐殖酸对潮土微量元素有效性的影响及其作用机理,以期为开发提高微量元素有效性的专用腐殖酸功能材料提供科学依据。[方法]采用土壤培养法,将腐殖酸(HA)、氧化腐殖酸(YHA)和磺化腐殖酸(SHA)分别按 30、100、300 mg/kg 用量与干土混匀装入培养瓶中,调节含水量至田间持水量的60%,置于 25℃人工气候箱中进行恒温培养,并保持土壤湿度恒定。分别在培养第 3、7、15、30、60 天取样,测定土壤有效铜、锌、铁、锰含量。[结果]三种腐殖酸对土壤 Cu、Zn、Fe、Mn 有效性的影响大小依次为 HA>YHA>SHA。施用 30~300 mg/kg 腐殖酸(HA)可显著提高土壤有效铜含量,特别是在 15~30 天内,土壤有效铜含量提升幅度可达 51.3%,明显优于氧化腐殖酸和磺化腐殖酸;施用三种腐殖酸 30~300 mg/kg 可在15 天内增加土壤有效锌含量,其中以腐殖酸(HA)效果最好,土壤有效锌含量增幅可达 11.8%~20.3%,优于氧化腐殖酸、磺化腐殖酸;30~100 mg/kg 用量下,施用腐殖酸(HA)可在 15 天内使土壤有效锰含量提升 5.6%,效果优于氧化腐殖酸和磺化腐殖酸,300 mg/kg 用量下,磺化腐殖酸可使土壤有效锰含量提升 13.6%;施用30~300 mg/kg 的腐殖酸(HA)一周后,土壤有效铁含量提高 4.3%~7.2%,磺化腐殖酸或氧化腐殖酸用量分别在 30 mg/kg 和 300 mg/kg 时可提高土壤铁有效性。[结论]施用腐殖酸可显著提升潮土铜的有效性,但对潮土锌、锰、铁有效性的影响呈现出阶段性变化,不同结构腐殖酸对潮土微量元素有效性的影响差异较大,以HA 对元素有效性的影响最大。因此,腐殖酸应用于提升微量元素有效性时,需考虑腐殖酸本身性质及施用时期等因素。

鲁西北地区夏玉米间作大豆适宜模式研究

[目的]研究鲁西北地区夏玉米间作大豆适宜模式。[方法]研究在鲁西北地区夏玉米间作大豆不同种植模式(2行玉米2行大豆、2行玉米3行大豆,3行玉米3行大豆,行距均50 cm)的生物学性状、作物产量,对各种植模式的经济效益等进行比较。[结果]在现代农业机械化生产条件下鲁西北地区夏玉米间作大豆适宜模式以三三式即3行玉米间作3行大豆,行距均为50 cm为佳,该模式与常规夏玉米种植方式相比,少收夏玉米340 kg/hm^2左右,增产大豆近2 200 kg/hm^2,增收7 500元/hm^2左右。[结论]该模式能够实现机械化收割,达到以生产粮食为主要目的,兼收夏大豆的高产、高效、节能的效果。