长期不同施肥模式对我国玉米产量可持续性的影响

采用产量可持续性指数(SYI)对我国22个长期试验点5种施肥模式下的玉米产量可持续性进行了研究。结果表明:玉米SYI受施肥、经纬度和气象因子的影响,据此将玉米产量稳定性划分为3类,不施肥和单施氮肥(N),玉米产量低,产量持续性差,SYI小于0.45,极显著地受到温度、降雨量等气象因子的影响;氮磷肥(NP)配施玉米产量较高,SYI在0.45～0.55,受气象因子的影响较小;氮磷钾肥配施与氮磷钾和有机肥配施(NPK和NPKM),玉米产量高,持续性好,SYI大于0.55,气象因子对其无显著影响。不施肥、单施N和NP肥的玉米SYI与纬度或气象因素间呈显著相关性,而施用NPK和NPKM的SYI相对稳定。

长期不同施肥条件下红壤水稻产量可持续性特征

【目的】研究长期不同施肥处理对红壤性水稻土持续生产及可持续性的影响,为水稻的持续性生产提供参考。【方法】在江西进贤红壤性水稻土长期定位施肥试验点,选取不施肥(CK)、施用氮钾肥(NK)、施用氮磷肥(NP)、施用氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾肥与有机肥配施(NPKM)5个长期施肥处理,分析不同施肥处理下早稻和晚稻产量的变化,并计算水稻产量可持续性指数(Sustainable yield index,SYI),探究长期不同施肥处理对水稻产量演变的影响。【结果】1981-2005年,与CK相比,NK、NP、NPK、NPKM处理均可明显提高早、晚稻的产量,其中NPKM处理的产量均明显高于其他处理。1981-2005年,除NK处理的早稻产量呈极显著下降(70.8kg/(hm2·年))外,其他施肥处理早、晚稻的产量变化均不显著。不同施肥处理下,早、晚稻的SYI值不同,其中NPK、NPKM处理早、晚稻的SYI值均较高,而其他处理的早、晚稻SYI值较低。水稻SYI值与各处理的平均产量呈极显著正相关,而与产量变异系数呈不显著负相关。【结论】可以通过提高水稻产量及其稳定性来提高水稻生产的可持续性,利用SYI评价水稻高产稳产可持续性还需对其进行改进。

冬季作物-双季稻轮作种植模式氮、磷、钾养分循环与产量可持续性特征

研究分析农业生态系统NPK 养分循环和产量的可持续性,对实现养分资源优化管理和农业可持续发展具有重要意义。基于长期冬季作物-双季稻轮作种植定位试验,分析了2004—2017 年冬闲-双季稻、马铃薯-双季稻、紫云英-双季稻、黑麦草-双季稻、油菜-双季稻等轮作种植模式早、晚稻产量的可持续性与稳定性;采用投入产出法(Input-Output Analysis)分析不同轮作种植模式NPK 养分循环与平衡状况。结果表明: 1)黑麦草-双季稻模式早稻产量变异系数与可持续性指数分别为0.09 和0.81,说明稻田冬种黑麦草有利于促进早稻产量稳定性和可持续性的提高;油菜-双季稻模式晚稻产量变异系数与可持续性指数分别为0.07 和0.82,说明稻田冬种油菜有益于晚稻产量稳定性和可持续性的提高;2)长期冬季作物-双季稻轮作种植未影响水稻产量和糙米NPK 养分含量(P>0.05);3)在稻田轮作种植周年内目前的NPK 投入水平下,黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻、马铃薯-双季稻等模式均存在严重的K 亏缺现象, K 亏缺量分别为375.70 kg(K)·hm^-2、279.98kg(K)·hm^-2、363.71 kg(K)·hm^-2、93.74 kg(K)·hm^-2;黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻等模式均在冬季作物种植季存在严重的K 亏缺现象, K 亏缺量分别为240.07 kg(K)·hm^-2、89.57 kg(K)·hm^-2、140.08kg(K)·hm^-2,但马铃薯-双季稻模式在马铃薯种植季K 盈余为255.21 kg(K)·hm^-2;同时黑麦草-双季稻模式和紫云英-双季稻模式均存在冬季作物种植季存在N亏缺, N 亏缺量分别为59.47 kg(N)·hm^-2 和89.17 kg(N)·hm^-2;油菜-双季稻模式和马铃薯-双季稻模式在晚稻种植季均存在严重的K 亏缺现象, K 亏缺量分别为45.93kg(K)·hm^-2、124.33 kg(K)·hm^-2。冬季作物-双季稻轮作种植模式的养分循环是冬季作物和外部投入的NPK 肥料共同驱动的养分循环,建议科学管理冬季作物和3 季的NPK 养分投入。

化肥与有机肥或秸秆配施提高陇东旱塬黑垆土上作物产量的稳定性和可持续性

【目的】明确陇东旱塬长期施肥黑垆土上春玉米-冬小麦轮作系统作物产量和水肥效应与降水年型的响应关系,为该地区不同降水年型的合理施肥提供参考依据。【方法】位于甘肃平凉的长期肥料定位试验始于1979年,试验设6个处理:不施肥(CK)、单施化学氮肥(N)、氮磷化肥配施(NP)、氮磷化肥配施秸秆(SNP)、单施有机肥(M)和氮磷化肥配施有机肥(MNP)。调查了试验38年玉米和小麦产量,依据降水量将生育年划分为干旱年、平水年和丰水年,分析不同降水年型下春玉米-冬小麦轮作系统长期施肥的产量变化稳定性、可持续性和肥料贡献率,降水利用率特征,探讨不同降水年型下产量、施肥和降水之间的关系。【结果】与N处理相比,NP、SNP、M和MNP处理冬小麦在干旱年、平水年和丰水年分别增产89.8%~151%、108%~174%和52.1%~102%,春玉米分别增产56.3%~99.9%、81.3%~104%和105%~127%。年降水量对冬小麦产量稳定性和可持续性影响较小,对春玉米影响较大。与N处理相比,三种降水年型下NP、SNP、M和MNP处理冬小麦和春玉米的肥料贡献率和降水利用率均显著提高,其中冬小麦在干旱年、丰水年肥料贡献率和降水利用率分别增加166%~198%、520%~654%和100%~164%、53.4%~105%,春玉米分别增加161%~218%、262%~289%和56.0%~99.2%、104%~125%。相同施肥处理下,NP、SNP、M和MNP处理冬小麦平水年和丰水年肥料贡献率分别较干旱年下降9.9%~23.3%和10.6%~23.3%,而春玉米丰水年较干旱年和平水年分别增加6.0%~25.0%和20.4%~27.7%。NP、SNP、M和MNP处理冬小麦平水年和丰水年水分利用率分别较干旱年下降2.2%~26.6%和22.3%~37.7%,而春玉米分别下降了41.9%~49.5%和10.9%~24.4%。回归分析表明,不论年降水量多寡,冬小麦和春玉米产量主要受施肥量和生育期降水影响。【结论】陇东旱塬不论年降水量多寡,氮磷与秸秆或有机肥配施与单施氮肥相比,均可显著提高作物产量、产量稳定性和可持续性,并提高肥料对产量的贡献率及降水利用率。因此,氮磷配合的基础上配合秸秆或有机肥是保障该地区农田生产力可持续的有效措施。同时,不同降水年型应进一步优化施肥策略以获得更高产量。

长期施肥和不同生态条件下我国作物产量可持续性特征

采用产量可持续性指数(SYI)法,研究了我国不同生态条件下20个长期试验点8个肥料处理的水稻、玉米和小麦产量的可持续性.结果表明:作物SYI值因施肥、作物种类和水热因子不同而呈显著差异.长期不施肥(CK)条件下,水稻、玉米和小麦的SYI值较低,分别为0.55、0.44和0.43;施肥尤其是NPK化肥配施有机肥可显著提高作物产量的可持续性,水稻、玉米和小麦的SYI值分别为0.66、0.58和0.57;单施N肥或NK肥的玉米和小麦的SYI值在0.36～0.47.SYI值大于0.55表明可持续性较好,小于0.45表明可持续性差.经纬度和气象因子对作物SYI也有不同程度的影响,3种作物不施肥时,水稻SYI变异较小,与各因子间没有显著相关性,玉米SYI变异最大且与各因子间存在显著的相关关系,小麦介于两者之间.因此,NPK配施有机肥有利于作物高产稳产,是维持系统可持续性的最优施肥模式.

水稻产量对长期不同施肥和环境的响应

以开始于1982年的不同施肥长期定位试验为平台,选择氮磷钾肥(NPK)、有机肥(牛粪,M)、氮磷钾肥+有机肥(NPKM)、氮磷肥+有机肥(NPM)、氮钾肥+有机肥(NKM)和磷钾肥+有机肥(PKM)共6个处理,采用产量年际变化、变异系数(CV)、产量可持续指数(SYI)、肥料增产贡献率及AMMI模型对影响双季稻稻谷总产量稳定性的施肥处理、环境和二者互作进行综合分析,研究历年稻谷产量(1982—2012年)对长期不同施肥和环境的响应特征。结果表明:NPKM处理稻谷产量最高;在养分投入量相同的情况下,单施有机肥和单施化肥对于早稻产量的影响效果一致,但单施有机肥较单施化肥有利于提高晚稻稻谷产量。不同施肥处理稻谷产量CV随试验时间延长逐渐降低,有机无机配施相比较单施化肥能够减小产量CV,各处理晚稻产量的CV大于早稻,但其SYI值小于早稻。NPKM处理的SYI值最高,为0.51;M和NPK处理的SYI值分别为0.44和0.42。肥料对于产量的贡献率表现为:有机肥>化肥氮>化肥磷>化肥钾。AMMI模型交互效应主成分(IPCA)表明,不同施肥处理在不同试验年份对环境的响应不一样。综合以上分析结果,氮磷钾完全肥基础上配施有机肥(NPKM)是该区域双季稻高产和稳产的最佳施肥措施。

长期不同施肥模式下赤红壤旱地花生-甘薯轮作体系产量稳定性研究

【目的】研究不同施肥模式下赤红壤旱地花生-甘薯轮作体系中两种作物产量的稳定性,以优化作物养分管理。【方法】化肥定位试验和化肥配施有机肥定位试验在闽东南典型赤红壤旱地分别连续进行了15和13年,种植制度均为花生-甘薯轮作。化肥定位试验处理包括农民习惯施肥、推荐施肥以及在推荐施肥基础上不施氮、磷、钾的处理,以不施肥为对照;化肥有机肥定位试验处理包括农民习惯施肥、推荐施肥以及以商品有机肥、猪粪和稻草替代1/3推荐施氮量处理,以不施肥为对照。根据历年花生和甘薯产量,计算了产量的可持续性指数和变异系数,构建一元灰色线性模型,计算了不同施肥模式的长期趋势产量。【结果】长期化肥定位试验中,推荐施肥处理的花生和甘薯产量均值显著高于其它5个处理;在长期有机无机肥配合试验中,3个有机无机肥配施处理的产量均高于推荐施肥处理。花生和甘薯化肥推荐施肥的产量可持续指数(SYI)分别为0.729±0.019和0.501±0.028,化肥配施猪粪花生的SYI为0.689±0.013,显著高于推荐施肥和化肥配施稻草处理,与配施商品有机肥处理差异不显著;化肥配施稻草甘薯的SYI为0.514±0.029,显著高于推荐施肥处理和化肥配施商品有机肥处理,与化肥配施猪粪处理的差异不显著。一元灰色线性模型显示,推荐施肥处理的花生和甘薯趋势产量均值分别为3780和19408 kg/hm^(2),均显著高于其他化肥处理。化肥配施猪粪的花生趋势产量均值为3492 kg/hm^(2),在95%置信区间,显著高于推荐施肥和其余两个有机无机肥配施处理;化肥配施稻草处理甘薯的趋势产量均值为17567 kg/hm^(2),显著高于推荐施肥处理和化肥配施商品有机肥处理,与化肥配施猪粪处理没有显著差异。产量可持续性指数较变异系数可更加有效地区分不同处理之间的产量波动差异,与产量的绝对高低没有关系。【结论】化肥推荐施肥有利于提高赤红壤旱地轮作体系中花生和甘薯的产量;猪粪或商品有机肥替代1/3的化肥氮均可提高花生产量的稳定性和增产潜力,而稻草或猪粪替代1/3的化肥氮对甘薯产量及其稳定性最为有利。

紫云英翻压条件下氮肥运筹对双季稻产量和肥料利用率的影响

在早稻-晚稻-紫云英轮作模式下,研究连续3年(2011—2013年)紫云英翻压还田下氮肥运筹对水稻增产效果、肥料利用率及经济效益的影响。本研究通过田间小区试验分析比较了紫云英翻压(G)下5种不同施氮模式(氮肥按照基肥/蘖肥/穗肥比例100/0/0、70/30/0、70/0/30、50/50/0、50/30/20分别设置G_1、G_2、G_3、G_4、G_5处理)及单施化肥配合氮肥运筹50/30/20比例(F1)和不施肥处理(CK)共7种处理,对早、晚稻产量、产量稳定性及肥料利用率的影响。试验结果表明,在早稻施肥处理中,相同氮肥运筹G_5的早稻产量、产量稳定性和可持续性比F1分别提高7.77%、33.47%和3.89%。在不同氮肥运筹之间,G_5和G_3均具有较高的早稻产量及产量稳定性。在晚稻中,G_5晚稻产量显著高于F1,但产量稳定性和可持续性较差;对比5个氮肥运筹,G_5具有较高的晚稻产量和产量稳定性。相同氮肥运筹下,G_5的化肥偏生产力和化肥农学效率均高于F1,整个轮作周期里分别提高9.35%和22.60%。折算经济效益,早稻各个处理之间经济收益相差不大,晚稻在G_5的施肥方式下经济效益最高。综合水稻产量、产量稳定性以及肥料利用率,在紫云英翻压条件下G_3和G_5分别是早稻和晚稻的最佳施肥方式。

黑土区坡耕地施加生物炭对土壤结构与大豆产量的影响

为探明黑土区施加生物炭对土壤结构、土壤肥力和作物产量及其可持续性的影响,以东北黑土区3°坡耕地田间径流小区为研究对象,进行了为期4年的观测。2015年按照生物炭的施加量共设置C0(0 t/hm^2)、C25(25 t/hm^2)、C50(50 t/hm^2)、C75(75 t/hm^2)、C100(100 t/hm^2)5个处理,2016—2018年分别连续施加等量的生物炭。结果表明:连续4年随施炭量的增加土壤容重呈逐渐降低趋势、孔隙度呈逐渐升高趋势,且施用年限越长,作用越明显;连续4年广义土壤结构系数(GSSI)随施炭量的增加呈先增大后减小的变化趋势,土壤三相结构距离指数(STPSD)呈先减小后增大的变化趋势,均在第2年C50处理取得最大(小)值(98.31、4.87),同时土壤三相比最接近理想状态;连续4年大于0.25 mm的土壤团聚体含量(R0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)随施炭量的增加均呈先增大后减小的变化趋势,均在第2年C50处理取得最大值;连续4年土壤速效钾、有机质含量随施炭量的增加逐渐升高,土壤碱解氮和有效磷含量先增加后减小,各年份土壤碱解氮和有效磷含量提高最多的分别为C50(46.1%、76.6%)、C50(46.4%、85.4%)、C25(33%、100.7%)、C25(23.9%、103.2%);连续4年施加生物炭均可提高大豆产量、单株荚数、单株粒数和百粒质量,在第2年C50处理增产最大,增产率为33.3%,同时产量可持续性最强,产量可持续性特征指数(SYI)为0.871。

连年施加生物炭对黑土区土壤改良与玉米产量的影响

为研究连年施加生物炭对黑土区坡耕地的土壤结构、持水性能、玉米产量及可持续性的影响,从2015年开始,在黑土区3°坡耕地径流小区内,将玉米作为试验作物连续进行4年生物炭效应试验。共设置C0(0 t/hm^(2))、C25(25 t/hm^(2))、C50(50 t/hm^(2))、C75(75 t/hm^(2))和C100(100 t/hm^(2))5种生物炭的施用量处理。结果表明:4年中土壤容重随生物炭的增加有减小的倾向,孔隙度有逐渐增加的倾向;适量生物炭可有效降低土壤固相比例,提高气相和液相比例,除2015年外,连续3年广义土壤结构指数(GSSI)随施炭量的增加先增大后减小,土壤三相结构距离指数(STPSD)随施炭量的增加先减小后增大,均在第3年C50处理达到最优(99.96、0.63),同时土壤三相比偏离值R最小(1.03),三相比最接近理想状态;连续4年大于0.25 mm团聚体含量R_(0.25)、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)随着生物炭的增加有先增加后减小的倾向;连续3年加入50 t/hm^(2)生物炭提高土壤稳定性的效果最好;连续4年饱和含水率与施炭量呈正相关;除2015年外,田间持水率随施炭量的增加先增加后减小,分别在C100、C50、C50和C25处达最优,在2018年C25处为峰值37.33%;土壤有效含水率与田间持水率的变化规律相同。玉米各生育期0~60 cm土层土壤储水量呈先升高后降低倾向;60~100 cm土层土壤储水量与施炭量呈负相关;玉米产量可持续性指数(SYI)在C50处达到最大(0.954),变异系数(CV)在C100处理处最低(0.022);逐年施加50 t/hm^(2)生物炭对促进玉米产量稳定性与可持续性效果最明显。

褐潮土长期定位不同施肥制度土壤生产功能演化研究

通过14年长期定位试验,研究了褐潮土不同施肥制度对土壤生产功能、产量可持续性指数及农学效率的影响.结果表明,N、P为褐潮土作物高产的主要限制因子,14年产量平均,NPK比CK、N、NK、PK分别增产459%、386%、280%、205%（小麦）和154%、108%、87%、78%（玉米）;NPK＋M（NPK配施厩肥）比NPK平均增产12%,NPK＋S（NPK加秸秆）与NPK产量相当.NPK及NPK配施有机肥（包括厩肥和秸秆）处理的小麦、玉米产量可持续性指数高于N、P不均衡施用处理.化肥肥效因作物种类、施肥组合而不同,N肥单施时小麦和玉米N的农学效率降低,而NPK配施时N的农学效率有上升趋势,平均分别为16 kg/kg N（小麦）和14 kg/kg N（玉米）;磷肥肥效具有短期的叠加效应,P的农学效率小麦大于玉米,种植10年后P的农学效率最高可达最初的4.5～7倍;K的农学效率在试验进行10年后NK处理平均为负值,同期NPK处理中小麦K的农学效率却急剧增加,K成为作物高产的限制因素;有机肥对小麦和玉米的农学效率分别为21 kg/t和25kg/t,秸秆对小麦和玉米的农学效率分别为负值和37 kg/t.NPK均衡施肥能提高土壤有机质、全N、全P、速效N、速效P等肥力指标;NPK配施有机肥能加快土壤有机质和N、P、K养分的积累;NPK不均衡施肥导致土壤中此种营养元素的耗竭.

长期施肥下我国水稻土基础地力变化趋势

【目的】水田具有较好的水热稳定性,且基础地力对水稻产量的贡献大,所以水稻土基础地力高低是保证水稻高产稳产的重要指标。研究长期不同施肥下我国不同区域水稻土基础地力的变化态势及其特征不仅为水稻土的农业可持续生产提供理论依据,还为评价和建立长期合理的施肥模式提供数据支持。【方法】以不施肥处理(CK)的水稻产量表征其基础地力,以不施肥产量与常规施肥(施氮、磷、钾肥,NPK)产量的比值作为基础地力贡献率,分析了我国7个水稻连作或稻麦轮作农田生态系统下长期施肥稻田的基础地力和基础地力贡献率随时间的变化趋势和特征,比较了不同地点及不同轮作方式的差异探讨了基础地力贡献率与水稻产量及其相关指标的关系。【结果】长期不施肥水稻产量随时间的变化总体上较稳定,平均变化速率仅为-0.3 kg/(hm^2·a)。不同水稻土类型间差异大红壤水稻土基础地力易呈下降趋势而紫色水稻土较稳定。不同轮作方式上,晚稻和单季稻的不施肥产量随时间呈上升趋势,分别增加1.6和29.2 kg/(hm^2·a),而早稻不施肥产量呈逐年下降趋势,平均下降20.0kg/(hm^2·a)。同一区域的试验点,白沙(BS)和望城(WangC)不施肥的水稻产量逐年下降速率最大,下降值达47~82kg/(hm^2·a);而南昌(NC)的早晚稻、武昌(WuC)和遂宁(SN)的单季稻均呈逐年上升的趋势,上升速率达44~81 kg/(hm^2·a)。水稻多年(>20年)平均基础地力贡献率较高(各地变化幅度42%~68%,平均值为59.7%)其中早稻、晚稻和单季稻分别为55.1%、67.1%和54.9%。基础地力贡献率与不施肥的产量可持续性指数(SYI)间呈显著的正相关关系(r=0.655,n=13)。7个试验点的多年施肥处理水稻平均产量为5100 kg/hm^2,显著高于不施肥产量(2911 kg/hm^2),多年施肥措施对水稻产量的贡献率为40.3%。【结论】长期不施肥晚稻和单季稻产量稳定或有上升趋势而早稻产量不稳定,部分呈显著下降趋势,其变幅大小与水稻土类型有关,其中红壤水稻土的早稻产量易呈下降趋势而紫色水稻土的最稳定;施肥条件下各试验点水稻产量随时间变化较稳定。从长期角度而言,提高南方水稻土基础地力是提升其产量可持续性的有效途径之一。

长期施肥下我国南方不同轮作制度水稻的高产稳产性分析

采用产量可持续性指数（SYI）法，研究了我国稻作系统下8个长期试验点各8个不同肥料处理下水稻产量的稳产高产性特征，其中施肥模式包括氮磷钾化肥（NPK）的不同组合（N、NP、NK、PK、NPK）、全施用有机肥（M）、化肥配施肥有机肥（NPKM）及不施肥（cK）共8个处理。结果表明：不同施肥下水稻的SYI值不同，不施肥和化肥偏施（N、NK和PK）水稻SYI值较低（0．33～0．49），而NP、NPK、M及NPKM处理水稻SYI值较高（0．51-0．64）。不同区域间水稻SYI值（CK或NPK）差异不显著，但不同轮作间差异显著，其中单季稻（0．49）显著高于早稻（O．44）和晚N（0．47）。水稻各处理的SYI值与其平均产量间呈极显著的正相关关系，而与产量变异系数为显著负相关，表明可以通过提高水稻产量及其稳定性来提高水稻产量的可持续性。因此，施肥是影响水稻SYI值的重要因素，化肥配施及有机无机配施均能获得较高SYI值，维持较高的水稻可持续性，是可推荐的稻田施肥模式。