麦季牛场肥水灌溉对冬小麦–夏玉米轮作土壤氮素平衡的影响

规模化畜禽养殖废弃物已成为当前重要的污染来源,为有效控制畜禽养殖污水面源污染,将处理后的养殖肥水作为水、氮资源进行农田灌溉,在华北冬小麦–夏玉米轮作灌溉区,连续3 a进行牛场肥水灌溉田间定位试验,研究冬小麦季牛场肥水灌溉对作物产量、氮表观利用率、土壤无机氮残留及轮作体系氮平衡的影响。结果表明,肥水灌溉能显著提高作物产量,肥水灌溉处理（冬小麦生育期内肥水灌溉带入氮为160、240和320 kg/hm2）冬小麦和夏玉米3 a产量平均增幅分别为36.78%和40.82%。随着牛场肥水灌溉年限的推移作物增产效果逐渐明显,冬小麦–夏玉米轮作体系作物累计氮利用率逐年升高,6季作物收获后氮累计利用率达47.87%-67.63%,肥水氮后效明显。肥水灌溉增加了100 cm土体内无机氮残留,NO3--N残留量显著高于NH4＋-N。对冬小麦–夏玉米轮作体系氮平衡分析表明,随牛场肥水灌溉带入氮量增加,作物氮累计吸收增加,在冬小麦生育期内肥水氮带入量为160 kg/hm2夏玉米生育期内不施氮处理（T1）,氮表观利用率显著高于其他肥水灌溉处理（T2和T3）,100 cm土体无机氮残留率和氮表观损失率均显著低于T3处理,与T2处理差异不显著。该试验条件下,综合产量、氮累计利用率及土壤无机氮残留考虑,冬小麦–夏玉米轮作体系肥水灌溉适宜氮带入量为160-240 kg/hm2。适量牛场肥水灌溉冬小麦–夏玉米能够增加作物产量,增加作物对肥水氮的利用率,减少氮在土壤中的积累。

冬小麦–夏玉米与双季玉米种植模式产量及光温资源利用特征比较

优化传统冬小麦-夏玉米模式并探索新型种植模式是挖掘黄淮海区周年高产潜力,提高资源利用效率的重要途径。本研究以冬小麦-夏玉米传统种植模式为对照(CK),建立了冬小麦–夏玉米优化种植模式(T1)和双季玉米模式(T2),于2009—2012年在河南新乡进行田间试验,对其周年资源分配、产量及资源利用效率进行了比较。结果表明:(1)T1模式通过播/收期调整,协调了两季的光、温资源分配比例(0.7∶1.0和1.4∶1.0);T2模式两季积温基本为均等分配,光照资源分配比例为1.5∶1.0。(2)资源分配的变化引起了产量的变化。与CK比,T1模式周年产量平均增幅为7.8%,其产量的增加主要来自于夏玉米季,T1模式夏玉米季平均叶面积指数(MLAI)、生物量和产量均显著高于CK,且冬小麦晚播并未造成减产。双季玉米(T2)是"双C4作物"的新型种植模式,其第1季的MLAI、生物量和产量均显著高于CK和T1,第2季(除MLAI外)显著低于CK和T1。T2与T1周年产量差异不显著,但显著高于CK,平均增幅为9.2%。另外,T2模式周年日产量显著高于CK和T1,平均增幅分别为53.9%和46.2%。(3)T2模式周年光、温生产效率及籽粒光能利用效率显著高于CK和T1,平均增幅分别为30.5%和23.3%,15.5%和9.7%,30.3%和23.0%。综上所述,T1和T2高产高效模式建立的核心均是充分利用C4作物玉米高物质生产能力的优势,二者的建立为黄淮海区周年产量潜力的挖掘及种植结构调整提供了思路。

冬小麦–夏玉米轮作体系不同新型尿素的氮素利用率及去向

【目的】以华北平原冬小麦–夏玉米轮作体系为研究对象,探究新型尿素对作物氮素吸收及去向的影响。【方法】于2016年10月至2017年9月,在河北省辛集市河北农业大学马庄试验站进行小麦15N田间微区试验,微区面积为1 m2,设置施用普通尿素、普通尿素+硝化抑制剂(Nr)、控失尿素、聚能网尿素和腐植酸尿素5个处理,各施肥处理氮素施用量均为N 225 kg/hm^2,并以不施氮肥处理为对照。【结果】5个氮肥处理相比,控失尿素处理的冬小麦产量最高,为8123 kg/hm^2;腐植酸尿素处理次之,为8083 kg/hm^2;再次为聚能网尿素处理,为8049 kg/hm^2。控失尿素、腐植酸尿素、聚能网尿素、普通尿素+Nr、普通尿素的15N当季利用率分别为43.6%、41.1%、37.8%、34.2%、32.2%;控失尿素、腐植酸尿素的15N当季利用率显著高于普通尿素+Nr和普通尿素处理,聚能网尿素的15N当季利用率显著高于普通尿素,普通尿素+Nr处理则与普通尿素处理的15当季利用率无显著差异;控失尿素的15N当季利用效果最为突出,较普通尿素15N当季利用率提高了35.4%,腐植酸尿素、聚能网尿素较普通尿素15N当季利用率显著提高了27.6%、17.4%。后茬玉米能吸收利用前茬小麦残留在土壤中的氮素,但后茬玉米的土壤残留15N利用率仅为2.98%~3.62%,4种新型尿素处理间后茬玉米15N利用率无显著性差异。小麦收获后,4种新型尿素均显著提高了土壤上层(0—40 cm)硝态氮残留量,有利于后茬玉米对氮素的吸收,减少氮素淋溶的可能性。肥料氮总损失表现为控失尿素、聚能网尿素<腐植酸尿素、普通尿素+Nr<普通尿素。【结论】新型尿素显著促进作物对氮素的吸收利用,减少氮素损失,获得高产。4种新型尿素相比,控失尿素增产增效最为突出,土壤中氮残留少,损失率低,其当季利用率、残留率和损失率分别为43.6%、40.8%和15.6%;腐植酸尿素氮当季利用率仅次于控失尿素,而损失率较高达19.8%;聚能网尿素有利于氮素固持在土壤中,其残留率、损失率分别为46.1%、16.1%;普通尿素+Nr处理的氮素当季利用率偏低而土壤残留率最高,分别为34.2%和47.4%。

2013-2017年栾城冬小麦-夏玉米农田水热碳通量观测数据集

冬小麦–夏玉米农田是华北平原种植面积最大的生态系统类型,其碳水通量观测数据对于理解区域碳水循环过程及其调控机理至关重要。中国科学院栾城农业生态系统试验站(简称栾城站)地处太行山山前平原,是华北平原地下水灌区的典型代表,自2007年10月采用涡度相关技术开展了冬小麦–夏玉米农田水热碳通量观测。本数据集为2013年10月–2017年9月(包括4个完整的冬小麦和夏玉米生育季)栾城站水热碳通量和气象数据,包括半小时、日、生育季和生育年尺度的生态系统潜热通量(或蒸散发)、感热通量、CO_(2)净交换量、太阳辐射、光合有效辐射、空气温/湿度、降水、土壤温度和土壤体积含水量。数据存储和处理严格按照ChinaFLUX标准执行,数据可靠性高。本数据集可为深入理解华北地区农田水热碳交换过程、提高水资源管理以缓解地下水超采等提供数据支撑。

晋南地区小麦-玉米轮作体系维持作物高产和土壤磷素水平的适宜施磷量研究

【目的】研究维持农作物高产、稳产及土壤磷素肥力的磷肥适宜用量,对于保障国家粮食安全和生态安全具有重要意义。【方法】2016—2019年在晋南地区进行磷肥用量田间定位试验,在每个冬小麦-夏玉米轮作周期施N 400 kg/hm^(2)、K_(2)O 180 kg/hm^(2)的基础上,设置了6个P_(2)O_(5)施用水平处理:0、120、180、240、300、360 kg/hm^(2),氮、磷、钾肥施用量小麦和玉米各占50%,每季作物45%的氮肥和全部磷、钾肥播前一次性底施,55%的氮肥在小麦拔节期和玉米10叶期进行追施。连续3年收获期测产,并测定土壤有效磷含量。【结果】不施磷处理(P0)冬小麦-夏玉米轮作体系的产量、效益均最低,土壤有效磷含量逐年下降;施磷显著提高了轮作体系的吸磷量、产量及净收益,3年平均增产23.9%,增收20.4%。冬小麦-夏玉米轮作体系的吸磷量、产量、净收益和施磷量之间的关系均可以用直线平台模型拟合,以该模型计算的冬小麦-夏玉米轮作体系的适宜施磷量为193 kg/hm^(2),适宜施磷量下的磷肥偏生产力、磷肥农学效率和磷肥利用率分别为115.9 kg/kg、21.9 kg/kg和25.1%。P120和P180处理的土壤有效磷含量呈耗竭状态,土壤有效磷含量年均下降3.0和1.3 mg/kg;P240、P300和P360处理的土壤有效磷含量呈增加状态,土壤有效磷含量年均上升1.5、4.0和4.2 mg/kg,但P300和P360处理间的有效磷含量3年均无显著差异。施磷量和土壤有效磷含量呈显著直线相关,2017、2018和2019年土壤有效磷达到基础土壤水平(Olsen-P 18.5 mg/kg)的施磷量分别为P_(2)O_(5)192、194和197 kg/hm^(2)。【结论】在山西省南部冬小麦-夏玉米轮作区,综合保障作物高产稳产,实现较高磷肥效率和维持土壤初始磷素肥力的年最佳磷肥用量为P_(2)O_(5)193 kg/hm^(2)。

黄淮海麦玉两熟区周年光温资源优化配置研究进展

在不增加任何成本前提下,优化麦玉两熟周年光温资源配置是提升黄淮海区产量及资源利用效率的重要途径之一。从20世纪80年代开始,国内学者便从播/收期调整、不同生育期品种选育及新型种植模式创建等方面开展了黄淮海麦玉两熟区周年光温资源高效利用途径探索。研究了小麦和玉米生长发育与光温资源的匹配关系,提出了以强化"C4玉米"高光效优势为核心的周年光温资源优化配置途径,在冬小麦-夏玉米一年两熟基础上,创新了冬小麦-夏玉米"双晚"技术模式,构建了冬小麦/春玉米/夏玉米、冬小麦/春玉米/夏玉米/秋玉米和双季玉米等种植模式,实现了周年高产和光温资源高效利用。本文综述了黄淮海麦玉两熟种植模式周年光温资源优化配置研究进展及其在麦玉两熟基础上的新型种植模式探索,并提出了以积温分配为主的麦玉两熟制周年光温资源定量优化配置途径,建立了黄淮海区冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源优化配置定量指标及其相应标准,以期为进一步挖掘该区周年产量及光温资源利用潜力提供新的思路及理论支撑。

2007–2013年华北平原典型灌溉农田生态系统日通量数据集——以栾城站为例

基于微气象学原理的涡度相关技术已成为陆地生态系统与大气间CO2和水热通量交换的标准观测手段之一。本数据集为中国科学院栾城农业生态系统试验站自涡度相关系统架设完成至2013年积累的通量数据,时间跨度从2007年10月至2013年9月,覆盖6个连续作物年,数据项包含蒸散量(ET)、降雨量(P)、净辐射(Rn)、感热通量(H)和二氧化碳净交换量(NEE)。观测样地为冬小麦–夏玉米一年两熟轮作制农田,属于华北平原典型的潮褐土高产农业生态类型,具有较强的代表性。本数据集的联网观测、质量控制和处理存储过程均严格遵守中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据管理技术体系,数据可靠性高,可为华北地区典型农田的水平衡、适水种植制度调整、农田生态系统碳水循环过程以及作物模型模拟等相关研究提供坚实的数据支撑。

砂质潮土长期施磷的农学效应及有效性演变

【目的】研究冬小麦–夏玉米轮作体系下砂质潮土长期施磷的作物产量效应、磷肥利用效率、土壤有效磷农学阈值及有效磷对土壤磷素盈亏的响应关系,为农田磷素养分管理提供依据。【方法】磷肥长期定位试验自2008年起在河北廊坊进行,种植制度为冬小麦–夏玉米轮作,供试土壤为砂质潮土,设置6个施磷(P2O5)水平(0、45、90、135、180、225 kg/hm^(2)),依次表示为P0、P45、P90、P135、P180、P225。在2020年(试验的第12年)测定作物产量、作物吸磷量、土壤有效磷含量,分析了周年产量和土壤有效磷演变特征、作物有效磷农学阈值、土壤有效磷与累积磷盈亏的关系。【结果】施磷显著提高了冬小麦–夏玉米周年产量和作物吸磷量,产量与吸磷量随施磷水平提高先升高后降低。达到最高周年产量(14627 kg/hm^(2))的施磷量为152 kg/hm^(2)。以该最高产量的90%为实际生产目标,适宜施磷量为90 kg/hm^(2)。磷肥利用率随轮作周期延长而提高,12年平均磷素表观利用率和累积利用率变幅分别为36.98%~98.10%和26.26%~71.85%。周年施磷量超过90 kg/hm^(2)时,施磷对作物吸磷量影响不显著,且磷肥表观利用率、累积利用率显著降低。P0~P225处理表观磷盈余12年平均值分别为–11.30、–7.38、0.94、20.05、37.21、57.68 kg/hm^(2);至2020年累积磷盈亏分别为–144.92、–88.57、11.33、240.56、446.48、692.15 kg/hm^(2)。砂质潮土有效磷含量随累积磷盈余量的变化呈现两段线性关系,拐点出现在土壤累积磷盈余量P 218.81 kg/hm^(2)。低于此值时,土壤每盈余P 100 kg/hm^(2),有效磷含量上升0.48 mg/kg;当土壤累积磷盈余高于此值时,土壤每盈余P 100 kg/hm^(2),有效磷含量上升3.37 mg/kg。冬小麦、夏玉米有效磷农学阈值分别为10.20、5.93 mg/kg,施磷量为90 kg/hm^(2)时,冬小麦、夏玉米季土壤有效磷含量最接近农学阈值。【结论】在作物秸秆还田条件下,砂质潮土冬小麦–夏玉米轮作体系周年施磷量为90 kg/hm^(2),可以兼顾冬小麦–夏玉米轮作周年对磷素的需求,维持土壤磷素的表观平衡,在保证产量的前提下实现磷素平衡和磷肥高效施用。砂质潮土磷的储存阈值为218.81 kg/hm^(2),当土壤磷累积量低于该阈值时,施磷提高土壤有效磷含量的效果较低;而当磷累积量高于该阈值时,施磷可显著提升土壤磷的有效性。