秸秆还田量对川中丘陵冬小麦-夏玉米轮作体系土壤物理特性的影响

【目的】探明秸秆还田量对农田土壤物理特征的影响,为川中丘陵紫色土区建立“提升土壤质量、高效利用秸秆”的种植业副产物利用模式,同时为秸秆资源化利用提供科学依据。【方法】基于田间长期定位试验(2006—至今),采用原位监测和计算机断层微扫描技术(CT)相结合的方法,研究秸秆还田量(无秸秆还田(RMW0)、秸秆30%还田(RMW30)、秸秆50%还田(RMW50)和秸秆100%还田(RMW100))差异对冬小麦-夏玉米轮作体系耕层土壤物理特征的影响。【结果】(1)秸秆还田可明显改善土壤透气、持水和导水性能,随秸秆还田量增加改善效果明显增加。RMW30、RMW50和RMW100处理较RMW0处理土壤容重分别显著降低15.2%、11.7%和17.9%,土壤孔隙度则分别显著增加18.4%、13.7%和21.3%。另外,RMW100处理饱和导水率高达1.62 mm·min^(-1),导水性能优于其他处理。(2)秸秆还田促进已有孔隙发育成更大孔隙,且孔隙均匀性和孔隙间连通性明显改善,RMW100和RMW50处理对土壤大孔隙组成的改善优于RMW30和RMW0处理。RMW100处理平均孔隙直径趋大,孔隙间连通性最优。RMW50处理孔隙均匀性明显提高,大小孔隙配比较其他处理更合理。(3)与无秸秆还田处理相比,秸秆还田后>2 mm团聚体数量显著增加,0.25—2 mm团聚体数量显著减少,秸秆还田有利于形成土壤水稳性大团聚体,促进中团聚体向大团聚体转变,RMW50和RMW100处理改善效果均显著优于RMW30处理。(4)土壤容重、>0.25 mm团聚体和大孔隙特征是反映石灰性紫色土区耕层土壤物理特征的主要指标,第一主成分和第二主成分对土壤物理性质的解释度分别为57.8%和23.6%。RMW50与RMW100处理土壤物理特征接近,与RMW0和RMW30处理在PC1和PC2轴上出现明显离散。【结论】川中丘陵紫色土区在产量无显著差异的基础上,不同秸秆还田量对耕层土壤物理性质的影响存在差异,秸秆50%和100%还田效果无显著差异,但显著优于秸秆30%还田和不还田处理,宜因地制宜进行还田量选择。

华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥的氨挥发

利用可多点原位测定氨挥发的风洞系统,监测了华北平原2002-2004年冬小麦-夏玉米轮作体系传统和优化氮肥管理下的氨挥发损失.结果表明,氨挥发主要发生在施肥后2-3周内,以施肥后连续采样15d的氨挥发累积量作为总排放量,相同施氮量下生长季夏玉米的氨挥发大于冬小麦.优化处理的氨挥发平均损失率（35.9%）显著高于传统处理（20.9%）,但从氨挥发绝对量上看,传统处理为125.1kg N/hm^2,优化处理为42.3kg N/hm^2,降幅达66.2%.施肥和灌水方式显著影响氨挥发,撒施碳铵后翻耕的氨挥发损失为10.1%,追肥撒施的氨挥发损失平均为24.6%;撒施尿素后立即灌水,氨挥发损失为19.7%,5h后灌水氨挥发损失为34.0%,增加了72.6%.

碳氮管理措施对冬小麦/夏玉米轮作体系作物产量、秸秆腐解、土壤CO_2排放的影响

【目的】系统地研究华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系对不同碳氮管理措施的响应,为作物增产、土壤培肥、环境友好的"三赢"局面提供数据支持和理论依据。【方法】分别采用Nmin测试法、尼龙网袋埋藏法、静态碱液吸收法研究不同碳氮管理对冬小麦/夏玉米不同时期0—1 m土层硝态氮累积量、秸秆腐解、土壤CO2排放的影响。【结果】基于Nmin测试法的优化碳氮(Nopt,C+Nopt)处理和平衡氮素的碳氮(C+M,C+W)处理在冬小麦产量上为传统碳氮(Ncon,C+Ncon)处理的100.8%—115.9%;在夏玉米产量上,为传统处理的96.0%—116.4%;且能够节省48.2%—70.4%的氮肥用量。传统处理0—1m土层硝态氮累积量最高可达456.7和419.8 kgN.hm-2,而优化处理和平衡处理最高仅为283.3和180.6 kgN.hm-2,传统处理土壤中的硝酸盐被淋洗的风险要远高于优化处理和平衡处理。在低温干燥的冬小麦季,玉米秸秆腐解较慢,最后秸秆腐解率为61.7%—70.1%;在高温多雨的夏玉米季,小麦秸秆腐解较快,最后秸秆腐解率为56.7%—79.3%。土壤CO2排放具有明显的季节性变化,冬小麦季的日平均CO2排放量为4.8—10.8 gC.m-2,而夏玉米季为12.7—20.7 gC.m-2。施有机肥处理的土壤CO2排放量最大,为3 844.2和4 642.3 gC.m-2,且显著高于其它处理。【结论】基于Nmin测试法的优化碳氮管理措施和平衡氮素的碳氮管理措施不仅能够减少氮肥投入,稳定作物产量,还能降低0—1 m土层硝态氮累积量,培肥土壤。

华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系周年水分利用特征

【目的】定量研究华北地区冬小麦-夏玉米轮作节水体系的水分周年利用特征。【方法】在大田条件下,通过在小麦季设不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+扬花水(W2)和起身水+孕穗水+扬花水+灌浆水(W4)4个水分处理,进行了两个周期的研究。【结果】(1)小麦产量和周年最高产量两年分别在节水灌溉处理W1和W2获得,玉米产量在不同处理间无显著差异。小麦水分利用效率(WUE)与产量的表现相似,玉米WUE显著高于小麦,并随灌水量的增加显著降低;周年WUE则在W0或W1处理最高,而后随灌水量的增加显著降低。(2)W4处理的2 m土体土壤水分含量在各个阶段没有明显变化,其它处理则随小麦生育进程而不断降低(即土壤水分库容不断变大),且灌水次数越少降幅越大,至小麦收获期达到最低点;到玉米拔节期,由于降雨补充所有处理的土壤含水量趋于一致,相应地,2 m土体接纳汛期降雨分别为178—188 mm(W0)、124—160 mm(W1)、38—93 mm(W2)和-30—21 mm(W4)。(3)随灌水量增加,作物耗水强度和季节蒸散量变大;玉米拔节期后,作物耗水特性与土壤水分变化无差异。(4)降雨致使出现水分的深层渗漏,丰水年和平水年分别为163 mm(W0、W1)、181 mm(W2)、253mm(W4)和13 mm(W0、W1、W2)、45 mm(W4),丰水年小麦季W4处理也有54 mm水分深层渗漏。丰水年W0和W1处理实现了127 mm和57 mm对地下水的净回补。【结论】小麦节水栽培显著减少了对地下水的开采,大幅提高了降雨的利用效率,可实现作物对水资源的高效利用和丰水年降雨对地下水的净回补。丰水年W1处理或平水年W2处理有利于水分高效利用与高产的统一,对于华北地区农业的可持续发展具有重要意义。

水氮优化条件下在华北平原冬小麦/夏玉米轮作中化肥氮的去向

针对华北平原冬小麦/夏玉米轮作区水肥高投入的特点,引入以土壤Nmin(NO3--N+NH4+-N)为基础的优化施氮技术和以土壤水分含量为基础的优化灌溉技术对施氮量和灌溉进行优化,大幅度降低了作物氮肥用量和灌溉量,且生物产量和籽粒产量均未发现显著降低。微区结果表明,传统灌溉方式下,传统施氮处理的化肥氮利用率很低,冬小麦当季为22.7%,夏玉米当季25.7%,整个轮作周期为28.44%;氮损失率较高,冬小麦当季为52.9%,夏玉米当季35.7%,整个轮作周期为47.0%;而优化施氮可大幅度提高化肥氮利用率,降低损失,冬小麦当季、夏玉米当季和整个轮作周期的化肥氮利用率分别达到45.1%,42.9%和46.1%,损失率分别为33.3%,7.1%和34.5%。优化灌溉下的优化施氮与传统灌溉的优化施氮相比,虽然化肥氮利用率未有显著差异,但是却显著降低了损失,显著增加了化肥氮的土壤残留,建议在化肥氮优化中考虑水分管理。研究还表明,在华北平原冬小麦/夏玉米轮作区,反硝化损失是化肥氮损失的主要途径。

一次性施肥技术对冬小麦/夏玉米轮作系统土壤N_2O排放的影响

利用静态暗箱-气相色谱法对华北平原冬小麦/夏玉米轮作系统施氮条件土壤N2O排放特征进行周年观测,以探讨不同处理[对照(CK)、优化施氮(OPT)、优化氮肥一次性施用(OPT1)和控释肥(CRF)]土壤N_2O排放特征及土壤温度、湿度对土壤N_2O排放的影响。结果表明:冬小麦/夏玉米轮作系统中土壤N2O排放峰值主要出现在施肥+降雨或灌溉事件后,不同处理N_2O排放通量变化范围在-0.24~2.78 mg N2O·m^(-2)·h^(-1),平均排放通量23.88~65.46μg N_2O·m^(-2)·h^(-1),OPT1和CRF两个一次性施肥处理可以降低小麦和玉米基肥施用后土壤N_2O排放峰值,但未改变轮作周期土壤N_2O排放季节变化规律;土壤含水量对土壤N2O排放有显著影响,且对夏玉米季土壤N2O排放影响大于冬小麦季;各处理土壤N2O排放通量与5 cm深度土壤温度之间均无相关性;不同处理N_2O年度排放总量差异显著,与OPT处理相比,OPT1处理和CRF处理N2O年排放总量分别减少27.47%和22.80%。各处理N_2O排放系数介于0.28%~0.50%,均低于IPCC 1.0%的推荐值,且各处理产量之间没有显著性差异,因此一次性施肥技术能够在保证产量的前提下,有效减少冬小麦/夏玉米轮作系统土壤N2O排放。

冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变化特征

【目的】研究冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分的时间和空间变化规律以及多年轮作对土壤养分的影响。【方法】以国家精准农业示范研究基地为例,利用GIS技术和地统计学方法,结合《北京土壤养分分等定级标准》,分析冬小麦-夏玉米轮作区土壤养分时空变异特征。【结果】从2000—2007年,研究区严重缺乏磷、钾养分,且含量等级呈下降趋势;土壤全氮含量虽在部分区域偏高,但盈亏等级也呈下降趋势;有机质含量略微增加,处于平衡状态。不同年度的各土壤养分的变异系数范围为11.00%—51.71%,属于中等程度的变异。随着时间的推移,有效磷、有机质、全氮和碱解氮空间分布稳定。速效钾在2001年空间分布规律与2000年和2007年不同,但2000年和2007年空间分布一致,说明土壤速效钾空间分布也具有一定的稳定性。【结论】整体上来说,研究区南部和东北部土壤养分含量偏高,中部含量偏低。当田块土壤物理特性有大的变动时,土壤养分的空间结构特征会受到一定影响;但当长时间田块耕作管理相对一致时,结构性因素(尤其土壤特性、气候)起主要作用。

控释肥施用对土壤N_2O排放的影响——以华北平原冬小麦/夏玉米轮作系统为例

控释肥作为一种能够提高肥料利用率、保障作物产量和节约劳动力的新型肥料已经在作物生产中得到广泛应用,而控释肥对土壤N_2O排放影响结果的差异使其成为当前科学评估控释肥施用环境效应的焦点问题之一。因此,旨在探讨不同种类控释肥及氮素水平施用对华北平原冬小麦/夏玉米轮作系统土壤N_2O排放的影响,为科学评价控释肥施用的环境效应及其推广应用提供科学依据。本研究监测采用静态暗箱—气相色谱法对不同控释肥施用下土壤N_2O排放、环境因素以及产量进行了周年监测,探讨了不同处理(对照处理(CK)、控释肥处理1(CRF1)、优化控释肥处理1(80%CRF1)、优化控释肥处理2(80%CRF2)和控释肥处理3(CRF3+尿素))下土壤N_2O排放特征及土壤温湿度对其的影响。结果表明:控释肥施用下冬小麦/夏玉米轮作系统中土壤N_2O排放峰高值主要出现在基肥施用并伴随灌溉(或降雨)后,一般持续时间约为7—10 d,小麦返青期灌溉以及玉米后期降雨会引起微弱的N_2O排放峰。不同处理土壤N_2O排放通量变化范围为^(-2)35.61—2625.01μg N_2O m^(-2)h^(-1),平均排放通量为23.88—51.39μg N_2O m^(-2)h^(-1),与CRFI相比,80%CRF1和80%CRF2处理能够减小施肥期的N_2O排放峰值,但不改变轮作周期土壤N_2O排放季节变化规律。CK处理和CRF3+尿素处理土壤N_2O排放通量与5 cm深度土壤温度之间表现出显著的正相关性(r^2=0.38,P<0.01;r^2=0.30,P<0.05);CRF1处理和80%CRF1处理在冬小麦生长季及整个轮作周期内与土壤孔隙含水率(WFPS)表现为显著的正相关关系(冬小麦生长季分别为r^2=0.50,P<0.01;r^2=0.39,P<0.05;整个轮作周期分别为r^2=0.39,P<0.05;r^2=0.43,P<0.05)。80%CRF2处理N_2O年排放总量最高,为(2.89±0.24)kg N/hm^2。相同控释肥种类条件下,80%CRF1处理比CRF1处理减少了14.23%,但并未达到显著水平;相同施氮量水平下,CRF1处理与(CRF3+尿素)处理之间N_2O年排放总量差异不显著,而80%CRF1处理比80%CRF2处理N_2O年排放总量减少16.16%,并达到显著水平(P<0.05)。本研究不同处理之间N_2O直接排放系数在0.29%—0.42%之间,均明显低于IPCC 1.0%的默认值。各控释肥处理产量与当地农民常规施肥量条件下产量没有显著性差异。因此在华北地区冬小麦/夏玉米轮作系统中应用控释肥技术可以在保证产量的前提下有效减少土壤N_2O排放,并且仍存在一定的减排空间。

不同施肥处理下冬小麦-夏玉米轮作农田温室气体的排放

本研究以北京地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,运用静态箱法针对不同施肥措施进行了1年CO2、N2O和CH4交换通量的连续观测.与对照区相比,施肥促进了CO2的排放,并且CO2排放通量表现为尿素区>硝态氮肥区;小麦季灌溉也引起了CO2排放的增加;此外,气温和地表温度是影响CO2排放的重要影响因素.冬小麦-夏玉米轮作过程中,N2O的排放集中在玉米季,温度成为小麦季N2O排放的限制因子.氮肥的施加极大地促进了N2O的排放,且等量氮素的硝态氮肥对N2O排放的促进作用明显小于尿素.土壤湿度的骤然变化也是引起N2O排放增加的一个重要因素.由多元线性回归模型分析知,pH、有机质、铵态氮、过氧化氢酶对N2O排放的贡献较大,是N2O排放的主要影响因子.施肥对所研究农田CH4交换通量没有显著影响,但研究区域的平均交换通量均为负值,表现为大气中CH4的一个汇.

华北平原冬小麦/夏玉米轮作田土壤N2O通量特征及影响因素

采用静态箱/气相色谱法对华北平原冬小麦/夏玉米轮作田土壤N2O通量进行周年观测，研究轮作田土壤N2O源的大小及其变化规律，分析土壤温度、水分、有效氮含量对土壤N2O通量的影响。结果表明，土壤N2O通量季节变化明显且变化主要是由施肥引起的。麦田土壤N2O通量变化范围为-36-835μg·m^-2·h^-1，玉米田为-1-263μg·m^-2·h^-1，麦季土壤N2O排放强度（80.5μg·m^-2·h^-1）低于玉米季（90.5μg·m^-2·h^-1）。轮作田土壤N2O年总排放量为6.9kg·hm^-2，麦季（4.2kg·hm^-2）高于玉米季（2.7kg·hm^-2）。土壤N2O通量随地温升高呈指数增长（通过0.01显著水平检验），季节Q10值为2.2，单日的Q10值在3.8-4.5；作物主要生长季（4-10月）土壤N2O通量随土壤中NH4^＋-N含量的增加呈线性增长（通过0.05显著水平检验），而与土壤含水量和NO3^--N含量均未表现出明显数量关系。在作物主要生长季，上述各因子对土壤N2O通量的综合影响极显著（通过0.01显著水平检验），其中土壤含水量和NH4^＋-N含量是主导因素。

川中丘陵区紫色土冬小麦/夏玉米轮作氨挥发研究

大气中过量的氨会造成诸多环境问题并危害人类健康。我国农田氮肥施用后的氨挥发是一个重要的氨排放源。紫色土的土壤性质以及该区的气候条件导致其氨挥发潜力较大。与其他集约化农作区相比,该区农田氨挥发研究相对较少。本文探讨了川中丘陵区紫色土冬小麦/夏玉米轮作体系氨挥发情况,为开展陆地生态系统大气碳氮气体交换研究提供基础数据,同时也为氨排放清单的编制及农田氨减排措施研究提供依据。选取川中紫色土丘陵区典型的坡耕地作为研究对象,采用风洞法研究了紫色土冬小麦/夏玉米轮作体系的氨挥发动态过程。每次试验设置1个施肥处理,3次重复。风速、风向、大气温湿度、土壤温湿度等气象数据由试验田微型气象站获取。每隔2~3 d采集土壤样品用以测定土壤NH4＋-N含量。两年的田间试验结果表明,受氮肥深施及低温的影响,冬小麦季氨挥发损失率明显低于夏玉米季;2013年和2014年冬小麦季氨挥发损失率分别为7.4%和8.8%;2013年夏玉米季三叶期氮肥撒施的氨挥发速率为34.1%;2014年夏玉米季三叶期氮肥条施覆土降低了氨挥发损失,损失率为21.4%;2014年夏玉米季十叶期出现极端干旱的气候条件,撒施氮肥后立即灌水使氨挥发损失率高达46.6%,这是由于干旱条件下施肥灌水提供了利于氨挥发的土壤水分条件。因此在极端干旱的气候条件下,应避免采用此施肥方式。综合分析两年的数据可得：紫色土冬小麦季氨挥发损失占施氮量的（8.1±1.0）%,夏玉米氨挥发损失占施氮量的（32.8±1.8）%。

氮肥分配对冬小麦/夏玉米轮作产量和氮肥效率的影响

通过田间小区试验研究了控制氮肥总量(N 420 kg/hm2)条件下氮肥分配对冬小麦/夏玉米轮作体系内的作物生物量、产量、纯收益、农学效率及肥料利用率的影响,结果表明,氮肥在冬小麦/夏玉米轮作体系的分配量及比例显著影响冬小麦/夏玉米轮作的产量、纯收益和氮肥的效率,冬小麦季施总氮55%(N 231 kg/hm2)、夏玉米季施总氮45%(N 189 kg/hm2)时,获得最高的轮作总产量(13 026 kg/hm2)和最大的净收益(22 146元/hm2),氮肥的农学效率和利用率较其它分配方式均有所提高,是晋南地区冬小麦/夏玉米轮作氮肥分配的适宜比例。就单季小麦而言,施N 189 kg/hm2可以获得较高的产量和较高的氮肥效率。值得指出的是,由于作物生长期间受春寒和夏旱的影响,冬小麦/夏玉米轮作体系内的氮农学效率和氮肥利用率均表现较低,仅分别为4.6 kg/kg和20.8%。

冬小麦-夏玉米轮作体系灌溉制度多目标优化模型

该文针对望都灌溉试验站全年作物种植模式,分别建立冬小麦及夏玉米水分生产函数模型,运用粒子群优化算法(PSO)求解模型中的敏感指数,并以该模型为基础建立冬小麦-夏玉米全周期灌溉制度多目标优化模型,利用改进分组非支配排序遗传算法(GNSGA-Ⅱ)对模型进行求解,得出全年不同可用灌溉水量情况下的灌水日期与灌水量。结果显示,随着可用总灌水量的增加,冬小麦和夏玉米的灌水量与产量均随之增加,但由于受到两种作物不同敏感指数的影响使得二者增加的趋势有所不同。当全年总灌水量为472mm时两种作物均接近充分灌溉,若继续增加灌溉水量,则灌水的边际效益逐渐减小。依据优化结果可在全年合理分配利用有限的水资源以获得较高的作物总产值。

施氮量对潮土区冬小麦-夏玉米轮作农田氮磷淋溶的影响

潮土是我国华北地区主要土壤类型之一,潮土区是我国冬小麦-夏玉米作物的主要产区,研究不同施氮量潮土氮磷淋溶特征对于指导区域农田面源污染防控具有重要意义。本研究设置3个施肥处理,即传统施氮(CON)、优化施氮(OPT)和优化再减氮(OPTJ),利用田间渗漏池法,研究潮土冬小麦-夏玉米轮作农田硝态氮及总磷淋溶特征。结果表明:2016—2018年,冬小麦-夏玉米轮作周年不同施肥处理90 cm土层年淋溶水量79.0~102.5 mm,不同淋溶事件间土壤淋溶液硝态氮浓度波动较大,CON、OPT和OPTJ处理单次淋溶事件硝态氮浓度分别为18.9~208.7(平均为72.7)mg·L−1、9.0~99.2(平均为33.8)mg·L−1、4.7~55.5(平均为15.4)mg·L−1。本研究区域冬小麦-夏玉米轮作模式的氮素淋溶风险较高,磷素淋溶风险较低。传统施氮处理(CON)下农田硝态氮的平均淋溶量和表观淋失系数分别为66.4 kg·hm−2和10.3%,而总磷(TP)为0.06 kg·hm−2和0.04%。氮肥减施会显著降低氮素淋失,OPT和OPTJ处理的氮素淋溶减排率可达56.3%和78.9%。两个年度CON、OPT和OPTJ处理硝态氮平均表观淋失系数分别为10.3%、6.2%和4.9%,随着施氮量的增加,硝态氮淋失系数动态增加。氮淋溶具有较大的年际变化,降雨量高的2018年比降雨少的2017年硝态氮淋溶量多57.0%。两个年度CON、OPT和OPTJ处理总磷平均淋溶量分别为0.06 kg·hm−2、0.06 kg·hm−2和0.08 kg·hm−2。适量减施氮肥会增加作物产量,OPT处理的作物产量是CON处理的1.08倍。然而,过量减施则会带来减产风险,OPTJ处理氮肥减施56%,作物产量比CON处理降低2.0%~8.1%。总之,潮土区农田硝态氮淋溶风险较大,适量减施氮肥能够在保证作物产量的基础上显著降低氮素淋失损失。

陕西关中地区冬小麦-夏玉米轮作系统生命周期评价

应用生命周期评价方法分别对陕西关中地区耕作方式存在差异的富平和杨凌两地的冬小麦-夏玉米轮作系统进行评价,分析了轮作系统生命周期对能源消耗、土地资源利用、水资源消耗、全球变暖、环境酸化、富营养化、水体毒性、土壤毒性和人体毒性的影响,得到两地的生态环境综合影响指数分别为0.166 9和0.378 8。富平县小麦、玉米秸秆皆还田,而杨凌区仅小麦秸秆还田,两地的主要环境影响潜在因素不同,分别是富营养化和水体毒性,在冬小麦-夏玉米轮作系统下,富营养化、水体毒性和环境酸化对整个生命周期的生态环境影响较大,富平、杨凌两地的生态环境影响指数分别是0.078 3、0.020 2、0.016 4和0.110 5、0.214 1、0.023 2。农作系统产生了大量引起环境酸化和富营养化的污染物,主要是由于施肥方式不科学和农药施用过量,化肥、农药利用率低,造成了严重的环境负担,因而实施配方施肥、推广低毒农药是降低关中地区冬小麦-夏玉米轮作系统生命周期的生态环境影响的关键。

冬小麦-夏玉米轮作产量与氮素利用最佳水氮配置

【目的】华北太行山前平原高产限水区冬小麦-夏玉米轮作体系中灌水施肥不合理的现象普遍存在,水资源浪费和农业面源污染严重。长期定位研究水氮配置对小麦玉米产量和氮素利用影响,可为该区优化水氮管理模式,充分发挥水氮协同增效作用提供依据。【方法】2006 2014年进行大田试验,采取裂区设计,灌水量为主区,施氮量为副区。小麦季灌水设春灌一次水(W_1,拔节水)和两次水(W_2,拔节水+开花水)两个处理;玉米季在小麦灌一次水基础上设限水处理(WL),在两次水基础上设适水处理(WS),限水和适水的灌水次数根据降水年型而定。两种灌水条件均设置6个施氮水平,分别为0(N_0)、60(N_(60))、120(N_(120))、180(N_(180))、240(N_(240))、300(N_(300))kg/hm^2。连续8年定位测定了小麦玉米产量、植株吸氮量。【结果】小麦玉米产量和植株吸氮量年际间差异均较大,相对而言,W_2(WS)产量和吸氮量的年际波动较小,一定程度上降低了不同年型气象因素的影响,达到稳产的效果。两种水分条件下N0和N60处理的作物产量和吸氮量除个别年份外都显著低于其余施氮处理。本研究的产量水平下(冬小麦7000 9500 kg/hm^2,夏玉米8500 11000 kg/hm^2)小麦玉米产量与其吸氮量呈显著线性正相关。小麦玉米8年平均产量和吸氮量在一定施氮范围内均随施氮量的增加而显著增加,但施氮达到120 kg/hm^2后产量不再显著增加,达到180 kg/hm^2后吸氮量不再显著增加,同一施氮水平的作物产量和吸氮量都表现W_2(WS)高于W_1(WL)。两种水分条件下小麦玉米的氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮素生产效率都随施氮量的增大而显著减小,但对同一施氮水平W_2(WS)高于W_1(WL)。冬小麦-夏玉米整个轮作体系氮肥累计表观利用率(一段时期内作物对肥料氮的累计吸收量与该时期施氮总量的比值)同样随施氮量的增加显著减小,一次水+限水条件下从N60+60的51.8%下降到N300+300的22.3%,两次水+适水从N_(60+60)的57.4%下降到N_(300+300)的24.6%。同一施氮水平的氮肥累计表观利用率两次水+适水都高于一次水+限水。【结论】冬小麦春灌两次水、施用N 120 kg/hm^2,夏玉米适水灌溉、施N 120 kg/hm^2的产量和吸氮量都达到最高水平,氮肥偏生产力、农学效率、累计表观利用率以及氮素生产效率也比较高,因此在一定时期内可作为当地小麦-玉米轮作体系适宜的水氮配置,周年产量可维持在1619 t/hm^2。

华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系秋季一次基施牛粪氮素损失与利用研究

为对我国华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系秋季一次基施有机肥的氮素环境效应提供评估依据,本文分别在山东陵县和天津蓟县以不施肥、分次施用硫酸铵为对照,对秋季一次基施牛粪的产量水平、氮素损失及利用等进行研究。其中,山东陵县试验采用15N示踪技术。结果表明,在冬小麦-夏玉米轮作周期施氮量为N 300和N 450kg/hm2条件下,秋季一次基施牛粪15N损失率为30%～38%,与分次施用硫酸铵15N损失率无显著差异。牛粪氮施用N 300 kg/hm2时,损失量为N 89 kg/hm2;增施50%牛粪氮,氮损失量增加91%。冬小麦、夏玉米收获后,施牛粪处理0—80 cm土壤硝态氮含量在山东陵县分别为N 38～40和18～23 kg/hm2,在天津蓟县N 300 kg/hm2施氮条件下分别为N 95和28 kg/hm2,均低于分次施用硫酸铵处理。长期施用有机肥农田,秋季一次基施牛粪处理冬小麦、夏玉米子粒产量与分次施硫酸铵处理也无显著差异,因此从环境角度分析,秋季一次基施有机肥可继续应用和大力推广,但施用量以不超过N 300 kg/hm2为宜。

不同施肥方式下砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发特征及排放系数

土壤类型对于农田氨挥发影响较大,而关于砂姜黑土农田氨挥发特征及排放系数研究相对较少,不利于区域性农田土壤氨排放清单的准确评估。基于此,选取豫南典型砂姜黑土为研究对象,设置不施肥(CK)、传统施肥(TR)、优化施肥(OPT)、再优化施肥(ZOPT)和缓控肥(HK)5种施肥处理,利用密闭海绵法,探究砂姜黑土农田不同施肥方式下冬小麦-夏玉米轮作土壤氨挥发特征,并尝试确定氨排放系数。结果表明:砂姜黑土传统施肥条件下冬小麦季土壤氨挥发量为11.1 kg×hm-2,夏玉米季氨挥发量为13.4 kg×hm-2,说明夏玉米季是砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨的高排放时期。对比不同处理的氨挥发量,发现ZOPT和HK处理冬小麦季和夏玉米季的氨挥发量显著低于其他处理(P<0.05),其次为OPT处理,TR处理的氨挥发量最高。HK处理的氨排放系数最低,其中冬小麦季和夏玉米季分别为1.7%和1.5%,显著低于其他处理(P<0.05);其次为ZOPT和OPT处理,其氨排放系数冬小麦季分别为2.1%和2.6%,夏玉米季分别为2.6%和3.6%;TR处理的氨排放系数最高,冬小麦季和夏玉米季分别为3.6%和4.7%。不同施肥处理氨挥发量与施肥量的拟合结果表明,随施肥量增加,冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发显示出较强的线性增长趋势,其中夏玉米季和冬小麦季的R2分别为0.934和0.931,说明该区域砂姜黑土传统施肥量的氨挥发未出现明显的激发性增长现象。本研究结果可为砂姜黑土区冬小麦-夏玉米轮作农田氮肥利用率的提高和氮排放清单的估算提供依据。

施氮水平对太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作体系土壤温室气体通量的影响

应用静态明箱-气相色谱法对4个施氮肥水平N0[0 kg(N).hm-2]、N200[200 kg(N).hm-2]、N400[400 kg(N).hm-2]、N600[600 kg(N).hm-2]的夏玉米-冬小麦季轮作体系2008-2010年的土壤温室气体(CH4、CO2和N2O)排放通量进行研究,同时观测5 cm土层土壤温度并记录降水量。结果表明:太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作农田生态系统为CH4吸收汇,CO2和N2O排放源。随着氮肥施入量的增加土壤对CH4的吸收速率降低,而CO2和N2O的排放速率增加。冬小麦季施氮处理土壤对CH4的吸收速率显著低于无氮肥的N0处理,而N600处理土壤CO2和N2O排放速率显著高于N0处理(P<0.05)。施肥和灌溉会直接导致土壤CO2和N2O的排放通量增加,同时土壤对CH4的吸收峰值减小。土壤温度升高和降水量增加以及干湿交替加剧均会造成N2O和CO2排放速率增加。同时在持续干燥和低温条件的冬季不施氮处理观测到土壤对N2O的吸收现象。N0、N200、N400和N600处理土壤CH4年排放总量(kg.hm-2.a-1)分别为-1.42、-0.75、-0.82、-0.92(2008-2009年)和-2.60、-1.47、-1.35、-1.76(2009-2010年),N0、N200、N400和N600处理土壤CO2年排放总量(kg.hm-2.a-1)分别为15 597.6、19 345.6、21 455.9、29 012.5(2008-2009年)和10 317.7、11 474.0、13 983.5、20 639.3(2009-2010年),N0、N200、N400和N600处理土壤N2O年排放总量(kg.hm-2.a-1)分别为1.05、2.16、5.27、6.98(2008-2009年)和1.49、2.31、4.42、5.81(2009-2010年)。

晋南冬小麦—夏玉米轮作体系的氮肥运筹

冬小麦—夏玉米轮作是晋南的主要种植制度。通过田间小区试验,研究了冬小麦—夏玉米轮作体系内氮肥分配(控制氮肥总量420 kg/hm2)对作物产量、农学效率和纯收益及肥料利用率的影响。结果表明,冬小麦—夏玉米轮作体系内氮肥分配量及比例显著影响作物产量、纯收益和氮肥的效率,冬小麦季施总氮55%(231 kg/hm2)、夏玉米季施总氮45%(189 kg/hm2)时,可获得最高的轮作总产量(13 026 kg/hm2)和最大的净收益(22 146元/hm2),氮肥的农学效率和利用率较其他分配方式均有提高,是晋南地区冬小麦—夏玉米轮作氮肥分配的适宜比例。值得指出的是,由于作物生长期间受春寒和夏旱的影响,冬小麦—夏玉米轮作体系内的氮农学效率和氮肥利用率均较低,仅分别为4.6 kg/kg和20.8%。