秸秆还田和施肥对冬小麦-夏大豆轮作系统培肥与生产效益的影响

为探明秸秆还田和化肥施用对冬小麦-夏大豆轮作系统土壤培肥和生产效益的影响,于2020-2022年在关中平原开展田间定位试验,设置秸秆不还田不施肥(S0F0)、秸秆不还田常规施肥(S0F1)、秸秆还田配合常规施肥(S1F1)和秸秆还田配合减量施肥(S1F0.8)4个处理。利用静态暗箱-气相色谱法监测土壤N_(2)O排放通量,综合分析土壤养分、作物产量和土壤N_(2)O排放,明确秸秆还田配施化肥在土壤培肥、增产减排方面的效应。结果表明,秸秆还田和施肥通过显著提高土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、速效磷(AP)含量来促进土壤培肥。与S0F0相比,S1F0.8和S1F1处理提高土壤综合肥力314.24%~317.12%、330.58%~384.98%;S1F0.8和S1F1处理显著提高冬小麦产量80.29%~101.25%、82.50%~107.66%,提高夏大豆产量25.31%~34.72%、36.93%~45.20%;S0F1、S1F0.8、S1F1均显著增加土壤N_(2)O累积排放量和种植系统温室气体排放强度,但S1F0.8较S0F1、S1F1处理显著降低土壤N_(2)O累积排放量和种植系统温室气体排放强度;S1F0.8和S1F1处理提高生产效益75.09%~75.88%、67.54%~114.23%。综上,秸秆还田配合常规施肥(S1F1)是关中平原麦-豆轮作系统土壤培肥的有效方式;但依照国家降低化肥施用量的要求来说,秸秆还田配合减量施肥(S1F0.8)是关中平原麦-豆轮作系统增产、减排、提高收益的推荐方式。

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。

伊犁河谷冬小麦-夏大豆轮作体系土壤氨挥发对氮肥的响应

为探讨伊犁河谷冬小麦-夏大豆轮作体系周年施氮对农田土壤氨挥发损失的影响,于2016年10月～2017年10月采用田间原位密闭法,在滴灌施肥条件下,对冬小麦-夏大豆轮作体系中前茬麦季与后作大豆季不同施氮量组合下(麦季施氮量分别为0、104、173、242kg/hm^2,分别标记为WN0、WN1、WN2、WN3;大豆季施氮量分别为0、69、138kg/hm^2,分别标记为SN0、SN1、SN2)土壤氨挥发损失规律进行研究。结果表明,在不同施肥期施肥后均会发生氨挥发,且主要发生在施肥后2周之内,氨挥发速率及氨挥发积累量均随施氮量的增加而增加。在施肥后2～4d氨挥发速率达到峰值,麦季基肥、拔节期追肥、抽穗期追肥及大豆季始花期追肥后最大氨挥发速率分别为0.58、0.85、0.56、0.81kg/(hm^2·d),而各施肥期施肥后的土壤氨挥发积累量分别为5.20～8.18、4.86～14.24、3.53～11.98、3.84～14.12kg/hm^2,体系中尿素的氨挥发损失总量在22.23～48.52kg/hm^2,相当于周年施氮量的6.95%～8.18%。氨挥发主要发生在冬小麦季追肥和夏大豆追肥期,在后作大豆季上,氨挥发主要取决于大豆当季施肥量。夏大豆当季施氮量越高,氨挥发速率及氨挥发累积量越大,前茬麦季的施氮水平高低对夏大豆当季土壤氨挥发速率及氨挥发累积量无影响。

周年施氮对冬小麦-夏大豆轮作产量及土壤氮素含量的影响

为探讨周年不同施氮组合对冬小麦-夏大豆轮作体系土壤氮素及产量影响规律,于2017—2018年,在伊宁县农业科技示范园内开展大田试验,以冬小麦-夏大豆轮作为研究对象,在前茬麦季设置4个施氮水平:0(N0)、104(N1)、173(N2)、242 kg·hm^(-2)(N3);后茬大豆设置3个施氮水平:0(S0)、69(S1)、138 kg·hm^(-2)(S2),研究周年不同施氮组合对两季作物收获后农田0~100 cm土层土壤硝态氮(NO3^(-)-N)、铵态氮(NH4^(+)-N)含量、无机氮残留量及产量的影响。结果表明,冬小麦不同施氮水平土壤NO3^(-)-N及NH4^(+)-N含量均在20~40 cm土层达到最大值,且N3的土壤NO3^(-)-N和NH4^(+)-N含量最高,分别达到14.65 mg·kg^(-1)和4.26 mg·kg^(-1),土壤NO3^(-)-N含量平均分别较N0、N1、N2增加了92.86%、44.69%和17.03%,土壤NH4^(+)-N平均依次增加了69.95%、26.10%和8.46%;而冬小麦施氮量越高,其土壤无机氮残留量越大,以麦季N3平均最高,为200.62 kg·hm^(-2)。此外,前茬麦季施氮还能影响后茬大豆土壤中NO3^(-)-N、NH4^(+)-N含量及无机氮残留量;夏大豆的土壤NO3^(-)-N和NH4^(+)-N含量也在20~40 cm土层达到最大值,且N3S2的土壤NO3^(-)-N、NH4^(+)-N含量及无机氮残留量最大,平均分别为18.61 mg·kg^(-1)、5.10 mg·kg^(-1)、258.36 kg·hm^(-2)。在麦季施氮173 kg·hm^(-2)时(N2),冬小麦产量最高,平均为7828.64 kg·hm^(-2),平均分别较N0、N1、N3增加35.45%、16.77%、6.26%;且在此基础上夏大豆当季再施氮69 kg·hm^(-2)时(S1),夏大豆获得产量最高,平均为2988.93 kg·hm^(-2),其周年总产量也达到最高平均,为10817.5 kg·hm^(-2)。综上所述,麦季施氮173 kg·hm^(-2),豆季施氮69 kg·hm^(-2)既有利于提高麦豆周年产量,又能减少土壤氮素的残留量,可为当地一年两熟制高效施氮制度提供一定的参考标准。

有机无机复混肥对黑钙土区小麦大豆轮作体系土壤性质的影响

通过长期定位试验,研究了在长春地区2011-2012小麦大豆轮作体系下,施用以菜粕堆肥、猪粪堆肥和中药渣堆肥为原料的有机无机复混肥和化肥,对小麦和大豆土壤有机碳含量、土壤全氮含量和土壤微生物量碳氮的影响。结果表明,在小麦季和大豆季,菜粕堆肥、猪粪堆肥、中药渣堆肥有机无机复混肥处理的土壤有机碳含量、土壤全氮含量和土壤微生物量碳氮均不同程度上高于化肥处理。以中药渣堆肥等为原料的有机无机复混肥处理,在小麦大豆轮作体系下能够获得比单施化肥处理更高的土壤有机碳含量和土壤全氮含量,可提高土壤微生物量碳氮和获得较好的土壤微生物学特性,得到土壤健康的生物指标。

小麦化肥减施与不同轮作方式的周年养分平衡及经济效益分析

【目的】研究小麦化肥减量条件下不同轮作方式土壤养分平衡及经济效益差异,探索适宜陕西关中小麦玉米轮作区的小麦轮作方式,为减少化肥投入,提高农民经济收入提供思路与科学依据。【方法】于2018—2020年在陕西武功镇开展田间试验,随机区组设计。设玉米-小麦轮作农户施肥(CWF)、玉米-小麦轮作推荐施肥(CWR)、绿肥-小麦轮作推荐施肥(GWR)、大豆-小麦轮作推荐施肥(BWR)4个处理,除农户施肥处理外,其他3个处理的小麦季施肥均采用监控施肥技术推荐施肥。采集不同夏季作物及冬小麦的植物和土壤样品进行分析。【结果】与农户施肥相比,玉米-小麦轮作推荐施肥处理在氮、磷肥分别减量11.8%、41.7%条件下,显著增加了小麦产量,平均增幅为7.4%,显著增加了小麦籽粒及地上部氮、磷素养分累积量,氮素累积量增幅分别为10.1%、8.9%,磷素累积量增幅分别为9.8%、6.4%;玉米-小麦轮作推荐施肥处理显著降低了土壤氮、磷、钾素盈余率,降幅分别为25.1%、72.3%和54.4%,显著提高经济收益36%。推荐施肥的3种轮作方式中,玉米-小麦轮作小麦产量最高,其次为大豆-小麦轮作。大豆-小麦轮作氮、磷、钾盈余率均显著低于玉米-小麦轮作和绿肥-小麦轮作,降低幅度分别为87.3%—92.0%、41.9%—67.7%、78.1%—85.3%,并获得了最高的经济收益。【结论】监控施肥的推荐施肥方法不仅能够减少化肥投入,降低生产成本,同时能够增加小麦产量,提高小麦籽粒及地上部养分累积量,减少氮、磷养分平衡的盈余率,提高经济收益。相比玉米-小麦轮作方式,大豆-小麦轮作既减少了化肥的投入,大幅降低氮、磷、钾养分盈余量,同时还取得较高的经济效益。综上,陕西关中地区传统的玉米-小麦轮作可通过优化施肥减少化肥投入,降低生产成本;而综合考虑土壤培肥、环境效益与经济收益,优先推荐大豆-小麦轮作方式,减少土壤养分盈余,提高种粮农户的经济收益。

麦-豆周年不同施氮组合对复播大豆土壤肥力及周年产量的影响

为了揭示周年施氮对复播大豆土壤有机质、养分和酶活性的后效及叠加效应的影响,并从中筛选出提高冬小麦-夏大豆轮作体系农田土壤肥力和周年产量的施氮组合。以冬小麦-夏大豆为研究对象,于2017~2019年采用裂区试验,前茬麦季设置4个施氮水平:0 kg·hm^(-2)(N_(0))、104 kg·hm^(-2)(N_(1))、173 kg·hm^(-2)(N_(2))、242 kg·hm^(-2)(N_(3));复播大豆设置3个施氮水平:0 kg·hm^(-2)(S_(0))、69 kg·hm^(-2)(S_(1))、138 kg·hm^(-2)(S_(2)),探究周年不同施氮组合对复播大豆土壤有机质、养分含量、土壤酶活性和周年产量变化规律的影响。结果表明:在大豆不施氮条件下,麦季施氮越多对大豆季土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量以及土壤蔗糖酶和夏大豆产量的促进作用越明显。在麦季不施氮条件下,大豆季施氮越多越有利于增加土壤有机质、全氮含量以及土壤过氧化氢酶、脲酶活性和夏大豆产量,而土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量和土壤蔗糖酶活性均随豆茬施氮量的增加呈先升后降的趋势,基本在豆茬N0S1施氮处理达到最大。在麦季各施氮基础上,与豆季S2施氮各组合处理基本能显著提高土壤全氮含量,而与豆季S1施氮的各组合处理基本有利于提高土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量以及土壤酶活性和产量,且与豆季S0各组合处理基本呈显著差异。相关性分析表明,复播大豆产量与土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾及蔗糖酶活性均呈极显著正相关,与土壤脲酶呈显著正相关。因此,对于冬小麦-夏大豆轮作体系的施氮,要周年统筹安排,前茬麦季施氮量大,后茬相对要小,否则即使具有固氮能力的大豆也需要施一定的氮肥。在本试验条件下,麦季施氮水平为173 kg·hm^(-2)时,大豆季再施69 kg·hm^(-2)的周年氮肥组合,不仅有利于提高夏大豆土壤养分含量和酶活性,而且夏大豆产量和周年产量增产效果最佳。