华北平原多目标约束下冬小麦最优施氮量

农田氮素管理不当导致水体污染、土壤结构破坏和全球变暖等环境问题。从经济与生态环境各方面探讨华北平原冬小麦的最优施氮量可为粮食生产及区域农业生态保护提供重要的科学参考。本文利用华北平原9个站点1981—2017年的逐日气象数据及冬小麦物候和产量观测资料,借助CERES-Wheat模型,基于5个约束指标(产量、氮肥偏生产力、氮素吸收、增产-节氮权衡和环境-经济效益)和施氮量的关系曲线,揭示华北平原冬小麦在不同约束条件下的最优施氮量。结果表明:华北平原各站点基于不同目标约束所得的最优施氮量有所不同,其大小顺序为氮素吸收>产量>环境-经济效益>增产-节氮权衡>氮肥偏生产力,且各地区最优施氮量的参考值也存在一定的空间差异。通过对粮食安全与生态友好的综合考量,本研究认为增产-节氮权衡和环境-经济效益约束条件下的最优施氮量能够实现经济效益和生态效益的统一,是较合理的区域施氮参考,该条件下最优施氮量分别为173 kg∙hm^(-2)和190 kg∙hm^(-2),比当前华北平原农民实际施氮水平分别减少约47%和42%,可以作为冬小麦种植施氮的区域参考值。该目标约束下最优施氮量的低值主要分布在Ⅱ区和Ⅳ区,分别为150 kg∙hm^(-2)和170 kg∙hm^(-2),Ⅰ区和Ⅲ区则相对较高,最优施氮量分别为200 kg∙hm^(-2)和225 kg∙hm^(-2),原因可能在于长期施氮降低土壤有机碳含量,进而影响土壤供氮能力。

基于DNDC模型覆膜马铃薯N_2O减排增产的优化施氮量研究

为了探究马铃薯(Solanum tuberosum)田苗期不覆膜和苗期覆膜处理下土壤N_2O减排和增产兼顾的最优施氮量,并验证DNDC模型对于马铃薯田土壤N_2O排放和产量预测的适用性,以沈阳市自然降水条件下的马铃薯田为研究对象,设计不施氮肥(0 kg·hm^(-2))、低氮(75 kg·hm^(-2))、中氮(150 kg·hm^(-2))和高氮(225 kg·hm^(-2))4种施氮水平,每种氮肥水平包括苗期不覆膜与苗期覆膜两种处理,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O气体排放进行田间原位观测,并运用DNDC模型进一步探究马铃薯田减排增产最优施氮量,结果对于促进马铃薯田温室气体减排和增产协调兼顾的旱地农业可持续发展具有积极意义。结果表明,DNDC模型可以准确地模拟马铃薯田不覆膜处理下不同施氮水平N_2O排放状况,模型效率指数在0.72~0.94之间;在覆膜处理中,低、中、高施氮量模型效率指数较苗期不覆膜处理分别下降0.21、0.52和0.50,不施氮肥处理下,模型效率指数为负值,模型不能模拟N_2O排放;DNDC模型对于各处理下马铃薯产量均有较准确的模拟效果。DNDC模型进一步表明,不覆膜状态下马铃薯田增产兼顾减排的施氮量为90~105 kg·hm^(-2);减排兼顾增产的施氮量为75~90 kg·hm^(-2)。由于DNDC模型对于覆膜处理下马铃薯田N_2O排放模拟效果不佳,通过大田实验数据分析得出:苗期覆膜可以有效增产和减少土壤N_2O排放,综合马铃薯产量和土壤N_2O减排的环保施氮量可在75 kg·hm^(-2)的基础上有所增加,但需低于150 kg·hm^(-2)。

控释氮肥替代水溶肥对草莓产量和品质的影响

为解决基质栽培条件下草莓肥料投入量大、追肥次数多、劳动力成本投入高等问题,研究以控释氮肥代替水溶肥实现草莓的一次性施肥。以“红颜”草莓为试验材料,以常规优化施肥处理为对照,测定基质栽培条件下优化施肥处理和不同氮用量的控释氮肥处理对草莓产量、品质、经济效益的影响,分析计算最优施氮量。结果表明:与常规优化施肥处理相比,控释氮肥处理的草莓产量提高了7.4%~26.5%,单果重提高了9.1%~33.3%,经济效益增加了7.5%~26.7%,糖度提升了7.7%~31.4%,Vc含量提升了8.8%~14.0%;除控释氮肥氮用量97.50 kg/hm^(2)处理外,氮肥偏生产力和农学效率较常规优化施肥处理也分别提高了26.5%~144.3%和73.7%~222.7%。这说明,控释氮肥替代水溶肥既减少了肥料用量,保证草莓的产量,而且可以实现高产,提高了草莓的经济效益。通过二次曲线拟合控释氮肥施氮量与草莓产量、单果重的关系,得出控释氮肥的最佳推荐用量约为N 60 kg/hm^(2),为实际生产提供参考。综上所述,控释氮肥替代水溶肥提高了草莓的产量,保证了草莓的品质,降低了肥料投入成本,提高了经济效益。综合考虑草莓的产量、单果重、品质、肥料生产力和经济效益,推荐适宜草莓生产的控释氮肥用量约为N 60 kg/hm^(2)。