持续氮素调控对小麦/玉米轮作系统氮素利用和表观损失的影响

为解决作物生产中氮肥过量施用问题,采用田间小区试验法,设置农民习惯施氮(FN)、优化减氮(ON)、优化减氮后再减氮20%配施不同氮素调控剂等处理,研究持续氮素调控对小麦/玉米轮作系统作物产量、氮素利用和表观损失及经济效益的影响。结果表明:与FN比,ON的小麦和玉米产量、氮素吸收量均未受影响,而氮素利用率、氮肥生产效率、氮肥农学效率均提高。ON的小麦和玉米两茬作物总N输入量较FN减少207.7kg/hm^2,N素表观损失减少119.1kg/hm^2,增收672.8元/hm^2,说明在农民习惯施氮肥基础上合理减少施氮量不但没有影响作物产量,反而促进作物氮素利用,减少氮素损失,降低氮肥生产成本,增加纯收益。与ON比,在优化减氮的基础上再减氮20%并配施硝化抑制剂(DCD),小麦和玉米两茬作物增产9.54%,氮素吸收量提高3.83%,氮素利用率提升5%以上,N素表观损失减少114.5kg/hm^2,增收3 292元/hm^2。综合考虑,各氮素调控措施中以ON80%+DCD效果较好,既能持续获得作物稳定高产,减少氮肥用量,又能减少氮素向环境中的损失,同时获得更高经济效益。

华北平原有机肥替代化肥条件下“粮-饲”轮作系统氮素表观平衡研究

为揭示有机肥替代化肥条件下华北平原不同轮作体系土壤-作物系统氮素表观平衡,布置田间试验,定量研究了不同施肥方式[化肥表施(C)、固态粪肥表施替代50%化肥氮(S)、液态粪肥注射施用替代50%化肥氮(L)]和不同轮作方式[籽粒玉米-小麦(T1)、青贮玉米/豇豆间作-填闲黑麦草(T2)、甜高粱-黑麦草(T3)、青贮玉米-黑麦草(T4)、高丹草-黑麦草(T5)]对作物地上部生物量及其氮携出量、0~200 cm土壤剖面硝态氮残留和土壤-作物系统氮表观损失的影响。结果表明:与轮作方式T1相比,T5夏秋季作物地上部生物量及其氮携出量提高幅度最大,其次为T3和T4,而T2却有所降低;各轮作方式冬春季地上部生物量较T1均有所降低,而对其氮携出量无明显影响。与施肥方式C相比,S和L可显著降低夏秋季作物地上部生物量及其氮携出量,降幅均小于15%,而对冬春季作物地上部生物量及其氮携出量无显著影响。与轮作方式T1相比,T3和T5可显著增加周年作物氮总输出量,且显著降低0~200 cm土层无机氮残留量和系统氮表观损失;与施肥方式C相比,S和L可显著降低周年作物氮总输出量和0~200 cm土层无机氮残留量,增加系统氮表观损失。研究表明,在华北平原农牧生产区,以养殖产生的固态和液态粪肥替代50%化肥氮条件下,甜高粱-黑麦草和高丹草-黑麦草轮作是氮肥偏生产力高、表观损失低的轮作方式。

氮肥追施时期及包膜控释氮肥对冬小麦产量和氮素吸收的影响

采用盆栽试验,研究了氮肥追施时期和包膜控释尿素对冬小麦产量、产量构成、氮肥利用率和土壤氮素表观损失等方面的影响。结果显示:冬小麦氮肥最佳追肥时期为拔节期;与40%普通尿素底施+60%普通尿素拔节期追施(F2)相比,30%普通尿素+35%控释期90d包膜尿素+35%控释期120d包膜尿素配合(F4、F6)一次性底施的氮素释放与冬小麦对氮素需求吻合较好,F4小麦植株总氮吸收量增加6.11%,减氮25%条件下(F6)增加8.48%;与F2相比,F4使冬小麦增产5.02%,经济系数提高6.43%,氮肥利用率提高10.22%,同时土壤氮素表观损失降低。F4通过提高千粒重和单穗重来提高产量,而F6通过维持穗粒数保证产量。

紫云英还田与化肥减量配施对土壤氮素供应和水稻生长的影响

【目的】紫云英还田替代化肥是我国南方稻田可持续生产的重要措施。研究紫云英与化肥减量配施比例对水稻地上部群体特征与土壤氮素供应的影响,以期为实现水稻绿色可持续生产提供理论依据。【方法】定位试验始于2008年,设置了7个处理,包括不施肥(CK),单施化肥(F100),紫云英还田22.5 t/hm^(2)配施化肥用量的100%、80%、60%和40%(MVF100、MVF80、MVF60和MVF40),以及紫云英单独还田处理(MV),其中磷肥用量不变。在水稻分蘖盛期、孕穗期和成熟期采样,分析水稻茎蘖动态变化、干物质积累与转运、地上部氮素积累量、氮素吸收利用率及根层土壤无机氮含量,计算各处理稻田土壤氮素表观损失量。【结果】与CK相比,F100处理提高了土壤无机氮含量和地上部氮素积累量,进而增加了干物质积累量24.01%~35.35%;虽然提高了不同时期的茎蘖数,却增加了无效分蘖,降低了成穗率。与F100处理相比,MVF80处理显著增加了水稻孕穗期和成熟期的土壤无机氮含量,提高了地上部氮素积累量,促进了干物质向穗中的转运,从而使成熟期的地上部干物质积累量和氮素积累量分别提高了7.14%和18.74%,尤其是使穗的干物质积累量和氮素积累量分别提高了10.96%和19.20%;而MVF100处理显著增加了成熟期土壤无机氮含量和地上部氮素积累量,最终使成熟期的地上部干物质积累量和氮素积累量分别提高了8.52%和24.54%,尤其是使秸秆的干物质积累量和氮素积累量分别提高了12.75%和46.13%。MVF60较F100处理显著提高了孕穗期的土壤无机氮含量,增加了孕穗期后干物质输入穗的量。与F100处理相比,MVF40和MV处理分别使氮素表观损失量显著降低了27.14%和63.83%,而MVF100处理使氮素表观损失量显著增加了36.15%,其他处理与F100处理无显著差异。【结论】紫云英还田替代适量化肥提高了稻田土壤氮素供应能力,促进了水稻关键生育时期的氮素吸收和积累,提高了氮肥吸收利用率,进而增加了干物质积累和转运,提升了成熟期干物质积累量尤其是穗的干物质积累量,同时可确保氮素表观损失不增加,最终实现了水稻绿色可持续生产。本试验紫云英还田条件下,减施20%化肥的综合效果较好。

UAN添加氮肥抑制剂对生菜产量、品质及土壤氮平衡的影响

设施蔬菜生产中过量施氮的现象十分普遍,其高强度的水肥投入和不断扩大的种植面积,对环境的影响和面源污染的贡献越来越大。施用新型肥料是当前实现减肥增效的一个重要技术途径。尿素硝酸铵溶液(UAN)是近年来我国开始施用的一种新型液体氮肥,其在设施蔬菜中的高效应用与技术方法尚不明确。将UAN与脲酶抑制剂(NBPT)和硝化抑制剂(DCD)组成的双效抑制剂配施,设置田间试验,不同施氮组合分别为:不施氮CK、UAN、UAN+5 kg/t双效抑制剂(ND5)、UAN+8 kg/t双效抑制剂(ND8)、UAN+10 kg/t双效抑制剂(ND10)。采用滴灌施肥,全生育期共施肥2次,总氮量144 kg/hm^2,滴灌4次,总灌水量140 mm。结果表明,在UAN中添加氮肥抑制剂对生菜产量、品质和环境均有显著影响,生菜产量比UAN处理增加10%~21%,其中ND8处理产量最高,添加双效抑制剂的处理其叶片硝酸盐含量有降低趋势,土壤剖面硝态氮残留量也出现下降,有利于减少硝态氮的淋洗损失,减轻环境负荷。施肥增加了氮素表观损失,与UAN处理相比,添加中高量抑制剂有降低表观损失的趋势。随抑制剂添加量增加,经济收入先增加后降低,施用高量抑制剂产投比下降,经济效益变差。本试验中,液体氮肥UAN添加中等用量(8 kg/t)的双效抑制剂为兼顾生菜产量、品质与环境经济效益的适宜用量。

南方山地丘陵区考虑水稻产量和生态安全的容许施氮量

为了研究南方山地丘陵区水稻种植过程中的容许施氮量,确保水稻产量、生态安全和提高氮肥利用效率,通过在福建(FJ)、四川(SC)、云南(YN)和江西(JX)4个试验点开展田间试验,分析了施氮量、水稻产量、氮素表观利用率、氮素表观损失和田面水总氮的相互关系。结果表明随施氮量的增加,各试验点的水稻产量呈一元二次函数变化,当施氮量为184.7(FJ)、185.98(SC)、288.8(YN)和249.5(JX)kg/hm2时,4个试验点的水稻产量达到最高,分别为5.47、11.24、9.9和4.42t/hm2。氮素表观利用率随施氮量的增加呈Sigmoidal函数递减。当施氮量为135、155、225和185kg/hm2时,FJ、SC、YN和JX试验点的氮素表观利用率出现拐点;田面水总氮随着氮素表观损失量的增加呈指数函数增加,当FJ、SC、YN和JX的施氮量超过180、225.5、236.3和270kg/hm2时,引起田面水总氮迅速增加,分别增加了50.9%、53.3%、90.6%和93.4%。根据容许施氮量确定的原则,通过对各指标相互关系的分析,确定了兼顾水稻产量、氮素利用率和环境安全的容许施氮量,福建、四川、云南、江西的容许施氮量为135～180.0、155～185.98、225～236.3和185～249.5kg/hm2,相应水稻产量为5.38～5.46、11.19～11.24、9.77～9.81、4.36～4.42t/hm2。该研究可为南方山地丘陵区水稻种植过程中合理的氮肥使用量提供参考。

实现黑土玉米高产和养分高效的控释氮肥与尿素掺混比例

【目的】控释氮肥与普通尿素配合施用是东北黑土区实现轻简化施肥的有效技术途径之一。研究控释氮肥与普通尿素适宜的掺混比例,以实现氮肥一次性施用获得高产高效和可持续利用。【方法】于2017—2019年在吉林省公主岭市,以玉米品种‘富民108’为试材,在施N 210 kg/hm^(2)条件下,共设置6个普通尿素与控释氮肥掺混比例处理,分别为:10∶0(RU)、8∶2(CRU20%)、6∶4(CRU40%)、4∶6(CRU60%)、2∶8(CRU80%)、0∶10(CRU100%),并以不施氮肥(N0)为对照。于玉米主要生育期调查植株生物量、氮含量和土壤无机氮含量,并于成熟期测定产量及其构成因素,计算作物氮积累量、氮素利用率和土壤-作物系统氮素平衡状况。【结果】控释氮肥与普通尿素掺混各处理玉米穗粒数和百粒重均高于RU处理,显著提高了玉米产量(P<0.05),其中以CRU60%处理增幅最高,3年平均产量提高了17.3%。与RU处理相比,控释氮肥与普通尿素掺混显著提高了玉米开花期至成熟期土壤无机氮含量,增加了开花期至成熟期氮素积累及其占总生育期氮素积累比例,进而提高了玉米开花后氮素积累对籽粒氮的贡献率。控释氮肥与普通尿素掺混各处理氮素回收率、农学利用率和偏生产力均随控释氮肥比例的增加呈先增后减趋势,其中以CRU60%处理最高,较RU处理分别提高36.1%、66.9%和17.3%。土壤-作物系统氮素平衡状况表明,氮素表观损失量随控释氮肥比例的增加先降后升,以CRU60%处理氮素表观损失量最低,较RU处理降低了28.8%。将控释氮肥与普通尿素掺混比例与产量、氮素利用率、土壤无机氮含量和氮素表现损失量分别进行拟合,得出当控释氮肥的掺混比例为63.4%时,玉米理论产量最高,为11059 kg/hm^(2),相对应的氮素回收率为42.4%、农学利用率为17.1 kg/kg、偏生产力为53.2 kg/kg;土壤无机氮含量为20.8 mg/kg;3年累计氮素表观损失量为223.1 kg/hm^(2);其结果与得到最高产量处理(CRU60%)相对应的玉米产量、土壤无机氮含量和氮素利用率结果相近。以理论最佳控释氮肥比例的95%作为置信区间,求得适宜控释氮肥掺混比例为61%~67%。【结论】在东北黑土区,60%控释氮肥与40%普通尿素配合一次施用可提高玉米生育后期土壤无机氮供应能力,促进玉米氮素吸收,进而显著提高玉米产量和氮素利用率,并降低氮素损失量。

不同炭化温度生物质炭对不同质地植烟土壤铵态氮含量的影响

[目的]研究不同温度(360和500℃)处理下的生物质炭与土壤质地(壤土和砂土)对0~30 cm土层铵态氮含量动态变化及土壤-烟株体系氮素表观损失量的影响,旨在探讨利用生物质炭改良植烟土壤技术途径。[方法]用蒸渗仪种植烟草,研究8种处理(RCK1:壤土,不施肥;RCK2:壤土,施化肥;RT1:壤土,施化肥,施360℃生物质炭;RT2:壤土,施化肥,施500℃生物质炭;SCK1:砂土,不施肥;SCK2:砂土,施化肥;ST1:砂土,施化肥,施360℃生物质炭;ST2:砂土,施化肥,施500℃生物质炭)不同土层NH_4^+-N含量的动态变化,并分析氮素表观损失量。[结果]在砂土中,低温炭处理显著提高了0~30 cm土层NH_4^+-N含量平均值,比对照高22.32%,其中0~10 cm土层NH_4^+-N含量增加显著,为36.88 mg·kg-1,比对照增加了31.82%;高温炭处理显著减少了0~30 cm土层NH_4^+-N含量平均值,比对照低10.79%,其中0~10 cm与10~20 cm土层NH_4^+-N含量均降低。在壤土中,NH_4^+-N含量平均值显著低于砂土。2种生物质炭处理下壤土0~30 cm土层NH_4^+-N含量与对照相比均无显著差异。低温炭与高温炭处理0~10 cm土层NH_4^+-N含量显著低于对照,分别减少了12.17%和25.34%,而10~20 cm土层NH_4^+-N含量分别比对照增加了2.48%和13.38%,20~30 cm土层NH_4^+-N含量分别比对照增加了32.14%和38.84%,且高温炭比低温炭表现更明显。施用生物质炭能减少土壤-烟株体系的氮素表观损失量,低温炭比高温炭效果更好。各处理(RT1、RT2、ST1、ST2)分别比各自常规施肥对照减少了40.27%、34.10%、68.73%和54.05%(P<0.05)。[结论]在砂土中施用低温炭能增加NH_4^+-N含量,而施用高温炭NH_4^+-N含量减少。在壤土中2种生物质炭均可以使0~10 cm土层NH_4^+-N含量减少,而20~30 cm土层NH_4^+-N含量增加。施用生物质炭能减少土壤-烟株体系的氮素表观损失量,低温炭比高温炭效果更显著。

土壤N_2O排放量和小麦、玉米效益俱佳的吡啶喷涂尿素适宜用量研究

【目的】粮田过量施用氮肥造成土壤向大气排放N_2O增多,土壤氮素表观损失提高,为实现粮田安全生产,研究吡啶喷涂尿素对冬小麦/夏玉米轮作系统内土壤N_2O排放和氮素表观损失、籽粒产量和净收益的影响。【方法】按照1.1‰的比例将2-氯-6-三氯甲基吡啶喷涂在尿素表面制成吡啶喷涂尿素,进行了玉米、小麦田间试验。在磷、钾养分用量相同的条件下,设置4个吡啶喷涂尿素施用水平,玉米分别为0、180、270和360kg/hm^2,小麦分别为0、150、225和300 kg/hm^2,调查作物产量和施肥效益;在2茬作物生长期间采用静态箱法收集气体,测定土壤N_2O排放量和排放强度。【结果】各处理玉米和小麦季基肥和追肥后均出现显著的N_2O排放峰,土壤N_2O排放、氮素表观损失、N_2O排放强度等均随施氮量增加而增加。玉米季,吡啶喷涂尿素用量270和360 kg/hm^2间无显著差异,2处理玉米分别较不施氮肥净增收5208.0和5425.4 yuan/hm^2;小麦吡啶喷涂尿素用量为225 kg/hm^2时,籽粒产量和净收益均最大。整个轮作季,与N3处理(玉米和小麦季分别施用吡啶喷涂尿素360和300 kg/hm^2)相比,N2(玉米和小麦季分别施用吡啶喷涂尿素270和225 kg/hm^2)处理的作物产量相当,但土壤N_2O排放量减少1.51 kg/hm^2,土壤氮素表观损失减少39.4 kg/hm^2,施氮肥量减少165 kg/hm^2,净增收提高405.3 yuan/hm^2。【结论】玉米–小麦轮作季吡啶喷涂尿素用量分别为270和225 kg/hm^2时增产增收,且土壤N_2O排放和氮素表观损失较少。

施氮量对再生水灌溉番茄根际土壤供氮能力影响

为了探明施氮量对再生水灌溉设施番茄根际土壤供氮能力的影响,通过田间小区试验,对不同施氮处理番茄关键生育阶段根际、非根际土壤矿质氮和全氮、番茄生物量和产量、氮肥偏生产力、表观氮素损失量及土壤供氮能力进行了对比分析。研究结果表明,氮肥减施20%处理和氮肥减施30%处理,番茄关键生育期根际土壤矿质氮保持在55mg/kg以上,根际与非根际土壤矿质氮差异介于10.47%～12.63%之间,促进了非根际土壤矿质营养向根际土壤迁移;氮肥减施20%处理和氮肥减施30%处理氮肥偏生产力、作物氮生产力和产量均显著高于常规施氮处理。氮肥追施量控制189～216kg/hm2、辅以再生水灌溉,促进了非根际土壤矿质营养向根际土壤迁移,提高了根际土壤供氮能力,有效削减了0～30cm根层土壤表观氮素损失,保证了番茄关键生育阶段生长对土壤矿质营养需求,显著提高了番茄关键生育阶段氮肥偏生产力和番茄产量。

施氮对高产小麦群体动态、产量和土壤氮素变化的影响

选用多穗型小麦品种豫麦49-198和大穗型小麦品种兰考矮早八,以河南温县和兰考为试验地点,在0、90、180、270、360Nkg.hm-2水平下,通过田间试验对小麦群体动态、产量和土壤氮素变化进行了研究.结果表明:两个品种小麦都是从出苗开始群体数量不断增加,到拔节期达到最大,然后开始下降.在不同施氮水平和试验点间,豫麦49-198在越冬期和返青期群体数量没有显著差异,拔节以后不同氮水平间群体数量差异显著;而兰考矮早八在所有生育时期,不同施氮水平间群体数量都没有显著差异.随氮肥用量的增加,小麦产量增加,但过量施氮则使小麦产量下降,豫麦49-198以270Nkg.hm-2水平下产量最高,在温县和兰考点分别为9523和9867kg.hm-2,兰考矮早八以180Nkg.hm-2水平下产量最高,在温县和兰考点分别为9258和9832kg.hm-2.随着氮肥用量的增加,土壤硝态氮含量和氮素表观损失增加,豫麦49-198在温县和兰考点的氮素表观损失分别占氮肥用量的32.56%～51.84%和-16.70%～42.60%,兰考矮早八则分别占氮肥用量的18.58%～52.94%和-11.50%～45.80%.在本研究条件下,兼顾产量和环境效应,0～90cm土壤硝态氮累积量不应超过120～140kg.hm-2,小麦氮用量不能超过180kg.hm-2.

生物质炭与土质互作对土壤硝态氮含量的动态影响

为探讨生物质炭改良植烟土壤的技术途径,在玻璃温室内,用蒸渗仪种植烟草,研究不同炭化温度(360℃、500℃)的生物质炭与土质(壤土和砂土)互作对植烟土壤0~30 cm土层硝态氮含量动态变化及土壤-烟株体系氮素表观损失量的影响。结果表明:①施用生物质炭能增加土壤硝态氮含量,施用低温炭(360℃)和高温炭(500℃)土壤硝态氮含量较对照分别增加20.58%和8.97%,低温炭比高温炭对硝态氮的持留效果更好;②低温炭对土壤硝态氮的持留作用主要发生在0~10 cm土层,而高温炭主要发生在10~20 cm土层,分别比对照高38.39%和7.37%,均达到显著水平;③施加低温炭后壤土和砂土硝态氮含量分别比对照高16.09%和29.18%,可见施加低温炭对砂土保肥效果的提升高于壤土;而施加高温炭后壤土和砂土硝态氮含量分别比对照高11.03%和4.97%,可见施加高温炭对壤土保肥效果的提升高于砂土;④施用生物质炭能减少土壤-烟株体系的氮素表观损失量,低温炭比高温炭效果更好。各处理(壤土施化肥+低温炭、壤土施化肥+高温炭、砂土施化肥+低温炭、砂土施化肥+高温炭)分别较各自常规施肥对照的氮素表观损失量减少40.27%、34.10%、68.72%和54.05%,均与对照差异显著。因此,施用生物质炭能增强土壤对硝态氮持留效果,减少土壤-烟株体系的氮素表观损失量,低温炭比高温炭效果更显著,为生物质炭在植烟土壤中的合理施用提供理论指导。

不同供氮量对二月兰产量、土壤无机氮残留及氮平衡的影响

研究华北冬绿肥二月兰对不同供氮水平的响应特征,确定实现绿肥高产高效的土壤适宜供氮量,可为华北集约化农田最大化发挥绿肥生态效应和优化春玉米/冬绿肥轮作体系氮素管理提供理论依据和技术参考.选取多年不施肥试验地设置供氮梯度试验,研究了不同供氮水平对冬绿肥二月兰翻压前地上部生物量累积、氮素吸收、土壤无机氮残留和冬绿肥季土壤氮素平衡的影响.结果表明:在土壤无机氮含量较低(0~90 cm土层15 kg·hm^(-2))条件下,施氮显著提高二月兰生物量和吸氮量.其中,施氮90 kg·hm^(-2)处理表现最高,绿肥生物量(干质量)和吸氮量分别为2031.0和42.0 kg·hm^(-2);土壤无机氮残留量随施氮量增加而增加,且在施氮量高于60 kg·hm^(-2)后呈现快速增加趋势;随施氮量增加二月兰生长季的表观氮平衡表现出由亏缺到盈余的变化特征,在施氮量为60~90 kg·hm^(-2)条件下氮收支基本平衡.土壤供氮量(绿肥播前0~90 cm土壤无机氮含量与施氮量之和)与二月兰生物量、吸氮量和绿肥翻压前土壤无机氮含量的关系可以分别用二次、线性加平台和指数方程进行模拟,依据模型计算二月兰生物量最高值(2010 kg·hm^(-2))时的播前土壤供氮量和绿肥翻压前土壤无机氮残留量分别是136和78 kg·hm^(-2);而在二月兰吸氮量最高值40 kg·hm^(-2)时,二月兰生物量为1919 kg·hm^(-2),相当于最高生物量的95%,绿肥翻压前土壤残留无机氮降低至57 kg·hm^(-2),与之对应的播前土壤供氮量为105 kg·hm^(-2),该值与目前华北地区优化施氮下玉米收获后土壤残留无机氮推荐含量(100 kg·hm^(-2))基本相当.综合考虑绿肥的农学和环境效应,春玉米/冬绿肥轮作体系中二月兰播前土壤供氮量应控制在100~105 kg·hm^(-2).