设施土壤磷素固持材料的选择与应用研究进展

我国设施土壤磷素高量积累继而流失是造成相邻水体富营养化的一个重要原因。施用磷素固持材料是有效减少土壤磷流失的措施之一,本文对比分析了室内条件下几类磷素固持材料(黏土矿物类、铁铝类、钙镁类和其他类)对磷酸盐的吸附量和吸附机制,总结了设施土壤中添加磷素固持材料对土壤有效磷含量、磷形态和磷素淋洗量的影响。基于材料的易获取性、安全性、价格以及被固持磷素的再利用性,提出了不同土壤中适宜施用的磷素固持材料。结果表明,添加磷素固持材料能通过物理、化学等作用吸附土壤磷,降低磷移动性。一般而言,铁铝类、钙镁类材料的磷素吸附量和吸附键能高于黏土矿物类,而改性生物炭材料的磷吸附量和强度常取决于改性物质。施入土壤后,铁铝类、钙镁类材料能快速降低土壤磷活性,进而减少磷的移动和流失,然而过量施用铁铝类材料可能影响作物正常生长及其对磷的吸收,适宜钙镁比的材料不仅能固持土壤磷,而且不影响作物对磷素的吸收利用。因此,在磷含量极高的设施石灰性土壤上,推荐适量施用铁铝类材料;在酸性土壤上,建议施用适宜钙镁比的材料,固持土壤磷并保持磷的有效性;黏土类材料则在磷含量适中的土壤上较为适用。此外,利用废弃物作为磷素固持材料,可在减少土壤磷流失的同时实现废弃物资源化利用,具有较好的应用前景。

中国北方农田氮磷淋溶损失污染与防控机制

突破厚包气带农田根层氮磷淋溶与地下水污染复杂定量关系和阻控机理是国际研究难点。本文系统梳理了重点研发专项"农田氮磷淋溶损失污染与防控机制"项目取得的主要进展,项目包括以下4方面研究内容:1)北方主要农区农田根层氮磷淋溶时空规律;2)根层-深层包气带氮磷淋溶机制和主控因子;3)黑土、潮土和褐土氮磷淋溶阻控机制及其效果;4)典型农区氮磷淋溶风险与区域消减途径。主要科学发现包括:1)受土地利用类型、地下水埋深、包气带岩性、水文地质条件等综合因素的影响,黑土区、潮土区和褐土区根层氮磷淋溶规律与地下水硝酸盐超标率体现出空间不一致和较大差异性。黑土区虽然根层淋溶较小,然而受地形地貌影响,地下水水质对淋溶响应更强烈,应该进一步研究黑土区地下水水质对淋溶的响应机制。华北潮土区和褐土区厚包气带具有明显氮阻控能力,应该进一步加强厚包气带对氮磷淋溶减排机理与途径研究。2)基于长期施肥定位试验和12 m深观测井对包气带农田土壤氮盈余累积特征和淋失规律的研究发现,华北平原区的环境安全施氮量约为200kg(N)·hm-2·a-1,超过环境安全阈值的多投入氮肥中有51%淋失到1m根层以下,不合理灌溉、强降水、大孔隙和裂隙是造成土壤硝酸盐淋溶的主要因素,对包气带累积硝态氮的淋失作用可影响至6m以下土层。3)利用深层取样和生物学方法结合,对厚包气带0~10.5m原位土壤微生物的反硝化活性和微生物区系组成的研究结果表明,表层土壤是微生物进行反硝化的主要场所,深层土壤中反硝化作用显著减弱,"碳饥饿"是限制底层土壤反硝化微生物丰度与活性的关键因素;室内培养试验证实添加碳源可有效激活土壤微生物的反硝化活性,为"根层截氮包气带脱氮"的淋溶阻控机理找到了突破口。4)利用黑土、潮土和褐土区氮磷淋溶阻控试验、全国农业面源污染国控监测网、北方农区地下水硝酸盐监测网和NUFER (NUtrient flows in Food chains, Environment and Resourcesuse)模型,提出了养分损失脆弱区区划和区域氮磷污染削减草案,可为农业绿色发展和面源污染阻控提供科学依据。

不同还田方式下芒果修剪枝叶腐解以及养分释放特征

通过研究地表覆盖和翻理2种不同还田方式下芒果修剪枝叶的腐解和养分释放特征,为芒果修剪枝叶的合理利用和芒果园的施肥管理提供理论依据。以修剪的芒果枝条、叶片为研究对象,采用网袋法,设置地表覆盖和翻埋2种还田方式,研究不同还田方式下芒果枝叶的腐解及氮(N)、磷(P)和钾(K)养分释放特征。结果表明,0~60 d是芒果枝叶的快速腐解期,其重量减少量占腐解期总重量减少量的58.7%~71.9%。Olson指数衰减模型模拟结果表明,叶片腐解速率快于枝条,2种还田方式的枝条腐解速率无显著差异,地表覆盖处理叶片腐解速率快于翻埋处理。枝条N养分归还指数在腐解期表现为先降低后上升的趋势,叶片N养分归还指数在地表覆盖处理下逐渐上升。枝叶P养分归还指数均表现为先上升后降低再上升的趋势。K养分归还指数在0~30 d快速上升,之后再缓慢上升。经过240 d的腐解,枝条N、P、K的养分归还指数分别是-9.30%~-2.82%、78.15%~78.75%和95.27%~96.09%;经过180 d的腐解,叶片N、P、K的养分归还指数分别是63.95%~76.41%、77.08%~79.85%和95.59%~96.77%,芒果枝叶养分归还指数表现为K>P>N。与翻埋处理相比,地表覆盖处理显著或极显著降低枝条腐解120、180 d的N和P养分归还指数,极显著提高叶片腐解120、150 d的N养分归还指数,显著提高叶片腐解180 d的N养分归还指数和腐解150 d的P养分归还指数,对枝叶K养分归还指数无显著影响。地表覆盖还田较翻埋还田更有利于促进芒果叶片的腐解及其N、P养分释放;芒果枝条还田会导致N、P富集,需适时补充氮肥和磷肥,2种还田方式下K的释放可适当减少钾肥施用。

中国北方主要农区农田氮磷淋溶特征与时空规律

中国北方黑土区、潮土区和褐土区是我国农业主产区,大水大肥问题尤为突出,氮磷淋溶是全国典型的地下水污染来源。然而,中国北方主要农区农田氮磷淋溶特征和时空规律尚不清楚。本文利用田间原位监测和文献荟萃分析方法,系统分析了中国北方主要农区285个监测点年的4种主要种植模式(春玉米、冬小麦-夏玉米、露地蔬菜、保护地蔬菜)农田氮磷淋溶特征与时空规律。研究结果表明,中国北方4个主要种植模式的平均氮和磷淋溶强度分别为:保护地蔬菜117.5 kg(N)·hm−2和0.74 kg(P)·hm−2,露地蔬菜51.7 kg(N)·hm−2和0.10 kg(P)·hm−2,冬小麦-夏玉米轮作49.9 kg(N)·hm−2和0.07 kg(P)·hm−2,春玉米30.7 kg(N)·hm−2和0.09 kg(N)·hm−2。与粮田相比,蔬菜田的高水肥投入决定了其较高的氮磷淋溶量。受土壤质地以及区域间水肥管理差异的影响,同一种植模式下,总氮淋溶强度为黑土区<褐土区<潮土区。农田氮磷淋溶年际间变化主要受降雨强度的影响,总氮淋溶量与降雨强度呈正线性相关关系,尤其前一年无淋溶事件发生背景下,下一年的淋溶量会急剧增加。空间尺度上,潮土区和褐土区是氮素淋溶的主要风险区。值得注意的是一些蔬菜种植面积尤其是保护地蔬菜种植面积占比较大的省份表现出较高的氮磷淋溶风险。综上,北方主要农区农田氮磷淋溶风险以氮为主,磷的淋溶风险也不容忽视。潮土区和褐土区是氮素淋溶的主要风险区。区域尺度上,氮磷淋溶主要来自粮田,但菜田面积越大,氮磷淋溶风险越高。

辽河三角洲稻区缓释肥施用下氮肥减施潜力研究

为明确辽河三角洲典型单季稻区氮肥减施潜力,采用区域施肥调查和田间试验相结合的方法,以了解区域施肥现状以及不同缓释肥减量替代化肥对产量、氮素供给和流失风险的影响。结果表明,目前辽河三角洲单季稻氮肥施用量主要分布在200~350 kg·hm^(-2)之间,区域平均施氮量为294.5 kg·hm^(-2),区域平均经济产量为10479.9 kg·hm^(-2),依据水稻需氮量计算得出适宜的施氮量为182~202 kg·hm^(-2)。经研究表明,根据目前区域内可选择的肥料类型选择适宜的缓释肥料,减氮潜力在19.2%~30.8%之间,在保证作物产量的条件下,可以提高1.39%~15.79%的氮肥利用率,维持土壤养分含量,有效降低田面水中68.4%~79.6%的氮含量,增加541.4~5816.6元·hm^(-2)的经济效益。综上,在减氮潜力较高的地区,适当减氮条件下施用缓释肥可以在保证作物产量的同时降低氮素损失的环境风险,减少人工成本,提高经济效益。

华北丘陵及平原有机及常规农田地表蜘蛛多样性研究

为满足日益增长的粮食需求,丘陵地区的农业发展已受到越来越多的重视,而农业集约化生产是导致生物多样性丧失的主要原因之一。为了解地形区域、生产管理模式及边界树篱带对农田地表天敌多样性的影响,在我国华北典型农区,选取5种农田,包括丘陵地区的常规管理无植物篱玉米地(CM)、常规管理有植物篱玉米地(CMH)、有机管理无植物篱玉米地(OM)、有机管理有植物篱玉米地(OMH)和平原地区常规管理无植物篱玉米地(PCM),于2019年8—9月采用陷阱法展开蜘蛛多样性调查。结果表明:处于丘陵地区的玉米地蜘蛛的香农多样性和物种稀疏指数显著高于平原地区,有机管理下的玉米地蜘蛛物种稀疏指数显著高于常规管理下的玉米地,有植物篱的玉米地蜘蛛的物种稀疏指数高于无植物篱的玉米地;且丘陵与平原、有植物篱与无植物篱、有机和常规管理下蜘蛛群落结构显著不同。基于上述研究结果,研究建议农业发展和生物多样性保护应当加强区域土地利用规划和分区管理;丘陵地区因受人类干扰较小,维持了较平原地区更高的蜘蛛物种库,可以作为集约化农区生物多样性保护的热点区,农业发展应优先规划发展低集约化的生产模式(如有机农业等),并加强景观多样性建设。而平原地区也应合理保留农田半自然边界带和降低集约化管理强度以推动生态环境改善和绿色发展。

黄腐酸添加量对低氮胁迫下小麦生长和根系形态的影响

【目的】黄腐酸(FA)是腐植酸中分子量较小、活性最大的组分,作为一种生物刺激素,FA可以促进植物生长,提高植株的抗逆性。研究黄腐酸不同添加量对低氮胁迫下小麦生长及根系形态的影响,为小麦减氮增效提供实践和理论参考。【方法】以小麦品种‘鑫华麦818’为材料进行了水培试验。将营养液氮浓度调节为硝态氮0.1 mmol/L模拟低氮胁迫(LN),并分别设置FA添加量0、30、60、90、120 mg/L,即LN-FA0、LN-FA30、LN-FA60、LN-FA90、LN-FA120,共5个处理;以正常供氮营养液(硝态氮4 mmol/L)为对照(NN)。分析了小麦根系形态、植株生物量、植株氮浓度、氮累积量、叶片氮代谢关键酶活性等指标。【结果】与LN-FA0相比,LN-FA30、LN-FA60、LN-FA90和LN-FA120处理的地上部生物量分别提高了16.31%、23.18%、26.75%和35.16%,LN-FA120的地上部生物量与正常氮处理已无显著差异;LN-FA30、LN-FA60和LNFA90总根长增加了35.00%~44.67%,根表面积增加了39.93%~95.42%,根体积增加了55.38%~144.61%,根尖数增加了62.88%~90.12%,主根长增加了26.29%~31.71%(P≤0.05)。将根系按照直径划分为4个等级,FA处理主要促进了小麦Ⅰ~Ⅲ级根系的生长。与LN-FA0相比,4个FA处理均显著提高了小麦地上部氮累积量、根系氮吸收效率和地上部氮分配比例,显著提高了小麦叶片谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性。上述全部指标,除地上部生物量外,FA的提升效果均随FA添加量增加至90 mg/L达到最高值,FA120则不同程度地降低了对各指标的提升效果。【结论】低氮胁迫下,适宜黄腐酸添加量可显著促进小麦Ⅰ~Ⅲ级根系的生长,提高总根长、主根长、根表面积、根体积和根尖数,进而显著提高小麦根系氮吸收效率以及在地上部的氮分配率,并通过提高低氮叶片的GOGAT和GDH活性增强植株氮代谢,促进地上部生物量积累。黄腐酸添加量在30~90 mg/L范围内,效果随黄腐酸添加量的增加而增强,当添加量达到120 mg/L时,其对小麦根系各指标和氮代谢酶活性的作用减小,但却获得了最大的地上部生物量,其原因还需继续研究。

白洋淀流域核心区农牧系统未利用氮量及空间分布

【目的】农牧系统过量投入产生的未利用氮素是地表水体中污染负荷的重要来源之一,量化农业未利用氮素的空间分异特征,为氮素的分区管理,实现流域农业源氮素有效管理提供基础。【方法】以白洋淀流域核心区保定市范围内的农牧系统为研究对象,根据氮素输入、输出量,分析2016年保定市各县(区)种植业、畜牧业以及农牧系统的未利用氮素空间分布情况。种植业的未利用氮量为各输入项(化肥、有机肥、大气干湿沉降、灌溉水、种子、非共生固氮和秸秆还田)与输出项(作物籽粒和秸秆)的差值;畜牧业未利用氮量为养殖粪污产生量与施用量的差值;农牧系统未利用氮量为种植业与畜牧业未利用氮量之和。【结果】(1)保定市各县(区)种植业氮未利用强度在90.27-581.73 kg·hm-2之间,其中定兴县氮未利用强度最小,满城区的氮未利用强度最大;种植业中蔬菜生产是未利用氮贡献最多的产业,占种植业未利用氮量的31.3%,其次是果树(29.0%)、小麦(27.8%)和玉米(11.9%);化肥是种植业未利用氮的主要输入源(占61.8%),其次是有机肥(16.8%)、秸秆还田(8.9%)、大气沉降(5.2%)、灌溉(3.4%)、非共生固氮(3.0%)和种子(0.9%)。(2)各县(区)畜牧业未利用氮水平在0.06万-2.48万t之间,其中徐水区的未利用氮量最大,莲池区的最小。畜牧业中肉牛是未利用氮贡献最多的养殖种类,占未利用氮量的71.0%。(3)农牧系统未利用氮水平在0.43万-4.97万t之间,其中,徐水区的未利用氮量最高。农牧系统中,种植业是未利用氮的主要贡献产业,占农牧系统未利用氮的55.8%。【结论】白洋淀流域核心区保定市各县(区)未利用氮量空间分异显著,其中,徐水区的未利用氮量最高,是竞秀区未利用氮量的10.4倍;对农牧系统未利用氮量贡献最大的是种植业,其中,蔬菜生产是贡献最多的产业。

深松结合秸秆还田对黑土孔隙结构的影响

【目的】东北黑土实施深松结合秸秆还田对土壤孔隙结构影响的研究缺乏明确性结论,为此开展本研究,旨在研究深松结合秸秆还田对黑土结构的影响机制,为合理耕层创建提供科学依据。【方法】利用在东北典型黑土区--黑龙江省绥化市青冈县开展的5年田间定位试验为平台,设置农民常规耕作(FP)、单独深松25 cm(T2)、深松25 cm结合秸秆还田(T3)和深松35 cm结合秸秆还田(T4)等处理,采用CT扫描技术开展土壤孔隙结构可视化和定量化研究,并结合田间持水量和容重等指标,探究深松结合秸秆还田对黑土孔隙结构的影响。【结果】通过土壤孔隙二维和三维图像可以清晰看出,各处理0-20 cm土层孔隙分布均明显少于20-40 cm土层,深松结合秸秆还田(T3、T4)的孔隙分布明显多于FP,增加了结构更为复杂的大孔隙。定量化分析表明,相较于FP,单独深松25 cm(T2)显著提高20-30 cm土层总孔隙度103.0%(P<0.05),主要通过显著提高小孔隙(孔隙直径d≤0.50 mm)孔隙度91.3%和中孔隙(0.50 mm<d≤1.00 mm)孔隙度143.5%来实现(P<0.05);而深松结合秸秆还田(T3、T4)则可显著提高0-30 cm土层总孔隙度109.8%-382.7%(P<0.05),主要通过显著提高大孔隙(d>1.00 mm)孔隙度221.5%-661.7%和中孔隙孔隙度105.4%-544.9%来实现(P<0.05)。T3、T4还显著提高了0-30 cm土层孔隙的分形维数9.9%-17.7%(P<0.05),降低了欧拉数32.4%-66.4%(P<0.05),显著提高田间持水量24.2%-40.6%(P<0.05)。进一步分析得出不同孔径孔隙度、总孔隙度与田间持水量、分形维数呈极显著正相关,与欧拉数呈极显著负相关(P<0.01)。【结论】深松结合秸秆还田能够提高黑土大中孔隙的孔隙度、改善孔隙结构和连通性、增加田间持水量,尤以深松35 cm结合秸秆还田的效果最为显著,可作为东北黑土合理耕层构建的推荐措施。

生草减肥措施对坡地芒果园氮磷流失及养分吸收的影响

【目的】明确田间生草减肥管理措施对坡地芒果园氮(N)和磷(P)流失及养分吸收的影响,为有效防治坡地芒果园N和P流失协同养分增效提供科学依据。【方法】以广西百色市5年生热农坡地芒果园为研究对象,设生草减肥和常规管理2个处理,在自然降雨条件下测定2个处理坡地芒果园的径流产生量及泥沙、N和P流失量,同时分析芒果的N、P和钾(K)养分吸收量。【结果】研究区降雨主要集中在5—8月,中雨以上等级的降水量占观测期总降水量的77.28%。径流发生于连续中大降雨或单场降水量大于30.00 mm的降雨,且降水量与泥沙、总N和总P流失量呈极显著正相关(P<0.01)。连续中大降雨是泥沙及N和P流失的主要来源,其泥沙、N和P流失量分别占总泥沙、N和P流失量的74.23%~85.74%、73.70%~83.06%和77.88%~85.18%。生草减肥处理的总径流量、泥沙平均含量及总泥沙、总N和P流失量分别为476.2 m^(3)/hm^(2)、1.35 g/L、688.8 kg/hm^(2)、1014.7 g/hm^(2)和74.9 g/hm^(2),较常规管理处理分别减少66.20%、66.42%、88.68%、79.39%和83.51%。同时,生草减肥处理的偏生产力及N、P和K养分吸收量分别为19.3 kg/kg、108.9 g/株、16.4 g/株和151.8 g/株,较常规管理处理分别提高29.53%、8.68%、9.33%和8.98%。【结论】在广西百色市芒果产区坡地芒果园,地表径流发生于连续中大降雨或单场降雨大于30.00 mm的降雨,且与降水量呈极显著正相关,果园产流产沙量及N和P流失量受连续中大降雨的影响更明显。与常规管理相比,生草减肥措施可在有效减少地表径流及泥沙、N和P流失量的同时提高偏生产力及N、P和K养分的吸收量。

百色芒果主产区果园施肥状况及减施潜力分析

【目的】调查分析百色芒果主产区果园施肥现状,探究果园化肥减施潜力,为果园的科学合理施肥及芒果产业的绿色发展提供理论依据。【方法】采用实地走访、问卷调查方式,于2020年8—12月调查百色田东县79个代表性芒果园的养分投入状况,并结合文献资料中的肥料推荐施用量,估算芒果园肥料减施潜力。【结果】芒果园以种植台农1号芒和桂热芒82号品种为主,所调查的果农有93.5%施入采果后催梢肥,且施肥时间以9月主(52.2%);53.3%的果农施入壮果肥,施肥时间集中在3、4和5月;芒果园N、P_(2)O_(5)、K_(2)O养分平均投入量分别为0.54、0.50和0.52 kg/株,存在重化肥轻有机肥现象,化肥N、P_(2)O_(5)、K_(2)O平均投入量占果园相应养分总投入量的91.8%、79.6%和97.5%。对比推荐施用量,N、P_(2)O_(5)和K_(2)O养分投入超标样本比例依次为41.6%~53.2%、76.6%~88.3%和19.5%~26.0%。芒果园氮肥相对减肥潜力为7.3%~22.2%,磷肥相对减肥潜力为39.6%~57.7%,钾肥平均施用量未达推荐施用量。【结论】百色芒果园氮磷投入过量,钾肥投入不足、有机肥严重不足问题较普遍,磷肥减施潜力最大。建议增施有机肥和钾肥,适当控制氮磷投入,优化果园养分管理。

不同精度的土壤数据对水质和水量模拟的影响

【背景】模型模拟是研究面源污染的重要手段,建模过程中输入数据的质量是影响模型准确度的重要因素,其中土壤数据作为流域模型的重要输入数据之一,对模型的产流过程有重要的影响。然而,以往的研究多集中于土壤数据精度对水量和水文过程的影响,对水质的研究还比较欠缺。【目的】为丰富该领域建模的先验知识,为流域模型建立过程中的数据选择提供帮助。【方法】采用SWAT(soil&water assessment tool)模型,利用不同精度(1:5万、1:50万和1:100万)的土壤数据进行建模,对凤羽河流域的水量、泥沙、总氮和总磷含量进行了模拟。并采用SWAT-CUP软件进行参数的率定,得到基于3种不同土壤数据的最佳模拟结果。在此基础上,研究不同精度土壤数据对水文响应单元划分、模型参数、水质和水量模拟的影响。【结果】(1)土壤数据对水文响应单元(HRU,hydrologic response unit)的划分数量有明显影响,HRU划分数量的敏感性与划分阈值及土壤图详细程度有关;(2)进行参数率定后模型的表现效果有明显的提高,不同精度的土壤数据对于不同指标(流量、泥沙、总氮和总磷)的模拟效果存在差异,但并非土壤数据精度越高模拟效果越好;(3)随着子流域面积的增大,不同土壤数据提取的土壤属性的平均值趋于一致,且校准过程会对面积较小的子流域产生较大的影响。【结论】因此,在实际的模型模拟中应根据流域的大小和模拟的指标选择土壤数据的精度,同时在模型校准过程中要注意空间尺度的影响。

不同施肥年限下作物产量及土壤碳氮库容对增施有机物料的响应

【目的】研究不同年限下增施有机肥及秸秆还田对作物产量及剖面土壤碳氮库容的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量提供依据。【方法】以农业部昌平潮褐土生态环境重点野外科学观测试验站为平台,分别在长达11年和27年的2个不同施肥年限试验区采集4个施肥处理,即氮磷钾(NPK)、氮磷钾+22.5 t·hm^(-2)有机肥(NPKM)、氮磷钾+33.75 t·hm^(-2)有机肥(NPKM+)、氮磷钾+秸秆还田(NPKS)不同土层深度的土壤样品,分析冬小麦-夏玉米产量和土壤碳氮库容剖面分布特征。【结果】(1)增施有机肥及秸秆还田处理对作物的增产效应随施肥年限的延长而逐渐增强。与NPK处理相比,施肥11年限的NPKM、NPKM+和NPKS处理分别提高小麦和玉米产量为18.6%、15.8%、3.5%和39%、42%、35%;而27年的各施肥处理对小麦和玉米产量的增产幅度分别为41%、51.5%、23%和31%、33%、58%。(2)随着施肥年限的延长,增施有机肥及秸秆还田均能持续提升土壤碳、氮库容。连续施肥11年后,土壤碳、氮库容分别为25—114 Mg·hm^(-2)、2.2—9.0 Mg·hm^(-2);而27年后土壤碳、氮库容分别为29—146 Mg·hm^(-2)、2.5—12.1 Mg·hm^(-2)。随着土壤剖面的加深,不同施肥年限中土壤碳、氮库容均表现为先逐渐增加后逐渐降低的趋势,均在80 cm处达到峰值。在80 cm土层峰值处,27年施肥处理中NPK、NPKM、NPKM+、NPKS土壤碳库和氮库分别为102、128、146、123 Mg·hm^(-2)和8.3、9.7、12.1、9.1 Mg·hm^(-2),而11年施肥年限内各处理土壤碳、氮库均表现为差异不显著(P>0.05)。和NPK相比,不同年限中增施有机肥及秸秆还田均降低了不同土层的土壤碳氮比。同时,随着施肥年限的延长,土壤碳氮比越稳定。(3)随着施肥年限的延长,各处理土壤累积碳、氮库均呈现增加趋势。连续施肥11年后,NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为5.2%、11.2%、9.2%和21.2%、26.6%、38.8%;连续施肥27年后NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为26.3%、41.1%、21.8%和26.2%、44.9%、4.0%,且随着施肥年限的延长,施用有机肥对土壤累积碳库容的提升高于秸秆还田的趋势愈加明显,而对土壤累积氮库容的提升效果低于秸秆还田。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥及秸秆还田会提高作物产量、增强土壤碳氮库容、提升土壤肥力,且随着施肥年限的延长,效果愈加明显。同时,施用有机肥对作物产量、碳库的增强效应强于秸秆还田,而对氮库的提升效果低于秸秆还田。

化肥减量替代对华北平原小麦-玉米轮作产量及氮流失影响

为降低氮素流失风险,提高肥料利用效率,在华北平原采用田间定位试验研究了不同施肥措施对小麦-玉米产量、周年氮素淋溶和径流损失的影响。结果表明,相比当地常规施肥处理(CON),减施氮肥150 kg·hm^-2的条件下,单施化肥(RF)和10%比例沼液替代(RFM)不会降低小麦和玉米产量。相较于CON处理的氮素年均盈余量218.1 kg·hm^-2,RF和RFM处理氮盈余量分别显著降低了66.7%和55.9%。CON处理总氮平均淋失浓度和年均淋失量分别为33.70 mg·L^-1和22.01 kg·hm^-2,与之相比,RF处理总氮平均淋失浓度和年均淋失量分别降低了31.45%和30.58%,而RFM处理分别降低了40.65%和43.39%。试验期间径流产流只发生2次,氮素淋溶发生次数和氮损失量远高于径流损失,因此淋溶是氮素流失的主要途径。CON处理总氮平均径流浓度和年均径流流失量分别为23.0 mg·L^-1和0.095 kg·hm^-2,与之相比,RF处理总氮平均径流浓度和年均径流流失量分别降低了32.9%和30.5%,而RFM处理分别降低了45.5%和50.5%。由于施肥量较高,CON处理氮淋溶表观流失率为4.19%,而RF和RFM处理氮淋溶表观流失率分别降低了2.86%和20.76%。NO3--N是氮素流失的主要形态,分别占淋溶和径流总氮流失量的66.3%和73.3%,其与总氮流失变化趋势一致。综上,化肥减量配施沼液在保证作物产量的情况下,是降低氮素流失的有效措施。

有机替代下华北平原旱地农田氨挥发的年际减排特征

【目的】农田氨挥发是大气中氨的重要来源,其减排措施研究已成为国际研究热点。有机肥替代化肥的农田氨挥发减排潜力已得到广泛认可,然而年际间气候变化对其减排能力的影响研究报道较少。通过研究年际间有机替代对作物产量和氨挥发损失量的影响,为华北地区科学减少氨挥发损失提供理论依据【方法】本研究基于华北平原玉米长期田间定位试验(2007年设置),针对不同施肥处理开展了连续3年(2017—2019年)的氨挥发监测,以明确年际间气候变化对有机替代氨挥发减排潜力的影响强度。试验共设置4个处理:不施氮肥处理(PK)、单施化肥处理(NPK)、半量有机肥氮替代化肥氮处理(HONS)、全量有机肥氮替代化肥氮处理(FONS)。【结果】有机替代可以提高玉米产量,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的玉米产量分别提高20.7%和30.9%。不同施氮处理的氮素偏生产力在35.6~46.7 kg/kg,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的氮素偏生产力分别提高20.8%和30.9%。年际间和各处理间的氨挥发规律基本一致,都是在施肥后的第2~4天出现排放峰值,之后氨挥发速率逐渐降低,并在9天内基本趋于稳定。施肥后前9天是农田氨挥发的主要排放时期,氨挥发量占基肥期氨挥发总量的70.1%;占追肥期的63.7%。华北平原春玉米农田氨挥发损失量较低(10.6 kg/hm2),有机替代能够进一步显著降低农田氨挥发损失。与NPK处理相比,HONS和FONS处理对氨挥发损失的减排率平均分别可达33.5%和58.7%。有机替代处理农田氨挥发的年际间变化显著高于单施化肥处理。相比氨挥发损失较低的2019年,2018年NPK处理的氨挥发损失增加了12.3%,而HONS处理和FONS处理分别增加了91.2%和105.0%,相应的HONS处理和FONS处理的减排率,从2019年的54.3%和71.1%,降低到22.1%和47.2%。主成分分析表明,年际间大气温度变化和土壤湿度变化是导致年际间氨挥发损失量差异的主要原因。【结论】相比单施化肥,有机肥替代化肥能够提高作物产量;相比半量有机替代,长期全量有机肥替代化肥对作物产量的提升能力更强。华北平原旱地农田有机替代能有效降低氨挥发损失,但在氨挥发损失较高年份有机替代的减排潜力会减弱,因此,有机替代氨挥发减排潜力的估算需要考虑年际间的变化。

基于iOS的土壤剖面信息采集系统的设计与实现

【目的】为实现土壤剖面信息的快速采集,并保证数据的一致性与完整性。【方法】在土壤信息采集现状分析基础上,遵照MVC设计规范,采用SQLite数据库,基于iOS操作系统设计并开发了土壤剖面信息采集系统。【结果】土壤剖面信息采集系统设计了2个主表与83个查找表,方便用户快速录入剖面相关信息,增强交互界面友好性和数据规范化,开发了基于iOS系统的App程序,可以通过iPhone或iPad安装使用。【结论】通过系统测试及应用,表明利用该App进行土壤剖面信息采集系统切实可行,在土壤剖面信息采集方面具有很好的数据一致性,减少后期录入与整理的人工成本,可为科研工作者野外土壤剖面采样及第三次土壤普查等工作提供技术支撑,具有较强的应用价值。

稻蟹共生系统温室气体排放特征及其影响因素

稻田是农业温室气体排放的重要来源。近年来,稻田综合种养模式发展迅速,但其对温室气体排放的影响具有较大争议。为明确我国东北地区典型稻田种养模式——稻蟹共生系统温室气体排放特征,在辽宁省盘锦市大洼区开展微区试验,设置持续淹水水稻单作、晒田水稻单作和稻蟹共生3种处理,开展了不同稻田生态系统下温室气体排放特征及其主要影响因素研究。结果表明:稻蟹共生能够降低稻田N_(2)O排放,与持续淹水水稻单作处理和晒田水稻单作处理相比,稻蟹共生处理N_(2)O排放量分别降低23.9%和16.7%。稻蟹共生对CH_(4)排放的影响则取决于水稻单作的水分管理模式。相比于持续淹水水稻单作处理,稻蟹共生处理使CH_(4)排放量降低13.5%;然而相比于晒田水稻单作处理,则使CH_(4)排放量增加34.0%。整体而言,与持续淹水水稻单作处理相比,稻蟹共生处理降低了13.6%的增温潜势;与晒田水稻单作处理相比,却增加了32.6%的增温潜势。冗余分析表明,在稻田生态系统中,温室气体排放主要受田面水溶解氧和pH以及土壤中NO^(-)_(3)-N含量和pH的影响。综上,从温室气体减排潜力的角度看,与持续淹水水稻单作系统相比,稻蟹共生模式可以降低N_(2)O和CH_(4)等温室气体排放;而与晒田水稻单作系统相比,持续淹水的稻蟹共生模式会增加温室气体排放。

覆盖作物翻压对华北平原春玉米产量和土壤养分的影响

冬季覆盖作物-春玉米种植模式是减缓华北平原冬小麦减少导致的耕地裸露及其环境影响的新型农业生产方式,但其翻压后对华北平原下一季春玉米生长季作物产量和土壤养分及微生物学性质的影响研究鲜见。本研究以华北平原冬闲田-玉米(WFM)为对照,设置毛叶苕子-玉米(VrM)、二月兰-玉米(OvM)以及冬油菜-玉米(BcM)3个覆盖作物处理,通过盆栽试验研究了冬季种植覆盖作物翻压对玉米生长季土壤理化性质、微生物量和玉米生长特性的影响。结果表明:(1)翻压覆盖作物显著提高了玉米产量以及作物养分吸收量。与WFM处理相比,OvM处理秸秆产量和籽粒产量提高幅度最大,分别为33.3%和35.5%(P<0.05);BcM处理地上部氮、磷、钾和地下部磷素吸收量显著提高(P<0.05),分别为30.7%、74.7%、57.6%和171.4%。(2)翻压覆盖作物能显著提高0~10和10~20 cm土层有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮和全钾含量(P<0.05)。此外,翻压覆盖作物能显著降低玉米幼苗期土壤NH4^+-N和NO3^--N含量(P<0.05),范围为0.50~3.52和21.40~33.13mg·kg^-1。(3)在玉米的不同生育期,覆盖作物翻压处理的SMBC、SMBN和SMBP均显著高于冬闲处理(P<0.05)。综合翻压覆盖作物对华北平原玉米产量及土壤理化性质和微生物量含量的影响,华北平原冬油菜-玉米和二月兰-玉米轮作模式效果较好。

密云水库白河流域基流演变特征

基流是水文过程的一个重要组成部分,选择科学合理的基流分割方法,研究明确影响基流变化的驱动因素,对于保证河湖的生态水量至关重要。以北京密云水库的白河流域为例,根据白河流域张家坟水文站1967—2012年的实测径流数据和相关气象数据,对比分析了局部最小值法、单参数数字滤波法和递归数字滤波法三种方法的基流分割结果,并从气候变化和人类活动两方面分析影响基流变化的驱动因素。结果表明,相比局部最小值法和单参数数字滤波法,递归数字滤波法在白河流域有着更好的应用稳定性;在密云水库白河流域,基流对河川径流有着相当高的贡献比例(BFI>0.65);1967—2012年白河流域年基流量存在极显著的减少趋势(P<0.01),而年基流指数值基本保持不变。白河流域基流序列分别在1980年和1999年发生了突变,其中1999年的突变主要受到降雨过程(气候变化)的影响,而1980年的突变点主要受到其他因素(如人类活动)的影响。

育秧期钵盘施用全量控释肥显著降低稻田氮素损失风险

【目的】研究将全量控释氮肥由常规育秧大田施肥改为育秧钵盘中施用后,水稻产量及田面水氮素含量动态变化,为提高氮肥利用率、控制稻田的氮素流失提供理论依据。【方法】田间试验在湖北省安陆市车站村进行,供试水稻品种为‘华夏香丝’。试验设常规育秧+大田不施肥(CK)、常规育秧+大田常规施肥(FF)、钵盘育秧全量施肥(PF)3个处理,育秧28天后,调查水稻秧苗生长、地上和地下部分的氮磷钾含量。在基肥期、蘖肥期和穗肥期取样,测定田面水中全氮、铵态氮、硝态氮含量,收获期测产。【结果】与FF处理相比,PF处理的秧苗地下部生物量,地上部氮、磷、钾含量和地下部磷含量分别提高了77%、14.69%、17.47%、3.28%和41.65%,水稻千粒重和产量分别提高了6.82%和10.78%(P<0.05)。在水稻整个生育期内,PF处理的田面水中全氮、铵态氮、硝态氮浓度与CK相近,但显著低于FF处理。【结论】在相同施肥水平下,与常规育秧大田施肥相比,在育秧期将控释化肥全部施于水稻育秧钵盘,可显著提高秧苗地下部的生长和养分含量,提高水稻千粒重和产量,同时显著降低水稻整个生育期田面水中全氮和铵态氮浓度,有效控制稻田氮素损失风险。