黑土地利用现状、存在问题及保护策略

黑土是我国粮食生产的“稳压器”和“压舱石”,为保障国家粮食安全提供了重要支撑。为科学保护黑土地、提升黑土耕地质量,促进农业可持续发展,本文聚焦黑土地保护利用,明确黑土资源利用特征,分析了东北黑土“变薄、变瘦、变硬”的质量退化现状,从科学规划黑土地保护利用、实施黑土地保护工程、稳步推进黑土地保护立法工作3个方面梳理了黑土保护的政策方案和保护条例,从强化政府统筹和管理职能,强化资金和政策支持,强化科技支撑,强化宣传引导等方面提出建议。

东北黑土区典型县域农牧系统养分流动特征分析

在保障粮食安全的前提下,东北黑土区作物和畜牧生产的耦合促进了农业绿色发展。本研究选择位于东北黑土区的吉林省农安县为研究区域,以农牧系统为研究边界,通过实地调研、统计数据和文献,结合食物链养分流动模型(NUFER:NUtrient flows in Food chains,Environment and Resources use)定量分析1990—2020年农牧系统氮磷养分流动、利用效率和环境损失,探究气候和社会经济因素对氮磷排放的驱动作用,并设置平衡施肥(减少化肥施用)和有机肥替代(提升有机物料替代)两种情景评估该县减排潜力。结果表明,相对于1990年,2020年农安县农牧体系氮磷输入量分别下降45%和23%,其中化肥施用是最大的输入项。作物和农牧系统养分利用率波动增加,而畜禽系统养分利用率下降并逐渐趋于稳定。农牧体系氮磷损失量较1990年分别减少41%和增加29%。农田氨挥发、径流侵蚀和畜禽粪便直排为主要排放途径。通过平衡施肥和有机替代,土壤氮磷积累处于较低水平,至2030年农安县化学氮肥有80%的减施潜力,化学磷肥有85%的减施潜力,且氮磷养分环境排放均减少67%,作物和农牧系统养分利用率均增长50%以上。综上,农安县农牧体系未来可通过增加秸秆和粪便还田量提升化肥减施潜力。东北黑土区应继续深化化肥零增长政策,推行有机废弃物资源化利用,实现农牧系统协同优化发展。

大兴安岭沿麓黑土区翻耕农田微立垡覆盖阻风减蚀技术创新与应用

大兴安岭沿麓是我国重要的农畜产品生产基地,由于长期过度耕作和单一翻耕等不合理的耕作方式,加速了该地区农田风蚀退化、质量下降和产能降低,因此,减少土壤风蚀、提升农田地力和作物产量是农业可持续发展亟待解决的问题。文章综述了不同类型生态区传统翻耕、长期免耕、合理轮耕技术及其应用效果,论述了翻耕地微立垡覆盖阻风减蚀核心技术的内容及其对土壤风蚀、蓄水保墒、作物生长与产量等方面的影响,明确了微立垡覆盖是大兴安岭沿麓黑土区翻耕地冬春季风蚀防控的关键技术和途径。翻耕地微立垡覆盖阻风减蚀技术大面积应用效果显著,破解了长期以来翻耕农田裸露风蚀重、水土流失损失大导致农田逐步退化的科技难题,为大兴安岭沿麓及其生态类型相似区翻耕农田风蚀防控研究提供了重要支撑。

东北中部黑土区春玉米超高产田土壤肥力特征

通过五年生产性定位试验,研究不同养分管理模式对春玉米产量及土壤物理、化学和微生物性状的影响,为实现区域性玉米超高产土壤肥力培育提供参考。试验于2011-2015年在吉林省农安县进行,设置普通高产养分管理和超高产养分管理2种管理模式,以先玉335和利民33为供试材料,系统监测群体产量构成、土壤团聚体、土壤物理化学及生物指标。结果表明,与普通高产养分管理相比,超高产养分管理产量高出42.9%, 0~20 cm土层具有较低的土壤容重、较高的含水量与气相比例以及丰富的大团聚体分布与稳定的团聚体稳定性。超高产养分管理土壤中有机质、全磷、全钾、速效养分和土壤微生物量氮的含量均明显高于普通高产养分管理。综合考虑土壤肥力和气候条件,东北中部黑土区超高产养分管理模式,更应重视0~40 cm全耕层土壤培肥,可以实现东北中部春玉米产量及土壤肥力的协同提升。

黑土禾本科杂草生长特征及其对长期施肥的响应

农田杂草防控是保证作物稳产高产的重要举措。利用始于1979年的黑土肥力长期定位试验,分析长期不同施肥措施下麦田禾本科杂草生长特征及其对土壤养分的响应,探讨利用合理施肥防控杂草的可行性。结果表明:黑土长期不同施肥处理下禾本科优势杂草为马唐和金色狗尾草,狗尾草和稗分布较少。均衡施肥对禾本科杂草抑制效果最佳,杂草密度较偏施肥处理(氮磷、氮钾、磷钾)分别减少94.4%、96.6%、98.0%。长期施氮肥(均衡施肥和偏施氮肥)可显著降低黑土农田禾本科杂草群落密度,降幅在41.5%~98.0%之间;也可显著降低黑土农田禾本科杂草生物量。禾本科杂草干重与小麦产量显著负相关,较低的禾本科杂草生物量能够反映黑土小麦的高产。优势杂草马唐、金色狗尾草密度与土壤全氮、碱解氮显著负相关,与土壤pH显著正相关。总之,长期平衡施用化肥可增加小麦产量并抑制禾本科杂草生长,对于黑土麦田防控杂草具有积极作用,但应注重调节土壤pH及氮素供应之间的平衡关系。

北方农牧交错区秸秆覆盖防风蚀技术创新与应用

北方农牧交错区是我国遏制荒漠化和沙化东移南下的重要生态安全屏障,对国家粮食安全和边疆稳定具有重要战略意义。长期以来,由于严重土壤风蚀和过度耕作而导致的农田沙化退化和产能下降等问题日益凸显,国内外开展实施的秸秆粉碎覆盖地表防风蚀技术,在农牧交错区应用时秸秆易吹移造成土壤裸露、防风减蚀稳定性差,因此,秸秆覆盖防风蚀技术的深入研究在农田生态治理方面具有重要意义。文章论述了留茬覆盖、碎秆覆盖、茬-秆复合覆盖等秸秆覆盖技术的防风蚀效应和保墒培肥效应,阐明了秸秆覆盖对土壤微生物群落结构和作物农艺性状与产量性状的影响,总结了茬-秆复合覆盖技术的创新内容和应用效果,明确了结合农牧交错区生态特点和复杂耕种制度创建的差异化茬-秆复合精准覆盖技术的防风减蚀效果和适宜性。差异化茬-秆复合精准覆盖技术已成为我国东北黑土地保护、国家耕地保护与质量提升等重大工程的主导技术并大面积推广应用,为农田保护利用和国家粮食安全提供了重要科技支撑。

耕作与秸秆还田深度变化对不同土层团聚体稳定性的影响

耕作和秸秆还田可以改变土壤理化性状,影响土壤团聚体的稳定性。采用田间定位试验,研究耕作与秸秆还田深度变化对旱地草甸土不同深度土层水稳性团聚体稳定性的影响,为科学开展秸秆还田培肥土壤提供依据。结果表明:土壤团聚体稳定性受>2000μm粒径大团聚体影响较大,连续5年翻耕显著降低了表层(0~20 cm)土壤>2000μm粒径水稳性大团聚体的占比,增加了53~250μm微团聚体和<53μm黏粉粒的比例。浅翻(ST)和秸秆浅翻还田(STS)与深翻(DT)和秸秆深翻还田(DTS)分别对10~20和20~30 cm土层黏粉粒的增加影响较大,其中,10~20 cm土层ST较免耕(NT)和DT处理分别增加86.21%和14.65%,20~30 cm土层DT较NT和ST处理分别增加113.82%和59.68%,差异显著(P<0.05);连续翻耕由于对亚耕层(20~40 cm)的频繁扰动,导致250~2000μm粒径团聚体的稳定性降低,DT较NT和ST与DTS处理较覆盖免耕(NTS)和STS处理分别平均降低19.43%与20.57%,且差异显著(P<0.05)。研究结果表明,连续相同耕作方式或秸秆还田方式不利于形成稳定的土壤团聚体结构,建议今后生产中采用轮耕轮还等保护性耕作方式调整秸秆还田深度,以达到改善土壤结构、提高团聚体稳定性、培肥土壤的目标。

黑龙江省肥料减施增效技术应用现状及展望

黑龙江省农业生产中存在轻简化智能施肥技术缺乏、高效智能化施肥机械装备不足、缺少绿色环保增效肥料、有机替代技术推广困难、秸秆肥料化利用率低等问题。针对这些问题,黑龙江省开展了化肥减量增效行动计划,取得了积极成效。本文从化肥减施、肥料增效、秸秆还田、有机肥还田、生物炭施用、科学轮作、机械施肥等方面总结了黑龙江省肥料减施增效技术实施情况,概述黑龙江省肥料减施增效相关举措,并从强化政府部门统筹管理职能、强化科技支撑、加强宣传引导等方面提出肥料减施增效研究展望及建议。

土壤微生物对秸秆碳转化及碳积累特征的Meta分析

土壤有机碳是土壤的主要组成成分,其微小变化能够对陆地碳库和全球气候变化产生重大影响。利用Meta整合分析法分析微生物介导的秸秆碳转化和稳定机制,并阐明各类因素对土壤有机碳的影响。Meta分析结果显示,秸秆还田后土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量分别增加了23.84%、10.94%和20.13%。土壤微生物能够显著影响秸秆还田下有机碳含量,真菌残体碳贡献率和细菌残体碳贡献率分别达到33.12%和14.80%。当还田秸秆类型为玉米秸秆,土壤类型为碱性土壤,气温高于25℃时,土壤有机碳累积效果最佳。土壤中的化学生物保护机制也可增加土壤有机碳含量,从而利于有机碳的固存,使土壤产生激发效应,刺激微生物生长代谢,从而形成微生物碳泵,令有机碳在土壤中处于动态平衡。对于农业生产来说,最重要的土壤功能是维持作物生产力、养分转化以及微生物丰度和活性的维持,应优先考虑这些功能,以维持土壤有机碳含量。

秸秆覆盖休耕对土壤C、N、P循环功能基因的影响

为了探索一种适于坡耕地的基于种养结合的耕作方式,采用田间试验结合基因芯片研究方法,探究了秸秆覆盖休耕技术[包括隔年秸秆覆盖休耕+旋耕(RF)、2年旋耕+1年秸秆覆盖休耕(RRF)]与常规耕作(CRT,秸秆移除后旋耕)对土壤C、N、P循环的影响。结果表明:外源C的投入激发了土壤微生物对有机物料的降解潜力,无论是RF处理,还是RRF处理,参与土壤C循环的降解功能基因(acsE、xylA和rbcL)丰度均有一定程度的增加,xylA基因平均相对丰度较CRT处理增加43.12%,而秸秆不还田的CRT处理中参与C同化基因(acsA)的丰度显著增加,平均增加33.03%;CRT处理参与N循环基因的丰度降低,而秸秆覆盖还田促进了土壤中N从NH4+-N向NO3--N的转化,gdh基因丰度增加;秸秆覆盖还田后土壤活性P的积累增强,碱性磷酸酶基因(phoD)丰度较CRT处理平均增加59.57%,phoD与速效P和phnk基因丰度呈显著正相关。研究表明,秸秆覆盖还田促进了土壤微生物C、N、P周转,进而促进外源有机C的转化和土壤有机C的积累,短期内秸秆当季覆盖休耕与上季覆盖休耕处理间差异不大。研究结果为东北黑土区坡耕地实施保护性耕作和防控土壤侵蚀提供了科学依据。

化学氮肥有机替代条件下黑土DOC荧光光谱特征

有机无机肥配施是实现土壤培肥、减少无机肥施用的有效措施。为探讨黑土区有机肥替代无机肥(氮肥)对土壤溶解性有机碳(DOC)含量及结构的影响,本研究采用有机肥不同比例替代化学氮肥,分析土壤DOC的含量及荧光光谱特征。结果表明,M(100%有机替代化学氮肥)处理土壤DOC显著高于其他处理,其含量为325.97 mg·kg^(-1)。与CK(不施肥)处理相比,各施肥处理荧光峰各波长均有不同程度蓝移,各处理土壤DOC的荧光指数(FI)分布在1.54~1.59范围内,腐殖化指数(HIX)均小于0.85,表明DOC来源受自生源和陆生源共同作用的影响,土壤腐质化程度均较低。平行因子分析法分析识别出3个荧光组分,分别为2个腐殖质类组分(富里酸类物质和腐殖酸类物质)及1个类蛋白组分(类酪氨酸蛋白质物质)。各施肥处理3个组分荧光强度均高于CK处理,其中M和M_(2)N_(2)(25%有机替代化学氮肥)处理下土壤DOC总荧光强度较高,C3组分荧光强度以M_(2)N_(2)处理最高,土壤DOC中3个有机组分的相对比重以荧光组分C1最高,接近50%,表明该地区土壤中小分子物质占有较大比例,施肥能够提高土壤腐质化程度,有利于土壤DOC固定,合理的有机肥配施化学氮肥能增加DOC的有效性,提升土壤供肥能力。

微生物肥料改土培肥研究进展

微生物肥料是一种以活性微生物为主要成分的新型肥料产品,能提高土壤肥力、促进植物生长发育、增强植物抗性。文章归纳了微生物肥料的国内外发展历程,介绍了微生物肥料对土壤物理、化学、生物性质以及植物生长发育、产量、品质、抗性的影响,并对其应用前景进行了展望,旨在为后续微生物肥料的合理应用提供参考。

黑土区秸秆还田的改土培肥及增产效应研究进展

黑土区秸秆科学还田,对于改善土壤理化性状、持续提升耕地基础地力和黑土地可持续利用具有重要意义。通过文献分析,明确了当前黑土区秸秆直接还田模式、方法,分析了不同秸秆还田方式对土壤物理性质、土壤肥力状况和农作物产量的影响。分析表明,秸秆含有丰富的碳、矿质元素及纤维组织,还田后可增加土壤有机质和矿质养分含量、改善土壤团聚体结构、降低土壤容重、提高土壤孔隙度,促进微生物活动,对于提升黑土区作物产量有积极效果,但应避免秸秆还田过程中产生的负效应。因此可以因时、因地合理选择秸秆还田技术模式,不断提高秸秆还田利用水平。

玉米秸秆源有机物料还田对黑土团聚体碳氮分布的影响

采集7年定位试验中单施化肥(CK)、化肥配施秸秆(ST)、化肥配施堆肥(CP)、化肥配施生物炭(BR)4种施肥处理的耕层(0~20 cm)土壤样品进行测定,探讨玉米秸秆还田对黑土团聚体稳定性及其碳、氮分配特性的影响。结果表明,与CK处理相比,CP和BR处理的土壤有机碳含量显著提高,增幅分别为16.2%和32.4%。土壤全氮含量仅在BR处理显著提高,增幅为4.7%。与CK处理相比,BR处理的土壤团聚体碳含量增幅最明显(19.9%~65.8%),以2~1 mm粒径增幅最高。生物炭连年还田大幅增加了耕层土壤有机碳和全氮含量,堆肥还田显著提高了土壤有机碳含量。生物炭还田显著增加了土壤及各粒径团聚体的碳氮比,说明其土壤有机碳具有较强的生物稳定性。

旱作黑土中不同种类有机肥的残留效应及对土壤CO_(2)排放的影响

施用有机肥对黑土肥力提升具有重要作用,但不同种类有机肥的固碳效果存在较大变异且内在机制尚不清楚。为探究不同有机肥的残留及其对土壤碳排放的影响,选取东北旱作黑土开展田间试验,设置仅施化肥对照(SNF)和施用牛粪(CRH)、羊粪(SHP)、鸡粪(CKN)、玉米淀粉渣(BCS)、秸秆(HRS)、菇渣(WMC)制成的有机肥,共7个处理。利用静态箱法监测全年土壤CO_(2)排放通量,同步测定环境因子和土壤活性碳、氮含量,并运用神经网络分析揭示有机组分特征对有机肥碳残留率的调控机制。结果表明:与SNF处理相比,有机肥处理使土壤溶解性有机碳(DOC)含量增加26.3%~103.5%,可浸提有机氮含量提高21.4%~150.0%,但是明显降低了土壤DOC的芳香度。土壤异养呼吸通量主要受土壤温度和DOC含量影响,且其温度敏感性在CKN处理显著降低。施用有机肥使土壤异养呼吸年累积量由对照的203 g·C·m^(-2)增至234~334 g·C·m^(-2),其中CKN和HRS处理最显著。黑土中不同有机肥处理周年碳残留率为CRH(91.2%)>WMC(82.9%)>BCS(82.6%)>SHP(78.1%)>CKN(70.2%)>HRS(69.3%),有机肥半纤维素含量和碳氮比是影响其碳残留率的关键因素,解释度分别为58.8%和32.9%。低碳氮比与低半纤维素、溶解性多酚含量使牛粪有机肥具有最高的碳残留率且不显著影响黑土异养呼吸。综上所述,施用牛粪有机肥更有助于实现旱作黑土有机碳的高效提升。

施氮对北方粳稻产量、品质及氮肥利用率的影响

通过两年田间试验,研究了不同氮肥施用处理对龙稻18和绥粳18产量、品质和氮肥利用率的影响。结果表明,施用氮肥增产的原因主要是增加了水稻单位面积有效穗数和穗粒数。各施肥处理中,与目标产量施氮量相比,减施氮肥15%,2022年和2023年龙稻18和绥粳18两个品种水稻产量及产量构成因素均未产生显著差异,氮肥利用率分别平均增加了4.52%和5.51%;而采用控释尿素与普通尿素混合施用,龙稻18和绥粳18的穗数平均增加了19.8穗/m^(2)和20.9穗/m^(2),穗粒数平均降低了8.3粒/穗和6.2粒/穗,两处理氮肥利用率差异均不显著,但该施肥方式减少了追肥次数,节约了劳动力。施用氮肥增加了龙稻18的出糙率和整精米率,对绥粳18影响不显著;施用氮肥对两个品种的直链淀粉含量影响不大,显著增加了蛋白质含量,降低了垩白粒率、垩白度和食味评分。同等施氮量条件下,控释尿素与普通尿素混合一次性施用较普通尿素分次施用显著提高了水稻的外观品质,龙稻18垩白粒率和垩白度分别平均降低了1.59%和0.66%,绥粳18垩白粒率和垩白度分别平均降低了0.31%和0.13%,其他各施氮处理的加工品质、营养品质和食味品质之间差异不显著。

“双碳”背景下我国长期肥料定位试验的研究进展

农业具备碳源和碳汇的双重功能,是实现碳达峰、碳中和“双碳”目标的重要途径。长期肥料定位试验具有代表性、连续性、稳定性、数据丰富等特点,不仅有助于探索土壤质量演变规律,而且对于应对气候变化、实现“双碳”目标具有重要作用。通过文献分析,论述了我国长期肥料定位试验的发展、重要作用以及与实现“双碳”目标的本质关系,发现长期肥料定位试验存在重视程度和支持力度不足、试验设置落后、数据资料利用率低等问题。并在建立长期肥料定位试验研究网络、加强跨学科间的交叉、深入分析土壤固碳效应的内在机制、强化政策和经费支持等方面提出了相应建议。

不同施氮水平对春玉米高产群体产量及氮素利用的影响

通过两年氮水平田间定位试验,以先玉335(XY335)和利民33(LM33)为供试品种,系统监测群体产量构成、氮素吸收、分配和转运特征。结果表明,玉米子粒产量随着氮肥用量的增加呈先增后降的趋势,其中,N3(N 300 kg/hm^(2))处理下产量最高,达14354 kg/hm^(2)。植株花后养分累积量和对子粒养分累积贡献率均随着施氮量的增加而增加,品种间比较,XY335和LM33氮素累积量的差异主要表现在开花以后,XY335比LM33具有更好的产量表现,且植株养分向子粒的转运效率更高。通过对两年两个品种不同氮水平下子粒产量进行拟合,获得一元二次方程y=-0.013x^(2)+9.9151x+12186,R2=0.8889,得出最佳经济施肥量为277.3 kg/hm^(2),其对应产量为13936 kg/hm^(2)。综合考虑土壤肥力和气候条件,东北中部黑土区氮肥用量280 kg/hm^(2)时,可以实现春玉米14000 kg/hm^(2)产量水平。合理的氮肥运筹有助于干物质向子粒中转移,增加植株吐丝后期氮素的吸收和转运效率,进而实现作物增产。

不同施肥处理黑土中添加秸秆对土壤团聚体稳定性及有机碳贡献率的影响

【目的】探讨黑土中添加秸秆对团聚体稳定性及有机碳贡献率的影响,为东北黑土地保护提供依据。【方法】基于43年的黑土长期定位试验,选取不施肥(CK)、单施有机肥(M)、单施氮磷钾化肥(NPK)、常量有机肥配施氮磷钾化肥(MNPK)和高量有机肥配施化肥(M_(2)N_(2)P_(2))5种处理的土壤,添加等量秸秆(相当于实际生产的全量秸秆还田)后采用砂滤管法进行田间原位培养,在培养的第0、60和150 d取样分析土壤团聚体的稳定性、团聚体有机碳含量及添加秸秆对土壤有机碳的贡献率。【结果】添加秸秆促进了土壤大团聚体(>250μm)的形成,提高了大团聚体的比例,其中,常量有机肥配施氮、磷、钾化肥处理大团聚体含量增加效果显著,高于其它施肥处理;但随着培养时间的增加大团聚体含量减少,随之团聚体的稳定性呈现下降趋势。添加秸秆能够提高土壤大团聚体有机碳的含量,且高量有机肥配施化肥处理增加效果较好。单施有机肥、单施氮磷钾化肥、常量有机肥配施氮磷钾化肥处理中添加的秸秆对大团聚体有机碳的贡献率均达到80%以上(P<0.05);但随着培养时间的增加,秸秆对大团聚体有机碳贡献逐渐下降,而对53~250μm和<53μm团聚体有机碳贡献率呈上升趋势,有机碳在较小粒级的土壤团聚体中积累,进一步说明添加秸秆会影响团聚体分布的比例,进而影响团聚体有机碳的贡献率。【结论】添加秸秆提高了黑土团聚体稳定性和有机碳含量,高肥力(M_(2)N_(2)P_(2))黑土配合秸秆还田可以提高土壤有机碳的固存能力。

不同轮作休耕模式对春小麦农艺性状、光合特性及产量的影响

【目的】探究大兴安岭西麓不同轮作休耕模式下春小麦光合生理差异及其适应性机制,筛选出适宜该地区春小麦生长发育的轮作休耕模式。【方法】以春小麦品种龙麦36号为试验材料,系统分析了春小麦连作(WWW)、春小麦^(2016)-油菜^(2017)-休耕^(2018)(WRF)、春小麦^(2016)-马铃薯^(2017)-休耕^(2018)(WPF)、春小麦^(2016)-休耕^(2017)-油菜^(2018)(WFR)、春小麦^(2016)-休耕^(2017)-马铃薯^(2018)(WFP)5种处理下春小麦开花期干质量、鲜质量、株高和光合特性及产量的变化趋势。【结果】与WWW处理相比,其他4种处理下春小麦干质量、鲜质量、株高均显著增加(P<0.05),其中WPF鲜质量增加最大,为169.23%,WFP次之,增加了123.98%。5种处理下春小麦旗叶净光合速率由大到小依次为WRF>WFR>WPF>WFP>WWW;与WWW相比,轮作休耕模式下春小麦旗叶气孔导度、蒸腾速率均显著增加(P<0.05),胞间二氧化碳浓度显著下降(P<0.05),其中WPF气孔导度和蒸腾速率增加最大,分别为149.03%和90.51%。与WWW相比,其他4种处理下春小麦籽粒产量、穗长、穗粒数、穗质量等产量性状显著增加(P<0.05),其中WPF产量增加最大,为79.82%,WFP次之、增加了78.83%。通径分析发现,穗长是影响春小麦籽粒产量的关键性状。【结论】合理的轮作休耕模式能够通过提高春小麦旗叶光合强度,促进其生长发育和干物质积累进而提升产量,穗长是春小麦籽粒产量构成的关键性状。WPF可作为大兴安岭西麓地区春小麦稳产丰产的适宜轮作休耕模式。