高产田养分平衡及其环境风险特征研究

选择连续四年产量20000kg·hm-2以上的高产田为研究对象,并以当地常规农田为对照,分析了秸秆还田条件下冬小麦-夏玉米高产轮作体系中养分平衡及环境风险特征。结果表明,高产田和常规农田的氮、磷、钾素在冬小麦-夏玉米轮作体系中都有盈余,分别盈余130和202、122和162、315和119kg·hm-2。高产田氮素和磷素的盈余量小于常规农田,钾素盈余量高于常规农田。在冬小麦-夏玉米轮作体系的各生育期,高产田0～100cm土体硝态氮均存在大量累积,小麦季大于玉米季,高产田大于常规农田,存在较高的淋溶风险。土壤电导率均小于土壤盐渍化的临界值,尚未出现土壤盐渍化的现象。

华北平原不同农田类型土壤硝态氮累积及其对地下水的影响

针对华北平原典型农田的传统灌溉施肥带来的肥料浪费和环境污染问题,采集定州保护地蔬菜、小麦-玉米轮作农田土样及相应的地下水样品,研究了不同农田利用类型、保护地蔬菜不同种植年限和不同种植类型的土壤硝态氮的累积及对地下水污染的程度。结果表明,土壤剖面0-400cm范围保护地蔬菜的硝态氮累积量明显高于农田,0-100cm,100-200cm,200-300cm,300-400cm平均为815.0,293.6,394.9,313.4kg/hm2,分别为农田的12.3,3.8,4.6,5.1倍。保护地土壤剖面硝态氮累积量随着棚龄的增加而增加,尤其在0-60cm表现明显,0-100cm和100-200cm老龄棚(>12a)土壤硝态氮累积量分别为815.0,293.6kg/hm2,高于低龄棚(<8a)216.2,11.4kg/hm2。大棚黄瓜的土壤剖面硝态氮累积大于番茄,在根区外深层剖面出现多个明显的累积峰。保护地灌溉水、小麦-玉米轮作农田灌溉水及手压井饮用水NO3-N含量分别为9.6,7.4,10.5mg/L,超标率(>10mg/L)分别为38%,16%,46%,该区域浅层饮用地下水已受到硝酸盐污染。

不同产量水平葡萄园水肥投入特点及其土壤-树体养分特征分析

选择河北省葡萄主产区张家口怀来县鲜食和酿酒葡萄典型高低产园为研究对象,连续2a跟踪剖析其水肥投入特点,比对分析树体营养与土壤养分协调供应关系。结果表明:(1)生长季总灌溉量高产园<低产园,灌溉水利用效率明显高于低产园;酿酒葡萄高产园灌溉量为1 822m3/hm2较为适宜。(2)当地高低产园养分投入均偏高且盈余严重,鲜食果园氮、磷、钾盈余量分别为693.3,663.9,705.3kg/hm2,酿酒果园则为145.9,353.3,246.4kg/hm2;高产园较为关注生长季全程及需钾关键生育期钾肥追施补充。(3)鲜食高产园果实可溶性固形物、还原性Vc显著高于低产园;酿酒高产园氮、磷、钾肥偏生产力均明显高于低产园,实现了养分资源的高效利用。(4)树体氮素含量叶片>叶柄、果穗,生长季总体呈下降趋势,土壤硝态氮与树体氮素含量没有明显相关性;叶片磷素变化剧烈,鲜食和酿酒分别呈现"高-低-高"和"M"状动态变化,叶柄和果穗波动较小,土壤速效磷与叶片磷素含量呈负相关趋势;整个生长季植株钾含量表现出叶柄>果穗>叶片的趋势,叶柄中钾素变化波动较大,高产园花后始终维持较高的土壤供钾水平。(5)建议葡萄植株氮磷营养诊断应选取花后叶片,钾则以花后叶柄为宜。

耕层水氮调控对土壤深层累积NO_3^--N运移及后效的影响

【目的】在华北平原地区,研究前茬小麦耕层水氮调控对后茬玉米土壤深层累积NO3--N的运移及后效的影响。【方法】设置0(N0)、150 kgN.hm-2(N150)两个施氮水平,同时设传统灌溉(W1)和根据土壤水分监测的优化灌溉(W2)两种方式,采用15N微区注射技术,布置田间微区试验,将15N标记于110 cm土层。【结果】在该试验条件下,小麦收获后标记15N在土壤中总体残留趋势:N0W2<N150W2<N150W1<N0W1,且发生垂直运移,上移30 cm,下移50 cm,除N0W2处理外,其余处理累积峰较标记位置下移30 cm;玉米收获后,15N主要分布在100—160 cm土层,与前茬比较峰值未出现下移,其中N0W1处理15N残留量明显减少;玉米对前茬残留的深层15N的利用率N0W1>N150W2>N150W1>N0W2,依次为:5.5%、2.2%、1.7%和1.5%;玉米地上部生物量及总吸氮量均表现为施氮高于不施氮,优化和传统灌溉处理间差异不显著;玉米根系主要分布在0—20 cm土层,且施氮处理根系比例高于不施氮处理,耕层水氮调控影响后作玉米中下层根系发育,N0W1处理80—150 cm土层根长密度明显高于其它处理。【结论】耕层适度节水减氮有利于后茬作物根系下扎,促进其中下层根系的发育,进而促进其对深层累积NO3--N的吸收利用;耕层供氮及传统灌水加剧了硝态氮在深层的累积,对地下水安全造成威胁。

根层调控对填闲作物消减设施蔬菜土壤累积硝态氮的影响

【目的】本研究以甜玉米(Zea mays L.)作为填闲作物,探讨根层调控措施对填闲作物消减土壤剖面累积NO3--N的影响。【方法】通过设置休闲、传统种植、土壤调理剂和秸秆还田4个处理,进行田间小区试验。【结果】在本试验条件下,施用土壤调理剂的甜玉米总生物量最大,其吸氮量与秸秆还田处理没有差异,但均明显高于传统种植;填闲季结束后0-100cm土层NO3--N消减量显著高于100-200cm土层,2种根层调理处理0-100cm土层残留NO3--N显著低于传统种植,100-200cm三者之间未表现差异,休闲导致土壤NO3--N高量残留且下移趋势严重;秸秆还田、土壤调理剂处理的30-60cm和60-100cm土层根长密度和根干重显著高于传统种植,根长密度与NO-3-N消减量极显著相关;土壤调理剂和秸秆还田处理在100cm处NO3--N淋失量分别比传统种植减少68.4%和52.6%。【结论】在硝态氮高累积的设施土壤上,填闲作物可以通过土壤调理剂和秸秆还田根层调理措施实现土体NO3--N的快速消减。

耕层施磷对土壤剖面深层累积NO_3^--N运移及后效的影响

【目的】在华北平原,研究前茬小麦耕层施磷对土壤深层累积NO3--N运移及后效的影响。【方法】采用15N微区注射技术,耕层设3个不同的施磷水平,布置田间微区试验,将15N标记于110cm土层处。【结果】在该试验条件下,小麦收获后标记15N在土壤中的残留量为P60处理<P120处理<P0处理,且发生垂直运移,向上层土壤运移了50cm,向下移动了70cm,累积峰出现在120～140cm土层,较标记位置下移了30cm。玉米收获后,15N主要分布在100～180cm土层,累积峰在小麦季基础上又向下移动了20cm。玉米能利用前茬残留于土壤深层的15N,P0、P60、P120处理15N的利用率分别为1.2%、2.5%、2.2%。前茬施磷对后作玉米下层根系发育仍有促进作用,增加了80～150cm土层根长密度和根干重比例,提高了施磷处理对残留15N的利用率。【结论】前茬耕层施磷仍影响土壤深层累积NO3--N后效,促进后作玉米中下层根系发育,提高深层氮素利用率,进而减少其在土壤剖面中的残留。

高产田夏玉米季土壤中酶及微生物特性的动态变化特征

以河北山前平原现有高产田为研究对象,以周边常规农田为对照,研究了秸秆还田条件下夏玉米生长季土壤酶活性及微生物特性的动态变化特征。结果表明:两种农田上层(0～20 cm)土壤酶活性较强,且高产田土壤酶活性整体显示出高于常规农田;在不同的土层中,各土壤酶的活性随生育期的动态变化趋势基本一致,在玉米生长旺盛阶段活性较高,其中高产田土壤磷酸酶活性显著高于常规农田(P<0.05)。对于常规农田,玉米十叶期追施尿素有效提高了微生物活性,这有利于作物生长旺盛期的发育及还田秸秆腐解;高产田微生物量氮和微生物量磷在生育期内整体上高于常规农田,且表层土壤微生物量磷显著高于常规农田(P<0.05)。

白洋淀沿湖农田不同施氮水平对夏玉米土壤及土壤溶液硝态氮含量的影响

在白洋淀周边农田进行田间试验,研究了不同施氮水平对夏玉米产量及氮肥利用率、土壤硝态氮累积量和土壤溶液硝态氮含量的影响。结果表明:夏玉米在施氮量为180 kg hm-2时达到最高产量,为9766 kg hm-2,不同氮肥水平的氮肥利用率在35.5%~46.2%之间,在120 kg hm-2时的利用效率最高,达到46.2%。土壤中硝态氮累积量在玉米整个生育时期呈现先下降后升高的趋势;过量施氮的Con N、Opt N+30%处理导致硝态氮在土壤中大量累积,夏玉米季整个种植期间Con N、Opt N+30%处理土壤溶液硝态氮始终处于较高浓度,提高了硝态氮淋溶风险。综合考虑产量和环境效益,在本试验条件下,白洋淀地区夏玉米的合理施氮量应控制在N 180 kg hm-2左右。