我国主要粮食作物秸秆还田养分资源量及其对小麦化肥减施的启示

【目的】明确我国主要粮食作物秸秆及其养分资源特征,为秸秆肥料化利用、化肥合理减施及农业绿色生产提供科学依据。【方法】基于《中国统计年鉴》和文献资料数据,估算我国水稻、小麦和玉米秸秆及其养分资源量,分析秸秆和养分资源区域分布特征、养分资源当季释放量以及小麦生产中化肥减施量。【结果】通过文献数据加权估算,我国水稻、小麦和玉米的草谷比分别为1.01、1.14和1.25。2014-2 018年,我国三大粮食作物秸秆年均产量为65 386.6万t,其中水稻、小麦和玉米秸秆产量分别占32.3%、22.7%和45.0%。秸秆资源量的73.3%分布在我国华北、长江中下游和东北农区,其中水稻秸秆主要集中在长江中下游农区(50.7%)、小麦秸秆主要集中在华北农区(59.0%)、玉米秸秆主要集中在东北农区(33.7%)和华北农区(30.4%)。我国水稻、小麦和玉米秸秆氮素(N)平均含量分别为0.78%、0.64%和0.85%,磷素(P2O5)平均含量分别为0.42%、0.27%和0.53%,钾素(K2O)平均含量分别为2.31%、1.53%和1.59%,秸秆总养分含量(N+P2O5+K2P)表现为水稻>玉米>小麦。三大粮食作物秸秆养分资源年均量为509.8万t (N)、284.7万t (P2O5)和1 183.0万t(K2O),不同农区总养分量分布表现为长江中下游(26.0%)>华北(25.4%)>东北(21.3%)>西北(11.1%)>西南(10.5%)>东南(5.6%)。我国水稻、小麦和玉米秸秆还田氮素当季释放率分别为54.9%、51.4%和61.9%,磷素当季释放率分别为60.9%、65.3%和73.0%,钾素当季释放率分别为90.1%、93.3%和92.3%,表现为钾>磷>氮。三大粮食作物秸秆还田养分当季归还量(化肥可替代量)年均值为294.0万t (N)、194.1万t (P2O5)和1 083.9万t (K2O),总量为1 572万t,其中以玉米秸秆养分(N+P2O5+K2O)当季归还量最高,占当季养分总归还量的44.6%。秸秆还田对我国小麦生产具有较高化肥替代潜力,在小麦一年一作区,小麦秸秆全量还田理论上可替代4.6 kg N·hm-2、7.8 kg P2O5·hm-2和65.3 kg K2O·hm-2的化肥投入量;小麦玉米轮作区,玉米秸秆全量还田理论上可替代小麦生产季39.4 kg N·hm2、28.9 kg P2O5·hm-2和109.9 kg K2O·hm-2的化肥投入量;稻麦轮作区,水稻秸秆全量还田理论上可替代小麦生产季29.9 kg N·hm-2、17.8 kg P2O5·hm-2和145.1 kg K2O·hm-2的化肥投入量。【结论】我国水稻、小麦和玉米秸秆年均产量分别为21 141.5万t、14 843.1万t和29 402.0万t,总量为65 386.6万t。三大粮食作物秸秆全量还田养分当季释放量为294.0万t (N)、194.1万t (P2O5)和1 083.9万t (K2O)。70%以上秸秆资源和养分当季释放量集中在长江中下游、华北和东北地区。小麦生产区,前茬作物秸秆全量还田理论上可替代4.6-39.4 kg N·hm-2、7.8-28.9 kg P2O5·hm-2和65.3-145.1 kg K2O·hm-2的化肥投入量。

山西农谷土壤养分空间特征分布研究

以山西省耕地质量及生产能力调查评价数据为基础,采用Kriging插值方法,以山西省太谷县为研究区域,分析了表层土壤有机质、全氮、全磷以及全钾的空间分布特征及其在不同地形因子下的分布特征。结果表明,从研究区土壤养分含量等级上来看,有机质主要位于中等偏低水平,全氮位于较低水平,全磷位于偏低水平,全钾位于中等水平;从分布位置上来看,有机质和全磷含量在西北部高于东南部,全钾含量高的地区位于东南部和北部;从海拔和坡度因子等地形因子上看,全钾与地形因子呈正相关,有机质、全氮和全磷与地形因子则呈负相关,其中,全氮的变化趋势不明显。

晋南黄土旱塬小麦养分投入与化肥减施经济环境效应评价

【目的】明确晋南黄土旱塬冬小麦养分投入现状,为当地旱作冬小麦稳产增产、减肥增效和控制农田面源污染提供理论依据。【方法】通过连续9年对黄土旱塬984个小麦种植户进行施肥调查,采用基于冬小麦产量确定的推荐施肥量,评价农户施肥,分析农户施肥的减肥潜力及其经济和环境效益。【结果】调研农户小麦籽粒平均产量3 711 kg·hm^(-2),其中属于低产(≤3 200 kg·hm^(-2))和中产(3 200-4 220 kg·hm^(-2))的农户比例分别占56.0%和18.1%。农户氮肥、磷肥和钾肥的平均用量分别为292.3 kg N·hm^(-2)、159.8 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2)和92.0 kg K_(2)O·hm^(-2)。随着产量水平提高,施肥过量(即高投入+很高投入)的农户比例增加,其中氮肥、磷肥和钾肥施用过量的农户比例分别为68.7%、65.1%和57.9%。在各产量水平投入高和很高的农户减肥潜力较大,其中高投入的农户氮肥、磷肥和钾肥减施量为24.1 kg N·hm^(-2)、12.8 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2)和6.2 kg K_(2)O·hm^(-2),减少比例依次为15.9%、16.7%和16.7%;很高投入的农户氮肥、磷肥和钾肥减施量为250.9 kg N·hm^(-2)、205.7 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2)、124.6 kg K_(2)O·hm^(-2),减少比例依次为66.5%、76.7%和80.0%。进一步分析表明,高投入和很高投入的农户化肥减施后经济效益可增加251和3 425元/hm^(2),即分别增加4.0%和55.0%;高投入的农户氮肥、磷肥和钾肥的农学效率可分别提高18.8%、23.2%和22.1%,很高投入的可分别提高192.5%、321.3%和388.1%;高投入的农户氮肥、磷肥和钾肥的偏生产力可分别提高20.2%、23.7%和19.2%,很高投入的可分别提高210.4%、317.9%和388.1%。同时,合理降低高投入和很高投入的农户施氮量,N_(2)O排放可分别减少0.3和6.3 kg N_(2)O·hm^(-2),减少幅度为11.2%和72.5%;NH_3挥发分别减少14.1和90.7 kg NH_3 hm^(-2),减幅为20.8%和62.8%;NO_(3)^(-)-N淋洗减少3.1和231.1 kg NO_(3)^(-)-N·hm^(-2),减幅为4.9%和79.6%;整体上,总氮污染物(包括N_(2)O排放、NH_(3)挥发和NO_(3)^(-)-N淋洗)可分别减少17.4和328.1 kg·hm^(-2),减幅13.1%和74.0%,节约氮肥12.5和130.9 kg N·hm^(-2),减少氮肥投入65.0和683.3元/hm~2。【结论】通过基于产量的农户施肥评价、减肥潜力估测、化肥减施后的经济效益和氮化合污染物的减排效应分析,明确了高和很高投入的农户氮磷钾减施潜力分别为24.1-250.9 kg N·hm^(-2)、12.8-205.7 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2)、6.2-124.6 kg K_(2)O·hm^(-2),且化肥减施后农户的经济收益提高251-3 425元/hm^(2),氮、磷、钾肥的农学效率分别提高18.8%-192.5%、23.2%-321.3%、22.1%-388.1%,同时,氮、磷、钾偏生产力提高20.2%-210.4%、23.7%-317.9%、19.2%-388.1%,还能减少包括N_(2)O排放、NH_(3)挥发、NO_(3)^(-)-N淋洗等总氮污染物的排放17.4-328.1 kg·hm^(-2)。该研究全面系统地揭示了当前旱作小麦生产中存在的资源环境问题、面临的挑战与机遇,为节本、增效的环境友好型施肥提供一定的理论依据。

山西省谷子主栽区土壤和谷子硒赋存状况分析

为明确山西省谷子主栽区土壤硒含量现状,以及不同环境因素对硒利用效率的影响,选择山西省3个代表性县域作为研究区,采集土壤和谷子籽粒样品,分析其硒含量、硒的生物富集系数以及土壤基本理化性质与生物富集系数的关系。结果表明,研究区土壤平均硒含量为0.178 mg/kg,总体处于中等水平,其中,五寨县、临县土壤硒含量分别为0.140、0.144 mg/kg,均处于边缘水平;沁县土壤硒含量为0.251 mg/kg,处于适量水平。在不同土壤类型中,红黏土土壤和籽粒硒含量均最高,分别为0.280、0.028 mg/kg;黄绵土上谷子对硒的生物富集能力最强(16.87%),褐土上谷子的生物富集能力最弱(9.38%);不同谷子品种中,以沁州黄栽培区土壤和籽粒硒含量最高,分别为0.297、0.025 mg/kg,晋谷21号对硒的生物富集能力最强(18.66%),晋谷40号生物富集能力最弱(9.341%)。结合多元逐步回归分析和相关性分析可知,土壤硒含量、籽粒硒含量和谷子品种对硒富集系数的影响最大,分别能解释硒富集系数变化的27.9%、39.2%和0.14%;硒的生物富集系数与pH值、有机质分别呈极显著正相关和极显著负相关;与硝态氮呈显著负相关,与磷钾相关性不显著。

山西省3种典型作物主产区土壤微量元素特征分析

【目的】探明研究区耕层土壤微量元素量现状及其影响因素。【方法】本试验分别在山西省小麦、玉米和谷子种植区,各选择作物种植面积最大的3个代表性县域,在每个县域选取100个采样点,分析其耕层土壤微量元素(Fe、Mn、Zn、Se)量,及其与pH、有机质、土壤类型和种植制度的关系。【结果】研究区耕层土壤Fe、Mn、Zn和Se分别为30.42 g/kg、626.55 mg/kg、78.06 mg/kg和0.283 mg/kg。各种植区土壤微量元素量总体表现为:小麦种植区>玉米种植区>谷子种植区,尽管3个种植区土壤微量元素整体处于中等(或适量)及以上水平,但同时也存在不同程度的微量元素缺乏,研究区整体Fe缺乏比例最大,谷子种植区整体微量元素缺乏比例最大。不同土壤类型中,石质土、潮土、粗骨土、褐土和红黏土的微量元素量,显著高于棕壤、黄绵土、栗褐土和风沙土(P<0.05),其中石质土微量元素量最高,棕壤和风沙土量最低。相关性分析结果表明,pH与4种微量元素均极显著负相关,有机质与4种微量元素均极显著正相关。种植制度、土壤类型、pH和有机质4种影响因素对土壤含Se量的综合解释率最高,为47.9%;含Mn量变化仅受土壤类型和有机质影响,其综合解释率为8.1%。【结论】尽管现阶段山西省主要粮食作物种植区耕层土壤Fe、Mn、Zn和Se的4种微量元素总体处于中等(适量)及以上水平,但仍然需要注重对Fe的补充,以及提升谷子种植区整体养分量。土壤含Se量受环境变化影响最大,而Mn在土壤中的较为稳定。

有机肥替代化肥对旱地小麦产量和养分利用效率的影响及其经济环境效应

【目的】通过5年连续监测有机肥、生物有机肥替代化肥对旱地小麦产量、养分利用、经济及土壤环境的影响,以期为旱地小麦科学高效生产提供施肥依据。【方法】于2013—2018年在山西省洪洞县旱地麦田试验区,通过农户施肥(FP)、测控施肥(OF)、有机肥替代化肥(OFM)和生物有机肥替代化肥(OFB)4个处理,分析有机肥替代化肥对黄土旱塬冬小麦产量构成,经济效益,养分吸收转移特征,肥料利用效率,土壤环境等的影响。【结果】(1)与FP处理相比,OFM、OFB处理5年平均减施化肥氮素35%,籽粒产量显著提高17.2%—21.4%、纯收入显著提高44.3%—54.7%;与OF处理相比,OFM、OFB处理5年平均替代化肥氮素40%,增加了公顷穗数和千粒重,籽粒产量显著提高6.0%—9.8%,纯收入显著提高12.9%—21.0%。(2)OFM、OFB处理与OF处理相比,籽粒氮含量显著提高9.6%—12.8%,磷含量显著提高12.5%—17.9%;籽粒氮、磷、钾的花前营养器官转移量与花后土壤吸收量均有所提高,特别是促进了籽粒中氮、磷素的花后土壤吸收量,分别显著提高了48.8%—50.5%,70.5%—76.2%。(3)与OF处理相比,OFM处理的钾肥农学效率和偏生产力显著提高33.9%和6.2%。OFB处理的氮、磷肥的表观回收率显著提高48.6%和65.5%,氮、钾肥的农学效率显著提高71.3%和51.3%,偏生产力显著提高20.3%和10.0%。(4)经过5年的有机肥、生物有机肥替代化肥处理,土壤肥力(有机质,全氮,有效磷,速效钾)有所提高,表层土壤硝态氮残留显著减少9.6%—23.0%,且2 m土层硝态氮无明显淋溶现象。【结论】有机肥、生物有机肥替代化肥可以提高小麦籽粒对氮、磷、钾的吸收,促进氮、磷素的花后土壤吸收,提高肥料的利用效率,显著降低土壤硝态氮残留量,有助于提升土壤肥力,最终获得较高的经济和环境效益,是旱地麦田高效持续生产和发展绿色农业的一项重要措施。

山西省小麦种植区土壤养分特征分析

【目的】明确山西省小麦种植区土壤养分供应能力,为当地小麦提质增效提供理论依据。【方法】依据2018年山西省统计年鉴,选取小麦种植面积最大的3个县洪洞县、襄汾县和闻喜县为代表区域,每个县根据土壤类型、地形特征以及种植区划,采集耕层(0^(2)0 cm)土壤样品,分析土壤硝态氮、有效磷、速效钾、有机质以及6种微量元素Cu、Zn、Fe、Mn、Ni、Se全量水平。【结果】山西省典型小麦种植区耕层土壤硝态氮量在1.9~115.2 mg/kg,平均值为35.14mg/kg;有效磷量在2.4~88mg/kg,平均值为26.9mg/kg;速效钾量在97.1~579.2mg/kg,平均值为297.9mg/kg,有机质量在5.61~64.28 g/kg,平均值为21.65 g/kg,总体较第二次土壤普查山西省耕层土壤对应养分数据提高了1.26%~109.4%。土壤中Cu范围在16.09~59.71 mg/kg,平均值为30.40 mg/kg;Zn范围为57.88~198 mg/kg,平均值为90.04mg/kg;Fe范围为2.30%~6.66%,平均值为3.76%;Mn范围在426~926.10mg/kg,平均值为660.7mg/kg;Ni范围在23.31~47.75 mg/kg,平均值为34.80 mg/kg;Se范围为0.017~1.354 mg/kg,平均值为0.434 mg/kg;对应较山西省土壤元素背景值提高10.82%~141.11%。6种微量元素总体表现为Fe>Mn>Zn>Ni>Cu>Se。当地土壤中有机质量与有效磷、Se全量呈极显著相关性。小麦种植区土壤养分县域空间分布差异性表现为3种大量元素上以襄汾县最高,Mn、Se、Zn以闻喜县最低。【结论】经过30多年土壤演化与施肥管理,山西省小麦种植区土壤养分数据较全国第二次土壤普查土壤养分数据明显提高。

山西省玉米种植区土壤养分含量特征

明确山西省玉米种植区土壤养分含量现状,为当地土壤养分调控和合理施肥提供理论依据。依据2019年山西省统计年鉴,选取山西省玉米种植面积最大的原平市和寿阳县,以及山西"农谷"建设区太谷县,作为研究典型代表区,根据各县土壤类型、地形特征以及种植区划,采集耕层(0~20 cm)土壤样品,分析土壤有机质、硝态氮、速效钾、有效磷、6种微量元素有效态含量及其10个土壤养分因子相关性分析。结果表明,山西省玉米种植区耕层土壤有机质含量变化范围为4.10~53.98 g/kg,平均值为17.52 g/kg,土壤有机质含量主要集中在10~20 g/kg,样点所占比例为63.78%,整体处于较缺乏至中等水平;土壤硝态氮含量为4.97~37.51 mg/kg,平均值为19.79 mg/kg;土壤有效磷含量为3.17~74.12 mg/kg,平均值为22.64 mg/kg;土壤速效钾含量为58.81~517.02 mg/kg,平均值为220.42 mg/kg,土壤速效养分含量总体比较丰富。山西省玉米种植区土壤中有效铜(Cu)含量为0.24~6.00 mg/kg,平均值为1.26 mg/kg;有效锌(Zn)含量为0.17~5.30 mg/kg,平均值为2.07 mg/kg;有效镍(Ni)含量为0.05~1.30 mg/kg,平均值为0.31 mg/kg;有效铁(Fe)含量为2.60~29.57 mg/kg,平均值为9.40 mg/kg;有效锰(Mn)含量在0.97~37.90 mg/kg,平均值为17.42 mg/kg;有效硒(Se)含量为11.99~85.24μg/kg,平均值为30.43μg/kg。相关分析表明,土壤有机质与土壤有效磷、速效钾以及有效态Cu、Zn、Fe之间存在显著或极显著正相关关系;土壤中有效态Fe、Mn、Ni之间存在着较高的极显著正相关关系;有效Se则与其他养分因子的相关性均不显著。山西省现阶段玉米种植区土壤有机质含量整体处于较缺乏至中等水平,土壤氮、磷和钾速效养分以及土壤有效态微量元素含量总体呈中等到较丰富水平,因此,山西省玉米生产过程中应进一步加强有机培肥管理。

新农科视阈下院所融合助力实践教学体系创新的策略研究

2019年,山西农业大学与山西省农业科学院合署改革,成立了新的山西农业大学。在此架构之下,山西农业大学资源环境学院与原农科院农业环境与资源研究所进行院所合署改革。三年来,融合发展效果正逐步在学院涉农专业实践教学体系的新农科升级改造中初显成效。本文在探讨新农科建设对涉农专业实践教学提出的新要求基础上,阐明了农业资源与环境专业实践教学体系改革的必要性和紧迫性,并以山西农业大学资源环境学院农业资源与环境专业为例,从实践教学体系构建、课程体系建设、教学平台优化、实验室信息化建设等四个方面介绍了涉农专业实践教学改革的新探索与新思考,以期为涉农专业实践教学体系的提升提供必要的参考。

生物炭辅配硫酸铵对土壤氮素淋溶的影响

为探究添加生物炭对硫酸铵肥料中氮素释放性能的影响。通过土柱淋溶模拟试验研究不同炭肥比(1∶3、1∶4、1∶5)下制备的生物炭-硫酸铵肥料(BC-AS_(1/3)、BC-AS_(1/4)、BC-AS_(1/5))的氮素淋失特征。结果表明:1)添加生物炭能够有效吸附硫酸铵肥料,减缓硫酸铵的氮素释放速率。3种不同炭肥比下,BC-AS1/4处理的生物炭-硫酸铵颗粒表面最为光滑紧密,成型性最好;2)与常规硫酸铵处理AS相比,不同炭肥处理均显著改善了土壤保水保肥性能,减少了土壤无机氮淋失。其中BC-AS(1/4)处理的铵、硝态氮累积淋出量相较于AS处理分别降低80.83%、11.56%,表现出最小的淋出速率和累积淋失量,缓释效果最好;3)相较于常规硫酸铵处理AS,不同炭肥处理均提高了土柱土壤氮素累积。其中BC-AS1/4处理表现出最好的养分固持效果;4)各土层土壤有机碳含量与土壤全氮呈正相关关系,生物炭-硫酸铵肥料中碳的投入能够有效提高土壤养分的持有能力。综上,生物炭-硫酸铵肥料能够有效减缓氮素释放速率,减少氮素养分淋失,提高土壤养分持有能力,有利于提高肥料利用效率。其中炭肥比为1∶4时生物炭与硫酸铵结合效果最好,表现出最佳的缓释效果及培肥特征。

缓/控释硫酸铵减量施用对玉米生长及土壤氮素平衡的影响

为筛选工业副产物—硫酸铵的最优处置措施,采用双因素裂区设计,主因素为施氮水平:常规施肥(C)、减量施肥(D);副因素为氮肥类型:尿素(U)、硫酸铵(AS)、缓/控释硫酸铵Ⅰ型(ASN、硫酸铵+硝化抑制剂)、缓/控释硫酸铵Ⅱ型(ASO、油脂包膜硫酸铵)、缓/控释硫酸铵Ⅲ型(ASH、油脂-腐植酸包膜硫酸铵),共10个处理,研究辅以不同增效措施后,硫酸铵施用对玉米(Zea mays L.)生长、氮吸收及土壤氮素平衡的影响。结果表明,减量施肥下,ASO处理的单穗重、穗长和植株干物质量均最高,分别较其他处理提高1.80%~30.29%、2.00%~13.91%和5.65%~24.21%。常规施肥下U处理玉米农艺性状指标高于其他氮肥类型处理。两种施氮水平下,缓/控释硫酸铵型施肥处理的有效穗数分别较其他处理提高5.36%~25.93%和9.82%~32.76%,以ASO处理最优,且其在减量施肥下的玉米叶片氮积累量显著高于其他处理;玉米产量则均以AS处理最低;ASH处理0~20 cm土层土壤各形态氮含量均显著高于其他氮肥类型,20~40 cm土层土壤碱解氮含量是其他处理的1.45~2.55倍;ASO处理20~40 cm土层土壤碱解氮、铵态氮含量均处于中等水平,说明ASO处理具有较好的缓/控释效果。所有氮肥类型在常规施肥下的表观氮损失均高于其减量施肥,且减量施肥下ASO处理的表观氮损失显著低于其他处理(U处理除外)。综上,与其他处理相比,减量施用油脂包膜硫酸铵可改善玉米农艺性状,显著提高玉米产量,降低土壤表观氮损失。本研究为推动工业副产硫酸铵的高效资源化利用提供了理论依据。

氮肥减施与追氮技术对甜荞生理特性的影响

【目的】研究氮肥减施与追氮方式对甜荞生物量、光合特性及抗氧化系统的影响,为甜荞增产增效提供理论依据。【方法】以甜荞为供试作物,设置6个氮肥施用处理:CK1(基肥:100kg/hm^(2) N)、CK2(基肥+土壤追肥:70 kg/hm^(2) N+30 kg/hm^(2) N)、CK3(基肥+人工喷施:70 kg/hm^(2) N+1%浓度尿素溶液(0.25 kg/hm^(2) N))、T4(基肥+无人机喷施:70 kg/hm^(2) N+1%浓度尿素溶液(0.25 kg/hm^(2) N))、T5(基肥+无人机喷施:70 kg/hm^(2) N+2%浓度尿素溶液(0.5 kg/hm^(2) N))、T6(基肥+无人机喷施:70 kg/hm^(2) N+4%浓度尿素溶液(1 kg/hm^(2) N)),探索不同施氮方式对甜荞干物质积累量、光合特性及抗氧化酶活性的影响。【结果】甜荞地上部干物质积累量随生育期推进逐渐增加,地上部干物质积累速率随生育期推进呈先升后降的趋势,T5处理下的成熟期地上部干物质积累量及积累速率较其他处理提高16.03%~82.88%和34.05%~132.05%。在甜荞成熟期,不同处理下的甜荞叶片的叶绿素量和净光合速率存在显著差异,T5处理最高,T4处理次之,CK1最小。甜荞抗氧化酶活性呈单峰曲线变化规律,盛花期后T5处理下的抗氧化酶活性高于其他处理,成熟期T5处理较其他处理的超氧化物歧化酶活性提高1.16%~19.16%,过氧化物酶活性提高0.49%~35.49%,过氧化氢酶活性提高1.34%~51.76%。各处理甜荞叶片丙二醛量均随叶片衰老呈逐渐增加趋势,至成熟期T4处理和T5处理下的丙二醛量相同,较其他处理降低了10.99%~19.00%。T5处理对甜荞单株粒数、单株粒质量和千粒质量均有促进作用,较其他处理分别增加9.65%~80.67%、5.15%~59.17%和9.77%~17.01%,且该处理下的甜荞产量达到最大,较其他处理提高21.66%~140.30%。【结论】基肥70 kg/hm^(2) N+无人机叶面喷施1%~2%浓度尿素溶液有利于甜荞生长,可显著增加甜荞地上干物质积累量及抗氧化酶活性,延长叶片功能期,从而提高甜荞生育中后期的光合速率,最终提高产量。

黄土高原旱地小麦覆膜增产与氮肥增效分析

【目的】研究覆膜栽培条件下黄土高原旱地冬小麦产量形成规律和氮肥吸收运移特征,为旱地小麦高产高效生产提供理论依据。【方法】于2012—2016年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,通过农户模式(FP)、农户施肥+垄膜沟播模式(RFSF1)、监控施肥+垄膜沟播处理(RFSF2)和监控施肥+全膜覆土穴播处理(WFFHS)4种不同栽培模式,具体分析不同施肥和覆膜措施互作对黄土旱塬冬小麦产量形成、地上部氮素积累转移、土壤硝态氮残留以及土壤氮素平衡的影响。【结果】试验期间,农户模式冬小麦平均产量为3 367 kg·hm^(-2),通过监控施肥覆膜种植,平均产量可提升至4 491 kg·hm^(-2),监控施肥对籽粒产量形成的贡献率为14.8%,监控施肥和覆膜协同贡献率达24.7%—42.1%。黄土旱塬冬小麦产量形成主要取决于公顷穗数,其次是千粒重。WFFHS处理因其合理的群体构建和良好水肥条件具有最高公顷穗数、千粒重和籽粒产量,平均分别为581×104穗/hm2、44.3 g和4 785 kg·hm^(-2)。从地上部氮素转运看,冬小麦地上部吸收氮素的花后转运量与生物产量和经济产量呈极显著正相关,相关系数分别为0.959**和0.960**。农户模式小麦籽粒中3/4氮素来源于花前营养器官的转移,1/4氮素来源于花后根系土壤吸收。通过监控施肥覆膜种植可显著提高花前营养器官氮素向籽粒的转移量,其转运贡献率在81.4%—88.8%。从土壤氮素残留看,长期过量施氮已导致黄土旱塬麦田土壤硝态氮在1 m土层的累积,累积量在100 kg·hm^(-2)以上,20—60 cm土层为累积峰值。经过连续4年种植,农户模式2 m土壤硝态氮累积量达277 kg·hm^(-2),较2012年播前增加了87.7%,其中75%的硝态氮集中在0—120 cm土层,监控施肥覆膜种植处理2 m土壤硝态氮累积量较2012年播前仅增加15.7%—24.2%。试验期间土壤残留硝态氮有随降水向下淋移的趋势,表现为2016年收获期各处理在120—200 cm土层较2012年播前有10.2%—133.7%的增幅。从4年土壤氮平衡角度总体评价,土壤残留氮素具有一定后效作用,各处理氮肥表观利用率在28.8%—56.7%,氮肥表观残留率在12.1%—28.9%,氮肥表观损失率在31.2%—49.6%。监控施肥覆膜种植可减少土壤氮表观损失量和土壤残留量,增加氮表观矿化量。其中WFFHS处理更大程度上利用了历年土壤残留硝态氮和有机质的矿化氮,具有相对低的氮素表观残留率(12.1%)和氮素表观损失率(31.2%)以及相对高的氮素表观利用率(56.7%)。【结论】全膜覆土穴播监控施肥种植可更好地改善土壤水肥供应条件,更大程度利用历年土壤残留硝态氮,增加地上部氮素积累量、积累氮素向籽粒的转移贡献率,构建合理群体,最终获得显著的增产效应和较高的氮素利用效率,是黄土高原冬小麦区有效的栽培措施。

不同施肥措施对晋南旱塬麦田土壤碳氮变化的影响

【目的】明确不同施肥措施下麦田土壤碳氮库的变化情况,为旱地小麦化肥定量减施及土壤肥力提升提供依据。【方法】于2012―2017年在晋南黄土旱塬冬小麦种植区,设置农户施肥(FF)、监控施肥(MF)和不施肥(NF)3种施肥处理,研究了连续5 a不同施肥措施对旱地麦田耕层土壤总有机碳氮、有机碳氮组分及0～200 cm土层土壤硝态氮累积量的影响。【结果】晋南黄土旱塬麦田,在秸秆还田基础上,连续5 a不施肥(NF)耕层土壤总有机碳较2012年试验前提高了24.7%,而单施化肥处理(FF、MF)下土壤总有机碳下降了2.4%～8.2%。连续单施化肥较不施肥显著提高了可溶性有机碳、轻组有机碳以及可溶性有机氮质量分数,其中传统农户施肥对土壤可溶性有机碳的贡献率显著高于监控施肥处理的。不同施肥处理土壤轻组有机碳在总有机碳中的分配比例为17.9%～31.3%;不施肥处理较单施化肥处理有利于维持较高的土壤重组有机碳量,利于土壤有机碳的固存。不同施肥处理对轻组有机氮和重组有机氮均没有显著影响。传统农户施肥处理0～200 cm土层硝态氮累积量高达426.0 kg/hm^2,且67%集中在100～200 cm土层,具有淋失风险。而监控平衡施肥在累计氮肥投入量减少36.9%基础上,0～200 cm土层硝态氮残留量较农户施肥低51.4%。【结论】黄土旱塬麦区,由于前期农户过量施氮,不施肥种植结合秸秆还田可提高土壤总有机碳量,主要增加了矿物紧密结合态的重组态有机碳量。单施化肥则促进了土壤有机质的矿化分解,提高了土壤中活性有机碳氮量。传统农户施肥模式促使0～200 cm土层产生大量硝态氮残留,具有较高淋失风险。

太原市城区植被覆盖变化地形分异效应

[目的]分析山西省太原市城区植被覆盖变化在高程、坡向、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度上的分异效应,为该市生态环境保护提供基础信息。[方法]基于2004年8月、2007年8月、2011年8月、2014年9月、2016年9月的Landsat系列影像和ASTER GDEM数据,采用像元二分模型法估算太原市城区5个时期的植被覆盖度,对其时空动态变化特征进行分析,并结合地形面积差异修正系数分析植被覆盖变化在不同地形因子上的分异性及变化趋势。[结果](1)2004—2016年植被覆盖度以中高度覆盖度和高度覆盖度为主,二者占总面积的65%以上,总体呈显著上升趋势,植被覆盖度显著下降区主要分布在小店区和尖草坪区,而中东部和西部植被覆盖度上升较快;2007—2011年植被覆盖度减少面积为852.70 km^2,增加面积为601.62 km^2,总体呈退化趋势,而2004—2007,2011—2014,2014—2016年植被覆盖度增加面积超过研究区面积的1/2,植被恢复效果较好;(2)不同坡向上,在平地区域不同植被覆盖变化类型的分布差异较显著,其余坡向上的差异不明显;不同植被覆盖变化类型在不同高程、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度上的空间分布差异明显。[结论]坡向对植被生长变化的影响不明显,而高程、坡度、坡度变率、地形位和地形起伏度对植被覆盖变化的地形效应较明显。

不同复垦模式下铁尾矿坡面产流产沙与水力特性

为了揭示降雨条件下铁尾矿复垦坡面的产流产沙特征与水力特性,该文采用室内人工模拟降雨方法研究了不同降雨强度(60、90、120 mm/h)和不同复垦模式(T,铁尾矿;TSH,铁尾矿与高比例生土;TM,铁尾矿与菌糠;TSM,铁尾矿、菌糠与生土;TSL,铁尾矿与低比例生土;植被类型均为胡枝子)25°坡度条件下的侵蚀过程。结果表明:1)产流速率在降雨初期迅速增长,中后期趋于稳定。添加菌糠的复垦模式产流速率高于未添加菌糠的复垦模式;2)产沙速率随降雨历时变化呈现两种模式,添加菌糠的复垦模式为减少型,未添加菌糠的复垦模式为增加型,TSL的减沙效果最为显著,T对降雨强度的响应最为敏感且高雨强下产沙量最大;3)所有复垦坡面平均径流深度范围在0.23~0.93 mm,水流流态均为层流,大部分情况下水流流型为缓流,但TSH在中高雨强下以及T在高雨强下为急流。添加菌糠模式的曼宁糙率系数和水流阻力系数高于未添加菌糠的复垦模式,流速低于未添加菌糠的复垦模式,添加菌糠的基质表面粗糙度较大;4)各复垦坡面的侵蚀形式以溅蚀和片蚀为主,高雨强下T出现细沟侵蚀,其余复垦模式未观察到明显细沟侵蚀;5)产流速率与水流功率、雷诺数(R2>0.998)呈极显著的线性关系,产沙速率与水流功率(R2>0.733)、雷诺数(R2>0.744)呈极显著的幂函数、指数函数关系。该研究可为铁尾矿坡面的复垦模式选择提供理论依据。

周年覆盖对黄土旱塬冬小麦产量及降水利用率的影响

针对黄土旱塬麦田降水资源少,降水季节与冬小麦需求错位,小麦产量低而不稳的问题,为探究适合当地旱作冬小麦高产高效的栽培措施,通过4年大田试验,研究了无覆盖条播(USL)、垄膜沟播(RFSF)和全膜覆土穴播(WFFHS)种植方式下,冬小麦夏休闲期残膜覆盖的蓄水保墒效果以及周年覆盖条件下冬小麦的产量效应和降水生产效率情况。结果表明:夏休闲期残膜覆盖可以提高土壤蓄水保墒能力,垄膜沟播和全膜覆土穴播处理2m土壤休闲蓄水量分别较露地条播处理高12%~22%(P<0.05)和14%~30%(P<0.05),相应休闲效率在29%~42%,亦显著高于无覆盖条播处理,且差异性随夏休闲期降水量增加而增加。全膜覆土穴播周年覆盖具有显著的增产效应,较传统无覆盖条播平均增产40%,覆膜种植促进了冬小麦千粒重和穗数的增加,籽粒产量与穗数呈极显著正相关(r=0.830**),覆膜和合理构建群体是提高旱塬冬小麦产量的重要措施。不同处理间水分生产效率、休闲期降水生产效率和周年降水生产效率以全膜覆土穴播处理最高,平均值分别为19.3,9.3,11.7kg/(hm2·mm)。黄土旱塬冬小麦生育期耗水深度达2m以下,覆膜种植处理的耗水量高于无覆盖条播处理,且覆膜加大对1m以下深层土壤水分的消耗。从作物高产和降水高效利用角度考虑,全膜覆土穴播周年覆盖是黄土旱塬冬小麦一种有效的栽培模式。

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。

快速城镇化地区土地利用变化的地形梯度特征分析——以榆次区为例

为探讨快速城镇化地区——山西省晋中市榆次区不同地形梯度上的土地利用变化特征,本研究以2000年、2008年和2016年3期影像和ASTERGDEM为数据源,分析2000—2016年间土地利用变化的时空特征,选用坡向、坡度变率、地形起伏度、地形位指数和土地利用类型分布指数对土地利用的地形梯度分布特征和变化过程进行分析。结果表明:1)2000—2016年,榆次区建设用地主要向西北方向扩张,主要分布在地形起伏度<30m、坡度变率<2°、阳坡和半阳坡及地形位为1~3级的地区。土地利用以建设用地、耕地和未利用地为主,其中耕地所占面积最大,2000年、2008年和2016年的平均比例为46.91%。2000—2008年建设用地面积增加43.07 km^2,未利用地面积减少37.33 km^2;2008—2016年未利用地面积减少221.00 km^2,而耕地面积和建设用地面积分别增加170.61 km^2和37.36 km^2。2)在坡度变率、地形起伏度和地形位梯度上,建设用地、耕地和水域主要分布于低梯度带,而林地和未利用地分布于中高梯度带;建设用地和耕地在平地、阳坡和半阳坡呈分布优势,林地在阴坡和半阴坡具有分布优势,而未利用地的优势分布区为阳坡和半阳坡;2000—2016年耕地的主要分布区向地形起伏度>30 m、坡度变率为2°~15°、地形位为4~11级的区域扩张。榆次区土地利用变化地形梯度差异明显,地形因素、人类活动、政策因素、交通和区位为其主导因素。该研究结果为区域城镇化过程中的土地合理规划利用提供科学依据,为生态环境治理提供决策支持。

亚硒酸钠对甜荞生长的影响

【目的】探究亚硒酸盐对甜荞生长的影响,提高甜荞产量和品质。【方法】通过随机区组盆栽试验,研究了5个不同质量浓度的亚硒酸钠对甜荞生长的影响。【结果】适量施用硒肥能够促进甜荞生长,当施用硒肥质量浓度在0~10 mg/kg时,可以促进甜荞叶绿素合成、提升蒸腾速率、气孔导度、净光合速率和甜荞生物量,超过10 mg/kg则会产生抑制作用。但甜荞根系和叶片叶绿素b不会受亚硒酸钠质量浓度影响。从甜荞整个生育期来看,在盛花期,硒肥对甜荞影响最显著,此外适量施用硒肥还可以减缓甜荞生长进程中叶绿素、蒸腾速率、气孔导度和净光合速率的下降程度,起到延缓甜荞衰老的作用。【结论】适量施用亚硒酸钠可以促进荞麦生长、延缓衰老进程,过度施用硒肥会抑制甜荞生长,但不会影响甜荞根系生长。