长期施肥棕壤大豆产量的演变及土壤氮素分布特征

【目的】探究长期不同施肥模式下,东北棕壤大豆产量的演变、稳定性和可持续性及土壤氮素累积分布特征,为该地区制定合理的施肥措施,实现大豆的可持续绿色生产提供科学依据。【方法】基于始于1979年的棕壤肥料长期定位试验,轮作体系为玉米-玉米-大豆,选取其中的12个处理,分为化肥区:不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK);低量有机肥区:单施低量有机肥(M_(1))、低量有机肥与化肥配施(M_(1)N、M_(1)NP、M_(1)NPK);高量有机肥区:单施高量有机肥(M_(2))、高量有机肥与化肥配施(M_(2)N、M_(2)NP、M_(2)NPK)。分析长期不同施肥下大豆产量的演变规律以及39年轮作施肥对大豆氮素吸收与收获期土壤氮素累积分布的影响。【结果】与不施肥处理(CK)相比,各施肥处理大豆平均产量均显著提高,且低量有机肥区和高量有机肥区大豆平均产量高于化肥处理,M_1NPK和M_2NPK处理平均产量最高,分别为3 147和3 238kg·hm^(-2),较NPK处理提高了9.5%和12.7%。灰色-线性回归模型结果表明,施用有机肥或有机肥与化肥配施处理年际可得趋势产量显著高于单施化肥处理。低量有机肥区各处理大豆产量的变异系数最低,稳定性好,产量可持续性指数(YSI)较高,介于0.41—0.51,均高于高量有机肥区各处理。配施有机肥大豆季肥料贡献率提高,但低量与高量有机肥区差异不显著。配施有机肥39年,大豆植株吸氮量较单施化肥处理增加,以低量有机肥区的M_(1)NPK处理最高,为314.2 kg·hm^(-2)。低量有机肥区,土壤矿质氮主要累积在0—60 cm土层,60—100 cm土层矿质氮累积量较低;有机肥与化肥配施各处理0—80 cm土层矿质氮累积高于M_(1)处理,可为作物吸收提供有效氮源,但80—100 cm土层矿质氮较上层土壤降低,减少了氮素淋失风险;其中,M_1NPK处理0—60 cm土层矿质氮累积最高,60—100 cm随土层深度增加矿质氮累积呈持续降低趋势,而高量有机肥区M_(2)NPK处理则呈现先降低后增加的趋势。有机无机肥配施39年增加了0—20 cm土层全氮及微生物量氮含量,且高于20—40 cm土层。M_(1)NPK和M_(2)NPK处理0—20 cm土层全氮含量较NPK处理分别增加了13.9%和5.5%,微生物量氮含量分别增加了32.6%和92.1%。【结论】长期不同施肥影响作物产量、氮素吸收与土壤氮素分布。在东北棕壤地区玉米-玉米-大豆轮作体系中,玉米季氮磷钾化肥配施低量有机肥(13.5 t·hm^(-2)),大豆季仅施用氮磷钾化肥改变土壤氮素分布与累积,进而影响大豆地上部氮素吸收,可增加大豆产量,提高产量的稳定性与可持续性。长期配施低量有机肥大豆收获期土壤全氮及微生物量氮含量增加,增加了土壤供氮量;同时深层土壤矿质氮累积降低,减少了氮素淋溶风险,有利于大豆的可持续绿色生产,是该轮作体系较为合理的施肥方式。

长期不同培肥措施下玉米产量稳定性及棕壤氮素累积分布特征

【目的】研究长期不同培肥措施下玉米产量的稳定性、可持续性和土壤矿质氮累积分布、微生物量氮含量特征,为制定合理的施肥措施和保证东北棕壤地区农业的可持续绿色发展提供理论依据。【方法】棕壤肥料长期定位试验始于1979年。选取其中的12个处理:不施肥对照(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量有机肥(M1)及其与化肥配施(M1N、M1NP和M1NPK)、高量有机肥(M2)及其与化肥配施(M2N、M2NP和M2NPK),分析长期施肥下玉米产量的变化,并于2018年在玉米收获期采集植株和土壤样品,阐明玉米地上部吸氮量变化,0—100 cm土层土壤矿质氮分布、累积及微生物量氮含量的差异。【结果】长期不同施肥下玉米产量呈波动变化,且在1979—1998年内玉米产量变化趋势较平稳,1999—2018年内变幅较大。M1NPK、M2NPK处理玉米平均产量最高,在试验前20年较NPK处理分别提高了10.3%、11.7%,后20年分别提高了17.1%、19.4%。随着试验年限增加,玉米产量的稳定性和可持续性增加,有机肥配施化肥各处理高于单施化肥处理,在试验前20年和后20年玉米产量的可持续性指数(SYI)介于0.43~0.58和0.50~0.67,低量有机肥配施处理高于高量有机肥配施处理。配施有机肥各处理肥料贡献率高于单施化肥处理,且试验后20年M1NPK处理肥料贡献率最高,达54%。施肥40年后(2018年)玉米地上部吸氮量以M1NPK处理最高(302 kg/hm^(2)),与M2NPK处理差异不显著。配施低量有机肥玉米收获期80—100 cm土层土壤矿质氮含量较低,M1NPK处理0—100 cm土层土壤矿质氮贮量为127 kg/hm^(2),显著低于M1N和M1NP处理。而高量有机肥配施各处理0—100 cm土层土壤矿质氮贮量较化肥试区和低量有机肥试区分别增加了324.5%和172.9%,增加了氮素损失风险。此外,长期配施有机肥处理0—40 cm土层土壤微生物量氮含量增加,但低量和高量有机肥试区各处理间差异不显著。【结论】长期不同培肥措施会影响玉米产量的稳定性和可持续性,改变土壤氮素分布和累积,进而影响玉米氮素吸收。低量有机肥(13.5 t/hm^(2))配施氮磷钾化肥可促进玉米生长和氮素吸收,降低0—100 cm土层土壤矿质氮贮量,降低氮素损失风险,增加微生物量氮含量,较高的微生物量氮又可作为有机氮库来增加土壤供氮并固持易损失的矿质氮和肥料氮,以保证玉米的高产稳产和环境友好。