有机无机肥配施提高麦-稻轮作系统中水稻氮肥利用率的机制

采用盆栽试验,研究了有机无机肥配施对麦-稻轮作系统中水稻氮素累积动态和土壤氮素供应动态的影响,并从微生物学角度探讨了有机无机肥协同提高水稻氮肥利用率的机制.结果表明：有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮和矿质态氮在水稻分蘖期前低于化肥处理,而在抽穗期至灌浆期显著高于其他处理.土壤氮素供应动态与水稻吸收利用氮素规律吻合程度最高,促进了水稻产量、生物量和氮素累积量的增加,显著提高了水稻的氮肥利用率.其主要机制是有机无机肥配施促进了土壤微生物繁殖,使其在水稻生育前期固持了较多的矿质氮,在水稻生育中、后期这些氮素逐渐被释放以供水稻吸收利用,较好地满足了水稻各阶段生长发育对氮素养分的需求.     

控释掺混尿素对稻、麦土壤氮与酶活性的影响

通过大田试验,共设7个处理,即不施氮、常规施肥以及掺混控释氮肥10%、20%、40%、80%、100%处理,探讨了不同施肥处理对土壤中4种形态氮(全氮、铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮)和3种氮功能性酶(脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶)活性的影响,以探究控释掺混尿素对稻、麦土壤肥力和环境的影响.结果表明: 土壤全氮在稻、麦全生育期内趋于稳定,且掺混比例20%以上各控释氮肥处理在稻、麦季均无显著差异;掺混40%以上控释氮肥能有效促进稻、麦生育中后期土壤无机氮水平;随稻、麦生育期推进,掺混40%以上控释氮肥处理可显著提高土壤微生物生物量氮,但常规施肥处理的微生物生物量氮整体呈明显下降趋势;掺混40%以上控释氮肥能明显提升稻、麦生育中后期土壤酶活性,土壤蛋白酶与硝酸还原酶活性在作物生育后期均随掺混比例增加而提高,以100%控释氮肥处理土壤酶活性最高.掺混20%以上控释氮肥处理能明显降低水稻季分蘖期脲酶活性,推迟铵态氮峰值期,有利于减少氮损失;掺混40%以上控释氮肥处理均可保障稻、麦生育中后期的氮素供应,刺激土壤脲酶与蛋白酶参与氮素转换,促进了土壤氮素有效性;100%控释氮肥处理对稻、麦生育后期土壤硝酸还原酶活性增加最明显,与掺混40%～80%控释氮肥处理相比,可显著减少小麦季20～40 cm土壤硝态氮残留量,在减少氮素损失方面的效果明显.     

施用控释氮肥对稻田土壤微生物生物量碳、氮的影响

借助农业部望城红壤水稻土生态环境野外观测试验站的控释氮肥试验,研究了施用控释氮肥对水稻不同生育期间稻田土壤微生物生物量碳、氮动态变化的影响。试验共设5个处理:①CK,(不施氮肥);②Urea(施用尿素);③CRNF(施用与处理②等氮量的控释氮肥);④70%CRNF(施用控释氮肥,用氮量为处理②的70%);⑤50%CRNF+M(施用控释氮肥和猪粪,总氮量为处理②的70%,其中控释氮肥用量为处理②的50%,猪粪含氮量为处理②的20%)。结果表明,施肥后10 d,施氮处理土壤微生物生物量碳和氮均达最高,随生育进程推进逐渐下降,成熟期有一定的回升;施肥初期,施用等氮量的控释氮肥处理(CRNF)土壤微生物量碳、氮含量较尿素处理(Urea)分别增加5.4%和22.5%,而水稻生育中后期,控释氮肥处理(CRNF)土壤微生物量碳、氮含量较尿素处理(Urea)下降幅度大,该处理向地上部提供氮素营养较尿素处理高;施氮量较高的CRNF处理,土壤微生物生物量碳低于控释氮肥节氮处理(70%CRNF),但在大多数取样时期,土壤微生物量氮高于控释氮肥节氮处理(70%CRNF);控释氮肥配施有机肥的节氮处理较其他单施化肥处理显著增加土壤微生物生物量碳、氮含量。控释氮肥与有机肥配施,不仅能节约氮肥用量,而且能明显地提高土壤微生物生物量碳、氮的含量。     

有机无机肥配施对旱地冬小麦产量和硝态氮残留淋失的影响

针对渭北旱塬氮肥施用不合理的问题,通过不同氮肥用量(0、75、150、225、300 kg N·hm^-2)与有机肥(30 t·hm^-2)配施,明确渭北旱塬麦田配施有机肥条件下合理的氮肥用量以及配施有机肥的减氮增产作用和对硝态氮残留淋失的影响.结果表明: 与单施化肥处理相比,有机无机肥配施可以在减少27.1%的氮肥用量情况下,提高14.7%的小麦籽粒产量,其中,施氮量150 kg·hm^-2配施有机肥处理的产量最高;有机无机肥配施可以促进小麦籽粒氮素吸收,氮肥利用率提高20.2%,尤其当氮肥用量为150 kg·hm^-2时,氮肥利用率达到最高值(42.0%);配施有机肥还能减少氮肥当季残留量和小麦生育期硝态氮向深层土壤淋溶,降低夏闲期淋失层硝态氮的淋失比例,当施氮量低于115 kg·hm^-2时,配施有机肥可以降低夏闲期硝态氮淋失量.基于本研究,推荐渭北旱塬在配施有机肥30 t·hm^-2的基础上,氮肥用量150 kg·hm^-2左右可实现小麦高产,提高氮肥利用率,防止氮肥过量残留.     

施氮和冬种绿肥对土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

为探讨冬季绿肥改良土壤的生态效应及确定合适比例的氮肥与绿肥翻压量,在“冬季绿肥 双季稻”复种型农作制度基础上,设置4×4双因素试验,研究不同紫云英翻压量和施氮水平对土壤活性有机碳库各组分及碳库管理指数的影响.结果表明： 单施绿肥能够显著促进土壤总有机碳和活性有机碳的累积.与对照相比,单施绿肥处理土壤总有机碳含量和活性有机碳含量分别平均增加22.2%、26.7%,但单施氮肥处理的土壤有机碳含量下降了0.6%～3.4%.与不施肥相比,单施绿肥和绿肥氮肥配施处理的土壤碳库管理指数分别平均增加了24.55和15.17,而单施氮肥处理减少了2.59.单施绿肥、绿肥氮肥配施和单施氮肥处理的土壤平均微生物生物量碳分别比对照高54.0%、95.2%和14.3%.活性有机碳含量与碳库管理指数存在极显著（P＜0.01）的相关性,与可溶性有机碳、微生物生物量碳也存在显著的相关性（P＜0.05）.水稻产量与活性有机碳含量和碳库管理指数均存在极显著的相关性,且相关系数明显大于总有机碳.可见在当地土壤肥力条件下,施有机肥或有机无机肥适当配施能提高土壤有机碳含量和土壤碳库管理指数,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力.     

15N交叉标记有机与无机肥料氮的转化与残留

有机无机肥配施能够培肥土壤,改善土壤氮素供给,但目前有机无机肥配施主要集中在化肥氮的研究,忽略秸秆氮对化肥氮转化的影响。为了解秸秆还田对不同氮源转化和残留的影响,采用¹⁵N对尿素和水稻秸秆进行交叉标记,在两种不同肥力水稻土 (粘土矿物类型为1 ∶ 1型红黄泥和2 ∶ 1型紫潮泥) 进行水稻盆栽试验。设置对照(CK),单施尿素(¹⁵NU)、标记尿素与稻草配施(¹⁵NU-S) 和标记稻草与尿素配施(¹⁵NS-U)4个处理。结果表明,水稻吸收的氮素60%以上来自土壤氮,土壤氮素肥力相对较低的红黄泥较之紫潮泥对肥料氮的依赖更强;水稻生长期间微生物同化的尿素氮占标记底物的百分数红黄泥为1.8%-8.3%,紫潮泥为1.8%-19.2%;微生物同化的秸杆氮占标记底物的百分数红黄泥为1.7%-5.0%,紫潮泥为2.0%-6.2%。而粘土矿物固持的尿素氮占标记底物的百分数,红黄泥为0.3%-2.1%,紫潮泥为3.5%-18.7%;粘土矿物固持的秸杆氮红黄泥为0.2%-0.9%,紫潮泥为1.7%-5.0%。水稻成熟期尿素氮的残留率,红黄泥¹⁵NU处理、¹⁵NU+S分别为14.5%和17.0%,紫潮泥分别为16.9%和17.1%。秸秆氮的残留率分别为红黄泥38.8%、紫潮泥41.5%;有机无机肥配施提高了微生物同化化肥氮的能力,降低了粘土矿物晶格固持化肥氮的水平。有机无机配施提高了化肥氮利用率同时,提高了有机形态氮残留,降低了无机形态氮(矿质氮+固定态铵)的残留。     

施氮和肥料添加剂对水稻产量、氮素吸收转运及利用的影响

在苏南太湖地区开展田间试验,研究了施氮和肥料添加剂对水稻产量、氮素吸收转运及利用的影响.结果表明:施氮对水稻产量、各生育时期植株累积吸氮量、阶段氮累积量和花后氮素转运量具有显著的促进作用(P＜0.01),当施氮量高于200 kg·hm-2时,增施氮肥的增产效应不显著(P＞0.05);花后氮素转运率和氮肥利用率均随施氮量的增加而降低.施用肥料添加剂可进一步提高水稻产量、累积吸氮量、花后氮素转运量和氮肥利用率,且该效应在高施氮量( ≥200 kg·hm-2)条件下表现更明显.本试验条件下不施用肥料添加剂时,施氮150kg·hm-2可同时获得较高的产量和氮肥利用率.     

氮硅肥配施对水稻生长、产量及土壤肥力的影响

采用田间试验研究了氮硅肥配施对水稻生长、产量、养分吸收及土壤养分含量的影响。结果表明 ,氮、硅肥单施都能促进水稻生长及对养分的吸收 ,氮肥效果好于硅肥。氮硅肥配施下 ,水稻有效穗数、穗实粒数、千粒重、水稻产量以及水稻地上部生物量 ,植株氮、磷、钾、硅养分含量增幅均高于氮肥和硅肥单施。随施硅量增加 ,氮 /硅比率后期有明显下降趋势。氮硅配施提高了土壤速效氮含量和有效硅含量、降低了土壤速效钾含量 ,而对速效磷、pH、有机质及全氮无明显影响。     

不同水肥处理对夏玉米田土壤微生物特性的影响

以氮高效率型玉米品种(ZN99)为试验材料,研究了不同水肥处理对夏玉米田土壤微生物特性的影响.采用裂区设计,主区为灌水处理,设置了2个灌溉水平(玉米全生育期内灌水526和263 mm);副区为施肥处理,设置了3种肥料类型(无机肥U、有机肥M、有机无机混施UM)和2个施氮水平(N 100和200 kg·hm-2).结果表明:灌水量影响了肥料对土壤微生物生物量(碳、氮)和微生物多样性的调控,施有机肥只有在充足灌水条件下才能显著提高土壤微生物生物量碳(14.3%~33.6%)、微生物生物量氮(1.8~2.3倍)和丰富度.适量灌水、增施有机肥或有机无机配施可增加土壤中具有固氮能力的厚壁菌、γ-变形菌或α-变形菌的种类和相对数量.同一施氮量下,有机肥与无机肥对产量的影响差异不显著.从可持续生产角度考虑,适量灌水条件下,增施有机肥更有利于土壤微生物生物量及多样性的提高,增强土壤水肥供应能力.     

紫色土坡耕地C、P与微生物生物量C、P对不同施肥的响应

分析了长期不同施肥处理下紫色土坡耕地土壤碳(C)、磷(P)与微生物生物量C(MBC)、P(MBP)的变化及其耦合特征.结果表明:农家肥或秸秆配施无机肥(包括N、NP和NPK)处理下紫色土坡耕地土壤总有机碳(TOC)变化范围为90.8~100.8 g·kg-1,高于单施氮肥处理的62.2 g·kg-1;农家肥与无机肥配施处理下土壤总磷(TP)变化范围为0.65~0.84g·kg-1,而秸秆与无机肥配施处理下土壤TP仅为农家肥与无机肥配施的23%~38%;单施氮肥处理下MBP显著小于农家肥和秸秆与无机肥配施处理;农家肥和秸秆配施无机肥处理下MBC/MBP在5~26,TOC/TP分别在92~137和296~653,而单一氮肥处理下MBC/MBP和TOC/TP分别高达59和2000.表明农家肥和无机肥配施更有利于增加土壤P的有效性,提高土壤供P潜力.     

稻作系统有机肥替代部分化肥的土壤氮循环特征及增产机制

采用有机肥替代部分化肥是实现化肥使用零增长和作物稳产增产的重要途径。基于近年来的研究进展,探讨了稻作系统有机肥替代部分化肥对水稻产量、氮素利用效率、土壤氮库组分和微生物固氮、氨化、硝化和反硝化等氮循环关键过程的影响。同时,就单施化肥与有机肥替代部分化肥的氮素循环特征进行了比较。有机肥替代部分化肥通过改变稻田土壤氮素循环多个环节(增强氨化过程、协调硝化和反硝化过程、降低氨挥发和减少氮素损失等),改善土壤氮素供给状态(提高小分子有机氮供给、协调无机氮组分与比例、提高土壤微生物量氮和总氮固持),进而促进水稻氮素吸收并协调植株氮素分配过程,最终实现水稻稳产增产。     

长期施肥对双季稻田土壤微生物学特性的影响

为探明不同施肥处理对早稻和晚稻各个生育时期稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响,以湖南宁乡长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K_2SO_4提取法和化学分析法系统分析了定位长达29年5种施肥处理之间(化肥、秸秆还田+化肥、30%有机肥+70%化肥、60%有机肥+40%化肥和无肥)双季稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的差异。结果表明,早稻和晚稻各主要生育时期,长期施肥均能提高土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵,各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均随水稻生育期推进呈先增加后降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值,成熟期达到最低值;其中,以60%有机肥和30%有机肥处理双季稻田土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均为最高,均显著高于其他处理,其大小顺序表现为60%有机肥30%有机肥秸秆还田化肥无肥。长期有机无机配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵,有机肥与化肥配施对提高土壤肥力效果最好。土壤微生物生物量碳、氮及微生物熵可以反映土壤质量的变化,可作为评价土壤肥力的生物学指标。     

长期施肥对黄土旱塬农田土壤有机磷组分及小麦产量的影响

研究长期施肥对黄土旱塬农田土壤有机磷组分及小麦产量的影响,可为提高磷素转化利用率及合理利用肥料提供理论支持。本研究依托长武旱塬农田生态系统长期(1984—2016年)定位试验站,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M)、氮肥配施有机肥(MN)、磷肥配施有机肥(MP)、氮磷肥配施有机肥(MNP)8个处理,研究其对土壤有机磷组分、小麦产量和土壤性质的影响。结果表明: 长期施肥后土壤有机磷含量为244.7～429.1 mg·kg^-1,除N处理外,其余各处理有机磷含量比CK均显著增加了15.4%～47.9%。长期施用磷肥改变了黄土旱塬农田表层土壤(0～20 cm)各有机磷组分含量,MP、MNP处理显著提高了活性有机磷及中活性有机磷含量;N、P和NP处理显著降低了中稳性有机磷含量;N、P、NP、MN、MP、MNP处理均显著提高了高稳性有机磷含量。各处理土壤有机磷组分与总有机磷含量比值为:中活性有机磷>高稳性有机磷>活性有机磷>中稳性有机磷。长期施肥后,与CK相比,氮、磷肥配施,尤其是与有机肥配施,显著增加了小麦生物产量和籽粒产量。土壤指标中,有机质、速效磷和无机磷与小麦产量呈显著正相关。MP、M处理可以显著提高黄土旱塬黑垆土中的速效磷、总磷、总无机磷、活性有机磷和中活性有机磷含量,表明有机肥与磷肥配施可以提高该地区更容易被作物吸收的磷组分。总之,氮磷肥配施并配施有机肥可以提高该地区磷供给,对小麦增产有促进作用,对提高黄土旱塬地区土壤质量有重要意义。     

26年长期施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响

研究长期小麦连作施肥条件下土壤微生物量碳、氮,土壤呼吸的变化及其与土壤养分的相关性。以陕西长武长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法、碱液吸收法和化学分析法分析了长达26a不同施肥处理农田土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤呼吸之间的差异及其调控土壤肥力的作用。长期施肥及种植作物,均能提高土壤微生物量碳、氮含量,尤其是施用有机肥,土壤微生物量碳、氮含量高于单施无机肥的处理,土壤呼吸量也提高15.91%—75.73%,而施用无机肥对于土壤呼吸无促进作用。土壤微生物生物量碳氮、土壤呼吸与土壤有机质、全氮呈极显著相关。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物量碳氮、土壤呼吸,氮磷肥与厩肥配施对提高土壤肥力效果最好。微生物量碳氮及土壤呼吸可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响

为明确纳米碳在提高烤烟氮素吸收利用方面的效果,在盆栽条件下,研究了纳米碳不同用量对烤烟根系生长发育、干物质积累和氮素吸收利用的影响。结果表明,在常规肥料中添加纳米碳能够促进烤烟根系生长发育,明显提高烟株根系活力和单株根系生物量,增加植株干物质积累量。施用纳米碳增加了烤烟植株成熟期各器官氮素含量和积累量,而未明显影响氮素在植株不同器官的分配。施用纳米碳不仅增加了植株对肥料氮的吸收量,还增加了对土壤氮的吸收量,这与其促进烤烟根系生长发育、提高根系吸收能力有密切关系。纳米碳无论做基肥还是做追肥,均显著提高了氮肥利用率,提高幅度分别达到14.44%和9.62%,有效降低了氮素土壤残留和损失。     

有机肥和化肥配施对不同熟期大白菜土壤生物特性及产量品质的影响

以早熟和晚熟品种大白菜为试材,根据化肥氮(尿素)、有机肥氮(生物有机肥)配施比例设置4个施肥处理,测定不同施肥处理下不同熟期大白菜土壤酶活性、可培养微生物数量及产量、品质的变化特征.结果 表明:早熟品种'德高16'大白菜莲座期和结球紧实期均以配施1/2生物有机肥(T2)处理的土壤蔗糖酶、土壤脲酶、土壤过氧化氢酶活性较强...     

不同形态氮素施肥对小黑杨幼苗生长的影响

以小黑杨当年播种苗为材料,研究了不同施氮量（12,24和48 mg·株^-1）和不同形态氮素（有机氮和无机氮）施肥对小黑杨幼苗生长的影响,以探讨小黑杨对氮基酸类有机氮素施肥的生长响应。结果表明：无论施无机氮（硝酸铵）还是有机氮（精氨酸）,小黑杨幼苗的苗高、地径、总生物量都是随施氮量的增加而增加,但是中等施氮量处理的幼苗氮利用效率最高。无机氮（硝酸铵）和有机氮（精氨酸）处理的幼苗在相同施氮水平下生长表现无明显差异,施用有机氮可以与施用无机氮获得相同的促进苗木生长的效果。不同氨基酸及其组合肥料施用对小黑杨幼苗生长的影响显著。单一氨基酸施肥情况下,施用精氨酸促进苗木生长的效果最好,谷氨酸次之,甘氨酸最差;氨基酸组合施肥情况下,有精氨酸的组合施肥苗木生长好,有甘氨酸的组合施肥苗木生长差。不同氨基酸施肥处理对小黑杨幼苗各器官氮含量没有明显影响。     

长期施肥对潮棕壤有机氮组分的影响

依托长期定位试验(从1990年开始)的4个施肥处理(CK,不施肥;M,循环猪圈肥;NPK,单施化肥;NPK+M,化肥配施循环猪圈肥),探讨了长期施肥对潮棕壤有机氮各组分的影响并揭示了其年际变化特征.结果表明: 从试验开始至2015年,不同施肥模式下各有机氮组分呈现不同的变化趋势,其中酸解有机氮基本上表现为逐年增加的趋势;M和NPK+M处理氨基酸态氮也逐年上升,而CK和NPK处理氨基酸态氮持续下降,这可能与微生物对土壤中氨基酸的利用有关.在整个试验过程中(1990—2015年的平均值),NPK处理酸解铵态氮大幅度增加,比CK增加31.1%;在施加有机肥的2个处理中(M和NPK+M)有机氮各组分均有所提高.与M相比,NPK+M处理各有机氮组分增加的幅度更加明显,这表明有机无机肥配施能有效增加土壤有机氮,进而增强土壤供氮能力,提高土壤肥力水平.     

有机肥氮投入比例对双季稻田根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响

为探明不同有机肥氮素占总氮投入的百分比对双季稻区早、晚稻各生育时期稻田根际土壤微生物的影响,本研究以大田定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法和化学分析法系统分析了施用化肥N(M₁)、30%有机肥N(M₂)、50%有机肥N(M₃)、100%有机肥N(M₄)和无N对照(M₀)5个不同施肥处理双季稻田根际土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物熵的差异.结果表明: 在早稻和晚稻各主要生育时期,施肥措施均能提高稻田根际土壤MBC、MBN和微生物熵,各施肥处理根际土壤MBC、MBN和微生物熵均随水稻生育期推进呈先增加后降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值,成熟期为最低值;其中,各处理双季稻田根际土壤MBC、MBN、MBC/MBN值和微生物熵一般均表现为M₄＞M₃＞M₂＞M₁＞M₀,M₂、M₃和M₄处理间均无显著差异,但均显著高于M₀处理.可见,单独施用化肥措施对提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵效果有限,施用有机肥或有机无机肥配施提高根际土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的效果较好.