不同栽培模式对冬小麦-夏玉米轮作系统产量、氮素累积和平衡的影响

以河北山前平原区秸秆还田条件下小麦-玉米轮作体系为研究对象,设置农民习惯、高产高效、再高产和再高产高效4个模式,通过定位试验探讨各栽培模式对3个轮作周期作物产量、土壤硝态氮累积量及氮平衡的影响.结果表明: 小麦、玉米产量均以再高产模式最高,高产高效和再高产高效模式次之,均显著高于农民习惯模式;小麦季和玉米季氮肥利用效率(PFP)均以高产高效模式最高,显著高于其他模式;0～400 cm土体硝态氮累积量在 768.4～1133.3 kg·hm^-2之间,其中80%～85%累积在根下90～400 cm土层;4种模式的土壤硝态氮均有明显向下淋移现象,120～150 cm和270～330 cm处均出现了累积峰,以270～330 cm土层硝态氮累积量最大;高产高效模式的土壤硝态氮含量整体水平均低于其他模式,浓度基本维持在30 mg·kg^-1以下,在一定程度上能有效缓解环境压力;冬小麦季0～90 cm土体氮素盈余量均小于夏玉米季,并以高产高效模式的氮素表观损失量最低,显著低于其他模式.综合考虑产量、氮肥利用效率、硝态氮累积和氮平衡,以高产高效模式表现最优,但还有一定的提升空间.     

减量施氮与大豆间作对蔗田氮平衡的影响

通过2010—2013年的大田试验,探讨了2个施氮水平(300和525 kg·hm-2)和3种种植模式(甘蔗、大豆单作及甘蔗-大豆1∶2间作)对蔗田大豆固氮、甘蔗和大豆氮素累积及氨挥发和氮淋溶的影响.结果表明:与大豆单作相比,甘蔗-大豆间作的大豆固氮效率下降,但不同施氮水平间作模式之间无显著差异.不同施氮水平和种植模式对甘蔗、大豆氮素累积无显著影响.减量施氮水平下氨挥发量低于常规施氮处理,不同施氮水平和种植模式对氮淋溶量无显著影响.除2011年甘蔗单作减量施氮水平下出现蔗田氮素亏缺(-66.22 kg·hm-2)外,其余不同年份不同种植模式下氮素都处于盈余状态(73.10~400.03 kg·hm-2),施氮水平显著影响了蔗田的氮素盈亏,且常规施氮水平下氮素盈余量显著高于减量施氮处理,过高的氮素盈余增加了氮素污染农田环境的风险.从培肥地力、降低氮素污染环境的风险和节约生产成本等方面考虑,减量施氮水平下甘蔗-大豆间作模式具有一定的生态合理性.     

减量施氮对玉米-大豆套作体系土壤氮素残留和氮肥损失的影响

通过田间试验,研究了玉米单作、大豆单作、玉米-豆套作3种种植模式和不施氮、减量施氮(180 kg N·hm^-2)、常量施氮(240 kg N·hm^-2)3种施氮水平对玉米和大豆植株氮素吸收、土壤氮素残留和氮肥损失的影响.结果表明: 玉米-豆套作体系下,施氮提高了玉米土壤中残留的NO₃^--N、NH₄⁺-N含量,但在大豆土壤中则降低.与单作相比,玉米套作的土壤氮素残留量增加,氮肥损失量降低,大豆套作的土壤氮素残留量和氮肥损失量均降低.减量施氮处理下,玉米-豆套作系统的氮肥残留率、损失率和氨挥发损失率分别比玉米单作低17.7%、21.5%和0.4%,比大豆单作高2.0%、19.8%和0.1%.与常量施氮相比,减量施氮降低了玉米-豆套作系统的氮肥残留量、残留率、损失量和损失率,同时还降低了由氨挥发所引起的氮肥损失,其中氮肥残留率、损失率和氨挥发损失率分别降低12.0%、15.4%和1.2%.     

减量施氮对玉米-大豆套作体系中作物产量及养分吸收利用的影响

通过田间试验研究了种植方式(玉米单作、大豆单作、玉米-大豆套作)和施氮水平(0、180、240 N kg·hm-2)对玉米和大豆产量、养分吸收及氮肥利用的影响.结果表明:与单作相比,玉米-大豆套作体系中玉米籽粒产量、地上部植株N、P、K吸收量及收获指数略有降低,而大豆籽粒产量、地上部植株N、P、K吸收量及收获指数显著提高.玉米-大豆套作系统的套作优势随施氮量的增加而降低,与当地农民常规施氮量(240 kg·hm-2)相比,减量施氮(180kg·hm-2)处理下玉米和大豆产量、经济系数,以及N、P、K吸收量和收获指数、氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率显著提高,土壤氮贡献率降低;与不施氮相比,减量施氮降低了玉米带土壤的全N、全P含量,提高了大豆带土壤的全N、全P、全K含量和玉米带土壤的全K含量.减量施氮水平下,玉米-大豆套作系统的周年籽粒总产量、地上部植株N、P、K总吸收量均高于玉米和大豆单作,土地当量比(LER)达2.28;玉米-大豆套作系统的氮肥吸收利用率比玉米单作高20.2%,比大豆单作低30.5%,土壤氮贡献率比玉米和大豆单作分别低20.0%和8.8%.玉米-大豆套作减量一体化施肥有利于提高系统周年作物产量和氮肥利用率.     

减量施氮对渭北旱地春玉米产量、氮素利用及土壤硝态氮含量的影响

为确定渭北旱地春玉米减肥增效的科学生产模式,于2016—2019年在陕西合阳县实施旱地春玉米田间定位施肥试验。以郑单958和陕单8806为试验品种,设置5个施氮量处理,分别为360(N₃₆₀,当地农户常规施氮量)、270(N₂₇₀)、150～180(N_150-180)、75～90(N_75-90)和0 kg·hm^-2 (N₀),分析减量施氮处理下春玉米产量、氮素吸收利用及硝态氮残留状况。结果表明: 1)与N₃₆₀处理相比,两个品种在N_150-180处理下籽粒产量增加0.9%～7.1%,吸氮量降低4.1%～4.6%,平均氮肥回收利用率、偏生产力和农学效率分别提高79.3%～83.6%、105.9%～157.7%和101.9%～114.1%;2)在高施氮量(大于180 kg·hm^-2)处理下,硝态氮残留量显著增加;降雨不足显著降低玉米需氮量,导致氮素残留量增加。经过4年定位试验0～200 cm土层硝态氮含量高达504.7～620.8 kg·hm^-2,在80～140 cm土层出现累积峰,存在硝态氮淋失风险。根据年际间玉米籽粒产量表现、肥料利用效率和硝态氮残留状况综合评价,渭北旱地春玉米田适宜氮肥用量为150～180 kg N·hm^-2。     

施氮对不同品种冬小麦植株硝态氮和硝酸还原酶活性的影响

以黄土高原南部半湿润区土垫旱耕人为土为供试土壤进行盆栽试验,以NR 9405、9430、偃师9号、小偃6号、陕229号和西农2208冬小麦品种为供试材料,研究施氮对不同品种冬小麦植株硝态氮含量和硝酸还原酶活性(NRA)的影响.结果表明,施氮能明显增加叶片NRA.不施氮时除小偃6号和偃师9号外,其余品种NRA在全生育时期的动态变化均呈双峰曲线,2个高峰期分别在返青期和开花期,且开花期高峰值(36.17 NO2-μg.-g 1FW.h-1)明显比返青期峰值(15.407 NO2-μg.-g 1FW.h-1)大;施氮时不同品种叶片NRA在全生育期呈单峰曲线变化,最高峰在开花期,平均峰值为80.93 NO2-μg.-g 1FW.h-1),比同期不施氮处理增加1倍以上.施氮后地上部硝态氮含量在各时期均显著提高,在小麦生育前期(出苗到拔节)表现最为显著.氮肥对不同品种硝态氮含量的影响程度基本上与对NRA的影响程度相反,即施氮后硝态氮增加幅度小的品种,NRA却增加幅度大.     

施氮时期对高产夏玉米光合特性的影响

选用登海661(DH661)和郑单958(ZD958)为试验材料,研究了高产条件下施氮时期对高产夏玉米光合特性、产量和氮素利用率的影响.结果表明,分次施氮尤其是增加花后施氮较拔节期一次性施氮可提高产量9.3％-18.2％,氮肥偏生产力提高10.9％-17.5％.拔节期、大喇叭口期、花后10d按2∶4∶4施氮,DH661产量可达14188.9 kg/hm2;基肥、拔节期、大口期、花后10d按1∶2∶5∶2施氮,ZD958产量可达14529.6 kg/hm2.分次施氮较一次性施氮可延长灌浆期LAI高值持续期.花后施氮20％-40％较一次性施氮穗位叶Pn、φPSⅡ、NPQ和ETR分别提高了10.8％-24.1％,16.6％-25.1％、29.2％-45.3％和14.4％-25.8％,并保持了灌浆期RuBPCase和PEPCase较高活性,延缓了叶片衰老,提高了光能利用率.DH661较ZD958在相同的施氮方式下花后具有更高的光合性能.分次施氮及花后施氮可显著改善两个高产夏玉米品种光合特性,提高氮素利用率,提高产量.     

基施氮肥对冬小麦产量、氮肥利用率及氮平衡的影响

通过田间小区试验研究了氮肥一次基施对高肥力土壤上冬小麦产量,吸氮量及氮肥利用率的影响,旨在了解高肥力土训上减少基肥氮的可行性,结果表明,高肥力土壤上冬小麦产量对氮肥的反应不明显,而施用氮肥显著增加了冬小麦吸氮量,根据差值法计算结果,当施氮量为75,112．5和150kg/hm^2时冬小麦的氮肥利用率分别为16．0％,14．5％和13．5％,表明多达84％－86．5％以上的基肥氮未被作物吸收利用,氮平衡计算的结果进一步表明,未被当季小麦利用的肥料氮主要以无机氮的形式残留于0－1m土体中,当施氮量分别为75,112．5和150kg/hm2时氮肥的土壤残留率依次为83．3％,46．0％和58．8％,而相应的表观损失率为0．5％,38．9％和19．0％,由此可见,在高肥力土壤上应严格控制基肥氮的用量或不施基肥,否则将造成氮素资源的大量浪费。     

施氮量对夏季玉米产量及土壤水氮动态的影响

在黄土高原南部旱地有大量氮素残留背景的田块上,研究了不同氮肥用量对夏玉米生长及对土壤水分、硝态氮、铵态氮累积及其剖面分布的影响。结果表明：适量施氮可以提高作物产量;过量施氮没有表现出增产效果,其氮肥利用率只有3．9％,残留率则高达87．2％。施氮240kghm^-2时,0～200cm土层土壤水分达到593mm,且可以下渗到200cm土层;不施氮和施氮120kghm^-2以小区土壤的蓄水量分别为561和553mm,可下渗到180cm。对矿质态氮而言,施氮量可以显著影响土壤中硝态氮的累积和分布,但对铵态氮的影响较小;施氮0,120,240kghm^-2时．收获期土壤硝态氮累积量分别为78,148,290kghm^-2,硝态氮的下移前沿分别到达60,60,140cm。可见,适量施氮会促进作物对土壤水氮的利用。提高作物生物量和产量;过量施氮导致硝态氮在土壤中大量累积,提高硝态氮随水分淋溶危险;但硝态氮向下层土壤的移动显著滞后于水分。     

黄淮海平原玉米施氮量对后茬小麦土壤剖面硝态氮和产量的影响

在冬小麦-夏玉米一年两熟模式下,玉米品种“郑单958”（植株密度9株/m^2）和小麦品种“93-9”（基本苗704株/m^2）,冬小麦基施144kg N/hm^2,研究了玉米5个施N量（0、90、180、270和360kg/hm^2）对后茬小麦期间土壤剖面硝态氮含量、无机氮总量,以及小麦氮素吸收利用和产量的影响.结果表明：（1）与不施氮相比,玉米施氮显著增加小麦季0～200cm土壤硝态氮含量;自拔节起,0～40cm、0～130cm和0～200cm硝态氮含量均随施氮量增加而递增,在硝态氮含量较高的小区增幅也大.（2）轮作一周期后,不施氮和施氮360kg/hm^2显著影响0～130cm和0～200cm无机氮总量,但在90～270 kg/hm^2之间,施氮量的影响不明显.（3）施氮小于180kg/hm^2时,成熟期小麦植株氮素和籽粒氮素积累量、氮肥利用率均随施氮量增加而递增,但不明显.（4）与不施氮相比,施氮90kg/hm^2的小麦产量和麦玉轮作总产均增加但不明显,施氮180 kg/hm^2均显著增加,施氮270kg/hm^2与180kg/hm^2无明显差异.本试验条件下,夏玉米施氮90～180 kg/hm^2是适宜的.     

施氮水平对不同种植制度下玉米氮利用及产量和品质的影响

研究了不同施氮量对套作和单作条件下春、夏玉米氮利用以及产量和品质的影响. 结果表明,随着施氮量的增加,单作和套作条件下,春、夏玉米吸氮量显著增加,籽粒产量、生物产量和籽粒蛋白质产量也显著增加.由于春、夏玉米需求的养分种类与形态一致,低氮条件时竞争较激烈,春玉米处于优势地位,但其吸氮量仍低于单作.增加施氮量可以缓解这种竞争,利于玉米的高产优质.施氮量由187.5 kg·hm^-2增至375 kg·hm^-2时,春、夏玉米单作时生物产量平均增加1.717 kg·kg^-1 N,而套作时平均增加12.179 kg·kg^-1 N;春、夏玉米单作时蛋白质产量平均增加0.305 kg·kg^-1 N,而套作时平均增加1.829 kg·kg^-1 N;春夏玉米套作的土地当量比由1.59增加到1.91.与单作相比,春夏玉米套作可显著提高玉米产量和改善品质,增施氮肥有利于套作条件下玉米高产优质潜力的充分发挥.     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系土壤硝态氮的适宜含量

采用冬小麦季不同施氮处理(夏玉米季不施氮)研究了华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系夏玉米季土壤硝态氮的适宜含量.结果表明:在播前土壤无机氮含量较高的条件下,冬小麦季施用150kgN.hm-2即可满足冬小麦/夏玉米两季作物的氮素需求;各氮肥处理在冬小麦季的氮肥施用当季的利用率仅为11%～23%,在夏玉米季氮肥残效利用率则高达30%～52%.当夏玉米播前0～90cm土层硝态氮含量达到82kg.hm-2时,无需施氮即可保证夏玉米十叶期的生长,达到151kg.hm-2时,无需施氮即可保证整个生育期的生长.夏玉米十叶期和收获后0～90cm土层硝态氮含量低于46和65kg.hm-2时,则影响作物正常生长.综合考虑产量和环境效应,冬小麦/夏玉米轮作体系中0～90cm土层硝态氮含量应控制在65～151kg.hm-2之间.     

耕作方式与施氮量对小麦-玉米复种系统玉米季土壤氮素转化及产量的影响

在黄淮砂姜黑土区冬小麦-夏玉米复种两熟种植体系中,研究了小麦季3种耕作方式(常规翻耕、旋耕和深松)结合夏玉米播前3个施氮量(120、225和330 kg·hm^-2)对玉米季主要生育时期根际土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性、无机氮含量和产量的影响.结果表明: 旋耕方式下氨化作用强度最高,且随着施氮量的增加,土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性增强.深松方式下根际土壤硝化、反硝化作用强度与脲酶活性明显高于常规与旋耕方式.增施氮肥可加强深松方式对土壤氮素转化的促进作用,而过量施氮虽然提高了土壤无机氮含量及玉米产量,但会对土壤氮素转化微生物作用强度及酶活性产生抑制.深松方式结合225 kg·hm^-2施氮量更有利于砂姜黑土区夏玉米土壤氮素转化,而深松方式结合330 kg·hm^-2施氮处理下产量最高.     

施氮时期对玉米土壤硝态氮含量变化及氮盈亏的影响

在“郑单 95 8”(9株 / m2 )组成的土 -植系统 ,研究了不施氮、基施氮 10叶展追氮、基施氮 吐丝期追氮和基施氮 乳熟期追氮共 4个处理下 0～ 2 0 0 cm的土壤 NO- 3- N含量在夏玉米生长期间的变化和土壤氮素的表观盈亏量 ,结果表明 :2 0 cm以上的土壤 NO- 3- N含量以大口期为界、2 0 cm以下的土壤 NO- 3- N含量以吐丝期为界前降后升。在 0～ 2 0 cm土层 ,与不施氮相比 ,施氮能增加土壤 NO- 3- N含量 ,而且吐丝期和乳熟至成熟阶段的 NO- 3- N含量在 10叶展期和吐丝期各自追氮后均显著增加。在 2 0～4 0 cm土层 ,乳熟期的 NO- 3- N含量施氮后明显比不施氮高。在 80 cm以下土层 ,施氮后的土壤 NO- 3- N含量明显比不施氮高 ;追氮期相比 ,后一追氮处理在乳熟期和成熟期的 NO- 3- N含量均比前一追氮处理明显增加 ,其中成熟期基施氮 乳熟期追氮处理在 16 0～ 2 0 0 cm土层的 NO- 3- N含量比基施氮 吐丝期追氮处理 (为 2 5 .3m g N/ kg(干土 ) )高 16 %。土壤氮素的表观盈余发生在吐丝期之前且 80 %以上盈余量出现在大口期前 ,表观亏损出现在吐丝期以后且其亏损量在乳熟期前后各占一半。经玉米季后 ,本试验中不施氮处理出现表观盈余 (为 5 6 .3kg N/ hm2 ) ;施氮后表观盈余量增加 ,主要是施氮减少了吐丝以后     

不同氮肥喷涂吡啶对夏玉米田氮素利用及土壤N2O排放的影响

为减少土壤N₂O排放,提高作物氮素利用,采用田间试验法研究了不同氮肥用量喷涂一定比例的吡啶(0、180、270、360 kg N·hm^-2)对夏玉米生育期内土壤N₂O排放和氮素表观损失、籽粒产量及氮素利用的影响.结果表明:不同氮肥用量下喷涂吡啶的土壤N₂O排放主要集中在播种-苗期和拔节-抽雄期,基肥和追肥后均会出现显著的土壤N₂O排放通量高峰.随氮肥用量增加,玉米产量不断增加,但270和360 kg N·hm^-2间无显著差异,2种施氮量下的玉米分别净增收5209和5426元·hm^-2.与不施氮肥比,各施氮处理下的玉米籽粒吸氮量提高幅度为109.6%～134.1%.各处理间的氮肥农学效率和氮肥利用率均以氮肥喷涂吡啶270 kg N·hm^-2较大,而土壤氮素表观损失较小.氮肥喷涂吡啶在270 kg N·hm^-2时玉米增产增收,氮肥利用效率较高,土壤N₂O排放和氮素表观损失较少,是一种较为合理的氮肥调控施用技术.     

减量施氮及施肥距离对玉米/大豆套作系统增产节肥的影响

通过田间试验研究了3种施氮水平(RN₁:210 kg N·hm^-2;RN₂:270 kg N·hm^-2;CN:330 kg N·hm^-2)与4个施肥距离(与窄行玉米距离, D₁:0 cm、D₂:15 cm、D₃:30 cm、D₄:45 cm)对玉米/大豆套作系统增产节肥的影响.结果表明: 与CN相比,RN₂下玉米花后的干物质积累量、转移量及对籽粒的贡献率提高1.4%、23.0%、16.0%,玉米穗粒数与单株产量增加1.6%和4.9%;大豆花前的物质积累量、转移量及对籽粒贡献率提高2.1%、37.9%、26.9%,单株粒数与籽粒产量均增加7.3%;RN₂下玉米/大豆套作系统的作物氮素吸收量与氮肥利用率比CN提高5.0%、44.4%,玉米的土壤总氮含量提高4.1%,大豆的则降低0.8%.各施肥距离间,以D₂处理效果较好;RN₂下,D₂的玉米花后(大豆花前)干物质积累对籽粒贡献率、玉米穗粒数(大豆单株粒数)分别比D₁提高57.2%、9.4%,大豆的则比D₄提高335.2%、2.4%;D₂的玉米/大豆套作系统氮素吸收量及氮肥利用率分别比D₁提高15.1%和112.4%,比D₄提高21.4%和66.3%;玉米土壤总氮含量D₂比D₁提高6.6%,大豆土壤总氮含量D₂比D₄提高16.0%.合理的减量施氮和施肥距离有利于玉米/大豆套作系统下作物干物质向籽粒转运,提高作物的单株粒数、百粒重和产量,促进作物氮素吸收与氮肥高效利用,达到节肥增产的目的.     

不同夏季填闲作物种植对设施菜地土壤无机氮残留和淋洗的影响

通过模拟土柱试验方法,研究了设施蔬菜中4种夏季填闲作物种植对土壤无机氮残留和淋洗的影响,并分析了各填闲作物根系参数与土壤无机氮残留及淋洗的相关性,以期揭示填闲作物减少无机氮淋洗的作用机理,并获得设施蔬菜生产体系适宜种植的填闲作物种类及其筛选指标。结果表明,糯玉米和燕麦的地上生物量、根干重、根长密度显著高于豌豆和苋菜,糯玉米、燕麦和豌豆的氮素吸收量高于苋菜。收获时,各填闲作物的种植比土地休闲可以显著的降低土壤(0-60 cm)的无机氮含量;其中燕麦和苋菜对土壤无机氮降低最多,其次为豌豆,再次为糯玉米。四种填闲作物的种植均显著降低了设施菜地的无机氮淋洗量。与休闲处理相比,糯玉米、燕麦、豌豆和苋菜的种植将体系的氮素淋洗量分别降低了100%、96%、82%和58%。相关分析表明,比根长的增加有利于植株地上部氮素吸收量的积累。各土层填闲作物根系参数与土壤无机氮残留和淋洗相关性分析没有明显规律,表明了氮素淋洗可能受地上部和根系生长协同作用的影响,静态的根系参数测定较难反映根系生长与氮素淋洗的关系。总结认为,设施蔬菜生产体系中糯玉米和燕麦比豌豆和苋菜更适合作为夏季填闲作物。     

Effect of legume-based cropping systems on nitrogen mineralization potential of Vertisol

The quantity and patterns of net mineralization of soil nitrogen (N) were studied in Vertisols under different cropping systems in the semi-arid tropical areas. Eight cropping systems were selected; three contained pigeonpea (PP), one contained PP and cowpea (COP), and two contained chickpea (CP) as legume component crops, one included sequence cropping with nonlegumes during the rainy and postrainy seasons, and one system was kept fallow (F) during the rainy season and sown to sorghum (S) during the postrainy season. Cropping systems with PP as a component crop increased mineralizable N(N _o ) content two-fold in the soil compared with fallow + sorghum (F+S)–F+S system. The N mineralization rate constant (k) was not significantly affected by previous cropping history of the soil; however, a numerically higher rate constant was observed in the COP/PP intercrop, followed by sequential S+safflower (SF) system as compared to the other soils. Mineral N accumulation curves for six soils were more accurately described by the exponential model than the linear model. The active N fraction (N _o /N_tot %) varied between 8 and 16% for different systems and a direct relationship was observed between N _o /N_tot and total N for the soils under diverse cropping systems.ICRISAT JA (1638)