长期施肥条件下西南黄壤旱地有效磷对磷盈亏的响应

以贵州黄壤肥力与肥效长期定位试验为平台,探究有效磷(Olsen-P)与土壤累积磷盈亏、磷肥用量的关系,确定西南黄壤旱地最佳磷肥施肥量,通过Mitscherlich方程模拟作物相对产量对土壤Olsen-P的响应关系,明确西南黄壤旱地的农学阈值.结果表明: 施用磷肥可显著提高土壤Olsen-P含量,不同施磷处理间提升幅度主要与磷肥施用量有关;不施磷处理土壤磷素一直处于亏缺状态,施磷处理土壤磷素有盈余,其中全量有机肥配施全量化肥处理(MNPK)作物吸磷量和磷素盈余量最高,同等施磷水平下,与单施化肥处理(NPK)相比,有机肥配施化肥处理(1/4 M +3/4 NPK、1/2 M +1/2 NPK)更能促进作物对磷素的吸收,提高磷素累积利用率.土壤累积磷盈亏与土壤Olsen-P增量呈显著直线相关关系(P<0.05),土壤中磷素每盈余100 kg·hm^-2,MNPK、1/4 M +3/4 NPK、1/2 M +1/2 NPK、NPK处理Olsen-P分别增加16.4、13.0、21.4、5.6 mg·kg^-1,有机肥与化肥配施能有效增加土壤Olsen-P含量.西南黄壤旱地Olsen-P的农学阈值为22.4 mg·kg^-1;土壤每年磷盈亏和Olsen-P含量与磷肥施用量呈极显著正相关关系(P<0.01),磷肥用量(纯P)为每年33.3 kg·hm^-2时,土壤磷盈亏呈持平状态,Olsen-P农学阈值对应的施肥量(纯P)为每年45.9 kg·hm^-2.西南黄壤旱地Olsen-P含量主要与施磷水平有关,当年施磷量为45.9 kg·hm^-2时可获得最佳的作物产量,磷肥利用率高;当年施磷量高于45.9 kg·hm^-2时,作物产量对磷肥用量无响应,大量磷素累积在土壤中,增加了磷素的环境流失风险.西南黄壤旱地长期施用有机肥处理单位累积磷盈余量提升土壤Olsen-P的速率大于单施化学磷肥处理.     

干旱绿洲灌区大白菜施磷效应与磷肥投入阈值

针对磷肥施用量大且利用率不高的问题,通过2011—2013年在甘肃省农业科学院张掖绿洲灌区农业生态环境重点野外台站进行定位试验,研究了不同施磷量对露地大白菜产量、磷肥利用率以及磷素平衡的影响.结果表明:大白菜产量随施磷量的增加先增加后呈下降的趋势.在施磷量为112.52 kg·hm^-2时产量达到最高(5489.1 kg·hm^-2),且显著高于其他处理,与不施磷处理相比,增产13.3%~23.8%,此时磷肥利用率为14.2%.土壤中土壤有效磷(Olsen-P)和可溶性总磷(CaCl-P)呈现较好的正相关性,土壤Olsen-P含量为24.22 mg·kg-12时对应的施磷量为111.1 kg·hm^-2,表明当土壤中Olsen-P含量小于24.22 mg·kg-1时,土壤中的磷素不发生盈余,对环境不造成污染.当施磷量为60.17 kg·hm^-2时,磷输入与输出达到平衡,即此施磷量水平能满足作物的需求.结合研究区的土壤肥力状况,综合产量、磷肥利用率及土壤有效磷含量,干旱绿洲灌区磷肥投入阈值在60.17~112.52 kg·hm^-2时,能保证露地大白菜高产,并且不会造成环境污染.     

不同降雨年型磷肥对旱地小麦根系特征、磷素吸收利用和产量的影响

为了明确旱地小麦生育特性、养分运转对磷肥的响应机制,探索不同降雨年型旱地小麦磷肥施用技术, 于2012—2016年在山西农业大学旱地小麦试验示范基地开展大田试验,研究不同降雨年型中4个施磷量(0、75、150和225 kg·hm^-2)对旱地小麦根系生长、产量形成和磷肥利用的影响。结果表明: 与不施磷相比,施磷可以显著增加旱地小麦拔节、开花和成熟期0～80 cm根重密度和各生育时期根表面积;提高拔节-开花期、开花-成熟期土壤耗水量和总耗水量,以及花前磷素运转量和籽粒磷素积累量;穗数和产量分别增加9.2%～22.5%和11.8%～30.0%,水分利用效率提高2.1%～12.1%。在欠水年,施磷量150和225 kg·hm^-2较75 kg·hm^-2可以显著增加各生育时期的根重密度和根表面积;显著增加播种-拔节期、拔节-开花期土壤耗水量和生育期总耗水量,分别为7.3～8.7、15.6～18.1和25.5～30.2 mm;显著增加花前磷素运转量和籽粒磷素积累量,最终显著增加穗数和产量,增幅分别为9.3%～10.7%和11.9%～14.6%;施磷量为150 kg·hm^-2的磷肥利用效率显著高于其他处理,增幅为20%～82%。在平水年,施磷量150和225 kg·hm^-2较75 kg·hm^-2可以增加开花、成熟期的根重密度和根表面积,以及开花-成熟期土壤耗水量和生育期总耗水量,分别为1.2～15.0和3.8～23.1 mm;增加花后磷素积累量和籽粒磷素积累量,最终增加穗数和产量,分别为1.4%～9.6%和3.5%～10.4%,且施磷量150 kg·hm^-2与75、225 kg·hm^-2差异显著。总之,磷肥主要促进了旱地小麦欠水年生育前、中期,平水年生育后期水分和养分的吸收能力,且主要通过提高穗数增加产量。本研究区以施磷量150 kg·hm^-2效果最佳,可统筹兼顾高产和水肥高效利用。     

施磷量与施磷深度对玉米-大豆套作系统磷素利用率及磷流失风险的影响

为充分发挥间套作种植体系磷素高效利用优势、降低土壤磷素流失,采用田间试验分析了3种施磷(P_2O_5)水平(CP:168 kg·hm^-2;RP_1:135 kg·hm^-2;RP_2:101 kg·hm^-2)与3个施磷深度(D_1:集中施在距离地面5 cm处;D_2:集中施在距离地面15 cm处;D_3:于距离地面5、15 cm处各施一半)处理下玉米-大豆套作系统作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷与速效磷含量、磷吸附-解吸特征,以期为优化西南玉米-大豆套作系统磷素管理提供理论依据.结果表明:与对照不施磷处理(P_0)相比,各施磷处理显著增加了作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷和速效磷含量.相同施肥深度下,处理RP_1与CP相比,作物籽粒产量差异不显著,但显著提高了植株地上部吸磷量,因此RP_1处理的磷素表观利用率显著高于CP处理.相同施磷量下,不同施磷深度间比较,作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷和速效磷含量均以D_2处理最高.依据土壤磷的吸附-解吸特征参数可知,当施磷深度为D_2、施磷量为RP_1时,土壤对磷的固持能力最强,在降低磷素流失上表现出较强优势.因此,玉米-大豆套作系统中适当减少磷肥施用量和加大磷肥施用深度在保证作物产量的同时,有利于提高磷素利用率,减少土壤磷流失.     

长期施磷对玉米-小麦轮作系统作物产量和磷素吸收及土壤磷积累的影响

本研究利用位于河北省保定市的7年田间定位试验,探讨了4个磷水平(不施磷、70%优化施磷、优化施磷、130%优化施磷)对玉米-小麦轮作系统作物产量的影响,分析了作物磷素吸收和磷肥利用效率以及土壤磷盈亏的变化。结果表明: 长期(7年)施磷能够显著提高玉米和小麦产量及磷素吸收量,且玉米和小麦产量与磷素吸收量随着施磷量的增加均呈现先上升后下降的抛物线变化趋势。各施磷水平下玉米季磷肥利用率高于小麦季,小麦季磷肥累积利用率呈现下降趋势,下降速率表现为优化施磷>70%优化施磷>130%优化施磷;玉米季磷肥累积利用率均呈现上升趋势,上升速率表现为优化施磷>70%优化施磷>130%优化施磷。长期不施磷条件下土壤表观磷盈亏量和累积磷盈亏量都表现为亏缺状态,施磷条件下土壤磷表现为盈余,且施磷量越高,累积年限越长,土壤磷盈余量越高。河北潮土在秸秆还田条件下小麦施磷量在105～150 kg·hm^-2,玉米施磷量在63～90 kg·hm^-2时,既能保证作物高产,又能使磷肥利用率保持在较高水平,减少磷素在土壤中的累积,降低环境风险。     

长期施肥黄绵土有效磷含量演变及其与磷素平衡和作物产量的关系

土壤有效磷(Olsen-P)含量的变化过程及其与土壤磷素平衡和作物产量的关系是科学推荐施磷的基础.本文通过设置于黄土高原黄绵土区持续34年(1981—2015)的长期定位试验,研究了长期不同施肥处理对作物磷素携出量、土壤磷素平衡、土壤Olsen-P含量的影响及其演变过程,同时对土壤Olsen-P含量与磷素平衡和作物籽粒产量的相关关系进行了分析.试验采用裂区设计,主处理为施用有机肥(M)和不施用有机肥,副处理为不施化肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配合施用(NP)和氮磷钾肥配合施用(NPK).结果表明: 不同施肥处理和作物类型对磷素携出量和磷素平衡都有显著影响.CK、N、NP、NPK、M、MN、MNP 和MNPK处理小麦的磷素携出量多年平均值为8.63、10.64、16.22、16.21、16.25、17.83、20.39、20.27 kg·hm^-2,而油菜为4.40、8.38、15.08、15.71、10.52、11.23、17.96、17.66 kg·hm^-2,小麦的携出量略高于油菜.土壤磷素盈亏量与磷素投入量呈显著正相关,土壤磷素盈余为零,种植小麦的最小土壤磷素投入量为10.47 kg·hm^-2,而油菜为6.97 kg·hm^-2.土壤磷素盈亏量显著影响土壤有效磷的变化过程.长期不施磷的CK和N处理,土壤有效磷含量随试验年限延长而逐渐降低,年均分别降低0.16和0.15 mg·kg^-1,而NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK处理土壤有效磷含量随试验年限的延续而逐渐增加,年均增幅在0.02～0.33 mg·kg^-1.土壤磷素累积盈亏量与土壤有效磷含量间存在显著的正相关关系,不施用有机肥和施有机肥处理可分别用线性模型y=0.012x+9.33和y=0.009x+11.72显著拟合.不施有机肥处理小麦籽粒产量与土壤有效磷含量呈显著正相关,而施有机肥处理两者间的相关性不明显,两者的小麦籽粒产量和土壤有效磷含量可以用线性分段模型拟合.小麦土壤有效磷农学阈值为14.99 kg·hm^-2,油菜籽粒产量虽随土壤速效磷含量增加呈增加的趋势,但相关性不显著,表明在黄土高原黄绵土区,当土壤有效磷含量高于14.99 mg·kg^-1时,种植小麦应减少磷肥施用量或不施磷肥.     

不同降水年型下长期施肥的小麦产量效应

合理施用氮磷化肥是提高小麦产量的主要措施之一.用二元二次回归方程探讨不同降水年型下的氮磷优化用量,为黄土旱塬小麦施肥提供依据.结果表明: 不同降水年型小麦最高产量所需要的氮磷肥用量不同,平水年小麦最高产量4229 kg·hm^-2时的氮用量为172 kg·hm^-2、磷用量164 kg·hm^-2;丰水年最高产量4896 kg·hm^-2时,施氮量较平水年多2%,为175 kg·hm^-2,施磷量较平水年少约1%,为162 kg·hm^-2;干旱年施氮磷量较平水年少约16%和5%,当施氮磷量超出这个用量时,小麦产量开始呈下降趋势.不同降水年型最佳经济施肥量不同,平水年最佳经济施氮量为161 kg·hm^-2、施磷量为151 kg·hm^-2;而干旱年的最佳氮、磷量为135、143 kg·hm^-2;丰水年最佳经济氮、磷量分别较平水年多约3%和1%,为167、153 kg·hm^-2.最佳经济氮磷施用量比最高产量氮磷施用量低6%~8%.实际生产中建议氮磷减少10%的用量,提高肥料利用率,获得最大经济效益.     

施磷对立架甜瓜干物质积累及磷肥利用效率的影响

以立架甜瓜为材料,设置0、150、225、300、375、450 kg·hm^-2 6个施磷水平的田间试验,研究不同供磷水平对立架甜瓜干物质和磷素吸收积累、产量以及磷肥利用效率的影响.结果表明：与对照（0 kg·hm^-2）相比,增施磷肥提高了立架甜瓜各器官和整株干物质及磷素吸收积累,尤其是150、225 kg·hm^-2处理最高,成熟期整株干物质和磷素吸收积累量分别较对照增加了19.9%和26.3%、23.0%和26.3%;立架甜瓜干物质和磷素积累随生育期的推进呈增加趋势,生育前期主要在叶中分配,后期主要在果实中分配;磷肥表观利用率、农学效率和偏生产率均随施磷量增加而降低,150 kg·hm^-2处理最高,分别为11.1%、152.9 kg·kg^-1和476.3 kg·kg^-1;施用磷肥促进了立架甜瓜产量的提高,150和225 kg·hm^-2处理显著高于对照,分别增产47.3%和39.7%.伸蔓期和果实膨大期是立架甜瓜磷肥施用的关键时期,结合产量与磷肥利用效率,150~225 kg·hm^-2（P₂O₅）的供磷水平是新疆喀什地区立架甜瓜适宜施磷量.     

施磷对鲜食甘薯产量、品质及磷利用效率的影响——以徐薯32为例

为了探索适宜的磷肥用量,提高鲜食型甘薯的经济产量和磷肥利用率,以徐薯32为例,于2018—2019年进行两年的田间试验(土壤有效磷含量为31.70 mg·kg^-1),比较了不同施磷量对鲜食甘薯产量、品质、磷积累和磷利用效率的影响。试验设置5个施磷水平(P₂O₅),分别为0(P₀)、25(P₂₅)、50(P₅₀)、75(P₇₅)和100 kg·hm^-2 (P₁₀₀)。结果表明: 1)与P₀相比,施磷显著提高了鲜薯产量和商品薯产量,以P₇₅处理最高,其次为P₅₀处理,两处理间差异不显著。2)施磷显著提高了薯块中淀粉和还原糖含量,在P₅₀处理下可溶性糖和蛋白质含量显著增加。3)在生育期90～120 d,施磷显著提高了甘薯的磷积累量和干物质积累量。4)磷表观利用率随着施磷量的增加而下降,磷农学效率则随着施磷量的增加先升后降,在P₅₀处理下显著高于其他处理。综合考虑鲜薯产量、品质、经济产量和磷肥利用率,本试验条件下P₂O₅的适宜用量为50 kg·hm^-2。     

小麦-玉米轮作长期肥料定位试验中土壤磷库的变化Ⅰ.磷肥产量效应及土壤总磷库、无机磷库的变化

研究了冬小麦-夏玉米→春玉米轮作中,长期施用磷肥、有机肥对土壤总磷库、无机磷库的影响及磷肥的产量效应.结果表明,长期施用磷肥、有机肥土壤全磷、总无机磷均有不同程度的积累,土壤磷素的积累以无机磷为主.根据土壤磷素的收支平衡状况,计算出维持土壤磷素收支平衡磷肥的临界用量:冬小麦-夏玉米种植年份为P₂O₅94.7kg·hm^-2,春玉米种植年份为P₂O₅51.5kg·hm^-2.根据肥料效应函数计算出磷肥(P₂O₅)的经济最佳、最高产量用量分别为:冬小麦-夏玉米种植年份为135.8、149.8kg·hm^-2,春玉米种植年份为88.6、95.9kg·hm^-2.     

减氮施肥对春玉米-晚稻生产系统碳足迹的影响

随着对气候变化和粮食安全的的日益认识,低碳农业引起了人们的广泛关注.低碳农业的研究需要综合考虑作物产量和温室气体排放,改进氮肥管理可能有助于减缓作物生产系统的温室气体排放,同时实现对作物稳产甚至高产的需求.本试验利用生命周期法研究了不同施氮量(150、225、300 kg N·hm^-2)对春玉米-晚稻轮作系统碳足迹的影响.结果表明: 随着氮肥用量增加,两季作物生产过程中温室气体和碳足迹增加.在春玉米生产过程中,氮肥生产和施用引起的温室气体排放对碳足迹贡献最大,占36.2%～50.2%;而在晚稻生产中,甲烷的排放贡献最大,占42.8%～48.0%,并且随氮肥用量增加甲烷排放增加.当氮肥施用量减少25%(225 kg N·hm^-2)和50%(150 kg N·hm^-2)时,春玉米生产的温室气体排放分别下降了21.9%和44.3%,碳足迹分别下降了20.3%和39.1%;晚稻生产的温室气体排放分别下降了12.3%和20.4%,碳足迹分别降低了13.7%和16.7%.氮肥减量对春玉米产量无显著影响,而晚稻产量在225 kg N·hm^-2施肥量下最高.因此,春玉米氮肥用量降低至150 kg N·hm^-2和晚稻氮肥用量降低至225 kg N·hm^-2不仅能够保持作物高产,而且还能大幅度降低作物系统的碳足迹.     

磷肥施用方式及类型对冬小麦产量和磷素吸收的影响

采用田间微区试验研究不同磷肥施用方式和种类对冬小麦生长和当季磷素吸收的影响.磷肥种类为磷酸二氢钙(MCP)和磷酸氢二铵(DAP),施用方式包括表面撒施,种子正下方5 cm条施,种子下方5 cm、偏3 cm条施,种子下方5 cm、偏10 cm条施,种子正下方20%土体混施5种.结果表明: 种子正下方5 cm条施对小麦的增产效果最高,其中磷酸二氢钙的产量达到7.63 t·hm^-2,磷酸氢二铵的产量达到7.99 t·hm^-2,分别较农民习惯撒施方式增产10.3%和10.7%.在5种施磷方式中,偏10 cm条施的小麦产量最低(6.60～6.77 t·hm^-2).种子正下方5 cm条施和20%土体混施处理的小麦总吸磷量均处于较高水平(34.4～35.6 kg·hm^-2),偏10 cm条施在小麦各生长阶段的吸磷量均显著低于其他施磷方式,但磷酸氢二铵偏10 cm条施的小麦总吸磷量较磷酸二氢钙高11.9%.表明将磷肥近距离集中施用于种子附近为该地区较为合理的施磷方式,在偏远距离条施下磷酸氢二铵对小麦的磷素吸收利用效果优于磷酸二氢钙.     

洞庭湖流域人类活动净磷输入及其空间分布

本研究基于人类活动净磷输入模型(NAPI)估算了1985、1995、2005和2015年洞庭湖流域及其子流域磷元素的输入特征,并分析其时空分布及变化趋势.结果表明:过去30年洞庭湖流域NAPI呈现先升高后降低的趋势,1985、1995、2005、2015年流域NAPI分别为7.00、9.20、10.33、10.01 kg·hm^-2·a^-1.从磷的组成来年,1985年最大的输入源为食品/饲料净输入,1995-2015年NAPI最大输入源为磷肥施用.磷肥输入年均值为6.01 kg·hm^-2·a^-1,占NAPI年均值的65.8%;其次是食品/饲料磷净输入,年均值为2.65 kg·hm^-2·a^-1,占比为29.0%;非食品磷输入年均值为0.47 kg·hm^-2·a^-1,占比为5.2%.从空间分布上,洞庭湖流域的较高的NAPI主要分布在东北部,与该区域农业的相对集中分布有关.从子流域NAPI组成上,洞庭湖子流域的NAPI总体均呈现逐年上升的趋势,各流域年均NAPI强度从高到低依次为:洞庭湖环湖区>湘江下游>资江上游>湘江上游>澧水>沅江上游>沅江下游>资江下游.洞庭湖环湖区是子流域中NAPI最高的区域,1985年NAPI为13.01 kg·hm^-2·a^-1,2015年上升至24.14 kg·hm^-2·a^-1.农业生产和人口增长是导致当前人类活动净磷输入的主要原因,其带来的负面生态效应是不容忽视的.     

不同磷水平配施生物炭对土壤磷有效性

生物炭在提高土壤磷素有效性及促进作物生长方面具有显著作用,但其效果因土壤类型不同存在较大差异。试验以赤红壤(pH 4.91)和褐土(pH 7.24)为供试土壤,设置3种磷肥水平(0、30、90 kg P·hm^-2,分别以不施磷、低磷、高磷表示)配施稻秆生物炭(0、4%)的大豆盆栽试验,研究了不同磷水平下配施生物炭对土壤磷有效性、磷酸单酯酶活性和植株磷吸收的影响。结果表明: 不同磷水平配施生物炭显著提高了两种土壤的速效磷和全磷含量,且低磷水平添加生物炭处理速效磷增幅最大,在赤红壤和褐土的增幅分别为192.6%和237.1%。与低磷相比,赤红壤中低磷配施生物炭处理的碱性磷酸单酯酶活性显著增加78.9%,活性有机磷含量降低39.3%,同时显著促进了植株生长与磷吸收;生物炭添加显著降低了褐土活性有机磷含量,但不同处理对土壤磷酸单酯酶活性和植株生长无显著影响。土壤活性有机磷含量与速效磷含量均呈显著负相关。综上,生物炭对土壤磷有效性的作用因土壤类型和磷肥水平差异而不同,其在赤红壤上对植株生长和磷吸收的促进效应强于褐土,且在低磷条件下效果更佳。本研究为生物炭在减施磷肥和促进大豆磷吸收,特别是在赤红壤上的应用提供了科学依据。     

基于APSIM模型的旱地春小麦产量对施氮量和施氮深度的响应模拟

氮是限制黄土高原旱农区作物水分生产潜力提升的重要因素,而氮肥适度深施是旱地作物提效增产的有效措施.本研究利用甘肃省陇中地区1990-2020年气象观测数据,基于APSIM模型模拟了不同施氮量和施氮深度的春小麦产量,以期为优化陇中旱农区小麦施肥策略提供理论依据.结果表明:模型模拟的春小麦产量、生物量和生育期0～200 c...