范明生[1]2005年在《水旱轮作系统养分资源综合管理研究》文中研究表明水旱轮作系统是我国重要的作物种植体系之一,种植面积约1300万公顷,主要分布在长江流域,对我国谷类作物生产的贡献率达30%, 水旱轮作系统的生产状况直接影响我国的粮食安全。目前这一体系存在的主要问题是生产力呈下降的趋势,灌溉水短缺和养分管理不合理以及由此引起的环境问题。因此,在水旱轮作的条件下,寻求更好地协调作物生产,资源利用(水资源,养分资源)和环境风险尖锐矛盾的途径是维持这一系统可持续发展的关键。 水旱轮作条件下,传统的施肥观念和技术注重肥料的施用策略而忽视了其他养分资源的利用以及与其他农作技术的结合,在目标上追求产量而忽视产量与环境的协调,在氮素的调控方面,因为对氮素在轮作系统内的流动过程缺乏认识,因此在运筹上也忽视了作物季节间的转换对氮素利用的影响。在通过覆盖早作实现水旱轮作系统的节水和提高或维持生产力的研究方面。当前迫切需要通过多年的定点试验回答的科学问题是:覆盖旱作条件下,水旱轮作系统的生产力状况(作物产量和土壤肥力)和系统的可持续性问题。 本研究以成都平原的稻-麦轮作体系为主要对象,1) 通过多点调查,定点小区试验和~(15)N微区试验,研究并揭示了土壤季节间的干湿交替(干-湿)对水旱轮作系统氮素动态的影响;2) 通过两个定点试验(分别为3年和5年),评价了水稻覆盖旱作条件下稻-麦轮作体系的生产力和可持续性;3) 提出了基于轮作系统的,以养分管理为核心,氮素调控为重点,结合高产栽培、节水和免耕技术的水旱轮作系统农田养分资源综合管理的思路并初步建立了相应的技术体系。主要研究结果如下: 1、研究发现,水旱轮作条件下,旱季作物收获后土壤累积的无机氮随施氮量的增加而增加:水稻收获后,土壤中累积的无机氮很少,而且累积的量与施氮水平、作物体系以及栽培体系(旱作或水作)没有关系。轮作系统的氮素损失主要发生在水稻季,水稻季的表观氮损失占系统总表观损失量的69-86%。与农民习惯处理相比,养分资源综合管理处理显着减少了水稻季氮素的表观损失量,从而也显着减少轮作系统的氮素表观损失量。然而,在农民习惯处理中(代表当地1/3农民的管理习惯),水稻季表观损失的氮素中(180.2kg/hm~2),约有50%是来自小麦季残留的无机氮。 2、研究证明,季节间的干湿交替引起旱季累积的无机氮的大量损失。在农民习惯处理中,小麦收获后土壤累积的无机氮达125kg/hm~2,在稻田淹水种稻的13天内,这部分无机氮约有70%发生了损失;小麦收获后残留的氮肥~(15)N在水稻季的损失也主要发生在干湿交替阶段,这一阶段损失的残留~(15)N肥料量占残留~(15)N肥料总量的18%,占残留~(15)N肥料在水稻季总损失的58%,占小麦季氮肥~((15)N)施用总量的5%,占干湿交替阶段无机氮损失量的10%。养分资源综合管理处理显着减少了小麦收获后的无机氮和~(15)N肥料的残留量,减少的幅度分别为51%和40%,相应地也显着减少了干湿交替阶段氮素的损失量。 3、3年的定位试验揭示,施氮水平和覆盖旱作措施对稻-麦轮作体系生产力的影响存在交互作用。在低量施氮 (N_(75-60),即水稻季,75kg N/hm~2:小麦季,60kg N/hm~2,下同)和不施氮(N_(0-0))的条件下,与传统体系相比,覆地膜体系的水稻产量增加14%,覆麦秸体系降低16%;而在较高的氮水平下(N_(150-120)和N_(225-180))覆盖旱作对作物产量影响较小。在N_(150-120)水平时,
石孝均[2]2003年在《水旱轮作体系中的养分循环特征》文中进行了进一步梳理采用田间定位试验、渗漏池试验、盆栽试验和室内分析相结合的方法，系统研究了长期定位施肥对水旱轮作体系稻麦产量和紫色土肥力的影响，详细分析了氮、磷、钾养分在水旱轮作体系中的迁移转化和平衡，旨在为水旱轮作体系生产力的可持续发展和养分资源的优化管理提供科学依据。主要结果如下： (1)在持续(10年)水旱轮作条件下，NPK以及NPK与有机肥配合施用能维持水旱轮作系统的生产力和土壤肥力，稻麦持续高产，土壤有机质和氮素含量提高，有效磷快速增加，速效钾与试验前基本平衡。N、P、K不均衡施用的各处理，稻麦产量利化肥肥效逐年降低，土壤养分耗竭。 (2)水旱轮作干湿交替影响了土壤中养分的迁移、转化和累积，10年定位施肥后，矿质氮在土壤剖面中含量低、呈相对均匀的分布，没有出现累积；长期施磷肥残留于土壤中的磷主要以Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P、O-P这几种形态存在，它们都是稻麦的有效磷源，尤其在土壤磷素严重耗竭时闭蓄态磷(O-P)是稻麦吸收的主要磷源，积累在土壤中的磷有明显下移趋势；淹水能促进土壤缓效钾的释放，提高土壤供钾能力。 (3)连续水旱轮作条件下，氮肥单施其肥效逐年降低；N与PK配施肥效稳定，每千克氮肥(N)平均增产小麦8kg、水稻10kg；氮肥利用率在小麦和水稻上分别为34.5±9％和40±6％。在水旱轮作系统中环境输入的氮每年高达126kg／hm~2。施入到系统中的氮肥有30～38％被稻麦收获移出；土壤残留-6～26％；损失38～76％，NPK以及NPK与有机肥配合施用能减少氮素损失、提高氮肥利用率和土壤保存率。淋洗损失的氮少，仅占施氮量的3～4％，小麦苗期是氮素淋失最强烈的时期，控制小麦基肥用量是减少氮素淋失的主要途径。 (4)小麦和水稻对磷肥的吸收利用率10年平均分别为27.1％和19.5％，农学效率分别为13.0kg／kg和10.0kg／kg，稻麦对磷肥的吸收利用率和农学效率有逐年升高之势。施入的磷肥有70～80％残留于土壤，极大地丰富了土壤有效磷库，平均每年增加2.8mg／kg。小麦对磷肥的依赖性高于水稻，淹水能提高土壤的供磷能力，在进行磷肥推荐时可降低水稻磷肥用量。 (5)紫色土是一种供钾能力较强的土壤，在水旱轮作条件下各种形态钾之间能快速转化，持续地供给作物需要。稻麦吸收的钾有70％以上来自于土壤，在连续稻麦种植的条件下土壤缓效钾是作物吸钾的主要来源。除稻草还田配施NPK处理钾素有盈余外，其余各处理钾素都亏缺，土壤缓效钾降低。
赵营[3]2012年在《宁夏引黄灌区不同类型农田氮素累积与淋洗特征研究》文中认为宁夏引黄灌区农田集约化程度高，过量施肥造成农业面源污染严重。该区域农田地表径流引起农业面源污染的研究已有很多，而氮素淋洗损失也是农业面源污染的重要途径，农田生态系统中氮素累积与淋洗特征的研究尚未引起关注。为了弄清宁夏引黄灌区不同类型农田土壤氮素累积与淋洗规律及其对地下水环境的影响特征，2008-2011年分别选择设施菜田和水旱轮作两种典型利用类型农田，布置了叁种试验。采用农田定位采样法，在8个点位上观测了设施菜田和水旱轮作农田0~150cm土壤氮素累积与淋洗动态及其对地下水的影响特征。在设施菜田上布置了5种肥料处理试验，利用田间原位淋溶水采集器法，对0~90cm土体氮素淋失量进行了测定。利用田间定位试验，在水旱轮作农田中，研究了5种肥料处理对土壤无机氮累积与氮素平衡的影响。取得的主要结论如下：不同类型农田氮素累积与淋洗动态观测发现，设施菜田土壤剖面溶解性氮素含量都显着高于水旱轮作农田。设施菜田土壤剖面的溶解性总氮、溶解性有机氮和硝态氮平均含量分别是水旱轮作农田的1.5~5.6、1.6~9.8和1.5~3.4倍，设施菜田氮素淋洗风险较高。不同类型农田土壤氮素累积量表明：同一类型农田0~100cm土体主要形态溶解性氮素累积量在不同时期均无显着差异，但同一类型农田不同田块间溶解性氮素累积存在显着差异。设施菜田不同田块溶解性总氮、硝态氮和溶解性有机氮累积分别是水旱轮作农田的1.6~4.5、1.4~4.1和1.9~6.1倍，设施菜田主要形态溶解性氮素累积都显着高于水旱轮作农田。不同类型农田地下水埋深和氮素含量观测结果显示，设施菜田和水旱轮作农田地下水埋深变幅分别为130~230和86~240cm。设施菜田地下水中硝态氮和溶解性有机氮含量分别达11.85~46.12和0.64~5.89mg/L，水旱轮作农田分别为0.12~4.97和0.03~1.00mg/L。硝态氮和溶解性有机氮都是地下水污染的主要来源，设施菜田氮素淋失易造成地下水硝态氮含量超过10mg/L。设施番茄-黄瓜轮作体系氮素淋失定量研究表明，相对于不施肥和单施有机肥处理，常规施肥、减量优化化肥和优化化肥+调节土壤C/N比处理都能显着提高氮素淋失量。番茄、黄瓜和夏休闲期，增施肥处理下当季总氮、硝态氮和溶解性有机氮淋失量分别为56.1~128.8、41.7~104.6和6.7~46.1kg/hm~2，显着高于不施肥和单施有机肥处理的10.2~99.3、7.7~75.4和1.0~25.6kg/hm~2。减量优化化肥较常规施肥处理可使总氮、硝态氮和溶解性有机氮淋失量分别降低1.5%~32.6%、1.6%~35.9%和6.9%~41.4%，而通过调节土壤C/N比相对于减量优化化肥处理又可使总氮和溶解性有机氮淋失分别降低1.3%~11.0%和5.0%~27.0%。减量优化化肥或施用牛粪来调节土壤C/N比都可以有效地降低氮素淋失。设施菜田氮素淋失规律与影响因素分析发现，氮素淋失动态与淋溶水产生动态规律基本一致，淋洗高峰主要出现在黄瓜移栽后畦灌和夏休闲期大水漫灌。氮素淋失量与施氮量及灌水量都呈正相关关系。氮素淋失形态以硝态氮为主（57.3%~92.0%），其次是溶解性有机氮（7.8%~42.5%），铵态氮仅为1%左右。设施菜田土壤氮素累积与氮素表观平衡表明，施肥显着提高了土壤剖面硝态氮累积量，0~100cm土体硝态氮累积总量与累积施氮量呈显着正相关关系。设施番茄-黄瓜轮作下，氮素淋失量占表观损失氮的比例仅为13.4%~19.5%。减量优化化肥或调节土壤C/N比处理可有效地减少土壤氮素的盈余，降低氮素表观损失。水旱轮作体系土壤无机氮累积与氮素表观平衡表明，水旱交替易造成旱作农田土壤残留氮素在水作季发生淋洗损失。水作季，0~100cm土壤剖面硝态氮累积从旱作残留的9.7~61.9kg/hm~2明显降低到2.7~26.2kg/hm~2，且施肥处理间差异不显着。水旱轮作体系下，优化化肥和有机无机配施较习惯施肥处理可分别降低46.9%和33.3%的氮素表观损失。
娄希凤[4]2012年在《水旱轮作制度下磷肥施用对油菜生长的影响》文中研究表明磷是植物重要的必需营养元素。磷肥的当季利用率一般只有10%-20%,油菜是磷敏感作物,土壤中磷素的缺乏以及磷肥的施用不足,常常引起油菜籽产量的大幅度减产,而在水旱轮作下,由于干湿交替的水分管理,磷素的迁移淋失必会有所不同。因此,探讨当前生产力发展水平下磷肥的优化管理,以充分发挥磷肥的增产潜力具有重要意义。本文以水稻-油菜轮作作为研究对象,通过田间试验系统的研究了前一季水稻的不同施磷处理对后季油菜相应施磷处理的产量、养分含量与积累分配以及籽粒品质的影响,以及连续进行不同施磷处理的轮作过程中,土壤中的养分含量的动态变化；同时结合盆栽试验,研究了在缺磷以及施磷不同基础上分别进行不同施磷量处理对油菜产量以及养分含量与积累分配的影响,以期充分发挥肥效潜力,对磷肥施用科学管理。主要得出以下结果：1.试验区磷肥的产量效应水稻季油菜季连续两季进行空白处理以及缺磷处理的油菜产量较仅在油菜季进行相应施肥处理的油菜的产量分别要低15.38%,18%。当施磷量为135kg/hm2时,水稻季油菜季连续两季进行施磷处理的油菜产量达到最大为2450kg/hm2,当施磷量达到180kg/hm2时,仅在油菜季进行相应施磷处理的油菜产量达到最大为1887kg/hm2。2.油菜不同生长时期各部分养分含量水稻季空白基础上的油菜不同时期植株各部位的养分含量皆要低于仅油菜季进行空白处理的养分含量。连续施肥下油菜不同生长期各部位钾的含量皆较第一季施肥要高。水稻季缺磷基础上的油菜花期茎、叶中的磷的养分含量要明显高于仅油菜季缺磷处理的养分含量,各不同施磷量,水稻季施磷基础上的磷养分含量皆要高于仅油菜季进行相应处理的养分含量。3.油菜成熟期养分积累分配对于不同施磷处理而言,油菜地上部氮磷钾养分的总累积量皆表现为随着施磷量的增加而先升高后下降,施磷量为135kg/hm2时,氮磷的养分累积达到最大,施磷量为90kg/hm2时,钾的养分累积量为最大。水稻季施磷基础上的磷肥处理使氮磷养分在油菜籽粒中的积累增加,平均分别提高6.6%、2.9%,降低其在果荚、茎杆中的积累。4.土壤养分含量的动态变化对于不同施肥处理,水稻季结束时,由于作物养分的吸收土壤中的碱解氮含量较水稻播种之前约下降10.1%～20.3%,土壤中的速效钾下降5.2%～16.3%,土壤中的速效磷下降8.9%～32.7%；当油菜季结束时,缺钾处理下土壤中的碱解氮含量较水稻播种之前下降2.5%,对于其他处理上升6.9%～47.4%,土壤中的速效钾含量下降17.5%～39.5%,土壤中的速效磷含量上升9.8%～56.9%。5.油菜籽粒品质连续缺氮、缺磷以及缺钾下,籽粒中的蛋白质含量皆要低于相应第一次施肥处理；连续缺钾处理下,缺钾会显着降低油菜籽粒中的含油率,缺氮处理下,籽粒的含油率皆要高于其余施肥处理。连续缺磷下,油菜籽粒中棕榈酸的含量要显着低于其他处理,且其芥酸的含量较第一次缺磷处理而言要显着降低。6.盆栽油菜产量缺磷基础上,随着施磷量的增加,油菜的株高、分枝数、有效分枝数、总荚数、每荚粒数、每盆实产皆逐渐增大。施磷基础上,油菜的分枝数、有效分枝数、总荚数、每荚粒数以及每盆实产皆表现为随着施磷量的增大而先升高后下降。施磷基础上油菜在施磷量为0.2g/kg时产量达到最大,不施磷基础上油菜在施磷量为0.4g/kg时产量达到最大。7.盆栽油菜养分含量及其积累分配N、P在油菜各部位的分配比例为籽粒>果荚>茎杆,不同的施磷基础上,油菜各部分的含磷量皆随施磷量的增大而逐渐增大；缺磷基础上,油菜植株的氮、磷、钾的养分累计总量皆随施磷量的增加而增加,施磷基础上,油菜植株的氮、钾的养分累积总量随施磷量的增加而先升高后下降,磷的养分累积随施磷量的增加而增加。施磷基础上的各处理较不施磷基础上的各处理而言,N、P、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn在油菜果荚以及籽粒中的累积皆有所上升,在茎杆中的养分积累有所下降。
况福虹[5]2016年在《长江上游紫色土不同种植体系肥料氮去向及氮素平衡》文中研究表明在目前的产量水平下,中国至少需要增加20%的粮食产量才能满足未来人口增长的需求,同时中国已成为世界上氮肥生产和使用最多的国家,但这些氮素仅有不到一半能被作物吸收利用,其余的则通过各种途径损失进入环境并造成各种负面影响。如何通过合理施用氮肥,协调粮食安全和环境安全之问的巨大矛盾已成为农业可持续发展面临的重大问题。长江上游四川盆地(四川省和重庆市)是我国粮食主产区,同时也是我国西部最重要的生态屏障和具有全球意义的生态敏感脆弱区,但该地区农业氮投入和生境退化间的矛盾尤为突出。本文立足于长江上游四川盆地主要农业生产区,以重庆市江津区和四川省盐亭县为例,研究了该区域水耕性紫色土水稻-小麦(RW)、玉米-小麦(MW)和水稻-冬水休闲(RF)叁种轮作体系下的氮循环过程,利用15N同位素示踪技术研究施肥和轮作对化肥氮总的利用、残留和损失的影响,采用半密闭法、原位渗漏计法和静态箱法测定氨挥发、氮素淋洗和N20排放,同时对比由传统水稻-冬水休闲改为水稻-小麦体系或玉米-小麦体系后,作物产量及作物氮素利用和损失的变化,评价不同轮作系统化肥氮的产量效应和氮素平衡。论文主要结果如下：1)氮肥仍是保证长江上游地区各粮作体系农作物产量稳定的首要条件。MW,RW和RF体系下,同一体系传统施肥和优化施肥处理的作物千粒重、年产量和年生物量相比没有显着差异,MW和RW体系在相同的土壤、气候条件和管理措施下,增施氮肥并不能显着增加作物产量和收获指数。2)不同轮作体系中,以RW体系总产量和地上部生物量最高,其传统施氮处理和优化施氮处理产量分别较MW体系高30.3%和23.4%,地上部生物量较MW体系高18.9%和9.4%,但并没有显着差异。无论是传统施肥还是优化施肥处理,植物地上部总氮的吸收量均表现为MW> RW> RF,而地上部对’5N的吸收则表现为RW>MW>RF,在优化施肥的条件下,作物会更多利用土壤氮和环境氮,而在传统施肥条件下,作物吸收的肥料氮比例升高。3)在MW和RW体系中,传统施肥处理地下部和根系残留的15N显着高于优化施肥处理,从15N的损失来看,无论哪种轮作体系,传统施氮处理的损失量均显着高于优化施肥,显着增加了各个体系化肥氮损失量对环境的风险。优化施氮处理中,肥料氮地上部利用率为RW(42.3%)>MW (37.2%)> RF (36.2%),在0-50 cm土体和地下部残留为RF(38.1%)> MW (32.0%)> RW (28.0%),15N损失比例为MW (30.8%)> RW (29.8%)> RF (25.7%);传统施氮处理中,肥料氮地上部利用率为MW (37.2%)> RW (32.8%)> RF (25.7%),0-50 cm土体和地下部残留为MW (30.4%)> RF(29.1%)>RW(22.8%),15N损失比例为RF (45.2%)> RW (39.2%)> MW (35.2%),水稻-小麦体系对化肥氮的利用率显着高于玉米-小麦体系,水稻-冬水休闲体系由于是单季稻种植模式,损失绝对量低于轮作体系。小麦季残留氮在夏玉米和水稻季仅有小麦季施氮量的2.1%和2.7%能被吸收利用,仍有17%和20%化肥氮在夏玉米和水稻收获后残留于土壤中,有11%和15.6%在夏玉米和水稻季发生损失。4)不同轮作体系化肥氮损失比例不同,且不同作物季的损失途径也有差异。江津试验点不同轮作体系的氨挥发损失量很低,平均仅占当季施肥总量的1-2%。MW体系N2O排放总量高于其他轮作体系,传统施氮处理和优化施氮处理N20排放总量分别达到全年施肥总量的3.2%和3.1%,且全年60%以上的N20排放量集中于夏玉米季,而RW体系由于水稻季淹水,全年60%以上的N20排放量集中于冬小麦季。MW体系无机氮淋洗渗漏损失,传统施氮处理和优化施氮处理分别达到全年施肥总量的6.2%和6.7%,高于RW轮作体系。传统施肥条件下,叁个体系均会产生大量氮盈余,而本研究设定的优化施氮条件下,MW和RW体系不会产生大量氮盈余,但RF体系产生了较多氮盈余,对于RF体系,还有更大的优化潜力。5)2009年到2013年,以盐亭试验点为例,测得输入四川盆地丘陵区农田生态系统的氮沉降量平均为38.7 kg N ha-1 yr-1。湿沉降、重力干沉降和非重力干沉降的比例分别为年沉降总量的60.7%、15.7%和23.6%。还原态氮沉降高于氧化态氮沉降,是氮沉降的主要贡献者。湿沉降、气态NH3、NO2和pNH4+具有显着的季节性沉降特征,最大负荷出现在夏季,最小负荷则出现于冬季。氮沉降以水溶性氮为主,铵态氮、硝态氮和有机氮分别占总氮的48.7%,30.3%和21.0%,且四川盆地农业生态系统氮沉降输入呈现逐年上升趋势,已经成为该区域重要的环境氮输入源,尤其是还原态氮化合物负荷上升。为此,随着四川盆地农田氮肥用量增长和畜牧业的发展,大气活性氮沉降对长江上游的农田和自然生态系统的影响应予以足够重视,优化氮素管理将成为实现该区域粮食安全和环境安全的重要途径。
刘晓永[6]2018年在《中国农业生产中的养分平衡与需求研究》文中研究表明中国化肥消费量大、有机肥资源丰富,但有机肥养分资源数量和还田量以及农田养分的输入、输出时空分布特征尚不明确,各地区农业生产中养分需求和供给不清楚,严重制约养分资源的合理分配和高效利用以及农业的可持续发展。研究区域和国家层面上农田养分投入/产出和平衡以及农业生产对养分的需求,把握不同区域养分资源与利用特点,可为养分资源的科学管理和分配提供战略性对策和依据。本研究采用统计数据和文献资料等,研究了1980~2016年中国秸秆、粪尿等有机肥养分的数量、区域分布和还田量,分析了农田养分投入/产出平衡的时空变化特征和规律,估算了2016年全面平衡施肥场景下我国农业生产的养分需求以及化肥需求和供给差。主要结果如下:1)依据作物产量、草谷比、秸秆还田率和秸秆养分含量,计算不同年代各省秸秆和氮磷钾养分量及其还田利用。结果表明,与1980s相比,2010s全国秸秆及其NPK量(N+P+K)分别增长85.77%和104.00%,2010s年均分别为90585.89×104和2502.11×104 t,西北诸省、西藏和黑龙江省增幅明显,华北、长江中下游地区、四川盆地以及黑龙江省秸秆及其养分资源占全国2/3以上。与1980s相比,2010s全国秸秆NPK还田量增长2倍多,2010s年均为1783.23×104t,还田率为71.27%,其中N 579.14×104 t,P 106.27×104 t和K 1097.87×104 t,还田率分别为60.70%、77.34%和77.83%。华北、长江中下游地区、四川盆地和黑龙江省的秸秆NPK还田量约占全国的70%。2)基于畜禽年末存栏数、年内出栏数、饲养周期、排泄系数和粪、尿养分含量,计算不同年代各省畜禽粪尿量、粪尿养分及其还田利用。结果表明,与1980s相比,2010s全国畜禽粪尿量及其NPK量(N+P+K)分别增长53.35%和62.28%,2010s年均分别为423529.66×104(鲜基)和4095.76×104 t,东北地区增幅最大。畜禽粪尿NPK还田量从1980s年均1132.71×104增加到2010s年均1713.33×104 t,河南、四川、内蒙古、山东、河北、湖南、新疆、广西、云南和安徽的畜禽粪尿NPK还田量约占全国的55.02%~59.66%。2010s畜禽粪尿N、P和K年均还田量分别为617.99×104、297.81×104和797.53×104 t,还田率分别为30.58%、70.75%和48.22%。3)我国有机肥NPK(N+P+K)资源量持续增加,2010s年均达到7797.41×104 t,比1980s增加67.11%,东北地区增幅最大,河南、山东、四川、河北、湖南、内蒙古、湖北、云南、江苏和安徽有机肥NPK资源量约占全国的55.21%~57.33%。2010s有机肥N、P和K年均还田量分别为1332.69×104、437.97×104和1929.30×104 t,还田率分别为35.00%、61.91%和58.78%。河南、山东、四川、河北、内蒙古、湖南、安徽、江苏、湖北和广东的有机肥NPK还田量约占全国的55.72%~60.82%。4)基于作物产量,单位经济产量吸收养分量和秸秆还田养分量,估算了不同年代各省作物生产中养分移走量。结果表明,与1980s相比,2010s全国农田氮磷钾养分移走量(N+P2O5+K2O)增长75.33%,其中N、P2O5和K2O分别增长67.03%、82.59%和84.81%,西北地区增幅最大,2010s年均移走量为3086.90×104 t,其中N 1497.07×104 t,P2O5 621.23×104 t,K2O 968.60×104t,河南、黑龙江、河北、江苏、四川、吉林、安徽、湖北、湖南和广东的农田养分移走量约占全国的55.66%~59.75%。5)通过计算养分的投入(化肥、有机肥)和产出(作物移走量),得出不同年代各省养分表观平衡和偏平衡(PNB,养分移走量/投入量)。结果表明,与1980s相比,2010s全国氮磷钾养分盈余量(N+P2O5+K2O)增长208.23%,东北地区增幅最大,河南、山东、四川、湖北、河北、广西、广东、安徽、湖南、江苏和云南的盈余量占全国的56.23%~64.33%。2010s盈余5284.42×104 t,其中N、P2O5和K2O分别盈余2220.36×104 t、2002.27×104 t和1061.79×104t。1980s到2010s PNB逐渐下降,2010s PNB-N介于0.13~0.87,东北、华北和长江中下游多数省份高于0.37;PNB-P2O5介于0.06~0.41,东北高于0.26,华北和长江中下游多数省份介于0.19~0.29,其他省份低于0.20;PNB-K2O介于0.02~0.85,东北和华北大多数省份高于0.53,其他多数省份介于0.3~0.6。6)按2016年农作物、林地、草地、水产养殖面积和平衡施肥量,全面平衡施肥场景下全国氮磷钾养分(N+P2O5+K2O)的需求量为8441.80×104 t,其中N 3758.13×104 t、P2O5 2035.96×104t和K2O 2647.71×104 t。粮食作物养分需求量约占全国的41.53%,其次蔬菜/瓜果占21.09%。长江中下游和华北地区的养分需求较大,河南、四川、山东、湖南、广西、河北、云南、湖北、内蒙古和江苏的养分需求量占全国的52.96%。全国化肥消费与需求差为744.52×104 t,其中N亏缺120.61×104 t,P2O5过量474.78×104 t,K2O过量390.35×104 t,华北地区过量最多,特别是河南、山东、河北过量较多,而西北和西南地区的多数省份化肥投入不足。
刘金山[7]2011年在《水旱轮作区土壤养分循环及其肥力质量评价与作物施肥效应研究》文中研究说明水旱轮作系统是中国一个主要的作物生产系统,其显着特点是土壤水热条件的交替变化,使得该系统土壤性质、养分循环及能量流动、转换方面都明显不同于旱地或湿地生态系统,形成了一种特殊的生态系统。但是在这种耕作制度下,土壤肥力质量情况不清楚,土壤养分限制因子频发,作物施肥缺乏指导,导致施肥效应和农业产投比下降。因而探明水旱轮作制下土壤养分循环特征、养分限制因子及土壤肥力状况,进行水旱轮作区土壤肥力质量综合评价,并根据作物需肥规律和田间试验进行油菜和水稻施肥指导,从而提高作物产量、施肥效应、肥料利用率,对维持土壤生产力,确保食品、环境安全和推动农业可持续发展具有理论和实践意义。本研究以土壤调查、盆栽试验、田间试验等系统研究了水旱轮作土壤肥力变化特征、肥力现状及其评价、养分循环、氮磷钾施肥效应和作物推荐经济施肥量,建立了基于Visual Basic语言和ASP网络技术的水旱轮作区土壤肥力质量评价系统和油菜-水稻施肥指导系统(单机版和网络版)。主要研究结果如下：1.调查分析了湖北省荆州区长期水旱轮作土壤肥力变化特征。结果表明荆州区土壤pH值自1981至2006年26年间下降了0.23个单位,土壤有机质含量从1981年的21.5 g kg-1下降至2006年的14.1 g kg-1,降幅达35.3%；土壤全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量则显着升高。土壤pH值降低主要是由偏施酸性和生理酸性肥料和长期大量施用氮肥等引起的,有机质含量的降低主要归因于绿肥种植面积和有机肥施用量的急剧减少。而土壤全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量显着升高是由氮、磷、钾肥施用量的急剧增加引起的。2.调查评价了湖北省部分水旱轮作区土壤肥力现状及其肥力质量水平。结果表明,湖北省水旱轮作区土壤pH平均为6.01,部分地区土壤已严重酸化。土壤碱解氮含量平均值为120.3 mg kg-1,主要分布在> 90 mg kg-1的区间内,说明湖北省水旱轮作区土壤碱解氮含量处于中等水平。土壤速效磷含量平均值为12.6 mg kg-1,其中速效磷含量处于极度缺乏的比例(<5mg kg-1)为14.4%,说明土壤速效磷含量还处于较缺乏水平。土壤速效钾含量平均值为86.2 mg kg-1,其中处于极度缺乏的比例(<50 mg kg-1)平均为20.8%,说明速效钾含量处于潜在缺乏水平。土壤有效钙、镁、硅、铁、锰、铜、锌和硫含量均较丰富,平均值分别为2680、244、176、117、25、3.2、1.9和42mg kg-1。有效硼和钼平均值分别为0.48和0.068 mg kg-1,处于缺乏水平。湖北省部分水旱轮作区土壤对外加的磷、钾、硼元素有较强的吸附固定能力,平均吸附固定率分别为59.9%、31.6%、32.1%。而土壤对硫元素的吸附固定能力较弱(15.5%),对铜、锰、锌元素几乎不吸附固定。同时,湖北省水旱轮作区土壤的作物养分限制因子主要为氮、磷和钾。基于土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾和有效铁、锰、铜、锌、钼、硼及阳离子交换量的全指标和模糊数学法的土壤肥力质量综合评价结果表明,湖北省水旱轮作区土壤肥力质量综合评价值的平均值为0.509,麻城市和荆州区土壤肥力质量以中等Ⅲ为主,洪湖市、赤壁市和沙洋县土壤肥力质量以良Ⅱ、中等Ⅲ为主,其中洪湖市土壤肥力质量以良Ⅱ等级为多,5个县市土壤肥力质量均无优Ⅰ和很差V等级。应用主成分分析和相关系数法确定土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硼、有效钼、有效锌为组成湖北省水旱轮作区土壤肥力质量评价的最小数据集的评价指标,并基于此最小数据集和模糊数学法的土壤肥力质量评价表明湖北省水旱轮作区土壤肥力质量评价值的平均值为0.441,赤壁、洪湖、荆州、麻城和沙洋等5个市(区、县)的土壤肥力质量以中等Ⅲ为主,差Ⅳ等级次之,5个县市土壤肥力质量均无优Ⅰ和很差V等级。3.采用氮、磷、钾肥料田间小区试验研究了油菜和水稻的氮、磷、钾肥料效应及其推荐经济施用量。试验表明,施用氮、磷、钾肥改善了油菜和水稻的产量构成因子,提高了水稻和油菜的产量,其中施用氮肥和磷肥显着提高了油菜的产量。此外,氮肥施用的增产效果都远高于磷肥和钾肥,是油菜和水稻增产的首要因素。施用氮肥和磷肥能显着提高油菜和水稻的经济效应,施用钾肥虽能增加产出,但总体收益不高,甚至在水稻季出现亏损。同时,油菜季施磷、钾肥的增收效果要显着高于水稻季。油菜和水稻的氮肥偏生产力(PFP)和农学利用率(AE)随着施氮量的增加而逐渐降低,氮肥吸收利用率(RE)则随着施氮量的增加先增加再下降。磷肥和钾肥的偏生产力、农学利用率和吸收利用率随着其施用量的增加而显着降低。油菜种植中磷肥和钾肥的肥料利用率要好于氮肥,水稻种植中氮肥和钾肥的肥料利用率要优于磷肥。此外,氮、磷、钾肥的肥料利用效率在油菜和水稻种植中有较大差异性,氮肥在水稻种植中的肥料利用率要高于油菜,而磷肥和钾肥在油菜种植中的肥料利用率要优于水稻。一元二次和叁元二次肥料效应方程表明湖北省油-稻轮作区油菜氮、磷、钾推荐经济施肥量为：氮肥施用量的范围为165-270 kgha-1,平均值为216kg ha-1；磷肥施用量的范围为(P205)68-118kg ha-1,平均值为93 kg ha-1;钾肥施用量的范围为(K20)42-147kg ah-1,平均值为100kg ha-1,氮、磷、钾配比为N:P2O5:K2O=1：0.43：0.46。而水稻推荐经济施肥量为：氮肥(N)170 kg ha-1、磷肥(P2O5)67 kg ha-1,钾肥(K2O)121kg ha-1,变异范围为氮肥(N)89-220 kg ha-1、磷肥(P2O5)39-97.5kg ha-1、钾肥(K2O)59-232 kg ha-1,氮、磷、钾配比为N:P2O5:K2O=1:0.39:0.71。由此推荐的水稻、油菜氮、磷、钾施用量要比农民习惯施肥增产和增收。具体表现为：油菜平均增产462 kg ha-1,增加净收入1570元ha-1,增产和增收率为16.9%；水稻平均增产1058 kg ha-1,增加净收入1693元ha-1,增产和增收率为14.6%。4.采用Visual Basic程序语言和ASP网页技术分别建立了水旱轮作区土壤肥力质量评价系统和油菜-水稻施肥指导系统(单机版和网络版)。该系统都集成了基于最小数据集、模糊数学的土壤肥力评价和基于目标产量法、肥料效应函数法的油菜-水稻施肥指导,并提供了相关的知识供学习和查询。5.采用盆栽试验研究了小麦-水稻、油菜-水稻两种不同水旱轮作模式土壤肥力变化、养分平衡特征。结果表明,与不种植作物处理(CKC)相比,种植作物不施肥处理(RCK、WCK)的土壤速效磷、速效钾含量和水溶性盐总量显着降低,土壤碱解氮、pH、有机质含量差异不显着。在施用氮、磷、钾肥(处理R、W)后,土壤速效钾、速效磷和水溶性盐总量含量与对照处理(RCK、WCK)差异显着,而土壤碱解氮、有机质、pH含量差异不显着。油-稻、麦-稻轮作系统的氮、磷素均有盈余,盈余量分别为1380、561 mg pot-1(油-稻)和1899、582mg pof-1(麦-稻),而两种轮作系统的钾素均亏缺,亏缺量分别为27 mg pot-1(油-稻)和156 mg pot-1(麦-稻),油-稻轮作系统的氮、磷素盈余量和钾素亏缺量均低于麦-稻轮作系统。此外,油-稻盆栽和田间试验氮、磷、钾平衡状况有较大差异：油-稻盆栽试验均表现出氮、磷的盈余和钾的亏缺,而油-稻田间试验则表现出氮的盈余和钾素的亏缺,磷素基本平衡。
李继福[8]2015年在《秸秆还田供钾效果与调控土壤供钾的机制研究》文中进行了进一步梳理钾是作物必需的大量元素之一,而作物吸收的钾主要来自土壤。施用钾肥能够很好地补充土壤钾素,但鉴于我国水溶性钾肥资源相对短缺的局面,一方面要优化钾肥施用、提高钾肥利用率;另一方面拓宽钾肥资源途径具有重要的现实意义,比如丰富的秸秆钾和其它含钾岩石物料等均是潜在的钾素资源。本文通过数据调查、田间试验和室内模拟,系统研究了秸秆钾资源(以湖北省为例)的种类、分布特征,秸秆钾替代化肥钾的效果以及秸秆腐解(有机酸)对含钾矿物黑云母的表面溶解,为秸秆钾素资源的合理利用提供依据。主要研究结果如下:(1)湖北省秸秆资源量和秸秆钾素量年均分别为2 892万t/年和48.3万t/年,水稻、油菜、小麦、玉米和棉花秸秆量占到全省秸秆总量的92.5%,属优势秸秆资源。根据2013年统计结果,湖北省作物秸秆和秸秆钾资源主要分布在襄阳市、荆州市、黄冈市、荆门市、孝感市和宜昌市6个地区,累计分别占到全省总量的74.6%和74.0%,即江汉平原和鄂东丘陵地区是秸秆资源的主产区。基于湖北省经济社会发展现状,提出秸秆直接还田是秸秆资源利用最根本的途径,也是增加粮食产量和培肥地力的重要措施;同时建议秸秆还田应因地制宜,根据地域差异建立完善的技术体系。(2)水稻秸秆钾和化肥钾在水-土体系中主要以交换态钾存在,其次是水溶态钾。随着外源钾用量的增加,钾离子易被土壤固定;且在等量条件下,秸秆钾处理的交换态钾比例高于化肥钾处理,而非交换态钾所占比例则相反。因此,在一定外源钾用量范围内,土壤对秸秆钾和化肥钾的固定没有显着差异,而当用量超过阈值时,秸秆的投入会降低土壤对钾素的固定。因此,秸秆钾和化肥钾具有相似的化学性质,能够进行替代施用。另外,在秸秆腐解、钾离子释放过程中,秸秆腐解物可以重新吸附环境中的钾离子,且受到腐解时期和外源钾素浓度的双重影响。作物秸秆可以在腐解初期通过吸收水溶液而固定大量的钾离子,也可以在腐解后期通过化学途径和物理途径吸附钾离子,这些固持的钾离子又可供下季作物吸收利用。(3)早稻-晚稻-冬油菜轮作秸秆还田定位试验7年结果表明,秸秆还田(翻压或覆盖)均能显着提高作物产量和养分吸收量,以油菜籽增产效果最为明显。无论传统翻耕秸秆还田还是免耕秸秆覆盖均能提高双季稻-油菜轮作体系的生产力、起到培肥地力的积极效应。秸秆还田可显着提高农田系统氮和钾的盈余量。因此,氮肥和钾肥用量可进行适当减少,以便充分利用秸秆氮钾资源。单季秸秆还田替代钾肥试验表明,施钾肥和秸秆还田均能增加水稻产量和地上部钾素累积量,增产效果以秸秆还田配施钾肥最好。秸秆还田条件下,中、高钾土壤(速效钾含量>100 mg/kg),水稻季钾肥用量可以比推荐用量减少20.0~49.1%;而低钾土壤(速效钾含量<100 mg/kg)当前钾肥用量不足,应适当进行增施,以保证增产效果和培肥地力。高钾土壤长期秸秆还田替代钾肥水旱轮作定位试验(3年)表明,一个轮作周期后施用钾肥和秸秆还田具有明显的增产效果,尤以冬油菜增产效果最为明显,但仍以秸秆还田配施钾肥效果最好。秸秆还田对水稻和冬油菜叁年平均的钾肥吸收利用率没有显着影响,但显着提高了冬油菜季的钾肥农学利用率。同钾肥利用率相比,秸秆还田配施钾肥后的钾素利用率和钾素农学利用率均有所降低。在连续秸秆还田条件下,水稻季年均钾肥用量可以减少42.2%,并能维持施钾肥的产量水平;冬油菜年均钾肥用量可以减少31.2%,同时比施钾获得更高的产量水平。长期秸秆还田配施钾肥可以有效缓解水旱轮作体系土壤钾素亏缺状态并显着提高土壤速效钾含量以及促进非交换性钾向交换态的转化并维持新的动态平衡。(4)有机酸和含钾矿物表面短时间反应结果表明,含钾矿物黑云母的溶解是从(001)面上的台阶、碎片和凹坑边缘开始。柠檬酸溶液能够显着提高K、Si和Al的释放速率和表面溶解速率,且随着p H的升高呈下降趋势。在p H 4.0的柠檬酸溶液中反应70 min后,黑云母表面上产生比p H 6.0和8.0的柠檬酸溶液处理更多的蚀坑。而长时间的反应结果显示,在p H 4.0的弱酸水溶液中反应24 h时,黑云母(001)面上有微型蚀坑出现,其深度介于0.1~0.9 nm之间,表面变得比较粗糙;反应96 h时,黑云母(001)面上蚀坑较为明显,但仅占总表面的4.8%,蚀坑的深度平均为0.957 nm;反应140 h时,黑云母(001)面上有不稳定的覆盖物沉积,阻碍表层溶解过程的持续进行。在p H 4.0的柠檬酸溶液中,经过24 h培养,(001)面上有大量的蚀坑出现,单层溶解现象明显;48 h时,表面台阶溶解速率显着提高,溶解面积可达总表面的48.7%;140 h时,(001)面上有圆形状胀裂发生,表层(高度,1~2 nm)发生破裂,产生较多的黑云母碎片,溶解速率进一步加快。随着柠檬酸溶液中Na+浓度的增加,表层溶解速率增大,(001)面上也有次生覆盖物沉积。同时,界面上Na+-K+交换作用加剧,表层结构(高度,2~10 nm)胀裂现象更加明显。随着反应时间的延长,140 h时,黑云母(001)面的深层结构(深度,~20 nm)亦逐渐隆起并引起周边区域产生裂缝(深度,0.1~1.9 nm),最终导致表层微结构区域水化,形成含钠水化云母。因此,在复杂的根际环境中,有机酸在矿物溶解和矿质元素释放过程中具有先促进、后抑制的双重效应。但从长期土壤管理方面考虑,这一过程中对维持土壤结构的稳定性有着积极作用。
赵营, 郭鑫年, 冀宏杰, 张维理, 周涛[9]2015年在《施肥对水旱轮作作物产量、土壤无机氮残留及氮素平衡的影响》文中研究说明2008~2010年在宁夏引黄灌区水稻-春小麦-春玉米轮作体系下,采用田间试验研究了不施肥(CK)、平衡施用化肥(NPK)、单施有机肥(M)、化肥+有机肥(NPK+M)和习惯施肥(CON)5个施肥措施对水旱轮作体系作物产量、土壤无机氮残留和氮素表观平衡的影响。结果表明,相对于CK处理,施肥都能提高水旱轮作作物籽粒和秸秆产量。水旱交替易造成旱作季残留的土壤无机氮(NO3--N)在水作季发生淋洗损失。由水稻改种春小麦后,施肥显着提高了0~100 cm各层土壤NO3--N累积量。在水稻、春小麦和春玉米季,NPK和NPK+M较CON处理的氮素表观损失量分别降低了19.8%~39.2%、90.6%~93.1%和19.8%~34.7%。单施有机肥(M)也会增加氮素表观损失风险,其在水稻、春小麦和春玉米季的损失量分别达209.4 kg hm-2、67.0 kg hm-2和198.8 kg hm-2。3年水旱轮作体系下,NPK和NPK+M较CON处理的氮素表观损失量分别降低了46.9%和33.3%。因此,在该水旱轮作体系下,平衡施用氮磷钾及有机无机配施都有利于提高作物产量和降低氮素表观损失。
易时来[10]2005年在《稻-麦/油轮作体系中氮素淋失与利用研究》文中指出日益增长的粮食需求以及为提高粮食产量所引起的环境质量退化,是目前困扰人类社会的两大难题。施用氮肥对农业生产的发展无疑发挥了重要作用。但是,氮肥利用率低,平均值在30%～41%(稻-麦)之间,而损失量较大,稻田氮肥的损失率多为30%～70%,旱地的则多为20%～50%。损失的氮素或进入大气,导致“温室效应”;或进入水体,引起水体富营养化。近年来,随着我国氮肥用量的迅速增加和环境质量下降,氮素在农田生态系统中的转化与去向、氮素迁移与环境质量等问题已日益成为土壤学、植物营养学、环境学以及生态学等诸多学科共同关注的热点。在不同生态系统中氮素循环与去向差异很大,关于氮素在旱地及水田中的迁移和转化已有较多的研究,而对氮素在紫色土水旱轮作系统中的迁移转化研究较少。水旱轮作是我国南方主要的耕作制度之一,其独特的水分管理和土壤干湿交替变化必然会影响氮素在土壤中的存在形态和迁移转化。为此,本文利用养分渗漏池设施,在3种紫色土上研究了氮素在稻-油、稻-麦轮作体系中的渗漏淋失,探讨了气候、氮肥用量以及土壤性质对氮素淋失的影响,分析了不同施氮量对稻、麦、油产量和品质以及氮素吸收利用的影响,旨在为水旱轮作系统中氮肥的合理施用与管理以及减少氮素损失提供科学依据。主要试验结果如下: (1)在油菜和小麦生长期间,氮素的渗漏淋失都呈波浪式的变化,分别在油菜移栽(或小麦播种)后的第10天、40天、90天和110天左右出现了4次淋洗峰,其中以第10天和第110天左右的淋洗损失强度最大。前两次氮素淋失高峰的出现与基肥和追肥的施用有关,减少基肥施用量是降低作物生长前期氮素淋失的重要途径;后两次淋失高峰则与气温上升、土壤氮素矿化增强,以及降雨量增加有关。 (2)水稻生长季氮素的淋失与旱季明显不同,在整个水稻生长期氮素的淋洗损失波动较小,只在移栽后25天内出现了明显的淋失高峰。不施氮处理渗漏水中NH_4~+-N含量变化不大,其余各施氮处理渗漏水NH_1~+-N含量在移栽后第10天和第25天较高,分别与基肥和追肥(第20天)的施用有关。施氮和不施氮处理在水稻移栽后第5天都出现了NO_3~--N的淋失高峰,渗漏淋失的NO_3~--N主要来自于旱季土壤中残留的氮。因此在水旱轮作体系中,应尽量减少旱作后残存在土壤中的氮。稻-油轮作,叁种土壤上NH_4~+-N和NO_3~--N的渗漏淋失动态相似。稻-麦轮作,水稻生长季氮素淋失与稻-油轮作类似。 (3)油菜季各处理氮素淋失总量变动在1.81～5.43kg/hm~2,平均为3.35kg/hm~2,随着氮肥用量的增加氮素淋失量升高,淋失量占施肥量的3.59%。油菜季各生长阶段氮素淋失量前期(移栽后0～50天)最大,其次是后期,生长中期(移栽后50～100天)淋失量最小,其比例约为3:2:1。所以,减少旱季作物基肥和苗期追肥用量是降低氮素淋失的重要途径。在中性紫色土上,小麦生长期氮素的淋失量(1.84～4.58kg/hm~2,平均为3.46kg/hm~2)和淋失动态与油菜季基本一致。
参考文献：
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[10]. 稻-麦/油轮作体系中氮素淋失与利用研究[D]. 易时来. 西南农业大学. 2005
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