明确当前我国柑橘产区农户施肥和产量现状,研究不同施肥措施对柑橘生产的影响,可为通过养分优化管理提高我国柑橘产量和品质提供科学依据.本研究在中国知网(CNKI)和Web of Science数据库中检索出柑橘施肥文献92篇,采用整合分析方法分析了农户常规施肥和专家优化施肥的氮(N)、磷(P或P2O5)、钾(K或K2O)肥用量与偏生产力,以及不同优化施肥措施对柑橘产量和品质的影响.结果表明:我国柑橘生产上常规施肥的N、P2O5和K2O用量分别为507.3、262.2和369.3 kg·hm-2.与常规施肥相比,优化施肥的N和P2O5分别降低了 14.7％和8.3％,而K2O增加了 6.6％;氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)肥偏生产力分别增加了 7.8％、18.4％和14.7％;柑橘产量提高了 11.9％,单果重增加了 2.8％;果实维生素C、可溶性固形物和总糖含量分别增加了 3.1％、5.9％和8.6％,可滴定酸和总酸含量分别降低了 3.4％和3.6％,进而使固酸比和糖酸比分别提高了 14.0％和9.5％.不同优化施肥方式中,NPK优化+中微肥方式增产提质的效果最好,且NPK优化中尤以减施≤25％效果最佳;NPK等量+有机肥的效果高于NPK等量+中微肥,但不同柑橘品种(宽皮柑橘、柚和橙类)对优化施肥的响应不同.优化施肥有助于柑橘产量、肥料利用率和果实品质的协同提升,我国柑橘种植区应因地制宜采取NPK肥减施、中微肥平衡施用和有机培肥土壤的综合养分优化管理措施.

农作物生产过程既是碳源,也是碳汇.研究作物生产过程中碳吸收、碳排放特征对区域农业碳减排具有重要意义.以陕北区域为例,采用高分辨率遥感数据,结合GEE遥感云平台和随机森林算法,获取了作物种植分布信息,并建立碳吸收排放测算模型,分析了陕北地区 2021 年农田作物的碳源/汇效应、碳足迹及其空间分布格局.结果表明:①陕北种植的粮食作物主要为玉米、稻谷、薯类、豆类,经济作物主要为蔬菜、苹果、枣树,这七类作物集中分布在延安南部河谷区域和榆林西北部区域.②除枣类外,陕北地区其余作物的碳吸收量均高于碳排放量,以碳汇功能为主,其中,玉米和苹果分别对该地区碳吸收、碳排放的贡献率最高,碳吸收、排放量分别达到了 189.74×104 t 和 11.41×104 t,苹果、薯类和枣类碳足迹较高,分别达到了 9.92×104 hm2、8.77×104 hm2和 21.65×104 hm2,其余作物碳足迹处于 0.26-1.49×104 hm2之间.③从空间上看,研究区单位面积农田碳吸收量呈现西北高、南部低的分布格局,而碳排放量、碳足迹分布正好相反,南部高、西北低.④研究区可通过培育高产品种、优化施肥量、控制农膜农药用量、调整作物种植结构等措施,提高作物固碳效应,促进农业生产碳减排.

全球气候变化和人口激增背景下,灌溉和施肥成为保证粮食产量的重要途径,同时也深刻改变着陆地生态系统水循环、能量流动和物质循环过程.在陆面过程模型(LSM)中耦合灌溉和施肥方案对清晰把握陆-气相互作用、保障全球粮食安全有重要意义.本文分别回顾了灌溉和施肥(氮肥)在LSM参数化过程中的3个关键参量(方式、用量和时间)的表达方法,指出了当前受到灌溉和施肥关键参量高时空分辨率数据匮乏的影响,LSM中的灌溉和施肥方案与实际农业生产方式有所偏离,难以充分反映灌溉和施肥对粮食产量、生态环境和局部气候的影响.最后,提出了 LSM中灌溉和施肥方案的未来优化方向:1)考虑作物间的水分需求差异,对灌溉阈值进行差异化设置,正确评估不同作物的水资源消耗总量和强度;2)充分利用施肥灌溉的地面观测记录和日益丰富的区域格网数据,发展更加贴合实际农业操作的参数化方案,准确揭示灌溉和施肥的经济、生态和气候等效应;3)综合作物类型、物候阶段、土壤基础肥力等因素,发展施肥诊断方案作为模型的补充方案,提升模型在氮肥数据匮乏地区的应用性和模拟准确性.

目的:优化氮、磷、钾肥配施方案,为恩施地区粉葛提质增效及化肥减施提供理论依据.方法:采用"3414"土肥配方试验设计,建立氮、磷、钾肥与粉葛产量、活性成分含量的效应数学模型,进行肥效主效应、单因素效应、互作效应分析,筛选最优施肥方案.结果:贡献率分析表明,磷肥对粉葛产量和大豆苷生物合成的贡献率最大,N肥对淀粉、葛根素、大豆苷元合成的贡献率最大.单因素分析表明,磷、钾对粉葛产量有极显著影响,氮与磷对淀粉、葛根素、大豆苷含量有极显著影响,施低量的氮肥对大豆苷元的合成有极显著促进作用.互作效应分析显示,不同浓度的氮、磷和钾肥的协同作用显著提高粉葛产量、淀粉、葛根素、大豆苷、大豆苷元含量.回归效应函数模型优化得到的恩施地区粉葛的氮、磷、钾肥优化施肥范围分别为 26.00～39.75、29.50～33.75、27.25～35.75 g/m2;能实现粉葛产量≥0.75 kg/株,淀粉、葛根素、大豆苷、大豆苷元的含量分别≥311.54、4.01、0.97、0.34 mg/g.结论:优化氮、磷、钾肥配施显著提高恩施地区粉葛产量和活性成分含量,具有明显的经济效益.

陆面过程模型添加叶肉导度能有效改善模型模拟的CO2施肥效应精度,但叶肉导度模拟受最大叶肉导度参数取值的影响,优化模型中最大叶肉导度参数是改进陆面过程模型叶肉导度和CO2施肥效应模拟的重要途径.以EALCO(Ecological Assimilation of Land and Climate Observations)模型为例添加叶肉导度,通过人为改变最大叶肉导度值的取值,分析模型输出结果对最大叶肉导度的响应,揭示最大叶肉导度参数在模型中的敏感性,并与已有研究结果或观测数据比较,探讨耦合叶肉导度的陆面过程模型最大叶肉导度参数优化的途径.模拟试验以美国哈佛森林典型温带落叶阔叶林生态监测站(US-Ha1 site,Harvard Forest Environmental Monitoring site)数据为驱动.结果显示:(1)随最大叶肉导度增加,总初级生产力(GPP,Gross Primary Production)模拟精度增加,但最大叶肉导度取值大于1.0 mol m-2 s-1后模拟精度改善有限,最大叶肉导度小于1.0 mol n-2 s-1 时GPP模拟精度对最大叶肉导度变化响应敏感;(2)证实了叶肉导度与气孔导度之间存在明显线性关系,最大叶肉导度取值的变化能明显影响这种线性关系的斜率.当最大叶肉导度取值从0.5 mol m-2 s-1增加到1.2 mol m-2 s-1时,气孔导度与叶肉导度的比值从0.75左右降至0.36,这个结果表明,通过明确某一植被功能型叶肉导度与气孔导度比值,可以间接确定模型最大叶肉导度的合理取值范围;(3)证实了陆面过程模型添加叶肉导度能改进CO2施肥效应模拟精度,最大叶肉导度值能影响施肥效应模拟结果,当最大叶肉导度高于0.57 mol m-2 s-1后,随最大叶肉导度增加,模拟GPP随大气CO2浓度增加的增长率呈下降趋势;(4)在月尺度上叶肉导度模拟对最大叶肉导度值的敏感性随不同生长季而不同,在生长盛期的7、8月份最大叶肉导度对叶肉导度模拟结果影响最大,其次是5、6、9月份等生长次盛期,其他月份的影响较小.

茶园土壤是温室气体氧化亚氮(N2O)排放的重要来源,且茶园土壤中施肥诱导的N2O排放系数远大于旱地农田.针对全球茶园的特点和N2O排放研究现状,本文综合分析了茶园N2O排放特征、产生过程、影响因素及减排措施.全球茶园土壤N2O背景排放量平均为(2.68±2.92)kg N·hm-2,氮肥施用后N2O平均排放量为(11.29±9.45)kg N·hm-2.化肥诱导的N2O排放系数为2.2％±2.1％,远高于IPCC估算的农田N2O排放系数(1％).茶园土壤是典型的酸性土壤,N2O产生主要包括硝化和反硝化过程,其中反硝化作用占主导.茶园土壤N2O排放主要与施肥量有关,此外,施肥种类也影响茶园土壤N2O排放.茶园土壤N2O减排途径主要包括优化施肥量和施肥种类、添加生物炭以及合理利用硝化抑制剂等.今后应加强时间和空间尺度上茶园土壤N2O排放的原位观测,结合实验室培养和野外试验阐明茶园土壤N2O产生和排放机制,利用数据-模型融合方式减少全球茶园N2O排放估算的不确定性,为合理的茶园N2O减排措施提供理论支撑和实践指导.

控释肥作为一种能够提高肥料利用率、保障作物产量和节约劳动力的新型肥料已经在作物生产中得到广泛应用,而控释肥对土壤N2O排放影响结果的差异使其成为当前科学评估控释肥施用环境效应的焦点问题之一.因此,旨在探讨不同种类控释肥及氮素水平施用对华北平原冬小麦/夏玉米轮作系统土壤N2O排放的影响,为科学评价控释肥施用的环境效应及其推广应用提供科学依据.本研究监测采用静态暗箱-气相色谱法对不同控释肥施用下土壤N2O排放、环境因素以及产量进行了周年监测,探讨了不同处理(对照处理(CK)、控释肥处理1(CRF1)、优化控释肥处理1(80％ CRF1)、优化控释肥处理2(80％ CRF2)和控释肥处理3(CRF3+尿素))下土壤N2O排放特征及土壤温湿度对其的影响.结果表明:控释肥施用下冬小麦/夏玉米轮作系统中土壤N2O排放峰高值主要出现在基肥施用并伴随灌溉(或降雨)后,一般持续时间约为7-10 d,小麦返青期灌溉以及玉米后期降雨会引起微弱的N2O排放峰.不同处理土壤N2O排放通量变化范围为-235.61-2625.01 μg N2O m-2h-1,平均排放通量为23.88-51.39 μg N2Om-2 h-1,与CRFI相比,80％ CRF1和80％CRF2处理能够减小施肥期的N2O排放峰值,但不改变轮作周期土壤N2O排放季节变化规律.CK处理和CRF3+尿素处理土壤N2O排放通量与5 cm深度土壤温度之间表现出显著的正相关性(r2=0.38,P＜0.01;r2 =0.30,P＜0.05);CRF1处理和80％CRF1处理在冬小麦生长季及整个轮作周期内与土壤孔隙含水率(WFPS)表现为显著的正相关关系(冬小麦生长季分别为r2=0.50,P＜0.01;r2=0.39,P＜0.05;整个轮作周期分别为r2=0.39,P＜0.05;r2=0.43,P＜0.05).80％CRF2处理N2O年排放总量最高,为(2.89±0.24) kg N/hm2.相同控释肥种类条件下,80％CRF1处理比CRF1处理减少了14.23％,但并未达到显著水平;相同施氮量水平下,CRF1处理与(CRF3+尿素)处理之间N2O年排放总量差异不显著,而80％CRF1处理比80％CRF2处理N2O年排放总量减少16.16％,并达到显著水平(P＜0.05).本研究不同处理之间N2O直接排放系数在0.29％-0.42％之间,均明显低于IPCC 1.0％的默认值.各控释肥处理产量与当地农民常规施肥量条件下产量没有显著性差异.因此在华北地区冬小麦/夏玉米轮作系统中应用控释肥技术可以在保证产量的前提下有效减少土壤N2O排放,并且仍存在一定的减排空间.

太子参是一种名贵中药材,存在连作障碍问题.本研究利用促生细菌(Bacillus subtilis和Burkholderia为主)研制的不同微生物菌肥,对太子参连作障碍进行消减处理.以未施肥(CK)、正茬(NP)、重茬(SP)、Bacillus subtilis菌肥(1号)、Burkholderia菌肥(2号)、Bacillus subtilis和Burkholderia混合菌肥(3号)等不同处理的太子参根围土壤为供试土样,分析不同菌肥对连作太子参根围土壤理化性质及真菌群落结构的影响,评价不同菌肥对太子参连作障碍消减效果.结果表明:3种外源微生物菌肥都能显著提高重茬太子参的产量,其中菌肥1号、2号和3号处理的产量比重茬地分别增产107％、112％和96％.另外,3种微生物菌肥显著提高连作太子参的土壤pH值,增加土壤速效氮含量及降低速效钾和速效磷含量,说明微生物菌肥中含有的大量功能菌能有效促进土壤养分的转化与利用.结合DGGE发现菌肥2号与3号处理的根围土壤真菌群落结构特征与正茬接近,其结果通过qPCR进一步验证.这表明微生物菌剂施加在重茬土壤中可以促进土壤微生物群落结构和功能多样性朝着正茬的根围微生态方向演变,即菌肥具备减少连作病害对太子参产量和品质的影响的潜力,同时可改善土壤质量,为优化太子参规范化栽培技术提供技术支持.

针对三七产业存在的技术瓶颈,本文聚焦三七新品种选育、连作障碍克服、标准体系建立等方面,采用生物技术、信息技术等手段,从产区选择、田间管理、收获储藏等过程实现数字化、网络化,解决三七种植中精准选址、品种选育、土壤改良、施肥管理、病害防控等关键问题,实现三七栽培的精准化及最优化,建立了三七持续种植复合技术体系,该体系包括:三七抗病新品种的选育、土壤复合改良技术、三七栽培技术及质量追溯技术.获得首个三七抗病新品种,为其持续种植提供可行性前提.建立三七连作土壤复合改良技术并应用于大田,连作土壤的修复及改良为三七持续种植提供保障.发布了首个无公害三七质量标准,为其高品质树立规范.完成了品质溯源体系,保障了三七的质量可控.该复合技术体系为其它中药材精细栽培提供借鉴.

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(P2O5)水平(CP:168 kg·hm-2;RP1:135 kg·hm-2;RP2:101 kg· hm-2)与3个施磷深度(D1:集中施在距离地面5 cm处;D2:集中施在距离地面15 cm处;D3: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(P0)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RP1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RP1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D2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D2、施磷量为RP1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.