秸秆还田对稻田土壤NH3挥发可产生影响,但相关排放变化规律和调控机制有待系统研究.以南粳46水稻品种为材料,太湖地区典型单季稻田原状土为研究对象,利用连续气流封闭法监测三种秸秆(水稻秸秆:RS;小麦秸秆:WS;玉米秸秆:MS)两种添加量(W秸秆:W土=0.5％、0.8％)下水稻各生长期NH3挥发通量、土壤理化因子及水稻产量;进而结合分子生物学技术,将环境因子与氮循环相关的功能微生物丰度进行耦合,揭示NH3挥发对不同种类秸秆和不同添加量的响应机制并解析关键因子,从而筛选出稻田生态系统氨减排效果最佳的秸秆还田种类及施用量.试验结果表明,秸秆种类及秸秆种类与其施用量交互作用对稻田土壤NH3挥发均产生显著影响,总体来看,与CK相比,施加秸秆处理NH3挥发变化幅度为-33.2％-27.3％.不同秸秆种类对稻田土壤NH3挥发影响不同,低添加量下,与CK相比,RS与WS施用对NH3挥发量均无显著影响,而MS施用显著增加NH3挥发量21.1％;高添加量下,RS施用显著降低NH3挥发量33.2％.不同秸秆施加量对稻田土壤NH3挥发影响亦不同,RS和MS处理下稻田NH3挥发量随施用量的增加分别降低31.2％和32.8％,而WS处理则呈现相反规律;不同秸秆种类及不同施加量交互作用下RS-0.8处理显著降低稻田土壤NH3挥发33.2％.田面水pH、总氮(TN)浓度、土壤微生物量碳含量(MBC)、土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落丰度是导致不同秸秆种类和用量下稻田土壤NH3挥发产生差异的主要影响因素;RS-0.8处理相较于其他处理显著增加土壤AOA、AOB群落丰度并显著降低田面水TN含量,综合效应下显著减少稻田NH3挥发量33.2％,并显著增加水稻产量22.9％.因此,综合稻田NH3挥发总量和水稻产量,秸秆施用水稻种植体系中水稻(RS)秸秆以0.8％施用量模式下减排增产效果最佳.

[目的]黄淮海平原小麦玉米生产区主要实行冬小麦-夏玉米轮作种植模式.砂质潮土是广泛分布于黄淮海地区的土壤,属性和衍生障碍较多,包括结构性较差、蓄水保肥能力较弱等.为了提高肥料利用率、改善土壤肥力,综合实现作物产量提升和品质优化,筛选了一株多功能促生菌,并在该轮作体系验证其广谱促生效应.[方法]从玉米根际砂质潮土中筛选多功能促生菌,测定其产吲哚乙酸(IAA)、溶有机磷、解钾能力.通过形态学、生理生化及 16S rDNA序列分析方法对其种属进行鉴定.摇瓶条件下探究其产IAA的最适条件,通过玉米盆栽验证其促生能力,通过冬小麦-夏玉米大田试验验证其在轮作体系中的广谱性增产效果.[结果](1)试验筛选得到一株命名为YM3 的多功能根际促生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),其产IAA能力达到59.21 mg/L、解有机磷能力达到 0.72 mg/L、解钾能力达到 18.56 mg/L.当装液量为 25 mL/250 mL,pH 6-8 范围内,分别以麦芽糖、蛋白胨为碳、氮源时,YM3 产IAA能力最佳.(2)玉米盆栽试验结果可见,与接种灭活菌相比,接种YM3 菌水剂的土壤IAA、速效磷、速效钾含量分别显著提高 75.00%、48.66%、20.00%.玉米幼苗的根长、根表面积、根体积、根尖数、根分枝数分别显著增加 67.95%、59.21%、51.13%、71.34%、92.06%.玉米植株的鲜重、株高、相对叶绿素含量、全氮、全磷、全钾分别显著提高了39.86%、23.51%、18.27%、17.68%、52.26%和 36.53%.(3)小麦玉米轮作大田试验结果表明,接种YM3 菌剂的小麦大田土壤有效氮、速效磷、速效钾分别显著增加了 9.08%、13.78%、16.66%,增产率达到 42.18%.玉米大田土壤速效磷和速效钾含量分别显著增加了 19.18%和 15.95%,增产率达到 13.22%.[结论]筛选得到的枯草芽孢杆菌YM3 菌株兼具产IAA、溶有机磷、解钾功能,在黄淮海平原小麦玉米轮作体系土壤中适应性强,广谱性强,能够提升砂质潮土土壤肥力,提高冬小麦-夏玉米轮作体系的产量.

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330kg·hm-2施氮处理下产量最高.

冬小麦夏玉米是华北平原主要的粮食作物,其集约化的农业种植体系虽然普遍实现了粮食的高产,但氮肥常年大量施用会造成土壤深层硝态氮累积、淋洗等问题.本文以河北清苑冬小麦-夏玉米复种体系为研究对象,设置不同施氮量(N0 、N100、N180、N255、N330,分别表示施氮0、100、180、255、330 kg·hm-2),于2010-2016年开展6个周期定位试验,研究不同施氮量对土壤硝态氮累积和淋洗的影响.结果表明:在12季冬小麦和夏玉米收获期各处理产量存在显著差异,土壤硝态氮含量表现为冬小麦季累积、夏玉米季淋洗的特点,且90和180 cm土层硝态氮累积量均表现为N330＞N255 ＞N180＞N100＞N0.从土壤剖面分布看,硝态氮可淋洗至990 cm的深层土壤中,且出现6个累积峰,同时土壤硝态氮累积峰随施氮量增加而下移,N330处理累积峰最深在840 cm处.从各土层累积量的分配看,5个处理0～ 90 cm硝态氮累积量占比在10％左右,大部分都在90 cm以下,不能被植物利用.可见,夏玉米季硝态氮淋洗严重,施氮量越高,土壤硝态氮残留量越大,向土壤深层淋洗量也越多,由此带来的对地下水的污染风险应该引起重视.从产量与硝态氮累积情况来看,N180为最优处理.

针对华北平原麦玉轮作区氮肥用量大、氮损失及土壤氮素累积严重的问题,探索不同减氮调控施肥措施对作物产量、氮损失及土壤无机氮累积的影响.通过(2016-2017年)设置两年大田试验,以农民施肥为对照,研究控释肥处理、微生物肥处理及配施硝化抑制剂处理减少氮用量后对小麦、玉米产量和地上部吸氮量、氮损失及土壤无机氮含量的影响.结果表明:2016年微生物肥处理的小麦产量显著低于控释肥处理和硝化抑制剂处理,与农民施肥处理无显著性差异;且小麦和周年作物地上部吸氮量都显著降低.2017年各处理间作物产量和吸氮量无显著性差异.3种减氮调控施肥处理均能保持和改善耕层土壤肥力;且微生物肥处理随种植时间延长对土壤碱解氮、速效钾和有机质含量均有提升.随种植时间延长无机氮累积严重,微生物肥处理和添加硝化抑制剂处理均可降低40～ 100 cm土壤剖面的无机氮含量,而控释肥处理可提高0～ 40 cm土层无机氮含量.氮损失中氨挥发＞淋溶量＞N2O排放＞径流,径流损失可忽略不计,其中以农民施肥处理氮损失最大,微生物肥处理可显著降低氨挥发损失量,但淋溶量较大.综上所述,减量施氮条件下,控释肥处理和添加硝化抑制剂处理可保证作物产量及地上部吸氮量,微生物肥处理随种植年限的延长可保证作物产量和吸氮量.微生物肥和添加硝化抑制剂处理可降低40～100 cm土层无机氮含量,控释肥处理对削减无机氮量效果不明显;几种减氮调控措施均可降低氮损失,但微生物肥处理需调整措施来降低氮的淋溶量.

明确小麦-夏直播花生(W-P)种植体系的主要碳排放环节,可为采取有效措施实现该体系高产与低碳排放的协同效益提供参考.本文依据全生命周期方法,构建碳足迹模型,并核算了山东省W-P种植体系生命周期碳排放.结果表明:山东省W-P种植体系的净收益较小麦-玉米(W-M)种植体系高71.2％～88.3％; W-P种植体系的单位面积碳排放达6977.9～8018.5 kg·hm-2,较W-M种植体系高6.2％,但单位净产值的碳排放为每元0.23～0.28 kgCO2-eq,较W-M种植体系低37.4％～44.1％.综合2种种植体系的净收益和单位净产值碳排放发现,W-P种植体系可以实现高产出与低碳排放的协同效益,符合优化供给、提质增效、农民增收的农业供给侧结构性改革目标.