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.

本文主要围绕宁夏中部干旱区土壤贫瘠、肥力低下等问题开展研究.在玉米秸秆全量(9000 kg·hm-2)还田条件下,设3种纯氮施用水平(150、300、450 kg·hm-2),以秸秆还田不施氮肥处理为对照,研究秸秆还田配施氮肥对土壤水肥状况和玉米产量的影响,以探寻该区秸秆还田条件下氮肥的合理用量.结果表明:在玉米生育中后期,施纯氮300和450kg·hm-2处理使0～100 cm层土壤贮水量分别较对照显著提高10.1％和9.O％;施纯氮300kg·hm-2处理改善土壤肥力效果最优,其土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较对照提高12.8％、31.6％、11.6％、20.6％、74.2％.玉米籽粒以施纯氮300和450 kg·hm-2处理增产效果最佳,分别较对照增产32.1％、23.7％.施纯氮300和450 kg·hm-2处理的纯收入分别较对照提高31.8％和16.8％.在宁夏中部干旱区,秸秆还田配施适量氮肥可改善土壤水肥状况,实现玉米增产增收.试验以秸秆还田配施纯氮300 kg·hm-2效果最为显著.

基于紫色菜园土壤莴笋-白菜-甜玉米轮作4年12季连续定位施钾肥试验,研究不同种类钾肥及用量对重庆地区紫色菜园土上作物产量和土壤微生物群落结构的影响,为该地区作物生产确定合理的施钾技术提供科学依据.结果表明,在施用氮磷肥基础上,不同钾肥处理莴笋、白菜、甜玉米产量均显著提高;从3种作物4年平均产量和钾肥效益看,以单施适量化学钾(K2)、单施适量秸秆钾(M2)和秸秆还田配施少量化学钾(K1+M1)的施钾肥模式对白菜的增产效果好,增产28.05％-30.27％;M2和K1+M1施钾肥模式对莴笋的增产效果较好,增产13.89％和13.81％;K1+M1施钾肥模式对甜玉米的增产效果最好,增产15.10％,表明秸秆还田配施少量化学钾(K1+M1)模式在供试3种作物生产中具有很好的应用前景.不同施钾处理对土壤微生物群落结构及丰度均会产生一定影响,以秸秆还田配施少量化学钾肥(K1+M1)对提高土壤细菌、真菌、革兰氏阳性菌的作用较好,并显著增加土壤微生物总PLFA含量,缓解对土壤微生物生存环境的胁迫,说明K1+M1能为土壤微生物的生长繁育创造有利环境.莴笋、白菜、甜玉米3种作物4年平均产量与土壤细菌、真菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌数量间存在显著相关性(P＜0.05),而不同钾肥处理对土壤微生物特征具有一定影响,说明施钾肥可能会调节土壤微生物特征,从而促进作物增产.

通过设置在黄土高原黑垆土区的长期定位试验系统,研究了长期施肥条件下作物产量与土壤碳氮的互馈关系.试验设不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、秸秆与氮磷配施(SNP)、施有机肥(M)和有机肥与氮磷配施(MNP)6个处理.结果表明:与对照相比,长期平衡施用化肥、单施有机肥、化肥与有机肥配合施用和秸秆还田配施化肥显著增加了作物产量及其稳定性,NP、SNP、M、MNP处理玉米和小麦产量分别增加92％、97％、93％、141％和147％、164％、139％、214％.NP处理玉米和小麦年均产量与当地常规施肥作物产量相当且稳定,小麦-玉米轮作体系施肥量为N 90 kg·hm-2、P2O5 75 kg·hm-2能够满足作物需要.秸秆还田与隔年施磷相配合的SNP处理与NP处理作物产量相似,且可减少磷肥施用量50％.平衡施用化肥、有机肥、化肥与有机肥配施和秸秆还田配施化肥均可显著增加土壤有机碳含量,而施用化肥对土壤全氮含量影响不明显,综合所有处理,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关.不同处理土壤有机碳固存率在15％～41％.SNP处理土壤有机碳累积投入量增加1t·hm-2,土壤有机碳含量增加0.06 g·kg-1,而CK、N、NP、M和MNP处理的增幅在0.12～0.15 g·kg-1.玉米和小麦产量都与土壤全氮含量呈显著正相关,玉米产量随土壤有机碳含量的增加而增加,但小麦产量随土壤有机碳含量的增加先快速增加后趋于平稳,拐点出现在6.8 g·kg-1.长期平衡施用化肥、有机肥、有机肥与化肥配合施用及秸秆还田配施化肥可显著增加黄土高原黑垆土土壤有机碳和全氮含量、作物产量和根茬还田量,根茬还田量的增加又进一步增加了土壤有机碳和全氮含量,形成了相互促进的互馈关系.

为了探究秸秆覆盖和生物炭对土壤温度和玉米产量的影响,设置2种覆盖方式(不覆盖和秸秆覆盖)和3个生物炭施用量水平(0、4和12 t·hm-2)的田间小区试验,对玉米田间地温和产量及产量性状进行分析.结果表明:秸秆覆盖显著降低土壤温度,降温效应在不同土层上表现为随土层深度的增大而减小,在全生育期内表现为前期大、后期小的变化趋势;在不同覆盖条件下,生物炭对地温的影响有所不同,在不覆盖条件下,生物炭处理有增温保温效应,随生物炭施用量的增大而增大;在秸秆覆盖条件下,生物炭对O～ 10 cm土层有降温效应,而对15～25 cm土层则有增温效应;秸秆覆盖和生物炭处理均能显著提高玉米产量、产量构成和经济系数,其中秸秆覆盖和12 t·hm-2生物炭组合处理的玉米产量最高,产量、产量构成和经济系数显著高于对照,较对照分别提高24.2％、6.4％ ～ 15.7％和15.0％;各产量构成因素中穗长和行粒数对产量影响最大,其中穗长与产量表现为负相关关系,行粒数与产量表现为正相关关系.

研究硅肥对双季稻产量及土壤氮磷流失的影响,旨在为典型双季稻区施肥结构优化以及农田面源污染综合防控技术提供技术支撑.采用田间试验研究在相同氮磷肥基础上施0、750、1500、2250和3000 kg·hm-2(T0、T1、T2、T3、T4)硅肥对双季稻产量和氮磷吸收、田面水氮磷含量及土壤有效硅、有机质、碱解氮和有效磷含量的影响.结果表明:与不施硅肥处理(T0)比较,早、晚稻季水稻稻谷分别增产2.2％～30.4％和3.9％～9.2％;早、晚稻籽粒氮素积累量增加2.4％ ～ 47.3％、磷素积累量增加2.2％ ～41.3％,秸秆氮素积累量增加0.4％～28.3％、磷素积累量增加5.1％～31.0％;施硅肥后第1天,施硅处理田面水总氮(TN)浓度较不施硅肥处理平均降低3.4％ ～28.8％、铵态氮(NH4+-N)降低10.4％ ～ 25.6％、总磷(TP)降低25.5％ ～ 29.2％、可溶性总磷(TDP)降低30.8％ ～ 38.0％;第45天后施硅各处理田面水总磷和可溶性总磷含量呈现上升趋势,并显著高于T0处理.施硅肥有利于提高土壤有效硅水平以及有机质和碱解氮含量,以T1处理效果最好,土壤速效磷含量随硅肥用量增加呈降低趋势.

通过田间试验,研究地膜覆盖、秸秆还田和种植绿肥对冬小麦籽粒产量和籽粒养分含量的影响.结果表明:与传统模式相比,地膜覆盖并不总能提高旱地小麦产量,3年平均产量无显著变化,但籽粒磷吸收量却增加8.4％,磷含量平均提高13.0％;籽粒氮、硫和铁吸收量分别降低12.6％、15.0％和11.1％,含量分别降低12.1％、12.9％和10.1％,锌含量无显著变化.秸秆还田使小麦籽粒产量下降12.1％,籽粒氮、硫和铁吸收量分别降低22.5％、21.0％和19.8％,含量分别降低10.1％、9.4％和3.8％;磷吸收量降低9.8％,含量却增加5.0％,锌含量亦无显著变化.种植绿肥的小麦籽粒产量降低12.1％,籽粒氮和锌吸收量无显著变化,含量分别增加12.1％和12.6％,对磷、硫和铁含量无显著影响.可见,旱地条件下,不同栽培模式引起的籽粒产量增减与其养分吸收量变化不一致是养分含量变化的主要原因.在旱地小麦生产中,需注意地膜覆盖和秸秆还田的减产风险及对籽粒养分的不利影响,适当调控氮肥用量,保证小麦产量形成的养分需求,协调氮、硫、铁养分的吸收利用.种植绿肥能培肥土壤,提高籽粒氮和锌含量,但也应注意其减产问题.

围绕宁夏扬黄灌区土壤质地黏重、养分匮乏等导致作物产量低的问题,于2017、2018年在秸秆全量粉碎还田(12000 kg·hm-2)的同时配施4个氮肥施用水平(0、150、300、450kg N·hm-2),以秸秆不还田常规施氮(225 kg N·hm-2)为对照,研究秸秆还田配施不同量氮肥对滴灌玉米田土壤理化性状和产量的影响.结果表明:与秸秆不还田处理相比,秸秆还田配施氮肥300和450 kg·hm-2处理0～20 cm土层平均土壤容重分别降低3.3％和5.4％,土壤孔隙度分别增加3.7％和7.1％;秸秆还田配施氮肥对土壤养分和玉米产量的提升效果显著,其中以秸秆还田配施氮肥300和450 kg·hm-2表现最佳;秸秆还田配施氮肥可显著增加土壤贮水量和产量,秸秆还田配施氮肥300 kg·hm-2处理在2017和2018年土壤贮水量最高可分别增加13.6％和22.1％,产量分别增加31.1％和46.0％.分析产量构成因素发现,秸秆还田配施氮肥处理主要是通过增加穗粒数和百粒重而达到高产.对玉米产量-配施纯氮量关系进行曲线拟合发现,该地区秸秆全量还田配施氮肥的最佳用量为260 kg·hm-2.研究结果可为该地区土壤培肥和滴灌玉米生产提供重要依据.

农业生物质还田同时结合减少化肥施用量的措施能有效改善土壤质量.基于东北黑土的特殊性和重要性,本研究在中国科学院保护性耕作研发基地(吉林省)设置秸秆还田方式与氮肥水平相结合的裂区试验,综合分析作物产量、土壤((0～20 cm))理化性质与生物学性质,探讨秸秆还田基础上减少氮肥施用量的可行性.主区包括6个处理:秸秆移除(CK)、全量秸秆覆盖免耕(NT)、全量秸秆粉碎直接还田(SD)、全量秸秆腐解还田(SC)、全量秸秆炭化还田(BC)和9/10秸秆+1/10腐熟物组合还田(SDC).副区包括3个氮肥水平处理:当地常规氮磷钾化学肥料(N100)、氮肥减量20％(N80,还田秸秆氮含量接近氮肥20％)和氮肥减量40％ (N60).试验处理1年后的结果表明,秸秆还田方式与氮水平处理对玉米生物量、玉米产量、耕层土壤(0～20 cm)理化性质(pH值、有机碳SOC、全氮TN、全磷TP)和酶活性(脱氢酶、α-葡糖苷酶、β-葡糖苷酶、N-乙酰氨基葡糖苷酶、酸性磷酸单酯酶和碱性磷酸单酯酶)均表现出明显的交互作用,秸秆处理具有显著的主效应(P＜0.05),氮肥水平对所测指标均没有显著影响.化肥单独施用时,氮肥减量处理降低玉米生物量和产量,对土壤pH值、SOC、TN和N-乙酰氨基葡糖苷酶和碱性磷酸酶活性影响不显著,提高TP含量,增强脱氢酶、β-葡糖苷酶和酸性磷酸酶活性.秸秆还田配合常规化肥施用(N100)对土壤pH值、SOC、TN和TP(P＜0.05)均有一定幅度提升趋势,对脱氢酶、α-葡糖苷酶、β-葡糖苷酶和酸性磷酸单酯酶活性有一定增强作用,仅有少数处理未达到差异显著.相同秸秆还田条件下,氮肥减量施用(N80,N60)对玉米生物量和产量没有负影响,对土壤pH值、SOC、TN和TP(P＜0.05)均有一定幅度提升趋势,NT结合氮肥减量处理均提升β-葡糖苷酶和酸性磷酸酶活性,SC结合氮肥减量处理显著提升β-葡糖苷酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性,SDC结合氮肥减量处理显著增强β-葡糖苷酶和碱性磷酸酶活性.因此,短期秸秆还田结合减氮处理在稳产同时减弱土壤酸化程度,且保持SOC、TN和TP含量不降低,对土壤养分库容、元素供应及其转化都有一定的改良效应.

以直播稻为对象,在上海农场进行了猪场处理废水基肥和穗肥不同用量组合的田间试验,研究猪场废水对水稻磷养分吸收利用与氮磷生态化学计量的影响.结果 表明:施用猪场处理废水对直播水稻干物质积累、植株磷含量有显著影响.水稻拔节期、齐穗期和成熟期干物质积累量以及产量随废水施用量增加而增加;拔节期、齐穗期和成熟期植株、秸秆及籽粒含磷量与废水用量皆呈显著正相关;不同施肥处理在整个生育期水稻植株N∶P为3.13～5.10,在拔节期、齐穗期、成熟期分别为3.13～4.83、3.42～4.35、3.98～5.10,总体上以齐穗期N∶P值较低;成熟期秸秆N∶P值变动较大(4.30～6.57),而籽粒变化较小(3.85～4.37);齐穗期植株、成熟期秸秆、籽粒和植株的N∶P值与废水施用总量皆呈显著正相关,表明废水施用对直播稻氮素吸收的促进作用大于磷素.