科研产出
我国水稻的肥料贡献率时空变化及影响因素
《中国农业科学 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：【目的】从全国尺度上解析近30年（1988—2017）水稻产量的肥料贡献率变化及其影响因素，为水稻可持续生产和肥料的科学施用提供理论依据。【方法】基于全国稻作区耕地质量监测数据（338个点位），分析不同稻作模式、种植区域、气候条件和土壤质地的水稻肥料贡献率年际变化，并结合随机森林模型探讨各因素对水稻肥料贡献率变化的相对贡献。【结果】在施肥区和不施肥区水稻品种和栽培技术相同的条件下，近30年全国水稻的肥料贡献率整体呈现前20年逐渐升高，近10年趋于平稳的特征，总体变化幅度为41.20%—51.89%，但不同稻作模式存在差异，单季稻、双季稻和水稻-其他作物轮作的水稻肥料贡献率分别为38.58%—55.49%、41.96%—51.05%和42.34%—53.43%。不同区域的水稻肥料贡献率在近30年的平均值表现出西南（55.82%）＞长江中游（46.73%）＞华北（46.27%）＞东北（45.90%）＞华南（45.83%）＞长江下游（44.25%）。结合施肥年限和水稻肥料贡献率的拟合方程发现，东北、华北、西南、长江中游、长江下游和华南的水稻肥料贡献率达到稳定的施肥年限分别为15.2、18.5、19.0、15.3、15.3和14.5 a。不同气候条件也显著影响水稻的肥料贡献率，其中，亚热带季风气候（49.23%）＞温带季风气候（45.90%）＞热带季风气候（34.57%）。不同土壤质地的水稻肥料贡献率则表现出黏土（43.25%—64.80%）＞壤土（40.65%—48.46%）＞砂土（26.20%—45.98%）。随机森林模型显示，氮肥和磷肥是调控水稻肥料贡献率变化的主要因素，同时，无霜期、年均降雨、年均温度、钾肥及土壤有机质含量也是影响水稻肥料贡献率的关键指标。【结论】在1988—2017年，全国稻作区的水稻肥料贡献率整体呈现前期逐渐增加后期趋于平稳的趋势，且稻作模式、区域、气候和土壤质地条件均影响水稻肥料贡献率的年际变化。氮肥和磷肥对水稻肥料贡献率变化的影响较大。相比其他土壤肥力指标，土壤有机质是影响水稻肥料贡献率变化的关键土壤肥力因子。
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土壤有机质含量对红壤性稻田残留氮在团聚体内分布的影响
《中国土壤与肥料 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：化肥氮的残留及其分布对后季作物氮素供给和氮素损失均有重要影响。通过在田间试验中设置15N标记微区，在相同施氮量（150 kg/hm~2）条件下，明确低有机质、中有机质和高有机质红壤性稻田化肥氮的残留量及其在不同粒径土壤团聚体中的分布。结果表明：与低有机质土壤相比，中有机质和高有机质土壤大团聚体（0.25～2 mm）的比例较高，而粘粉粒（＜0.053 mm）的比例较低。不同粒径团聚体的全氮含量均随土壤有机质含量的提高而显著升高。在相同氮肥投入下，化肥氮在中有机质和高有机质土壤中的残留量较低有机质土壤显著增加，增幅分别为60.08%和93.93%。与低有机质土壤相比，高有机质土壤中的残留氮在大团聚体、微团聚体（0.053～0.25 mm）和粘粉粒中的含量分别显著增加了76.58%、108.32%和110.85%。土壤残留氮主要分布在大团聚体中（42.87%～46.81%）。随土壤有机质含量的升高，残留氮在大团聚中的比例有所下降，而在粘粉粒中的比例有所升高，但均未达显著水平。因此，培肥地力不仅能够提高土壤大团聚体的比例，促进土壤团粒结构的形成，还有利于土壤对残留氮的固持，从而降低红壤性稻田的氮素损失。
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减施20%化肥下绿肥翻压量对江西双季稻产量及氮素利用的影响
《植物营养与肥料学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：【目的】种植绿肥是实现化肥减施的重要措施，研究稻田系统中不同绿肥翻压量对土壤供氮及主作物水稻吸氮规律的影响，以期为江西双季稻区合理利用紫云英，提高水稻产量提供理论依据。【方法】田间试验位于江西双季稻区。在早稻氮磷钾肥用量减施20%条件下，设置冬种并翻压紫云英鲜草15000 （G1F80）、22500（G1.5F80）、30000 （G2F80）、37500 （G2.5F80） kg/hm~2，以及冬闲且水稻不施化肥对照（CK）、冬种紫云英水稻不施化肥（GM）和冬闲常规施肥(F100)共7个处理。分析了水稻产量、植株吸氮量、氮肥利用率，以及水稻生育期土壤无机氮含量，并分析了土壤性状和水稻产量、植株吸氮量之间的关系。【结果】与F100相比，G1F80处理早稻产量显著增加11.64%;G2F80处理晚稻产量显著增加7.81%;G1F80、G1.5F80和G2F80处理双季稻总产量分别显著增加5.79%、5.38%和7.17%。其余不同紫云英翻压量处理的产量相比F100均未降低。冬种紫云英配施80%化肥可显著提高早稻稻谷吸氮量、早稻当季氮肥利用率和早稻氮肥偏生产力，提高早稻和晚稻收获期土壤全氮和有机质含量，提升土壤肥力水平。早稻孕穗期、早稻收获期和晚稻收获期，G2.5F80处理土壤铵态氮含量均显著高于F100处理，且为各处理中含量最高。从早稻孕穗期到早稻收获期，不同紫云英翻压量处理氮素累积速率均为正值，水稻植株吸氮量增加，而冬闲常规施肥处理氮素累积速率为负值，水稻吸氮量降低。在水稻生育期，紫云英翻压量小于22500 kg/hm~2时，水稻植株吸氮量随翻压量增加而增加，而翻压量大于22500 kg/hm~2时，水稻植株吸氮量明显降低。土壤速效钾含量对水稻产量和吸氮量的贡献率最大，对早稻产量和早稻吸氮量的贡献率分别为35.17%和40.16%，对晚稻产量和吸氮量的贡献率分别为21.22%和25.22%，对双季稻产量和吸氮量的贡献率分别为34.83%和27.86%。【结论】在减施常规量20%化肥条件下，种植翻压适量紫云英可提高早稻稻谷吸氮量，促进水稻增产。翻压高量紫云英有利于培育土壤碳库和氮库，提高土壤供氮能力。综合各项分析，在江西双季稻区紫云英翻压量为30000 kg/hm~2时效果最好。
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长期施用猪粪和化肥对稻田土壤Cu、Zn和Cd含量及有效性的影响
《农业环境科学学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：为研究有机肥与化肥处理下稻田土壤Cu、Zn、Cd含量之间的差异,并探明关键影响因子,本研究利用持续了35 a的长期定位试验,分析了土壤重金属全量及有效态、土壤理化性质和水稻产量,并利用多种统计分析方法研究了猪粪组和化肥组土壤Cu、Zn和Cd与土壤理化指标之间的关系.结果表明:与对照(不施肥)相比,长期施用猪粪使土壤Cu、Zn、Cd全量和有效态含量分别提高了134%~239%、57%~124%、58%~171%和191%~380%、285%~811%、61%~184%,并显著提升了土壤有机质(SOM)、阳离子交换量(CEC)及氮磷养分含量;而化肥处理对土壤重金属全量及有效态含量无显著影响,对土壤理化指标的提升相对较小.冗余分析(RDA)发现,猪粪组土壤全氮(TN)、CEC和速效磷(AP)分别解释了重金属方差变异的89.1%、6.4%和2.0%,化肥组土壤pH和全磷(TP)分别解释了方差变异的45.0%和22.2%,达到显著水平.进一步通过偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析发现,猪粪对重金属有效态的贡献远大于化肥,主要通过影响土壤重金属全量和CEC从而影响重金属有效性,其路径系数分别为0.6217和0.2953,均达到显著水平.猪粪组土壤重金属与理化指标之间由于"同源"关系呈显著正相关,而化肥组两者的关系受水稻生长活动等因素影响较大.研究表明,长期施肥可以通过调控土壤理化指标等影响重金属有效性,施用猪粪进行稻田土壤培肥的同时,需要注意土壤重金属的累积风险.
关键词： 长期施肥 稻田 铜 锌 镉 有效性 偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析
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基于土壤肥力质量综合指数评价化肥与有机肥配施对红壤稻田肥力的提升作用
《植物营养与肥料学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】准确评价有机肥料提高农田土壤肥力的效果,是正确选择土壤培肥措施的基础。通过比较两种土壤肥力质量综合指数的计算方法评价有机肥培肥效果的可行性。【方法】3年田间定位试验（2015—2017）在长江中下游的红壤双季稻田进行。共设7个处理:不施肥（CK）,等氮磷钾投入量下的单施化肥（CF）和一半化肥氮配施一半的牛粪（+CM）、猪粪（+PM）、鸡粪（+ChM）、绿肥（+GM）与秸秆（+SR）。在2017年晚稻收获后,采集耕层土壤样品,分析土壤理化性状和土壤生物学性状。筛选用于评价土壤肥力的指标,用雷达图分析稻田土壤肥力水平的制约因素,采用土壤肥力质量综合指数（I F I）评价不同有机肥料的培肥效果。【结果】1)团聚体结构、pH、有机质3个指标属于弱变异性,其余指标属于中等强度变异,以有效锌、有效磷以及酸性磷酸酶的变异系数较大,对施肥处理的响应比较灵敏;2)由隶属度值制成的雷达图显示,土壤阳离子交换量（CEC）、速效钾与全磷含量是制约稻田土壤肥力水平最主要的3个因子;3)运用全量数据集与最小数据集计算的肥力指数IFI均表明,相对于不施肥CK,6个施肥处理均可以显著提高土壤肥力指数IFI,5个有机无机肥配施处理的IFI均显著高于单施化肥处理,且+PM与+ChM处理的IFI指数显著高于+CM与+GM处理;在全量数据集下,+SR处理的IFI指数显著高于+CM与+GM处理,而在最小数据集下,3个处理间差异不显著;4)全量数据集的土壤肥力质量综合指数IFITDS和最小数据集的土壤肥力质量综合指数IFIMDS均与双季稻总产量呈极显著正相关关系。【结论】基于全量数据集和基于最小数据集的土壤肥力质量综合指数(IFITDS、IFIMDS)均可客观表征土壤肥力质量。依据该指标,化肥配施猪粪提高土壤肥力的效果最佳,其次是配施鸡粪或秸秆,最低是配施牛粪或紫云英绿肥。
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镉污染稻田土壤理化性质、微生物及酶活性的差异性分析
《环境工程 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：通过田间试验,分析了萍乡市2 hm2 Cd污染稻田中土壤理化性质、微生物和酶活性的空间差异性及相关性特征.结果表明:糙米Cd变异系数大于土壤有效态Cd和总Cd,且晚稻变异性大于早稻,属于中等变异性.土壤pH和容重变异系数较小,有机质、阳离子交换量、速效钾、有效磷和碱解氮变异系数为22.82% ~35.60%,属于中等变异性;除过氧化氢酶变异性较小外,土壤酶活性、机械组成和微团聚体变异系数为10.54% ~38.21%,属于中等变异性;土壤微生物(52.59% ~84.64%)变异性较强,表现为细菌>放线菌>真菌.相关性分析表明:土壤pH、砂粒、蔗糖酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶与土壤有机质、阳离子交换量、黏粒、有效磷、速效钾、真菌和脲酶具有较强的负相关;而土壤有机质、阳离子交换量、黏粒、有效磷、速效钾、真菌和脲酶之间具有较强的正相关.主成分分析发现:pH、有机质、容重、速效钾和碱解氮是土壤理化性质的关键因子.
关键词： Cd污染 稻田 土壤理化性质 微生物 酶活性 空间变异性
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脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田土壤硝化、反硝化功能菌的影响
《植物营养与肥料学报 》 2019 北大核心 CSCD
摘要：[目的]在农业生产中,脲酶抑制剂(urease inhibitor,UI)与硝化抑制剂(nitrification inhibitor,NI)常作为氮肥增效剂来提高肥料利用率.本文研究了在我国南方红壤稻田施用脲酶抑制剂与硝化抑制剂后,土壤中氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)以及反硝化细菌的丰度以及群落结构的变化特征,旨在揭示抑制剂的作用机理及其对土壤环境的影响.[方法]试验在我国南方红壤稻田进行,共设5个处理:1)不施氮肥(CK);2)尿素(U);3)尿素+脲酶抑制剂(U+UI);4)尿素+硝化抑制剂(U+NI);5)尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+UI+NI),3次重复.脲酶抑制剂与硝化抑制剂分别为NBPT[N-(n-butyl) thiophosphrictriamide,N-丁基硫代磷酰三胺]和DMPP (3,4-dimethylpyrazole phosphate,3,4-二甲基吡唑磷酸盐).通过荧光定量PCR (Real-time PCR)研究水稻分蘖期与孕穗期抑制剂对三类微生物标记基因拷贝数的影响,并分析土壤铵态氮、硝态氮与三种菌群丰度的相关性;利用变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)分析抑制剂对土壤AOB、AOA以及反硝化细菌群落结构的影响,并对优势菌群进行系统发育分析.[结果]1)荧光定量PCR结果表明,施用氮肥对两个时期土壤中AOB的amoA基因与反硝化细菌nirK基因的拷贝数均有显著提高,而对AOA的amoA基因始终没有明显影响;AOB与nirK反硝化细菌的丰度与两个时期的铵态氮含量、分蘖期的硝态氮含量呈极显著正相关,与孕穗期的硝态氮含量相关性不显著;DMPP仅在分蘖期显著减少了AOB的amoA基因拷贝数,表明DMPP主要通过限制AOB的生长来抑制稻田土壤硝化过程;NBPT对三类微生物的丰度无明显影响;2) DGGE图谱表明,在分蘖期与孕穗期,施用氮肥均明显增加了图谱中AOB的条带数,而对AOA却没有明显影响;氮肥明显增加了孕穗期反硝化细菌的条带数;与氮肥的影响相比,抑制剂NBPT与DMPP对AOA、AOB以及反硝化菌的群落结构影响甚微;系统发育分析结果表明,与土壤中AOB的优势菌群序列较为接近的有亚硝化单胞菌和亚硝化螺菌.[结论]在南方红壤稻田中,施入氮肥可显著提高AOB与反硝化细菌的丰度,明显影响两种菌群的群落结构,而AOA较为稳定;NBPT对三类微生物的群落结构丰度无明显影响;硝化抑制剂DMPP可抑制AOB的生长但仅表现在分蘖期,这可能是其缓解硝化反应的主要途径;这也说明二者对土壤生态环境均安全可靠.
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应用多元逐步回归分析法评价稻田生态系统稳定性
《植物保护学报 》 2019 北大核心 CSCD
摘要：为明确稻田生态系统稳定性量化评价指标,通过扫网法调查了2010年和2011年江西省万载县茭湖乡茭湖村有机稻田和化防稻田2种稻田节肢动物群落结构特征参数的动态变化,并利用SAS 9.0软件对2种稻田中节肢动物群落Shannon-Wiener多样性指数与个体数、物种数、优势集中性指数、物种丰富度指数、Pielou均匀度指数进行多元逐步回归分析。结果显示:连续2年有机稻田物种数(102、145)和个体数(5 228、5 811)均高于化防稻田物种数(78、102)和个体数(2 222、2 329);在2010年水稻生长期,除个别调查日期外,有机稻田优势集中性指数(0.25、0.27、0.15、0.10、0.11、0.09)整体低于化防稻田(0.30、0.40、0.18、0.17、0.24、0.14),多样性指数(1.69、2.44、2.83、2.93、2.85)整体高于化防稻田(1.39、2.24、2.35、2.29、2.49);在2011年水稻生长前、中期,有机稻田优势集中性指数(0.38、0.33、0.27、0.63、0.40)大于化防稻田(0.27、0.32、0.17、0.58、0.20);水稻抽穗扬花期,有机稻田优势集中性指数(0.06、0.04、0.05)低于化防稻田(0.12、0.05、0.12),多样性指数恰好相反。2011—2012连续2年2种类型稻田多元逐步回归方程中仅有Pielou均匀度指数与多样性指数呈显著正相关关系,有机稻田的Pielou均匀度指数回归系数(1.45、2.37)均小于化防稻田(3.37、3.16);有机稻田的常数(1.24、-0.37)均大于化防稻田(-0.64、-0.44)。表明以稻田节肢动物群落多样性指数为因变量的多元逐步回归方程中常数和Pielou均匀度指数回归系数可作为稻田生态系统稳定性测定指标。
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脲酶抑制剂不同用量对土壤氮素供应的影响
《中国土壤与肥料 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：为研究在红壤双季稻田脲酶抑制剂适宜的添加比例,采用田间小区试验研究不同水平的脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)对双季稻田土壤氮素转化的影响。本文设置NBPT的施用量为尿素的0. 5%、0. 75%、1. 0%、1. 25%、1. 5%5个水平。结果表明:与农民习惯施氮(单施尿素N 135 kg/hm~2)处理相比,NBPT与尿素的比例<1. 0%时,对早、晚稻的产量与氮素回收率均无显著影响,当NBPT添加比例为1. 0%、1. 25%、1. 5%时,早、晚稻的产量以及氮素回收率均显著提高,且添加量在1. 0%与1. 5%的两个处理之间无显著差异;与单施尿素相比,添加NBPT大于1. 0%时,土壤脲酶活性和铵态氮含量在分蘖期显著降低,铵态氮含量在孕穗期显著升高,而硝酸还原酶活性、硝态氮含量及微生物量碳、氮含量始终无明显差异,孕穗期的脲酶活性也无显著差异;通过逐步回归分析发现,水稻分蘖期与孕穗期土壤中铵态氮含量对水稻产量影响显著,而且孕穗期的影响大于分蘖期,其余指标则对产量无明显影响,由此可知,添加NBPT可保持孕穗期较高的土壤铵态氮含量可能是其增产与提高氮肥利用率的主要原因,NBPT在稻田的适宜添加量为尿素用量的1. 0%以上。
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脲酶抑制剂与硝化抑制剂对稻田土壤氮素转化的影响
《中国水稻科学 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：【目的】本研究旨在阐明脲酶抑制剂(urease inhibitor,UI)和硝化抑制剂(nitrification inhibitor,NI)对稻田土壤氮素转化的影响,探讨抑制剂提高稻谷产量以及氮肥利用率的机理。【方法】本试验设在我国南方红壤稻田,共5个处理:1)不施氮肥(CK);2)尿素(U);3)尿素+脲酶抑制剂(U+UI);4)尿素+硝化抑制剂(U+NI);5)尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+UI+NI);脲酶抑制剂采用N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT),硝化抑制剂采用3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)。在水稻分蘖期和孕穗期测定土壤脲酶活性、硝酸还原酶活性、土壤铵态氮含量、硝态氮含量以及微生物碳、氮的含量,分析NBPT与DMPP对水稻两个主要生育期土壤氮素供应的影响,比较各处理的产量以及氮肥利用率,通过逐步回归分析研究以上各指标对产量的影响,探明脲酶抑制剂NBPT与硝化抑制剂DMPP在稻田的增效机理。【结果】1)与单施尿素相比,添加NBPT以及NBPT与DMPP配施均显著提高稻谷产量与地上部氮素回收率,两个处理分别增产6.56%与8.24%,氮素回收率提高幅度为19.4%与23.7%。2)与单施尿素相比,添加NBPT以及NBPT与DMPP配施,显著降低水稻分蘖期的土壤脲酶活性和铵态氮含量,显著提高孕穗期的铵态氮含量,而对此时期的脲酶活性无显著影响,所有处理对两个时期的硝态氮含量、硝酸还原酶活性、微生物量碳、氮含量均无显著影响;因此,NBPT对于抑制脲酶活性以及提高铵态氮含量的作用主要在孕穗期之前,而单施DMPP没有显著效应。3)从各项土壤指标与水稻产量相关性的逐步回归分析结果来看,水稻分蘖期与孕穗期稻田土壤中铵态氮含量对水稻产量影响显著,而且孕穗期的影响大于分蘖期,其余指标则对产量无显著影响。【结论】脲酶抑制剂NBPT以及NBPT与硝化抑制剂DMPP配施显著提高孕穗期土壤中的铵态氮含量,显著提高稻谷产量以及地上部氮素回收率,证明了生产上氮肥后移的重要意义。
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