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节水灌溉下秸秆还田形式对黑土区稻田NO排放与产量的影响

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农业机械学报 2024年

作者：薛里张忠学齐智娟韩羽徐丹张作合周欣东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室东北农业大学文理学院绥化学院农业与水利工程学院东北农业大学水利与土木工程学院

为探寻不同灌溉模式下秸秆还田形式对黑土区稻田N2O排放与产量的影响，于2023年进行大田试验，设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式，同时设置秸秆不还田(N)、秸秆还田(S)、秸秆炭化为生物炭还田(B)、秸秆过牛腹为有机肥还田(O)4... 详细信息

为探寻不同灌溉模式下秸秆还田形式对黑土区稻田N2O排放与产量的影响，于2023年进行大田试验，设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式，同时设置秸秆不还田(N)、秸秆还田(S)、秸秆炭化为生物炭还田(B)、秸秆过牛腹为有机肥还田(O)4种还田形式，共计8个处理。分析不同灌溉模式下秸秆还田形式对稻田N2O排放通量与水稻产量的影响，测定了水稻各生育期稻田土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量、pH值，并分析了N2O排放量和水稻产量与土壤环境因子之间的关系。结果表明：除返青期外，与秸秆不还田处理相比，秸秆还田与有机肥还田处理土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量均表现为增加。相同秸秆还田形式下，控制灌溉模式下各处理生育期内土壤平均铵态氮含量、硝态氮含量较常规灌溉模式高36.23%～60.82%、14.16%～19.61%。同时，秸秆还田与生物炭还田能提高稻田土壤pH。相同灌溉模式下，与秸秆不还田处理相比较，秸秆还田与有机肥还田处理N2O排放总量分别增加14.44%～24.09%、8.22%～14.44%，生物炭还田处理N2O排放总量降低14.31%～23.90%。生物炭还田与有机肥还田各处理水稻产量提高3.28%～13.07%，其中控制灌溉模式下生物炭还田处理的产量最高。综上所述，控制灌溉下生物炭还田可以实现节水、增产、减排的最终目的。

关键词：水稻产量 N O排放黑土区稻田灌溉模式秸秆还田形式

黑土区坡耕地水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响

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农业机械学报 2024年第1期55卷 282-293页

作者：张忠学尹致皓余佩哲齐智娟魏永霞李骜东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030

为探寻黑土区坡耕地不同水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响机理,开展了田间小区试验。设置横坡耕作(TP)、垄向区田(RF)、深松(SF)、横坡耕作+垄向区田(TP-R)、横坡耕作+深松(TP-S)、垄向区田+深松(RF-S)3种水土保持耕作措施及3种组... 详细信息

为探寻黑土区坡耕地不同水土保持耕作措施对土壤理化性状的影响机理,开展了田间小区试验。设置横坡耕作(TP)、垄向区田(RF)、深松(SF)、横坡耕作+垄向区田(TP-R)、横坡耕作+深松(TP-S)、垄向区田+深松(RF-S)3种水土保持耕作措施及3种组合耕作措施,并以常规顺坡耕作(CK)为对照,分析了土壤孔隙度、土壤机械组成、水稳性土壤团聚体稳定性、土壤养分含量等指标,并采用TOPSIS模型对不同水土保持耕作措施进行了综合评价,筛选了土壤稳定性强且蓄水保肥效果良好的水土保持耕作措施。结果表明:在玉米的全生育期内,深松、垄向区田、横坡耕作均能提高土壤体积含水率。TP-S处理体积含水率最大,0~40 cm土层平均体积含水率较CK处理增加29.47%;RF-S处理平均孔隙度最大,TP-S处理次之,平均孔隙度较CK处理分别增大10.68%、9.25%;TP-S处理能够显著提高土壤稳定性,其中平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和大团聚体含量(R0.25)较CK处理分别增加12.30%、19.57%、13.97%;TP-S处理能够改善土壤机械组成,TP-S处理粗砂粒、粉粒、黏粒含量较CK处理增加15.40%、26.89%、1.90%,细砂粒含量较CK处理降低31.56%;TP-S处理IN(无机态氮)、AP(有效磷)、AK(速效钾)含量最高,较CK处理IN、AP、AK含量分别增加42.81%~55.32%、39.69%~40.68%、20.41%~25.45%。由TOPSIS模型综合评价结果可知,TP-S处理贴合度最高,土壤结构更稳定,且蓄水保肥效果更好,为适宜该地区的水土保持耕作措施。

关键词：黑土区坡耕地耕作措施土壤结构蓄水保肥 TOPSIS模型

秸秆还田配施氮肥对黑土玉米田土壤CO排放与碳平衡的影响

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农业机械学报 2024年

作者：齐智娟徐敬文张忠学宋芳李铁成孙嘉璐东北农业大学水利与土木工程学院东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室

为探寻不同秸秆还田方式配施氮肥对黑土玉米田土壤CO2排放与碳平衡的影响，于2023年开展大田试验，设置秸秆离田(S0，对照)、秸秆覆盖还田(S1)、秸秆旋耕还田(S2)3种秸秆还田方式，同时设置常规施加氮肥(N， 250 kg/hm2)与不施加氮肥(W... 详细信息

为探寻不同秸秆还田方式配施氮肥对黑土玉米田土壤CO2排放与碳平衡的影响，于2023年开展大田试验，设置秸秆离田(S0，对照)、秸秆覆盖还田(S1)、秸秆旋耕还田(S2)3种秸秆还田方式，同时设置常规施加氮肥(N， 250 kg/hm2)与不施加氮肥(W，0kg/hm2，对照)2种施氮模式，共计6个处理。测定不同处理下玉米生育期土壤CO2排放通量以及玉米收获后土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量，探究土壤CO2累积排放量与SOC、DOC、MBC含量的关系，并分析黑土玉米田生态系统碳平衡状况。结果表明：各处理中土壤CO2累积排放量从大到小依次为S2N、S1N、S0N、S2W、S1W、S0W，其中S2N处理土壤CO2累积排放量较S0W处理显著增加70.31%(P<0.05)。在相同施氮模式下，秸秆还田能够有效增加SOC、DOC、MBC含量，且土壤CO2累积排放量与SOC、DOC、MBC含量呈正相关关系。不同秸秆还田方式配施氮肥下，S1N处理玉米产量最高，为13534.4 kg/hm2，作物碳排放速率最低，为0.122kg/kg。不同秸秆还田方式配施氮肥下黑土玉米田生态系统碳平衡值均为正值，表现为较强的碳“汇”，其中S1N处理碳平衡值和土壤固碳潜力最大，较其他处理分别增加13.12%～94.05%、3.49%～25.32%。综上所述，在本试验条件下，秸秆覆盖还田+常规施氮(S1N处理)可以实现黑土玉米田土壤固碳减排和作物增产目的。

关键词：玉米田黑土秸秆还田氮肥 CO 排放碳平衡

秸秆还田配施氮肥对黑土玉米田土壤CO2排放与碳平衡的影响

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农业机械学报 2024年第6期 284-293页

作者：齐智娟徐敬文张忠学宋芳李铁成孙嘉璐东北农业大学水利与土木工程学院东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室

为探寻不同秸秆还田方式配施氮肥对黑土玉米田土壤CO2排放与碳平衡的影响，于2023年开展大田试验，设置秸秆离田（S0,对照）、秸秆覆盖还田（S1）、秸秆旋耕还田（S2）3种秸秆还田方式，同时设置常规施加氮肥（N, 250 kg/hm2）与不施加... 详细信息

为探寻不同秸秆还田方式配施氮肥对黑土玉米田土壤CO2排放与碳平衡的影响，于2023年开展大田试验，设置秸秆离田（S0,对照）、秸秆覆盖还田（S1）、秸秆旋耕还田（S2）3种秸秆还田方式，同时设置常规施加氮肥（N, 250 kg/hm2）与不施加氮肥（W,0 kg/hm2,对照）2种施氮模式，共计6个处理。测定不同处理下玉米生育期土壤CO2排放通量以及玉米收获后土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）含量，探究土壤CO2累积排放量与SOC、DOC、MBC含量的关系，并分析黑土玉米田生态系统碳平衡状况。结果表明：各处理中土壤CO2累积排放量从大到小依次为S2N、S1N、S0N、S2W、S1W、S0W,其中S2N处理土壤CO2累积排放量较S0W处理显著增加70.31%（P<0.05）。在相同施氮模式下，秸秆还田能够有效增加SOC、DOC、MBC含量，且土壤CO2累积排放量与SOC、DOC、MBC含量呈正相关关系。不同秸秆还田方式配施氮肥下，S1N处理玉米产量最高，为13 534.4 kg/hm2,作物碳排放速率最低，为0.122 kg/kg。不同秸秆还田方式配施氮肥下黑土玉米田生态系统碳平衡值均为正值，表现为较强的碳“汇”,其中S1N处理碳平衡值和土壤固碳潜力最大，较其他处理分别增加13.12%～94.05%、3.49%～25.32%。综上所述，在本试验条件下，秸秆覆盖还田+常规施氮（S1N处理）可以实现黑土玉米田土壤固碳减排和作物增产目的。

关键词：玉米田黑土秸秆还田氮肥 CO2排放碳平衡

来源：博看期刊

保护性耕作对寒地黑土土壤水热效应与玉米产量的影响

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农业机械学报 2022年第12期53卷 380-389页

作者：齐智娟宋芳张忠学刘明尹致皓李骜东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030

为探明保护性耕作对东北寒地黑土土壤水热状况和玉米产量的影响,基于秸秆全量还田和免耕播种为核心的黑土地保护性耕作方式,设置宽窄行秸秆全覆盖还田(FM)、均匀行秸秆全覆盖还田(LM)、秸秆旋耕全量还田(LX)和常规垄作秸秆离田(LN)4种模... 详细信息

为探明保护性耕作对东北寒地黑土土壤水热状况和玉米产量的影响,基于秸秆全量还田和免耕播种为核心的黑土地保护性耕作方式,设置宽窄行秸秆全覆盖还田(FM)、均匀行秸秆全覆盖还田(LM)、秸秆旋耕全量还田(LX)和常规垄作秸秆离田(LN)4种模式,探究保护性耕作对寒地黑土土壤水热效应、玉米干物质量、产量构成及水氮利用效率的影响。结果表明:在玉米生育期内,保护性耕作能够显著提高土壤含水率,调节土壤温度,针对不同的气温变化,进行“增降温”。保护性耕作处理较LN处理0~60 cm土层平均土壤体积含水率增加27.28%~63.86%,气温最高时使平均土壤温度降低3.20%~7.63%,成熟期气温低时使平均土壤温度增加2.32%~5.37%。保护性耕作显著提高了水分利用效率(WUE)以及作物对氮素的吸收与利用,其中WUE较LN处理提高7.26%~12.90%,同时氮素吸收效率、氮素收获指数分别提高14.29%~42.86%、4.00%~12.00%。保护性耕作能够提高玉米产量,促进玉米干物质积累,玉米产量、干物质量分别较LN处理提高37.7~431.0 kg/hm^(2)和2322.3~5451.7 kg/hm^(2),LM处理产量变异系数最小,产量最稳定。

关键词：寒地黑土区保护性耕作土壤水热玉米产量水氮利用

水土保持耕作对黑土玉米氮素利用与温室气体排放影响

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农业机械学报 2023年第9期54卷 365-373页

作者：齐智娟李骜张忠学余佩哲尹致皓宋芳东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030

为探明不同水土保持耕作技术对东北黑土坡耕地玉米氮素利用和温室气体排放的影响,以大田试验为基础,设置7个耕作处理:等高耕作(Transverse slope planting, TP)、垄向区田(Ridge to the district field, RF)、深松耕(Subsoiling tillage... 详细信息

为探明不同水土保持耕作技术对东北黑土坡耕地玉米氮素利用和温室气体排放的影响,以大田试验为基础,设置7个耕作处理:等高耕作(Transverse slope planting, TP)、垄向区田(Ridge to the district field, RF)、深松耕(Subsoiling tillage, SF)、等高耕作+深松耕(Transverse slope planting+subsoiling tillage, TP-S)、垄向区田+深松耕(Ridge to the district field+subsoiling tillage, RF-S)、等高耕作+垄向区田(Transverse slope planting+ridge to the district field, TP-R)、常规耕作(Down-slope cultivation, CK),探究水土保持耕作技术对东北黑土坡耕地土壤养分状况、温室气体排放、氮素吸收利用和产量的影响。结果表明:在玉米全生育期内,水土保持耕作处理显著提高了玉米产量、器官氮素转运率以及氮肥利用率,部分水土保持耕作措施也可以显著降低N_(2)O与CO_(2)排放。其中,玉米成熟期时,实施水土保持耕作措施的植株产量较CK处理增加3.39%~26.43%,TP-S处理提升效果最高。对于氮肥利用率,水土保持耕作技术较CK处理提高25.23%(RF处理)~76.98%(TP-S处理),提升效果显著。对于CO_(2)排放,除SF处理外,其余水土保持耕作处理均显著低于CK处理。但对于N_(2)O排放,TP处理、 TP-S处理和TP-R处理显著低于CK,而SF处理、RF处理以及RF-S处理较CK处理则明显增加。故综合来看,建议当地玉米种植采取等高耕作+深松耕的水土保持耕作技术。

关键词：水土保持耕作玉米氮素利用率 N_(2)O 作物产量

水氮耦合下黑土区稻田生态系统碳源汇效应分析

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农业机械学报 2023年第8期54卷 330-338页

作者：张忠学薛里李铁成齐智娟王忠波周欣东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030

为探寻不同水氮耦合方式对黑土区稻田生态系统碳平衡的影响,于2022年开展田间试验,试验设置常规淹灌(F)和稻作控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置常规施氮水平(N,110 kg/hm~2)、减氮10%水平(N1,99 kg/hm~2)、减氮20%水平(N2,88 kg/hm~2)... 详细信息

为探寻不同水氮耦合方式对黑土区稻田生态系统碳平衡的影响,于2022年开展田间试验,试验设置常规淹灌(F)和稻作控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置常规施氮水平(N,110 kg/hm~2)、减氮10%水平(N1,99 kg/hm~2)、减氮20%水平(N2,88 kg/hm~2)3种施氮水平,分析不同水氮耦合方式对水稻各器官干物质量、碳含量、稻田土壤呼吸CO_(2)排放通量和CH_(4)排放通量及两者排放总量的影响,并采用净生态系统碳收支(NECB)评价体系对黑土区稻田生态系统碳源汇效应进行分析。结果表明:不同水氮耦合方式下,各处理水稻穗固碳量与根固碳量分别占其总固碳量的26.61%~40.92%、24.63%~31.95%。相同施氮量下,稻作控制灌溉相较于常规灌溉能提高水稻各器官碳含量、干物质量。在水稻全生育期内,各处理CH_(4)排放通量呈现先增加后减小再增加的变化趋势,均在分蘖期与拔节孕穗期出现峰值;各处理土壤呼吸CO_(2)排放通量呈现单峰变化,在分蘖期出现峰值。相同灌溉模式下,除返青期外,各处理CH_(4)排放通量与土壤呼吸CO_(2)排放通量均随施氮量的减少而降低。相同施氮量下,稻作控制灌溉与常规灌溉相比降低了土壤呼吸CO_(2)排放通量及排放总量,但提高了CH_(4)排放通量及排放总量。不同水氮耦合方式下,水稻净初级生产力为4245.82~6958.19 kg/hm~2,穗净初级生产力最高、凋落物净初级生产力最低,分别占其水稻净初级生产力的42.88%~51.82%、3.19%~3.90%。相同施氮量下,稻作控制灌溉模式各处理水稻净初级生产力均大于常规灌溉模式,其中CN、CN1、CN2各处理净初级生产力较FN、FN1、FN2各处理分别增加11.17%、31.92%、2.98%。此外,不同水氮耦合方式下NECB均为正值,表示该黑土区稻田生态系统为净碳“汇”,其中CN1处理净碳收支(1082.87 kg/hm~2)显著高于其他各处理(P<0.05),这说明稻作控制灌溉模式下减氮10%处理的稻田生态系统碳“汇”强度最大。

关键词：黑土区稻田水氮耦合净生态系统碳收支净初级生产力

不同水氮管理模式下黑土稻田碳固定与碳减排效应分析

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农业机械学报 2023年第4期54卷 366-375页

作者：张忠学余佩哲杜思澄李铁成齐智娟王柏东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030 黑龙江省水利科学研究院哈尔滨150080

为探寻不同水氮管理模式对黑土稻田碳固定与碳减排效应的影响,进行了田间试验研究。设置常规淹灌(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,选用110 kg/hm^(2)(N)、99 kg/hm^(2)(N1,减氮10%)、88 kg/hm^(2)(N2,减氮20%)3种施氮量,测定了6种水氮管... 详细信息

为探寻不同水氮管理模式对黑土稻田碳固定与碳减排效应的影响,进行了田间试验研究。设置常规淹灌(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,选用110 kg/hm^(2)(N)、99 kg/hm^(2)(N1,减氮10%)、88 kg/hm^(2)(N2,减氮20%)3种施氮量,测定了6种水氮管理模式下的水稻土壤呼吸CO_(2)排放强度和CH4排放强度,水稻收获后各器官干物质量、碳含量及固碳量,并计算了净土壤碳收支情况。结果表明,不同水氮管理模式下,各处理土壤呼吸CO_(2)排放量呈现单峰值变化,并在分蘖期达到峰值;各处理甲烷排放量呈现双峰值变化且在分蘖期与穗肥施入后达到峰值。相同灌溉方式下,随着施氮量的减少,土壤呼吸CO_(2)排放强度与甲烷排放强度也显著减少(P0.05);随着施氮量的减少相同灌溉制度下各处理土壤碳收支呈先增大后减小的变化趋势。综合考虑,CN1处理可以在保证较高生产能力下提高土壤固碳能力,减少土壤碳损失与稻田温室气体排放。

关键词：黑土稻田净土壤碳收支净初级生产量总初级生产力土壤碳库水氮管理模式

节水灌溉减施磷肥对黑土稻作产量及土壤磷利用与平衡的影响

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农业工程学报 2022年第4期38卷 67-74页

作者：张忠学孙迪李铁成齐智娟杜思澄王柏黄彦东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030 黑龙江省水利科学研究院哈尔滨150030

为探寻节水灌溉减施磷肥对黑土稻作磷利用及土壤磷平衡的影响,于2020年和2021年开展大田试验,以常规淹灌+常规施磷肥(CK,45 kg/hm^(2))作对照,节水灌溉模式下设置5个磷肥施用梯度:0(CP0,不施磷肥)、18 kg/hm^(2)(CP1,减磷60%)、27 kg/hm... 详细信息

为探寻节水灌溉减施磷肥对黑土稻作磷利用及土壤磷平衡的影响,于2020年和2021年开展大田试验,以常规淹灌+常规施磷肥(CK,45 kg/hm^(2))作对照,节水灌溉模式下设置5个磷肥施用梯度:0(CP0,不施磷肥)、18 kg/hm^(2)(CP1,减磷60%)、27 kg/hm^(2)(CP2,减磷40%)、36 kg/hm^(2)(CP3,减磷20%)、45 kg/hm^(2)(CP4,常规施磷)。分析节水灌溉模式下减施不同程度磷肥对稻田产量、地上部植株吸磷量和土壤剖面各土层有效磷含量的影响,并计算土壤磷素表观平衡量和磷肥利用率。结果表明:2020年水稻收获后节水灌溉减施磷肥各处理表层土壤有效磷含量均显著低于CK处理的土壤有效磷含量(P<0.05);2021年水稻收获后CP3处理表层土壤有效磷含量显著高于CK处理(P<0.05)。CP3处理2020年和2021年的地上部植株磷素积累量显著高于常规施肥CP4处理和CK处理,分别为14.64和15.86 kg/hm^(2)(P<0.05)。地上部植株各器官磷素积累量由大到小为籽粒、茎鞘、叶。与常规施肥相比,2 a年CP3处理均显著提高了磷肥的吸收利用效率、农学利用率,显著降低土壤磷素盈余量(P<0.05)。综合考虑,节水灌溉下减施常规磷肥用量20%为黑土区适宜的磷肥施用量,2 a均提高水稻产量和磷肥利用率,且土壤磷素盈余量低。研究可为黑土区磷肥施用提供理论依据。

关键词：土壤磷素灌溉减施磷肥磷肥利用