减氮配施有机肥对土壤氮素有效性及棉花生长的影响

作     者：罗雪梅 

作者单位：石河子大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘建国

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0901[农学-作物学] 

主      题：棉花 减量施氮 有机肥替代 氮素有效性 产量 

摘      要：【目的】基于当前新疆绿洲棉花“连作+棉秆全量还田+高氮肥投入生产背景,探究氮肥减施、有机肥替代部分化学养分对土壤氮素转化、赋存特征、氮素有效性及对棉花生长的影响,以期提高棉田氮素利用效率、降低氮素环境风险和促进绿洲棉田生态系统提质增效,并为丰富新疆绿洲棉田土壤氮素有效供给的培肥理论及化肥减施措施的应用提供科学依据。【方法】试验于2021、2022年进行,设置不施肥(CK)、常规施氮(CF)与以8%为梯度进行减量施氮(CF-8%、CF-16%、CF-24%)及总氮量不变减氮并配施等量有机肥(8%OF、16%OF、24%OF)8个处理,研究不同处理对棉田土壤理化性质、无机氮含量、活性有机氮组分、氮转化酶活性及氮素转化速率与棉花农艺性状、产量结构及氮肥利用率等指标的影响。【结果与结论】1.减氮配施有机肥较单施化肥能够改善棉田土壤微环境,降低深层土壤NO-N淋失风险。有机肥替代处理下土壤p H增加,电导率(EC值)下降,两年减氮配施16%、24%有机肥处理0-20 cm有机质含量较CF平均提高23.45%,31.75%,同时深层土壤中NO-N累积显著减少。基于偏相关分析结果发现土壤p H、EC值、有机质(SOM)变化对全氮(TN)、NH-N与N0-N含量产生显著影响。2.土壤中可利用碳氮源SOM、NH-N与NO-N含量及氮转化酶活性的增加提升了土壤活性有机氮各组分含量及其分配占比,且土壤理化性质p H、EC值、SOM的改善与氮转化酶活性的提升进一步推动了活性有机氮向土壤NH-N、NO-N转变过程,土壤供氮潜力提高。随着有机肥施用比例的增加TN、颗粒有机氮(PON)、可溶性有机氮(DON)、微生物量氮(MBN)含量、PON/TN、DON/TN分配占比先增加后下降,以16%OF处理表现最佳,轻组有机氮(LFON)、LFON/TN、MBN/TN逐渐增加,高量有机肥施用更有利于土壤氮素以LFON、MBN形式储存在土壤当中。3.减氮配施有机肥能够提高土壤氮转化酶活性及净氮矿化速率,降低短期培养内土壤净硝化速率,提升土壤氮素有效性,降低氮素流失风险。在棉花蕾期、花铃期16%OF处理较CF净氮矿化速率提升14.86%、27.83%,随着有机肥施用比例的增加短期培养内净硝化速率下降。基于偏相关分析结果发现有机肥替代施用主要通过降低土壤净硝化速率、减少深层土层(20-60 cm)中NO-N、TN含量来促进棉花氮肥利用率与籽棉产量的提升。4.在当前棉田施肥水平下,减施氮肥0%～24%棉花生长及产量未受到显著抑制;与常规施肥处理相比,减氮并配施有机肥能够提高棉花产量与氮肥利用率。减施氮肥0%～24%对棉花株高、果枝数、棉铃空间分布、单株结铃数与单铃重影响不显著;减氮配施有机肥能够促进棉花生长,提高光合速率、维持吐絮期较高的光合源比例、优化棉铃空间分布,棉花产量及氮素利用效率随有机肥替代比例增加呈先升高后降低趋势,16%OF处理效果最佳,其单株结铃数、单铃重、籽棉产量较CF两年平均增加20.03%、5.10%、17.16%,氮肥农学利用率(NAE)、氮肥偏生产力(NPFP)、氮肥贡献率(NCR)较单施化肥处理提升71.66%、17.15%、68.04%。通过回归方程模型分析,减氮9.9%～14.1%与有机肥替代16.6%～17.6%化肥,棉花籽棉产量与氮肥利用率同时达到最优效果。综上,新疆绿洲棉花“连作+棉秆全量还田+高氮肥投入农作制度下,无机氮减施9.9%～14.1%能够达到减氮稳产效果;减氮配施有机肥通过改善棉田土壤微环境、提高土壤中氮转化酶活性与土壤氮转化速率,增强棉田土壤氮素有效性促进棉花生长。其中,16%OF处理为最佳替代比例。